WO2017055670A1 - Método y aparato para estimar el tiempo de tránsito del pulso aórtico a partir de intervalos temporales medidos entre puntos fiduciales del balistocardiograma - Google Patents

Método y aparato para estimar el tiempo de tránsito del pulso aórtico a partir de intervalos temporales medidos entre puntos fiduciales del balistocardiograma Download PDF

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Ramon Casanella Alonso
Joan GÓMEZ CLAPERS
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Definitions

  • the present invention concerns in general the physiological parameter measurement systems by physical methods and, in particular, a method and apparatus for estimating the transit time of the aortic pulse from time intervals measured exclusively between fiducial points. of the balistocardiogram (BCG). STATE OF THE TECHNIQUE
  • the pulse transit time (Pulse Transit Time or PTT) generated by the ejection of blood from the heart to the arterial system is a very important parameter to diagnose the state of the cardiovascular system. It is defined as the time interval between the arrival of the pulse wave at a point proximal to the heart and the arrival at another distal point, and from it you can evaluate, for example, arterial elasticity, which is an indicator every time more accepted to predict the risk of suffering from cardiovascular diseases. Arterial elasticity has been associated with the presence of cardiovascular risk factors and arteriosclerotic diseases, and its ability to predict the risk of future cardiovascular events such as myocardial infarction, stroke, revascularization or aortic syndromes, among others, has been widely corroborated. , as described in the document by C.
  • the degree of elasticity of an artery is normally evaluated from the pulse wave velocity (Pulse Wave Velocity or PWV), according to the formula described by Moens-Korteweg,
  • E is the modulus of elasticity of the artery
  • h is the thickness of the arterial wall
  • r is the radius of the artery
  • p is the density of the blood.
  • aortic PWV is a good indicator of the state of stiffness of the arteries of the subject.
  • the high predictivity of aortic PWV with respect to cardiovascular events has been demonstrated in different epidemiological studies, as described in the document by LM Van Bortel, S. Laurent, P. Boutouyrie, P.
  • D is the distance between the proximal point and the distal point considered.
  • the measurement is usually performed between the carotid point, located in the medial area of the anterior border of the sternocleidomastoid muscle, and the femoral point located in the medial area of the inguinal fold.
  • the arteries at these points are superficial, so they are easily accessible for a sensor that establishes good contact with the skin, and the transit time of the pulse wave between them adequately reflects the aortic PTT since it includes much of the aortic and aortic-iliac propagation.
  • Another parameter that can be measured from the elasticity of an artery is blood pressure, since the modulus of elasticity is related to changes in mean arterial pressure P according to
  • E Q is the modulus of elasticity of the artery at an average reference blood pressure and k is a constant dependent on the artery and whose value is between 0.016 mmHg “1 and 0.018 mmHg “ 1 .
  • Changes in PTT induced by changes in the modulus of elasticity of the aorta, and in other arteries, can be used to estimate changes in blood pressure, and also absolute pressure values by different calibration methods, as described by example in the document by D. Buxi, JM Redouté, and MR Yuce, "A Survey on Signals and Systems in Ambulatory Blood Pressure Monitoring Using Pulse Transit Time," Physiological Measurements, DOI 10.1088 / 0967-3334 / 36/3 / R1.
  • the usual procedure to measure aortic PTT non-invasively involves the preparation (exposure, cleaning, placement of the sensor and cable connection) of the carotid and femoral points to detect in each of them the arrival of the pulse wave, by example by a photoplethysmograph (PPG) or an impedance plethysmograph (IPG) that detect the change in local volume due to the arrival of the arterial pulse, or by an arterial tonometer that measures the pressure exerted by a superficial artery on a force sensor in Close contact with her.
  • PPG photoplethysmograph
  • IPG impedance plethysmograph
  • an arterial tonometer measures the pressure exerted by a superficial artery on a force sensor in Close contact with her.
  • BCG balistocardiogram
  • BCG fiducial points have been used as proximal time references in time interval measurements due to the relationship between that signal and the moment of blood ejection in each beat.
  • US 20130310700 A1 in which it is proposed to use BCG fiducial points obtained from a system integrated in a domestic scale as a proximal temporal reference to measure aortic PTT.
  • the method described in said patent has the disadvantage that it needs an additional sensor to detect the arrival of the arterial pulse wave at the distal point considered.
  • aortic PTT proximal and distal temporal information in the same BCG signal would allow aortic PTT to be measured more quickly and comfortably even for long periods of time, which would be very useful for assessing arterial elasticity and its derived parameters. It would also serve to calculate other indicators where the aortic PTT intervenes along with other cardiovascular parameters, for example in the determination of myocardial contractility from the pre-ejection period (Pre-Ejection Period or PEP), obtained by calculating the difference between the time of arrival of the pulse wave (Press Arrival Time or PAT) and the PTT.
  • Pre-Ejection Period Pre-Ejection Period
  • the invention consists of a method and apparatus for estimating the transit time of the aortic pulse (PTT) as defined in the independent claims.
