Sistema y método para detectar actividad de deglución.

Un método para detectar la actividad de deglución (200) que consta de los pasos siguientes:

recibir una señal electrónica (210) que representa la actividad de deglución;

extraer (230) por lo menos dos características de dicha señal (300, 304, 308, 312), dichas por lo menos dos características incluyen por lo menos una de estacionariedad, normalidad y relación de dispersión;

clasificar (240) dicha señal (300, 304, 308, 312) en tipos de actividad de deglución en base a dichas características,

empleando una red neural, dicha actividad de deglución incluye por lo menos una deglución y una aspiración; y, generar una salida (250) que representa una deglución o una aspiración.

Sistema y método para detectar actividad de deglución

Ámbito de la invención

La presente invención se refiere en general al diagnóstico de la aspiración y se refiere más en especial a un sistema y método para detectar la deglución y la actividad correspondiente.

Antecedentes de la invención

La disfagia indica cualquier trastorno de deglución, incluidas las anomalías dentro de las fases oral, faríngea y esofágica de la deglución. La disfagia es habitual en individuos que tienen desequilibrios neurológicos, debidos por ejemplo a parálisis cerebral, accidentes cerebrovasculares, lesiones cerebrales, enfermedad de Parkinson, apoplejía y esclerosis múltiple. Los individuos que tienen disfagia suelen correr el riesgo de aspiración. La aspiración indica la entrada de material ajeno (externo) en las vías respiratorias durante la inspiración. La aspiración puede manifestarse de muchas maneras diferentes. El individuo puede empezar a sudar y su cara puede ruborizarse. Como alternativa, el individuo puede toser después de la deglución. En la aspiración silenciosa no hay signos clínicos patentes ni fácilmente reconocibles de inhalación de bolo. La invención es útil en particular para individuos que tengan aspiración silenciosa, pero puede aplicarse también a otras manifestaciones de la aspiración. La aspiración acarrea consecuencias serias para la salud, por ejemplo la enfermedad pulmonar crónica, la neumonía por aspiración, la deshidratación y la malnutrición.

Se estima que la disfagia afecta a quince millones de personas en Estados Unidos. Algunas fuentes indican que cincuenta mil personas mueren cada año de neumonía por aspiración (Dray y col., 1998) . La aparición de bronquitis difusa por aspiración en pacientes que sufren disfagia no es infrecuente, con independencia de la edad (Matsuse y col., 1998) . La aspiración silenciosa es especialmente destacada en los niños que sufren disfagia, estimándose una afectación del 94 % en esta población (Arvedson y col., 1994) . La mitad de los supervivientes de apoplejía tienen dificultades de deglución (Zorowitz & Robinson, 1999) , lo cual afecta a 500.000 personas al año en Estados Unidos (Broniatowski y col., 2001) y las publicaciones médicas indican que la aspiración afecta al 75% de estos casos, mientras que el 32% de los supervivientes sufren infecciones de tórax (Perr y & Love, 2001) . La incidencia de la disfagia es especialmente significativa en las unidades de cuidados intensivos (25-45%) , en los establecimientos de cuidados crónicos (50%) (Finiels y col., 2001) y en las residencias de ancianos (68%) (Steele y col., 1997) . La disfagia supone una disminución tremenda de la calidad de vida de las personas de cualquier edad, que compromete no solo el bienestar médico, sino también el social, emocional y sicosocial.

La ingestión de bario modificado aplicando la videofluoroscopia es el “patrón oro” o referencia principal para confirmar la aspiración (Wright y col., 1996) . Su utilidad clínica para gestionar la disfagia sigue esperando la confirmación (p.ej., Martin-Harris, 2000; Scott y col., 1998) . El paciente ingiere material recubierto con bario y se obtiene una secuencia de video de las imágenes radiográficas por exposición a los rayos X. El procedimiento de ingestión de bario modificado es invasivo y costoso, no solo en términos de tiempo y trabajo (aproximadamente 1.000 dólares de asistencia sanitaria por procedimiento en el Canadá) y somete al paciente a los efectos de la radiación ionizante (Beck & Gayler, 1991) .

La endoscopia con fibra óptica, otra técnica invasiva en la que se inserta un endoscopio flexible por vía transnasal hasta la hipofaringe, se ha aplicado también para el diagnóstico de la aspiración post-operatoria (Brehmer & Laubert, 1999) y la identificación de la aspiración silenciosa en el paciente encamado (Leder y col., 1998) . La endoscopia con fibra óptica es comparable en general con la ingestión de bario modificado en términos de sensibilidad y especificidad para la identificación de la aspiración (p.ej., Madden y col., 2000; Leder & Karas, 2000) , con la ventaja de poder efectuar la evaluación del paciente encamado.

