SOTO VALDEZ INGRID CAROLINA (MX)
ARROLLO CARRILLO CARLOS JIBRÁN (MX)
| WO1997040748A1 | 1997-11-06 |
| JP2002153459A | 2002-05-28 | |||
| US4813427A | 1989-03-21 | |||
| US4619270A | 1986-10-28 | |||
| ES2319088A1 | 2009-05-01 | |||
| US20050062588A1 | 2005-03-24 |
| REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas: 1. Un dispositivo para la detección de apnea neonatal por medios no invasivos con reducción de niveles de estrés en el neonato caracterizado por comprender: a. Un módulo para la adquisición y transmisión de sonidos el cual se comunica inalámbricamente y de manera unilateral con un módulo de control y que lo componen los siguientes subsistemas, i. Alimentación del módulo de adquisición y transmisión de sonidos, en donde este subsistema alimenta de energía al módulo mediante una pila recargable o cualquier otra fuente de energía; ii. Adquisición de sonido, en el cual los sonidos cardíacos de un usuario y la voz se adquieren través de una interfaz que puede ser un micrófono o una pluralidad de micrófonos; iii. Amplificación y filtrado, en el cual las ondas mecánicas del sonido son convertidas a una señal eléctrica por un micrófono, la cual es filtrada analógicamente por un filtro pasa banda de 10 a 80 Hz; b. Un módulo de control, el cual es un sistema responsable de adquirir la información transmitida inalámbricamente por el módulo de adquisición y transmisión de sonidos, procesarla y a partir de ello enviar instrucciones a un módulo de acción y que está compuesto por los siguientes subsistemas, i. Alimentación del módulo de control en el cual la alimentación de energía sustenta tanto al módulo de control como al módulo de acción por medio de un eliminador de corriente; ii. Comunicación inalámbrica receptora en el cual este subsistema recibe la información enviada por el módulo de adquisición y transmisión de sonidos a través de un elemento de radiofrecuencia receptor donde la señal es recibida de manera digital y después se ingresa a un microcontrolador en donde se reconstruye en una señal analógica por medio de Modulación de Ancho de Pulso PWM: Pulse Width Modulation; iii. Un microcontrolador el cual recibe información tanto del módulo de adquisición y transmisión de sonido como del módulo de acción de tal forma que paralelamente realiza las siguientes tareas: 1. Decisión sobre la reproducción de sonidos en donde una vez transmitida la información del módulo de adquisición y transmisión de sonido al subsistema de comunicación inalámbrica receptora del módulo de control, el microcontrolador procesa dicha información para tomar decisiones sobre la reproducción de dichos sonidos en el módulo de acción, 2. Decisión sobre el módulo de acción en donde el módulo de acción transmite por medio de conexión alámbrica la información del sensor de detección de respiración al microcontrolador, dicha información se procesa en el microcontrolador y se envían instrucciones para activar y desactivar los actuadores mecánicos del módulo de control, asi como alarmas sonoras y visuales en el módulo de control, iv. Grabación de sonido donde este subsistema permite la grabación de una muestra de 20 segundos de sonido cardiaco y voz por medio de un Chip, una vez que la señal transmitida por el subsistema de comunicación inalámbrica emisora del módulo de adquisición y transmisión de sonidos al subsistema de comunicación inalámbrica receptora del módulo de control y ésta es reconstruida de manera analógica por medio de un filtro pasa bajas, es entonces transmitida, dependiendo el modo de operación, directamente a través de una bocina o una pluralidad de bocinas del módulo de acción o bien grabada en el componente del tipo ISD1420 para ser reproducida posteriormente en la bocina o la pluralidad de bocinas de manera repetida; el subsistema de grabación de sonido es activado por el microcontrolador a través de sus puertos GPIO: Entrada/Salida de Propósito General, enviando instrucciones lógicas al chip de grabación; c. Un módulo de acción el cual se coloca físicamente debajo del neonato y es separado de éste por una interfaz textil de forma de colchón o manta o cualquier elemento que permita la separación del módulo con el neonato donde la finalidad de este módulo es la generación de un estimulo mecánico a manera de vibraciones y de reproducir sonidos cardiacos o de voz adquiridos por el módulo de adquisición y transmisión de sonido y que está compuesto por los siguientes subsistemas, i. Un sensor de detección de respiración el cual se ubica cercano a la piel del abdomen del neonato y su finalidad detectar por medio de un acelerómetro de precisión de 14 bits si se ha interrumpido la respiración del neonato por más de 20 segundos consecutivos, con lo cual se define el estado de apnea en el neonato; este sensor de detección de respiración envía una señal digital por medio del protocolo de comunicación I2C al microcontrolador que después es procesada para que se tome la decisión de activar o desactivar el actuador o una pluralidad de actuadores del módulo de control; ii. Un actuador o una pluralidad de actuadores, los cuales producen un estímulo mecánico por medio de vibración y movimiento sobre el neonato; iii. Una bocina o una pluralidad de bocinas, las cuales reproducen los sonidos transmitidos por el módulo de adquisición y transmisión de sonidos. 2. El dispositivo para la detección de apnea neonatal por medios no invasivos con reducción de niveles de estrés en el neonato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene capacidad de llevar a cabo paralelamente las siguientes terapias en el neonato: a. Terapia durante crisis de apnea neonatal en donde se monitores la respiración del neonato por medio de un acelerómetro de precisión de manera continua con el fin de activar un conjunto de actuadores para estimular mecánicamente al neonato con el fin de incitar la respiración si se detecta apnea, b. Reducción de niveles de estrés del neonato en la cual se adquieren sonidos cardiacos y de voz de una persona para transmitirlos inalámbricamente con un alcance omnidireccional de hasta 100 m en campo abierto a un equipo de reproducción cercano al neonato. 