IT202100021185A1 - Sistema per la misura della bioimpedenza in modalità wireless - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: ?Sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless?
La presente invenzione ? relativa a un sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless.
In particolare, la presente invenzione ? relativa a un sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless, comprendente componenti di elettronica digitale configurate per l?acquisizione, il campionamento, la trasmissione e l?elaborazione dei segnali di interesse.
Il settore tecnico di riferimento ? l?elettromedicale, ossia l?ambito delle tecnologie elettroniche, coadiuvate da opportune logiche software, a supporto della pratica clinica.
La bioimpedenziometria, o BIA, ? una tecnica di misura utilizzata per stimare la composizione del corpo umano, valutando parametri quali, tra gli altri, la massa grassa e la massa magra, mediante il calcolo dell?impedenza corporea. Nello specifico, la bioimpedenziometria, o BIA, valuta la suddetta impedenza corporea, ossia la bioimpedenza, a seguito del passaggio di una corrente elettrica a bassa potenza e alta frequenza, solitamente 50 kHz. Talvolta la frequenza della corrente impressa ? compresa tra 100 Hz e 200 kHz, e in ogni caso i valori misurati sono due, nello specifico resistenza e reattanza.
Misurando la bioimpedenza ? possibile ottenere, con l'ausilio di co-predittori quali altezza, sesso e peso, alcuni parametri, tra i quali:
- acqua corporea totale (TBW - total body water);
- acqua extracellulare (ECW - extra cell water);
- acqua intracellulare (ICW - intra cell water);
- massa cellulare (BCM - body cell mass);
- massa magra (FFM - fat free mass);
- massa grassa (FM - fat mass);
- massa muscolare (MM - muscle mass);
- metabolismo basale correlato alla massa cellulare. La misura della BIA trova applicazioni in molti ambiti, ad esempio la medicina dello sport, la nutrizione, la riabilitazione motoria e la nefrologia. Per le sue caratteristiche ? considerato l?esame di riferimento, in merito a diverse valutazioni nelle succitate applicazioni.
Tipicamente, l?esame della BIA avviene utilizzando elettrodi posizionati su vari punti del corpo, preferibilmente polsi e piedi, collegati mediante cavi elettrici a un dispositivo in cui risiedono i circuiti di misura ed elaborazione.
Sono attualmente noti vari sistemi per la misura della bioimpedenza.
Il testo brevettuale US11033197B2, ad esempio, ha come oggetto un apparato di misurazione della bioimpedenza che include una scheda lato elettrodo, configurata per essere collegata a un elettrodo a contatto con un corpo e che include una sorgente di corrente configurata per applicare una corrente all'elettrodo. La scheda lato elettrodo pu? essere collegata tramite un cavo a una ulteriore scheda comprendente un circuito di elaborazione, configurato per elaborare un segnale acquisito attraverso la scheda lato elettrodo, e/o un generatore di segnale di frequenza configurato per fornire un segnale di frequenza predeterminato.
Il documento brevettuale WO2016030869A1 descrive un sistema indossabile basato su una misurazione dell'impedenza a quattro sonde, in situ, a diverse frequenze di segnale per il monitoraggio topico di almeno un parametro fisiologico che riflette lo stato di idratazione. Tale sistema ? costituito da un substrato flessibile, atto a essere fissato direttamente o indirettamente alla pelle, e da una pluralit? di elettrodi conduttivi progettati per essere a contatto con il corpo e per consentire misurazioni a quattro sonde della bioimpedenza tissutale. Una forma di realizzazione include almeno un sensore di temperatura che serve sia la calibrazione delle misurazioni di impedenza, sia la stima dell'effetto della temperatura sullo stato di idratazione.
Il testo brevettuale US2012123291A1, infine, ha come oggetto un apparato di misurazione della bioimpedenza che include un elemento a fascia flessibile fissato attorno a una porzione del corpo, due set di sonde fissate all'elemento a fascia flessibile, un dispositivo di misurazione e un dispositivo senza fili. Tra le sonde ne ? inclusa una avente una porzione a punta per forare la pelle, da posizionare adiacente a un punto idoneo all?agopuntura. Un altro set di sonde, utilizzato come massa elettrica, include una sonda di riferimento. Il dispositivo di misurazione ? disposto sull'elemento a fascia flessibile, elettricamente accoppiato ai due gruppi di sonde per fornire un segnale di corrente, impulsiva, al punto per agopuntura. Il dispositivo di misurazione amplifica e misura la risposta di tensione attraverso i punti di agopuntura e la terra. Il segnale amplificato viene convertito in un segnale digitale, e il dispositivo wireless, accoppiato al dispositivo di misurazione, trasmette le informazioni sull'impedenza a una stazione di monitoraggio remota.