Se ha propuesto la oximetría del pulso como método no invasivo para la evaluación de la aspiración del paciente encamado (p.ej., Sherman y col., 1999; Lim y col., 2001) . Sin embargo, varios estudios controlados han comparado los datos de la oximetría del pulso y la evaluación por videofluoroscopia (Sellars y col., 1998) y por endoscopia con fibra óptica (Leder, 2000; Colodny, 2000) y han planteado dudas sobre la existencia de una correlación entre la saturación de oxígeno arterial y la presencia de aspiración.

La auscultación cervical implicar escuchar los ruidos de la respiración junto a la laringe mediante un micrófono laríngeo, un estetoscopio o un acelerómetro (Zenner y col., 1995) colocado en el cuello. Se reconoce en general como herramienta limitada pero valiosa para detectar la aspiración y evaluar la disfagia en una unidad de asistencia de larga duración (Zenner y col., 1995; Cichero & Murdoch, 2002; Stroud y col., 2002) . Sin embargo, cuando se compara con el “patrón oro” que es la videofluoroscopia, la evaluación del paciente encamado incluso con auscultación cervical proporciona una precisión limitada (40-60%) cuando se pretenden detectar las aspiraciones (Sherman y col., 1999; Selina y col., 2001; Sellars y col., 1998) . Está claro que nuestra investigación reciente ha puesto de manifiesto que las aspiraciones identificadas por los facultativos clínicos basándose en la auscultación cervical representan solamente la cuarta parte de la totalidad de las aspiraciones (Chau, Casas, Berall & Kenny, comunicación de los autores) .

La acelerometría de la deglución (Reddy y col., 2000) guarda una relación muy estrecha con la auscultación cervical, pero integra el procesado de las señales digitales y la inteligencia artificial como herramientas de discriminación, en lugar de recurrir a facultativos clínicos experimentados. En los estudios clínicos, la acelerometría ha demostrado tener una coincidencia moderada con la videofluoroscopia en el momento de identificar el riesgo de aspiración (Reddy y col., 1994) cuando la magnitud de la señal se ha relacionado con el grado de elevación laríngea (Reddy y col., 2000) . Recientemente, las redes llamadas “fuzzy committee neural networks” han demostrado tener una precisión extremadamente elevada para clasificar las degluciones normal y “disfágica” (Das y col., 2001) . Sin embargo, la acelerometría de deglución de la técnica anterior proporciona solamente una información limitada para clasificar las degluciones normal y “disfágica” y no aporta mayor información sobre el estado clínico del paciente.

La administración de la videofluoroscopia o la endoscopia nasal requiere un equipo caro y profesionales experimentados, por ejemplo radiólogos, otorrinolaringólogos o logopedas (Sonies, 1994) . Los niños no toleran bien los procedimientos invasivos y en la práctica no pueden administrarse durante períodos prolongados de alimentación. Hay demanda de un método de detección de la aspiración que sea económico, no invasivo y portátil, para el uso en el paciente encamado y fuera de los hospitales.

En la solicitud de patente europea EP-A-0444594 titulada “Método y aparato para detectar y analizar la actividad de deglución en un sujeto” de Shirit y col., se describe un dispositivo que coge señales de muestra generadas por un medio transductor montado en la laringe del sujeto. Registrando la frecuencia y la intensidad de las degluciones, el aparato es capaz de proporcionar una información biológica al sujeto con el fin de autocorregir el comportamiento de deglución o de proporcionar información para el diagnóstico del facultativo.

Resumen de la invención

Es objeto de la presente invención proporcionar un nuevo sistema y método para detectar la actividad de deglución que permita obviar o mitigar por lo menos uno de los inconvenientes de la técnica anterior que se han identificado previamente.

Un aspecto de la invención proporciona un método para detectar la actividad de deglución que consta de los pasos siguientes: recibir una señal electrónica que representa la actividad de deglución; extraer por lo menos dos características de dicha señal, dichas por lo menos dos características incluyen por lo menos una de estacionariedad,... [Seguir leyendo]

1. Un método para detectar la actividad de deglución (200) que consta de los pasos siguientes:

recibir una señal electrónica (210) que representa la actividad de deglución; extraer (230) por lo menos dos características de dicha señal (300, 304, 308, 312) , dichas por lo menos dos características incluyen por lo menos una de estacionariedad, normalidad y relación de dispersión; clasificar (240) dicha señal (300, 304, 308, 312) en tipos de actividad de deglución en base a dichas características, empleando una red neural, dicha actividad de deglución incluye por lo menos una deglución y una aspiración; y, generar una salida (250) que representa una deglución o una aspiración.

