Método y aparato para monitorizar parámetros cardio-respiratorios a partir de las variaciones de la impedancia eléctrica de un pie,

donde se coloca el pie en contacto con dos electrodos (102) conectados a una fuente (101) que inyecta una corriente, midiendo la diferencia de potencial dos electrodos (103), un filtro pasa-altas (104) se aplica a la señal detectada, se amplifica dicha señal a través de un amplificador (105) con baja ganancia y la aplica a un desmodulador de amplitud (106) que funciona sincronamente con la fuente (101). Se amplifica la componente pulsátil de la impedancia eléctrica del pie a través de un amplificador (107), en el ancho de banda de 0,5 Hz a 30 Hz, y se digitaliza la señal a través de un procesador (108) determinando la frecuencia cardíaca y respiratoria a través de la medición de la componente pulsátil de la impedancia eléctrica en el pie.

MÉTODO Y APARATO PARA MONITORIZAR PARÁMETROS CARDIORESPIRATORIOS A PARTIR DE LAS VARIACIONES DE LA IMPEDANCIA

ELÉCTRICA EN UN SOLO PIE

DESCRIPCiÓN

Método y aparato para monitorizar parámetros cardio-respiratorios a partir de las variaciones de la impedancia eléctrica de un pie.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere en general a los sistemas de monitorización de parámetros fisiológicos por medios físicos, y en particular a un aparato y método para obtener la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria y el tiempo de propagación de la onda de pulso a partir de mediciones de impedancia eléctrica de un pie.

Antecedentes de la invención

La monitorización de parámetros cardio-respiratorios es de gran importancia no sólo en ámbitos clínicos sino también en entornos extrahospitalarios como pueden ser las residencias geriátricas o para convalecientes, domicilios particulares, centros deportivos y otros. En cualquier caso, conviene que las mediciones sean cómodas para el sujeto y que su realización no exija la participación excesiva de personal médico especializado, cuya función preferente debería ser, en cualquier caso, la interpretación de los resultados de las mediciones. Cuando la monitorización es discontinua en el tiempo y se realiza en entornos no clínicos, es muy conveniente que el sujeto necesite la mínima ayuda para que se pueda efectuar la medición.

Para monitorizar parámetros cardio-respiratorios de forma cómoda y simple se ha propuesto el uso de básculas electrónicas como medio para establecer una conexión mecánica o eléctrica sin necesidad de ponerse nada sobre el cuerpo. Así, a partir de las fluctuaciones del peso detectadas con las mismas células de carga incorporadas en la báscula para detectar el peso de la persona, se ha propuesto detectar la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria (Patente española P200702181) , y también estimar variaciones del gasto cardiaco (O.T. Inan et al., Non-invasive cardiac output trending during exercise recover y on a bathroom-scale-based ballistocardiograph, Physiological Measurement, vol. 30 (2009) , pp. 261-274) . Las básculas que ofrecen una estimación de la composición corporal (Patente US 6, 370, 42581) , incorporan dos o más electrodos conductores con los que se mide la impedancia eléctrica plantar basal. Estos electrodos se pueden aprovechar para obtener la frecuencia cardiaca a partir de las variaciones de impedancia eléctrica medida entre los pies (Patente española P200502670) , y también para obtener el ECG (Patente US 2007/0021815A1) . Otra propuesta consiste en incorporar sensores fotoeléctricos en la superficie de la báscula, que obtienen el fotopletismograma cuando se ilumina la base del pie (Patente US 2006/0116589) .

