REFLEJOS.

MEMORIA DESCRIPTIVA

Sector técnico

La invención pertenece al campo de la instrumentación electrónica aplicada a la medición de parámetros fisiológicos del ser humano y al diagnóstico médico.

Técnica anterior

El reflejo patelar es un elemento del examen neurológico fundamental en el análisis de la indemnidad o no de las estructuras neurológicas periféricas (nervio sensitivo aferente y nervio motor eferente) con la integración medular central.

El reflejo viaja por fibras sensitiva aferentes, se integra a nivel medular y envía su respuesta motora eferente por fibras motoras que inervan en este caso el músculo cuadríceps que se contrae bruscamente, completando el arco reflejo.

Actualmente el método utilizado para evaluar el reflejo patelar es el siguiente. El paciente está sentado o acostado con la rodilla flexionada y relajada. El profesional médico percute el tendón del cuadríceps femoral inmediatamente debajo de la rótula con un martillo. Este golpe provoca un estiramiento del tendón del músculo, respondiendo con una contracción brusca. Dependiendo de la amplitud de la respuesta, los reflejos se valoran en grados siguiendo la escala desde 0, ausencia de respuesta a 4, hiperactivo, muy brusco.

El desarrollo de instrumentos para medir el movimiento humano tiene antecedentes en el siglo diecinueve cuando el fisiólogo C. Ludwig inventó el kimógrafo, que se emplea para medir diversos tipos de movimientos del cuerpo humano y no solamente reflejos. Al comienzo era puramente mecánico y registraba los datos en papel. En sus versiones actuales, estos aparatos incorporan electrónica y computadores, pero siguen siendo de arquitectura compleja y de tamaño tal que no son portátiles. El profesional debe interpretar los datos de los gráficos de acuerdo a cada situación.

En el estado del arte existen instrumentos orientados específicamente a la medición de reflejos, pero que su tamaño aún es tal que los hace invasivos, perturbando la movilidad del paciente. Un aparato inventado en Estados Unidos, patente n° 4,436,099 otorgada el 13 de marzo de 1984, "Instrument for measuring the range of motion associated with a human body joint". Es un aparato cuyo funcionamiento se basa un medidor del ángulo que forman dos varillas metálicas. Un extremo de una varilla se fija al muslo y un extremo de la segunda varilla se fija a la pierna. El tamaño del aparato es tal que el sistema resultante afecta la movilidad de la pierna por lo cual las medidas resultan perturbadas. Otra patente que se encuentra en el campo de la presente invención es la n° 6480735 de Estados Unidos, "Neuromuscular reflex assessment method" del 12 de noviembre de 2002. Se trata de un dispositivo de electromiografía, que utiliza un método totalmente diferente al que utiliza la presente invención.

Existen también antecedentes de trabajos académicos en que se reporta la utilización de acelerómetros MEMS para medir las variables dinámicas de movimientos reflejos, pero estos trabajos no se traducen en dispositivos comerciales. Un procedimiento ha sido descrito por Mamizuka et al., "Kinematic quantitation of the patellar tendón reflex using a tri-axial accelerometer". J Biomech. 2007 ;40(9):2107-11. Epub 2006 Nov 30. Un acelerómetro se fija en el tobillo de la persona. Los datos son adquiridos mediante un analizador de señales y se emplea un notebook para su posterior análisis. Una línea de investigación también se ha desarrollado en la Universidad de California, Los Ángeles. Se emplean acelerómetros MEMS, que se fijan a la pierna del paciente. Su objetivo ha sido evaluar la utilidad de estos acelerómetros para medir el reflejo patelar. Algunas referencias son LeMoyne, et al., Biomed. Eng. IDP, UCLA, Los Angeles, CA, "Evaluation of a wireless three dimensional MEMS accelerometer reflex quantif ¡catión device using an artificial reflex system" Complex Medical Engineering, 2009. CME. ICME International Conference 9-11 April 2009, pg 1 - 5 y LeMoyne, et al., Biomed. Eng. IDP, UCLA, Los Angeles, CA, USA, "Wireless accelerometer reflex quantification system characterizing response and latency", en: Engineering in Medicine and Biology Society, 2009. EMBC 2009. Annual International Conference of the IEEE, 3-6 Sept. 2009, pg. 5283 - 5286. En Sudáfrica, el trabajo de Alexander Cario Busch , "Reflex Sensors for Telemedicine Applications" Department of Mechanical and Mechatronic Engineering, University of Stellenbosch, South Africa, March 2008, ha utilizado sensores integrados para adquirir datos del movimiento reflejo, datos que son analizados con el software matemático comercial Matlab.

En lo que respecta a aparatos comerciales, existen dispositivos basados en acelerómetros para medir parámetros del movimiento humano, como el Aparato Locometrix que se usa para el test de la marcha. Para medir el reflejo patelar, se han puesto en el mercado sistemas como Biopac, basado en un goniómetro eléctrico para medir el ángulo de la rodilla, y que requiere colocar varios sensores fijados a la piel del paciente.

