ES2550695B2 - Aparato de electrocardiografía - Google Patents

Abstract

Aparato de electrocardiografía.#Aparato de electrocardiogramas (ECG), que obtiene en paralelo las derivaciones bipolares I, II y III del ECG, que comprende únicamente tres o cuatro electrodos: dos electrodos manuales (101, 102) de tamaño y forma para caber íntegramente en cada mano y dos electrodos para los pies: un electrodo izquierdo (100) y un electrodo derecho (105) opcional, de superficie y forma inferior a la planta del pie del usuario.#Los electrodos manuales (101, 102) y el electrodo izquierdo (100) comprenden sendos seguidores de tensión (110, 111, 112) en su conexión con el sistema electrónico (200) de obtención y procesamiento del ECG, mientras que el electrodo derecho (105) puede conectarse a la masa del sistema electrónico (200). Los electrodos manuales (101, 102) pueden ser sendas esferas conductoras y los electrodos para los pies, discos, de forma que tengan sus correspondientes seguidores de tensión (110, 111, 112) dentro de los electrodos correspondientes.

Description

Sector de la técnica. La presente invención se refiere a un aparato de electrocardiografía

que permite obtener de forma rápida y cómoda para el paciente las tres derivaciones bipolares estándar del electrocardiograma (ECG), las cuales exigen medir simultáneamente el potencial eléctrico en al menos tres extremidades para conocer la actividad eléctrica del

corazón.

Es de aplicación en la industria hospitalaria y de la salud.

Estado de la técnica conocido.

El electrocardiograma (ECG o EKG) ofrece información sobre la actividad eléctrica del corazón. En exploraciones cardiológicas rutinarias, el ECG se obtiene mediante diez electrodos: cuatro en una zona plana respectiva de cada una de las cuatro extremidades, y otros seis electrodos sobre el tórax, en las proximidades del corazón. Estos electrodos se sujetan mediante cinta adhesiva, o bien son autoadhesivos, o incorporan un elemento de succión que garantice un buen contacto entre la piel y el metal. Para reducir la duración de la exploración, los electrodos de las extremidades pueden ser una pinza que incluya al menos una superficie conductora en una de sus dos caras internas y que ejerza una presión suficiente para que dicha superficie conductora establezca un contacto firme con la piel. En cualquier caso, en los electrocardiógrafos convencionales, los electrodos son aplicados al cuerpo del paciente recostado, de forma que éste participa en la medición pasivamente y los electrodos los coloca otra persona.

Todo este procedimiento dura varios minutos pues el sujeto debe

5 descalzarse y tumbarse sobre una camilla, y hay que colocar y sujetar los electrodos en los puntos adecuados. Además, es un proceso incómodo para muchas personas, en particular aquellas que por su edad avanzada o por su estado de salud preferirían no tener que recostarse, y también para aquellas que por su tradición cultural

10 preferirían no tener que exponer determinadas partes de su piel, tal

como exige la colocación de electrodos adhesivos o de pinza, ni que

otra persona las toque.

Una forma de superar estos inconvenientes de lentitud,

15 incomodidad y necesidad de otra persona que aplique adecuadamente los electrodos es obtener el ECG mediante electrodos cuyo contacto con el cuerpo lo establezca el propio sujeto en lugar de serie colocados sobre su piel, donde quedan sujetos por presión o adhesión. Para resolver este problema se han propuesto múltiples soluciones.

20 Algunas soluciones consisten en un dispositivo manual con varios electrodos que el propio usuario pone en contacto con puntos específicos de su cuerpo, a la vez que toca otros electrodos incorporados en el mismo dispositivo. Así se pueden registrar

25 sucesivamente, pero no simultáneamente, distintas derivaciones del ECG, por ejemplo tal como describen los documentos US 2010/0204552, "Apparatus for monitoring biological information", Yamamoto et al., US 2010/0042008, "ECG data acquisition device", Amital y Amital, US 7647093B2 "Apparatus and method for cordless

30 recording and telecommunication transmission of three special ECG leads and their processing", Bojovic et al. Pero estos aparatos no obtienen las señales correspondientes a las derivaciones estándar, no siempre pueden medir simultáneamente todas las derivaciones que ofrecen y su uso es relativamente lento cuando alguno de sus electrodos debe establecer contacto con la piel del pecho. Además, el usuario necesita un adiestramiento previo para identificar los puntos de contacto y manejar el dispositivo con sus manos.