Tuttavia, tali sistemi per la misura della bioimpedenza soffrono di varie limitazioni, ad esempio non consentono di espletare l?esame della BIA in modalit? wireless, totalmente senza fili.
Scopo della presente invenzione ? fornire un sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless che sia in grado di condurre l?esame della BIA mediante hardware comunicante secondo uno standard senza fili, avente, quindi, caratteristiche tali da superare i limiti che ancora influenzano gli attuali sistemi per la misura della bioimpedenza, con riferimento alla tecnica nota.
Secondo la presente invenzione, viene realizzato un sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless, come definito nella rivendicazione 1.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento al disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 mostra una tipica configurazione di misura di un sistema noto per la misura della bioimpedenza;
- la figura 2 mostra ulteriori configurazioni di misura di un sistema noto per la misura della bioimpedenza;
- la figura 3 mostra una rappresentazione schematica di insieme del sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless, secondo l?invenzione.
Con riferimento a tali figure e, in particolare, alla figura 3, un sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless ? mostrato, secondo l?invenzione.
In particolare, il sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless comprende:
- almeno un dispositivo di trasmissione, comprendente un primo modulo di comunicazione senza fili e un primo elettrodo, configurato per essere posizionato in corrispondenza di un primo estremo del distretto o segmento del quale si vuole misurare la bio-impedenza, ad esempio una mano di un utente nel caso di esecuzione dell?esame total body;
- almeno un dispositivo di ricezione, comprendente un secondo modulo di comunicazione senza fili e un secondo elettrodo, configurato per essere posizionato in corrispondenza di un secondo estremo del distretto o segmento del quale si vuole misurare la bio-impedenza, ad esempio un piede di un utente nel caso di esecuzione dell?esame total body, e per ricevere un segnale elettrico tramesso dall?almeno un dispositivo di trasmissione.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il segnale elettrico tramesso dall?almeno un dispositivo di trasmissione ? impresso alla mano dell?utente per mezzo del primo elettrodo, e ricevuto per mezzo del secondo elettrodo posizionato in corrispondenza del piede dell?utente.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless comprende una unit? di elaborazione, dotata di un ulteriore modulo di comunicazione senza fili atto alla connessione con l?almeno un dispositivo di trasmissione e con l?almeno un dispositivo di ricezione.
Secondo un aspetto dell?invenzione, l?unit? di elaborazione ? configurata per calcolare valori di bioimpedenza sulla base di un?attenuazione e di un ritardo ai quali il segnale elettrico tramesso dall?almeno un dispositivo di trasmissione ? soggetto attraversando il corpo dell?utente, prima di raggiungere l?almeno un dispositivo di ricezione.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, l?unit? di elaborazione comprende un?unit? a microcontrollore, o un Digital Signal Processor, preposti al processamento e alla valutazione dell?attenuazione e del ritardo del segnale elettrico tra l?invio mediante il primo elettrodo e la ricezione sul secondo elettrodo.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, l?unit? di elaborazione comprende un display atto a visualizzare i valori di bioimpedenza dell?utente calcolati dall?unit? di elaborazione.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il segnale elettrico tramesso dall?almeno un dispositivo di trasmissione ? una corrente sinusoidale.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, l?unit? di elaborazione calcola i valori di bioimpedenza dell?utente confrontando un?onda quadra con frequenza variabile, impressa al primo elettrodo, con un segnale elettrico di riferimento relativo al secondo elettrodo.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il primo modulo di comunicazione senza fili, il secondo modulo di comunicazione senza fili e l?ulteriore modulo di comunicazione senza fili sono connessi mediante uno standard wireless a basso consumo, preferibilmente Bluetooth LE.
Tipicamente, una misura di impedenza ? realizzabile utilizzando vari metodi, ognuno dei quali reca con s? vantaggi e svantaggi, e la cui scelta dipende dalle condizioni di misura, cio? la dinamica, il range di frequenza, l?accuratezza e la semplicit? d?uso. Considerando ad esempio l?accuratezza e la semplicit? d?uso, il metodo dell?auto-balanced bridge ? la scelta migliore per misure di impedenza da 0 Hz a 120 MHz. Tra i 100 MHz e i 3 GHz il metodo preferibile ? l?RF I-V, e al di sopra dei 3GHz la tecnica consigliata ? l?uso di un analizzatore di rete che misura i parametri di scattering.
Per la misura della bioimpedenza, come detto, il range di frequenze ? compreso tra 100 Hz e 200 kHz, mentre la BIA mono-frequenza ? eseguita invece alla frequenza di 50 kHz. Nei sistemi noti comprendenti soluzioni cablate, la necessita di avere varie parti del corpo simultaneamente connesse tramite cavi allo strumento di misura, rende l?effettuazione della BIA complessa. Ad esempio, nella misura total body, secondo quanto in precedenza descritto, viene misurata l?impedenza tra la mano destra e il piede destro con corrispondenti connessioni cablate tra le suddette porzioni del corpo e un bioimpedenzimetro, come meglio visibile in figura 1 e in figura 2.