2. El método de la reivindicación 1, en el que dicho de extracción (230) incluye la estacionariedad como una de dichas características, dicho paso de extracción (230) de estacionariedad incluye los sub-pasos siguientes:

dividir la señal (300, 304, 308, 312) en un gran número de componentes (bins) no solapados; determinar el número total de ordenamientos inversos, (Atotal) , en una sucesión de cuadrados medios, extraer (230) dicha característica de estacionariedad (z) , determinada con arreglo a la siguiente ecuación:

en la que: µA es el número medio de ordenamientos inversos esperados para una señal estacionaria (300, 304, 308, 312) de la misma longitud; OA es la desviación estándar para una señal estacionaria (300, 304, 308, 312) de la misma longitud.

3. El método de la reivindicación 2, en el que cada uno de dicha pluralidad de componentes (bins) no solapados tiene una longitud comprendida entre aprox. un ms y nueve ms.

4. El método de la reivindicación 2, en el que cada uno de dicha pluralidad de componentes (bins) no solapados tiene una longitud comprendida entre aprox. tres ms y siete ms.

5. El método de la reivindicación 2, en el que cada uno de dicha pluralidad de componentes (bins) no solapados tiene una longitud aproximada de cinco milisegundos (“ms”) .

6. El método de la reivindicación 1, en el que dicha extracción (230) de por lo menos dos características de la señal electrónica (300, 304, 308, 312) incluye la extracción (230) de una característica de normalidad, y el método consiste además en:

estandarizar la señal electrónica (300, 304, 308, 312) para que tenga media y varianza unitaria cero (“s”) , dividir la señal electrónica estandarizada (300, 304, 308, 312) en un gran número de componentes (bins) (“l”) , cada uno de ellos de aprox. 0, 4 voltios, siendo

y en la que el componente (bin) máximo se extiende al infinito y el componente mínimo se extiende al infinito negativo; determinar las frecuencias observadas (“n”) de cada componente (bin) contando el número de muestras de la señal electrónica estandarizada (300, 304, 308, 312) (“s”) que se hallan dentro de cada componente; determinar las frecuencias esperadas “^m” de cada componente (bin) suponiendo que existe normalidad, aplicando la estadística de los cuadrados chi (X2) siguiente:

y determinar la característica de normalidad aplicando la ecuación siguiente:

7. El método de la reivindicación 1, en el que la extracción (230) de por lo menos dos características de la señal electrónica (300, 304, 308, 312) incluye la extracción (230) de una relación de dispersión y el método consiste además en:

determinar una desviación media absoluta (“S1”) de la señal electrónica (300, 304, 308, 312) con arreglo a la ecuación siguiente:

determinar un recorrido intercuartílico (“S2”) de la señal electrónica (300, 304, 308, 312) ; y extraer (230) la relación de dispersión con arreglo a la ecuación siguiente:

8. Un aparato (42, 42a, 42b, 42c, 42d) para detectar la actividad de deglución, que incluye aspiraciones y degluciones, que consiste en: un dispositivo de entrada para recibir una señal electrónica (300, 304, 308, 312) de un sensor (34) , dicha señal electrónica representa la actividad de deglución; un microcomputador conectado a dicho dispositivo de entrada y que trabaja para extraer (230) por lo menos dos características de dicha señal (300, 304, 308, 312) , dichas por lo menos dos características contienen una de las siguientes: estacionariedad, normalidad y relación de dispersión; dicho microcomputador trabaja además para clasificar (240) dicha señal que representa una aspiración cuando se detecta una aspiración y representa una deglución cuando se detecta una deglución empleando una red neural basada en dichas características; y un dispositivo de salida conectado a dicho microcomputador para generar una salida (250) que representa dicha clasificación (240) .

9. El aparato de la reivindicación 8, en el que el sensor es un acelerómetro (34) , un micrófono o un sensor de velocidad.

10. El aparato (42) de la reivindicación 8 o de la reivindicación 9, en el que dicha extracción (230) de por lo menos dos características de la señal electrónica (300) incluye la extracción (230) de una característica de estacionariedad, dicha extracción (230) de una característica de estacionariedad incluye:

dividir la señal (300) en un gran número de componentes (bins) no solapados; determinar el número total de ordenamientos inversos, (Atotal) , en una sucesión de cuadrados medios, extraer (230) una característica de estacionariedad (z) , determinada con arreglo a la siguiente ecuación:

en la que: µA es el número medio de ordenamientos inversos esperados para una señal estacionaria (300) de la misma longitud; OA es la desviación estándar para una señal estacionaria (300, 304, 308, 312) de la misma longitud.

