MONTAJE DE SENSOR Y PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LAS CONDICIONES DE UNA ESTRUCTURA.

Montaje de sensor para determinar las condiciones de una estructura con el fin de confirmar si la estructura está constituida por piel y tejido vivo con una estructura en capas,

especialmente un dedo, que comprende - cuatro electrodos (C1, C2, V1, V2) situados en determinadas posiciones relativas entre sí, de los cuales: - dos electrodos constituyen los electrodos de suministro de corriente que están conectados a una fuente de corriente (i) para proporcionar una corriente o un voltaje a dicha estructura; - dos electrodos constituyen los electrodos de captación, de los cuales al menos uno está conectado a un instrumento de medición para medir el valor de al menos un parámetro relacionado con la impedancia de la estructura; - medios de medición (u1, u2, u3) acoplados a dichos electrodos (C1, C2, V1, V2) para medir las características de al menos una condición particular de la estructura, en donde el montaje de sensor comprende, además, - medios para alternar la relación entre los electrodos (C1, C2, V1, V2), de modo que los medios de medición puedan medir el voltaje entre los electrodos de captación (V1, V2) y entre cada electrodo de captación (V1, V2) y cada electrodo de suministro (C1, C2), para alterar de este modo las profundidades de la estructura a las que se realizan las mediciones con el fin de ofrecer una caracterización de dicha estructura en capas

Montaje de sensor y procedimiento para determinar las condiciones de una estructura Esta invención se refiere a un montaje de sensor y a un procedimiento para medir características de una superficie, preferentemente piel, y más específicamente a un sistema para mediciones de inmitancia específica de volumen sobre la piel humana. Las mediciones se realizan para caracterizar el estado fisiológico del volumen de piel específico como, por ejemplo, la viabilidad, el contenido de humedad, la estructura, la composición, etc. Ejemplos de posibles aplicaciones de esta invención son la detección de vida en sistemas de reconocimiento de huellas, mediciones de la hidratación profunda específica de la piel o la detección de la respuesta electrodérmica localizada en los orificios de los conductos sudoríparos.

La profundidad de medición para mediciones de bioimpedancia sobre la piel en general dependerá en gran medida de la frecuencia de la señal aplicada, una mayor frecuencia significará mediciones a una mayor profundidad en la piel, como se analiza en el artículo de Martinsen Ø.G., Grimnes S. y Haug E.: Measuring depth depends on frequency in electrical skin impedance measurements. Skin Res. Technol., 5, 179-181, 1999. La espectroscopía de impedancia sobre un volumen de piel definido es, por tanto, imposible con las técnicas convencionales, puesto que cada frecuencia representará un volumen diferente de piel. Sin embargo, la invención aquí descrita permite un mayor grado de mediciones multifrecuencia enfocadas sobre capas o volúmenes específicos de piel.

La medición de características tisulares usando electrodos también se conoce de otras diversas publicaciones, como el documento US 6.175.641, que no tiene en cuenta la naturaleza en capas de la piel, el documento US 5.353.802, que está dirigido al barrido profundo de órganos usando electrodos de anillos concéntricos, y el documento US 5.738.107, que mide el contenido de humedad de la piel mediante el uso de electrodos relativamente grandes. Ninguna de estas técnicas ofrece la posibilidad de medir selectivamente las capas específicas de piel, objeto de esta invención.

Otra solución conocida para medir características de la piel se describe en la solicitud de patente internacional PCT/AU98/00925, en la que se analiza una disolución para detectar anomalías en la piel. Se usa la impedancia local alrededor de un electrodo pequeño para medir el grado de daño causado a la piel y, por tanto, indirectamente también la profundidad del daño. El procedimiento descrito no proporciona posibilidad de medir el mapa de características de las capas de la piel mediante mediciones de impedancia, por ejemplo, las necesarias para confirmar si un dedo está constituido por tejido vivo.

