MXPA06008758A - Metodo y sistema para analizar la circulacion de aire en vias respiratorias - Google Patents

Abstract

Un método para determinar la circulación de aire en una porción de vías respiratorias que comprende determinar una energía acústica total en una región de una superficie corporal que subyace a la porción de la vía respiratoria. La circulación de aire se puede integrar durante un intervalo de tiempo para determinar el volumen de aire que circula en la porción de la vía respiratoria durante el intervalo de tiempo. Un gráfico de la tasa de circulación como una función del volumen se puede desplegar y analizar como en espirometría. La invención también proporciona un sistema (100) para llevar a cabo el método.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA ANALIZAR LA CIRCULACIÓN DE AIRE EN VÍAS RESPIRATORIAS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona a dispositivos médicos y métodos y más específicamente, a tales dispositivos y métodos para analizar la función de las vías respiratorias. La espirometría es una prueba común de la función respiratoria que implica medir el volumen total de aire inhalado dentro de los pulmones durante un ciclo respiratorio. Una prueba de espirometría usualmente se lleva a cabo teniendo un sujeto que inhala aire a través de un tubo conectado a un medidor de circulación de aire que mide la tasa de circulación del aire inhalado dentro del sistema respiratorio durante la fase de inspiración del ciclo respiratorio. Al final de la fase de inspiración, el sujeto exhala a través del tubo y la tasa de circulación del aire' exhalado durante la fase de expiración se mide. Después se genera una curva mostrando la circulación de aire como una función de tiempo. La curva se analiza para obtener uno o más parámetros del sujeto que se utilizan para evaluar una obstrucción de vías aéreas intra-toráxicas . Por ejemplo, el así llamado "volumen expira torio forzado en un segundo" (FEVi) se obtiene en una prueba realizada durante un máximo esfuerzo del manejo de capacidad vital expiratoria forzada a partir de la capacidad total pulmonar. La FEVi es una prueba bien caracterizada de la función respiratoria y proporciona información útil en estados enfermos y normales. En la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, el nivel de FEVi se utiliza para graduar la severidad de la obstrucción. Se sabe pegar una pluralidad de micrófonos al tórax o espalda de un sujeto para grabar los sonidos de las vías respiratorias en una pluralidad de ubicaciones en la superficie corporal. La Solicitud de Patente Norteamericana No. 10/338,742 publicada el 9 de enero de 2003 y que tiene el Número de Publicación US 2003-0139679 describe un método para analizar los sonidos de vías respiratorias detectados por una pluralidad de micrófonos pegados en el tórax o la espalda de un sujeto. Las señales de sonido grabadas se procesan para determinar una energía acústica promedio P(x,t,t) en una pluralidad de ubicaciones x en la superficie corporal durante un intervalo de tiempo de ti a t2. La presente invención se basa en el hallazgo de que la energía acústica media en una región de tórax o espalda de un individuo o durante un intervalo de tiempo de tx a t2- se puede correlacionar con la circulación de aire en la porción de las vías respiratorias que subyacen la región durante el intervalo de tiempo. De este modo, en su primer aspecto, la invención proporciona un método para calcular una circulación de aire en al menos una porción de una vía respiratoria de un individuo. La porción de la vía respiratoria puede ser, por ejemplo, el pulmón izquierdo o derecho, o un lóbulo simple dentro de uno de los pulmones. De acuerdo con este aspecto de la invención, una pluralidad de micrófonos se pegan encima de la espalda o tórax de un sujeto en la porción de la vía respiratoria, y los sonidos de la vía respiratoria se graban de la región durante un intervalo de to a ti. Una energía acústica media durante el intervalo se determina en una pluralidad de ubicaciones x en la región. La energía acústica media total, sumada a las ubicaciones x se correlaciona entonces con la corriente de aire en la porción de la vía respiratoria. La correlación de la energía acústica total con el