3. Un método para el funcionamiento del sistema automático para la detección de apnea neonatal por medios no invasivos con reducción de niveles de estrés, que comprende: a. Al encender los dispositivos correspondientes al módulo de adquisición y transmisión de sonidos y el módulo de control e iniciar el funcionamiento en el módulo de control, automáticamente se reciben los datos enviados por el módulo de adquisición y transmisión de sonidos, b. Al seleccionar una modalidad en vivo del dispositivo los sonidos se reproducen por una bocina o una pluralidad de bocinas integradas a la interfaz textil de forma de colchón o manta en el módulo de acción, c. En una modalidad de grabación del módulo de adquisición y transmisión de sonidos se almacenan datos en un chip durante un periodo de 20 segundos en el módulo de control para posteriormente reproducirse de manera continua, d. Una vez encendidos los dispositivos correspondientes al módulo de adquisición y transmisión de sonidos y el módulo de control; el módulo de control sensará continuamente el estado de respiración del neonato, información que será procesada por el microcontrolador para enviar la instrucción de activación de los actuadores vibratorios si se detecta un periodo de apnea, así como encender una alarma visual y auditiva de acuerdo a lo siguiente: i. Si detecta un periodo de 20 segundos con ausencia de movimiento en el neonato, los actuadores vibradores se activarán por un periodo de 5 segundos, al mismo tiempo que puede encenderse un indicador visual en el sistema a manera de alarma, ii. Durante los siguientes 3 segundos posteriores, si el sistema detecta movimiento, retomará su actividad normal y puede apagar una alarma visual, iii. Si no se detecta respiración en el neonato, se activará el movimiento vibratorio de los actuadores en el módulo de acción por otros 5 segundos, la alarma visual podrá seguir encendida y puede encenderse una alarma auditiva, iv. Durante los siguientes 2 segundos, si el sistema detecta movimiento en el neonato, este sistema retomará su actividad normal y apagará la alarma visual y auditiva, de lo contrario los actuadores y las alarmas seguirán activas hasta que sean apagadas manualmente por la asistencia de un adulto. |
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención está relacionada ai campo de la electrónica, específicamente a la implementación de sistemas para la identificación de apnea neonatal aunado a la transmisión de sonidos cardíacos de ia madre hacía el lugar del neonato que permite disminuir los niveles de estrés del neonato que se encuentra en el área de cuneros o Unidad de Cuidados Intensivos Neonatales (UCIN); lo anterior para un desarrollo más rápido del neonato y para la disminución de complicaciones en el mismo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La patología de la apnea del neonato prematuro comúnmente mantiene a los niños que presentan estos síntomas dentro de una Unidad de Cuidados Intensivos Neonatales por periodos prolongados, a la vez que la incidencia y gravedad de esta patología aumenta a medida que disminuye la edad gestional. Esta patología tiene su origen de acuerdo con [Henderson - Smart DJ., “Prophylactic methylxanthine for prevention of apnoea in preterm infante", 2010] en la inestabilidad e inmadurez de los centros respiratorios propios del prematuro y ha sido considerado como la causa del cese del esfuerzo respiratorio.
Existen adicionalmente otros eventos de apnea que no se relacionan con el cese de la respiración ya que éstos ocurren en presencia de esfuerzo respiratorio y ocurre generalmente por la obstrucción de la vía aérea la cual reduce o impide el flujo de aire en el neonato. De acuerdo con [Mathew OP., “Apnea of prematurity: pathogenesis and management strategies", 2011], la importancia de lo anterior, radica en que la mayoría de los eventos de apnea son de origen mixto.
La importancia de esta patología radica en que ésta se presenta en el 25% de los recién nacidos pre término con peso menor a 2,500 gramos y entre el 84 a 100% de los que pesan menos de 1,000 gramos esto de acuerdo a estudios de la American Academy of Pediatrics, adicionalmente, se ha reportado de acuerdo con [De la Vega VG, 2007], que la mortalidad por apnea en el prematuro puede ser tan alta como del 60% y se pueden encontrar secuelas neurológicas en aproximadamente el 20% de los sobrevivientes al año de edad.
La apnea se define como el cese de la respiración por más de 20 segundos o pausa respiratoria acompañada por bradicardia (menor a 80 latidos por minuto) con cianosis o palidez y/o desaturación (<80% de saturación de oxigeno). La apnea puede ser central, obstructiva o mixta, donde esta última es la más frecuente ya que del total de los casos estudiados un 40% son de origen central, 10% obstructiva y 50% mixta. La apnea del neonato a término es siempre preocupante y demanda una inmediata evaluación; ésta puede producir desaturación y a su vez ésta bradicardia. Apnea sin bradicardia no es preocupante, pero la bradicardia (que generalmente es sinusal) puede ocurrir a los 10 segundos, sobre todo cuando hay esfuerzo respiratorio, por cierre de la glotis durante la apnea mixta, pero es más frecuente después de los 20 segundos.
Como se mencionó anteriormente, existen tres tipos de apnea: central, obstructiva y mixta siendo esta última la más frecuente. Episodios cortos de apnea son usualmente de origen central, mientras que los prolongados son a menudo apneas mixtas.
