WO2016198030A1 - Mecanismo multicanal portable para la medición de variables fisiológicas en extremidades humanas - Google Patents
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Abstract
Se trata de un mecanismo para la medición y registro de señales directas relacionadas con los signos característicos de los trastornos del movimiento, tales como: tono muscular, velocidad, postura; así como otros marcadores fisiológicos de funcionamiento autonómico: temperatura, respuesta electrodérmica y frecuencia cardíaca, que facilita la detección y el seguimiento de los trastornos del movimiento por cuanto que actualmente no existen dispositivos que permitan un seguimiento integral, permitiendo resultados más precisos que permiten incluso un seguimiento remoto del paciente, reduciendo el uso de herramientas invasivas para la medición de estas variables. Las características que lo diferencian de otras invenciones en este campo son la medición y registro vectorial de las múltiples variables de los marcadores fisiológicos, además que no constituye un mecanismo correctivo, que es el caso usual, sino un mecanismo para la medición multicanal, o de señales vectoriales, de los síntomas asociados a trastornos del movimiento. El mecanismo está compuesto de un accesorio portable no invasivo en forma de guante, cinturón o banda, en el que se encuentra embebido un sistema de adquisición y procesamiento de señales multicanal. El mecanismo está dirigido al campo de la Biotecnología aplicada a la medición del movimiento del cuerpo entero ó de partes del mismo.
Description
MECANISMO MULTICANAL PORTABLE PARA LA MEDICIÓN DE VARIABLES FISIOLÓGICAS EN EXTREMIDADES HUMANAS
I. DESCRIPCIÓN
Sector Tecnológico
El sector en el que la invención aplica es el de la biotecnología aplicada a la medición del movimiento del cuerpo entero o de partes del mismo.
Estado de la técnica
Los adelantos tecnológicos disponibles en la actualidad, basados en la fisiología de los trastornos del movimiento, se han concentrado en la medición o registro de la amplitud y frecuencia del principal síntoma que es el temblor, e ignoran el resto de signos que son patognomónicos de estas alteraciones, así mismo, no se encuentran dispositivos que permitan hacer una detección diferencial dentro de la variedad de trastornos de movimiento, solo se han reseñado dispositivos que aportan al seguimiento y/o corrección de uno de los síntomas principales que es el temblor. A continuación se describen algunos de los antecedentes tecnológicos:
Barrientos, Ferré, García, Mora y Casas (2001 ), presentan la solicitud de patente número 200000257 denominada sistema para la caracterización objetiva del temblor mediante patrones que aplican fuerzas virtuales, conformada por un dispositivo electromecánico articulado dotado de sensores de posición y actuadores eléctricos o motores, que se fijan por su extremo a la mano o dedo del paciente; y a un computador personal que procesa la información, el cual guía el proceso y proporciona datos objetivos de las características del temblor a través de un software. En cuanto a la descripción de este dispositivo, se destaca que este realiza evaluación objetiva del temblor en extremidades (manos y dedos), el cual registra tridimensionalmente los movimientos de la extremidad (posición, velocidad y aceleración), mientras la persona realiza una serie de acciones controlados por el sistema.
Por su parte, Estevez, Ruiz, Rovira y De Lima (2004), presentan la propuesta de un método y dispositivo electrónico e informático de supresión y valoración de temblor y movimiento espástico en periféricos de entrada y de mando (número WO2005122894A1 ), caracterizado por "ser un dispositivo electrónico-informático que aplicado a la señal eléctrica digital o analógica de un periférico de entrada (ratón de ordenador, sistema de comando de sillas de ruedas) permite discernir el movimiento voluntario del tembloroso producido por desórdenes neurológicos del usuario". Dicho dispositivo, se adapta automáticamente a las características concretas del temblor del usuario, sea este un temblor de reposo (característico de la enfermedad de Parkinson), postural (característico del temblor esencial) o cinético/intencional.
En cuanto a la característica de portabilidad, la patente denominada Ortesis para amortiguación de temblor, presentada por Pons, Rocón, Loureiro, Belda y Lawrence (2007), con el número de solicitud 200700356, se caracteriza además de ser portable, en el hecho de ser un dispositivo "compacto y no invasivo". Es de utilidad para el amortiguamiento del temblor y comprende un sistema de soporte para fijar el dispositivo, que incluye un procesador que analiza la señal que detecta el temblor y genera otra señal de control del actuador para amortiguar el movimiento.
