WO2023079207A1 - Dispositivo, sistema y procedimiento para monitorización de un paciente con insuficiencia cardíaca - Google Patents

Dispositivo, sistema y procedimiento para monitorización de un paciente con insuficiencia cardíaca Download PDF

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WO2023079207A1
WO2023079207A1 PCT/ES2022/070715 ES2022070715W WO2023079207A1 WO 2023079207 A1 WO2023079207 A1 WO 2023079207A1 ES 2022070715 W ES2022070715 W ES 2022070715W WO 2023079207 A1 WO2023079207 A1 WO 2023079207A1
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WO
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patient
ankle
volume
processing means
cole
Prior art date
Application number
PCT/ES2022/070715
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francisco Javier MEDRANO ORTEGA
Enrique José CALDERÓN SANDUBETE
Luis GIMÉNEZ MIRANDA
Luis Matías BELTRÁN ROMERO
Ana María CAMPOS PAREJA
Amelia PEÑA RODRÍGUEZ
Raquel DEL TORO ESTÉVEZ
Encarnación GUTIÉRREZ CARRETERO
Antonio ORDOÑEZ FERNÁNDEZ
Santiago FERNÁNDEZ SCAGLIUSI
Pablo Pérez García
Alberto OLMO FERNÁNDEZ
Gloria HUERTAS SÁNCHEZ
Alberto YÚFERA GARCÍA
Daniel MARTÍN FERNÁNDEZ
José Andrés MALDONADO JACOBI
Original Assignee
Universidad De Sevilla
Servicio Andaluz De Salud
Consorcio Centro De Investigación Biomédica En Red
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Publication date
Application filed by Universidad De Sevilla, Servicio Andaluz De Salud, Consorcio Centro De Investigación Biomédica En Red filed Critical Universidad De Sevilla
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0537—Measuring body composition by impedance, e.g. tissue hydration or fat content
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4869—Determining body composition
    • A61B5/4875—Hydration status, fluid retention of the body
    • A61B5/4878—Evaluating oedema
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6829—Foot or ankle
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1118—Determining activity level

Definitions

  • the present invention belongs in general to the field of medicine, and more particularly to the field of vestible or "wearable” devices designed to monitor the physical state of a patient.
  • a first object of the present invention is a device for monitoring patients with heart failure.
  • a second object of the present invention is a system that includes the described device.
  • a third object of the present invention is a procedure for analyzing the data obtained with the above device for the purpose of evaluating the condition of patients with heart failure.
  • Heart failure is currently the leading cause of hospitalization in people over 65 years of age in Europe. Despite advances in medical treatment and therapeutic devices, heart failure continues to have very high morbidity and mortality rates. As a result, heart failure constitutes a major public health problem, which carries a huge economic burden and poses a real challenge to society.
  • Bioimpedance is the opposition that a body or biological tissue presents to the passage of electric current, induced by a potential difference. This property is also dependent on the frequency of the current, so spectroscopy techniques can be applied to scan a wide frequency range and obtain more information about the behavior of cells.
  • R (also represented as R_inf) is the resistance at infinite frequency
  • R o (also represented as R_0) the resistance at frequency 0, w the angular frequency
  • T the time constant and a phase constant that models the dependence of capacitance on frequency.
  • the representation of the Z values obtained through the Cole-Cole equation is represented graphically to give rise to the so-called Wessel diagram shown in Fig. 2.
  • document US2018/0235539A1 describes a device made up of a sock and equipped with electrodes through which the bioimpedance of the patient's ankle area is determined to determine if edema is occurring in the lower extremities.
  • the device may further comprise means for measuring the circumference of the patient's ankle to determine if the ankle is swelling.
  • the device may additionally comprise an accelerometer to determine the patient's posture and activity level.
  • a “wearable” device, a system comprising said “wearable” device, and a method for monitoring the amount of fluid accumulated in the lower extremities of a patient with heart failure are described below. Wearable device to monitor a patient with heart failure
  • a first aspect of the present invention is aimed at a device that makes it possible to estimate the amount of fluid accumulated in the lower extremities of a patient with heart failure.
  • the device is configured as an ankle brace that can be worn by the patient, which basically comprises the following elements: a) electrodes
  • the processing medium is connected to the excitation and measurement electrodes.
  • the processing means is configured to generate a plurality of electrical signals at different frequencies through the excitation electrodes, to detect the return of said electrical signals through the measurement electrodes, and to subsequently calculate representative parameters R_0 and R_inf. of the Cole-Cole model based on the electrical signals generated by the excitation electrodes and detected by the measurement electrodes.
  • the processing means processes the signals obtained to determine the total volume of fluid accumulated in the patient's ankle.
  • the processing means is configured to carry out the following steps:
  • V in intracellular volume assuming it to be constant and equal to a first predetermined percentage of an approximate initial volume (V T0 ) of the patient's ankle.
  • the percentage of extracellular volume is approximately 37.5% of the total volume.
  • the intracellular volume will therefore be 62.5% of the approximate initial volume (V T0 ) of the ankle, which can be estimated assuming that it has the shape of a cylinder with a circular, oval, or elliptical base, or using any other appropriate geometric figure.
  • Vex — k/R e x where R ex is considered equal to the parameter R_0 of the patient's Cole-Cole model and k is obtained from an estimate.
  • the constant k can be estimated in different ways, some of which will be described later in this document.
  • V T the total volume as the sum of the intracellular volume (V in ) plus the extracellular volume (V ex ).
  • This device is particularly advantageous because it allows the total volume accumulated in the patient's ankle to be quickly and easily determined, thus making it easier for a medical professional to diagnose the patient's condition.
  • processing means may also be configured to obtain data useful for determining whether edema is occurring in the patient's lower extremities through the following steps:
  • the Wessel diagram is a graphical representation of the impedance obtained through the Cole-Cole model.
  • the shape of the Wessel diagram contains information about the patient's condition as regards the probability that edema is occurring.
  • the slope of the patient's Wessel diagram is directly related to the accumulation of water in the patient's lower extremities. Generally speaking, the steeper the slope, the greater the amount of accumulated water. Therefore, in this second step, a factor derived from the slope of the patient's Wessel plot is calculated. This factor can be constituted directly by a slope of the diagram, for example the slope of the final section, the average slope, or others.
  • this factor can be a complex factor calculated from the slope in some section of the Wessel diagram in combination with other parameters, for example related to the absolute values of resistance or reactance, with the sign or magnitude of the rate of change of slope along the curve, or in general with any factor that can be considered useful to differentiate Wessel diagrams corresponding to healthy patients from Wessel diagrams corresponding to patients with edema.
  • the default value of the factor will be obtained from clinical studies with healthy and sick people. Thus, by comparing the value of the factor obtained for a given patient with the predetermined threshold value, it will be possible to determine whether the patient is suffering from edema, as well as possibly its severity.
  • the processing means is further configured to:
  • V T the total volume of fluid accumulated in the patient's ankle periodically.
  • V T total volume
  • This device is particularly advantageous because they provide very useful information about the evaluation of the total volume accumulated in the patient's ankle. This information can be displayed to the medical professional in the form of graphs or the like, so that he can easily and intuitively appreciate whether the patient is accumulating fluid in the lower extremities.
  • the approximate initial volume (V T0 ) of the patient's ankle can be obtained in different ways, although according to a particularly preferred embodiment of the invention it is obtained assuming that the patient's ankle is essentially cylindrical with a length (L) and a radius (R). In that case, the initial volume (V T0 ) would be:
  • V T0 (TT R 2 ) ⁇ L
  • the parameter k could be estimated in different ways.
  • the value of k is estimated based on average biometric parameters of a set of typical patients.
  • V ex0 is assumed equal to a second predetermined percentage of the initial volume (V T0 ) of the patient's ankle complementary to the first predetermined percentage (in this particular case, the second percentage would be 37.5%), and where R ex0 is obtained from the resistance R_0 corresponding to the patient.
  • R ex0 can be considered directly equal to the value of R_0 corresponding to a reference measurement of the patient (for example, as described in the exemplary embodiment later in this document, it can correspond to the first measurement taken on any subject). .
  • R ex0 can be considered equal to the average of several R_0 values corresponding to several patient measurements.
  • the excitation and measurement electrodes are fixed to the support according to a crossed tetrapolar configuration.
  • the crossed tetrapolar configuration consists of arranging the electrodes essentially at the corners of a parallelepiped with the excitation electrodes at two opposite corners and the measurement electrodes at the remaining two opposite corners.
  • the crossed tetrapolar configuration is particularly advantageous because it allows obtaining a higher resolution, since by crossing the excitation and measurement electrodes more field lines are enclosed and a more precise measurement is obtained. Tests carried out by the inventors show the improvement in resolution obtained using the crossed quadrupole configuration compared to a simple parallel configuration.
  • the support is a semi-rigid support manufactured by means of 3D printing technology.
  • semi-rigid refers to a support that is rigid enough to ensure that the distance between electrodes does not change and that, at the same time, presents a small flexibility that allows it to adapt to the movement of the patient and to ankles of different perimeters.
  • This configuration is particularly advantageous because it makes it possible to keep the distance between the electrodes unchanged. Indeed, the variability of the distance between electrodes constitutes an unresolved problem in many of the currently known devices, where the electrodes are placed directly on the skin by means of patches. As a consequence, with each application of the patches the distance between electrodes changes, which causes inaccuracy in the results. In addition, since the support is manufactured with 3D printing technology, it is easy to obtain it in anywhere or replace it in case of breakage
  • the device further comprises an inertial measurement unit comprising at least one accelerometer and one gyroscope.
  • An inertial measurement unit is an electronic device that measures the velocity, orientation, and/or gravitational forces of a device, using a combination of accelerometers and gyroscopes. That is, an inertial measurement unit detects acceleration using one or more accelerometers, and detects changes in rotational attributes such as pitch, roll, and yaw using one or more gyroscopes.
  • the inertial measurement unit makes it possible to obtain data relative to the time in which the patient remains in lying, sitting and standing positions.
  • the inertial measurement unit is connected to the processing means, so that it determines, based on the time that the patient remains in the lying, sitting and standing positions and by means of a machine learning method, for example a method based on support vector machines, an estimate of a patient's level of physical activity between low, moderate and intense.
  • This embodiment is particularly advantageous because the information about the level of physical activity of the patient can be used in combination with the volume of accumulated fluid to make an early diagnosis of the physical state of the patient.
  • the device of the present invention comprises communication means connected to the processing means.
  • the function of the communication medium is to allow communication between the wearable device and an external device, such as a mobile device such as a smartphone or tablet.
  • the communication medium can in principle be of any type as long as it allows communication, preferably wireless, with said external device.
  • Bluetooth, Wifi, ZigBee or infrared can be used for short distances, or radio frequency, GSM, GPRS, or UMTS (3G, 4G, or 5G) for long distances.
