UNIDAD, SISTEMA MODULAR Y PROCEDIMIENTO PARA LA MEDICIÓN, PROCESAMIENTO Y MONITORIZACIÓN REMOTA DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA.

Unidad, sistema modular y procedimiento para la medición, procesamiento y monitorización remota de bioimpedancia elctrica.

La unidad (20) de medición y procesamiento de la invención comprende una subunidad (9) de medición de bioimpedancia eléctrica y una subunidad (10) de procesamiento de mediciones de forma discreta que incluye una memoria para almacenar las mediciones.

El sistema modular de medición, procesamiento y monitorización de bioimpedancia eléctrica comprende al menos una de las referidas unidades (20) de medición y procesamiento de bioimpedancia. El sistema modular permite la transmisión de mediciones hasta una unidad (30) externa, tal como un ordenador o una PDA, para su procesamiento y/o monitorización.

Desde la unidad (30) externa, los datos de la bioimpedancia pueden ser transmitidos a través de Internet o red GSM hasta una unidad remota, para su monitorización remota.

Unidad, sistema modular y procedimiento para la medición, procesamiento y monitorización remota de bioimpedancia eléctrica

OBJETO Y CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la medición de la bioimpedancia o impedancia eléctrica de particularmente: un material biológico; un tejido animal o vegetal; una zona o la totalidad de un cuerpo humano o animal, de un organismo o de un producto elaborado de origen animal o vegetal.

La medición de bioimpedancia incluye la técnica de espectrometría de bioimpedancia, mediante la que se realiza un barrido de la corriente alterna de excitación en un determinado rango de frecuencia.

La invención tiene por objeto proporcionar una unidad de medición de bioimpedancia y procesamiento de mediciones. También tiene por objeto proporcionar un sistema de medición de bioimpedancia, procesamiento y monitorización de mediciones, que permita la integración de una pluralidad de las referidas unidades de forma modular, en cooperación con una unidad externa de monitorización de las mediciones, tal como en particular un ordenador o un asistente digital personal (PDA) . Por último, la invención tiene por objeto proporcionar un procedimiento que permita la monitorización remota de las mediciones mediante la transmisión de las mismas a través de Internet, red GSM o similar hasta una unidad de procesamiento remota.

La invención es de aplicación fundamentalmente a los campos de la medicina y de la tecnología de los alimentos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El continuo incremento de la expectativa de vida de los ciudadanos en los países desarrollados está provocando un envejecimiento de la población. En consecuencia, el cada vez más numeroso segmento de la población de personas de edad avanzada requiere progresivamente mayores cuidados sanitarios, incluso de tipo preventivo y no solo en establecimientos hospitalarios, sino en sus propios hogares (monitorización domiciliaria) , lo cual reduce sin embargo el número de visitas a los centros de salud.

Por otro lado, la mayor calidad de vida que demandan los ciudadanos en general, exige la realización de exploraciones preventivas encaminadas a la detección precoz de los problemas de salud, donde las posibilidades de éxito de las diferentes terapias aumentan espectacularmente al mismo tiempo que los costes se reducen.

Las consideraciones anteriores tienen una creciente repercusión en los recursos que precisan los sistemas públicos de salud de los países desarrollados que sin embargo, a menudo la realidad a la que se enfrentan es todo lo contrario, en el sentido de que estos deben hacer frente a mayores demandas con menores recursos.

En el campo de la tecnología de los alimentos existen procesos utilizados para la elaboración de productos de origen animal fundamentalmente, que suponen cambios en la estructura celular de los tejidos o material biológico, como es por ejemplo el proceso de curado o maduración de productos cárnicos. En muchos casos estos procesos conservan todavía una elevada componente artesanal, que no ha favorecido el avance en la estandarización de la calidad de los productos y en definitiva, la penetración de los mismos en mercados exigentes que a su vez resultan ser los de mayor poder adquisitivo.

