Método y aparato para obtener información cardiovascular midiendo entre dos extremidades.

Método y aparato para obtener información cardiovascular midiendo entre dos extremidades.

En esta Patente de Invención se describen un método y un aparato para obtener información del sistema cardiovascular latido a latido y de forma continua, que están basados exclusivamente en mediciones entre dos extremidades y realizadas con un par de electrodos distales en cada una de ellas. La medida se realiza haciendo circular una corriente alterna entre un electrodo de cada extremidad y midiendo la diferencia de potencial entre los otros dos electrodos, uno también en cada extremidad. Esta diferencia de potencial tiene una componente de baja frecuencia que es el electrocardiograma (o ECG) y otra componente que tiene la frecuencia de la corriente alterna inyectada y de la que se extrae el denominado pletismograma de impedancia (IPG, del inglés impedance plethysmogram). La información cardiovascular se determinará midiendo el lapso entre algún elemento característico predefinido del ECG y alguno del IPG.

Método y aparato para obtener información cardiovascular midiendo entre dos extremidades.

Sector de la técnica Instrumentación de medida y control. La presente invención se refiere en general a los sistemas de medida y monitorización de parámetros fisiológicos por medios físicos no invasivos.

Estado de la técnica La obtención de información sobre parámetros cardiovasculares es de gran importancia para conocer el estado de salud de las personas. La disponibilidad de un aparato que pueda obtener dicha información latido a latido, y de forma continua, simple y cómoda, sin exigir al propio usuario, o a un asistente, ninguna habilidad o adiestramiento específico, es de un gran interés. En particular, cuando las mediciones no se realizan en entornos clínicos o asistenciales, es muy conveniente que el sujeto no necesite ninguna ayuda para poder realizar la medición.

De entre las medidas no invasivas que aportan información sobre el sistema cardiovascular, las medidas de señales bioeléctricas son unas de las más fáciles de obtener, sobre todo si se realizan con electrodos secos (sin gel conductor) . Esto prácticamente restringe las zonas de medida a las extremidades (brazos y piernas) porque el contacto mecánico con los electrodos se puede hacer sujetándolos o agarrándolos con las manos, o apoyando en ellos las manos o los pies. La aplicación de electrodos en otras zonas del cuerpo, por ejemplo el tórax, exige su sujeción con medios que logren una presión suficiente para garantizar un buen contacto, lo cual conlleva una clara incomodidad y exige tiempo para la colocación.

Dos señales bioeléctricas que aportan información sobre el sistema cardiovascular son el electrocardiograma (o ECG) y las señales de impedancia eléctrica medidas en volúmenes del cuerpo donde haya una variación atribuible a la circulación sanguínea. La medida de cambios de volumen (pletismografía) basada en medir la impedancia eléctrica se denomina pletismografía de impedancia (IPG, del inglés impedance plethysmography) . La pletismografía basada en medir la absorción de luz se denomina fotopletismografía (PPG, del inglés photoplethysmography) .

El ECG y el IPG aportan información sobre el sistema cardiovascular no sólo por separado sino también conjuntamente. En concreto, el tiempo que tarda en llegar la onda de pulso arterial (que conlleva un cambio simultáneo de volumen) a una zona del cuerpo, depende no sólo de la distancia entre dicha zona y el corazón sino que también depende del diámetro, grosor y rigidez de las arterias, y de las propiedades reológicas de la sangre. Un tiempo que incluye dicha información es el denominado PAT (del inglés pulse arrival time) , que tiene un gran interés diagnóstico; ver, por ejemplo, Eliakim et. al., Pulse wave velocity in healthy subjects and in patients with various disease states, American Heart Journal, vol. 82, núm. 4, pp. 448-457, octubre 1971. En particular, el PAT medido entre la onda R del ECG y el pie (punto de inicio de la subida rápida asociada a la sístole ventricular) del fotopletismograma (PPG) en un dedo de una mano se emplea con frecuencia para estimar la presión sistólica; por ejemplo, tal como describen Chen et al., en “Continuous estimation of systolic blood pressure using the pulse arrival time and intermittent calibration”, Medical and Biological Engineering and Computing, vol. 38, pp. 569-574, 2000. Dado que tanto el PPG como el IPG miden cambios de volumen, las formas de onda de ambas señales son análogas, y por ello el IPG ha sido utilizado como señal alternativa al PPG para medir intervalos de tiempo relacionados con la propagación de la onda de pulso en las arterias.

En el documento de Bang et al. “A pulse transit time measurement method based on electrocardiography and bioimpedance” Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS) 2009, pp. 153-156, se mide el tiempo entre la onda R del ECG, obtenido con un electrodo en cada brazo, y el pico del IPG, obtenido con cuatro electrodos en el antebrazo, y se compara dicho tiempo con el que media entre la onda R del ECG y el pico del PPG. La correlación entre ambos tiempos es excelente. Aunque este método propuesto por Bang et al. tiene la ventaja de no necesitar electrodos dispuestos en el tórax, el uso de electrodos convencionales (con gel conductor) adheridos al brazo, para obtener el ECG y el IPG, hace que el proceso sea lento e incómodo.

