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ES2935558B2 - Respiration monitoring device - Google Patents
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ES2935558B2 ES202230830A ES202230830A ES2935558B2 ES 2935558 B2 ES2935558 B2 ES 2935558B2 ES 202230830 A ES202230830 A ES 202230830A ES 202230830 A ES202230830 A ES 202230830A ES 2935558 B2 ES2935558 B2 ES 2935558B2
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Ao Xiang
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Bosque Garcia Antonio Del
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Universidad Rey Juan Carlos
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Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Dispositivo de monitorización de la respiraciónRespiration monitoring device

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención se refiere a un dispositivo de monitorización de la respiración, configurado para incorporarse en una mascarilla o ser acoplado a una mascarilla, donde el dispositivo está configurado para monitorizar la respiración de un usuario que porta dicha mascarilla. El dispositivo está dotado de sensores que permiten captar el ritmo respiratorio del usuario, y está capacitado para enviar, por medio de una conexión de radio con un dispositivo conectado a internet, un ritmo respiratorio del usuario a una plataforma de telemedicina.The present invention relates to a breathing monitoring device, configured to be incorporated into a mask or attached to a mask, where the device is configured to monitor the breathing of a user wearing said mask. The device is equipped with sensors that allow the user's respiratory rate to be captured, and is capable of sending, through a radio connection with a device connected to the Internet, a user's respiratory rate to a telemedicine platform.

Mediante el dispositivo de monitorización de la respiración de la invención, se puede monitorizar desde un centro de salud o una unidad de telemedicina remota localizada en un hospital, el ritmo respiratorio de un usuario que porta una mascarilla que incorpore el dispositivo de la invención, pudiendo enviar alertas a un dispositivo móvil en caso de detectar cualquier anomalía en el ritmo respiratorio del usuario.By means of the breathing monitoring device of the invention, the respiratory rate of a user wearing a mask that incorporates the device of the invention can be monitored from a health center or a remote telemedicine unit located in a hospital, being able to send alerts to a mobile device if any anomaly is detected in the user's respiratory rate.

El dispositivo de monitorización de la respiración de la invención permite, opcionalmente, monitorizar mediante sensores adicionales otro tipo de variables relacionadas con el estado de salud y/o capacidad respiratoria del usuario.The respiration monitoring device of the invention allows, optionally, to monitor other types of variables related to the health status and/or respiratory capacity of the user using additional sensors.

El dispositivo de monitorización de la respiración, objeto de la presente invención, es de particular aplicación en el ámbito de los dispositivos de telemedicina y de monitorización en remoto del estado de salud de un usuario. The breathing monitoring device, object of the present invention, is of particular application in the field of telemedicine devices and remote monitoring of a user's health status.

Antecedentes de la invención y problema técnico a resolverBackground of the invention and technical problem to be solved

La pandemia producida por el Sars Cov 2 (Covid 19) ha hecho necesario el uso de mascarillas en multitud de situaciones.The pandemic caused by Sars Cov 2 (Covid 19) has made it necessary to use masks in many situations.

Las mascarillas frecuentemente producen dificultad en la respiración y, en determinadas situaciones de ejercicio físico o de estados de nervios o ansiedad del usuario que porta la mascarilla, pueden resultar un impedimento importante para respirar.Masks frequently cause difficulty in breathing and, in certain situations of physical exercise or nervous or anxiety states of the user wearing the mask, they can be a significant impediment to breathing.

Es frecuente que, en hospitales o residencias, haya personas que permanecen mucho tiempo portando la mascarilla. Estas personas, debido a su edad o a su situación de especial vulnerabilidad, deben ser supervisadas de manera constante, para comprobar su estado de salud y asegurarse que están respirando correctamente.It is common that, in hospitals or nursing homes, there are people who remain wearing the mask for a long time. These people, due to their age or their particularly vulnerable situation, must be constantly supervised to check their health and ensure that they are breathing correctly.

En el estado de la técnica se conocen algunas mascarillas que permiten llevar a cabo una supervisión remota de algunas variables relacionadas con la salud y/o respiración del usuario que porta la mascarilla.In the state of the art, some masks are known that allow remote monitoring of some variables related to the health and/or breathing of the user wearing the mask.