Por otra parte, la mayoría de los métodos empleados en la industria para la determinación de propiedades (composición) de alimentos son destructivos, dejando inservible la pieza en estudio. El diseño de sistemas de medida no destructivos es un reto. Pero además de preservar la integridad de las muestras analizadas, las nuevas técnicas analíticas que se demandan deben tener un bajo coste y un funcionamiento sencillo, no dependiente de mano de obra cualificada o yendo aún más allá, la posibilidad de llevar a cabo ciertos controles por parte del propio consumidor es altamente interesante.

Los espectaculares avances experimentados en los últimos años por la industria microelectrónica y las telecomunicaciones, así como la reducción de los correspondientes costes asociados, están abriendo unas extraordinarias expectativas para proporcionar soluciones satisfactorias a problemas como los anteriores.

Bajo el término de bioimpedancia eléctrica el concepto que subyace es la oposición que presentan los organismos, tejidos y materiales biológicos en general, al paso de una corriente eléctrica alterna. La intensidad de la corriente inyectada a los tejidos es tan baja que no alcanza a estimular los tejidos excitables, lo que permite en el ámbito de la salud su uso en pacientes con diferentes afecciones e incluso hasta en neonatos.

Como es bien conocido, la impedancia eléctrica en general es una cantidad compleja y en el caso particular de la bioimpedancia, la parte real representa la resistencia que oponen la fluidos intra y extra celulares, y la fase en cambio refleja la retención temporal de carga en las membranas celulares, de manera similar a como lo hacen los condensadores. En consecuencia y dependiendo de su composición, los tejidos biológicos se comportan en mayor o

menor grado como conductores o dieléctricos y a partir de la caracterización eléctrica (bioimpedancia) dicha composición puede ser derivada.

Con relación a la frecuencia de la corriente alterna de excitación, la técnica de bioimpedancia puede aplicarse utilizando una única frecuencia, generalmente de 50 KHz, que es una frecuencia a la cual la corriente fluye ponderadamente por los fluidos intra y extra celulares. En contraste con lo anterior, la técnica de espectrometría de bioimpedancia realiza un barrido de la señal en un determinado rango de frecuencia de la corriente de excitación con una determinada resolución.

La bioimpedancia eléctrica, por tanto, no es una variable fisiológica, sino una técnica que permite la caracterización de los tejidos y materiales biológicos a través de su comportamiento eléctrico.

Actualmente, es bien conocida la aplicación de la técnica de bioimpedancia eléctrica a la determinación de la composición global del cuerpo humano, al diagnóstico de algunas enfermedades y en general, al control de procesos de la industria alimentaria o para la determinación de composiciones de alimentos.

Convencionalmente, la técnica de bioimpedancia eléctrica presenta fortalezas y debilidades. Entre los aspectos positivos se puede destacar el hecho de que se trata de una técnica sencilla, no invasiva, no destructiva, no ionizante y relativamente económica. Con respecto a los aspectos negativos, la técnica no resulta muy precisa, fundamentalmente en sus aplicaciones destinadas al diagnóstico médico y si se compara con otras alternativas existentes (rayos X, tomografía axial computarizada, resonancia magnética nuclear, etc.) , si bien éstas son técnicas invasivas, costosas y no se pueden utilizar de forma muy repetitiva) . Además, la técnica de bioimpedancia eléctrica carece de procedimientos estandarizados y de control de calidad.

Las primeras aplicaciones del análisis de bioimpedancia han estado dirigidas a la determinación de la composición global del cuerpo (masa libre de grasa, contenido de agua intra y extra celular, etc.) . Se conocen numerosos aparatos comercialmente disponibles que llevan a cabo este tipo de análisis general de la composición del cuerpo, si bien, todos ellos recurren a métodos indirectos de ajuste para la determinación de dichos parámetros a partir de las mediciones de bioimpedancia. Estos métodos indirectos de ajuste se basan en derivar los contenidos de por ejemplo grasa, músculo y agua a partir de los resultados de las mediciones de bioimpedancia, en función de parámetros antropométricos tales como peso, altura, género, edad, etc.