Una forma de conseguir medidas de ECG rápidas es hacer que los electrodos entren en contacto con partes del cuerpo que normalmente estén expuestas porque así no hay que quitarse ninguna prenda y ni siquiera desabrocharla. Así, en la patente US 7751872 "Portable

electrocardiogram", Claymanl se describe un elemento extensible, a modo de acordeón, dotado de dos asas en sus extremos, cada una de

las cuales incluye un electrodo metálico. Midiendo entre ellos se puede obtener una derivación bipolar. Para obtener otras dos derivaciones,

en lugar de un electrodo para la pierna izquierda, que no es fácil incorporar en un elemento portátil, tal como se reconoce en dicho documento, se propone un electrodo de pinza para la oreja izquierda, junto con un procesamiento analógico de las tensiones medidas con él

que tenga en cuenta que la polaridad de dichas tensiones es inversa a la obtenida cuando el electrodo está en contacto con la pierna izquierda. Pero estas dos últimas derivaciones que incluyen la oreja izquierda no son estándar.

En el documento US 2007/0021815 "Apparatus and method for obtaining cardiac data", Kaise y Findel, se propone obtener el ECG usando una plataforma con al menos dos electrodos metálicos, tal como una báscula de las que se utilizan para estimar la composición

corporal midiendo bioimpedancia plantar. Es un método rápido, que no

necesita ninguna ayuda para poner electrodos en las piernas porque el contacto eléctrico se establece con las plantas de los pies desca Izas, que es la forma habitual de usar dicho tipo de básculas, pero la señal obtenida es sumamente ruidosa, hasta el punto de que las ondas del ECG quedan totalmente enmascaradas por las interferencias de la red eléctrica, tal como muestra la figura 2 de dicho documento. Procesando digitalmente la señal se puede conseguir una sola derivación, no estándar, del ECG.

En el documento EP 1583019 A2 (Samsung Electronics Ca. Ltd.) se describe cómo obtener las tres derivaciones bipolares del ECG mediante dos electrodos de asa, uno para cada mano, y un electrodo para la suela de cada pie. Estos cuatro electrodos están dispuestos en una báscula electrónica pesa-personas. Todas las básculas electrónicas con capacidad para estimar la composición corporal a partir de la medida de la impedancia eléctrica entre los pies disponen de dichos electrodos para los pies, y aquellas con capacidad para medir la impedancia eléctrica de diversos segmentos del cuerpo poseen además electrodos de asa o manillar para las manos. En este documento EP 1583019 A2 no se muestran registros del ECG obtenidos con el sistema descrito, pero se explica que el ECG, junto con el peso y la impedancia, se utiliza para identificar automáticamente al usuario de la báscula y que los electrodos utilizados para obtener el ECG son los mismos que se emplean para medir la impedancia eléctrica de segmentos del cuerpo. No se menciona si las señales ECG son utilizadas para algún el diagnóstico cardíaco, ni se describe ninguna característica geométrica particular de los electrodos.

Los electrodos empleados en todos documentos citados anteriormente se denominan "secos" porque no requieren el uso de ningún gel conductor que reduzca la impedancia del contacto entre el electrodo metálico y la piel. En consecuencia, la impedancia de los electrodos secos depende mucho del área de contacto, del estado de sudoración de la piel y de la presión que el cuerpo ejerza sobre ellos. Pero una presión excesiva incrementa el ruido debido al electromiograma (la señal eléctrica que acompaña a la contracción muscular). En los electrodos de pinza convencionales, es la pinza metálica la que ejerce la presión sobre la piel, de forma que no hay apenas ruido debido al electromiograma. En las básculas comerciales con capaCidad para medir bioimpedancia, para garantizar un buen contacto eléctrico con independencia de la posición exacta de los pies

o de las manos, el área de las superfiCies que actúan como electrodos es muchas veces mayor que el área efectiva del contacto con los pies o con las manos.