Así pues, en el documento “Towards data-driven pre-operative evaluation of lung cáncer patients: the case of smart mask B. Myers, J.A. Nahal, C. Yang, L. Brown, S. Ghiasi, A. Knoesen, in: Proceedings of the 2016 IEEE Wireless Health (WH), 2016, pp. 1-6, se describe una mascarilla portátil diseñada para medir los niveles de oxígeno y dióxido de carbono en la respiración, así como los niveles de actividad vital del paciente. Los datos de oxígeno, dióxido de carbono y actividad se pueden medir continuamente durante un largo período de tiempo en el entorno de elección del paciente. La máscara es capaz de transferir datos inalámbricos a teléfonos inteligentes básicos. Esta mascarilla precisa de una pila o fuente de alimentación externa y no permite monitorizar el ritmo respiratorio del usuario. Adicionalmente, la mascarilla descrita en este documento ha de ser bastante robusta (mucho más rígida que, por ejemplo, una mascarilla quirúrgica o FFP2) pues ha de albergar dichos sensores. Thus, in the document “Towards data-driven pre-operative evaluation of lung cancer patients: the case of smart mask B. Myers, JA Nahal, C. Yang, L. Brown, S. Ghiasi, A. Knoesen, in: Proceedings of the 2016 IEEE Wireless Health (WH), 2016, pp. 1-6, a portable mask designed to measure breathing oxygen and carbon dioxide levels, as well as the patient's vital activity levels, is described. Oxygen, carbon dioxide and activity data can be measured continuously over a long period of time in the environment of the patient's choice. The mask is capable of wireless data transfer to basic smartphones. This mask requires a battery or external power source and does not allow the user's breathing rate to be monitored. Additionally, the mask described in this document must be quite robust (much more rigid than, for example, a surgical or FFP2 mask) since it must house said sensors.

Por otra parte, en el documento "Lab-on-Mask for Remóte Respiratory Monitoring’ [Pan, L., Wang, C., Jin, H., Li, J., Yang, L., Zheng, Y., Wen, Y., Tan, B. H., Loh, X. J., & Chen, X. (2020). ACS Materials Letters, 2(9), se describe una mascarilla inteligente, muy parecida a la divulgada en el documento anterior, que presenta diferentes sensores integrados en una PCB que permiten monitorizar en la nube diferentes parámetros físicos asociados a la pneumonía como son el ritmo cardiaco, la presión sanguínea y la saturación de oxígeno en sangre. De nuevo, esta mascarilla ha de ser robusta, tiene bastante peso debido a los componentes integrados en una PCB que forma parte de la estructura de la mascarilla y no monitoriza la respiración.On the other hand, in the document " Lab-on-Mask for Remote Respiratory Monitoring" [Pan, L., Wang, C., Jin, H., Li, J., Yang, L., Zheng, Y., Wen , Y., Tan, BH, Loh, XJ, & Chen, integrated into a PCB that allows different physical parameters associated with pneumonia to be monitored in the cloud, such as heart rate, blood pressure and blood oxygen saturation. Again, this mask must be robust, it is quite heavy due to the components integrated into a PCB that is part of the mask structure and does not monitor breathing.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

Con objeto de solucionar los inconvenientes anteriormente mencionados, la presente invención se refiere a un dispositivo de monitorización de la respiración.In order to solve the aforementioned drawbacks, the present invention relates to a respiration monitoring device.

El dispositivo de monitorización de la respiración, objeto de la presente invención, comprende un elemento sensor de deformación configurado para incorporarse a una mascarilla y para producir una señal eléctrica ante las deformaciones producidas en el tejido (o material textil) de la mascarilla por la respiración de un usuario portador de la mascarilla.The respiration monitoring device, object of the present invention, comprises a deformation sensor element configured to be incorporated into a mask and to produce an electrical signal in response to the deformations produced in the fabric (or textile material) of the mask by breathing. of a user wearing the mask.

El dispositivo de monitorización de la respiración está configurado para transmitir dicha señal eléctrica a un centro de monitorización remoto.The respiration monitoring device is configured to transmit said electrical signal to a remote monitoring center.

