ES2485617B1 - Sensor textil piezo-resistivo y sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio - Google Patents

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Abstract

Sensor textil piezo-resistivo para la detección del ritmo cardiaco y respiratorio que comprende una capa textil inferior, sobre la que se deposita una tinta o pasta conductora, tal que se definen unas primeras pistas conductoras, estando dicha capa textil inferior unida a una segunda capa textil piezo-resistiva, sobre la que se coloca una segunda pista conductora a la que finalmente se une una capa textil superior susceptible de recibir la deposición de tintas y/o pastas conductoras, estando presente dicho sensor textil piezo-resistivo en un sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio.

Description

2 SENSOR DE PRESIÓN TEXTIL PIEZO-RESISTIVO Y SISTEMA DE DETECCIÓN DEL RITMO CARDIACO Y/O RESPIRATORIO DESCRIPCIÓN 5 La presente invención tiene como objeto un sensor textil piezo-resistivo, diseñado especialmente para la detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio, cuya principal característica es su naturaleza textil y no ser intrusivo en el cuerpo humano para la medición, (lo que significa simplemente un contacto con la superficie textil del sensor con muy poca presión, las presiones habituales producidas entre las superficies de contacto de 10 objetos sobre los que el cuerpo humano yace: un asiento, un colchón, una silla, etc). El objeto de la presente invención también incluye un sistema aplicable en una gran área textil, que permite la monitorización del ritmo cardiaco y/o respiratorio de un usuario ya sea por motivos médicos, de seguridad y para otras aplicaciones. 15 ESTADO DE LA TÉCNICA En la actualidad, para la detección del ritmo respiratorio de un usuario, son necesarios el empleo de diversos medios o componentes colocados directamente sobre dicho usuario, que parametricen la respiración y/o el ritmo cardiaco dependiendo de las necesidades 20 particulares de cada caso. En el caso de materiales piezoresititvos como sistemas sensores para la medición del ritmo respiratorio y cardíaco, esto implica que el usuario, debe portar generalmente, mascarillas con elementos piezo-resistivos o que se posicione de determinadas maneras (posturas 25 forzadas) que permitan variar la conductividad eléctrica con la deformación del material, estos materiales además nos son de naturaleza textil y/o flexible Ejemplo de uso de sistemas piezo-resistivos para la medición del ritmo cardíaco, puede ser el de la patente norteamericana US7689271B1, y a diferencia del objeto de la presente 30 invención, el objeto de dicha patente americana no se basa en una superficie textil, deformable y que además obliga a tener una posición forzada en la que al menos las extremidades debe estar en contacto con la superficie sensora y que el sensor objeto de la invención se basa en la captura de señales, debido a que el sensor es mucho más sensible, precisa de un procesado mucho más simple. 35 P20133134113-02-2015 3 Todos los sistemas y dispositivos conocidos serían incompatibles por ejemplo con la conducción simultánea de maquinaria o vehículos, o cualquier otra actividad peligrosa que requiera de una atención completa del usuario. Este sería el caso de un sistema intrusivo para monitorizar la respiración y/o el ritmo cardiaco de un conductor, y así conocer el estado del mismo para evitar accidentes por cansancio o somnolencia. 5 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se ha desarrollado con el fin de proporcionar un sensor textil piezo-resistivo, que resuelva los inconvenientes anteriormente mencionados, aportando, además, 10 otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación. Es por tanto objeto de la presente invención un sensor textil piezo-resistivo para la detección del ritmo cardiaco y respiratorio, que comprende una capa textil inferior, sobre la que se 15 deposita una tinta o pasta conductora, tal que se definen unas primeras pistas conductoras, estando dicho capa textil inferior unida a una segunda capa textil piezo-resistiva, sobre la que se coloca una segunda pista conductora a la que finalmente se une una capa textil superior susceptible de recibir la deposición de tintas y/o pastas conductoras. 