La apnea central se debe a la inmadurez de los centros de control de la respiración del bulbo raquídeo; se caracteriza por la ausencia de flujo de gas sin movimiento de la pared torácica. Hay respuesta atenuada del centro respiratorio al CO 2 y respuesta paradójica a la hipoxia que produce apnea en vez de hiperventilación.
La apnea obstructiva, se produce por una obstrucción de los tejidos blandos hipo faríngeos, flexión del cuello, oclusión nasal o cierre laríngeo. Hay ausencia del flujo de aire a pesar del movimiento de la pared torácica.
La apnea mixta, es una combinación de las dos anteriores y es generada por un evento central. Cesa la respiración, usualmente al final de la espiración, sin alcanzar el intercambio respiratorio, indicando que la vía aérea está obstruida. Hay colapso de los tejidos blandos de la faringe, más cuando el cuello está en flexión; generalmente es prolongada.
De acuerdo con la American Academy of Pediatrics, por lo general la apnea central deja de presentarse cuando el recién nacido cumple 37 semanas de edad gestacional corregida, en los recién nacidos menores de 28 semanas de gestación al momento de nacimiento pueden resistir hasta las 43 semanas de edad gestacional corregida.
Aunque la apnea típicamente resulta de la inmadurez del sistema de control respiratorio, ésta puede ser el síntoma inicial de otras enfermedades que frecuentemente afectan a los recién nacidos de pre término como son:
• Infecciones
• Trastornos en la oxigenación
• Trastornos metabólicos
• Medicamentos
• Inestabilidad térmica
• Reflujo
• Patología del sistema nervioso central
Los problemas del sistema nervioso central particularmente la hemorragia Intracraneana, pueden precipitar la patología de apnea. La asfixia incluyendo la depresión transitoria al nacimiento, pueden causar apneas episódicas o prolongadas.
La apnea que se asocia a bradicardia puede producir efectos hipóxico- isquémicos deletéreos importantes sobre la hemodinámica central, que puede llegar a la parada cardiorrespiratoria. Durante la bradicardia la presión del pulso aumenta, el volumen minuto no se altera, excepto al final, con disminución progresiva de la velocidad de flujo sistólico de la arteria cerebral anterior. El flujo sanguíneo cerebral se preserva hasta que la bradicardia es < 80 latidos/min. Los episodios repetidos de apnea pueden repercutir sobre el desarrollo neurológico posterior del neonato.
La frecuencia de la apnea aumenta durante el sueño activo (movimientos oculares rápidos). Paradójicamente el movimiento del tórax es común durante el sueño activo y puede causar caída de la Pa0 2 , porque la respiración y la inhibición del tono muscular faríngeo durante el sueño activo puede contribuir al colapso de la vía aérea y a la apnea obstructiva.
El diagnóstico de apnea se hace a veces sólo con la observación. En los neonatos de alto riesgo es más habitual su diagnóstico con un monitor de apnea. Los monitores típicos consisten en una banda toráxica que detecta los movimientos de la pared del tórax y un pulsoxímetro para registrar la frecuencia cardiaca y la saturación de oxígeno. La apnea del prematuro es un diagnóstico por exclusión, lo cual se entiende como el diagnóstico obtenido mediante eliminación de otras posibles causas de los síntomas de una enfermedad.
Una de las técnicas para tratar la apnea incluye: si se descubre una apnea, bien mediante la observación o por la alarma de un monitor, se realiza una estimulación cutánea intermitente, no enérgica y se aspira secreciones si las hay. Si el neonato no responde a la estimulación se aplica ventilación manual con F1O 2 igual al que respiraba antes o aire ambiental. Pasada la apnea se realiza una evaluación clínica y se indican exámenes de laboratorio para buscar la causa en la apnea secundaria e indicar el tratamiento correspondiente por un médico especialista.
Médicos especialistas y unidades de salud recomiendan que todo recién nacido menor de 34 semanas de gestación tenga vigilancia continua durante las 24 horas del día de los siguientes parámetros:
• Frecuencia respiratoria • Frecuencia cardiaca
• Saturación de oxígeno
La vigilancia continua por impedancia toráxica ha sido útil para la detección de apneas, ya que en algunos recién nacidos se consideraba el método de primera elección. Desgraciadamente, la impedancia toráxica para la detección de apneas es un recurso con el que no se cuentan en la mayoría de las unidades médicas donde se atienden a los recién nacidos prematuros, por lo que deberla hacerse en unidades médicas que cuenten con estos recursos.
Entre otras técnicas utilizadas se encuentra el polisomnográfico del sueño, el cual es un estudio electrofisiológico que es adecuado para identificar apnea en el recién nacido prematuro, ya que incluso detecta eventos de apnea que no son percibidos por otros métodos y tiene ia ventaja de que evalúa el estado funcional del sistema nervioso central.