Una impedancia de contacto demasiado alta puede acarrear una atenuación de las señales ECG y un aumento notable de las interferencias eléctricas debidas a la red de distribución eléctrica o a otros equipos eléctricos próximos, hasta el punto de saturar los amplificadores, en particular en entornos electromagnéticos no controlados, como puede ser un domicilio particular. La solución habitual para evitar una atenuación indeseada del ECG es conectar un amplificador seguidor de tensión (voltage buffer) al electrodo, mientras que para reducir las interferencias eléctricas se puede apantallar dicho electrodo mediante un blindaje eléctrico conectado a un potencial constante (la masa de señal), por ejemplo tal como describieron A. Lopez y P. C. Richardson en "Capacitive electrocardiographic and bioelectric electrodes", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. BME-ll, pág. 99, 1969, para el caso de electrodos colocados sobre el cuerpo

En los sistemas para medir bioimpedancia, dado que ésta se mide inyectando una señal de frecuencia normalmente superior a los 10 kHz, y por tanto mucho mayor que los 50/60 Hz de la red eléctrica, las posibles interferencias de ésta se pueden eliminar fácilmente mediante un filtro paso alto. Esta solución no es válida para el ECG porque éste posee componentes significativas en la banda de 0,05 Hz a 100 Hz.

En las propuestas descritas en los documentos US 2007/0021815 y EP 1583019 A2 citados, y que se basan en un electrodo para la suela de cada pie y asas o manillares para las manos, la conexión de un seguidor de tensión a cada electrodo no presentaría mayores dificultades técnicas, pero disponer en cada electrodo de un blindaje eléctrico conectado a un potencial constante y sin que dicho blindaje dificultara el contacto que deben establecer las manos o los pies, no sería fácil.

En la presente invención se describe cómo obtener las tres derivaciones bipolares del ECG superando todas estas limitaciones identificadas en los sistemas anteriores, y en particular la susceptibilidad a las interferencias eléctricas, y sin perder las ventajas de rapidez, facilidad de uso y comodidad, que son importantes tanto en entornos clínicos como en entornos no clínicos.

Breve explicación de la invención.

La invención consiste en un aparato para obtener electrocardiogramasl según se define en las reivindicaciones.

El electrodo para cada pie es una superficie conductora respectiva sobre la que se puede apoyar un pie de tal forma que el área conductora queda totalmente cubierta por el pie. Por lo tanto será de tamaño y forma diferente según el usuario previsto, en especial separando el caso de adultos o de niños.

Este aparato permite obtener de forma rápida y cómoda las tres derivaciones bipolares estándar 1, II Y 111 del electrocardiograma (ECG) de una persona de pie o sentada, y cuyas manos, en cualquiera de los dos casos, establecen contacto con sendos electrodos de tal forma que éstos quedan totalmente encerrados o cubiertos por las manos, y el electrodo de cada pie queda cubierto totalmente por el pie respectivo. De esta forma se consigue una alta inmunidad a las interferencias eléctricas debidas a la red de distribución eléctrica o a otros equipos eléctricos del entorno.

El objeto de esta invención es un aparato para obtener simultáneamente y de forma rápida, cómoda y fácil, las tres derivaciones estándar a las extremidades del ECG, también denominadas derivaciones bipolares, con alta inmunidad a las interferencias eléctricas debidas a la red de distribución eléctrica o a otros equipos eléctricos del entorno y sin que el paciente tenga que exponer sus brazos para colocar en cada uno de ellos un electrodo adhesivo o de pinza, electrodos que son necesarios para medir la diferencia de potencial eléctrico entre ellos y también entre cada brazo y un tercer electrodo conectado a la pierna izquierda, lo cual exige normalmente la exposición de una zona de la piel de dicha pierna o el pie.

La solución innovadora propuesta por la presente invención la constituye el empleo de electrodos conductores que queden totalmente cubiertos por cada pie o por cada mano, o que queden encerrados dentro de éstas.