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS Global System for Mobile communications
  • UMTS 3G, 4G, or 5G
  • Bluetooth Low Energy is used with the purpose of minimizing the power consumption of the device of the invention.
  • the communication means may communicate to the external device one or both of: the volume of fluid accumulated in the patient's ankle area; and the level of physical activity of the patient.
  • the device of the present invention may include additional elements known in the art and that are not explicitly described in this document, such as batteries, a power connector or for charging said batteries, or others.
  • Another preferred embodiment of the invention is directed to a system for monitoring a patient with heart failure.
  • This system mainly comprises the following elements:
  • An external device configured to communicate with the communication means of the "wearable” device to receive one or both of: the volume of fluid accumulated in the area of the patient's ankle; and the level of physical activity of the patient.
  • the external device can be a mobile device such as a smartphone or tablet.
  • the external device may have installed a dedicated application designed to communicate with the "wearable” device to periodically receive data about the volume of accumulated fluid, data about the level of physical activity of the patient, and/or or the data of the patient's ankle circumference.
  • the communication between the wearable device and the external device can be carried out in any suitable way.
  • Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee or infrared can be used for short distances (for example, if the external device is the mobile phone of the patient who wears the wearable device).
  • radio frequency for example, if the external device belongs to a person other than the patient wearing the wearable device, such as a medical professional
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS GPRS
  • UMTS 3G , 4G, or 5G
  • a server configured to communicate with the external device to receive one or both of: the volume of fluid accumulated in the patient's ankle area; and the level of physical activity of the patient.
  • This communication can be carried out through the application installed on the external device, whether it is the patient's own mobile phone or that of another person.
  • the server can be a medical data storage server in the environment of a hospital center or the like, so that they are available both for further analysis and for consultation by other professionals.
  • the application would be responsible for periodically sending the data received from the wearable device to the server, for example one or more times a day.
  • This system allows the information obtained through the "wearable” device to be shared quickly, easily and safely, facilitating its consultation both by the patient himself, if appropriate, and by the medical professionals who need it.
  • a second aspect of the present invention is directed to a method for monitoring a patient with heart failure by means of a device configured as an ankle brace that can be worn by the patient.
  • Said device mainly comprises the following elements:
  • a pair of excitation electrodes and a pair of measurement electrodes that are integrated into a support configured to rest on an area of the patient's ankle.
  • a processing means connected to the excitation and measurement electrodes, the processing means being configured to generate a plurality of electrical signals at different frequencies through the excitation electrodes, to detect the return of said electrical signals through the measurement electrodes, and to later calculate some parameters R_0 and RJnf representative of the Cole-Cole model based on the electrical signals generated by the excitation electrodes and detected by the measurement electrodes.
  • Vex — k/R e x where R ex is considered equal to the parameter R_0 of the patient's Cole-Cole model and k is obtained from an estimate.
  • V T the total volume as the sum of the intracellular volume (V in ) plus the extracellular volume (V ex ).
  • the method of the invention may further comprise obtaining data useful for determining whether edema is occurring in the patient's lower extremities.
  • the method for obtaining useful data for the diagnosis of edema comprises at least the following steps:
  • This procedure is particularly advantageous because it allows the total volume accumulated in the patient's ankle to be quickly and easily determined, thus making it easier for a medical professional to diagnose the patient's condition.
  • the procedure makes it possible to determine, in addition to the specific amount of accumulated water, useful data to know if the patient suffers from edema. Note that either the method for obtaining useful data to determine if edema is occurring and the method for calculating the volume of accumulated water in the ankle can be carried out independently. The procedure will be described in much more detail later in this document with reference to specific data from a set of patients.
  • the processing means is further configured to:
  • V T the total volume of fluid accumulated in the patient's ankle periodically.
  • V T total volume
  • the approximate initial volume (V T0 ) of the patient's ankle can be obtained in different ways, although according to a particularly preferred embodiment of the invention it is obtained assuming that the patient's ankle is essentially cylindrical with a length (L) and a radius (R) . In that case, the initial volume (V T0 ) would be:
  • V T0 (TT R 2 ) ⁇ L
  • the parameter k could be estimated in different ways.
  • the value of k is estimated based on average biometric parameters of a set of typical patients.
  • V ex0 is assumed equal to a second predetermined percentage of the initial volume (V T0 ) of the patient's ankle complementary to the first predetermined percentage, and where R ex0 is obtained from the resistance R_0 corresponding to the patient.
  • R ex0 can be considered directly equal to the value of R_0 corresponding to a reference measurement of the patient.
  • R ex0 can be considered equal to the average of several R_0 values corresponding to several patient measurements.
  • the invention also extends to computer programs, particularly computer programs arranged on or within a carrier, adapted to implement the invention.
  • the program may be in the form of source code, object code, an intermediate source code and object code, for example, as in partially compiled form, or in any other form suitable for use in practicing the processes according to the invention.
  • the carrier can be any entity or device capable of supporting the program.
  • the carrier could include a storage medium, eg, ROM memory, CD ROM memory or semiconductor ROM memory, or a magnetic recording medium, eg, floppy disk or hard disk.
  • the carrier may be a transmissible carrier, for example an electrical or optical signal that could be transported via electrical or optical cable, by radio, or by any other means.
  • the carrier When the program is incorporated into a signal that can be carried directly by a cable or other device or medium, the carrier may be constituted by said cable or other device or medium.
  • the carrier could be an integrated circuit in which the program is included, the integrated circuit being adapted to execute, or to be used in the execution of, the corresponding processes.
  • Fig. 1 shows an equivalent electrical model in cells according to the prior art.
  • Fig. 2 shows an example of a generic Wessel diagram according to the prior art.
  • Figs. 3a and 3b respectively show a perspective view of the outer face and the inner face of an example of a device according to the present invention.
  • Fig. 4 shows a perspective view in greater detail of the support example according to the present invention.
  • Fig. 5 shows a perspective view of an example of a device according to the present invention attached to the ankle of a patient.
  • Fig. 6 shows a schematic diagram of a system comprising a device according to the present invention.
  • Fig. 7 shows a Wessel diagram corresponding to the measurement of subject S3 on Monday morning. tomorrow.
  • Fig. 8 shows a Wessel plot corresponding to the measurement of subject S5 on Monday morning.
  • Figs. 9a-9d show the evolution of the volume accumulated in the legs of the healthy subjects S1, S2, S3 and S4 as a function of time.
  • Figs. 10a-1 Od show the evolution of the volume accumulated in the legs of the healthy subjects S1, S2, S3 and S4 as a function of the value of R ex .
  • Figs. 1 1 a-11 b show the evolution of the volume accumulated in the legs of the sick subjects S5 and S6 as a function of time.
  • Figs. 12a-12b show the evolution of the volume accumulated in the legs of the sick subjects S5 and S6 as a function of the value of R ex .
  • Fig. 13 shows Wessel diagrams for a patient at different times over a time interval of one month.
  • the Figs. 3 and 4 show respective views of the device (1) for monitoring a patient with heart failure according to the present invention.
  • the device (1) is made up of a semi-rigid support (2) in which a pair of excitation electrodes (E E1 , E E2 ) and a pair of measurement electrodes (E M I , E M 2)-
  • the electrodes (E E1 , E E2 ; E M I, E M 2) are arranged according to a tetrapolar configuration, that is, the excitation electrodes (E E1 , E E2 ) are located in the upper left and lower right corners. of the support (2), while the measurement electrodes (E M I, E M 2) are located in the upper right and lower left corners of the support (2).
  • the electrodes are textile electrodes.
  • the support (2) which is essentially parallelepiped in shape, is connected to a strap (7) for fixing the device (1) to the patient's leg, for example to the patient's ankle area.
  • the strap (7) can be elastic and have end portions configured to engage one another through any known mechanism, such as a buckle, adhesives, Velcro, or others. In this specific configuration, pressure buttons are used.
  • the electronics are not visible in these figures.
  • Fig. 4 shows the support (2) of the device (1) in greater detail.
  • This support (2) is made from polylactic acid using 3D printing technology.
  • the support (2) has an essentially flat rectangular shape and has a set of square holes designed to lighten its weight and improve its flexibility without unduly affecting its resistance.
  • Four holes have been arranged near the corners for the corresponding electrodes to pass through (E E1 , E E2 ; E M I, EM2) - IN TURN, each pair of electrodes (E E1 , E E2 ; E M I, E M 2) is fixed to the ends of some elongated plates that are fixed to the support (2), as can be seen in Fig. 2.
  • Fig. 4 shows some grooves arranged along two opposite sides of the support (2). These slots are intended to receive the strap (7) that allows the device (1) to be fixed to the patient's ankle.
  • the device (1) of the invention can be fixed to the patient's ankle in the way shown in Fig. 5.
  • Fig. 6 shows a diagram of the electrical and electronic components that make up the device (1) of the invention, as well as other external elements that are part of a complete system to share the data obtained by the device (1).
  • the device (1) has a processing means (3) that is connected to different elements, specifically an inertial measurement unit (4), a communication means (6), and the electrodes (E E1 , E E2 ; E M I, E M 2)-
  • the inertial measurement unit (4) makes it possible to determine the time that the patient spends in the lying, sitting and standing positions. To do this, it has a set of accelerometers and gyroscopes that collect data on the patient's movements. These data will be analyzed by the processing means (3) to determine a level of physical activity performed by the patient (classified as low, moderate or intense). The analysis of the data obtained by the inertial measurement unit (4) is based, for example, on support vector machines.
  • the means of communication (6) comprises a Bluetooth LE antenna to communicate the data received, either the raw data captured by the electrodes (E E1 , E E2 ; E M I, E M 2) or the inertial measurement unit ( 4), or the data already analyzed in the processing medium (3) related to the amount of accumulated water or the level of physical activity of the patient.
  • the processing means (3) controls the rest of the elements to periodically determine the amount of water accumulated by the patient, as well as optionally the level of physical activity.
  • the processing medium (3) is also responsible for managing the communication medium (6) to transmit said data.
  • the patient can have an application designed to manage the wearable device (1) of the present invention installed on his mobile phone (100). This application communicates periodically with the means of communication (6) to receive the stored data.
  • the user's mobile phone (100) can communicate with a server (200), for example via the Internet, to download the data, which will thus be available to any medical professional who needs to consult them.
  • a server (200) may be a patient data storage server in a hospital environment.
  • V T total volume
  • the processing means (3) of the device (1) described can be carried out by the processing means (3) of the device (1) described.
  • the device (1) could simply collect the data corresponding to each measurement (that is, the bioimpedance calculated in each measurement) and send them to the external device (100), the latter being the one that performs the calculations that make it possible to obtain the total volume. (V T ).
  • the calculations necessary to obtain the total volume (V T ) from the measured bioimpedance could be performed jointly between the processing means (3) of the device (1) and the external device (100).