Las intervenciones para el manejo de la apnea, están encaminadas a regular el flujo respiratorio y el esfuerzo respiratorio, adicionalmente el tratamiento de la apnea del prematuro está encaminada a restaurar el reflujo respiratorio o corregir las causas que lo inhiben. El tratamiento de la apnea del prematuro tiene como finalidad:
• Estabilizar o corregir las causas que lo producen
• Restaurar el flujo respiratorio
• Regular el patrón respiratorio
Adicionalmente entre las técnicas actuales, se encuentran los medicamentos recomendados para el tratamiento de la apnea, los cuales incluyen entre otros:
Metilxantinas • Citrato de cafeína
• Aminofilina o Teofilina
Algunos medicamentos en estudio se encuentran:
• Doxapram
• L-Carnitina
• Dióxido de carbono inhalado
Hoy en día existen varios monitores disponibles de manera comercial para padres que desde la comodidad de su hogar puedan llevar a cabo una revisión del neonato. Entre estos dispositivos que se encuentran disponibles actualmente se enumeran los siguientes:
• Monbaby, el cual es un monitor inteligente de bebé en un botón
• Snuza, el cual es un monitor de apnea portátil que detecta el movimiento respiratorio del bebé
• Nanny, el cual es un monitor de apnea portátil
• Mimo Smart baby monitor, el cual es un monitor de respiración y movimiento para bebes de 3 a 6 meses
• Adicionalmente existen monitores de apnea del sueño, los cuales contienen monitores del tipo vestibles (wearables)
• Owlet, el cual es comercializado como el primer monitor de signos vitales del bebé y que permite vigilar en todo momento el ritmo cardiaco, los niveles de oxígeno o la temperatura a través de un teléfono inteligente.
La mayoría de los sistemas actuales de monitorización continua del bebé, analizan la saturación de oxigeno de la hemoglobina y frecuencia del pulso mediante pulsioximetria y/o frecuencia cardiaca con electrodos torácicos (ECG e impedancia torácica), adicionalmente existen micrófonos, sensores de flujo o temperatura nasales o capnografía. La invención que se describe en este documento es un sistema no invasivo para la identificación de apnea en neonatos. El sistema adicionalmente permite la transmisión de sonidos cardiacos de la madre hacía el lugar en el que se encuentra físicamente el neonato y fomenta la disminución de los niveles de estrés del neonato, el cual se puede encontrar en un área de cuneros o Unidad de Cuidados Intensivos Neonatales (UCIN). Todo lo anterior con el objetivo de lograr un desarrollo más rápido y con la disminución de complicaciones en el neonato.
Como se mencionó anteriormente, existen dispositivos de detección de estados de apnea como lo es el monitor de signos vitales y otros dispositivos cuya finalidad es alarmar sonora y/o visualmente cuando la respiración del neonato se ha interrumpido por un periodo prolongado. La desventaja de estos dispositivos radica en que solo alarman del evento y no cuentan con mecanismos de acción automáticos para sacar al usuario de dicho estado, descuidando el estado de los neonatos y a su vez incrementando su nivel de estrés. El procedimiento que se lleva a cabo actualmente cuando algún dispositivo alarma el estado de apnea en el neonato, consiste en que el personal a cargo de él, siendo las enfermas y/o médicos en el ambiente hospitalario, intervenga moviendo al neonato hasta hacerlo reaccionar, lo que implica cambios de temperatura en la incubadora o cunero que afectan al bebé, con la consecuente modificación de la higiene del ambiente donde se encuentra el neonato y por consiguiente la elevación en sus niveles de estrés.
En base al análisis de arte previo, existen invenciones que tratan de resolver problemas similares como es el caso de la invención US14960246, el aparato y método descrito en el documento el cual es de monitoreo fisiológico pasivo, tiene un sensor para detectar fenómenos fisiológicos. El sensor es una película piezoeléctrica de fluoruro de polivinilideno. Una almohadilla puede incorporar la película de PVDF. La película convierte energía mecánica en señales de voltaje. Un microordenador se utiliza para registrar, analizar y mostrar datos del sensor para la evaluación en línea y para proporcionar una respuesta en tiempo real. El sensor puede ser un conjunto de sensores proporcionados en una camilla otro soporte de paciente para medir señales acústicas e hidráulicas desde el cuerpo de un paciente para monitoreo en campo, monitorización hospitalaria, monitoreo de transporte, monitoreo domiciliario y remoto. A su vez cuando esta invención se compara con la invención propuesta en este documento, el dispositivo descrito en el documento US14960246, que está diseñado para el control pasivo de la fisiología de un paciente, el cual comprende dos sensores basados en una película de polímero piezoeléctrica que permite el acoplamiento pasivo con el paciente. La invención US14960246, explica un principio de monitoreo fisiológico de un paciente, no así un principio de acción. Se hace mención al monitoreo fisiológico del paciente, pero no especifica qué variantes fisiológicas son las que monitorea y si en dado caso, se presenta una complicación, qué haría para actuar en contra de ello. Otra característica en la que se difiere la invención US14960246 con la descrita en este documento, es que sensa solamente la respiración del neonato y no cuenta con actuadores que permiten incentivar la respiración de nueva cuenta en caso de que haya ausencia de la misma. La invención US14960246, establece su novedad a través del tipo de sensores que utiliza y no por la metodología que sigue para resolver un problema en específico. Por último, la invención que se describe en este documento, cuenta con un módulo de sensado de voz y sonidos cardiacos para ser transmitidos a través de radiofrecuencia hacia un segundo módulo, característica en la cual se diferencia completamente del presentado en la invención US14960246.