flujo de aire se puede hacer, por ejemplo, utilizando curvas de calibración previamente determinadas. En una modalidad actualmente preferida, una circulación de aire se calcula que es igual al logaritmo de la energía acústica total. El proceso puede entonces repetirse durante la fase expiratoria del ciclo respiratorio. La circulación de aire que se obtiene durante cada subintervalo por el método de la invención, puede desplegarse en forma de una gráfica de la circulación de aire como una función del tiempo durante un ciclo respiratorio. La invención permite evaluación regional del desempeño de las vías respiratorias . La circulación de aire en los pulmones como función de tiempo durante la fase inspiratoria que se obtiene de acuerdo con la invención se puede integrar de un tiempo o a un tiempo t para producir un volumen total de aire que ha circulado dentro de las vías aéreas del tiempo to a t. La circulación de aire en un tiempo t se puede graficar como una función del volumen total de aire que circula dentro de las vías aéreas de to al tiempo t, para producir una curva de espirometría para inspiración. El proceso entonces se puede repetir para la fase de expiración del ciclo respiratorio. De este modo, en su primer aspecto, la invención proporciona un método para determinar la circulación de aire en una porción de vías respiratorias que comprende determinar una energía total acústica en una región de superficie corporal que subyace la porción de la vía respiratoria. En su segundo- aspecto, la invención proporciona un sistema para determinar la circulación de aire en una porción de vías respiratorias que comprende un procesador configurado para determinar una energía acústica total en una región de una superficie corporal que subyace la porción de la vía respiratoria. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para entender la invención y para ver como se puede llevar a cabo a la práctica, ahora será descrita una modalidad preferida, solamente a modo de ejemplo no limitante, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La Figura 1 muestra un- sistema para analizar la circulación de aire en vías respiratorias de acuerdo con una modalidad de la invención; la Figura 2 muestra un diagrama esquemático para llevar a cabo el método de la invención de acuerdo con una modalidad de la invención; y la Figura 3a muestra una curva de espirometría para ambos pulmones de un individuo, y la Figura 3b muestra una curva de espirometría para el pulmón derecho. La Figura 1 muestra un sistema indicado generalmente por 100 para analizar la circulación de aire en las vías respiratorias en una región del sistema respiratorio de acuerdo con una modalidad de la invención. Una pluralidad de N transductores 105 de sonidos, de los cuales cuatro se muestran, se aplican a una región plana de la piel del tórax o espalda del individuo 110. Los transductores 105 se pueden aplicar al sujeto por cualquier medio conocido en la técnica, por ejemplo, utilizando un adhesivo, succión, o correas de sujeción. Cada transductor 105 produce una señal 115 .de voltaje análoga indicativa de ondas de presión que llegan al transductor. El sistema 100 se utiliza para obtener señales 115 acústicas durante un intervalo de tiempo de to a tm. Las -señales 115 análogas se digitalizan por un convertidor 120 de análogo a digital multicanal. Las señales 125 de datos digitales P(x?,t), representan la onda de presión en la ubicación i del iav0 transductor (i= 1 hasta -N) al tiempo t. Las señales 125 de los datos se ingresan a una memoria 130. El ingreso de los datos a la memoria 130 se accede por un procesador 135 configurado para procesar las señales 125 de datos. Las señales 125 se pueden limpiar filtrando 'los componentes que tienen frecuencias fuera del rango de los sonidos respiratorios, por ejemplo, vibraciones debido al movimiento del individuo. Cada señal 125 puede también someterse a un filtro de bandas de paso de tal manera que solamente los componentes en la señal dentro de un intervalo de interés se analizan. Un dispositivo de entrada tal como un teclado 140 o un ratón 145 de computadora se utiliza para ingresar información relevante relacionada con el examen tal como detalles personales del individuo 110. El dispositivo 