Mediante el dispositivo de monitorización de la respiración descrito anteriormente se permite, mediante un elemento sensor de deformación, monitorizar la respiración del usuario de una mascarilla (gracias a la medición de las deformaciones en el elemento sensor de deformación, deformaciones que a su vez reflejan las deformaciones en el material de la mascarilla producidas por las inspiraciones y espiraciones del usuario).By means of the breathing monitoring device described above, it is possible, by means of a deformation sensing element, to monitor the breathing of the user of a mask (thanks to the measurement of deformations in the deformation sensing element, deformations that in turn reflect the deformations in the mask material produced by the user's inhalations and exhalations).

De manera preferente, el elemento sensor de deformación comprende al menos una lámina configurada para ser intercalada en las capas que conforman el material de la mascarilla, o para ser adherida a una cara o superficie exterior de la mascarilla.Preferably, the deformation sensing element comprises at least one sheet configured to be inserted into the layers that make up the mask material, or to be adhered to a face or exterior surface of the mask.

Lo anterior permite poder monitorizar la respiración del usuario, sin aumentar en exceso el peso y la consistencia de la mascarilla. This allows us to monitor the user's breathing, without excessively increasing the weight and consistency of the mask.

Según una primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, el elemento sensor de deformación está formado por un primer material consistente en resina flexible epoxi poli(etilenglicol) diglicidil éter reforzada con nanoplaquetas de grafeno (GNPs) y endurecida con 4,4-diaminodifenilsulfona (DDS) (GNP/PEGDGE).According to a first embodiment of the respiration monitoring device, the deformation sensing element is formed by a first material consisting of flexible poly(ethylene glycol) diglycidyl ether epoxy resin reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs) and hardened with 4,4 -diaminodiphenylsulfone (DDS) (GNP/PEGDGE).

También según la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, el elemento sensor de deformación puede estar conectado mediante conexión cableada a un primer emisor.Also according to the first embodiment of the respiration monitoring device, the strain sensing element can be connected by wired connection to a first emitter.

Según una segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, el elemento sensor de deformación está formado por un segundo material consistente en un material triboeléctrico configurado para actuar como nanogenerador triboeléctrico de energía (TENG).According to a second embodiment of the respiration monitoring device, the strain sensing element is formed by a second material consisting of a triboelectric material configured to act as a triboelectric energy nanogenerator (TENG).

Este segundo material puede ser ignífugo y/o resistente a la humedad.This second material can be fireproof and/or moisture resistant.

Según una primera variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, el elemento sensor de deformación está conectado de manera inalámbrica, mediante una antena, a un primer emisor, a través de un primer receptor configurado para recibir señales desde el elemento sensor de deformación a través de la antena, donde el primer receptor está conectado a dicho primer emisor.According to a first variant of the second embodiment of the respiration monitoring device, the strain sensing element is connected wirelessly, by means of an antenna, to a first transmitter, through a first receiver configured to receive signals from the deformation sensing element through the antenna, where the first receiver is connected to said first emitter.

Según una segunda variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, el elemento sensor de deformación está conectado mediante conexión cableada a un primer emisor.According to a second variant of the second embodiment of the respiration monitoring device, the strain sensing element is connected by wired connection to a first emitter.

El primer emisor puede estar configurado para transmitir una señal con datos relativos a la respiración del usuario al centro de monitorización remoto, a través de una comunicación inalámbrica con un módulo de recepción, donde el módulo de recepción comprende una conexión a internet para la transmisión de los datos relativos a la respiración del usuario a una plataforma de internet (plataforma de telemedicina), accesible desde un equipo de monitorización (dispositivo electrónico con conexión a internet) situado en el centro de monitorización remoto. The first transmitter may be configured to transmit a signal with data related to the user's breathing to the remote monitoring center, through wireless communication with a reception module, where the reception module comprises an internet connection for the transmission of the data relating to the user's breathing to an internet platform (telemedicine platform), accessible from monitoring equipment (electronic device with internet connection) located in the remote monitoring center.