La invención EP2618734A1 presenta un dispositivo para monitorear parámetros fisiológicos de un sujeto vivo. El dispositivo está diseñado para sensar los parámetros fisiológicos y transmitirlos a una estación de monitoreo a través de un controlador de transmisión; dichos datos se encuentran en el intervalo de 0.5 Hz a 20000 Hz. Adicional a lo anterior, la invención consiste en un dispositivo de transmisión y no de terapia ni de detección, no se aclara el tipo de señales fisiológicas que se sensan, sino simplemente el intervalo en el que se encuentran; esto puede llevar a la conclusión de que el dispositivo puede ser utilizado para sensar cualquier señal fisiológica. La novedad de la invención EP2618734A1, reside en la transmisión hacia una estación en la que se pudieran diagnosticar diversas patologías por un especialista.
El dispositivo presentado en la invención US2010191136A1, consiste en una almohadilla que se coloca debajo del paciente, dicha almohadilla está constituida por una pluralidad de sensores de movimiento los cuales transmiten sus lecturas a una unidad principal, la cual está encargada de detectar si las condiciones de las lecturas corresponden a un estado de apnea y actuar en consecuencia emitiendo vibraciones para sacar a la persona de dicho estado. La diferencia entre el dispositivo presentado en el documento US2010191136A1y la invención objeto de este documento reside en el medio de detección, es decir, el sensor. En la invención US2010191136A1, se menciona que se utilizan una pluralidad de sensores de movimiento distribuidos en una almohadilla, dichos sensores transmiten sus lecturas a una unidad central que concluye si hay o no estado de apnea basándose en si se presentan o no movimientos; esto puede representar la presencia de varios falsos positivos como se observa en dispositivos terapéuticos de este tipo. Aunque la medida para actuar en contra de la apnea es del mismo tipo (vibraciones), el método de sensado difiere en lo absoluto, en la invención descrita en este documento; se utiliza un acelerómetro como sensor colocado directamente sobre el abdomen del neonato, dicho sensor proporciona lectura constante hacia el módulo de control, el cual correlaciona la señal con diversas señales previamente cargadas que corresponden a patrones de respiración. Es aquí donde se toma la decisión de si se presenta o no un estado de apnea y se actúa en consecuencia emitiendo vibraciones y sensando de igual manera para asegurarse de que el sujeto abandone dicho estado. Como añadidura, se cuenta con la reproducción de sonidos cardíacos y voz hacia el neonato, los cuales reducen sus niveles de estrés, reduciendo incluso, posibles episodios de apnea.
En la invención MX/a/2016/002997 se describe un dispositivo portátil, inalámbrico y no invasivo que se puede colocar en miembro superior o inferior. Se describe que su finalidad es el reducir riesgo de situaciones como la hipoxia y/o bradicardia presente en el síndrome de muerte súbita del lactante, bebés prematuros y en adultos, de igual manera para la prevención de la apnea del sueño. Dicho dispositivo se basa en un sensor de saturación de oxigeno en sangre (SpC^), que básicamente es un oxímetro de pulso.
En la invención desarrollada que a continuación se describe, es un sistema que posee las siguientes características:
• El sistema captura los sonidos cardíacos de la madre y los transmite de forma inalámbrica hacia el lugar donde se encuentre el neonato.
• El dispositivo que está en contacto con el neonato, cuenta con la capacidad de detectar apneas y por medio de un actuador estimular al neonato para que salga del estado de apnea.
• El dispositivo fomenta la disminución de los niveles de estrés del infante a través de la transmisión de los sonidos cardíacos de la madre, lo que puede normalizar el ritmo cardíaco y frecuencia respiratoria del mismo.
• El dispositivo cuenta con la facilidad de adaptarse a cualquier incubadora sin afectar el funcionamiento de la misma.
El sistema desarrollado es automático, no invasivo para terapia durante crisis de apnea neonatal, y reducción de niveles de estrés mediante reproducción de sonidos cardiacos maternos transmitidos hacia la incubadora. Adicionalmente presenta diferencias con respecto de dispositivos actuales en base a que integra dos módulos en un solo dispositivo: uno para detección de apnea y terapia de apena y otro con la capacidad de transmitir señales de sonidos cardíacos de forma inalámbrica; mientras otros dispositivos sólo tienen la finalidad de detectar apnea para el despliegue de alarmas sonoras y/o visuales. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 muestra los componentes del sistema automático para la detección de apnea neonatal por medios no invasivos con reducción de niveles de estrés, el cual está compuesto por un módulo de adquisición y transmisión de sonidos, un módulo de control y un módulo de acción.
La figura 2 muestra los subsistemas que integran los componentes del sistema automático para la detección de apnea neonatal por medios no invasivos con reducción de niveles de estrés, para cada componente se muestran los subsistemas que lo integran, así como la forma en que se relacionan con los subsistemas de los otros componentes constitutivos del sistema. La figura 3 muestra la manera en la que se coloca en el usuario el módulo de adquisición y transmisión de sonidos como un aparato físico, asi como los botones constitutivos básicos.
La figura 4 muestra la vista frontal y posterior del módulo de adquisición y transmisión de sonidos con algunos componentes adicionales para el manejo del aparato.
La figura 5 muestra la interfaz para la adquisición de sonido, la cual está conformada por un micrófono conectado a una campana de estetoscopio.
La figura 6 muestra un ejemplo de la apariencia física del sistema automático para la detección de apnea neonatal por medios no invasivos con reducción de niveles de estrés, en donde se muestran el módulo de adquisición y transmisión de sonidos, el módulo de control y el módulo de acción.
La figura 7 muestra vista frontal de un ejemplo de la apariencia física del módulo de control en el cual se especifican los elementos básicos constitutivos del mismo.
La figura 8 muestra la tabla con la lógica del segmento de programación del microcontrolador para la toma de decisiones de la reproducción de sonidos en el módulo de acción.