140 de entrada también se puede utilizar para ingresar una subdivisión del intervalo de tiempo to a tm dentro de subintervalos t0, ti, t2, ...tm. Alternativamente, los tiempos t2,...tm-? se pueden determinar automáticamente por el procesador 135. El procesador 135 determina la energía acústica promedio P(x,t,t ) durante cada subintervalo de ti a ti+i, i=0 hasta m-1 en una pluralidad de ubicaciones x en la región en un cálculo implicando al menos una de las señales P(x±,t). Las energías acústicas medias se almacenan en la memoria 130 y se pueden desplegar en un dispositivo 150 de despliegue tal como una pantalla CRT para diagnósticos por un médico. El procesador también se configura para integrar las funciones ?(x,t, . ) con respecto a x, es decir, para calcular Vp(?,ti,ti+1)í para obtener una energía acústica total en la región de la vía respiratoria durante el intervalo de ti a ti+?. Una curva de calibración previamente obtenida entonces se utiliza por el procesador para determinar a partir de la energía acústica calculada, una tasa de circulación de aire dentro (durante la fase inspiratoria) o fuera de (durante la fase expiratoria) la región. De preferencia se utiliza una curva de calibración, obtenida previamente en un sujeto que tiene características similares (género, estatura, peso y edad) que el individuo 110. El procesador también se configura para integrar las funciones , para obtener el volumen total de aire que circula en las vías aéreas de to a tK para cada k de 1 hasta m. El procesador también se configura para desplegar en el dispositivo de despliegue una curva de espirometría la cual es un gráfico de la tasa de circulación ^P(x,t¡,t¡+1), s durante el intervalo de ti a ti+i como función del volumen _lVP(x,t¡,ti+,) durante el mismo intervalo de tiempo. t0 X El procesador 135 también puede realizar un diagnóstico diferencial automático comparando la curva de espirometría con las funciones de curvas estándares de espirometría almacenadas en la memoria y que se sabe son indicativas de varias enfermedades en la región corporal. La Figura 2 muestra un diagrama gráfico para llevar a cabo el método de la invención de acuerdo con una modalidad. En el paso 200 las señales P(xi,t) se obtienen de N transductores colocados en ubicaciones predeterminadas x¡_ para i de 1 hasta N en una región R en tórax o espalda de un individuo. En el paso 205 el procesador 135' determina la energía acústica promedio P(x,t.,t. ) durante cada subintervalo de ti a ti+i, i=0 hasta m-1 en una pluralidad de ubicaciones X en la región R en un cálculo que implica al menos, una de las señales P (Xi, t) . En el paso 210, el procesador integra las funciones P(x,t,t ) con respecto a x, para obtener energía X acústica en las vías aéreas durante el intervalo de ti a ti+?. En el paso 212 el procesador obtiene una tasa de circulación de aire en la región R de las vías aéreas de una curva de calibración. En el paso 215, el procesador integra las funciones de circulación de aire con respect para obtener el volumen total de aire que circula dentro o fuera de la región R de to a' k, para cada k de 1 hasta . En el paso 220, el procesador despliega en el dispositivo de despliegue una curva de espirometría la cual es un gráfico de la tasa de circulación de aire ( jP(x5t¡,ti+?) ) como función del volumen de a±re t0 iA ) - x También se entenderá que el sistema de acuerdo con la invención puede ser una computadora programada adecuadamente. Del mismo modo, la invención contempla un programa de computación legible por computadora para ejecutar el método de la invención. La invención además contempla una memoria legible por máquina que tangiblemente representa un programa de instrucciones ejecutable por la máquina para ejecutar el método de la invención. Ejemplos Una pluralidad de 20 transductores de sonido se aplicó en la espalda de un individuo sobre cada pulmón. Cada transductor produjo una señal de voltaje análoga indicativa de ondas de presión que llegan hacia el transductor durante un ciclo respiratorio. Las señales análogas se digitalizaron • por un convertidor de análogo a digital multicanal. Las señales de datos digitales P (x±, t) , representan la onda de presión en la ubicación x¿ del iavo transductor al tiempo t.