Ninguno de estos desarrollos, patentes o investigaciones han dado lugar a aparatos portátiles que tengan la capacidad de medir y de procesar las señales en tiempo real, por lo cual los médicos no disponen de dispositivos de fácil uso e interpretación objetiva para medir el reflejo patelar.

Divulgación de la invención

Problema técnico que resuelve. El problema actual es que la respuesta del reflejo patelar o del reflejo aquiliano o de otros reflejos es evaluada subjetivamente por el profesional. En el caso de los valores altos de la escala del reflejo esta evaluación tiene una exactitud satisfactoria, pero para los valores bajos, al profesional le resulta difícil evaluar la intensidad de la respuesta refleja.

Adicionalmente, para el profesional resulta de interés conocer otras características del reflejo tales como la latencia y determinar si el reflejo es policinético o no, características que son extremadamente difíciles de evaluar de manera visual.

El instrumental que se ofrece actualmente a los profesionales, resulta molesto para el paciente, requiere ser colocado con fijaciones a varias partes de las extremidades del paciente y/o la información que entrega al profesional debe ser interpretada posteriormente a la realización de la medición y esta interpretación se realiza a partir de los datos en bruto.

Principio de funcionamiento de la invención

La presente invención permite una medición totalmente objetiva de las variables de la respuesta refleja, de manera mínimamente perturbadora para el paciente y tiene la capacidad de entregar de manera inmediata los resultados, calculando automáticamente los parámetros relevantes.

La invención tiene como componentes una electrónica de adquisición de datos del movimiento a partir de sensores, algoritmos de extracción de la información a partir de dichos datos y los elementos para entregar al profesional la información relevante mediante elementos visuales o auditivos, así como los elementos para trasferir los registros a ordenadores o sitios de Internet. La aceleración, velocidad y/o desplazamiento de la pierna son medidos mediante sensores electrónicos de pequeño tamaño, cuyas dimensiones son inferiores a los diez centímetros en su dimensión máxima y su peso alcanza como máximo unas decenas de gramos. Existe también la posibilidad de utilizar un sensor que mida la inclinación o un medidor de ángulos, manteniendo el principio fundamental del método de la presente invención.

Las variables dinámicas medidas por los sensores se someten a un tratamiento matemático para calcular la latencia, la amplitud y determinar si el reflejo es policinético. Este tratamiento puede llevarse a cabo en el mismo dispositivo que soporta los sensores o puede ser llevado a cabo en un dispositivo que se encuentra en una caja distinta, pero que constituye con el primero un todo único portátil e indivisible, conectados de manera inalámbrica o por cables.

Las variables características del reflejo, que han sido medidas o calculadas a partir de los datos, pueden ser visualizadas por el profesional, registradas en memoria o bien transferidas a un computador para llevar registros históricos de los pacientes, e incluso pueden ser analizadas con algoritmos de identificación de sistemas para obtener información adicional.

Breve descripción de los dibujos

La figura número 1 muestra la posición más adecuada para fijar a la extremidad el dispositivo que contiene el o los sensores (1).

La figura número 2 es un diagrama conceptual de los principales componentes de la invención. El elemento (2) es un sensor o varios sensores que miden variables dinámicas. Un conversor análogo numérico (3) toma muestras de la señal de los sensores a una frecuencia predefinida, por definición superior al doble del ancho de banda de la señal de los sensores. Los datos numéricos son procesados por un microcontrolador (4). Si es necesario, éste pone los datos en una memoria tampón (5) y/o los transmite a otro dispositivo mediante un transmisor (6). El microcontrolador realiza un tratamiento numérico de los datos y el resultado se convierte en una señal que comanda un arreglo de luces (7) para indicar la intensidad del reflejo patelar.

La figura número 3 muestra el dispositivo (8) en su elemento de fijación (9) a la extremidad, de manera que el arreglo de luces (10) sea claramente visible por el profesional. - -

Mejores maneras de realizar la invención

En todas las maneras de realizar la invención, un dispositivo que contiene al menos un sensor, es fijado en el tobillo o en la pierna del paciente para medir las variables del movimiento de la extremidad. En esta descripción, el sensor utilizado es un acelerómetro integrado MEMS.

Cuando la pierna se mueve, el acelerómetro registra la aceleración. Dado que el movimiento es de tipo pendular, es decir la rodilla permanece fija en su posición mientras que la pierna se mueve, esta aceleración de rotación se traduce en una aceleración lineal tangencial igual a oc>R y una aceleración radial igual a co ² R, donde ω es la velocidad instantánea de rotación y R es la distancia entre la rodilla y el lugar en que está fijado el sensor. Son las aceleraciones lineal y radial las que registra el sensor, junto con la aceleración de gravedad que, para esta forma de realizar la invención, es una perturbación que debe ser considerada en el tratamiento matemático.

