ES2298740T3 - Estructura integrada para detectar señales fisiologicas. - Google Patents

Abstract

Una estructura integrada (1) para adquirir señales fisiológicas, comprendiendo un tejido (2) compuesto de fibras conductoras y fibras no conductoras, múltiples electrodos (5) provistos mediante dichas fibras conductoras; múltiples elementos conductores (6), aislados entre sí, para la conexión entre dichos electrodos (5) y entradas de un dispositivo de control (10), dicho dispositivo de control (10) comprendiendo medios para el procesamiento selectivo de señales eléctricas que se originan desde dichos electrodos (5), caracterizada por el hecho de que los elementos conductores (6) están aislados en virtud de material localmente separable, para permitir el acoplamiento eléctrico entre dos o más de dichos elementos conductores (6) y entre los elementos conductores (6) y la piel de un usuario.

Description

Estructura integrada para detectar señales fisiológicas.

Campo técnico

La presente invención hace referencia genéricamente a la adquisición de señales que son significativas para el control de actividades fisiológicas de un humano o de un animal en general.

Estado de la técnica

La adquisición y el control de señales fisiológicas son útiles y a menudo necesarios en muchos contextos, generalmente en el campo de los deportes o la medicina. En el primer caso, un ejemplo típico de control de señales fisiológicas relacionadas con funciones vitales es la electrocardiografía, que permite generar un rastro de actividad cardiaco, y la electromiografía, que permite controlar la funcionalidad muscular. La información derivada de estas adquisiciones es esencial para evaluar la salud del sujeto o paciente.

En cuanto al campo de los deportes, a menudo es importante controlar el ritmo cardiaco de un atleta, tanto por razones de seguridad, por ejemplo en el caso de pruebas de ejercicios o esfuerzos prolongados, como para optimizar el rendimiento de la actividad física.

Un problema que a menudo limita el uso de los instrumentos para controlar las señales fisiológicas es la necesidad de aplicar electrodos apropiados, con las correspondientes conexiones al dispositivo colector de señales, directamente en el cuerpo del usuario, con la obvia incomodidad para el usuario. Además, con el fin de asegurar una calidad adecuada de la señal a través del periodo de adquisición, los sistemas de control convencionales recurren a geles o cremas que aumentan la conductividad de la interfaz piel-electrodo y a pequeñas ventosas, clips, cinta adhesiva, vendas elásticas y cinturones con el fin de mantener a los electrodos en la posición correcta, provocando más incomodidad al usuario.

Por lo tanto, en la actualidad en los casos en los que existe la necesidad de controlar el comportamiento de las señales biológicas durante un día completo, se utilizan dispositivos de grabación que almacenan los datos que llegan desde los electrodos que están colocados apropiadamente en el cuerpo del ser humano, tal y como ocurre en el caso del llamado test Holter, pero esto obliga al paciente a la coexistencia prolongada e incomoda con sensores aplicados a su cuerpo, cables conectores y el dispositivo grabador de datos.

Los problemas mencionados anteriormente pueden limitar considerablemente el uso de control de señales biológicas, incluso en casos en los que la verificación constante de las condiciones físicas del sujeto sería útil. Por lo tanto, en la técnica anterior se ha realizado un intento de encontrar métodos más cómodos para detectar las señales fisiológicas, para permitir un uso más cómodo de los sistemas para el control de las funciones vitales.

En este contexto, la publicación PCT WO 01/02052 muestra un tipo de sensor, obtenido hilando fibras conductoras, que está acoplado a una prenda de vestir que puede ser llevada por el usuario. Este sensor, una vez colocado en contacto con la piel del usuario, permite transferir las señales fisiológicas adquiridas a un dispositivo colector de datos mediante un número de conexiones provistas en la prenda de vestir, de este modo eliminando la incomodidad de la colocación directa de un electrodo convencional sobre la piel.

Del mismo modo, la publicación PCT WO 02/40091 a nombre de Georgia Tech muestra el uso de sensores aplicados a una prenda de vestir, que están conectados a una parrilla de elementos conductores que llevan la señal a un punto de recolección de señales dentro de la prenda de vestir.

Las soluciones propuestas en la técnica anterior por lo tanto permiten al ser humano llevar una prenda de vestir provista de sensores que están cosidos o aplicados al tejido, de este modo reduciendo parcialmente la incomodidad que afecta al usuario durante la adquisición de las señales fisiológicas: sin embargo, incluso estas soluciones sufren importantes problemas que limitan considerablemente su uso potencial.

Específicamente, estas soluciones no son capaces de asegurar la adquisición de una señal fisiológica de una forma suficientemente fuerte y estable. Durante el control, particularmente si se realiza durante un tiempo prolongado en usuarios que pueden moverse libremente, los electrodos pueden de hecho no permanecer perfectamente en contacto con la piel. Además, debido a los inevitables movimientos relativos entre la prenda de vestir y el cuerpo del usuario, los electrodos, que están acoplados rígidamente a la prenda de vestir, pueden desplazarse a posiciones que no son adecuadas para la adquisición de una señal biológica dada. En estos casos hay un deterioro de la calidad o incluso una pérdida de la señal, obviamente comprometiendo el contenido de información del proceso de control.

Descripción de la invención

El objetivo de la presente invención es proveer una estructura que permita el control prolongado estable de señales fisiológicas y que solucione los problemas observados en la técnica anterior.

Dentro de este objetivo, un objeto de la presente invención es proveer una estructura integrada para adquirir señales fisiológicas que permita adquirir señales fisiológicas de una forma que sea particularmente cómoda para el usuario y al mismo tiempo sea capaz de adquirir las señales de forma más fiable que la técnica anterior mientras el usuario está realizando sus actividades cotidianas.