A continuación de relacionan algunas características de otras patentes encontradas, y las principales similitudes y diferencias que presentan respecto a la invención aquí descrita.
1. Patente: Método y dispositivo biomecánico de cancelación de temblor patológico. WO2005011494 A1.
Similitudes Diferencias
Estrategia de identificación, Es un Método de cancelación, caracterización y seguimiento del supresión o reducción de temblor temblor en tiempo real en términos patológico.
de su frecuencia principal, fase y
amplitud asociada, y que es
implementado en un programa del
controlador. Que se realiza
electrónicamente mediante un
circuito electrónico al efecto.
Proceso de identificación de las Lazo de control implementado de características del temblor y permite forma digital o analógica
su aplicación a toda variedad de
temblor patológico de reposo,
postural o cinético, y bajo cualquier
condición de actividad del paciente
2. Dispositivo ortésico dinámico para la monitorización, diagnóstico y supresión de temblor patológico. WO 2006064074 A1.
Similitudes Diferencias
Una multiplicidad de sensores de las Dispositivo ortésico dinámico útil señales eléctricas correspondientes para la monitorización, diagnóstico y a movimientos temblorosos que supresión de temblor patológico. permiten obtener la información
cinemática del brazo humano
Un dispositivo externo conectado al Una estructura con articulaciones dispositivo electrónico descrito rígidas
capaz de proveer una interfaz para
acceder a todas las funcionalidades
de la plataforma ortésica y de
presentar los datos de una forma
apropiada
Sensores inerciales capaces de Una multiplicidad de sensores de las funcionar en un rango mínimo de señales eléctricas correspondientes frecuencias entre 0 y 30 Hz, los a movimientos temblorosos que sensores inerciales pertenecen al permiten obtener la información siguiente grupo: giroscopios, cinética sobre la fuerza de goniómetros, acelerómetros y de interacción entre el brazo y la fuerza estructura
El dispositivo electrónico Una multiplicidad de actuadores programable es capaz de rotativos que permiten actuar sobre implementar estrategias de el órgano afectado
seguimiento e identificación del
temblor.
Las estrategias están basadas en un Un dispositivo electrónico algoritmo en el dominio de la programable responsable de la frecuencia o del tiempo ejecución de diferentes estrategias de control
El algoritmo pertenece al grupo los sensores de fuerza son un siguiente: estándar IEEE-1057, Filtro conjunto de galgas extensométricas de Kalman y el Filtro de Benedict- montadas en la configuración de Bordner Puente de Wheatstone
El dispositivo electrónico Los actuadores rotativos son programable pertenece al siguiente motores ultrasónicos, conjunto de grupo: un microcontrolador, un motor de corriente continua y microprocesador, un DSP y un reductor, motor de corriente continua ordenador ejecutando algún sistema es un motor DC plano
operativo de tiempo real
El dispositivo externo d) pertenece al El dispositivo electrónico siguiente grupo: un ordenador, una programable de b) es capaz de PDA o un Pocket PC adquirir señales de los sensores, procesarlas, analizarlas y generar una señal de control de los actuadores
3. System and method for detecting tremors in particular those that result from Parkinson's disease. EP 0535508 A1.
Similitudes Diferencias
Un sistema para detectar un temblor No es multicanal
de un paciente, dicho sistema tiene
medios de detección para obtener
continuamente señales
representativas de movimiento de las
extremidades de dicho paciente,
caracterizado por medios de
almacenamiento de frecuencia y
duración, primeros medios para
determinar cuándo dichas señales
cumplen con los requisitos de dicho
predeterminado criterio de
frecuencia, y segundos medios para
determinar cuando dichos requisitos
señales de reuniones de dicho
criterio de frecuencia continúan
sustancialmente sin interrupción
durante un período de tiempo
correspondiente a dicha duración
predeterminada criterio, indicando de
este modo un temblor.
Determinación de umbral medio para
determinar cuando las señales
analizadas no excedan de una
amplitud mínima predeterminada, lo
que indica un período de descanso.
Dicho rango de períodos de señal
está dentro de aproximadamente 40- 170 ms.