  • the present invention is not limiting with respect to the entity that performs the calculations to obtain said volume (V T ) from the bioimpedance values obtained through the electrodes (E E1 , E E2 ; E M I, E M 2) of the device (1).
  • R_inf the resistance at very high or infinite frequency
  • R_0 resistance at zero frequency or DC
  • T is the time constant that includes the capacitive effects due to cell membranes
  • a phase constant that models the dependence of capacitance on frequency
  • the Cole-Cole model analyzes the behavior of the tissue with frequency and allows a quick visualization thanks to the Wessel diagram (see Fig. 2) where the real parts are represented against the imaginary ones of Z(w).
  • the circuit of Fig. 1 is taken to be representative of the contribution of intracellular and extracellular tissue components.
  • the extracellular contribution is mainly due to fluids, mostly water. It is commonly accepted in the art that the contribution of extracellular fluids to total body volume is around 37.5%. This value depends on anthropomorphic parameters such as age and sex, but it can be considered a value close enough to reality.
  • the model shown in Fig. 1 considers the contribution of intracellular and extracellular components, with the following parameters defining the circuit:
  • R ex is the extracellular resistance
  • R ⁇ n is the intracellular resistance
  • R m and C m are the membrane resistance and membrane capacitance respectively, representing the interface between the inside and outside of cells.
  • the resistance in its path through the patient's ankle is due to the extracellular medium, R ex , while at very high frequencies the cell opens its membrane, so the resistance is due to the intracellular medium R in .
  • the resistance of the tissue is the parallel of R ex and R in .
  • the total volume contained in the ankle is V T .
  • the ankle is considered to be cylindrical with a radius of approximately 4 cm. Taking into account the dimensions of the device (1) of the invention, in particular the distance between electrodes, the height of the cylinder is taken as 6 cm.
  • extracellular fluid is considered to be approximately 37.5% of the total volume of the human body.
  • V T intracellular volume
  • V ex extracellular volume
  • V in intracellular volume
  • k is a constant that includes the conductivity parameter (o) and geometry factors. Knowing the extracellular resistance it is possible to estimate the variations of the extracellular volume due to fluids (water).
  • the resistances R ex and R in can be calculated from the Cole-Cole parameters according to:
  • Fig. 7 shows the Wessel diagram corresponding to the measurements of the healthy subject S3 on Monday morning (LM). Similar shapes were obtained in the graphs corresponding to other measures corresponding to healthy patients. However, when testing sick patients, particularly patients with heart failure, the shape of the Wessel diagram had a completely different shape due to the accumulation of water in the lower extremities.
  • the graph shown in Fig. 8 is the Wessel diagram for sick subject S5 on Monday morning.
  • the following tables show the Rex and Rin values for the four healthy subjects (S1, S2, S3, S4) that are obtained from the R_0 and RJnf values from the two previous tables.
  • Figs. 9a-9d are graphs that show the temporal evolution of the total volume (V T ) accumulated in the healthy subjects (S1, S2, S3, S4) during the week in which the measurements were made.
  • Figs. 10a-10d show total volume (V T ) versus R ex (which, as mentioned above, equals R_0).
  • R ex which, as mentioned above, equals R_0.
  • the slope obtained is in the range [-1.94, 5.20] ml/Q.
  • Figs. 11 a and 11 b show the evolution of the total volume (V T ) in relation to time and Figs. 12a and 12b show the evolution of the total volume (V T ) against Rex.
  • the absolute values of the total volume (V T ) accumulated in the sick subjects (S5, S6) is significantly higher than those corresponding to the healthy subjects (S1 , S2, S3, S4).
  • the sensitivities are higher, particularly -41.47 ml/Q and -122.44 ml/Q.
  • the method for obtaining useful data for the diagnosis of edema can be carried out in combination with obtaining the ankle water volume, or both procedures can be carried out independently. .
  • the method for obtaining useful data comprises, firstly, constructing the patient's Wessel diagram. To do this, the device of the invention is placed in the patient and the described electrical signals are injected through the mentioned electrodes, ultimately obtaining the representative parameters of the Cole-Cole model. Depending on the shape of the corresponding Wessel diagram, it can be determined whether the patient suffers from edema.
  • Fig. 13 shows five sets of 10 points, where each set corresponds to the Wessel diagram of a patient at a particular time.
  • the blue graph (graph 1) corresponds to the first day the patient is admitted to the hospital with a diagnosis of severe edema.
  • the orange graph (graph 2) corresponds to the seventh day on which the patient is discharged after one week of treatment.
  • the green graph (graph 3) corresponds to the fourteenth day in which the patient worsens at home.
  • the red graph (graph 4) corresponds to the twenty-second day in which the patient is not yet fully stabilized.
  • the purple graph (graph 5) corresponds to the twenty-ninth day in which the patient is already stabilized.
  • the shape of the Wessel diagram of the patient with severe edema is significantly different from the shape of the Wessel diagram of the patient after treatment.
  • the inventors of the present application have verified that the most representative variable of the difference in the shape of the Wessel diagram between the healthy patient and the sick patient is related to the slope of the curve. In general, the steeper the slope, the greater the amount of accumulated water. For this reason, to determine if edema is occurring, a factor that is related to the slope in one way or another is chosen.
  • the factor can be directly the slope itself, either average or in a certain section of the curve, or it can be a complex factor obtained from a slope in combination with other variables of the curve, such as reactance and/or resistance, the derivative of the slope, or others.
  • This factor will be compared with a predetermined threshold value obtained from a clinical trial with real patients, so that it will allow to determine in a fast, simple and economic way if the patient is suffering from edema. Moreover, since the device of the invention is prepared to be used by the patient himself, he can take the measurements himself and transmit them through the application on the smartphone to the medical professional who is carrying out the follow-up.

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Abstract

La invención describe un dispositivo (1) para monitorización de un paciente con insuficiencia cardíaca en forma de tobillera vestible, que comprende: unos electrodos de excitación y medida (EE1, EE2; EM1, EM2) integrados en un soporte (2); y un medio de procesamiento (3) que determina unos valores de bioimpedancia de la zona del tobillo del paciente correspondientes a dichas frecuencias, obteniéndose el volumen de agua (VT) acumulado en la zona del tobillo del paciente del paciente a partir de los valores de bioimpedancia determinados. El dispositivo (1) también puede tener una unidad de medición inercial (4) cuyos datos permiten estimar el nivel de actividad física del paciente. Todos los datos obtenidos pueden enviarse a un dispositivo externo (100) para su análisis posterior por un profesional médico. La invención también está dirigida al procedimiento de cálculo del volumen de agua (VT) acumulada.

Description

DISPOSITIVO, SISTEMA Y PROCEDIMIENTO PARA MONITORIZACIÓN DE UN PACIENTE CON INSUFICIENCIA CARDÍACA
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece en general al campo de la medicina, y más particularmente al campo de los dispositivos vestidles o “wearable” diseñados para monitorizar el estado físico de un paciente.
Un primer objeto de la presente invención es un dispositivo para monitorizar pacientes con insuficiencia cardíaca.
Un segundo objeto de la presente invención es un sistema que incluye el dispositivo descrito.
Un tercer objeto de la presente invención es un procedimiento de análisis de los datos obtenidos con el dispositivo anterior con el propósito de evaluar el estado de los pacientes con insuficiencia cardíaca.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La insuficiencia cardíaca es actualmente la principal causa de hospitalización en personas mayores de 65 años en Europa. A pesar de los avances en el tratamiento médico y los dispositivos terapéuticos, la insuficiencia cardíaca sigue teniendo tasas de morbilidad y mortalidad muy elevadas. Como resultado, la insuficiencia cardíaca constituye un importante problema de salud pública, que conlleva una enorme carga económica y plantea un verdadero desafío para la sociedad.
Uno de los síntomas más comunes de la insuficiencia cardíaca es la aparición de edema en las extremidades inferiores. Es decir, la acumulación de líquidos en las extremidades inferiores provoca que pies, piernas y tobillos se hinchen. Actualmente, son conocidos sistemas de diagnóstico y pronóstico de la enfermedad a través de la estimación del volumen de agua acumulado en las extremidades inferiores. En particular, es conocido que el volumen de agua corporal en un área determinada del cuerpo de un paciente puede estimarse a través de la medida de bioimpedancia.
La bioimpedancia es la oposición que presenta un cuerpo o tejido biológico al paso de corriente eléctrica, inducida por una diferencia de potencial. Esta propiedad es además dependiente de la frecuencia de la corriente, por lo que se pueden aplicar técnicas de espectroscopia para hacer un barrido en un amplio rango frecuencial y obtener más información sobre el comportamiento de las células.
En el cuerpo humano la corriente eléctrica se propaga mediante el transporte de iones (principalmente Na+, Cl- y K+) entre el medio intracelular y extracelular. Asimismo, la conductividad depende de la concentración de dichos iones. Este transporte se hace a través de los canales iónicos presentes en la membrana, que se abren o cierran según los cambios en su potencial eléctrico. También se puede realizar mediante las bombas iónicas, que producen un transporte de iones en contra del gradiente electroquímico, consumiendo ATP en el proceso.
Las células presentan un efecto capacitivo debido a la membrana celular, que consiste en una bicapa lipídica, aislante, que separa dos medios conductores (funciona como un condensador). Esto da lugar a una impedancia compleja (R + jX), donde la frecuencia de la señal tiene un papel importante. Así, se puede plantear un modelo eléctrico equivalente como el mostrado en la Figura 1 , donde: Rm se debe a los canales iónicos, Cm a la bicapa lipídica, R¡ al medio intracelular y Re al extracelular. Sin embargo, se ha comprobado empíricamente que el comportamiento de algunas células, como las del miocardio, no corresponde a un circuito con esta morfología. Por ello, en este contexto se prefiere trabajar con la ecuación de Cole-Cole que describe los valores de bioimpedancia observados experimentalmente.
Figure imgf000004_0001
En esta ecuación, R«, (también representado como R_inf) es la resistencia a frecuencia infinita, Ro (también representado como R_0) la resistencia a frecuencia 0, w la frecuencia angular, T la constante de tiempo y a una constante de fase que modela la dependencia de la capacitancia a la frecuencia. La representación de los valores de Z obtenidos mediante la ecuación de Cole-Cole se representa gráficamente para dar lugar al conocido como diagrama de Wessel mostrado en la Fig. 2.
El documento de Earl C. Hoffer et al titulado “Correlation of whole-body impedance with total body water volume", publicado en el Journal of Applied Physiology, Vol. 27, N°. 4, en octubre de 1969, describe un estudio dirigido a determinar la relación entre impedancia eléctrica del cuerpo y cantidad de agua acumulada.