  • PTT aortic pulse
  • Preferred embodiments of the invention are defined in the dependent claims.
  • the aortic PTT is the PTT between the carotid point, located in the medial area of the anterior border of the sternocleidomastoid muscle, and the femoral point located in the medial area of the inguinal fold.
  • the innovative solution proposed by the present invention is the estimate of the aortic PTT from time intervals measured exclusively between BCG fiducial points.
  • the longitudinal BCG waves are especially influenced by the mechanical activity derived from the propagation of the wave of pulse that occurs in that main artery.
  • a method is proposed to estimate the aortic PTT consisting, first, of detecting two fiducial points of a BCG: a first point plausibly related to the arrival of the pulse wave to more proximal areas with respect to the heart and a second later point in time plausibly related to the arrival of the pulse wave to more distal areas.
  • the time interval between these two fiducial points is measured. This interval corresponds, in a first way to obtain it, directly with the aortic PTT.
  • a second alternative way of obtaining said transit time from the time interval measured between the two fiducial points is to calibrate the interval obtained from the BCG using as reference the aortic PTT obtained simultaneously with one of the known methods belonging to the prior art. .
  • the aortic PTT can be calculated from the interval obtained exclusively from the BCG, thus achieving greater accuracy than in the first proposed manner, although with a slower and more complex initial procedure.
  • the inventors have found that, specifically, waves I and J of the BCG are systematically coincident with the arrival of the pulse wave at the carotid and femoral points, respectively, so the IJ interval is especially suitable for Obtain directly from it the aortic PTT, according to the first way of obtaining proposed.
  • the use of the second method, based on the calibration of the IJ interval, is also suitable if a more accurate measurement of aortic PTT is desired.
  • the intervals measured between other arbitrarily chosen fiducial points of the longitudinal BCG are equally sensitive to changes in the PTT in the aorta, such as the interval between waves I and K, or the interval between J waves and K, although the different duration of these intervals with respect to the aortic PTT will entail the use of the second method of obtaining the proposed aortic PTT, based on the previous calibration of the relationship between the interval considered and the aortic PTT measured with any of the conventional methods .
  • an optimal implementation is by means of an apparatus that contains the signal processing systems necessary to automatically detect the two first and second fiducial points in a BGC signal, the calculation systems necessary to calculate the time interval between said fiducial points and to obtain the aortic PTT from said interval, and which finally contained a PTT communication system obtained that is responsible for its representation in an element of display or communication of the value to another device.
  • An algorithm capable of detecting and measuring the time interval between waves I and J from only the BCG signal may be, for example, the one proposed in the document of A. Akhbardeh, B. Kaminska and K. Tavakolian, "BSeg ++ : A modified Blind Segmentation Method for Ballistocardiogram Cycle Extraction, "Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2007, pp. 1896-1899.
  • Other algorithms belonging to the prior art use an additional cardiovascular signal such as temporal origin to detect waves I and J instead of using only BCG itself. For example, in the document of Inan et al.
  • the invention described herein has the main advantage that it allows obtaining aortic PTT using only fiducial points of the balistocardiogram, which facilitates the measurement of aortic PTT more easily, quickly and comfortably even for long periods of time with respect to those systems that require signals other than BCG to obtain at least one of the two fiducial points between which a time interval related to aortic PTT is measured, or that detect the arrival of the arterial pulse wave by placing one or more sensors in the areas between which you want to measure the PTT.
  • Figure 1 Shows a diagram of a bathroom scale capable of obtaining the BCG and constituting the element with which the subject comes into contact in one of the embodiments of the present invention.
  • Figure 2 Shows the typical BCG waveform, measured in a subject that is standing and where the main waves I, J, K, L, M and N that make up the BCG in each beat and the IJ interval are detailed.
  • the origin of the abscissa axis coincides with the R peak of the electrocardiogram (ECG), although this signal is not essential to measure the IJ interval.
  • ECG electrocardiogram
  • FIG. 3 Shows, from top to bottom, a record of the ECG (represented to facilitate the understanding of the invention but which is not essential to measure intervals between BCG points), the BCG obtained with a scale, the photoplethysmogram (PPG) in the Carotid point and PPG at the femoral point, all measured simultaneously in the same subject.
  • ECG ECG
  • PPG photoplethysmogram
  • Figure 4 - Shows a trace of the IJ interval of the BCG and the carotid-femoral PTT obtained simultaneously in the same subject during a rhythmic breathing maneuver to induce changes in arterial elasticity due to variations in blood pressure associated with respiration.
  • Figure 5 Shows the linear regression analysis and Bland-AItman analysis of 407 pairs of simultaneous measurements of the IJ interval and the carotid-femoral PTT.
  • Figure 6 Shows a trace of the IK interval of the BCG and the carotid-femoral PTT obtained simultaneously in the same subject during a rhythmic breathing maneuver to induce changes in arterial elasticity due to variations in blood pressure associated with respiration.