La comunicación inalámbrica entre el primer emisor y el módulo de recepción puede estar configurada en una primera etapa de corto alcance y una segunda etapa de largo alcance, donde en la primera etapa de corto alcance el primer emisor está configurado para transmitir una señal de radiofrecuencia de corto alcance portadora de los datos relativos a la respiración del usuario a un módulo de comunicaciones, y donde en la segunda etapa de largo alcance el módulo de comunicaciones está configurado para transmitir una señal de radiofrecuencia de largo alcance portadora de los datos relativos a la respiración del usuario al módulo de recepción.The wireless communication between the first transmitter and the reception module may be configured in a first short-range stage and a second long-range stage, where in the first short-range stage the first transmitter is configured to transmit a radio frequency signal of short range carrying the data relating to the user's breathing to a communications module, and where in the second long range stage the communications module is configured to transmit a long range radio frequency signal carrying the data relating to the breathing from the user to the reception module.

Según un aspecto de la invención, el primer emisor puede estar configurado para situarse en un brazalete (o prenda o elemento wearable) portado por el usuario. El primer emisor puede estar configurado para situarse en una tobillera o en una muñequera o pulsera.According to one aspect of the invention, the first emitter may be configured to be placed on a bracelet (or garment or wearable item) worn by the user. The first transmitter may be configured to be placed on an anklet or on a wristband or bracelet.

El dispositivo permite monitorizar también otras constantes vitales como el pulso dentro del mismo dispositivo, mediante la incorporación de los correspondientes sensores tales como un pulsioxímetro.The device also allows monitoring other vital signs such as pulse within the same device, by incorporating the corresponding sensors such as a pulse oximeter.

La presente invención se refiere también a una mascarilla que incorpora un dispositivo de monitorización de la respiración según se ha descrito anteriormente.The present invention also relates to a mask incorporating a breathing monitoring device as described above.

La mascarilla puede estar fabricada en un material ignífugo y/o resistente a la humedad.The mask can be made of a flame retardant and/or moisture resistant material.

La mascarilla puede comprender un dispositivo de monitorización de la respiración según la segunda forma de realización descrita anteriormente en donde todo o parte del tejido o material textil de la mascarilla está formado por el segundo material.The mask may comprise a breathing monitoring device according to the second embodiment described above wherein all or part of the fabric or textile material of the mask is formed by the second material.

La presente invención se refiere también a un material consistente en resina flexible epoxi poli(etilenglicol) diglicidil éter reforzada con nanoplaquetas de grafeno (GNPs) y endurecida con 4,4-diaminodifenilsulfona (DDS) (GNP/PEGDGE), apropiada para su uso como elemento sensor (100) de deformación).The present invention also relates to a material consisting of a flexible poly(ethylene glycol) diglycidyl ether epoxy resin reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs) and hardened with 4,4-diaminodiphenylsulfone (DDS) (GNP/PEGDGE), suitable for use as deformation sensor element (100).

Asimismo, la presente invención se refiere también al uso del material mencionado en el párrafo anterior como elemento sensor de deformación. Likewise, the present invention also refers to the use of the material mentioned in the previous paragraph as a deformation sensing element.

Así pues, la presente invención busca resolver uno de los problemas más importantes relacionados con la monitorización de parámetros biológicos y constantes vitales de una persona, como su respiración, algo que es fundamental en el campo de la medicina y más en situaciones de pandemias o epidemias dentro y fuera de hospitales. En la actualidad no se conocen sensores que sean muy ligeros, altamente sensibles a los movimientos, muy baratos, que en ciertos casos puedan generar su propia energía de funcionamiento y que envíen señales de voltaje de forma remota a una unidad de control o a un sistema receptor portátil como un móvil o un tablet. Mediante un material que es muy pequeño y ligero, altamente sensible al cambio de su resistencia eléctrica por deformación, podemos monitorizar la respiración de un paciente a través de los movimientos que sufre la mascarilla (FPP2, quirúrgica, etc.) que lleva puesta, durante los procesos de inspiración y espiración.Thus, the present invention seeks to solve one of the most important problems related to the monitoring of biological parameters and vital signs of a person, such as their breathing, something that is fundamental in the field of medicine and even more so in situations of pandemics or epidemics. inside and outside hospitals. Currently, there are no known sensors that are very light, highly sensitive to movements, very cheap, that in certain cases can generate their own operating power and that send voltage signals remotely to a control unit or a receiving system. portable like a cell phone or tablet. Using a material that is very small and light, highly sensitive to the change in its electrical resistance due to deformation, we can monitor a patient's breathing through the movements suffered by the mask (FPP2, surgical, etc.) that they are wearing, during the processes of inspiration and expiration.