El documento de Seulki Lee et al titulado “Congestive heart failure patient monitoring using wearable bioimpedance sensor technology”, publicado en el Annual International Conference IEEE Eng Med Biol Soc., p. 438-41 en agosto de 2015, describe una aplicación de esta técnica específicamente dirigida a la estimación del agua acumulada en el área torácica de un paciente.
Existen algunos documentos de patente que describen el uso de esta tecnología para determinar el estado de un paciente con insuficiencia cardíaca a través de la medida de la bioimpedancia en las extremidades inferiores del paciente.
A modo de ejemplo, el documento US2018/0235539A1 describe un dispositivo formado por un calcetín y dotado de unos electrodos a través de los cuales se determina la bioimpedancia de la zona del tobillo del paciente para determinar si se está produciendo un edema en extremidades inferiores. El dispositivo puede además comprender un medio de medición del perímetro del tobillo del paciente para determinar si el tobillo se está hinchando. El dispositivo adicionalmente puede comprender un acelerómetro para determinar la postura del paciente y su nivel de actividad. Las características de este documento se recogen en el preámbulo de las reivindicaciones independientes de la presente solicitud.
Sin embargo, a pesar de la proliferación de artículos y patentes dirigidos a este tipo de dispositivos, actualmente no existe ningún producto comercial de este tipo. El motivo es presumiblemente la falta de precisión en el cálculo de la cantidad de agua acumulada en la zona del cuerpo en cuestión, ya sea la zona torácica o la zona de las extremidades inferiores.
En definitiva, existe aún en este campo la necesidad de dispositivos de estimación de la cantidad de agua acumulada que sean más precisos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Se describe a continuación un dispositivo “wearable”, un sistema que comprende dicho dispositivo “wearable”, y un procedimiento de monitorización de la cantidad de fluido acumulado en las extremidades inferiores de un paciente con insuficiencia cardíaca. Dispositivo “wearable” para monitorizar un paciente con insuficiencia cardíaca
Un primer aspecto de la presente invención está dirigido a un dispositivo que permite estimar la cantidad de fluido acumulado en las extremidades inferiores de un paciente con insuficiencia cardíaca El dispositivo está configurado como una tobillera vestible por el paciente que comprende fundamentalmente los siguientes elementos: a) Electrodos
Se trata de un par de electrodos de excitación y un par de electrodos de medida integrados en un soporte configurado para apoyarse sobre una zona del tobillo del paciente. b) Medio de procesamiento
El medio de procesamiento está conectado a los electrodos de excitación y medida. El medio de procesamiento está configurado para generar una pluralidad de señales eléctricas a diferentes frecuencias a través de los electrodos de excitación, para detectar el retorno de dichas señales eléctricas a través de los electrodos de medida, y para posteriormente calcular unos parámetros R_0 y R_inf representativos del modelo de Cole-Cole en función de las señales eléctricas generadas por los electrodos de excitación y detectadas por los electrodos de medida.
Las características mencionadas hasta ahora son conocidas del documento US2018/0235539A. Sin embargo, la presente solicitud se diferencia de dicho documento en el modo en que el medio de procesamiento procesa las señales obtenidas para determinar el volumen total de fluido acumulado en el tobillo del paciente. En particular, el medio de procesamiento está configurado para llevar a cabo los siguientes pasos:
- Calcular un volumen intracelular (Vin) suponiéndolo constante e igual a un primer porcentaje predeterminado de un volumen inicial (VT0) aproximado del tobillo del paciente.
En particular, está comúnmente aceptado en este campo que el porcentaje de volumen extracelular es de aproximadamente el 37,5% del volumen total. El volumen intracelular será por tanto el 62,5% del volumen inicial (VT0) aproximado del tobillo, que puede estimarse suponiendo que tiene forma de cilindro de base circular, ovalada, elíptica, o utilizando cualquier otra figura geométrica adecuada.
- Calcular un volumen extracelular (Vex) suponiendo que es inversamente proporcional a una resistencia extracelular (Rex) de acuerdo con la fórmula:
Vex — k/Rex, donde Rex se considera igual que el parámetro R_0 del modelo de Cole-Cole del paciente y k se obtiene a partir de una estimación. La constante k puede estimarse de diferentes modos, algunos de los cuales se describirán más adelante en este documento.
- Determinar el volumen total (VT) como la suma del volumen intracelular (Vin) más el volumen extracelular (Vex).
Este dispositivo es particularmente ventajoso porque permite determinar de una manera rápida y sencilla el volumen total acumulado en el tobillo del paciente, facilitando así a un profesional médico el diagnóstico del estado del paciente.
Adicionalmente, el medio de procesamiento también puede estar configurado para obtener datos útiles para determinar si se está produciendo un edema en las extremidades inferiores del paciente a través de los siguientes pasos:
- Obtener, a partir de los parámetros representativos del modelo de Cole-Cole, el diagrama de Wessel del paciente.
Como se ha mencionado anteriormente en este documento, el diagrama de Wessel es una representación gráfica de la impedancia obtenida a través del modelo de Cole-Cole. Como se verá a continuación, la forma del diagrama de Wessel contiene información acerca del estado del paciente en lo que respecta a la probabilidad de que se esté produciendo un edema.
- Calcular un factor derivado de la pendiente del diagrama de Wessel del paciente.
Los inventores de la presente solicitud han descubierto que la pendiente del diagrama de Wessel del paciente está directamente relacionada con la acumulación de agua en las extremidades inferiores del paciente. De manera genérica, a mayor pendiente, mayor la cantidad de agua acumulada. Por lo tanto, en este segundo paso se calcula un factor derivado de la pendiente del diagrama de Wessel del paciente. Este factor puede estar constituido directamente por una pendiente del diagrama, por ejemplo la pendiente del tramo final, la pendiente promedio, u otros. Alternativamente, este factor puede ser un factor complejo calculado a partir de la pendiente en algún tramo del diagrama de Wessel en combinación con otros parámetros, por ejemplo relacionados con los valores absolutos de resistencia o reactancia, con el signo o la magnitud de la tasa de cambio de pendiente a lo largo de la curva, o en general con cualquier factor que pueda considerarse útil para diferenciar diagramas de Wessel correspondientes a pacientes sanos de diagramas de Wessel correspondientes a pacientes con edema.
- Comparar dicho factor con un valor predeterminado para determinar si se está produciendo edema.
El valor predeterminado del factor se obtendrá a partir de estudios clínicos con personas sanas y enfermas. De ese modo, comparando el valor del factor obtenido para un paciente determinado con el valor umbral predeterminado, será posible determinar si el paciente está sufriendo un edema, así como posiblemente también su gravedad.
Combinando adecuadamente la información obtenida acerca de si se está produciendo edema con la información obtenida acerca de la cantidad de agua acumulada en el tobillo del paciente, un profesional médico podrá hacerse ¡dea muy precisa del estado de salud del paciente en muy poco tiempo, mejorando así la calidad del tratamiento y las probabilidades de recuperación. De hecho, dada la facilidad de uso del dispositivo de la invención, las medidas podrían incluso tomarse sin necesidad de que el paciente visite un centro de salud, lo que contribuye a reducir la carga asistencial. En cualquier caso, nótese que cualquiera de entre el procedimiento de obtención de datos útiles acerca de la presencia de edema y el procedimiento de cálculo del volumen total de agua del tobillo puede llevarse a cabo de manera independiente.
De acuerdo con una realización particularmente preferida de la invención, el medio de procesamiento está además configurado para:
- Calcular el volumen total (VT) de fluido acumulado en el tobillo del paciente periódicamente.
- Determinar si se está produciendo acumulación de fluidos en el tobillo del paciente en función de la evolución de dicho volumen total (VT) a lo largo del tiempo.
Este dispositivo es particularmente ventajoso porque proporcionan información muy útil acerca de la evaluación del volumen total acumulado en el tobillo del paciente. Esta información puede mostrarse al profesional médico en forma de gráficas o similares, de manera que éste pueda apreciar de manera fácil e intuitiva si el paciente está acumulando fluido en las extremidades inferiores.
Como se ha mencionado anteriormente, el volumen inicial (VT0) aproximado del tobillo del paciente puede obtenerse de diferentes modos, aunque según una realización particularmente preferida de la invención se obtiene suponiendo que el tobillo del paciente es esencialmente cilindrico con una longitud (L) y un radio (R). En ese caso, el volumen inicial (VT0) sería:
VT0 = (TT R2) ■ L
También el parámetro k podría estimarse de diferentes modos. Por ejemplo, según una realización preferida de la invención, el valor de k se estima en función de parámetros biométricos promedio de un conjunto de pacientes tipo.
Alternativamente, de acuerdo con otra realización particularmente preferida de la invención, el valor de k se estima a partir de la fórmula k = Vexo Rexo. donde Vex0 se supone igual a un segundo porcentaje predeterminado del volumen inicial (VT0) del tobillo del paciente complementario con el primer porcentaje predeterminado (en este caso concreto, el segundo porcentaje sería el 37,5%), y donde Rex0 se obtiene a partir de la resistencia R_0 correspondiente al paciente. Aquí, Rex0 puede considerarse directamente igual al valor de R_0 correspondiente a una medida de referencia del paciente (por ejemplo, como se describe en el ejemplo de realización más adelante en este documento, puede corresponder á la primera medida tomada en un sujeto cualquiera). Alternativamente, Rex0 puede considerarse igual al promedio de varios valores de R_0 correspondientes a varias medidas del paciente.
Según otra realización particularmente preferida de la invención, los electrodos de excitación y medida están fijados al soporte de acuerdo con una configuración tetrapolar cruzada. La configuración tetrapolar cruzada consiste en disponer los electrodos esencialmente en las esquinas de un paralelepípedo con los electrodos de excitación en dos esquinas opuestas y los electrodos de medida en las dos esquinas opuestas restantes.
La configuración tetrapolar cruzada es particularmente ventajosa porque permite obtener una mayor resolución, ya que al cruzar los electrodos de excitación y medida se encierran más líneas de campo y se obtiene una medida más precisa. Pruebas realizadas por los inventores muestran la mejora en resolución obtenida usando la configuración tetrapolar cruzada en comparación con una configuración paralela simple.
De acuerdo con otra realización preferida más de la invención, el soporte es un soporte semi-rígido fabricado por medio de tecnología de impresión 3D. En este contexto, el término “semi-rígido" hace referencia a un soporte que es suficientemente rígido como para asegurar que la distancia entre electrodos no cambia y que, al mismo tiempo, presenta una pequeña flexibilidad que le permite adaptarse al movimiento del paciente y a tobillos de diferentes perímetros.