Otro objeto de la presente invención es proveer un sistema que sea versátil y permita adquirir varios tipos de señales fisiológicas según los requisitos.

Otro objeto de la presente invención es proveer un sistema que permita el procesamiento o pos-procesamiento en tiempo real de los datos adquiridos durante el periodo de control de señales.

Este objetivo y este y otros objetos que resultarán aparentes de mejor modo a continuación se consiguen mediante una estructura integrada para adquirir señales fisiológicas, comprendiendo un tejido compuesto de fibras conductoras y fibras no conductoras, una pluralidad de electrodos provistos mediante fibras conductoras, una pluralidad de elementos conductores para la conexión entre los electrodos y las entradas de un dispositivo de control y el dispositivo de control en sí mismo, que a su vez comprende medios para el procesamiento selectivo de señales eléctricas, particularmente señales biológicas o fisiológicas, que se originan en los electrodos. Los elementos conductores son aislados entre sí y aislados en virtud de material localmente separable para permitir el acoplamiento eléctrico entre dos o más de dichos elementos conductores y entre los elementos conductores y la piel del usuario.

Convenientemente, la estructura integrada comprende medios para enviar selectivamente señales eléctricas a los electrodos.

Los elementos conectores están preferiblemente provistos mediante fibras conductoras que son hiladas dentro del tejido o posicionadas en el tejido fijándolas, por ejemplo mediante pegado, bordado o cosido.

De modo ventajoso, las fibras conductoras pueden estar constituidas por diferentes materiales conductores, por ejemplo diferentes metales, para ser capaces de utilizar las propiedades físicas de las uniones entre estos materiales para uso como termopares, utilizando los principios y métodos que son bien conocidos en la técnica.

Además, cada electrodo puede ser adaptado par detectar y enviar una pluralidad de señales de diferentes tipos, puede ser seleccionado incluso dinámicamente dentro de un grupo más amplio de electrodos disponibles, y puede ser configurado incluso dinámicamente de forma que adquiera y envíe señales de diferente tipo. Además, cada electrodo puede estar dispuesto no solo directamente en contacto con la piel del usuario sino también alternativamente en contacto con la superficie conductora de un electrodo convencional, que a su vez está dispuesto en contacto con la piel del usuario.

De modo conveniente, el dispositivo de control comprende medios para realizar operaciones para configurar y seleccionar los electrodos tanto autónomamente, según programas preestablecidos, como bajo control externo impartido por el usuario actuando directamente en el dispositivo de control o mediante un enlace por cable o inalámbrico, por ejemplo utilizando radiofrecuencias o rayos infrarrojos, entre el dispositivo de control y sistemas externos provistos de inteligencia independiente.

De modo ventajoso, el tejido de la estructura integrada está provisto en forma de una prenda de vestir o de cualquier tejido que esté colocado en el ambiente y con el que el sujeto puede realizar contacto durante su actividad. Por ejemplo, puede ser una sábana, un mantel, una cubierta de sofá, un apoyo para las muñecas para un ordenador, etcétera.

Además, la estructura integrada puede comprender también electrodos para adquirir señales de tipo no fisiológico y/o conexiones a sensores, transductores y dispositivos que no están integrados en el tejido.

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la invención resultarán aparentes de mejor modo a partir de la siguiente descripción detallada, dada mediante ejemplo no limitador e ilustrada en los dibujos que acompañan, en los que:

La Figura 1 es una vista esquemática de un tejido que comprende elementos conductores y elementos no conductores según la presente invención;

La Figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra esquemáticamente los componentes de un dispositivo de control y de un sistema de colección y procesamiento de datos;

La Figura 3 es un diagrama funcional del circuito global de un ejemplo de realización del dispositivo de control según la presente invención en cuanto a la recolección de dos señales biológicas, es decir, el electrocardiograma (ECG) y la actividad electrodérmica (EDA);

La Figura 4 es un organigrama ilustrando la operación básica de la presente invención;

\newpage

La Figura 5 es un organigrama que ilustra los pasos para reconocer un contacto válido entre un electrodo y la piel del usuario según un ejemplo de realización preferido;

La Figura 6 es un organigrama que ilustra los pasos para reconocer una señal válida según un ejemplo de realización preferido.

Formas de realizar la invención

La Figura 1 es una vista esquemática de los elementos que componen la estructura integrada 1 según la presente invención, e ilustra un tejido 2 que es mostrado en forma de una prenda de vestir, particularmente en forma de camiseta, sobre la que se aplican electrodos 5. Cada electrodo está conectado al menos a un primer extremo de al menos un medio conductor 6, cuyo segundo extremo está a su vez conectado a un puerto de comunicaciones 11, mostrado esquemáticamente en la Figura 2, de un dispositivo de control 10. Los electrodos 5 son principalmente sensores capaces de adquirir una señal fisiológica que se origina en el sujeto cuya piel está en contacto con ellos. Sin embargo, también pueden ser electrodos de activación, por ejemplo capaces de llevar corrientes o microcorrientes a la piel del sujeto. En la presente descripción, por lo tanto, el término electrodo ha de entenderse genéricamente como un elemento capaz de trabajar en ambas direcciones, llevando señales desde el paciente al dispositivo de control 10 y desde el dispositivo de control al paciente. Dependiendo de las circunstancias, es obvio para la persona experimentada en la técnica entender si el electrodo 5 está actuando como un sensor o como un activador. Los electrodos 5 pueden ser de cualquier tipo, pero son preferiblemente obtenidos mediante el tejido, hilado o cosido de fibras conductoras en el substrato del tejido, para ser monolíticos con el tejido 2 en el que son insertados, o en cualquier caso están compuestos de material conductor, incluso de un tipo diferente. Los electrodos por supuesto pueden ser de un tipo convencional y pueden ser aplicados a la prenda de vestir fijándolos, por ejemplo mediante adhesivo o Velcro, con la condición de que estén conectados al extremo de un medio conductor 6 para la conexión al dispositivo de control 10.