En una forma de realizar la invención, un conversor análogo numérico es empleado para realizar un muestreo de la señal de salida del acelerómetro, a una frecuencia de muestreo acorde con la frecuencia de Nyquist. También existen acelerómetros integrados que realizan la medida de aceleración y la conversión análogo-digital en la misma pastilla o chip, entregando como salida una señal numérica.

En ambos casos, se emplea un microcontrolador tanto para adquirir los datos del sensor como para llevar a cabo la totalidad del tratamiento numérico, por lo cual todo se realiza en un sólo dispositivo que se encuentra solidario a la pierna. El microcontrolador puede calcular, a partir de las variables que han sido medidas por el sensor, la amplitud del reflejo en la escala de 0 a 4 e indicar mediante una pantalla alfanumérica el valor calculado. También el dispositivo puede ser construido de manera que cuente con luces o diodos optoelectrónicos exteriores y que según el valor en la escala, encienda la luz respectiva. El microcontrolador puede realizar también tratamientos de filtros digitales para eliminar ruido o eliminar constantes de deriva, por ejemplo mediante un filtro de Kalman.

Una segunda manera de realizar la invención utiliza dos dispositivos. El primero de ellos, de muy bajo peso y pequeño tamaño se fija a la pierna. Contiene los sensores y realiza un tratamiento numérico para indicar la escala del reflejo. Simultáneamente envía los datos a un segundo dispositivo extemo que realiza un tratamiento numérico para calcular otros parámetros tales como la latencia o determinar si se trata de un reflejo policinético. Este segundo dispositivo es de mayor tamaño por el hecho de que puede contar con una pantalla alfanumérica para entregar todos los datos al profesional. Este segundo aparato es de también portátil y puede incorporar la función de llevar los registros históricos de cada paciente.

La manera de transmitir los datos entre el dispositivo que se fija en la pierna del paciente y el dispositivo externo puede ser tanto inalámbrica como mediante cables. En todos los casos existe la posibilidad de registrar, guardar y transferir los datos de los sensores en bruto para tratamientos posteriores con fines de investigación.

Las características del espectro de frecuencia del estímulo que se aplica mediante el martillo, abre la posibilidad de distintos tratamientos numéricos incluyendo wavelets y modelos autorregresivos para la identificación de parámetros y el modelamiento de la respuesta. De esta manera, es posible reducir la deriva de los sensores, reducir el ruido y obtener un espacio vectorial de parámetros para la identificación completa del reflejo.

Otra de las formas de realizar la invención es utilizar dispositivos que contienen desde fábrica los elementos descritos.

Es el caso de algunos modelos de teléfonos celulares que traen integrados un acelerómetro MEMS, un microcontrolador y módulos de transmisión inalámbrica de corto alcance como Bluetooth o de transmisión de datos por redes de telefonía celular.

Aplicación industrial

La manera en que se propone que la invención sea utilizada, es principalmente en cuanto un instrumento para detectar de manera temprana la indemnidad o no de las estructuras neurológicas periféricas con la integración medular central. Esta detección es posible realizarla en el hogar, por los propios pacientes, bajo la condición de tener un instrumento que mida el reflejo de manera objetiva. Ello es de especial interés para los pacientes diabéticos o pacientes que reciben tratamiento con inmunodepresores. Para la aplicación comercial, se estima necesario proporcionar un software o logicial que permita descargar los datos desde el dispositivo que es materia de la presente invención hacia un ordenador. Los datos pueden ser enviados por Internet a un médico especialista o bien ser entregados en un soporte óptico o de memoria flash. Originalidad de la invención

La originalidad de la invención consiste en que se logra un sistema compacto, portátil y que tiene la capacidad de realizar el tratamiento de los datos de manera automática para indicar objetivamente y en tiempo real los parámetros relevantes del reflejo patelar. El kimógrafo es un aparato de gran tamaño, que no está diseñado específicamente para la medida del reflejo patelar y que no entrega de manera automática los parámetros del reflejo. El aparato patentado en Estados Unidos, patente n° 4,436,099, se basa un medidor de ángulos, debe ser fijado a la vez en el muslo y en la pierna. El tamaño de este aparato afecta la movilidad de la pierna por lo cual las medidas resultan perturbadas. No está diseñado para entregar al profesional una medición objetiva de manera rápida y automática. El aparato patentado en Estados Unidos, patente n° 6480735, utiliza un método de electromiografía no invasiva, que es totalmente diferente al que utiliza la presente invención.

Los trabajos académicos de Mamizuka y otros, Le oyne y otros y Alexander Cario Busch, son sistemas que combinan elementos sensores y programas computacionales comerciales para el análisis de los datos. Por consiguiente, no son sistemas comerciales ni están diseñados para entregar al profesional una medición objetiva de manera rápida y automática.

Los productos comerciales tales como Locometrix se usan para adquirir los datos del test de la marcha. El sistema Biopac, se basa en un goniómetro eléctrico para medir el ángulo de la rodilla, y que requiere colocar varios sensores fijados a la piel del paciente, por lo que resulta perturbador. Tampoco entrega toda la información relevante al profesional.