Esta configuración es particularmente ventajosa porque permite mantener inalterada la distancia entre los electrodos. En efecto, la variabilidad de la distancia entre electrodos constituye un problema no resuelto en muchos de los dispositivos actualmente conocidos, donde los electrodos se disponen directamente sobre la piel por medio de parches. Como consecuencia, con cada aplicación de los parches cambia la distancia entre electrodos, lo que provoca falta de precisión de los resultados. Además, al estar fabricado el soporte con tecnología de impresión 3D resulta sencillo obtenerlo en cualquier lugar o reemplazarlo en caso de roturas
De acuerdo con otra realización preferida más, el dispositivo comprende además una unidad de medición inercial que comprende al menos un acelerómetro y un giróscopo. Una unidad de medición ¡nercial (IMU según sus siglas en inglés) consiste en un dispositivo electrónico que mide la velocidad, orientación y/o fuerzas gravitacionales de un aparato, usando para ello una combinación de acelerómetros y giróscopos. Es decir, una unidad de medición ¡nercial detecta la aceleración usando uno o más acelerómetros, y detecta los cambios en atributos rotacionales tales como cabeceo, alabeo y guiñada usando uno o más giróscopos.
Así, en el presente contexto, la unidad de medición inercial permite obtener datos relativos al tiempo en que el paciente permanece en unas posiciones tumbado, sentado y de pie. Además, la unidad de medición inercial está conectada al medio de procesamiento, de manera que éste determina, basándose en el tiempo que el paciente permanece en las posiciones tumbado, sentado y de pie y, mediante un método de aprendizaje automático, por ejemplo un método basado en máquinas de vectores soporte, una estimación de un nivel de actividad física del paciente de entre baja, moderada e intensa.
Esta realización es particularmente ventajosa porque la información acerca del nivel de actividad física del paciente puede emplearse en combinación con el volumen de fluido acumulado para realizar un diagnóstico precoz del estado físico del paciente.
Según otra realización preferida más, el dispositivo de la presente invención comprende un medio de comunicación conectado al medio de procesamiento. La función del medio de comunicación es permitir la comunicación entre el dispositivo “wearable” y un dispositivo externo, como por ejemplo un dispositivo móvil tal como un teléfono inteligente o una tableta.
El medio de comunicación puede en principio ser de cualquier tipo siempre que permita la comunicación, preferiblemente inalámbrica, con dicho dispositivo externo. Por ejemplo, puede utilizarse Bluetooth, Wifi, ZigBee o infrarrojos para distancias cortas, o radiofrecuencia, GSM, GPRS, o UMTS (3G, 4G, o 5G) para distancias largas. En una realización particularmente preferida de la invención donde el medio de comunicación se comunica con un dispositivo móvil del propio paciente, se utiliza Bluetooth Low Energy con el propósito de reducir al máximo el consumo de energía del dispositivo de la invención.
Así, el medio de comunicación puede comunicar al dispositivo externo uno o ambos de entre: el volumen de fluido acumulado en la zona del tobillo del paciente; y el nivel de actividad física del paciente.
El dispositivo de la presente invención puede incluir elementos adicionales conocidos en la técnica y que no se describen de manera explícita en este documento, como por ejemplo baterías, un conector de alimentación o para la carga de dichas baterías, u otros.
Sistema que comprende el dispositivo “wearable”
Otra realización preferida de la invención está dirigida a un sistema para la monitorización de un paciente con insuficiencia cardíaca. Este sistema comprende principalmente los siguientes elementos:
- Un dispositivo “wearable” como el descrito en los párrafos anteriores.
- Un dispositivo externo configurado para comunicarse con el medio de comunicación del dispositivo “wearable” para recibir uno o ambos de entre: el volumen de fluido acumulado en la zona del tobillo del paciente; y el nivel de actividad física del paciente. El dispositivo externo puede ser un dispositivo móvil tal como un teléfono inteligente o una tableta. Para llevar a cabo esta comunicación, el dispositivo externo podrá tener instalada una aplicación dedicada diseñada para comunicarse con el dispositivo “wearable" para recibir periódicamente los datos acerca del volumen de fluido acumulado, los datos acerca del nivel de actividad física del paciente, y/o los datos del perímetro del tobillo del paciente. La comunicación entre dispositivo “wearable" y dispositivo externo pueden llevarse a cabo de cualquier manera adecuada. Como se ha mencionado anteriormente, puede utilizarse Bluetooth, Wifi, ZigBee o infrarrojos para distancias cortas (por ejemplo, si el dispositivo externo es el teléfono móvil del propio paciente que lleva el dispositivo “wearable”). Alternativamente, para comunicar los datos distancias más largas (por ejemplo, si el dispositivo externo pertenece a una persona diferente del paciente que lleva el dispositivo “wearable”, como por ejemplo un profesional médico) puede utilizarse radiofrecuencia, GSM, GPRS, UMTS (3G, 4G, o 5G).
- Un servidor configurado para comunicarse con el dispositivo externo para recibir uno o ambos de entre: el volumen de fluido acumulado en la zona del tobillo del paciente; y el nivel de actividad física del paciente.
Esta comunicación puede llevarse a cabo a través de la aplicación instalada en el dispositivo externo, ya sea el teléfono móvil del propio paciente o de otra persona. El servidor puede ser un servidor de almacenamiento de datos médicos en el entorno de un centro hospitalario o similar, de manera que estén disponibles tanto para un análisis ulterior como para su consulta por parte de otros profesionales. La aplicación se encargaría de realizar un envío periódico al servidor de los datos recibidos del dispositivo “wearable”, por ejemplo una o más veces al día.
Este sistema permite compartir de una manera rápida, sencilla y segura la información obtenida mediante el dispositivo “wearable", facilitando su consulta tanto por el propio paciente si ello fuese conveniente, como por el o los profesionales médicos que lo necesiten.
Procedimiento para monitorizar un paciente con insuficiencia cardíaca
Un segundo aspecto de la presente invención está dirigido a un procedimiento para la monitorización de un paciente con insuficiencia cardíaca mediante un dispositivo configurado como una tobillera vestible por el paciente. Dicho dispositivo comprende principalmente los siguientes elementos:
- Un par de electrodos de excitación y un par de electrodos de medida que están integrados en un soporte configurado para apoyarse sobre una zona del tobillo del paciente.
- Un medio de procesamiento conectado a los electrodos de excitación y medida, estando el medio de procesamiento configurado para generar una pluralidad de señales eléctricas a diferentes frecuencias a través de los electrodos de excitación, para detectar el retorno de dichas señales eléctricas a través de los electrodos de medida, y para posteriormente calcular unos parámetros R_0 y RJnf representativos del modelo de Cole-Cole en función de las señales eléctricas generadas por los electrodos de excitación y detectadas por los electrodos de medida.
El procedimiento está caracterizado por que el medio de procesamiento además lleva a cabo el paso de determinar un volumen de fluido acumulado en el tobillo del paciente del paciente esencialmente mediante los siguientes pasos:
- Calcular un volumen intracelular (Vin) suponiéndolo constante e igual a un primer porcentaje predeterminado de un volumen inicial (VT0) aproximado del tobillo del paciente. Como se ha mencionado anteriormente, está comúnmente aceptado en este campo que el porcentaje de volumen extracelular (Vex) es de aproximadamente el 37,5% del volumen total, siendo por tanto el primer porcentaje del 62,5%.
- Calcular un volumen extracelular (Vex) suponiendo que es inversamente proporcional a una resistencia extracelular (Rex) de acuerdo con la fórmula
Vex — k/Rex, donde Rex se considera igual que el parámetro R_0 del modelo de Cole-Cole del paciente y k se obtiene a partir de una estimación.
- Determinar el volumen total (VT) como la suma del volumen intracelular (Vin) más el volumen extracelular (Vex).
El procedimiento de la invención puede comprender además la obtención de datos útiles para determinar si se está produciendo un edema en las extremidades inferiores del paciente. El método para obtener datos útiles para el diagnóstico del edema comprende al menos los siguientes pasos:
- Obtener, a partir de los parámetros representativos del modelo de Cole-Cole, el diagrama de Wessel del paciente.
- Calcular un factor derivado de la pendiente del diagrama de Wessel del paciente.
- Comparar dicho factor con un valor predeterminado para determinar si se está produciendo edema.
Este procedimiento es particularmente ventajoso porque permite determinar de una manera rápida y sencilla el volumen total acumulado en el tobillo del paciente, facilitando así a un profesional médico el diagnóstico del estado del paciente. Además, el procedimiento permite determinar, además de la cantidad específica de agua acumulada, datos útiles para saber si el paciente sufre edema. Nótese que cualquiera de entre el método para obtener datos útiles para determinar si se está produciendo edema y el método para calcular el volumen de agua acumulada en el tobillo puede llevarse a cabo de manera independiente. Más adelante en este documento se describirá el procedimiento de manera mucho más detallada haciendo referencia a datos específicos de un conjunto de pacientes.
De acuerdo con una realización particularmente preferida de la invención, el medio de procesamiento está además configurado para:
- Calcular el volumen total (VT) de fluido acumulado en el tobillo del paciente periódicamente.
- Determinar si se está produciendo acumulación de fluidos en el tobillo del paciente en función de la evolución de dicho volumen total (VT) a lo largo del tiempo.
Estos pasos adicionales conforman un procedimiento particularmente ventajoso porque proporcionan información muy útil acerca de la evaluación del volumen total acumulado en el tobillo del paciente. Esta información puede mostrarse al profesional médico en forma de gráficas o similares, de manera que éste pueda apreciar de manera fácil e intuitiva si el paciente está acumulando fluido en las extremidades inferiores.
El volumen inicial (VT0) aproximado del tobillo del paciente puede obtenerse de diferentes modos, aunque según una realización particularmente preferida de la invención se obtiene suponiendo que el tobillo del paciente es esencialmente cilindrico con una longitud (L) y un radio (R). En ese caso, el volumen inicial (VT0) sería:
VT0 = (TT R2) ■ L Por otra parte, el parámetro k podría estimarse de diferentes modos. Por ejemplo, según una realización preferida de la invención, el valor de k se estima en función de parámetros biométricos promedio de un conjunto de pacientes tipo.
Alternativamente, de acuerdo con otra realización particularmente preferida de la invención, el valor de k se estima a partir de la fórmula k = Vexo Rexo. donde Vex0 se supone igual a un segundo porcentaje predeterminado del volumen inicial (VT0) del tobillo del paciente complementario con el primer porcentaje predeterminado, y donde Rex0 se obtiene a partir de la resistencia R_0 correspondiente al paciente. Aquí, Rex0 puede considerarse directamente igual al valor de R_0 correspondiente a una medida de referencia del paciente. Alternativamente, Rex0 puede considerarse igual al promedio de varios valores de R_0 correspondientes a varias medidas del paciente.
Por último, aunque el procedimiento descrito incluye medios de procesamiento y procesos ejecutados en tales medios de procesamiento, la invención se extiende igualmente a los programas de ordenador, particularmente los programas de ordenador dispuestos sobre o dentro de una portadora, adaptados para llevar a la práctica la invención. El programa puede tener la forma de código fuente, código objeto, una fuente intermedia de código y código objeto, por ejemplo, como en forma parcialmente compilada, o en cualquier otra forma adecuada para uso en la puesta en práctica de los procesos según la invención. La portadora puede ser cualquier entidad o dispositivo capaz de soportar el programa.