Hemos encontrado que el aparato de la presente invención reduce las interferencias eléctricas y aumenta sensiblemente la calidad de la señal ECG al adquirir ésta mediante tres o cuatro electrodos conductores secos con dos de los cuales establece contacto la planta de cada pie de forma que cada electrodo queda totalmente cubierto por el pie respectivo (uno de ellos opcional), y con los otros dos electrodos establecen contacto respectivo cada una de las manos, bien sea agarrándolos, sujetándolos, tocándolos O apoyándose en ellos, de tal manera que las manos encierren o cubran totalmente la superficie conductora de cada electrodo.

El diseño especifico del aparato consiste en que, además de quedar cada electrodo cubierto o encerrado por un pie o una mano, hay un seguidor de tensión inmediato a cada uno de los tres electrodos de medida (manos y pie izquierdo), es decir, conectado a él por un conductor metálico muy corto, que preferentemente debe quedar cubierto a su vez por la superficie conductora del electrodo, de tal forma que no pueda haber acoplamiento capacitivo entre este conductor y la red eléctrica u otro conductor que tenga un potencial eléctrico no nulo. Entonces bastará conectar las salidas de cada seguidor de tensión a un amplificador diferencial multicanal para obtener simultáneamente las tres derivaciones bipolares del ECG. El uso de un seguidor de tensión en el electrodo debajo del pie izquierdo permite obtener el ECG incluso si se usan calcetines.

La presente invención permite obtener el registro simultáneo de las tres derivaciones bipolares estándar del ECG con alta inmunidad a las interferencias eléctricas y hacerlo de una forma rápida, cómoda y fácil para una persona que no tenga una formación específica, para lo cual le basta utilizar sólo sus manos y sus pies para establecer un contacto con sendos electrodos, a base de agarrarlos, sUjetarlos, tocarlos o apoyarse en ellos, sin necesidad de exponer ninguna otra parte de su cuerpo y sin quitarse los calcetines. Los electrodos pueden adaptarse a cualquier superficie plana o curvada, siempre que al establecer contacto con ellos queden cubiertos por la extremidad respectiva. Para mayor comodidad, la persona puede estar sentada y los electrodos dispuestos en los reposabrazos y los reposapiés. Para ganar tiempo y obtener el ECG mientras se está pesando una persona, los electrodos para los pies pueden colocarse sobre la báscula que se esté utilizando, aunque no sea electrónica, y los electrodos para las manos ser sostenidos uno por cada mano.

El aparato de electrocardiografía, para obtener electrocardiogramas (ECG), como se ha indicado, es del tipo que obtiene en paralelo las derivaciones bipolares 1, 11 Y 111 del ECG. En concreto comprende únicamente tres o cuatro electrodos. Dos serán electrodos manuales, de tamaño y forma para caber íntegramente en cada mano del usuario previsto, mientras que los otros dos serán electrodos para los pies, de superficie y forma inferior a la planta de un pie para poder contactar en toda su superficie con el correspondiente pie del usuario. El primero (tercero en el cómputo global) será un electrodo izquierdo, para ese pie, y el segundo (cuarto en el cómputo global) un electrodo derecho opcional, para el otro. Como ejemplo de electrodos manuales se citan esferas conductoras, y como ejemplo de electrodos para los pies, discos conductores con o sin base antideslizante.

Los electrodos para los pies podrán cambiarse de lado, si es necesario, pero se mantiene esta nomenclatura porque la práctica médica realiza los electrocardiogramas tomando como referencia la pierna derecha y por lo tanto es la que se conectará a masa en caso necesario. Sin embargo, la invención no se limita a esa única orientación, y podrá alternarse en caso de modificarse la práctica en el futuro O en el caso de pacientes con amputaciones, malformaciones, heridas abiertas, escayolas o cualquier otro motivo que impida o dificulte excesivamente utilizar el pie izquierdo para la medición .

La conexión con el sistema electrónico de obtención y procesamiento del ECG será, desde los electrodos manuales y el electrodo izquierdo, por medio de sendos seguidores de tensión, que preferentemente estarán dentro del correspondiente electrodo para que le proteja de interferencias. En cambio, el electrodo derecho opcional se conectará a la masa del sistema electrónico.