Secondo un aspetto dell?invenzione, la misura della bioimpedenza utilizza dispositivi stand alone posti sul corpo, i succitati dispositivo di trasmissione e dispositivo di ricezione, connessi in modalit? senza fili con una centralina elettronica esterna, ossia l?unit? di elaborazione, che elabora e visualizza i risultati della misura, ossia i valori della bioimpedenza.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, l?operazione della BIA in modalit? wireless assimila il corpo umano a una linea di trasmissione, avente una sua propria impedenza caratteristica. Una linea di trasmissione estende il concetto di circuito elettrico a parametri concentrati, tenendo in conto anche gli effetti dei conduttori che interconnettono i suddetti parametri, specificatamente impedenze, in presenza di lunghe distanze lungo le quali tali conduttori si estendono.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, l?effettuazione della BIA in modalit? wireless consente di valutare la bioimpedenza, come detto, misurando l?attenuazione e il ritardo che il segnale sinusoidale generato dal dispositivo di trasmissione sulla mano subisce a causa della bioimpedenza stessa, prima che raggiunga il dispositivo di ricezione in corrispondenza del piede.
Un ulteriore vantaggio del sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo l?invenzione ? che consente di effettuare la BIA a prescindere dallo specifico circuito elettrico utilizzato per la misura della bioimpedenza.
Pertanto, il sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo l?invenzione consente di valutare la bioimpedenza mediante hardware comunicante per mezzo di protocolli di trasmissione dati senza fili.
Un ulteriore vantaggio del sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo l?invenzione ? che elimina le complessit? installative tipiche dei sistemi noti.
Un ulteriore vantaggio del sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo l?invenzione ? che consente di misurare la bioimpedenza tra due punti del corpo dell?utente mediante un sistema composto da un dispositivo trasmettitore, e da un dispositivo ricevitore, connessi al corpo tramite rispettivi elettrodi, separati da una distanza pari alla porzione di corpo di cui si vuole misurare l?impedenza, secondo il principio delle linee di trasmissione nelle quali i parametri elettrici sono distribuiti, ossia dipendenti dalla lunghezza dei conduttori.
Inoltre, il sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo l?invenzione risulta essere di costo contenuto.
Infine, il sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo l?invenzione ? agevolmente industrializzabile su larga scala in una produzione di serie.
Risulta infine chiaro che al sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless, qui descritto ed illustrato, possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall?ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
Claims (6)
1. Sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless, comprendente:
- almeno un dispositivo di trasmissione, comprendente un primo modulo di comunicazione senza fili e un primo elettrodo, configurato per essere posizionato in corrispondenza di un primo estremo di un distretto di cui si vuole misurare la bioimpedenza sul corpo di un utente;
- almeno un dispositivo di ricezione, comprendente un secondo modulo di comunicazione senza fili e un secondo elettrodo, configurato per essere posizionato in corrispondenza di un secondo estremo del distretto del quale si vuole misurare la bioimpedenza, e per ricevere un segnale elettrico tramesso dall? almeno un dispositivo di trasmissione;
caratterizzato dal fatto di comprendere una unit? di elaborazione, dotata di un ulteriore modulo di comunicazione senza fili atto alla connessione con l?almeno un dispositivo di trasmissione e con l?almeno un dispositivo di ricezione, configurata per calcolare valori di bioimpedenza sulla base di un ?attenuazione e di un ritardo ai quali il segnale elettrico tramesso dall?almeno un dispositivo di trasmissione ? soggetto attraversando il corpo dell?utente prima di raggiungere l?almeno un dispositivo di ricezione.
2. Sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?unit? di elaborazione comprende un?unit? a microcontrollore o un Digital Signal Processor.
3. Sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?unit? di elaborazione comprende un display atto a visualizzare i valori di bioimpedenza dell?utente, calcolati da detta unit? di elaborazione.
4. Sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il segnale elettrico tramesso dall?almeno un dispositivo di trasmissione ? una corrente sinusoidale.
5. Sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?unit? di elaborazione calcola i valori di bioimpedenza dell?utente confrontando un?onda quadra con frequenza variabile impressa al primo elettrodo con un segnale elettrico di riferimento relativo al secondo elettrodo.
6. Sistema per la misura della bioimpedenza in modalit? wireless secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che primo modulo di comunicazione senza fili, il secondo modulo di comunicazione senza fili e l?ulteriore modulo di comunicazione senza fili sono connessi mediante Bluetooth LE.
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