Las señales de datos se limpiaron filtrando los componentes que tienen frecuencias fuera del intervalo de los sonidos respiratorios . El ciclo respiratorio se dividió en subintervalos de 0.1 seg. y los subintervalos se clasificaron como pertenecientes ya sea a la fase inspiratoria o expiratoria del ciclo respiratorio. Una energía acústica promedio se calculó P(?,t, t. ) durante cada subintervalo [ti, ti+i] en una pluralidad de ubicaciones x en cada pulmón de las señales P(xi,t). Para cada pulmón, las funciones P(x,t,t ) se integraron con respecto a x Vp(?,t¡,t¡+1) para obtener una X circulación de aire total en el pulmón durante el intervalo de ti a ti+i. Las integrales ,P(x,t¡,ti+1) después se integraron con respecto al tiempo, ^^(x,^,^,), para obtener una función que se puede correlacionar con el volumen total de aire que circula dentro o fuera de cada pulmón durante la fase inspiratoria y expiratoria, respectivamente, de la aparición de la fase al tiempo variable tk. El logaritmo de estas integrales se calculó y se gráfico como una función del tiempo durante el ciclo respiratorio para obtener una curva de espirometría. Los resultados se muestran en la Figura 3. La Figura 3a muestra una curva de espirometría para ambos pulmones. La porción de la curva que corresponde a la fase expiratoria del ciclo respiratorio se gráfico arriba del eje horizontal. La porción de la curva que corresponde a la fase expiratoria del ciclo respiratorio se gráfico arriba del eje horizontal. Los valores de volumen en el eje vertical se pueden correlacionar utilizando datos de espirometría del individuo que se obtienen de un espirómetro mecánico. La Figura 3b muestra una curva de espirometría para el pulmón derecho. Los valores de volumen en el eje vertical se pueden correlacionar utilizando datos de espirometría del individuo que se obtienen de un espirómetro mecánico en ambos pulmones .

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para determinar la circulación de aire en una porción de vías respiratorias está caracterizado porque comprende determinar una energía acústica total en una región de una superficie corporal que subyace a la porción de la vía respiratoria. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la energía acústica total se determina en un proceso caracterizado porque comprende: (a) obtener señales P(x?,t) de N transductores colocados en ubicaciones predeterminadas x± para i de 1 hasta N en la región de la superficie corporal; (b) determinar una energía acústica promedio P (x, t., ti+1) durante uno o más intervalos de tiempo t a ti+?, en una pluralidad de ubicaciones x en la región en un cálculo que implica al menos una de las señales P(Xi,t) y (c) -integrar las funciones P(x,t.,t. ) con respecto a x, para obtener una circulación de aire en la
2. X región durante cada uno de los intervalos de tiempo. 3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende integrar las funciones 2.. 'x' >' '+1-' con respecto al tiempo, ¿, ? (x'*¡' í+1' para
3. X t0 X obtener un volumen total de aire que circula en la región de to a tk, para cada k de 1 hasta M.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque comprende desplegar en un dispositivo, de despliegue un gráfico de la tasa de flujo jP(x,t¡,t¡+1) como función del volumen X XQ^?J M ) . X t0 X
5. 5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la región es un solo pulmón o un lóbulo de un pulmón.
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende calcular un logaritmo de una energía acústica.
7. 7. Un sistema para determinar la circulación de aire en una porción de vías respiratorias caracterizado porque comprende un procesador configurado para determinar una energía acústica total en una región de superficie corporal que subyace la porción de la vía respiratoria.
8. 8. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la. energía acústic total se determina en un proceso que comprende: (a) obtener señales P(x?,t) de N transductores colocados en ubicaciones predeterminadas x± para i de 1 hasta N en la región de la superficie corporal; (b) determinar una energía acústica promedio P(x,t.,ti+1) durante uno o más intervalos de tiempo ti a ti+i, en una pluralidad de ubicaciones x en la región en un cálculo que implica al menos una de las señales P(xi,t) y (c) integrar las funciones P(x,t.,t. ) con respecto a x, para obtener una circulación de aire en la X región durante cada uno de los intervalos de tiempo.
9. 9. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el procesador además se configura para integrar las funciones con respecto al tiempo, _, L.P(x5t¡,ti+1) para obtener un volumen total de aire que t0 X circula en la región de t0 a tk, para cada k de 1 hasta M.
10. 10. El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende un dispositivo de despliegue y en donde el procesador además se configura para desplegar en el dispositivo de despliegue un gráfico de la una función del volumen
11. 11. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la región es un solo pulmón o un lóbulo de un pulmón.
12. 12. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el procesador además se configura para calcular un logaritmo de una energía acústica.