20 Gracias a su especial diseño y funcionalidad, el sensor aquí presentado, es capaz de detectar las pequeñas variaciones de presión provocadas por el movimiento de la caja torácica en contacto con el sensor incluso con baja presión entre el cuerpo y el objeto. Otra de las principales ventajas del sensor aquí presentado, es que debido a su carácter 25 textil, éste es flexible, deformable, ligero, lavable y por lo tanto, puede ser integrado en fundas de camas, sillones o similares, asientos de vehículos o maquinaria peligrosa, y en general en objetos con formas tridimensionales e incluso deformables durante el uso. Por ello, gracias a su carácter textil y al tratarse de un sensor no intrusivo, podrá detectarse 30 y/o medirse el ritmo respiratorio y/o cardíaco, mientras que el usuario está tumbado en un colchón y/o sentado en un sillón, previa instalación del sensor en la funda del colchón o el tapizado del sillón, por ejemplo. También se podrá monitorizar a un conductor de vehículo o maquinaria peligrosa, de forma que se eviten situaciones de cansancio o somnolencia. Debido a su baja intrusividad, el objeto de la presente invención no altera las operaciones 35 P20133134113-02-2015 4 habituales de los usuarios. El sensor aquí preconizado dispone de un gran sensibilidad en la zona de bajas presiones, lo que permite que una pequeña variación en la presión aplicada sobre el tejido pueda transformase en incrementos de voltaje que pueden ser captados mediante la electrónica 5 adecuada, esto es necesario para detectar las variaciones de presión que se producen por el movimiento del tórax para el ritmo respiratorio, del orden de 8g/cm2 y del ritmo cardíaco inferiores a 1 g/cm2. Preferentemente la primera y la segunda pista conductora comprende al menos uno de los 10 siguientes elementos: plata, cloruro de plata, cobre, níquel, grafito, polímeros conductores o nanofibras de carbono. Además dichas primeras pistas conductoras y dicha segunda pista conductora pueden ser aplicables o bien por impresión, ya sea serigrafía o por chorro de tinta, o bien por tisaje, bordado o cosido de hilos recubiertos o impregnados con los citados materiales en diseños específicos, 15 En cuanto a la segunda capa textil piezo-resistiva, puede presentar una sensibilidad que implica cambios resistivos superiores a 26 Ohmios para un voltaje de 12V, para cambios en la presión ejercida de 1g/cm2. 20 Es también otro objeto de la invención un sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio que incorpora al menos un conversor analógico – digital y un circuito amplificador de señal que comprende al menos un sensor textil piezo-resistivo de acuerdo con el otro objeto de la invención. Si se dispone de un matriz de sensores sobre por ejemplo el respaldo y/o el asiento de una silla, sofá o de vehículo, el usuario puede moverse con total 25 libertad sobre su emplazamiento ya que al menos uno de los sensores que se emplean es capaz de medir el ritmo cardiaco y/o respiratorio en las condiciones aquí especificadas. Dicho sistema de detección del ritmo respiratorio es capaz de medir variaciones de presión inferiores a 35 g/cm2, más preferentemente inferiores a 28 g/cm2. También es capaz de 30 llevar a cabo al menos 4 mediciones por minuto, más preferentemente al menos 40 mediciones por minuto. En cuanto al voltaje de la corriente de alimentación del presente sistema puede ser de 12 V. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no 35 P20133134113-02-2015 5 pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles 5 combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a 10 comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. FIG 1. Muestra una vista esquemática del sensor textil piezo-resistivo, objeto de la presente invención; y 15 FIG 2. Muestra una vista esquemática de sección del sensor de la figura 1. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN En las figuras adjuntas se muestra una realización preferida de la invención. Más 20 concretamente, se muestra un sensor textil piezo-resistivo para la detección del ritmo cardiaco y respiratorio que comprende una capa textil inferior (1), sobre la que se deposita una tinta o pasta conductora, tal que se definen unas primeras pistas conductoras (2), estando dicho capa textil inferior (1) unida a una segunda capa textil piezo-resistiva (3), sobre la que se coloca una segunda pista conductora (4) a la que finalmente se une una 25 capa textil superior (5) susceptible de recibir la deposición de tintas y/o pastas conductoras. El hecho de incorporar tres capas textiles (1, 3, 5) permite una medición más fiable del ritmo cardiaco que una sola capa, mientras se mantiene una sensibilidad óptima en términos de conductancia. 