  • a system integrated in a bathroom scale (1) obtains a longitudinal BCG indicative of the mechanical activity derived from cardiac ejection in the aorta, from a sensor (2) formed by the gauges themselves strain gages used by the scale to measure body weight and an analog signal processing circuit (3), as shown in Figure 1.
  • the method to estimate the transit time of the aortic pulse consists, first, in detecting two fiducial points in said BCG by digital processing of the signal: a first point related to the arrival of the arterial pulse wave to more proximal areas, which in this embodiment would correspond to the minimum of the I wave, and a second point, related to the arrival of the arterial pulse wave to more distal areas, which in this embodiment would correspond to the maximum of the J wave.
  • the system digital signal processing (4) that is being used in this preferred embodiment to detect said fiducial points measures the time interval between them, which in this preferred embodiment is the time interval between the minimum of wave I and the maximum of wave J, called the IJ interval, in each beat. Said IJ interval would correspond, in a first way to obtain it, with the aortic PTT.
  • the communication module (5) is responsible for communicating the estimated value of the aortic PTT of the subject through an LCD monitor.
  • FIG. 2 An example of the BCG of one of said beats is shown in Figure 2, where the I and J waves are indicated and the measured IJ interval is this case.
  • Figure 3 shows simultaneously in the same subject the ECG, the BCG, and the carotid and femoral PPG that allow obtaining the aortic PPT by the traditional method that implies the need to place the pulse sensors (PPG) in the respective areas of the body where it is desired to detect the arrival of the arterial pulse wave.
  • PPG pulse sensors
  • This figure illustrates the correspondence between the minimum of the I wave and the foot of the arterial pulse wave at the carotid point (6), and between the maximum of the J wave and the foot of the arterial pulse wave in the femoral point (7), and how, consequently, it is possible to obtain aortic PTT from only two fiducial points of the BCG if the method proposed in this preferred embodiment of the invention is followed.
  • FIG. 5 shows the linear regression analysis and Bland-AItman analysis of 407 pairs of simultaneous measurements of the IJ interval and the carotid PTT -femoral, obtained in various subjects under rhythmic respiration, which illustrate the good agreement between both parameters.
  • the IJ interval is directly used as a substitute for the aortic PTT and the difference between intervals (mean -5.2 ms and standard deviation 13.2 ms in the group analyzed in Figure 5) is considered part of the intrinsic uncertainty of the measurement.
  • a second way of determining it is proposed in which the relationship between the IJ interval and the aortic PTT is obtained by prior calibration.
  • a linear regression is calculated between the IJ interval and the aortic PTT, obtained from the simultaneous measurement of both intervals in a group of interest or a representative part of it, which allows to estimate more accurately in subsequent measurements, the aortic PTT from only the IJ interval through the equation of the straight line obtained.
  • FIG 6 shows the data obtained in another preferred embodiment, in which the PTT is estimated from the interval between the minimum of the I wave and the minimum of the K wave, which is the so-called IK interval.
  • the IK interval reflects the changes in the carotid-femoral PTT induced by the maneuver but are now increased because its duration is greater than that of the IJ interval, so, in In this embodiment, the carotid-femoral PTT is necessarily obtained from the calibration of the IK interval with respect to the carotid-femoral PTT measured by other means.

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Abstract

Se propone un método y aparato para estimar el tiempo de tránsito del pulso (PTT) aórtico a partir sólo de intervalos temporales medidos entre puntos fiduciales del balistocardiograma (BCG) longitudinal sin necesidad de aplicar ningún sensor en la zona donde se desea detectar la llegada de la onda de pulso arterial. A partir del BCG longitudinal de un sujeto, que se puede obtener mediante sensores integrados en un único elemento con el que entra en contacto el cuerpo del sujeto, se detectan dos puntos fiduciales de la forma de onda del BCG en los que uno de los puntos se asocia a la llegada de la onda de pulso arterial a una zona proximal respecto al corazón y el otro se asocia a la llegada de dicha onda de pulso arterial a una zona distal, respectivamente. A partir del intervalo temporal entre ambos puntos, se proporciona una estimación del PTT aórtico (carotideo-femoral) directamente o mediante un proceso de calibración previo.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA ESTIMAR EL TIEMPO DE TRÁNSITO DEL PULSO AÓRTICO A PARTIR DE INTERVALOS TEMPORALES MEDIDOS ENTRE PUNTOS FIDUCIALES DEL BALISTOCARDIOGRAMA DESCRIPCIÓN
SECTOR DE LA TÉCNICA La presente invención concierne en general a los sistemas de medición de parámetros fisiológicos por métodos físicos y, en particular, a un método y aparato para estimar el tiempo de tránsito del pulso aórtico a partir de intervalos temporales medidos exclusivamente entre puntos fiduciales del balistocardiograma (BCG). ESTADO DE LA TÉCNICA
El tiempo de tránsito del pulso (Pulse Transit Time o PTT) generado por la eyección de sangre del corazón al sistema arterial es un parámetro muy importante para diagnosticar el estado del sistema cardiovascular. Se define como el intervalo temporal entre la llegada de la onda de pulso a un punto proximal respecto al corazón y la llegada a otro punto distal, y a partir de él se puede evaluar, por ejemplo, la elasticidad arterial, que es un indicador cada vez más aceptado para predecir el riesgo de padecer enfermedades cardiovasculares. La elasticidad arterial ha sido asociada a la presencia de factores de riesgo cardiovascular y enfermedades arterioescleróticas, y su capacidad para predecir el riesgo de futuros eventos cardiovasculares tales como infarto de miocardio, derrame cerebral, revascularización o síndromes aórticos, entre otros, ha sido ampliamente corroborada, tal como se describe en el documento de C. Vlachopoulos, K. Aznaouridis, and C. Stefanadis, "Prediction of Cardiovascular Events and All-cause Mortality With Arterial Stiffness: a Systematic Review and Meta- analysis," Journal American College Cardiology, vol. 55, no. 13, pp. 1318-27, Mar. 2010.