Caracterizado además por medios
para generar y almacenar datos de
histograma temblor de dichas
señales.
Comprende medios de tratamiento
para indicar el tratamiento como una
función de dichos datos de amplitud
de la señal.
Descripción de la Invención Breve descripción de la invención
La Enfermedad de Parkinson es; entre los trastornos del movimiento, una de las condiciones neurológicas con mayor repercusión en la esfera funcional
que imposibilita al paciente realizar sus actividades motrices de manera eficiente. Contar con herramientas tanto de valoración como medición de variables y síntomas implicados en la enfermedad, es importante para realizar diagnósticos más confiables y eficientes. Estas herramientas deben proporcionar medidas fieles de la sintomatología o características de un determinado trastorno, facilitando información para el diagnóstico diferencial de estos.
La ausencia de herramientas con las características mencionadas, hace que la detección, posterior monitoreo y vigilancia de la evolución ante el tratamiento resulte incómodo para un paciente en un centro de atención médica, e inclusive para los médicos y especialistas desempeñar eficaz y asertivamente su labor. Realizar un seguimiento integral de la sintomatología del paciente permite un diagnóstico diferencial más preciso, y si la medición y seguimiento es de forma remota, beneficia en la comodidad del paciente, reduciendo el uso de herramientas invasivas para la medición de síntomas.
Por lo anterior, se propone un mecanismo multicanal portable para la medición de variables fisiológicas en extremidades humanas, que permite obtener una señal vectorial directa relacionadas con los signos característicos de los trastornos del movimiento, tales como tono muscular, velocidad, postura y marcadores fisiológicos de funcionamiento autonómico como temperatura, respuesta electrodérmica y frecuencia cardíaca.
El mecanismo está compuesto de un accesorio portable no invasivo en forma de guante, cinturón o banda, en el que se encuentra embebido un sistema de adquisición y procesamiento de señales multicanal. El mecanismo está dirigido al campo de la Biotecnología aplicada a la medición del movimiento del cuerpo entero o de partes del mismo. Las características que lo diferencia de otras invenciones en el campo de los trastornos de movimiento es la medición y registro vectorial de las múltiples variables de los marcadores fisiológicos, además no es un mecanismo correctivo, que es el caso usual, sino un mecanismo para la medición multicanal, o de señales vectoriales, de los síntomas asociados a trastornos del movimiento.
Descripción detallada de la invención
Se trata de un Mecanismo multicanal portable para la medición de variables fisiológicas en extremidades humanas compuesto por un accesorio portable
no invasivo en forma de guante (Figura 1.1), y sus variantes en forma de cinturón (Figura 1.2) o banda (Figura 1.3) en el que se encuentra embebido un sistema de adquisición (1.1.1 , 1.2.1 y 1.3.1) y procesamiento de señales multicanal (1.1.2, 1.2.2. y 1.3.2).
El accesorio portable no invasivo (Figura 1) se presenta en tres modalidades: guante (1.1), cinturón (1.2) o banda (1.3). Para todas estas modalidades la tecnología embebida es similar, siendo un sistema de adquisición (1.1.1 , 1.2.1 y 1.3.1) y procesamiento de señales multicanal (1.1.2, 1.2.2. y 1.3.2).
El accesorio portable tipo guante (Figura 1.1) es una prenda textil realizada en algodón, caucho sintético, neopreno o fibras sintéticas. Las dimensiones del guante se sujetan a las tallas conocidas y comercializadas en el propio mercado de este tipo de productos, relacionadas al tamaño o medida de la circunferencia de la palma de la mano en hombres y mujeres, a saber:
El guante también podrá estar diseñado en tallas intermedias.
La modalidad de cinturón está basada en un cinto elaborado en caucho sintético, neopreno o fibras sintéticas con forma similar a una faja lumbar.