30 Dicha primera pista conductora (2) y segunda pista conductora (4) comprende al menos uno de los siguientes elementos: plata, cloruro de plata, cobre, níquel, grafito, polímeros conductores, nanofibras de carbono, pudiendo presentarse todos o algunos de ellos. En cuanto a dichas primeras pistas conductoras (2) y dicha segunda pista conductora (4) 35 P20133134113-02-2015 6 pueden ser aplicables o bien por impresión, ya sea serigrafía o por chorro de tinta, o bien por tisaje o bordado, cosido de hilos recubiertos o impregnados con los citados materiales en diseños específicos. De forma preferente el tejido de la segunda capa textil piezo-resistiva (3) presenta una 5 concentración de partículas conductivas de 34 g/m2, especialmente de cobre ya que se ha observado en ensayos que permite una óptima transmisión de las señales eléctricas del sensor al resto de elementos con la menor cantidad de materiales conductores. No obstante será obvio modificar esa cantidad y/o material en función de las necesidades particulares. 10 También es objeto de la presente invención un sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio que incorpora al menos un conversor analógico – digital (no representado) y un circuito amplificador de señal (no representado) que comprende al menos un sensor textil piezo-resistivo definido anteriormente. Para medir el ritmo cardiaco y/o respiratorio por ejemplo en el asiento de un vehículo se podrán disponer una pluralidad de dichos sensores 15 y así el usuario podrá moverse con libertad en el asiento, puesto que al menos uno de dichos sensores obtendrá la lectura correcta. Para poder medir el ritmo cardiaco y/o respiratorio se ha comprobado en laboratorio que es necesario medir variaciones de presión entre el cuerpo y el elemento sensor inferiores a 35 20 g/cm2 aunque más preferentemente inferiores a 28 g/cm2, como es el caso del presente sensor que ventajosamente es capaz de medir variaciones de presión de 1 g/cm2, presentando una sensibilidad a modo de variación de resistencia que implica cambios resistivos superiores a 26 Ohmios a un voltaje de 12V. Respecto a los ciclos de medición, se ha comprobado que el sistema ha de llevar a cabo unas 40 mediciones por minuto, de esa 25 forma se puede monitorizar de forma óptima el número de respiraciones y pulsaciones del corazón del usuario. De cara a una aplicación por ejemplo en un vehículo convencional, el sistema objeto de la invención puede ir alimentado por una corriente de alimentación de 12 V, aunque no se 30 descarta voltajes por ejemplo de 6V o de 24V. La fuente de alimentación (no representada) podrá ser de cualquier tipo conocido en el estado de la técnica. Las pistas conductoras (2,4) son las que se conectan con el conversor analógico/digital o un amplificador de señal, que permiten filtrar los ruidos de la señal eléctrica y amplificar la señal 35 P20133134113-02-2015 7 procedente del conjunto del sensor a través de las pistas (2,4). Este filtrado del ruido es esencial para un funcionamiento en el entono de un vehículo o maquinaria, en los que puede haber una gran cantidad de señales contaminantes que falsearían los resultados obtenidos por el sistema, haciendo inviable su uso. 5 Gracias a este sistema es posible controlar la somnolencia o cansancio de un usuario entre otras cosas, ya que también podría aplicarse en un sofá, colchón o silla para monitorizar a un paciente. En una condición de uso el presente sistema se instalaría por ejemplo en el asiento de un 10 vehículo, preferentemente dotado con una matriz de sensores como los definidos en la presente invención. El usuario se sentaría y podría conducir o manejar la maquinaria con total normalidad, portando su ropa y sin notar ningún elemento intrusivo. A ello también contribuye la naturaleza flexible y elástica de los sensores que se adapta totalmente a todo tipo de asientos. Si el sistema detecta que los parámetros del ritmo cardiaco o respiratorio 15 se modifican de acuerdo con un patrón de somnolencia podrá avisar a través de cualquier medio sonoro o visual (no representado) para que el usuario pueda evitar un accidente. A pesar de que se ha mencionado la posibilidad del asiento, no cabe menospreciar la posibilidad de incorporar la presente invención en un cinturón de seguridad para monitorizar 20 sobre el tórax del usuario de un vehículo. Así es posible evitar además los inconvenientes de otros sistemas basados en el control visual de los ojos del usuario para determinar el cansancio del mismo, como son la gran diversidad de facciones y formas diferentes de los ojos, el uso de gafas, las condiciones de 25 luminosidad no adecuadas, y un largo etcétera que hacen inviable el uso de éstos sistemas. P20133134113-02-2015