11. El aparato (42) de la reivindicación 10, en el que cada uno de dichos componentes (bins) tiene una longitud comprendida entre aprox. un ms y nueve ms.

12. El aparato (42) de la reivindicación 10, en el que cada uno de dichos componentes tiene una longitud comprendida entre aprox. tres ms y siete ms.

13. El aparato (42) de la reivindicación 10, en el que cada uno de dichos componentes tiene una longitud aproximada de cinco milisegundos (“ms”) .

14. El aparato (42) de la reivindicación 13, en el que dicha extracción (230) incluye la normalidad como una de dichas características, dicha extracción (230) de la normalidad incluye:

estandarizar la señal electrónica (300, 304, 308, 312) para que tenga media y varianza unitaria cero (“s”) , dividir la señal electrónica estandarizada (300, 304, 308, 312) en un gran número de componentes (bins) (“l”) , cada uno de ellos de aprox. 0, 4 voltios, siendo

y en la que el componente (bin) máximo se extiende al infinito y el componente mínimo se extiende al infinito negativo; determinar las frecuencias observadas (“n”) de cada componente (bin) contando el número de muestras de la señal electrónica estandarizada (300, 304, 308, 312) (“s”) que se hallan dentro de cada componente; determinar las frecuencias esperadas “^m” de cada componente (bin) suponiendo que existe normalidad, aplicando la estadística de los cuadrados chi (X2) siguiente:

y determinar la característica de normalidad aplicando la ecuación siguiente:

15. El aparato (42) de la reivindicación 8 o de la reivindicación 9, en el que dicha extracción (230) incluye la relación de dispersión como una de dichas características y dicha relación de dispersión incluye: determinar una desviación media absoluta de la señal electrónica (300, 304, 308, 312) con arreglo a la ecuación siguiente:

determinar un recorrido intercuartílico (“S2”) de la señal electrónica (300, 304, 308, 312) ; y extraer (230) dicha relación de dispersión con arreglo a la ecuación siguiente:

16. Un sistema (30) para detectar la actividad de deglución incluidas las aspiraciones y las degluciones, que consta de: un aparato (42) según una cualquiera de las reivindicaciones de 8 a 15 y un sensor que se fija en el cuero para generar una señal (300, 304, 308, 312) que representa una actividad de deglución.

17. El sistema (30) de la reivindicación 16, en el que dicho sensor es uno de los siguientes: un acelerómetro (34) , un micrófono, un sensor de velocidad.

18. El sistema (30) de la reivindicación 16 ó 17 que consta además de una unidad remota (100a) que opera en asociación con dicho dispositivo de salida; dicha unidad remota (100a) tiene un medio de fijación para colgarse o sujetarse en un prenda de ropa del paciente (38) ; dicha unidad remota (100a) tiene un piloto luminoso verde para indicar que dicha actividad es una deglución y un piloto luminoso rojo para indicar que dicha actividad es una aspiración.

19. El sistema (30) de una cualquiera de las reivindicaciones de 16 a 18, en el que el enlace (la conexión) (46, 46a, 46d, 104a, 120b, 144d) entre dicho sensor y dicho aparato (42) es una conexión inalámbrica o un cable metálico.

20. El sistema (30) de una cualquiera de las reivindicaciones de 16 a 19, que consta además de un ordenador conectable a un puerto de dicho microcomputador, gracias al cual puede haber un intercambio de información electrónica entre dicho ordenador y dicho microcomputador.

21. El sistema (30) de una cualquiera de las reivindicaciones de 16 a 20, en el que dicho microcomputador incluye además un dispositivo de memoria persistente.

22. El sistema (30) de la reivindicación 21, en el que dicho dispositivo de memoria persistente trabaja para almacenar en memoria una pluralidad de dichas señales (300) .

23. El sistema (30) de la reivindicación 21, en el que dicho dispositivo de memoria persistente funciona para mantener una pluralidad de diferentes instrucciones del programa destinadas a permitir que el microcomputador trabaje para clasificar (240) dicha señal (300) .

24. El sistema (30) de la reivindicación 23, en el que dicho dispositivo incluye un medio de selección que permita al usuario elegir la instrucción del programa que tendrá que aplicar dicho microcomputador.