Los electrodos 5 están dispuestos en el tejido 2 en posiciones predefinidas, dependiendo del destino final de la estructura integrada 1, del método de contacto entre el tejido y la piel del usuario, y de la actividad típica de dicho usuario.

La Figura 1 ilustra además sensores externos (y/o transductores) 7, que están conectados de forma fija o separable a un extremo del medio conductor 6. Tales elementos externos son sensores y/o transductores de un tipo genérico que están adaptados para adquirir señales de diversos tipos, tales como sensores de temperatura, micrófonos y acelerómetros. En vez de los sensores externos 7, también es posible conectar dispositivos biomédicos más complejos a los medios conductores 6, que entonces envían su información al dispositivo de control 10 y pueden ser activados y controlados por dicho dispositivo.

Los medios conductores 6 para la conexión entre los electrodos 5 y el dispositivo de control 10 también están preferiblemente provistos mediante hilado, cosido o tejido en el tejido 2 y están hechos de material conductor. Los medios conductores 6 están además preferiblemente aislados entre sí y conectan cada electrodo 5 a un puerto de comunicaciones diferente 11 del dispositivo de control 10.

Además, los elementos conductores están aislados mediante material localmente separable, por ejemplo pintura o esmalte aislante, de forma que separando el material aislante de los elementos conductores en regiones específicas resulta posible, en estos puntos, adquirir señales y proveer el acoplamiento eléctrico con otros elementos conductores.

El dispositivo de control 10, mostrado esquemáticamente en la Figura 2, de esta forma comprende una pluralidad de puertos de comunicación en el bloque 11, medios 13 para procesar las señales recibidas en las entradas de los puertos de comunicaciones 11, medios de procesamiento 16 y un transceptor 18 para la comunicación con unidades externas 20. El dispositivo 10 puede además comprender medios 17 para almacenar datos localmente y medios de interfaz 19, por ejemplo en forma de botones, para recibir órdenes del usuario.

El dispositivo de control 10 está preferible pero no exclusivamente dispuesto en el tejido 2 mediante cosido o aplicación permanente o semipermanente para completar la estructura integrada 1.

Además, el dispositivo de control 10 puede estar completa o parcialmente integrado en el tejido y hacerse impermeable mediante métodos convencionales que son conocidos en la técnica anterior.

La operación del dispositivo según la invención es como sigue. El usuario lleva encima la estructura integrada o, dependiendo del ejemplo de realización, se coloca de otra forma en contacto con ella de forma que al menos algunos de los electrodos 5 dispuestos en el tejido 2 hacen contacto con su piel en puntos preestablecidos. Los electrodos 5 son redundantes, y la señal que llega de cada electrodo, en este caso utilizado como un sensor, puede ser más débil o más fuerte dependiendo de la calidad del contacto en dicha posición. Diferentes señales, cada una originándose en un sensor diferente, llegan al puerto de comunicaciones 11 del dispositivo de control 10, que determina cuál de las señales recibidas ha de ser utilizada con el fin de optimizar la calidad y fiabilidad de la adquisición. Para este objetivo, el dispositivo de control 10 utiliza inicialmente los medios de preprocesamiento 13 y los medios de configuración 12, que comprenden una pluralidad de canales para el precondicionamiento de la señal, que permiten filtrar las señales, de modo acorde permitiendo sólo a parte de la información alcanzar los medios de procesamiento 16. Dichos medios de preprocesamiento, que inicialmente actúan basándose en configuraciones por defecto, modifican su comportamiento bajo la guía de los medios de procesamiento 16, cuya inteligencia comprende un sistema de control de adquisición. La información requerida para dirigir y volver a trazar apropiadamente las señales en entrada a los puertos de comunicación 11 con el fin de conseguir el objetivo pretendido es enviada a los medios de preprocesamiento 13 y medios de reconfiguración 12. La redundancia de las señales de entrada se consigue por una disposición distribuida de los sensores y transductores 5 (también redundantes) en el tejido 2 de la estructura integrada 1.

El dispositivo de procesamiento 16 dirige la reconfiguración de los medios de preprocesamiento 13 según tres modos diferentes.

El primer modo hace referencia a la posibilidad de seleccionar, incluso autónomamente sobre la base de una inteligencia a bordo precableada, qué señal grabar o utilizar de otra forma entre las señales que llegan de los electrodos 5, para permitir el control selectivo sólo de los valores biológicos de interés, por ejemplo señales cardiacas.

El segundo modo hace referencia a la caracterización y selección de los sensores más adecuados para grabar las señales seleccionadas que llegan de los electrodos 5. Por ejemplo, asumiendo que tres sensores han sido dispuestos cerca del corazón del usuario, se vuelve posible ignorar las señales que no son válidas cualitativamente si uno o más sensores 5 no están adquiriendo una señal de calidad o intensidad suficiente.

El tercer modo hace referencia a la posibilidad de modificar los reglajes de adquisición de la señal dinámicamente durante la operación, tanto localmente por la intervención del usuario sobre el dispositivo de control 10 como remotamente con instrucciones que llegan de las unidades externas 20.