El grado de elasticidad de una arteria se evalúa normalmente a partir de la velocidad de la onda de pulso (Pulse Wave Velocity o PWV), de acuerdo con la fórmula descrita por Moens-Korteweg,
Figure imgf000004_0001
donde E es el módulo de elasticidad de la arteria, h es el grosor de la pared arterial, r es el radio de la arteria y p es la densidad de la sangre.
La medida de PWV en la aorta es la de mayor relevancia clínica porque la aorta y sus principales ramificaciones son responsables de la mayor parte de los efectos patofisiológicos derivados de la rigidez arterial, de modo que la PWV aórtica es un buen indicador del estado de rigidez de las arterias del sujeto. La alta predictividad de la PWV aórtica respecto a eventos cardiovasculares ha sido demostrada en distintos estudios epidemiológicos, tal como se describe en el documento de L. M. Van Bortel, S. Laurent, P. Boutouyrie, P. Chowienczyk, J. K. Cruickshank, et al., "Expert Consensus Document on the Measurement of Aortic Stiffness in Daily Practice Using Carotid-femoral Pulse Wave Velocity," Journal Hypertension, vol. 30, no. 3, pp. 445- 448, Mar. 2012. La medida de la PWV en una arteria se realiza generalmente de forma no invasiva a partir del PTT en dicha arteria, de acuerdo con
D
PWV =
PTT
donde D es la distancia entre el punto proximal y el punto distal considerados. En el caso de la PWV aórtica, la medida se realiza generalmente entre el punto carotideo, localizado en la zona medial del borde anterior del músculo esternocleidomastoideo, y el punto femoral localizado en la zona medial del pliegue inguinal. Las arterias en dichos puntos son superficiales, por lo que son fácilmente accesibles para un sensor que establezca un buen contacto con la piel, y el tiempo de tránsito de la onda de pulso entre ellas refleja adecuadamente el PTT aórtico ya que incluye gran parte de la propagación aórtica y aórtico-ilíaca.
Otro parámetro que se puede medir a partir de la elasticidad de una arteria es la presión arterial, ya que el módulo de elasticidad se relaciona con los cambios en la presión arterial media P de acuerdo con
E = E0ekP ,
donde EQ es el módulo de elasticidad de la arteria a una presión arterial media de referencia y k es una constante dependiente de la arteria y cuyo valor está entre 0.016 mmHg"1 y 0.018 mmHg"1. Los cambios en el PTT inducidos por cambios en el módulo de elasticidad de la aorta, y en otras arterias, pueden ser usados para estimar cambios en la presión arterial, y también valores de presión absolutos mediante distintos métodos de calibración, tal como se describe por ejemplo en el documento de D. Buxi, J. M. Redouté, and M. R. Yuce, "A Survey on Signáis and Systems in Ambulatory Blood Pressure Monitoring Using Pulse Transit Time," Physiological Measurements, DOI 10.1088/0967-3334/36/3/R1.
El procedimiento habitual para medir el PTT aórtico de forma no invasiva conlleva la preparación (exposición, limpieza, colocación del sensor y conexión de cables) de los puntos carotideo y femoral para detectar en cada uno de ellos la llegada de la onda de pulso, por ejemplo mediante un fotopletismógrafo (PPG) o un pletismógrafo de impedancia (IPG) que detectan el cambio de volumen local debido a la llegada del pulso arterial, o mediante un tonómetro arterial que mide la presión que ejerce una arteria superficial sobre un sensor de fuerza en estrecho contacto con ella. Éstos y otros sensores capaces de detectar la llegada de la onda de pulso arterial exigen pericia en su colocación, conllevan lentitud en la medición y son incómodos para el sujeto. Además, la aplicación prolongada del sensor puede ocasionar molestias en el sujeto, lo que desaconseja la realización de la medida durante períodos de tiempo largos por las posibles repercusiones fisiológicas de la acción de medida.