Pero todas estas propuestas adolecen de una o más limitaciones. En primer lugar, a algunas personas les cuesta mantenerse en equilibrio sobre una báscula, y en cualquier caso, si la medida se debe prolongar, a nadie le resulta cómodo permanecer de pie durante un largo tiempo. En segundo lugar, los métodos que miden la impedancia eléctrica entre los dos pies no son recomendables para personas que lleven implantes electrónicos (por ejemplo, marcapasos cardíacos) , ni para embarazadas, y obviamente no son aplicables a personas con un solo pie. Éstas últimas tampoco pueden ser medidas fácilmente a partir de las señales detectadas con las células de carga de las básculas electrónicas. En tercer lugar, los métodos basados en fotopletismografía plantar exigen una modificación de la báscula y que el sujeto esté descalzo y se coloque en una zona muy concreta de la báscula para que la luz emitida para hacer la medición ilumine algún punto muy concreto donde se produzcan cambios notables en la absorción de luz a cada latido.

Descripción de la invención

La presente invención resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta. Por un lado, se mide la impedancia eléctrica en un solo pie, lo cual limita el posible flujo de corriente eléctrica en el tronco del sujeto, que es una fuente de riesgo al medir la impedancia entre los dos pies. Además, es aplicable a personas que únicamente dispongan de un pie.

Del mismo modo, no necesitamos una báscula, sino sólo una pluralidad de electrodos dispuestos en una superficie con la que pueda establecer contacto el pie. No se exige que la persona permanezca de pie para ello, sino que ésta puede estar sentada, tumbada, reclinada o en cualquier otra posición siempre y cuando mantenga un pie en contacto con los electrodos.

Además, el método y dispositivo propuestos pueden aplicarse tanto en personas descalzas como en personas con el pie cubierto con una media o calcetín.

De este modo, el objeto de la presente invención es desarrollar un aparato para obtener la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria basándose en la medida de la impedancia eléctrica de un solo pie, realizada con dos o más electrodos, dos de los cuales se emplean para inyectar una corriente alterna y por lo menos otros dos, que pueden coincidir total o parcialmente con los de inyección, se emplean para medir la diferencia de potencial. Este método, a diferencia de otros del estado de la técnica, evita tener que medir entre los dos pies, lo cual no siempre es posible o recomendable.

Un segundo objeto de la presente invención es determinar el tiempo de propagación de la onda de pulso a partir de una señal síncrona con la sístole cardiaca, tales como la onda R del ECG o la onda J del BCG obtenidas con medios convencionales, y de la componente pulsátil de la señal de impedancia eléctrica medida en un solo pie obtenida según se describe.

La presente invención se basa de este modo en medir las variaciones pulsátiles de la impedancia eléctrica que se producen en el pie a cada latido como resultado de los cambios de volumen y de conductividad eléctrica en él al llegar la onda de pulso arterial. Para ello, el aparato utilizado comprende los siguientes elementos:

Un medio (101) para hacer circular una corriente alterna por el pie cuando éste entra en contacto con un par de electrodos (102) . Dicho medio puede ser una fuente de tensión o una fuente de corriente eléctrica.

Otro par de electrodos (103) entre los que se mide la diferencia de potencial eléctrico debida a la circulación de la corriente a través de los tejidos del pie. Si el medio (101) es una fuente de corriente, los dos electrodos (103) pueden coincidir con el par (102) . Si el medio (101) es una fuente de tensión, al menos uno de los electrodos (103) no debe coincidir con uno de los electrodos (102) . La diferencia de potencial medida entre los electrodos (103) tendrá la misma frecuencia que la corriente que circule por el pie, y su amplitud dependerá de la intensidad de dicha corriente y de la impedancia eléctrica de los tejidos biológicos del pie. Esta impedancia tiene un valor basal que depende de la separación y orientación de los electrodos de medida (103) respecto a los de inyección (102) , Y una componente pulsátil que depende además de las variaciones de volumen y de conductividad eléctrica que se producen en el pie cada vez que llega la onda de pulso arterial.

Un filtro pasa-altas (104) conectado a los electrodos de detección (103) , que permite el paso de la señal que ha sido modulada en amplitud por la impedancia eléctrica del pie y rechaza las frecuencias mucho menores que las de la señal inyectada. La impedancia de entrada de este filtro debe ser diseñada según la impedancia de los electrodos (103) , que será resistiva si hay un contacto eléctrico directo entre los electrodos y el pie, y capacitiva en caso contrario.