Sus dimensiones están sujetas a las medidas y tallas convencionales este tipo de prenda, a saber:
Talla 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150
■i#< cm 81- 86- 91- 96- 101 106 111 116 121 126 134 136 141 146-
89 94 99 104 154
109 114 119 124 129 134 139 144 149
La modalidad de banda, tiene por base una sección rectangular en algodón, caucho sintético, neopreno o fibras sintéticas, que por su característica general puede ser usado en muñecas, brazos, antebrazos, piernas u otras sección de estas extremidades. Las dimensiones de la banda son de talla única, en 3 diferentes tamaños:
En estas modalidades, guante (Figura 1.1 ), cinturón (Figura 1.2) o banda (Figura 1.3), se encuentra embebido un sistema de adquisición y procesamiento de señales multicanal (1.1.2, 1.2.2. y 1.3.2). El sistema de adquisición y procesamiento se conforma de sensores (1.1.1 , 1.2.1. y 1.3.1 ) para la' medición de los signos característicos de los trastornos del movimiento y marcadores fisiológicos de funcionamiento autonómico en las secciones del cuerpo dónde sea ubicado el mecanismo según su modalidad (Figura 1). Los sensores se encuentran instalados y configurados en un sistema de adquisición vectorial, esta es una característica distintiva a otras
invenciones relacionadas con el problema en cuestión, pues en ésta se miden múltiples variables y marcadores fisiológicos (adquisición vectorial), mientras en las otras solo se adquiere una única bioseñal o varias pero en número reducido. La cantidad de bioseñales medidas en esta invención mejora la medición de movimiento en el cuerpo humano o partes de él, proporcionando información adicional, mejorando el desempeño de esta invención en comparación con otras previstas para el mismo fin.
Los sensores que conforman el sistema de adquisición vectorial se han seleccionado según el tipo de señal a sensar. Para la invención se pueden considerar las siguientes familias de sensores:
Las señales eléctricas suministradas por estos sensores son denominadas bioseñales. A estas señales, se realiza un pre-procesamiento de tipo analógico, también llamada etapa de adquisición y adecuación de señales. El pre-procesamiento consiste en amplificación de las señales, debido a su baja amplitud, adaptación de impedancias, filtrado para eliminar el ruido superpúésto a las bioseñales y técnicas de eliminación de interferencias que son comunes en las bioseñales. En esta etapa se emplean circuitos amplificadores de instrumentación (INA), principalmente en configuración de
filtros activos de orden superior, técnica conocida y empleada en el estado de la técnica. Posteriormente de la etapa de pre-procesamiento, cada señal adecuada es entregada al sistema de procesamiento.
El sistema de procesamiento empleado puede ser diferentes tipos, según el nivel en que se realice la implementacion de la invención. Se distinguen los siguientes elementos para el sistema de procesamiento:
El sistema embebido empleado, microcontrolador o FPGA, lleva a cabo el procesado digital de las señales, que consiste en la extracción de la información importante de las bioseñales relacionadas con los trastornos de movimiento. Una variante es que en el dispositivo de procesamiento digital resida un sistema operativo en tiempo real (RTOS), que controla la ejecución del procesamiento y demás funciones del sistema embebido. Esto constituye una ventaja, ya que la estructura principal del sistema embebido se mantendría intacta ante posteriores actualizaciones, y las variantes funcionales quedarán reducidas a cambios modulares. En principio, esta característica no es imprescindible, pero sí resulta ventajosa para la producción en masa del dispositivo, y para la realización de mejoras.
Una vez procesada las señales, la información extraída es presentada al usuario por medio de una conexión alámbrica (usb), o inalámbrica (internet, wi-fi o bluetooth) a un dispositivo para este fin (computador, tablet, celular u otro equipo informático capaz de ejecutar una aplicación de recepción de los datos y alguno de estos tipos de conexión).
Un sistema de almacenamiento, es una variante en el sistema de procesamiento, que permite almacenar los datos de las señales vectoriales para sincronización cuando sea posible la conexión al equipo informático externo. Este tipo de almacenamiento se realiza en una memoria RAM o una memoria SD de baja y media capacidad en el rango de 512 MB a 4GB. Capacidades superiores pueden ser consideradas de acuerdo al tiempo y número de muestras que deseen ser almacenadas.
Todo el sistema tecnológico de adquisición y procesamiento, antes descrito, se encuentra embebido en una prenda vestible tipo guante con sus variantes en cinturón o faja, y banda para brazalete o tobillera.