Otras aplicaciones de la técnica de bioimpedancia dirigidas al diagnóstico médico conocidas son por ejemplo: determinación de la grasa abdominal oculta, detección de diversos tipos de cáncer, alteraciones hepáticas, caries, estados nutricionales, osteoartritis, inflamación de tendones, etc. El análisis de bioimpedancia en estos casos se lleva a cabo en zonas del cuerpo bien localizados.

En general, los aparatos de medida de la bioimpedancia eléctrica, fundamentalmente los que se aplican al diagnóstico médico, se basan en arquitecturas más o menos complejas. Esta complejidad hace que habitualmente sean aparatos cuyo ámbito de utilización se restrinja a instalaciones hospitalarias y centros de atención, pudiendo ser manipulados únicamente por personal especializado.

La técnica de bioimpedancia resulta también de gran utilidad en el campo de la tecnología de los alimentos. En particular, la bioimpedancia se presenta como una técnica de interés en el control de aquellos...

1. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, de un cuerpo tal como en particular materia biológica, tejido animal o vegetal, una zona o la totalidad de un cuerpo humano o animal, de un organismo o de un producto elaborado de origen animal o vegetal; caracterizada porque comprende:

una subunidad de medición de bioimpedancia del cuerpo; y

una subunidad de procesamiento de mediciones de forma discreta que comprende una memoria para almacenar las mediciones.

2. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según la reivindicación 1, caracterizada porque:

la subunidad de medición de bioimpedancia comprende un dispositivo de medición de bioimpedancia que incluye:

-un generador de corriente alterna, acoplado eléctricamente a un electrodo de inyección de corriente (I+) , a un electrodo de recogida de corriente (I-) y a una impedancia de referencia, para generar una corriente de excitación que circula entre los electrodos de corriente en contacto con el cuerpo y a través de la impedancia de referencia;

-un circuito medidor de tensión de bioimpedancia, acoplado eléctricamente a un electrodo positivo de bioimpedancia (V+) y a un electrodo negativo de bioimpedancia (V-) , para obtener la caída de tensión de la corriente de excitación entre los electrodos de bioimpedancia en contacto con el cuerpo;

-un circuito medidor de tensión de referencia, para obtener la caída de tensión de la corriente de excitación en la impedancia de referencia; y

-un circuito detector de magnitud y fase, para obtener la relación de módulos (Vm) y diferencia de fase (Vp) entre la tensión obtenida por el circuito medidor de tensión de bioimpedancia y la tensión obtenida por el circuito medidor de tensión de referencia.

3. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según la reivindicación 2, caracterizada porque el circuito medidor de tensión de bioimpedancia y el circuito medidor de tensión de referencia del dispositivo de medición de bioimpedancia comprenden respectivamente un amplificador de instrumentación de tensión de bioimpedancia y un amplificador de instrumentación de tensión de referencia, nominalmente idénticos.

4. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según la reivindicación 3, caracterizada porque cada amplificador de instrumentación se constituye por una cascada de etapas de conversión de tensión a corriente y de corriente a tensión; de manera que se consigue independizar la tensión de modo común entre los terminales de entrada y salida del amplificador, reduciendo el consumo de potencia eléctrica y mejorando la relación señal/ruido.

5. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según una de las reivindicaciones 2-4, caracterizada porque el dispositivo de medición de bioimpedancia comprende adicionalmente:

-un circuito rectificador de tensión de bioimpedancia acoplado entre el circuito medidor de tensión de bioimpedancia y el circuito detector, para transformar la tensión obtenida por dicho circuito medidor en una primera señal eléctrica cuadrada, que tiene una fase equivalente a la fase de dicha tensión obtenida por dicho circuito medidor, y en una segunda señal eléctrica que tiene un nivel de voltaje en continua equivalente al módulo de dicha tensión obtenida por dicho circuito medidor;

- un circuito rectificador de tensión de referencia acoplado entre el circuito medidor de tensión de referencia y el circuito detector, para transformar la tensión obtenida por dicho circuito medidor en una tercera señal eléctrica cuadrada, que tiene una fase equivalente a la fase de dicha tensión obtenida por dicho circuito medidor, y en una cuarta señal eléctrica que tiene un nivel de voltaje en continua equivalente al módulo de dicha tensión obtenida por dicho circuito medidor.

6. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizada porque la subunidad de procesamiento incluye adicionalmente un dispositivo de control acoplado a la memoria, el dispositivo de control comprendiendo un circuito de selección del tipo de medición de bioimpedancia.

7. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según la reivindicación 6, caracterizada porque la subunidad de procesamiento incluye una pantalla LCD acoplada al

dispositivo de control, la pantalla LCD configurada para realizar una función seleccionada del grupo que consiste en: mostrar mediciones, mostrar información sobre el tipo de medición y una combinación de las funciones anteriores.

8. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según una cualquiera de las reivindicaciones 6-7, caracterizada porque la subunidad de procesamiento comprende un dispositivo de transmisión/recepción acoplado al dispositivo de control y configurado para realizar una función seleccionada del grupo que consiste en: transmisión de mediciones a una unidad externa, tal como en particular un ordenador o una PDA; recepción y procesamiento de órdenes sobre el tipo de medición desde la unidad externa; y una combinación de las funciones anteriores.

9. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según la reivindicación 8, caracterizada porque el dispositivo de transmisión/recepción comprende un circuito de comunicación por radiofrecuencia y una antena.

10. UNIDAD DE MEDICIÓN Y PROCESAMIENTO DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizada porque el dispositivo de medición de bioimpedancia se conforma con tecnología CMOS.

11. SISTEMA MODULAR DE MEDICIÓN, PROCESAMIENTO Y MONITORIZACIÓN DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, caracterizado porque comprende al menos una unidad de medición y procesamiento de bioimpedancia definida en una cualquiera de las reivindicaciones 1-10.

12. SISTEMA MODULAR DE MEDICIÓN, PROCESAMIENTO Y MONITORIZACIÓN DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, que comprende al menos una unidad de medición y procesamiento de bioimpedancia según una cualquiera de las reivindicaciones 10-11, caracterizado porque comprende una unidad de coordinación que se configura para realizar una función seleccionada del grupo que consiste en: recepción de mediciones de las unidades de medición y procesamiento, transmisión de mediciones a la unidad externa, recepción de la selección del tipo de medición desde la unidad externa y transmisión a las unidades de medición y procesamiento, y una combinación de las funciones anteriores.

13. SISTEMA MODULAR DE MEDICIÓN, PROCESAMIENTO Y MONITORIZACIÓN DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según la reivindicación 12, caracterizado porque la unidad de coordinación se integra en una de las unidades de medición y procesamiento de bioimpedancia.

14. SISTEMA MODULAR DE MEDICIÓN, PROCESAMIENTO Y MONITORIZACIÓN DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, según una de las reivindicaciones 11-13, que comprende una banda de medición de bioimpedancia que se dispone en contacto con el cuerpo para realizar la medición de bioimpedancia, estando la banda constituida en particular con un cinturón o un brazalete, en cuya cara de contacto con el cuerpo se disponen los electrodos de corriente y los electrodos de impedancia; caracterizado porque los electrodos de corriente positivo y negativo de cada unidad de medición y procesamiento de bioimpedancia, así como los respectivos electrodos de bioimpedancia positivo y negativo, se disponen distanciados entre sí suficientemente para que la medición de bioimpedancia refleje adecuadamente la contribución de una zona interior del cuerpo respecto a la contribución de una zona superficial del mismo.

15. PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN, PROCESAMIENTO Y MONITORIZACIÓN REMOTA DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

-obtención de mediciones de bioimpedancia con un sistema modular de medición, procesamiento y monitorización definido en una cualquiera de las reivindicaciones 11-14; y

-transmisión de las mediciones a través de Internet, red GSM o similar hasta una unidad de procesamiento remota, tal como en particular un ordenador o una PDA.