En el caso de que el material sea un sensor de energía triboeléctrica (TENG) (segunda forma de realización de la mascarilla), éste produce la propia energía de funcionamiento y envía señales por sí sólo a un sistema receptor mediante una antena que salga del mismo sensor o por un emisor radio que esté conectado al mismo y que envié la señal inalámbrica a un Gateway o receptor conectado a internet, de tal forma que la señal de monitorización pueda verse en una plataforma de internet.In the event that the material is a triboelectric energy sensor (TENG) (second embodiment of the mask), it produces its own operating energy and sends signals on its own to a receiving system through an antenna that comes out of it. sensor or by a radio transmitter that is connected to it and that sends the wireless signal to a Gateway or receiver connected to the Internet, so that the monitoring signal can be seen on an Internet platform.

En el caso de la primera forma de realización de la mascarilla, el primer material altamente sensible a los cambios de resistencia eléctrica está conectado a una batería pequeña, por ejemplo, una pila plana de Li de 3 V, mediante dos electrodos que hacen de electrodos de fuerza y que generan la potencia eléctrica necesaria para que se pueda detectar el cambio de resistencia eléctrica del material al deformarse. Por otro lado, otros dos electrodos de monitorización o de medida y situados entre los otros dos electrodos de potencia, detectan la corriente que pasa por el circuito mediante la caída de potencial entre los puntos del material a los que están conectados y el cambio de conductividad de la muestra en esa longitud de material. Así, la diferencia de potencial, que es medida por un emisor de radio (tipo LoRa, Wi-Fi o similar), puede ser monitorizada en local o en remoto y mostrará un patrón en función del tipo de deformación que sufra el material.In the case of the first embodiment of the mask, the first material highly sensitive to changes in electrical resistance is connected to a small battery, for example, a 3 V flat Li cell, by means of two electrodes that act as electrodes. of force and that generate the necessary electrical power so that the change in electrical resistance of the material when deformed can be detected. On the other hand, two other monitoring or measuring electrodes, located between the other two power electrodes, detect the current that passes through the circuit through the potential drop between the points of the material to which they are connected and the change in conductivity. of the sample in that length of material. Thus, the potential difference, which is measured by a radio transmitter (type LoRa, Wi-Fi or similar), can be monitored locally or remotely and will show a pattern depending on the type of deformation suffered by the material.

El primer material altamente sensible a los cambios de conductividad eléctrica está constituido por una resina flexible epoxi de poli(etilenglicol) diglicidil éter (PEGDGE) reforzada con nanoplaquetas de grafeno (GNPs). El monómero de la resina epoxi de PEGDGE se endurece con 4,4-diaminodifenilsulfona (DDS). El sensor de deformación acoplado a la mascarilla puede tener unas dimensiones de 50x15x3 mm3 aunque esta geometría y dimensiones puede cambiarse, ya que es fácilmente manipulable.The first material highly sensitive to changes in electrical conductivity is constituted by a flexible epoxy resin of poly(ethylene glycol) diglycidyl ether (PEGDGE) reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs). The PEGDGE epoxy resin monomer is cured with 4,4-diaminodiphenylsulfone (DDS). The strain sensor attached to the mask can have dimensions of 50x15x3 mm3 although this geometry and dimensions can be changed, since it is easily manipulated.

Alternativamente, el segundo material que va unido a la mascarilla o incluso que puede hacer de recubrimiento entero de la misma, puede ser un nanogenerador de energía triboeléctrica (TENG) cuya fricción y contacto entre capas de diferente electronegatividad produce una muy alta electrificación y como consecuencia una elevada autogeneración de potencia eléctrica que es transmitida a través de unos electrodos que salen de las partes conductoras de las capas del TENG y que terminan en un sensor de emisor de radio. Este emisor de radio puede emitir de forma inalámbrica la señal de voltaje generada por el TENG o permite monitorizarla en local a través de una unidad de procesamiento, es decir, un ordenador, Tablet, o similar.Alternatively, the second material that is attached to the mask or even that can act as its entire coating, can be a triboelectric energy nanogenerator (TENG) whose friction and contact between layers of different electronegativity produces a very high electrification and as a consequence a high self-generation of electrical power that is transmitted through electrodes that emerge from the conductive parts of the TENG layers and end in a radio emitter sensor. This radio transmitter can wirelessly emit the voltage signal generated by the TENG or allow it to be monitored locally through a processing unit, that is, a computer, tablet, or similar.