Una forma alternativa de obtener información de la actividad mecánica derivada de la eyección cardíaca en la aorta, causante de la onda de pulso, y que requiere una menor preparación del sujeto, es determinar la posición temporal de puntos fiduciales del balistocardiograma (BCG), que refleja las variaciones que experimenta el centro de gravedad del cuerpo humano, ya sea en forma de desplazamiento, velocidad o aceleración, como resultado de la eyección de sangre en cada latido y la posterior propagación del pulso de presión a través de la red arterial. El BCG se puede obtener de múltiples formas, algunas de las cuales pueden implementarse con sensores incorporados en objetos de uso cotidiano, por ejemplo básculas de baño, sillas o camas, tal como se detalla en el documento de O. T. Inan, P. F. Migeotte, K.-S. Park, M. Etemadi, K. Tavakolian, et al., "Ballistocardiography and Seismocardiography: a Review of Recent Advances," IEEE Journal of Biomedical Health and Informatics, DOI 10.1 109/JBHI.2014.2361732, o incorporados en prendas de vestir, tales como calzado o calcetines. Estas soluciones permiten obtener el BCG de forma rápida y cómoda, y en algún caso por períodos de tiempo largos, por cuanto no se colocan sensores sobre los puntos del cuerpo donde se desea detectar la llegada de la onda de pulso arterial sino que es el cuerpo el que entra en contacto de forma natural con un elemento (plataforma, báscula, silla, cama, prenda de vestir) donde están incorporados los sensores de BCG.
Hasta ahora, los puntos fiduciales del BCG han sido empleados como referencias temporales proximales en medidas de intervalos de tiempo debido a la relación que existe entre dicha señal y el momento de eyección de la sangre en cada latido. Ese es el caso de la patente US 20130310700 A1 , en la que se propone usar puntos fiduciales del BCG obtenido a partir de un sistema integrado en una báscula doméstica como referencia temporal proximal para medir el PTT aórtico. El método descrito en dicha patente presenta el inconveniente de que necesita un sensor adicional para detectar la llegada de la onda de pulso arterial al punto distal considerado.
La obtención de información temporal proximal y distal en la misma señal del BCG permitiría medir el PTT aórtico de forma más rápida y cómoda incluso durante períodos de tiempo largos, lo que sería de gran utilidad para evaluar la elasticidad arterial y sus parámetros derivados. También serviría para calcular otros indicadores donde el PTT aórtico interviene junto con otros parámetros cardiovasculares, por ejemplo en la determinación de la contractilidad del miocardio a partir del periodo de pre-eyección (Pre-Ejection Period o PEP), obtenido calculando la diferencia entre el tiempo de llegada de la onda pulso (Pulse Arrival Time o PAT) y el PTT. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención consiste en un método y aparato para estimar el tiempo de tránsito del pulso (PTT) aórtico según se define en las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se definen unas formas preferentes de realización de la invención. En la presente descripción y reivindicaciones se ha considerado que el PTT aórtico es el PTT entre el punto carotideo, localizado en la zona medial del borde anterior del músculo esternocleidomastoideo, y el punto femoral localizado en la zona medial del pliegue inguinal. La solución innovadora propuesta por la presente invención la constituye la estimación del PTT aórtico a partir de intervalos temporales medidos exclusivamente entre puntos fiduciales del BCG. Como esta señal se obtiene habitualmente mediante sensores integrados en un único elemento con el que entra en contacto el cuerpo del sujeto, el uso del BCG evita la necesidad de sensores de onda de pulso adicionales y la incomodidad de tener que colocar dichos sensores en las zonas específicas donde se desea detectar la llegada de la onda de pulso arterial.
Esta solución innovadora se fundamenta en que las ondas del BCG reflejan cambios en el centro de gravedad del cuerpo humano derivados de la superposición de los efectos de la eyección cardíaca y de la propagación de la onda de pulso arterial. Por ello, se espera que los puntos más iniciales del BCG respecto a la sístole cardíaca estén relacionados mayoritariamente con eventos ligados a la eyección cardíaca, mientras que es de esperar que los puntos fiduciales más alejados del inicio de la señal respecto a la sístole cardíaca estén más influidos por eventos relacionados con la llegada de la onda de pulso a zonas distales. Dado que la aorta es comparativamente la arteria con mayor volumen de sangre y su orientación es longitudinal (paralela al eje cabeza-pies), se espera que las ondas del BCG longitudinal estén especialmente influidas por la actividad mecánica derivada de la propagación de la onda de pulso que se produce en esa arteria principal.