Explicación detallada de dibujos o gráficas
Para permitir una descripción más clara y detallada de la invención descrita y con el fin de ayudar a una mejor comprensión de este, se acompaña la descripción con una colección de dibujos o figuras en donde se ha presentado la invención, sin ser limitada solo a estas descripciones gráficas y con un propósito ilustrativo:
La figura 1. - Presenta el Mecanismo multicanal portable para la medición de variables fisiológicas en extremidades humanas, en la modalidad de guante (1.1), Banda (1.2) y Cinturón (1.3).
La figura 1.1.- Presenta la modalidad de guante del Mecanismo multicanal portable para la medición de variables fisiológicas en extremidades humanas.
La figura 1.2. - Presenta la modalidad de Cinturón del Mecanismo multicanal portable para la medición de variables fisiológicas en extremidades humanas.
La figura 1.3. - Presenta la modalidad de Banda del Mecanismo multicanal portable para la medición de variables fisiológicas en extremidades humanas
Al observar las figuras puede observarse que el mecanismo multicanal portable para la medición de variables fisiológicas en extremidades humanas, está conformado por un accesorio portable no invasivo tipo guante (1.1) o sus variantes en cinturón (1.2) o banda (1.3). Sobre cada una de estas modalidades se encuentra embebido un sistema de adquisición y procesamiento de señales multicanal, conformado por un conjunto de sensores ubicados en zonas del accesorio portable (1.1.1, 1.2.1 y 1.3.1 ) y un sistema embebido para el procesamiento de las señales (1.1.2, 1.2.2 y 1.3.2).
La constitución del mecanismo multicanal portable para la medición de variables fisiológicas en extremidades humanas posee como base un accesorio portable en modalidad de guante (1.1), Cinturón (1.2) o Banda (1.3). Sobre estas se encuentra embebido un sistema de adquisición de señales conformado por sensores (1.1.1 , 1.2.1 y 1.3.1) según la descripción detallada de la invención. Cada uno de estos sensores se ubican en la modalidad del accesorio portable y son conectados a un sistema de procesamiento (1.1.2, 1.2.2 y 1.3.2), de acuerdo a las características dadas en la descripción de la invención. El sistema de procesamiento es configurado o programado para las funciones de adquisición, digitalización, procesamiento y almacenamiento o transmisión de las señales captadas. Una vez interconectado y configurado, el sistema de procesamiento establece las relaciones de las variables según los paradigmas predeterminados basados en análisis sindromáticos.
Claims
1. Mecanismo multicanal para la medición de variables fisiológicas con un accesorio portable (wearable), y un sistema de adquisición y procesamiento, que mide los signos característicos de los trastornos del movimiento, tales como: tono muscular, velocidad, postura; así como otros marcadores fisiológicos de funcionamiento autonómico: temperatura, respuesta electrodérmica y frecuencia cardíaca, caracterizado porque realiza una toma de bioseñales vectorial y multicanal, su procesamiento, almacenamiento y transmisión en la medición de movimiento en extremidades y tronco del ser humano.
2. Mecanismo multicanal para la medición de variables fisiológicas de acuerdo a la reivindicación 1 , caracterizado porque el accesorio portable posee forma de guante, cinturón o banda.
3. Mecanismo multicanal para la medición de variables fisiológicas de acuerdo a la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque el accesorio portable tiene embebido un sistema de adquisición y procesamiento de señales conformado por sensores y unidad de procesamiento.
4. Mecanismo multicanal para la medición de variables fisiológicas de acuerdo a la reivindicación 1 y 3, caracterizado porque el sistema de adquisición está conformado por sensores para la medición de tono muscular, velocidad, postura, marcadores fisiológicos de funcionamiento autonómico: temperatura, respuesta electrodérmica y frecuencia cardíaca.
5. Mecanismo multicanal para la medición de variables fisiológicas de acuerdo a la reivindicación 1 , 3 y 4, caracterizado porque el sistema de procesamiento realiza el almacenamiento de las mediciones de las variables censadas por el sistema de adquisición.
6. Mecanismo multicanal para la medición de variables fisiológicas de acuerdo a la reivindicación 1 y 3, caracterizado porque el sistema de procesamiento transmite inalámbricamente información a dispositivos biomédicos, sistemas computacionales o tecnológicos externos a través de ,,, comunicación serial, usb, bluetooth, wi-fi o internet.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2016198030A1 (es) |
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- 2016-04-18 WO PCT/CO2016/000003 patent/WO2016198030A1/es active Application Filing
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