La figura 9 muestra la disposición física del módulo de control y el módulo de acción dentro de un cunero para alojar al neonato.
La figura 10 muestra una vista transversal del módulo de acción con la finalidad de especificar los componentes principales los cuales entran en contacto con el neonato en caso de presentarse el estado de apnea.
La figura 11 muestra un ejemplo de los actuadores físicos utilizados en el módulo de acción, los cuales producen un estímulo mecánico por medio de vibración y movimiento en el neonato en caso de presentarse un estado de apnea.
La figura 12 muestra el diagrama esquemático electrónico del módulo de adquisición y transmisión de sonidos.
La figura 13 muestra el diagrama esquemático electrónico del módulo de control y el módulo de acción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los detalles característicos del sistema automático para la detección de apnea neonatal por medios no invasivos con reducción de niveles de estrés se muestran claramente en la siguiente descripción y en los dibujos ilustrativos que se anexan, sirviendo los mismos signos de referencia para señalar las mismas partes.
La invención referida es un sistema automático para la detección de apnea neonatal por medios no invasivos con reducción de niveles de estrés mediante reproducción de sonidos cardiacos y de voz. El sistema se compone de tres módulos como lo muestra la figura 1 :
1) Módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101)
2) Módulo de control (102)
3) Módulo de acción (103)
El módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) se comunica inalámbricamente (con un alcance omnidireccional de hasta 100 m en campo abierto) y de manera unilateral con el módulo de control (102), mientras el módulo de acción (103) se comunica de forma alámbrica y de manera bilateral con el módulo de control (102).
La terapia de apena y reducción de niveles de estrés en esta invención se realizan paralelamente:
1) Terapia durante crisis de apnea neonatal : Se monitores la respiración del neonato por medio de un acelerómetro de manera continua con el fin de activar un conjunto de actuadores (210) para estimular mecánicamente al neonato con el fin de incitar la respiración si se detecta apnea.
2) Reducción de niveles de estrés del neonato : Adquiere sonidos cardiacos y de voz de una persona para transmitirlos inalámbricamente (alcance omnidireccional de hasta 100 m en campo abierto) a un equipo de reproducción cercano al neonato.
Para lograr lo anterior, se detalla el funcionamiento de los diversos módulos, asi como las etapas de cada uno y la interconexión entre los componentes como lo muestra la figura 2.
Módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101).
El módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) es un dispositivo que se coloca en contacto con la piel del pecho de la persona con el fin de adquirir y transmitir los sonidos cardíacos y de voz al neonato como lo muestra a manera de ejemplo de construcción la figura 3 y el diagrama esquemático electrónico del módulo de adquisición y transmisión de sonidos se muestra en la figura 12. Este módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) está compuesto por los siguientes subsistemas:
1) Alimentación del módulo de adquisición y transmisión de sonidos (201)
2) Adquisición de sonido (202)
3) Amplificación y filtrado (203)
4) Comunicación inalámbrica emisora (204)
El módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) a manera de ejemplo de construcción del mismo, en su constitución física puede contar con tres botones para su operación en la parte frontal, un led para indicar el nivel de carga de la batería (404) y una abertura para recargar (403) en la parte lateral, y una interfaz para adquirir los sonidos en la cara posterior (401). Los tres botones de operación módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) como se observa en la figura 3 son: ON/OFF para el encendido y apagado del módulo (105), modo de transmisión continua LIVE (106) y modo de grabación REC (107) para los modos de operación. Adicionalmente, en la figura 3 se muestran dos accesorios sujetadores (104) que sostienen al dispositivo anteriormente descrito al cuerpo del usuario. Los dos modos de operación del módulo son:
1) Modo en tiempo real (adquisición y transmisión de sonidos en tiempo real para su reproducción en el módulo de acción) indicado en el módulo con el botón UVE (106) y
2) Modo de grabación (adquisición y transmisión de una muestra de 20 segundos de sonido para su grabación en el módulo de control y reproducción en el módulo de acción) indicado en el módulo con el botón REC (107).
A continuación, se describen los subsistemas que constituyen el módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) como se muestran en la figura 2:
• Alimentación del módulo de adquisición y transmisión de sonidos (201):
Este subsistema puede ser alimentado con una pila recargable de 3.3 V. El subsistema se enciende al oprimirse el botón ON (105) y se apaga al oprimirse de nuevo quedando en OFF (105). En la parte lateral del módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101), se ubica un led que indica si la pila debe ser recargada.
• Adquisición de sonido (202): Los sonidos cardiacos y voz se adquieren través de una interfaz para adquirir los sonidos (401) ubicada en la cara posterior del módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) como lo muestra la figura 4. Adicionalmente el módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) puede contener un indicador de carga de batería (404), una abertura para la interfaz de recarga de batería (403) y una interfaz de alimentación (402). La interfaz para adquirir los sonidos (401) se conforma como lo muestra la figura 5, de una campana de estetoscopio (501) conectada a un micrófono (502) que permite adquirir y transformar el sonido que pasa a través de la piel del usuario ai circuito. Los sonidos son convertidos de ondas sonoras (forma en que son emitidos por el cuerpo del usuario y pasan por la campana del estetoscopio (501)) a una señal eléctrica (forma en la que ingresan a la etapa de amplificación y filtrado gracias al micrófono (502).