En consecuencia de todo ello, se propone un método para estimar el PTT aórtico consistente, primero, en detectar dos puntos fiduciales de un BCG: un primer punto plausiblemente relacionado con la llegada de la onda de pulso a zonas más proximales respecto al corazón y un segundo punto posterior en el tiempo plausiblemente relacionado con la llegada de la onda de pulso a zonas más distales. A continuación, se mide el intervalo temporal existente entre dichos dos puntos fiduciales. Dicho intervalo se corresponde, en una primera manera de obtenerlo, directamente con el PTT aórtico. Una segunda manera alternativa de obtener dicho tiempo de tránsito a partir del intervalo de tiempo medido entre los dos puntos fiduciales es calibrar el intervalo obtenido del BCG usando como referencia el PTT aórtico obtenido simultáneamente con uno de los métodos ya conocidos pertenecientes al estado de la técnica. Usando la relación obtenida en la calibración, en mediciones posteriores se puede calcular el PTT aórtico a partir del intervalo obtenido exclusivamente del BCG, consiguiendo así una mayor exactitud que en la primera manera propuesta, aunque con un procedimiento inicial más lento y complejo. Aplicando el método propuesto, los inventores han hallado que, concretamente, las ondas I y J del BCG son sistemáticamente coincidentes con la llegada de la onda de pulso a los puntos carotideo y femoral, respectivamente, por lo que el intervalo IJ resulta especialmente adecuado para obtener directamente de él el PTT aórtico, de acuerdo con la primera manera de obtención propuesta. El uso del segundo método, basado en la calibración del intervalo IJ, también es adecuado si se desea obtener una medida más exacta del PTT aórtico. Por otro lado, se espera que los intervalos medidos entre otros puntos fiduciales del BCG longitudinal elegidos arbitrariamente sean igualmente sensibles a cambios en el PTT en la aorta, como por ejemplo el intervalo entre las ondas I y K, o el intervalo entre las ondas J y K, aunque la diferente duración de dichos intervalos respecto al PTT aórtico conllevará el uso del segundo método de obtención del PTT aórtico propuesto, basado en la calibración previa de la relación entre el intervalo considerado y el PTT aórtico medido con alguno de los métodos convencionales.
Aunque el método propuesto podría ser implementado por un experto que conociera las relaciones temporales entre las ondas del BCG y la llegada de la onda de pulso a distintos puntos de la red arterial descritas en esta patente de invención, y que identificara visualmente los puntos fiduciales, dentro de un mismo latido, en un registro del BCG y midiera manualmente el intervalo temporal entre ellos, una implementación óptima es mediante un aparato que contenga los sistemas de procesado de señal necesarios para detectar de forma automática los dos puntos fiduciales primero y segundo en una señal de BGC, los sistemas de cálculo necesarios para calcular el intervalo temporal entre dichos puntos fiduciales y para obtener el PTT aórtico a partir de dicho intervalo, y que contuviera, finalmente, un sistema de comunicación del PTT obtenido que se encargue de su representación en un elemento de visualización o de la comunicación del valor a otro dispositivo. Un algoritmo capaz de detectar y medir el intervalo temporal entre las ondas I y J a partir de únicamente la señal del BCG puede ser, por ejemplo, el propuesto en el documento de A. Akhbardeh, B. Kaminska y K. Tavakolian, "BSeg++: A modified Blind Segmentation Method for Ballistocardiogram Cycle Extraction," Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2007, pp.1896-1899. Otros algoritmos pertenecientes al estado de la técnica usan una señal cardiovascular adicional como origen temporal para detectar las ondas I y J en vez de usar solamente el propio BCG. Por ejemplo, en el documento de Inan et al. antes citado (DOI 10.1 109/JBHI.2014.2361732) se propone la detección de la onda J a partir de la medida del máximo local en un intervalo del BCG posterior al pico R del electrocardiograma (ECG). Este método es fácilmente replicable a partir de otras señales cardiovasculares como, por ejemplo, el PPG, el IPG medido localmente, o el IPG medido entre extremidades, señales que pueden ser obtenidas en zonas distales del cuerpo para mayor comodidad. La invención aquí descrita tiene la ventaja principal de que permite obtener el PTT aórtico utilizando sólo puntos fiduciales del balistocardiograma, lo que facilita la medida del PTT aórtico de forma más sencilla, rápida y cómoda incluso durante períodos de tiempo largos respecto a aquellos sistemas que requieren señales distintas del BCG para obtener al menos uno de los dos puntos fiduciales entre los que se mide un intervalo de tiempo relacionado con el PTT aórtico, o que detectan la llegada de la onda de pulso arterial mediante la colocación de uno o más sensores en las zonas entre las que se desea medir el PTT.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de esta descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 - Muestra un diagrama de una báscula de baño capaz de obtener el BCG y que constituye el elemento con el que entra en contacto el sujeto en una de las realizaciones de la presente invención. Figura 2 - Muestra la forma de onda típica del BCG, medida en un sujeto que está de pie y donde se detallan las principales ondas I, J, K, L, M y N que componen el BCG en cada latido y el intervalo IJ. El origen del eje de abscisas coincide con el pico R del electrocardiograma (ECG), aunque esta señal no es imprescindible para medir el intervalo IJ. Figura 3 - Muestra, de arriba abajo, un registro del ECG (representado para facilitar la comprensión de la invención pero que no es imprescindible para medir intervalos entre puntos del BCG), el BCG obtenido con una báscula, el fotopletismograma (PPG) en el punto carotideo y el PPG en el punto femoral, medidos todos simultáneamente en un mismo sujeto.