Por ejemplo, la portadora podría incluir un medio de almacenamiento, por ejemplo, una memoria ROM, una memoria CD ROM o una memoria ROM de semiconductor, o un soporte de grabación magnética, por ejemplo, un disco flexible o un disco duro. Alternativamente, la portadora puede ser una portadora transmisible, por ejemplo, una señal eléctrica u óptica que podría transportarse a través de cable eléctrico u óptico, por radio o por cualesquiera otros medios.
Cuando el programa va incorporado en una señal que puede ser transportada directamente por un cable u otro dispositivo o medio, la portadora puede estar constituida por dicho cable u otro dispositivo o medio.
Como variante, la portadora podría ser un circuito integrado en el que va incluido el programa, estando el circuito integrado adaptado para ejecutar, o para ser utilizado en la ejecución de, los procesos correspondientes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Fig. 1 muestra un modelo eléctrico equivalente en células de acuerdo con la técnica anterior. La Fig. 2 muestra un ejemplo de diagrama de Wessel genérico de acuerdo con la técnica anterior.
Las Figs. 3a y 3b muestran respectivamente una vista en perspectiva de la cara exterior y de la cara interior de un ejemplo de dispositivo de acuerdo con la presente invención.
La Fig. 4 muestra una vista en perspectiva con mayor detalle del ejemplo de soporte según la presente invención.
La Fig. 5 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de dispositivo según la presente invención fijado al tobillo de un paciente.
La Fig. 6 muestra un diagrama esquemático de un sistema que comprende un dispositivo según la presente invención.
La Fig. 7 muestra un diagrama de Wessel correspondiente a la medida del sujeto S3 el lunes por la mañana.
La Fig. 8 muestra un diagrama de Wessel correspondiente a la medida del sujeto S5 el lunes por la mañana.
Las Figs. 9a-9d muestran la evolución del volumen acumulado en las piernas de los sujetos sanos S1 , S2, S3 y S4 en función del tiempo.
Las Figs. 10a-1 Od muestran la evolución del volumen acumulado en las piernas de los sujetos sanos S1 , S2, S3 y S4 en función del valor de Rex.
Las Figs. 1 1 a-11 b muestran la evolución del volumen acumulado en las piernas de los sujetos enfermos S5 y S6 en función del tiempo.
Las Figs. 12a-12b muestran la evolución del volumen acumulado en las piernas de los sujetos enfermos S5 y S6 en función del valor de Rex.
La Fig. 13 muestra diagramas de Wessel correspondientes a un paciente en diferentes momentos a lo largo de un intervalo de tiempo de un mes.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Se describe a continuación un ejemplo particular de la presente invención haciendo referencia a las figuras adjuntas.
Dispositivo de monitorización
Las Figs. 3 y 4 muestran sendas vistas del dispositivo (1) para la monitorización de un paciente con insuficiencia cardíaca de acuerdo con la presente invención. Como se puede apreciar, el dispositivo (1) está formado por un soporte (2) semi-rígido en el que están instalados un par de electrodos de excitación (EE1 , EE2) y un par de electrodos de medida (EMI, EM2)-
Los electrodos (EE1 , EE2; EMI, EM2) están dispuestos de acuerdo con una configuración tetrapolar, es decir, los electrodos de excitación (EE1 , EE2) están ubicados en las esquinas superior izquierda e inferior derecha del soporte (2), mientras que los electrodos de medida (EMI, EM2) están ubicados en las esquinas superior derecha e inferior izquierda del soporte (2). Aunque no se aprecia en estas figuras, los electrodos son electrodos textiles.
El soporte (2), que tiene forma esencialmente paralelepipédica, está conectado a una cinta (7) para la fijación del dispositivo (1) a la pierna del paciente, por ejemplo a la zona del tobillo del paciente. La cinta (7) puede ser elástica y disponer de porciones de extremo configuradas para acoplarse una a la otra a través de cualquier mecanismo conocido, como por ejemplo una hebilla, adhesivos, velero, u otros. En esta configuración concreta se utilizan unos botones de presión. La electrónica no es visible en estas figuras.
La Fig. 4 muestra con mayor detalle el soporte (2) del dispositivo (1). Este soporte (2) está fabricado a partir de ácido poliláctico utilizando tecnología de impresión 3D. Como se puede apreciar, el soporte (2) tiene una forma rectangular esencialmente plana y dispone de un conjunto de orificios cuadrados destinados a aligerar su peso y mejorar su flexibilidad sin afectar excesivamente a su resistencia. Se han dispuesto cuatro orificios en cerca de las esquinas para que pasen los correspondientes electrodos (EE1 , EE2; EMI, EM2)- A SU vez, cada par de electrodos (EE1 , EE2; EMI, EM2) está fijado a los extremos de unas placas alargadas que se fijan al soporte (2), como se puede apreciar en la Fig. 2. Adicionalmente, la Fig. 4 muestra unas ranuras dispuestas a lo largo de dos lados opuestos del soporte (2). Estas ranuras están destinadas a recibir la cinta (7) que permite fijar el dispositivo (1) al tobillo del paciente.
Gracias a esta configuración, el dispositivo (1) de la invención puede fijarse al tobillo del paciente del modo que se muestra en la Fig. 5.
La Fig. 6 muestra un esquema de los componentes eléctricos y electrónicos que componen el dispositivo (1) de la invención, así como otros elementos externos que forman parte de un sistema completo para compartir los datos obtenidos por el dispositivo (1). En particular, el dispositivo (1) dispone de un medio de procesamiento (3) que está conectado a diferentes elementos, concretamente una unidad de medición inercial (4), un medio de comunicación (6), y los electrodos (EE1 , EE2; EMI, EM2)-
La unidad de medición inercial (4) permite determinar el tiempo que el paciente pasa en las posiciones tumbado, sentado y de pie. Para ello, dispone de un conjunto de acelerómetros y giróscopos que recogen datos sobre los movimientos del paciente. Estos datos serán analizados por el medio de procesamiento (3) para determinar un nivel de actividad física realizada por el paciente (clasificada en baja, moderada o intensa). El análisis de los datos obtenidos por la unidad de medición inercial (4) está basado, por ejemplo, en máquinas de vectores soporte.
El medio de comunicación (6) comprende una antena Bluetooth LE para comunicar los datos recibidos, ya sea los datos en crudo captados por los electrodos (EE1 , EE2; EMI, EM2) o la unidad de medición inercial (4), o bien los datos ya analizados en el medio de procesamiento (3) relativos a la cantidad de agua acumulada o al nivel de actividad física del paciente.
Todos estos elementos están dispuestos en una placa PCB de aproximadamente 2 cm x 2 cm alimentada mediante una pila de botón. La placa PCB está fijada al soporte (2) mencionado con los electrodos los electrodos de medida y excitación (EE1 , EE2; EMI, EM2) conectados a los correspondientes bornes por medio de unos cables. El medio de procesamiento (3) comanda el resto de elementos para determinar de manera periódica la cantidad de agua acumulada por el paciente, así como opcionalmente el nivel de actividad física. El medio de procesamiento (3) se encarga también de gestionar el medio de comunicación (6) para transmitir dichos datos. Así, por ejemplo, el paciente puede tener instalado en su teléfono móvil (100) una aplicación diseñada para el manejo del dispositivo “wearable” (1) de la presente invención. Esta aplicación se comunica periódicamente con el medio de comunicación (6) para recibir los datos almacenados. Posteriormente, el teléfono móvil (100) del usuario puede comunicarse con un servidor (200), por ejemplo a través de internet, para volcar los datos, que de ese modo estarán disponibles para cualquier profesional médico que necesite consultarlos. Por ejemplo, el servidor (200) puede ser un servidor de almacenamiento de datos de pacientes en un entorno hospitalario.
Procedimiento de obtención de la cantidad de agua
A continuación, se describe con detalle un ejemplo de procedimiento de obtención del volumen total (VT) de agua de un paciente a partir de los datos obtenidos de la medida de la correspondiente bioimpedancia en el tobillo utilizando el dispositivo (1) de la presente invención.
Este procedimiento puede ser llevado a cabo por el medio de procesamiento (3) del dispositivo (1) descrito. Alternativamente, el dispositivo (1) podría simplemente recabar los datos correspondientes a cada medida (es decir, la bioimpedancia calculada en cada medida) y enviarlos al dispositivo externo (100), siendo este último el que realizase los cálculos que permiten obtener el volumen total (VT). Es más, los cálculos necesarios para obtener el volumen total (VT) a partir de la bioimpedancia medida podrían realizarse de manera compartida entre el medio de procesamiento (3) del dispositivo (1) y el dispositivo externo (100). En lo concerniente al procedimiento de obtención del volumen total (VT) de fluido acumulado por un paciente, la presente invención no es limitante en lo que respecta a la entidad que realiza los cálculos para obtener dicho volumen (VT) a partir de los valores de bioimpedancia obtenidos a través de los electrodos (EE1 , EE2; EMI, EM2) del dispositivo (1).
Como se ha mencionado, el modelo eléctrico más aceptado para simular el comportamiento del tejido es el denominado modelo de Cole-Cole, que está representado por la ecuación:
Figure imgf000014_0001
Donde Z(w) es la impedancia medida en un tejido a la frecuencia w = 2nf. Hay cuatro parámetros implicados en este modelo:
R_inf: la resistencia a frecuencia muy alta o infinita;
R_0: la resistencia a la frecuencia cero o DC;
T: es la constante de tiempo que incluye los efectos capacitivos debidos a las membranas celulares; a: constante de fase que modela la dependencia de la capacitancia a la frecuencia
El modelo de Cole-Cole analiza el comportamiento del tejido con la frecuencia y permite una visualization rápida gracias al diagrama de Wessel (ver la Fig. 2) donde se representan las partes reales contra las imaginarias de Z(w).
En paralelo, y como también se ha descrito brevemente con anterioridad en este documento, se toma el circuito de la Fig. 1 como representativo de la contribución de los componentes intracelulares y extracelulares del tejido. La contribución extracelular es debida principalmente a los fluidos, mayormente agua. Está comúnmente aceptado en la técnica que la contribución de los fluidos extracelulares al volumen corporal total está alrededor del 37,5%. Este valor depende de parámetros antropomórficos tales como la edad y el sexo, pero puede considerarse un valor suficientemente cerca de la realidad. El modelo mostrado en la Fig. 1 considera la contribución de los componentes intracelulares y extracelulares, siendo los parámetros que definen el circuito los siguientes:
Rex es la resistencia extracelular;
R¡n es la resistencia intracelular;
Rm y Cm son la resistencia de membrana y la capacitancia de membrana respectivamente, que representan la interfaz entre el interior y el exterior de las células.