• Amplificación y filtrado (203): Una vez convertidas las ondas mecánicas del sonido a una señal eléctrica por el micrófono (502), ésta es filtrada analógicamente por un filtro pasa banda de 10 a 80 Hz, es aquí donde se eliminan artefactos y frecuencias que no son necesarias; después la señal es amplificada 7 veces y acondicionada para ser transmitida al elemento de radiofrecuencia que corresponde al subsistema de comunicación inalámbrica emisora (204) donde se lleva a cabo la eliminación de voltaje negativo. Módulo de control (102).
El módulo de control (102) se coloca físicamente cercano al módulo de acción (103) debido a su comunicación alámbrica como lo muestra la figura 6. Este módulo de control (102) es el subsistema responsable de adquirir la información transmitida inalámbricamente por el módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101), procesarla y a partir de ello enviar instrucciones al módulo de acción (103).
El módulo de control (102) como lo muestra la figura 7, puede contar con dos botones para su operación en la cara frontal:
• Botón de operación ON/OFF (701) para el encendido y apagado tanto del módulo de control (102) como del módulo de acción (103) y
• Botón PLAY /PAUSE (702) para los modos de operación de la reproducción de los sonidos transmitidos por el módulo de transmisión y adquisición de sonidos (101). El modo de operación PLAY permite la reproducción de sonidos en el módulo de control (102) por medio de dos bocinas mientras el modo de operación PAUSE deshabilita la reproducción de cualquier sonido.
Adicionalmente se incluyen dos diodos emisores de luz (led) para indicar el modo de operación de la adquisición de sonido: UVE (703) y REC (704) y un puerto en su cara posterior para alimentarse directamente por un eliminador de corriente (no mostrado). Por otro lado, este dispositivo físico puede contar con una alarma visual y auditiva (705), la cual puede ser de manera adicional un diodo emisor de luz.
A continuación, se describen los subsistemas que constituyen el módulo de control (102) de acuerdo con la figura 2:
• Alimentación del módulo de control (208): La alimentación de energía ubicada en el módulo de control (102), alimenta de energía tanto al módulo de control (102), como al módulo de acción (103) por medio de un eliminador de corriente.
• Comunicación inalámbrica receptora (207): este subsistema recibe la información enviada por el módulo de adquisición y transmisión de sonido (101) a través de un elemento de radiofrecuencia receptor (Xbee), la señal es recibida de manera digital y después se ingresa al microcontrolador (206) del tipo ATMEL 328P, en donde se reconstruye en una señal analógica por medio de un PWM (Pulse Width Modulation). La información y los datos del estado (si se encuentra encendido o apagado) y del modo de operación seleccionado (modo en tiempo real o modo en grabación), son enviados como datos digitales por el subsistema de comunicación inalámbrica emisora (204) del módulo de adquisición y transmisión de sonido (101) y recibidos por el subsistema de comunicación inalámbrica receptora (207) del módulo de control (102), estos datos son enviados al microcontrolador (206).
• Microcontrolador (206): El microcontrolador (206) que puede ser del tipo ATMEL 328P, recibe información tanto del módulo de adquisición y transmisión de sonido (101) como del módulo de acción (103) de tal forma que paralelamente realiza las siguientes tareas: o Decisión sobre la reproducción de sonidos: Una vez transmitida la información del módulo de adquisición y transmisión de sonido (101) al subsistema de comunicación inalámbrica receptora (207) del módulo de control (102), el microcontrolador (206) procesa dicha información para tomar decisiones sobre la reproducción de dichos sonidos en el módulo de acción (103). La lógica del segmento de programación de dicha tarea se muestra en la tabla contenida en la figura 8 y es la siguiente:
■ Si el estado de operación del módulo de control (102) es PAUSE (702) ningún sonido se reproduce.
■ Si el estado de operación del módulo de control (102) es PLAY (702):
• Si el módulo de adquisición y transmisión de sonido (101) se encuentra apagado, el microcontrolador (206) envía la instrucción de reproducir una muestra de sonido cardiaco de 20 segundos pregrabado en el dispositivo.
• Si el módulo de adquisición y transmisión de sonido (101) se encuentra encendido en el modo de grabación REC (107), el microcontrolador (206) envía la instrucción de tomar una muestra de 20 segundos para su grabación (etapa de grabación de sonidos) para su posterior reproducción en el módulo de acción (103). • Si el módulo de adquisición y transmisión de sonido
(101) se encuentra encendido en el modo de operación en tiempo real modo de transmisión continúa UVE (106) el microcontrolador (206) envía la instrucción de reproducir los sonidos adquiridos en tiempo real por el módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) en el módulo de control
(102). o Decisión sobre el módulo de acción (103): el módulo de acción (103) transmite por medio de conexión alámbrica la información del sensor de detección de respiración (209) al microcontrolador (206). Dicha información se procesa en el microcontrolador y de acuerdo a la lógica de programación se envian instrucciones para activar y desactivar los actuadores mecánicos del módulo de control, así como alarmas sonoras y visuales en el módulo de control.