La reconfiguración automática mediante los sistemas electrónicos del dispositivo de control 10 de las entradas 11 permite utilizar eficientemente la redundancia de los electrodos 5. La capacidad de reconfiguración es por lo tanto entendida como una posibilidad de modificar tanto el tipo de adquisición, por ejemplo de unipolar con referencia neutral a diferencial, como los puntos de la adquisición, es decir, los sensores, para un modo de adquisición idéntico, así como la función de dicho electrodo.

Por lo tanto, en cuanto a la reconfigurabilidad del sistema, todo el dispositivo de control 10 según la presente invención opera según dos modos diferentes, que sin embargo pueden ser integrados mutuamente.

Las señales que son más adecuadas para controlar un valor biológico dado, por ejemplo del tipo cardiaco, son seleccionadas identificando dinámicamente los sensores más adecuados sobre la base del modo de control requerido y como una función de la condición del sujeto. Simultáneamente con esta selección, la información que llega desde los electrodos que en ese momento no están siendo usados, puesto que no son útiles para la adquisición, es excluida completamente y automáticamente, es decir, es filtrada corriente arriba de los medios de procesamiento, para impedir que dichos sensores actúen como elementos recogedores de ruido o como generadores de artefactos.

En mayor detalle, el circuito de procesamiento 16 tal y como se muestra en la Figura 2 está provisto internamente de un microcontrolador, DSP, FPGA y más generalmente dispositivos programables o una combinación suya, capaz de modificar las conexiones internas entre los puertos de comunicación 11 y los medios de procesamiento localizados corriente abajo mediante los bloques de selección 12 y 14 sobre la base de parámetros obtenidos tanto de señales fisiológicas como de señales que indican la calidad del contacto.

En particular, la Figura 2 ilustra un bloque 12 que actúa como un multiplexor y selecciona y lleva las diversas señales recibidas en entradas de los puertos 11 a los medios de preprocesamiento 13 ya mencionados, que eliminan las señales que no son específicamente de interés, y a un bloque adicional 14, que actúa como un multiplexor y produce una corriente de datos que está libre de señales que no son de interés específico para la aplicación corriente. La señal es entonces pasada en entrada al bloque 15, que comprende sustancialmente un convertidor A/D para convertir la señal de analógica a digital. La señal está de este modo lista para ser gestionada por los medios de procesamiento 16, que contienen además la inteligencia para realizar la reconfiguración autónoma del sistema. La señal es entonces transmitida mediante el transceptor 18 a las unidades externas, que pueden ser ordenadores electrónicos, trazadores, impresoras y cualquier otro dispositivo para procesar, almacenar o imprimir datos. Alternativa o simultáneamente, las señales pueden ser almacenadas en medios de memoria 17 y utilizadas, imprimidas o transferidas a unidades externas en un tiempo posterior.

La inteligencia del sistema puede ser programada con métodos y técnicas convencionales, con dos objetivos diferentes: el primer objetivo es reconfigurar el sistema de adquisición con el fin de obtener la máxima cantidad posible de información, es decir, recibir tantas señales como sea posible entre las disponibles en entrada en los puertos de comunicación 11; el segundo objetivo es reconfigurar el sistema de adquisición con el fin de conseguir la estabilidad y calidad óptima más larga posible de una única señal o en cualquier caso de un conjunto reducido de señales.

De modo acorde, el primer criterio provee para la selección entre los diversos sensores con el fin de intentar mantener el mayor número posible de diferentes señales de acuerdo con las restricciones de calidad y duración de la señal en una porción útil.

El segundo criterio puede llevar, para un número igual de sensores siendo utilizados, la provisión de una única señal útil, o en cualquier caso un conjunto reducido de señales, en salida de la cadena de adquisición y preprocesamiento. Las señales restantes en entrada a los puertos de comunicación 11 en este caso pueden utilizarse para evaluar la estabilidad y calidad del contacto entre el sensor que recibe la señal útil o los sensores que reciben las diversas señales útiles, y la piel del usuario. Todos los recursos de reconfigurabilidad pueden por lo tanto dedicarse a una única señal o a un conjunto reducido de señales entre las señales disponibles, para optimizar el uso de la estructura integrada según la presente invención incluso para la adquisición de señales específicas y críticas.

Una razón por la que el dispositivo de control controla una reconfiguración del vector de las señales en entrada a los puertos de comunicación 11 es la posibilidad de utilizar la multifuncionalidad de los sensores, que puede utilizarse tanto para adquirir señales fisiológicas de un tipo diferente como para adquirir información relacionada con el contacto entre la piel del usuario y las regiones del tejido, particularmente de los sensores localizados en dichas regiones, y finalmente para detectar ruido e interferencia introducidos por la actividad actual del usuario.

Por lo tanto, dependiendo del tipo de señal que uno desee adquirir, el dispositivo de control 10, sustancialmente modificando los parámetros de los filtros, de la estructura precondicionante en los medios de preprocesamiento 13 y del procesamiento del bloque 16, es capaz de modificar la operación de su red de procesamiento. La señal eléctrica que llega desde los sensores 5 puede de hecho ser dirigida a lo largo de diferentes caminos dependiendo de la información fisiológica a ser extraída. Los métodos para controlar y reconfigurar las señales con el fin de conseguir estos objetivos son gestionados autónomamente por el dispositivo de control 10, que es capaz de modificar el flujo y la selección de la entrada y salida de señales tanto según reglas preestablecidas como según reglas que pueden ser adaptadas al tipo de inteligencia siendo utilizada, por ejemplo lógica difusa o redes neuronales de un tipo que es conocido en la técnica anterior. El término "inteligencia" es por lo tanto entendido como un conjunto de algoritmos que, sobre la base de umbrales, conjuntos borrosos o cualquier otro modelo interpretacional convencional, incluso del tipo de autoaprendizaje, es capaz de analizar información y de decidir qué acciones realizar.