Figura 4 - Muestra una traza del intervalo IJ del BCG y el PTT carotideo-femoral obtenidos simultáneamente en un mismo sujeto durante una maniobra de respiración rítmica para inducir cambios en la elasticidad arterial debidos a variaciones de la presión sanguínea asociadas a la respiración.
Figura 5 - Muestra el análisis de la regresión lineal y el análisis Bland-AItman de 407 pares de medidas simultáneas del intervalo IJ y el PTT carotideo-femoral. Figura 6 - Muestra una traza del intervalo IK del BCG y el PTT carotideo-femoral obtenidos simultáneamente en un mismo sujeto durante una maniobra de respiración rítmica para inducir cambios en la elasticidad arterial debidos a variaciones de la presión sanguínea asociadas a la respiración.
MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
En una realización preferente de la invención, un sistema integrado en una báscula de baño (1) obtiene un BCG longitudinal indicativo de la actividad mecánica derivada de la eyección cardíaca en la aorta, a partir de un sensor (2) formado por las propias galgas extensiométricas usadas por la báscula para medir el peso corporal y un circuito de procesado de señal analógico (3), según se muestra en la figura 1.
A partir del BCG obtenido en la salida del sistema descrito, el método para estimar el tiempo de tránsito del pulso aórtico consiste, primero, en detectar mediante procesado digital de la señal dos puntos fiduciales en dicho BCG: un primer punto relacionado con la llegada de la onda de pulso arterial a zonas más proximales, que en esta realización correspondería al mínimo de la onda I, y un segundo punto, relacionado con la llegada de la onda de pulso arterial a zonas más distales, que en esta realización correspondería al máximo de la onda J. A continuación, el sistema de procesado digital de señal (4) que se está usando en esta realización preferente para detectar dichos puntos fiduciales mide el intervalo temporal existente entre ellos, que en esta realización preferente es el intervalo temporal entre el mínimo de la onda I y el máximo de la onda J, denominado intervalo IJ, en cada latido. Dicho intervalo IJ se correspondería, en una primera manera de obtenerlo, con el PTT aórtico. Finalmente, el módulo de comunicación (5) se encarga de comunicar el valor estimado del PTT aórtico del sujeto a través de un monitor LCD.
En la figura 2 se muestra un ejemplo del BCG de uno de dichos latidos, donde se indican las ondas I y J y el intervalo IJ medido es este caso. La figura 3 muestra simultáneamente en un mismo sujeto el ECG, el BCG, y los PPG carotideo y femoral que permiten obtener el PPT aórtico por el método tradicional que implica la necesidad de colocar los sensores de pulso (PPG) en las respectivas zonas del cuerpo donde se desea detectar la llegada de la onda de pulso arterial. En dicha figura se ilustra la correspondencia entre el mínimo de la onda I y el pie de la onda de pulso arterial en el punto carotideo (6), y entre el máximo de la onda J y el pie de la onda de pulso arterial en el punto femoral (7), y cómo, en consecuencia, es posible obtener el PTT aórtico a partir sólo de dos puntos fiduciales del BCG si se sigue el método propuesto en esta realización preferente de la invención.
Para ilustrar la correspondencia entre el intervalo IJ y el PTT aórtico en esta realización, se miden simultáneamente el PTT carotideo-femoral (obtenido de los PPG carotideo y femoral) y el intervalo IJ en un mismo sujeto durante una maniobra de respiración rítmica, que induce cambios en la elasticidad arterial debido a variaciones de presión sanguínea, tal como se muestra en la figura 4. La figura 5 muestra el análisis de la regresión lineal y el análisis Bland-AItman de 407 pares de medidas simultáneas del intervalo IJ y el PTT carotideo-femoral, obtenidas en diversos sujetos bajo respiración rítmica, que ilustran la buena concordancia entre ambos parámetros. Dado que la duración del intervalo IJ es similar a la duración del PTT aórtico y las variaciones en ambos parámetros introducidas por la respiración rítmica tienen una magnitud equivalente, en esta realización preferente se utiliza directamente el intervalo IJ como sustituto del PTT aórtico y la diferencia entre intervalos (media -5,2 ms y desviación estándar 13,2 ms en el grupo analizado en la figura 5) es considerada parte de la incertidumbre intrínseca de la medida. Para mejorar la exactitud en la obtención del PTT aórtico, se propone una segunda manera de determinarlo en la que se obtiene mediante calibración previa la relación entre el intervalo IJ y el PTT aórtico. En esta realización preferente se calcula una regresión lineal entre el intervalo IJ y el PTT aórtico, obtenida a partir de la medida simultánea de ambos intervalos en un grupo de interés o una parte representativa de éste, que permite estimar con mayor exactitud en mediciones posteriores, el PTT aórtico a partir sólo del intervalo I J a través de la ecuación de la recta obtenida.