• Grabación de sonido (205): El subsistema de grabación de sonido (205) permite la grabación de una muestra de 20 segundos de sonido cardiaco y voz por medio de un Chip (componente electrónico de grabación de voz que puede ser del tipo ISD1420) (212). Una vez que la señal transmitida por el subsistema de comunicación inalámbrica emisora (204) del módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) al subsistema de comunicación inalámbrica receptora (207) del módulo de control (102) y ésta es reconstruida de manera analógica por medio de un filtro pasa bajas, es entonces transmitida, dependiendo el modo de operación, directamente a través de dos bocinas (211) del módulo de acción (103) o bien grabada en el componente del tipo ISD1420 (212), para ser reproducida posteriormente en las bocinas (211) de manera repetida. El subsistema de grabación de sonido (205) es activado por el microcontrolador (206) a través de sus puertos GPIO mandando instrucciones lógicas al chip de grabación y siguiendo la lógica del segmento de programación del mismo el cual se muestra en la figura 8.
Módulo de acción (103).
El módulo de acción (103) se coloca físicamente debajo del neonato y es separado de éste por una interfaz textil de forma de colchón o manta (802) como lo muestra la figura 9 en donde se aprecia un ejemplo del sistema colocado en un cunero (803). Este módulo contiene un sensor de detección de respiración (209) y es el encargado de generar un estímulo mecánico en el neonato por medio de actuadores (210), los cuales son motores de corriente directa que funcionan a manera de vibrador en el cuerpo del neonato y de reproducir por medio de dos bocinas (211) los sonidos cardiacos y de voz adquiridos por el módulo de adquisición y transmisión de sonido (101).
A continuación, se describen los subsistemas que constituyen el módulo de acción (103) de acuerdo con la figura 2:
• Sensor de detección de respiración (209): Este subsistema detecta por medio de un acelerómetro de precisión de 14 bits el cual se encuentra ubicado en la piel del abdomen del neonato, si se ha interrumpido la respiración del mismo por más de 20 segundos consecutivos, con lo cual se define el estado de apnea. Este sensor de detección de respiración (209) envía una señal digital por medio del protocolo de comunicación I2C al microcontrolador (206) que después es procesada e ingresada a la lógica de programación que se muestra en la figura 8 para que se tome la decisión de activar o desactivar los actuadores (210) del módulo de control (103).
• Actuadores (210): Una vez procesada la información del sensor de detección de respiración (209) por el microcontrolador (206) del módulo de control (102), el microcontrolador (206) envía instrucciones de activación o desactivación a los actuadores (210) ubicados en el módulo de acción (103), los cuales se encuentran debajo del neonato. Estos actuadores (210) producen un estímulo mecánico por medio de vibración y movimiento y la figura 11 muestra físicamente este subsistema.
• Bocinas (211): Este subsistema se encuentra ubicado en el módulo de control (103) debajo del neonato. Las bocinas (211) reproducen los sonidos transmitidos por el módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) de acuerdo con la lógica establecida en la figura 8.
La figura 13 muestra los diagramas esquemáticos electrónicos del módulo de control y el módulo de acción en forma conjunta.
Método dol funcionamiento general del sistema.
Para el funcionamiento del sistema automático para la detección de apnea neonatal por medios no invasivos con reducción de niveles de estrés, se llevan a cabo los siguientes pasos como método de funcionamiento:
1. Al encender ambos dispositivos los cuales son el módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) y el módulo de control (102) y presionar PLAY (702) en el módulo de control (102), automáticamente se reciben los datos enviados por el módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101).
2. En la modalidad“LIVE” (703) los sonidos son reproducidos por bocinas (211) integradas a la interfaz textil de forma de colchón o manta (802) y un indicador visual (LED) en el módulo de control (102) indica el modo de operación.
3. En la modalidad“REC” (704) del módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101), los datos son almacenados en un chip durante un periodo de 20 segundos en el módulo de control (102) para posteriormente reproducirse de manera continua activando al mismo tiempo un indicador visual en el módulo de adquisición de sonido“REC" (704).
4. Por su parte, una vez encendido ambos dispositivos los cuales son el módulo de adquisición y transmisión de sonidos (101) y el módulo de control (102); el módulo de control (102) sensará continuamente el estado de respiración del neonato, información que será procesada por el microcontrolador (206) para enviar la instrucción de activación de los actuadores vibratorios (210) si se detecta un periodo de apnea, asi como encender una alarma visual y auditiva (705) de acuerdo a lo siguiente:
I. Si detecta un periodo de 20 segundos con ausencia de movimiento, los actuadores vibradores (210) se activarán por un periodo de 5 segundos, al mismo tiempo que encenderá un indicador visual (705) a manera de alarma.
II. Durante los siguientes 3 segundos posteriores, si el sistema detecta movimiento, retomará su actividad normal y apagará la alarma visual (705).
III. Si no se detecta respiración se activará el movimiento vibratorio de los actuadores (210) por otros 5 segundos, la alarma visual (705) seguirá encendida y se encenderá una alarma auditiva.
IV. Durante los siguientes 2 segundos, si el sistema detecta movimiento, retomará su actividad normal y apagará la alarma visual-(705) y auditiva, de lo contrario los actuadores (210) y las alarmas seguirán activas hasta que sean apagadas manualmente por la asistencia de un adulto.
La descripción anterior de las definiciones dadas a conocer, se proporciona para permitir que cualquier persona experta en la técnica hacer o utilizar la presente invención. Diversas modificaciones a estas definiciones y/o implementaciones serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, y los principios genéricos aquí definidos pueden aplicarse a otras realizaciones sin apartarse del espíritu o alcance de la invención. Así, la presente invención no está destinada a limitarse a las realizaciones mostradas en este documento, sino que debe concedérsele el alcance más amplio consistente con las siguientes reivindicaciones y los principios y características novedosas descritas en este documento.