En cuanto a la valoración de la calidad del contacto entre el sensor y la piel del usuario y de la señal transmitida en entrada al puerto de comunicación correspondiente 11, el dispositivo de control utiliza sustancialmente dos tipos de criterios. Un primer criterio utiliza la multifuncionalidad de los sensores 5 y por lo tanto utiliza los sensores por ejemplo para detectar la resistencia de acoplamiento electrodo-piel mediante un procesamiento que es diferente respecto al procesamiento para adquirir la señal fisiológica. El segundo criterio consiste en analizar en tiempo real la señal recibida, comparándola con comportamientos esperados o conocidos.

En el primer caso, la señal utilizada para controlar la calidad del contacto puede tener también su propio contenido de información, tal como por ejemplo EDA (actividad electrodérmica). Esta medición puede realizarse con operaciones de consulta, modificando durante periodos cortos la configuración de los sensores, o puede ser superpuesta en otras señales.

El sistema de preprocesamiento o directamente el sistema de procesamiento 16 en este caso proveen una separación de banda de las diversas señales dependiendo de su contenido, para identificar y utilizar correctamente la información mezclada en la señal de salida.

Cuando el sistema de control verifica, mediante la inteligencia que está presente en el bloque 16, sobre la base de reglas preestablecidas u órdenes externas que se originan por ejemplo de las unidades externas 20, que hay un contacto que es suficiente para adquirir las señales pretendidas, dichos medios de procesamiento 16 ordenan el intercambio de la red, de este modo colocando la operación del sistema dentro del segundo tipo de método citado y por lo tanto cambiando a un control en tiempo real de la señal o señales adquiridas.

La señal en entrada puede utilizarse de diferentes maneras, que son bien conocidas en la técnica anterior, para controlar la calidad del contacto electrodo/piel. En el ejemplo de realización preferido, la operación es realizada mediante pruebas en el umbral absoluto y en la derivada de la señal de entrada. Este método permite establecer la calidad del contacto físico entre los electrodos 5 y la piel del usuario incluso utilizando un microcontrolador simple y no sofisticado. En un ejemplo de realización diferente, la forma de la señal en entrada es en su lugar evaluada mediante un DSP.

Tal y como se ha mencionado previamente, la elección de los parámetros para controlar también puede ser controlada de forma remota, mediante órdenes impartidas desde el exterior. En particular, la reconfigurabilidad remota puede incluir la modificación por el médico, fisioterapeuta o el usuario en sí mismo de las señales fisiológicas a ser adquiridas y de los intervalos de tiempo para su control.

La persona experimentada en la técnica comprende fácilmente que un canal de comunicaciones provisto de forma apropiada puede ser utilizado para la reconfiguración, y que en su lugar es posible utilizar canales no especializados utilizando los métodos conocidos en la técnica anterior para la comunicación entre los sistemas.

El sistema puede ser reconfigurado remotamente, preferiblemente mediante operaciones de consulta realizadas a intervalos regulares, hacia una o más unidades externas 20 provistas de un receptor adecuado, que reconoce la petición y envía una nueva configuración, o mediante cualquier otra forma alternativa de comunicación adecuada para el objetivo, por ejemplo mediante transpondedores. El transceptor 18 puede también iniciar o requerir el envío de datos de reconfiguración enviando uno o más caracteres o series de caracteres identificados por la unidad externa 20 como un requerimiento de reconfiguración.

El dispositivo de control 10 según la presente invención asegura el aislamiento eléctrico de la fracción no útil de los electrodos mediante sistemas convencionales, tales como multiplexores o tampones analógicos, y es por lo tanto capaz de colocar dichos electrodos no utilizados a una impedancia elevada, también desactivando los componentes electrónicos correspondientes si fuera necesario.

En vista de la naturaleza de las señales tratadas y de los usuarios siendo controlados, las operaciones de intercambio además no requieren tiempos que sean particularmente rápidos en términos electrónicos. El sistema humano de hecho tiene un comportamiento dinámico muy lento desde el punto de vista de los circuitos electrónicos, en el orden de decenas o centenares de milisegundos; por lo tanto tal comportamiento dinámico no requiere circuitos electrónicos particularmente de alto rendimiento ni particularmente caros, por lo tanto permitiendo obtener un producto económicamente ventajoso. Además, esta lentitud inherente de los sistemas biológicos en general permite dedicar más tiempo a la gestión de redundancia y a controlar la señal. El sistema, que tiene un tipo convencional de "inteligencia" tal y como se ha definido anteriormente, es de hecho capaz de detectar si las señales recibidas son de una naturaleza "no fisiológica", y por lo tanto superflua, y las remedia reconfigurando diferentemente el sistema de adquisición de señal.

El núcleo central de la reconfigurabilidad es la posibilidad de adquirir el contacto y su calidad con el fin de entonces controlar los multiplexores analógicos, tal y como se ha descrito anteriormente, o sistemas equivalentes.

En un ejemplo de realización preferido, una serie de valores biológicos pueden ser medidos de forma simultánea por los mismos electrodos (por ejemplo, ECG y EDA). La información relacionada a cada valor es entonces extraída filtrando la señal que llega desde los electrodos en las diversas bandas de las señales, a modo de ejemplo pero no necesariamente dividida en los intervalos 0-0,5 Hz para EDA y 0,5-125 Hz para ECG.