Otro documento donde se describe la medida de parámetros fisiológicos mediante el ECG y el IPG sin poner necesariamente electrodos en el tórax es la patente US6228033 Apparatus and methods for a noninvasive measurement of physiological parameters, de Kööbi et al., 2001. En esta patente, el IPG se obtiene preferentemente inyectando corriente entre ambos brazos y ambas piernas a la vez, y detectando también a la vez entre ambos brazos y ambas piernas, tal como se muestra en la figura 1, donde los electrodos de inyección son el par 31 y el par 32, y los electrodos de detección son el par 11 y el par 12, que en una realización preferente descrita en el mismo documento están a 5 cm de los de inyección. Con estas conexiones de los electrodos, en dicha patente se afirma que el IPG obtenido refleja sobre todo los cambios de impedancia globales entre brazos y piernas, que serán proporcionales a la eyección de sangre desde el ventrículo izquierdo. Para tener una onda de pulso distal, Kööbi et al. obtienen el IPG en un segmento de una extremidad, empleando otros dos electrodos (21 y 22) . El ECG lo obtienen con los mismos electrodos (par 11 y par 12) con los que se detecta la diferencia de potencial creada por la corriente inyectada para medir la impedancia, sin necesidad de electrodos torácicos. En el mismo documento se describe que la inyección de corriente para obtener el IPG global es siempre al menos entre un brazo y una pierna; una posible disposición de los electrodos de acuerdo con esta realización es la que se muestra en la figura 2, donde se inyecta con el electrodo 31 y el electrodo 32, y se detecta con el electrodo 11 y el electrodo 12. Ahora bien, según Köbi et al., incluso en esta realización en la que se inyecta sólo por un brazo y un pie, para obtener la onda de pulso distal mediante el IPG en un segmento de una extremidad, siguen siendo necesarios otros dos electrodos de detección (21 y 22) dispuestos a lo largo de dicho segmento. Se concluye, pues, que según el método descrito en la patente US6228033, para obtener simultáneamente una onda de pulso distal y el ECG, hacen falta al menos seis electrodos, si bien se obtiene también otro IPG que refleja básicamente los cambios de impedancia en el tórax. Para obtener el tiempo de tránsito de la onda de pulso hasta un segmento distal, calculan la distancia entre los picos de las dos señales de impedancia obtenidas, una a partir de la tensión detectada entre el electrodo 11 y el electrodo 12 (figura 2) , o entre el par de electrodos 11 y el par de electrodos 12 (figura 1) , y la otra a partir de la tensión detectada entre los electrodos 21 y 22.

Por otra parte, esta patente de Kööbi et al. está prevista para entornos clínicos y quizá por ello consideran una ventaja la posibilidad de usar electrodos con gel, pues son comunes en electrocardiografía. De hecho, los cuatro electrodos necesarios como mínimo para las extremidades (11, 12, 31 y 32 en la figura 2) se podrían sustituir por electrodos secos. En cambio, si los dos electrodos (21 y 22 en la figura 2) necesarios para obtener una onda de pulso local mediante el IPG en un segmento de una extremidad fueran secos, habría que sujetarlos con una correa u otro medio similar. Además, la necesidad de tener siempre conexión con al menos un brazo y una pierna no favorece el diseño de un sistema tan compacto como puede ser uno que sólo necesite las dos manos o los dos pies.

También en el documento WO 2005/010640 “Non-invasive multi-channel monitoring of hemodynamic parameters” de Tsoglin y Margolin, 2005, se describe el uso de electrodos en las extremidades y en distintas partes del tórax para medir entre ellos la impedancia eléctrica global y la impedancia eléctrica en distintas secciones del cuerpo, y sus cambios con el tiempo. Pero para medir el flujo sanguíneo periférico emplean, por ejemplo, electrodos adicionales en un dedo (pág. 13 y figuras 1, 2I, 3A, 3B, 3C, 4C y 5) . En este documento de Tsoglin y Margolin, además, aunque algunos de los electrodos empleados para medir bioimpedancia se utilizan también para obtener el ECG, no lo hacen de forma simultánea sino que el aparato incluye un circuito de conmutación (elemento 29 en la figura 6 del documento) que conecta los electrodos para realizar una función o la otra, pero nunca las dos a la vez, por lo que no es posible...

1. Un método para obtener información del sistema cardiovascular de forma no invasora, continua y latido a latido, caracterizado porque a) se inyecta corriente y se miden diferencias de potencial entre dos extremidades, usando un total de cuatro electrodos que son, por cada extremidad, un electrodo inyector y uno medidor, próximos entre ellos, y situados en un segmento distal de la misma.

b) se obtiene el ECG de la medida entre las dos extremidades. c) se obtiene el pletismograma de impedancia (IPG) de la misma medida entre las dos extremidades. d) se identifican elementos específicos predefinidos en el ECG y el IPG. e) se miden intervalos de tiempo entre los elementos específicos identificados en las señales ECG e

IPG. f) se estima información cardiovascular a partir de dichos intervalos de tiempo.

2. Un método como el de la reivindicación 1 caracterizado porque los electrodos de un par entran en contacto con dos puntos de una mano y los electrodos del otro par entran en contacto con dos puntos de la otra mano.

3. Un método como el de la reivindicación 1 caracterizado porque los electrodos de un par entran en contacto con dos puntos de un pie y los electrodos del otro par entran en contacto con dos puntos del otro pie.

4. Un método como el de la reivindicación 1 caracterizado porque los electrodos de un par entran en contacto con dos puntos de una mano y los electrodos del otro par entra en contacto con dos puntos de un pie.

5. Un aparato para obtener información del sistema cardiovascular de forma no invasora, continua y latido a latido, y que contenga: a) dos pares de electrodos, siendo en cada par, un electrodo de medida y el otro de inyección de corriente, ambos electrodos próximos entre sí. b) un sistema de inyección de corriente. c) un sistema para medir diferencias de potencial. d) un sistema para separar en las tensiones medidas, la componente proveniente del electrocardiograma de la proveniente de la corriente inyectada.

e) un sistema de cálculo que obtenga información cardiovascular a partir de la combinación de información proveniente del electrocardiograma y la proveniente de la corriente inyectada.

Figura 1

Figura 2

302 Par 2

301 Par 1

ECG

Figura 3

Figura 4 Figura 5

Figura 6