La figura 6 muestra los datos obtenidos en otra realización preferente, en la que el PTT se estima a partir del intervalo entre el mínimo de la onda I y el mínimo de la onda K, que es el denominado intervalo IK. El resultado se muestra junto con el PTT carotideo-femoral medido simultáneamente en un mismo sujeto durante una maniobra de respiración rítmica. Tal como sucede con el intervalo IJ en la figura 4, el intervalo IK refleja los cambios en el PTT carotideo-femoral inducidos por la maniobra pero ahora están aumentados debido a que su duración es mayor que la del intervalo IJ, por lo que, en esta realización, el PTT carotideo-femoral se obtiene necesariamente a partir de la calibración del intervalo IK respecto al PTT carotideo-femoral medido con otros medios. Una vez descrita suficientemente la invención, así como tres realizaciones preferentes, sólo debe añadirse que es posible realizar modificaciones en su constitución, materiales empleados, y en la elección de los sensores empleados para obtener el BCG y de los métodos para identificar los puntos fiduciales de este BCG, sin apartarse del alcance de la invención, definido en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1 - Un método para estimar el tiempo de tránsito del pulso (PTT) aórtico a partir del intervalo entre puntos fiduciales del balistocardiograma (BCG) caracterizado porque a) se detecta un primer punto fiducial en el BCG;
b) se detecta un segundo punto fiducial en el BCG posterior en el tiempo al primero pero dentro de un mismo latido;
c) se mide el intervalo temporal existente entre el primer punto y el segundo punto fiducial;
d) se obtiene el PTT aórtico a partir del intervalo temporal medido entre los dos puntos fiduciales elegidos.
2 - El método según la reivindicación 1 , caracterizado porque el primer y el segundo punto fiduciales del BCG se detectan empleando exclusivamente la señal BCG.
3 - El método según la reivindicación 1 , caracterizado porque los dos puntos fiduciales del BCG se identifican a partir de una señal cardiovascular auxiliar. 4 - El método según la reivindicación 3, caracterizado porque se detecta un latido a partir del pico R del electrocardiograma y los dos puntos fiduciales del BCG se detectan en intervalos definidos respecto al pico R del electrocardiograma, correspondientes al mismo latido. 5 - El método según la reivindicación 3, caracterizado porque se detecta un latido a partir del pie de la onda de pulso de un fotopletismograma o un pletismograma de impedancia y los dos puntos fiduciales del BCG se detectan en intervalos definidos respecto al pie de dicha onda de pulso correspondientes al mismo latido. 6 - El método según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque los dos puntos fiduciales del BGC detectados son los puntos I y J.
7 - El método según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque los dos puntos fiduciales del BCG detectados son los puntos I y K. 8 - El método según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque los dos puntos fiduciales del BCG detectados son los puntos J y K.
9 - El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el intervalo entre puntos fiduciales del BCG se mide entre las ondas I y J.
10 - El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 ó 7, caracterizado porque el intervalo entre puntos fiduciales del BCG se mide entre las ondas I y K. 11 - El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 u 8, caracterizado porque el intervalo entre puntos fiduciales del BCG se mide entre las ondas J y K.
12 - El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 o 9, caracterizado porque el PTT aórtico estimado a partir del intervalo entre puntos fiduciales del BCG se corresponde directamente con el intervalo obtenido entre los puntos del BCG detectados.
13 - El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado porque el PTT aórtico estimado se obtiene mediante la relación entre dicho PTT y el intervalo de tiempo entre puntos fiduciales del BCG, dicha relación obteniéndose de la calibración de dicho intervalo respecto de otro método de obtención del PTT aórtico.
14 - El método según la reivindicación 13, caracterizado por que dicha calibración comprende la realización de una regresión lineal entre el intervalo de tiempo entre puntos fiduciales del BCG y el PTT aórtico obtenido por otro método, preferentemente obtenido a partir de un fotopletismograma o un pletismograma de impedancia.
15 - El método según la reivindicación 14, caracterizado por que los puntos fiduciales del BCG son los puntos I y J.
16 - El método según la reivindicación 14, caracterizado por que los puntos fiduciales del BCG son los puntos I y K. 17 - Un aparato para estimar de manera automática el tiempo de tránsito del pulso (PTT) aórtico a partir del intervalo entre puntos fiduciales del balistocardiograma (BCG), que comprende: a) un sistema de procesado digital de señal apto para detectar de forma automática en una señal de BGC dos puntos fiduciales, dentro de un mismo latido, separados en el tiempo;
b) un sistema de cálculo apto para obtener el intervalo temporal entre los dos puntos fiduciales;
c) un sistema de comunicación apto para comunicar el PTT aórtico obtenido a un usuario o a otro aparato.
18 - El aparato según la reivindicación 17, caracterizado porque comprende, adicionalmente, un segundo sistema de cálculo apto para obtener el PTT aórtico a partir de dicho intervalo temporal.
19 - El aparato según una de las reivindicaciones 17 ó 18, caracterizado porque comprende unos medios de entrada de una señal auxiliar y unos medios de determinación de un valor extremo en la señal de BGC posterior a un punto de referencia en dicha señal auxiliar.
20 - El aparato según la reivindicación 19, caracterizado por que dicha señal auxiliar es un pletismograma de impedancia, un fotopletismograma o un electrocardiograma.
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