La señal EDA puede también ser utilizada para verificar la calidad del contacto. En este caso, en otro ejemplo de realización preferido la señal EDA puede también ser medida invirtiendo durante unos pocos milisegundos los sensores utilizados para adquirir la señal ECG.

La operación del dispositivo de control 10 y de sus componentes será ahora descrita en mayor detalle en un ejemplo de realización ejemplificador, que ofrece a la persona experimentada en la técnica una visión más clara de los métodos del ejemplo de realización de la invención. Este ejemplo de realización ha de entenderse como siendo provisto meramente a modo de ilustración sin ninguna restricción en forma alguna. De hecho es obvio para la persona experimentada en la técnica entender que los componentes utilizados pueden ser fácilmente reemplazados por otros equivalentes, todos los cuales están dentro del ámbito del concepto inventivo según la invención.

La Figura 3 es por lo tanto una vista de un ejemplo de realización ejemplificador del sistema entero, en el que el diagrama del módulo de transmisión 18 y del bloque de memoria 19 ha sido omitido por razones de claridad. En particular, el dispositivo ilustrado 10 permite medir ECG y EDA.

La unidad de control y adquisición está constituida sustancialmente por un microcontrolador 30, que se ocupa de la gestión del sistema entero, particularmente de la selección de las diversas combinaciones de posibles electrodos entre los disponibles. En vista de la banda de frecuencia limitada de las señales adquiridas, es por lo tanto posible utilizar frecuencias de muestreo relativamente bajas para cada canal y por lo tanto por ejemplo es posible utilizar un ADC de serie, opcionalmente con canalización, para la adquisición de señales.

Las señales adquiridas por los ADCs provistos internamente o externamente respecto del microcontrolador 30, preprocesadas mediante el circuito de preprocesamiento EDA 32 y del circuito de preprocesamiento ECG 34, son analizadas por dicho microcontrolador, que mediante un control basado en la derivada y la amplitud de las señales, que tienen comportamientos conocidos en señales fisiológicas de buena calidad, puede fácilmente identificar situaciones criticas.

Además, la señal EDA en sí misma ofrece una indicación directa de la calidad del contacto entre el electrodo y la piel.

Es posible realizar la medición EDA simultáneamente con la señal ECG utilizando los mismos electrodos y configurando los circuitos de preprocesamiento 32 y 34 según parámetros típicos mediante las estructuras provistas apropiadamente de los bloques 33 y 35 provistos en dichos circuitos de preprocesamiento descritos anteriormente.

Hay algunos casos en los que la operación no puede o no debe ser realizada. En particular, desde luego en la circunstancia en la que la señal de interés se considera que es de buena calidad, el sistema puede automáticamente inutilizar este control.

Además, la Figura 3 ilustra fuentes de corriente estabilizada 39 para medir EDA. Aumentando la corriente inyectada en unos pocos \muA, siempre dentro de los límites de seguridad para el usuario, es de este modo posible amplificar la señal medida.

Gracias al circuito de adquisición EDA también es posible adquirir el ruido, con el fin de intentar compensar las variaciones de sistema y el ruido de sistema tanto a baja frecuencia como a frecuencias dentro de la banda de la señal ECG.

Otras señales que llegan de los sensores y transductores 7 de otro tipo, por ejemplo acelerómetros recibidos en entrada del sistema al bloque 38, son dirigidas a la unidad de control a través de un ADC o directamente en forma digital si la señal está provista ya en esta forma, y pueden ser activadas o desactivadas según la configuración seleccionada. En particular, el dispositivo tiene un bloque de reconfiguración 36 y un bloque de control de ruido y contacto 37, cuya operación, ya descrita, está clarificada aún más en la descripción que sigue.

La información que llega desde otros sensores y transductores, que por lo tanto no pertenecen al conjunto de electrodos que llevan la señal utilizada para evaluar EDA y ECG, puede también ser utilizada para identificar situaciones de potencial inestabilidad. Por ejemplo, la información que llega de los acelerómetros puede proveer indicaciones en cuanto a cualquier actividad física realizada por el usuario y por lo tanto alertar al sistema en cuanto a un mayor riesgo de inestabilidad en el contacto electrodo-piel.

Con referencia a las Figuras 4, 5 y 6, la operación del sistema es descrita ahora con referencia a un ejemplo de realización ejemplificador preferido y no limitador, que clarifica más el concepto inventivo sobre el cual está basado la presente invención.

En particular, con referencia a la Figura 4, en el paso 410 el dispositivo 10 es inicializado a una configuración inicial. Dicha configuración inicial consiste sustancialmente de una selección realizada por un operador, por ejemplo un médico o el usuario en sí mismo que está llevando la prenda. Para continuar con el ejemplo del electrocardiograma, el médico puede establecer una configuración que requiere que el sistema seleccione automáticamente cinco electrodos, por ejemplo tres a la izquierda y dos a al derecha del cuerpo del paciente.

En el paso 415, una secuencia para controlar los contactos electrodo-piel es realizada con el fin de identificar una configuración válida, es decir, una configuración en la que cinco electrodos seleccionados dentro del conjunto aplicado al cuerpo del paciente está asegurando un buen contacto con la piel del paciente.

El sistema entonces selecciona un primer n-ple de electrodos y verifica la calidad de los contactos de cada electrodo. Si el resultado de esta prueba, realizada en el paso 420, es negativo, es decir, no todos los electrodos del n-ple cumplen con los requisitos, se realizan operaciones de reconfiguración (paso 425) y el ciclo continúa con el análisis del siguiente n-ple.