Cuando se genera una corriente DC, la resistencia en su recorrido a través del tobillo del paciente es debida al medio extracelular, Rex, mientras a frecuencias muy altas la célula abre su membrana, de manera que la resistencia es debida al medio intracelular Rin. En este caso, la resistencia del tejido es el paralelo de Rex y Rin.
Teniendo en cuenta todo esto, se llevó a cabo una prueba piloto con varios sujetos sanos (S1 , S2, S3, S3) y enfermos (S5, S6). Se tomaron medidas utilizando el dispositivo (1) de la invención a lo largo de una semana desde el lunes al viernes dos veces al día: por la mañana (8:00) y por la noche (20:00).
Para la calibración, es decir, para la obtención de los valores de diversos parámetros que se consideran constantes durante todo el proceso de toma de datos, se utilizaron los datos obtenidos para un sujeto sano (S3) en la medida inicial correspondiente al lunes por la mañana (LM). Además, se tuvieron en cuenta las siguientes consideraciones:
- El volumen total contenido en el tobillo es VT. Se considera que el tobillo es cilindrico con un radio de aproximadamente 4 cm. Teniendo en cuenta las dimensiones del dispositivo (1) de la invención, en particular la distancia entre electrodos, la altura del cilindro se toma como 6 cm. El volumen total (VT) de agua en el tobillo será por tanto la suma del volumen extracelular (Vex) más el volumen intracelular (Vin): VT = Vex + Vin
- A bajas frecuencias, la resistencia equivalente del volumen del tobillo está dada por Rex. Esto significa que todas las líneas de corriente viajan entre los electrodos de excitación (EE1, EE2) y los de electrodos de medida (EMI, EM2) por el líquido extracelular, y no atravesando las células.
- Como se mencionó anteriormente, se considera que el fluido extracelular es aproximadamente el 37,5% del volumen total del cuerpo humano.
- El cilindro mencionado anteriormente está formado por un volumen intracelular y un volumen extracelular. Se considera aquí que los incrementos en el volumen total (VT) se deben únicamente al volumen extracelular (Vex), y que el volumen intracelular (Vin) se mantiene constante. Tomando el valor inicial de VT0 como referencia (VT0 = TTR2 L), se obtiene que VTO=3O1 ,1 O mi y Vin=188,44 mi.
- Se considera que la resistencia extracelular (Rex) y el volumen extracelular (Vex) son inversamente proporcionales de acuerdo con la siguiente fórmula:
Rex- k Vex.
En esta fórmula, k es una constante que incluye el parámetro de conductividad (o) y factores de geometría. Conociendo la resistencia extracelular es posible estimar las variaciones del volumen extracelular debido a los fluidos (agua).
- Las resistencias Rex y Rin pueden calcularse a partir de los parámetros de Cole-Cole de acuerdo con:
Rex = R_0
Rin II Rex = RJnf
Todas estas consideraciones permiten obtener un valor aproximado del volumen inicial (VT0) del tobillo, así como la parte de dicho volumen correspondiente a fluidos extracelulares. De este modo, se puede llevar a cabo una calibración usando un punto de test para posteriormente evaluar el volumen extracelular (Vex) y, por tanto, el volumen total (VT). Este punto de test inicial para la calibración corresponde en este ejemplo a un sujeto sano, en particular a la medida del lunes por la mañana del sujeto S3.
Este procedimiento se llevó a cabo en los sujetos mencionados anteriormente (S1 , S2, S3, S4, S5, S6). Para cada sujeto, se realizaron medidas dos veces al día utilizando el dispositivo de la invención y realizando en cada caso un barrido desde 1 kHz hasta 200 kHz y obteniéndose los componentes real e imaginario de la bioimpedancia. Los datos se procesaron de acuerdo con técnicas conocidas para obtener los parámetros de Cole-Cole asociados a cada medida, en particular los parámetros RJnf, R_0, T y a.
A modo de ejemplo, en la Fig. 7 se muestra el diagrama de Wessel correspondiente a las medidas del sujeto sano S3 el lunes por la mañana (LM). Se obtuvieron formas similares en las gráficas correspondientes a otras medidas correspondientes a pacientes sanos. Sin embargo, al realizar pruebas a pacientes enfermos, en particular pacientes con insuficiencia cardíaca, la forma del diagrama de Wessel tenía una forma completamente diferencia a causa de la acumulación de agua en las extremidades inferiores. Por ejemplo, la gráfica mostrada en la Fig. 8 es el diagrama de Wessel correspondiente al sujeto enfermo S5 el lunes por la mañana.
Los resultados obtenidos con cada medida realizada se procesaron para obtener los parámetros de Cole-Cole mencionados: R_0 y RJnf. Puesto que los resultados de cada medida cambian cada día, también lo hacen los parámetros de Cole-Cole calculados a partir de los mismos. Las siguientes tablas recogen los valores de los parámetros de Cole-Cole relevantes para los cuatro pacientes sanos (S1 , S2, S3, S4) que corresponden a cada una de las medidas realizadas, dos diarias por la mañana (M) y por la tarde (T) durante cinco días de lunes a viernes (L, M, X, J, V).
Como se puede apreciar, existe en los valores una variación diaria y una variación desde la mañana a la tarde como consecuencia del ritmo circadiano resultante de la actividad metabólica.
Figure imgf000016_0001
Parámetro R_0 para los sujetos sanos S1 a S4
Figure imgf000016_0002
Parámetro RJnf para los sujetos sanos S1 a S4
A partir de estas tablas es posible calcular los valores de Rex y Rinf de acuerdo con las relaciones mencionadas anteriormente:
Figure imgf000017_0001
Las siguientes tablas muestran los valores de Rex y Rin para los cuatro sujetos sanos (S1 , S2, S3, S4) que se obtienen a partir de los valores de R_0 y RJnf de las dos tablas anteriores.
Figure imgf000017_0002
Parámetro Rex para los sujetos sanos S1 a S4
Figure imgf000017_0003
Parámetro R¡n para los sujetos sanos S1 a S4
De acuerdo con las suposiciones mencionadas, en particular tomando Rex como 58,4 Q de acuerdo con el primer punto de test del sujeto S3 el lunes por la mañana (LM) y tomando Vex como el 62,5% del volumen inicial total (VT0) del tobillo del paciente, se obtiene que la constante k = Rex Vex = 6776,87 mI Q. Este valor de la constante k se utilizará para el cálculo del volumen extracelular (Vex) en todos para todos los sujetos y medidas.
Utilizando todos estos datos, estamos en disposición de calcular el volumen total (VT) acumulado en las extremidades inferiores de cada uno de los sujetos en cada punto de test. Con estos datos, se pueden construir gráficas que muestran la evolución del volumen total (VT) acumulado a lo largo del tiempo. De manera más específica, el valor del volumen total (VT) estaría dado por la siguiente fórmula:
VT = V¡n + Vex = V¡n + k/Rex = 188,44 mi + 6776,87 ml-Q / Rex
De acuerdo con esto, las Figs. 9a-9d son gráficas que muestran la evolución temporal del volumen total (VT) acumulado en los sujetos sanos (S1 , S2, S3, S4) durante la semana en que se realizaron las medidas. Por otra parte, las Figs. 10a-10d muestran el volumen total (VT) frente a Rex (que, como se ha mencionado anteriormente, es igual a R_0). En este segundo grupo de gráficas se pueden observar los valores de sensibilidad que expresan cuántos mililitros cambia el volumen total (VT) acumulado para cada cambio en la medida de la resistencia extracelular (Rex). Concretamente, la pendiente obtenida está en el rango [-1 ,94, 5,20] ml/Q.
En cuanto a los sujetos enfermos (S5, S6), se lleva a cabo exactamente el mismo proceso de medida dos veces por día durante una semana y, para cada una de ellas, se calculan los parámetros de Cole- Cole R_0 y R_inf y, a partir de estos parámetros, se obtienen Rex y Rin. Aunque no se muestran aquí las tablas con todos los valores, las Figs. 11 a y 11 b muestran la evolución del volumen total (VT) con relación al tiempo y las Figs. 12a y 12b muestran la evolución del volumen total (VT) frente a Rex.
Como se puede apreciar, los valores absolutos del volumen total (VT) acumulado en los sujetos enfermos (S5, S6) es sensiblemente mayor que los correspondientes a los sujetos sanos (S1 , S2, S3, S4). Además, las sensibilidades son mayores, particularmente -41 ,47 ml/Q y -122,44 ml/Q.
En definitiva, se aprecia que el procedimiento de cálculo del volumen total (VT) descrito en este documento arroja resultados que permiten evaluar el estado de un paciente con insuficiencia cardíaca. En particular, este procedimiento proporciona datos precisos acerca del volumen total (VT) acumulado en las extremidades inferiores del paciente, así como datos acerca de la evolución temporal de dicho volumen total (VT).
Obtención de datos útiles para el diagnóstico del edema
Como se ha mencionado con anterioridad en este documento, el método para la obtención de datos útiles para el diagnóstico del edema puede llevarse a cabo en combinación con la obtención del volumen de agua del tobillo, o bien ambos procedimientos pueden llevarse a cabo de manera independiente.
El método para la obtención de datos útiles comprende, en primer lugar, construir el diagrama de Wessel del paciente. Para ello, se coloca el dispositivo de la invención en el paciente y se inyectan las señales eléctricas descritas a través de los electrodos mencionados, obteniéndose en última instancia los parámetros representativos del modelo de Cole-Cole. En función de la forma del diagrama de Wessel correspondiente, se puede determinar si el paciente sufre un edema.
La Fig. 13 muestra cinco conjuntos de 10 puntos, donde cada conjunto corresponde al diagrama de Wessel de un paciente en un momento particular. Concretamente, de acuerdo con el código de colores, la gráfica azul (gráfica 1) corresponde al primer día en que el paciente es admitido en el hospital con un diagnóstico de edema severo. La gráfica naranja (gráfica 2) corresponde al séptimo día en que el paciente es dado de alta después de una semana de tratamiento. La gráfica verde (gráfica 3) corresponde al décimo cuarto día en que el paciente empeora en su casa. La gráfica roja (gráfica 4) corresponde al vigésimo segundo día en que el paciente aún no está estabilizado completamente. Por último, la gráfica morada (gráfica 5) corresponde al vigésimo noveno día en que el paciente ya está estabilizado.
Como se puede apreciar, la forma del diagrama de Wessel del paciente con edema severo es sensiblemente diferente de la forma del diagrama de Wessel del paciente después del tratamiento. En particular, los inventores de la presente solicitud han comprobado que la variable más representativa de la diferencia de forma del diagrama de Wessel entre paciente sano y paciente enfermo está relacionada con la pendiente de la curva. En general, a mayor pendiente, mayor cantidad de agua acumulada. Por ese motivo, para determinar si se está produciendo edema se elige un factor que está relacionado con la pendiente de uno u otro modo. El factor puede ser directamente la propia pendiente, ya sea promedio o en un tramo determinado de la curva, o bien puede ser un factor complejo obtenido a partir de una pendiente en combinación con otras variables de la curva, tales como la reactancia y/o resistencia, la derivada de la pendiente, u otros.