Las mediciones de las capas de la piel se analizan en el documento US 4.540.002, en el que se usan los cuatro electrodos, dos electrodos para aplicar una corriente constante a la piel y dos para medir la impedancia en la piel. A continuación, la impedancia entre los electrodos de aplicación de corriente se elimina de las mediciones. En la realidad este sistema no es práctico y no tiene en cuenta la parte compleja de la señal de impedancia. En la solicitud de patente japonesa JP 2002 085364, se describe una solución en la que se mide la impedancia a diferentes profundidades, mediante la medición del voltaje entre un electrodo de captación y electrodos seleccionados, en donde uno de los electrodos seleccionados también puede ser un electrodo de suministro de corriente.

El documento US 4.966.158 describe la medición de humedad en la piel y no permite mediciones de profundidad de las diferentes capas de la piel, mientras que la solicitud estadounidense n.º 2001/0005424 A1 describe un modo muy sencillo de usar dos electrodos para medir la impedancia de la piel con fines de detección de dedos vivos. En la práctica, lo anterior no proporciona suficiente fiabilidad porque es fácil realizar hacer dedos falsos que tengan las mismas características de impedancia que se indican en la solicitud.

Por tanto, es un objeto de esta invención proporcionar un procedimiento y un montaje de sensor para medir características de una superficie que proporcione mediciones en profundidad fiables de tejido cercano a una superficie, por ejemplo, para confirmaciones de dedos vivos y mediciones de hidratación de la piel.

El objeto de esta invención se consigue tal y como se describe en las reivindicaciones independientes.

La invención se describe a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, que describen una realización preferente de la invención a título de ejemplo.

La figura 1 ilustra un montaje según la invención.

La figura 2 ilustra la resistividad y la permitividad relativa de la capa córnea y la piel viable.

Las mediciones usando electrodos con un tamaño comparable al espesor de la capa córnea (CC) se centrarán, debido a la elevada densidad de corriente en las cercanías de los electrodos, en mediciones solo de la CC. Esto se ilustra en la figura 1, donde se ha realizado una simulación de elementos finitos (MEF) a 100 kHz en un sistema que comprende cuatro electrodos de metal (C1, C2, V1 y V2) en la parte superior de una capa de la CC epidérmica, y de nuevo en la parte superior de una capa de piel viable (la figura 1 muestra solo un segmento del modelo total simulado) . Los electrodos se pueden acoplar galvánicamente a la superficie de la piel o se puede acoplar el voltaje a la piel mediante un dieléctrico o aire.

La figura 1 muestra las líneas E equipotenciales y, por tanto, ilustra claramente que cualquier medición monopolar en los electrodos C1 o C2, o una medición bipolar u1 entre estos dos electrodos, estará totalmente dominada por la CC.

Además, la utilización de un electrodo de captación de voltaje (V1 o V2) adyacente al electrodo portador de corriente hará posible dirigir las mediciones sobre la CC también para electrodos más grandes. Aunque las líneas equipotenciales variarán en función de, por ejemplo, la hidratación de la CC y otras variables, las simulaciones en las que se modificó la admitividad de la CC un intervalo grande de seis órdenes de magnitud (se eligieron valores de 10-3 a 10+3 veces los valores normales de la CC) mostraron que un electrodo de captación de voltaje situado aproximadamente a 1-2 veces el espesor de la CC del electrodo portador de corriente producirían siempre una línea equipotencial que delimita un volumen que comprende la mayor parte del espesor de la CC y no hay una contribución significativa de la piel viable Por tanto, la medición del voltaje u2 diferencial entre este electrodo y el electrodo portador de corriente proporcionará siempre mediciones aisladas de la CC, mientras que las mediciones de voltaje u3 entre el primer electrodo de captación y el siguiente electro de captación (V1 y V2 en la figura 1) darán siempre resultados que están totalmente dominados por la piel viable (siempre usando C1 y C2 para la inyección de corriente) . Puesto que la CC es mucho menos conductora (o más correctamente, admitiva) , las partes del volumen medido que se extienden en la CC en lo anterior, una medición tetrapolar tendrá una densidad de corriente muy baja y, por tanto, contribuirá de forma no significativa a los valores medidos Los electrodos de captación en esta configuración deben ser pequeños y no se deben colocar demasiado cerca de los electrodos de suministro de corriente C1 o C2, para evitar que cualquier corriente eléctrica circule a través de los electrodos de captación V1 o V2.