La necesidad de conectar el pie o pierna derecha a masa la determina el diseño de la etapa frontal del amplificador diferencial utilizado en el sistema electrónico de obtención y procesamiento del ECG, según es conocido en el estado de la técnica.

El sistema electrónico podrá comprender un amplificador diferencial multicanal y un digitalizador, que podrán situarse en una primera unidad física, y un procesador digital, y medios para el almacenamiento y la presentación simultánea de al menos tres señales analógicas, que podrán situarse en una segunda unidad física como un ordenador. En caso de disponerse en dos unidades físicas, se requerirá una conexión entre ambas que podrá ser inalámbrica, o seguir cualquiera de los estándares USB disponibles.

Descripción de los dibujos. Para una mejor comprensión de la invención/ se incluyen las

siguientes figuras: La figura 1 es un diagrama con los bloques del método de medida propuesto.

La figura 2A es un diagrama de los electrodos manuales conductores, la figura 2B es un diagrama del electrodo izquierdo, y la figura 2C es un diagrama del electrodo derecho.

La figura 3 muestra las derivaciones bipolares 1, II Y III del ECG obtenidas para una persona de pie empleando la invención.

La figura 4 muestra el espectro de tensión de la derivación 1 del registro mostrado en la figura 3, donde se puede comprobar la ausencia de picos significativos relacionados con las interferencias eléctricas ocasionadas por la red eléctrica (a 50 Hz) o por los tubos fluorescentes (a 100 Hz).

La figura 5 es un diagrama con los bloques descritos en la realización preferente de la presente invención.

Modos de realización de la invención.

A continuación se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.

Los elementos constitutivos del aparato de la invención representado en las figuras son:

Un electrodo izquierdo 100 conductor, con el que el sujeto establece contacto mediante el pie izquierdo, y otro electrodo derecho 105 conductor opcional, con el que establece contacto el pie derecho.

Un amplificador seguidor de tensión 110 conectado al electrodo izquierdo 100, cuya salida está conectada mediante un cable 120 a una de las entradas del amplificador diferencial multicanal 201 que forma parte de un sistema electrónico 200.

Un par de electrodos manuales 101 y 102 conductores con los que el sujeto establece un contacto simultáneo tocando cada electrodo con una mano distinta, bien sea apoyando una mano en cada electrodo, bien sea agarrando, o sUjetando cada electrodo con una mano distinta, de tal forma que cada electrodo quede totalmente encerrado o cubierto por la mano respectiva.

Un par de seguidores de tensión 111 y 112, conectados respectivamente a los electrodos manuales 101 y 102 Y cuyas salidas estás conectadas mediante cables 121 y 122 respectivos a una de las entradas del amplificador diferencial 201 multicanal que forma parte de un sistema electrónico 200.

Tres cables 120, 121 Y 122, uno para cada electrodo de medida, que incluyen conductores para las respectivas tensiones de salida de los seguidores de tensión, que se conectan al amplificador diferencial multicanal 210, y que pueden incluir también conductores para las tensiones de alimentación de dichos seguidores de tensión.

Un cable del pie derecho 123 que conecta el electrodo derecho 105 a la masa de señal del amplificador diferencial 201, si por su diseño éste necesita dicha conexión para funcionar correctamente. En caso contrario, una buena conexión a masa de los demás elementos sería suficiente y se podría obviar el electrodo derecho (105) Y su cableado.

Un sistema electrónico 200 para la obtención y procesamiento del ECG que acepta señales de los tres seguidores de tensión 110, 111 Y 112 conectados a los electrodos de medida. Para ello, además del amplificador diferencial 201, este sistema electrónico 200 incluye las demás funciones necesarias en un electrocardiógrafo convencional, tales como un digitalizador 202, un procesador digital 203, y medios para el almacenamiento 204 y la presentación 205 simultánea de al menos tres señales analógicas. Dicho sistema electrónico 200 puede estar constituido por una sola unidad física o por varias unidades físicas interconectadas eléctricamente con o sin hilos.