Cuando el dispositivo identifica una configuración válida, el procedimiento para preprocesar la señal o señales es activado en el paso 430, verificando la calidad de los valores fisiológicos extraídos de los electrodos involucrados (paso 435). La señal adquirida de cada electrodo, a pesar del buen contacto electrodo-piel, puede de hecho ser distorsionada por el ruido recogido durante su camino al puerto de comunicación provisto en el sistema de reconfiguración 36 y por otras señales fisiológicas que no son de interés.

Si las señales involucradas no son válidas, el dispositivo comprueba en el paso 440 la posibilidad de modificar más el tipo de preprocesamiento de señal, por ejemplo estableciendo de forma diferente los parámetros de ciertos filtros. En este caso, en el paso 445 los parámetros de preprocesamiento se modifican y se realiza de nuevo el preprocesamiento de la señal (paso 430).

Si en su lugar no es posible identificar otra posibilidad de reconfiguración del procesamiento, resulta necesario reconfigurar el sistema de nuevo y por tanto el flujo vuelve al paso 425.

Cuando el resultado de la prueba en el bloque 435 es positivo y la señal o señales involucradas son válidas, el paso 450 comprueba si todas las señales de interés han sido comprobadas. Si el resultado es negativo, la siguiente señal o señales son seleccionadas (paso 460) y el ciclo continúa con el proceso de preprocesamiento en el paso 430.

Una vez que se ha completado la comprobación de todas las señales involucradas, dichas señales son almacenadas (paso 465) y/o transmitidas a unidades externas (paso 470).

El dispositivo entonces comprueba, en el paso 475, si hay pendiente un requerimiento de modificar los parámetros de adquisición originado desde el exterior o desde el sistema de control. Si lo hay, los nuevos parámetros son modificados en el paso 480. Si no lo hay, en el bloque 485 el sistema comprueba si el proceso de adquisición debe ser continuado o suspendido, por ejemplo debido a un requerimiento de cierre pendiente originado desde el exterior o bajo el control de un temporizador. Dependiendo de las circunstancias, por lo tanto, la actividad continúa a partir del paso 415 o se detiene.

Con referencia al paso 415 descrito anteriormente y al bloque 37 de la Figura 3, los pasos para reconocer un contacto válido entre un electrodo y la piel del usuario según un ejemplo de realización preferido son mostrados con mayor detalle en la Figura 5.

En el paso 510, un primer contacto definido por un n-ple de electrodos es seleccionado, y la correspondiente resistencia al contacto electrodo-piel R_{cont} es adquirida. Si (paso 515) en un intervalo de tiempo T este valor excede un límite máximo R_{max} durante un tiempo significativo, el control mueve al paso 520, ya que el contacto no es válido. De otra manera, el flujo procede al bloque 525. El paso 530 comprueba si todos los n-ples de electrodos han sido comprobados.

Si no lo han sido, el paso 535 selecciona el siguiente n-ple y el ciclo continúa desde el paso 515; de otra forma, la comprobación de contacto finaliza con un resultado positivo.

Con referencia al bloque 435 de la Figura 4, un organigrama ilustrando los pasos para reconocer una señal válida según un ejemplo de realización preferido es mostrado en la Figura 6.

El paso 610 selecciona una primera señal, entendida como un valor biológico extraído, adquiere su amplitud A y extrae la derivada A' suya en un intervalo de tiempo T que es apropiadamente de un tamaño según el tipo de señal a ser adquirida. Si dicha amplitud, comprobada en el paso 615, excede un límite máximo A_{max} por un tiempo significativo, la señal es rechazada en el paso 630 porque no es válida. El paso 635 comprueba si todas las señales disponibles ya han sido comprobadas. Si no lo han sido, el paso 640 selecciona la siguiente señal y el ciclo continúa desde el paso 615.

Si en el paso 615 la señal cumple con los límites de amplitud definidos, el flujo continúa en el paso 620, en el que la derivada y su comportamiento son comparados con los valores de referencia y con los valores adquiridos en la misma señal en un intervalo de tiempo previo conveniente. Si la derivada no es aceptable, la señal es de nuevo marcada como no válida en el paso 630. De otra forma, la señal es marcada como válida en el paso 625. En ambos casos, el flujo avanza a la prueba 635 y el ciclo es repetido hasta que todas las señales han sido comprobadas. En la salida del bloque 645, por lo tanto, el dispositivo según la invención conoce el estado de validez de la configuración actual.

Opcionalmente, después del paso 620 y si el tipo esperado de señal tiene una forma esperada en el intervalo de tiempo seleccionado, es posible proveer otro paso que compruebe si la forma de la señal adquirida coincide con la forma esperada. En este caso también, si la prueba es negativa, la señal es marcada como no válida.

Una vez que los electrodos que proveen un contacto electrodo-piel válido han sido seleccionados y el conjunto de señales de suficiente calidad derivadas de dichos electrodos han sido seleccionadas, es posible de este modo controlar la información adquirida por los sensores activados.

Como ya se ha mencionado, la información adquirida puede ser integrada con información que llega de sensores externos. La información que llega de los sensores/transductores externos puede constituir información independiente a ser controlada y grabada. Esta información puede también ser utilizada para procesar las señales que llegan de los sensores integrados. Por ejemplo, los datos que llegan de un acelerómetro cuantifican el movimiento del usuario. Esta información puede ser utilizada para controlar pero también puede ser utilizada para alertar al sistema del riesgo de inestabilidad en el contacto piel-electrodo.