Un amplificador (105) de baja ganancia G1 en la banda de frecuencia de la fuente de señal (101) . Esta ganancia puede ser tanto más pequeña cuanto mayor sea la amplitud de la fuente de señal (101) y menor la impedancia de los electrodos (102) .

Un desmodulador de amplitud (106) síncrono con la fuente de señal aplicada (101) que detecta la envolvente de la señal detectada. Esta envolvente es proporcional a la impedancia eléctrica del pie y por ello tiene una componente basal, prácticamente constante, y una componente pulsátil síncrona con el latido cardiaco, y en la que se basa esta invención.

Un amplificador de alterna (107) de alta ganancia G2 que amplifica la componente pulsátil de la impedancia eléctrica del pie, la cual componente pulsátil es mucho menor que la impedancia...

1. Aparato para monitorizar parámetros cardio-respiratorios a partir de las variaciones de la impedancia eléctrica de un pie, caracterizado porque comprende al menos un par de electrodos (102) conectado a una fuente (101) para hacer circular por el pie una corriente, un par de electrodos (103) de medición de la diferencia de potencial producida por la corriente, un filtro pasaaltas (104) aplicado a la señal detectada por los electrodos (103) , un amplificador (105) con baja ganancia de la señal detectada por los electrodos (103) , un desmodulador (106) de amplitud de la señal del amplificador (105) , un amplificador (107) con alta ganancia de la señal obtenida del desmodulador (106) , Y un procesador (108) , que obtiene los parámetros cardio-respiratorios a través de la medición de la componente pulsátil de dicha impedancia.

2. Método para monitorizar parámetros cardio-respiratorios a partir de las variaciones de la impedancia eléctrica de un pie, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

(a) se coloca el pie en contacto físico con dos electrodos (102) , conectados a una fuente (101) que inyecta una corriente alterna a través de dichos electrodos (102)

(b) se mide la diferencia de potencial entre dos electrodos (103) en contacto físico también con el pie

(c) un filtro pasa-altas (104) se aplica a la señal detectada por los electrodos (103) , rechazando las fluctuaciones de baja frecuencia y dando paso a la señal de interés, que tiene la misma frecuencia que la que se ha inyectado en el pie

(d) se amplifica la señal que sale del filtro pasa-altas (104) a través de un amplificador (105) con baja ganancia y la aplica a un desmodulador de amplitud (106) que funciona síncronamente con la fuente· (1 01)

(e) se amplifica la componente pulsátil de la impedancia eléctrica del pie a través de un amplificador (107) con alta ganancia, en el ancho de banda entre 0, 5 Hz y 30 Hz.

(f) se digitaliza la señal a través del procesador (108) , determinando la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria a través de la medición de la componente pulsátil de la impedancia eléctrica en el pie.

3. Método para monitorizar parámetros cardio-respiratorios a partir de las variaciones de impedancia. eléctrica de un pie, según reivindicación 2, caracterizado porque el procesador (108) , determina el tiempo de propagación de la onda de pulso arterial midiendo el intervalo de tiempo entre la onda R del ECG o la onda J del BCG y una de entre las siguientes:

-El inicio de la variación súbita de la componente pulsátil de la impedancia eléctrica del pie, -El valor extremo de la variación súbita de la componente pulsátil de la impedancia eléctrica del pie, -El punto de variación pulsátil de la impedancia eléctrica del pie cuya amplitud sea la mitad de la amplitud del pulso de impedancia.

4. Método para monitorizar parámetros cardio-respiratorios a partir de las variaciones de la impedancia eléctrica de un pie, según reivindicación 2, caracterizado porque la corriente que circula por los electrodos (102) está

entre 10kHz Y 5 MHz.