Claims (1)

  1. 8 REIVINDICACIONES 1.- Sensor de presión textil piezo-resistivo para la detección del ritmo cardiaco y respiratorio caracterizado por el hecho de que comprende una capa textil inferior (1), sobre 5 la que se deposita una tinta o pasta conductora, tal que se definen unas primeras pistas conductoras (2), estando dicha capa textil inferior (1) unida a una segunda capa textil piezo-resistiva (3), sobre la que se coloca una segunda pista conductora (4) a la que finalmente se une una capa textil superior (5) susceptible de recibir la deposición de tintas y/o pastas conductoras, siendo el sensor de presión textil piezo-resistivo de gran sensibilidad. 10 2.- Sensor de presión textil piezo-resistivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la primera pista conductora (2) y la segunda pista conductora (4) comprenden al menos uno de los elementos: plata, cloruro de plata, cobre, níquel, grafito, polímeros conductores o nanofibras de carbono. 15 3.- Sensor de presión textil piezo-resistivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichas primeras pistas conductoras (2) y dicha segunda pista conductora (4) son aplicables por impresión. 20 4.- Sensor de presión textil piezo-resistivo según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que la impresión es serigrafía. 5.- Sensor de presión textil piezo-resistivo según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que la impresión es por chorro de tinta. 25 6.- Sensor de presión textil piezo-resistivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichas primeras pistas conductoras (2) y dicha segunda pista conductora (4) son aplicables por tisaje, bordado o cosido de hilos conductores. 30 7.- Sensor de presión textil piezo-resistivo según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que los hilos conductores están recubiertos o impregnados con al menos uno de los elementos: plata, cloruro de plata, cobre, níquel, grafito, polímeros conductores o nanofibras de carbono. 35 9 8.- Sensor de presión textil piezo-resistivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la capa textil piezo-resisitiva (3) presenta una sensibilidad a modo de variación de resistencia que implica cambios resistivos superiores a 26 Ohmios a 12V, para cambios en la presión ejercida de 1g/cm2. 5 9.- Sensor de presión textil piezo-resistivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la capa textil piezo-resistiva (3) presenta una concentración de material conductor de 34 g/m2. 10.- Sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio que incorpora al menos 10 un conversor analógico – digital y un circuito amplificador de señal caracterizado por el hecho de que comprende al menos un sensor de presión textil piezo-resistivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores. 11.- Sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio según la reivindicación 15 10 caracterizado por el hecho de que es capaz de medir variaciones de presión inferiores a 28 g/cm2. 12.- Sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio según la reivindicación 10 caracterizado por el hecho de que es capaz de medir variaciones de presión inferiores a 20 1 g/cm2. 13.- Sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio según la reivindicación 10 caracterizado por el hecho de que es capaz de llevar a cabo al menos 4 mediciones por minuto. 25 14.- Sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio según la reivindicación 10 caracterizado por el hecho de que es capaz de llevar a cabo al menos 40 mediciones por minuto. 30 15.- Sistema de detección del ritmo cardiaco y/o respiratorio según cualquiera de las reivindicaciones 10-14, caracterizado por el hecho de que el voltaje de la corriente de alimentación es de 12 V.
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