Este factor se comparará con un valor umbral predeterminado obtenido de un ensayo clínico con pacientes reales, de manera que permitirá determinar de una manera rápida, sencilla y económica si el paciente está sufriendo un edema. Es más, dado que el dispositivo de la invención está preparado para ser utilizado por el propio paciente, éste podrá realizar por sí mismo las medidas y transmitirlas a través de la aplicación en el teléfono inteligente al profesional médico que esté realizando el seguimiento.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo (1) para monitorizar un paciente con insuficiencia cardíaca, estando el dispositivo (1) configurado como una tobillera vestible por el paciente, que comprende:
- un par de electrodos de excitación (EE1 , EE2) y un par de electrodos de medida (EMI, EM2), estando dichos electrodos de excitación y medida (EE1 , EE2; EMI, EM2) integrados en un soporte (2) configurado para apoyarse sobre el tobillo del paciente; y
- un medio de procesamiento (3) conectado a los electrodos de excitación y medida (EE1 , EE2; EMI, EM2), estando el medio de procesamiento (3) configurado para generar una pluralidad de señales eléctricas a diferentes frecuencias a través de los electrodos de excitación (EE1, EE2), para detectar el retorno de dichas señales eléctricas a través de los electrodos de medida (EMI, EM2), y para calcular unos parámetros R_0 y R_inf representativos del modelo de Cole-Cole en función de las señales eléctricas generadas por los electrodos de excitación (EE1 , EE2) y detectadas por los electrodos de medida (EMI, EM2); caracterizado por que el medio de procesamiento (3) está además configurado para calcular el volumen total (VT) de fluido acumulado en el tobillo del paciente por medio de los siguientes pasos:
- calcular un volumen intracelular (Vin) suponiéndolo constante e igual a un primer porcentaje predeterminado de un volumen inicial (VT0) aproximado del tobillo del paciente;
- calcular un volumen extracelular (Vex) suponiendo que es inversamente proporcional a una resistencia extracelular (Rex) de acuerdo con la fórmula Vex = k/Rex, donde Rex se considera igual que el parámetro R_0 del modelo de Cole-Cole del paciente y k se obtiene a partir de una estimación; y
- determinar el volumen total (VT) como la suma del volumen intracelular (Vin) más el volumen extracelular (Vex), y por que el medio de procesamiento (3) está además configurado para obtener datos útiles para determinar si se está produciendo un edema en las extremidades inferiores del paciente a través de los siguientes pasos:
- obtener, a partir de los parámetros representativos del modelo de Cole-Cole, el diagrama de Wessel del paciente;
- calcular un factor derivado de la pendiente del diagrama de Wessel del paciente; y
- comparar dicho factor con un valor predeterminado para determinar si se está produciendo edema.
2. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1 , donde el medio de procesamiento (3) está además configurado para:
- calcular el volumen total (VT) de fluido acumulado en el tobillo del paciente periódicamente; y
- determinar si se está produciendo acumulación de fluidos en el tobillo del paciente en función de la evolución de dicho volumen total (VT) a lo largo del tiempo.
3. Dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el volumen inicial (VT0) aproximado del tobillo del paciente se obtiene suponiendo que el tobillo del paciente es esencialmente cilindrico con una longitud (L) y un radio (R).
4. Dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el medio de procesamiento (3) está configurado para estimar el valor de k en función de parámetros biométricos promedio de un conjunto de pacientes tipo.
5. Dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde el medio de procesamiento (3) está configurado para estimar el valor de k a partir de la fórmula k = Vexo Rexo. donde Vex0 se supone igual a un segundo porcentaje predeterminado del volumen inicial (VT0) del tobillo del paciente complementario con el primer porcentaje predeterminado, y donde Re^ se obtiene a partir de la resistencia R_0 correspondiente al paciente.
6. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 5, donde Rex0 se considera igual al valor de R_0 correspondiente a una medida de referencia del paciente.
7. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 5, donde Rex0 se considera igual al promedio de varios valores de R_0 correspondientes a varias medidas del paciente.
8. Dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los electrodos de excitación y medida (EE1 , EE2; EMI, EM2) están fijados al soporte (2) de acuerdo con una configuración tetrapolar cruzada.
9. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 8, donde el soporte (2) es un soporte semi-rígido fabricado por medio de tecnología de impresión 3D.
10. Dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende una unidad de medición inercial (4) que comprende al menos un acelerómetro y un giróscopo para obtener datos relativos al tiempo en que el paciente permanece en unas posiciones tumbado, sentado y de pie, estando dicha unidad de medición inercial (4) conectada al medio de procesamiento (3), donde el medio de procesamiento (3) está además configurado para determinar, basándose en el tiempo que el paciente permanece en las posiciones tumbado, sentado y de pie, y mediante un método de aprendizaje automático, una estimación de un nivel de actividad física del paciente de entre baja, moderada e intensa.
11. Dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un medio de comunicación inalámbrica (6) conectado al medio de procesamiento (3), donde el medio de comunicación inalámbrica (6) está configurado para comunicar a un dispositivo externo (100) uno o ambos de entre: el volumen total (VT) de fluido acumulado en la zona del tobillo del paciente; y el nivel de actividad física del paciente.
12. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 11 , donde el medio de comunicación inalámbrica (6) es de tipo Bluetooth Low Energy.
13. Sistema para la monitorización de un paciente con insuficiencia cardíaca, que comprende:
- un dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 11-12;
- un dispositivo externo (100) configurado para comunicarse con el medio de comunicación (6) del dispositivo (1) para recibir uno o varios de entre: el volumen total (VT) de fluido acumulado en la zona del tobillo del paciente; y el nivel de actividad física del paciente; y
- un servidor (200) configurado para comunicarse con el dispositivo externo (100) para recibir uno o varios de entre: el volumen total (VT) de fluido acumulado en la zona del tobillo del paciente; y el nivel de actividad física del paciente.
14. Procedimiento para la monitorización de un paciente con insuficiencia cardíaca mediante un dispositivo (1) configurado como una tobillera vestible por el paciente, donde dicho dispositivo (1) comprende:
- un par de electrodos de excitación (EE1 , EE2) y un par de electrodos de medida (EMI, EM2), estando dichos electrodos de excitación y medida (EE1 , EE2; EMI, EM2) integrados en un soporte (2) configurado para apoyarse sobre el tobillo del paciente; y
- un medio de procesamiento (3) conectado a los electrodos de excitación y medida (EE1 , EE2; EMI, EM2), estando el medio de procesamiento (3) configurado para generar una pluralidad de señales eléctricas a diferentes frecuencias a través de los electrodos de excitación (EE1, EE2), para detectar el retorno de dichas señales eléctricas a través de los electrodos de medida (EMI, EM2), y para calcular unos parámetros R_0 y R_inf representativos del modelo de Cole-Cole en función de las señales eléctricas generadas por los electrodos de excitación (EE1 , EE2) y detectadas por los electrodos de medida (EMI, EM2); caracterizado por que comprende los siguientes pasos:
- calcular un volumen intracelular (Vin) suponiéndolo constante e igual a un primer porcentaje predeterminado del volumen inicial (VT0) aproximado del tobillo del paciente;
- calcular un volumen extracelular (Vex) suponiendo que es inversamente proporcional a una resistencia extracelular (Rex) de acuerdo con la fórmula Vex = k/Rex, donde Rex se considera igual que el parámetro R_0 del modelo de Cole-Cole del paciente y k se obtiene a partir de una estimación; y
- determinar el volumen total (VT) de fluido acumulado en el tobillo del paciente como la suma del volumen intracelular (Vin) más el volumen extracelular (Vex), y por que además comprende la obtención de datos útiles para determinar si se está produciendo un edema en las extremidades inferiores del paciente a través de los siguientes pasos:
- obtener, a partir de los parámetros representativos del modelo de Cole-Cole, el diagrama de Wessel del paciente;
- calcular un factor derivado de la pendiente del diagrama de Wessel del paciente; y
- comparar dicho factor con un valor predeterminado para determinar si se está produciendo edema.
15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, que además comprende los siguientes pasos:
- calcular el volumen total (VT) de fluido acumulado en el tobillo del paciente periódicamente; y
- determinar si se está produciendo acumulación de fluidos en el tobillo del paciente en función de la evolución de dicho volumen total (VT) a lo largo del tiempo.
16. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-15, donde el volumen inicial (VT0) aproximado del tobillo del paciente se obtiene suponiendo que el tobillo es esencialmente cilindrico con una longitud (L) y un radio (R).
17. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-16, donde el valor de k se estima en función de parámetros biométricos promedio de un conjunto de pacientes tipo.
18. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-16, donde el valor de k se estima a partir de la fórmula k = Vex0 Rex0, donde Vex0 se supone igual a un segundo porcentaje predeterminado del volumen inicial (VT0) del tobillo del paciente complementario con el primer porcentaje predeterminado y donde Re^ se obtiene a partir de la resistencia R_0 correspondiente al paciente.
19. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18, donde Rex0 se considera igual al valor de R_0 21 correspondiente a una medida de referencia del paciente.
20. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18, donde Rex0 se considera igual al promedio de varios valores de R_0 correspondientes a varias medidas del paciente.
21. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-20, donde el dispositivo (1) además comprende una unidad de medición ¡nercial (4) que comprende al menos un acelerómetro y un giróscopo para obtener datos relativos al tiempo en que el paciente permanece en unas posiciones tumbado, sentado y de pie, estando dicha unidad de medición ¡nercial (4) conectada al medio de procesamiento (3), donde el medio de procesamiento (3) lleva a cabo el paso adicional de determinar, basándose en el tiempo que el paciente permanece en las posiciones tumbado, sentado y de pie, y mediante un método de aprendizaje automático, una estimación de un nivel de actividad física del paciente de entre baja, moderada e intensa.
22. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-21 , donde el dispositivo (1) además comprende un medio de comunicación (6) conectado al medio de procesamiento (3), donde el medio de procesamiento (6) lleva a cabo el paso adicional de comunicar a un dispositivo externo (100), mediante el medio de comunicación (6), uno o varios de entre: el volumen de agua acumulado en la zona del tobillo del paciente; el nivel de actividad física del paciente; y el perímetro del tobillo del paciente.
23. Programa de ordenador que comprende instrucciones de programa para hacer que un ordenador lleve a la práctica el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 22.
24. Programa de ordenador según la reivindicación 23, incorporado en medios de almacenamiento.
25. Programa de ordenador según la reivindicación 23, soportado en una señal portadora.
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