La invención descrita aquí está basada en el uso de electrodos de captación de voltaje en combinación con electrodos de inyección de corriente para permitir la caracterización de volúmenes de piel definidos midiendo su inmitancia eléctrica. Se pueden medir uno o más volúmenes y estos volúmenes se pueden medir simultáneamente o sucesivamente. Alternando la relación entre los electrodos, por ejemplo, midiendo el voltaje entre los electrodos de captación y entre cada electrodo de captación y cada electrodo de suministro, se pueden medir diferentes profundidades y, por tanto, se puede obtener una caracterización de las capas de la piel.

Además, el tamaño preferente de los electrodos de captación, comparable con el espesor de la CC, o de 0, 01 mm a 0, 5 mm dependiendo de la piel de la parte del cuerpo elegida, permite la detección de características pequeñas y el uso de frecuencias relativamente altas. Cuando se mide la característica de la CC, la distancia entre el electrodo de captación y... [Seguir leyendo]

1. Montaje de sensor para determinar las condiciones de una estructura con el fin de confirmar si la estructura está constituida por piel y tejido vivo con una estructura en capas, especialmente un dedo, que comprende

- cuatro electrodos (C1, C2, V1, V2) situados en determinadas posiciones relativas entre sí, de los cuales:

- dos electrodos constituyen los electrodos de suministro de corriente que están conectados a una fuente de corriente (i) para proporcionar una corriente o un voltaje a dicha estructura; -dos electrodos constituyen los electrodos de captación, de los cuales al menos uno está conectado a un instrumento de medición para medir el valor de al menos un parámetro relacionado con la impedancia de la estructura;

- medios de medición (u1, u2, u3) acoplados a dichos electrodos (C1, C2, V1, V2) para medir las características de al menos una condición particular de la estructura, en donde el montaje de sensor comprende, además,

- medios para alternar la relación entre los electrodos (C1, C2, V1, V2) , de modo que los medios de medición puedan medir el voltaje entre los electrodos de captación (V1, V2) y entre cada electrodo de captación (V1, V2) y cada electrodo de suministro (C1, C2) , para alterar de este modo las profundidades de la estructura a las que se realizan las mediciones con el fin de ofrecer una caracterización de dicha estructura en capas.

2. Montaje de sensor según la reivindicación 1, en el que la corriente suministrada está adaptada de modo que oscile en un intervalo de frecuencia seleccionado, y los medios de medición miden la impedancia de los electrodos de captación.

3. Montaje de sensor según la reivindicación 1, en el que la distancia entre el primero de dichos electrodos de suministro de corriente y el primero de dichos electrodos de captación es menor que 1 mm.

4. Montaje de sensor según la reivindicación 1, en el que dicha corriente suministrada está adaptada de modo que oscile en un intervalo de 10-1000 kHz.

5. Montaje de sensor según la reivindicación 1, en el que el montaje de sensor también incluye un sensor de huellas dactilares.

6. Procedimiento para caracterizar las condiciones de una estructura con el fin de confirmar si la estructura está constituida por piel y tejido vivo con una estructura en capas, especialmente un dedo, a través de cuatro electrodos (C1, C2, V1, V2) acoplados con dicha estructura y situados en determinadas posiciones relativas entre sí, comprendiendo dicho procedimiento los siguientes pasos:

- aplicar, por medio de al menos dos electrodos de suministro de corriente, una corriente o voltaje en la estructura entre dichos electrodos de suministro de corriente,

- medir, por medio de al menos dos electrodos de captación, al menos una característica de la estructura,

- alternar la relación entre los electrodos (C1, C2, V1, V2) ,

- medir el voltaje entre los electrodos de captación y entre cada electrodo de captación y cada electrodo de suministro, midiendo de este modo dichas características a diferentes profundidades con el fin de ofrecer una caracterización de dicha estructura en capas.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la corriente suministrada está adaptada de modo que oscile en un intervalo de frecuencia seleccionado, y la impedancia se mide en los electrodos de captación.

8. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la distancia entre el primero de dichos electrodos de suministro de corriente y el primero de dichos electrodos de captación es menor que 1 mm.

9. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicha corriente suministrada está adaptada de modo que oscile en un intervalo de 10-1000 kHz.