En una realización preferente, los electrodos izquierdo y derecho 100 y 105 de la figura 2 pueden ser sendos discos metálicos de 5 cm de diámetro adheridos a sendos discos de material antideslizante que está depositado sobre una superficie plana, como por ejemplo el suelo. El sujeto pone el pie izquierdo sobre el disco metálico correspondiente y el pie derecho sobre el otro, de forma que se apoye en cada uno con la parte frontal o con la parte posterior del pie y lo cubra totalmente. No es necesario que los pies estén descubiertos sino que pueden estar cubiertos con un calcetín transpirable.

El disco metálico en contacto con el pie izquierdo está conectado a un seguidor de tensión 110 basado en un amplificador operacional alojado dentro del material antideslizante y conectado a un cable 120 que incluye cuatro conductores: las tensiones de alimentación positiva

5 y negativa para el seguidor de tensión, la masa de señal a la cual va conectada un resistor de polarización de la entrada del seguidor de tensión, y la señal de salida de este seguidor de tensión. El tramo inicial del cable está alojado dentro del disco de material antideslizante para que éste pueda apoyarse en el suelo. El disco metálico en

10 contacto con el pie derecho está conectado directamente a la masa de señal del sistema electrónico 200.

En esta realización preferente, los electrodos manuales 101 y 102 mostrados en la figura 2 son sendas esferas metálicas huecas de 4 cm

15 de diámetro, que es un tamaño adecuado para que dichas esferas

queden encerradas por las manos al cogerlas un adulto. En caso de

requerirse la aplicación en un niño, la esfera será de menor tamaño.

Dentro de cada esfera se aloja los seguidores de tensión respectivos 111 y 112, con su resistencia de polarización, y el cable 121 y 122

20 respectivo emerge de una pequeña abertura practicada en la superficie de la esfera. Estos cables 121 y 122 tienen un diámetro de 3 mm, de modo que pasa bien en el espacio entre dos dedos, disponiendo de los mismos cuatro conductores que el cable 120.

25 El sistema electrónico 200 pod rá estar constituido por dos unidades físicas, 300 y 400. Una primera unidad 300 incluye el amplificador diferencial 201 multicanal y el digitalizador 202, y está conectada mediante una conexión 210, con o sin hilos, a la segunda unidad 400

que incluye el procesador digital 203, los medios de almacenamiento 30 204 Y los medios de presentación 205.

En una realización, la conexión 210 cumple el estándar USB, en cualquiera de sus variantes (USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, etc.). de modo que tanto la primera unidad 300 como los seguidores de tensión 110, 111 Y 112 reciben la alimentación a partir de dos de los hilos de dicha conexión 210. La segunda unidad 400 puede estar alimentada con baterías o desde la red eléctrica. Esta realización preferente tiene la ventaja de que la primera unidad 300 recibe la alimentación a través de la misma conexión 210 mediante la que comunica sus señales y que se ha elegido de 2 m. Así, la primera unidad 300 se puede disponer sobre la misma mesa donde está la segunda unidad 400, que en esta realización preferente es un ordenador portátil.

La figura 3 muestra las derivaciones bipolares 1, II Y III del ECG obtenidas en una persona que estaba de pie en un entorno lleno de aparatos electrónicos, empleando esta realización preferente con un ordenador portátil como segunda unidad 400, alimentado desde la red eléctrica. La ausencia de las interferencias eléctricas más comunes se comprueba en la figura 4, donde no se aprecian picos ni en la frecuencia de 50 Hz ni en sus armónicos.

La figura 5 muestra el diagrama de bloques de esta realización preferente.

Una vez descrita suficientemente la invención, así como una realización preferente, sólo debe añadirse que es posible realizar modificaciones en su constitución y materiales empleados sin apartarse del alcance de la invención, definido en las siguientes

reivindicaciones.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1-Aparato de electrocardiografía, del tipo que obtiene en paralelo las

   derivaciones bipolares 1, II Y III del electrocardiograma (ECG), que

   comprende únicamente tres o cuatro electrodos y caracterizado porque

   los seguidores de tensión (110,111,112) están situados dentro de los

   electrodos correspondientes, de forma que están cubiertos por la

   superficie conductora del electrodo.