La función de los varios electrodos 5 y 7 puede por supuesto ser cualquiera y pueden ser utilizados para los objetivos más dispares cuando la adquisición de ciertos parámetros biológicos del usuario pueda ofrecer información suficiente para determinar el correcto control. Por ejemplo, es posible controlar constantemente el ritmo cardiaco disponiendo electrodos de contacto en los puntos utilizados normalmente para este objetivo, y utilizar principios físicos que son conocidos en el contexto inventivo definido aquí. Un ejemplo es dado por el principio operativo de los termopares. Aplicando dos elementos conductores 6 constituidos por diferentes metales adecuados y aislados con el resto del camino, cada uno terminando en una entrada diferente de los puertos de comunicación 11, es posible determinar la diferencia potencial entre los dos puntos de entrada y, mediante principios conocidos, determinar la temperatura de la piel en contacto con el punto de unión de los dos elementos conductores. Utilizando una batería de termopares provista de esta manera y disponiendo las uniones en diferentes puntos de la prenda de vestir, es de este modo posible definir un mapa térmico del usuario.

De esta forma se ha demostrado que la presente invención consigue el objetivo y los objetos pretendidos. En particular, se ha demostrado que el método y el sistema descrito permiten integrar funciones de adquisición de señales fisiológicas en prendas, ropa o accesorios que permiten realizar el control incluso durante largos periodos de tiempo sin introducir los factores tradicionales de inconvenientes en usuarios a los que la estructura integrada según la presente invención es aplicada. También se ha demostrado que por la redundancia de los sensores, su multifuncionalidad y un dispositivo de control y procesamiento adecuado también es posible reconfigurar adecuadamente la estructura integrada para optimizar la adquisición de señales y evaluar la calidad del contacto entre el electrodo y la piel del paciente, activando en cada instancia las entradas de las señales adquiridas de diferentes sensores dispuestos en el tejido de la estructura integrada que asegura la mejor calidad de la acción de control.

La invención también puede ser convenientemente una parte integral de un sistema más complejo que permite controlar elementos externos para la administración o la activación de medicamentos al paciente de diversas formas, de acuerdo con las técnicas de administración o activación que son típicas de un medicamento dado. Además, resulta evidente que también puede ser utilizada para controlar sistemas que aplican un valor físico al usuario, por ejemplo para controlar un desfibrilador.

El ámbito de protección está definido por las reivindicaciones anexadas.

Claims (16)

1. \global\parskip0.870000\baselineskip

   1. Una estructura integrada (1) para adquirir señales fisiológicas, comprendiendo un tejido (2) compuesto de fibras conductoras y fibras no conductoras, múltiples electrodos (5) provistos mediante dichas fibras conductoras; múltiples elementos conductores (6), aislados entre sí, para la conexión entre dichos electrodos (5) y entradas de un dispositivo de control (10), dicho dispositivo de control (10) comprendiendo medios para el procesamiento selectivo de señales eléctricas que se originan desde dichos electrodos (5), caracterizada por el hecho de que los elementos conductores (6) están aislados en virtud de material localmente separable, para permitir el acoplamiento eléctrico entre dos o más de dichos elementos conductores (6) y entre los elementos conductores (6) y la piel de un usuario.
2. 2. La estructura integrada según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que una pluralidad de dichas señales eléctricas es de un tipo biológico.
3. 3. La estructura integrada según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que una pluralidad de dichas señales eléctricas es de un tipo no biológico.
4. 4. La estructura integrada según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que una pluralidad de dichos elementos conductores (6) conecta el dispositivo de control a sensores, activadores o dispositivos externos.
5. 5. La estructura integrada según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dichos electrodos (5) pueden ser aplicados igualmente a la piel de un usuario o a la superficie conductora de electrodos convencionales que a su vez son aplicados a la piel de un usuario.
6. 6. La estructura integrada según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dicho dispositivo de control (10) comprende además medios para enviar señales eléctricas selectivamente a dichos electrodos (5).
7. 7. La estructura integrada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que dichos elementos conductores son seleccionados del grupo que comprende:

   -

   fibras conductoras hiladas dentro de dicho tejido;

   -

   fibras conductoras dispuestas en dicho tejido mediante unión, preferiblemente por pegado, bordado, cosido;

   -

   fibras conductoras insertadas dentro de vainas o estructuras similares formadas dentro del tejido o con el tejido.

8. 8. La estructura integrada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que dichos elementos conductores (6) están constituidos por materiales conductores que también pueden ser mutuamente diferentes.
9. 9. La estructura integrada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que cada electrodo (5) es adecuado para detectar y enviar una pluralidad de señales de diferente origen.
10. 10. La estructura integrada según las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que cada uno de dichos electrodos (5)

    puede ser seleccionado, incluso dinámicamente, de un grupo mayor de electrodos disponibles;

    puede ser configurado, incluso dinámicamente, para ser capaz de adquirir y enviar señales de diferente tipo.
11. 11. La estructura integrada según la reivindicación 10, caracterizada por el hecho de que dicho dispositivo de control (10) comprende medios para realizar operaciones para configurar y seleccionar dichos electrodos (5) autónomamente según programas preestablecidos.
12. 12. La estructura integrada según la reivindicación 10, caracterizada por el hecho de que dicho dispositivo de control (10) comprende medios dirigidos externamente para realizar operaciones para configurar y seleccionar dichos electrodos (5).
13. 13. La estructura integrada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que está configurada en forma de una prenda de vestir (2).
14. 14. La estructura integrada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que está configurada en forma de un tejido genérico que está dispuesto dentro del ambiente y con el que un usuario puede realizar contacto.
15. 15. La estructura integrada según la reivindicación 14, caracterizada por el hecho de que dicho tejido genérico es parte de una sábana, mantel, cubierta de sofá, soporte de descanso, cubierta de volante.
16. 16. La estructura integrada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que dicha pluralidad de electrodos (5) comprende electrodos para adquirir señales no biológicas.