El TENG puede estar hecho de diferentes materiales triboeléctricos. Por ejemplo: materiales retardantes de llama con diferente porcentaje de PPA-PEI y con concentraciones de PVN1, 5, 10 and 100 wt% PPA-PEI: PVDF. También otros pueden ser los que llevan HFP, como son los Paper@50PA:PVDF-HFP y otros de bajo coste y más fáciles de fabricar como son los que tienen PDMS: Al-paper:PDMS-Al.The TENG can be made of different triboelectric materials. For example: flame retardant materials with different percentages of PPA-PEI and with PV concentrations N 1, 5, 10 and 100 wt% PPA-PEI: PVDF. Others may also be those that have HFP, such as Paper@50PA:PVDF-HFP and others that are low cost and easier to manufacture, such as those that have PDMS: Al-paper:PDMS-Al.

El TENG puede tener una antena que emita a unos pocos metros la señal generada durante el proceso de respiración. De esta forma, no es necesario ningún emisor de señal siempre que a una distancia cercana se sitúe un receptor de radio que hace de Gateway y permite monitorizar en internet a través de cualquier plataforma IoT la señal generada por el TENG, correspondiente a la inspiración y espiración del sujeto.The TENG can have an antenna that emits the signal generated during the breathing process a few meters away. In this way, no signal transmitter is necessary as long as a radio receiver is located at a close distance that acts as a Gateway and allows the signal generated by the TENG, corresponding to inspiration and, to be monitored on the Internet through any IoT platform. subject's expiration.

Siempre que hay un emisor de radio, debe haber un receptor que reciba la señal y la envíe por Wi-Fi a cualquier portal de internet IoT o a través de un cable de Ethernet conectado a la red. El emisor también puede recibir la señal y monitorizarla en local, en un ordenador situado al lado del paciente.Whenever there is a radio transmitter, there must be a receiver that receives the signal and sends it via Wi-Fi to any IoT internet portal or through an Ethernet cable connected to the network. The transmitter can also receive the signal and monitor it locally, on a computer located next to the patient.

Los emisores de radio pueden ser de diferentes tipos y siguiendo varios protocolos. En el caso de que se use LoRa (Long Range), la distancia del emisor al receptor puede ser muy grande, hasta 20 km en zonas interurbanas y cientos de kms en zonas de campo abierto sin interferencias. Mediante una red LoRa pueden conseguirse envíos de patrones de respiración de forma continuada con frecuencias de adquisición de hasta 111 ms utilizando ciertos emisores LoRa y un código de subida y bajada de información especializado. De esta forma, la respiración del paciente puede ser monitorizada en unidades de control localizadas a distancias muy grandes del emisor de radiofrecuencia. Este sistema es de gran utilidad para los casos en que haya personas mayores viviendo solas y que tengan que utilizar mascarillas, ya sea en situaciones pandémicas como en situaciones en las que el paciente la necesite para la monitorización de su estado vital.Radio transmitters can be of different types and follow various protocols. In the case that LoRa (Long Range) is used, the distance from the transmitter to the receiver can be very large, up to 20 km in interurban areas and hundreds of km in open field areas without interference. Through a LoRa network, continuous transmissions of breathing patterns can be achieved with acquisition frequencies of up to 111 ms using certain LoRa transmitters and a specialized information upload and download code. In this way, the patient's breathing can be monitored in control units located nearby. very long distances from the radio frequency emitter. This system is very useful for cases in which there are elderly people living alone and who have to use masks, either in pandemic situations or in situations in which the patient needs one to monitor their vital status.

El RAK de LoRA o Gateway puede tener diferentes frecuencias de funcionamiento: en el rango de subGHz (868/914, MHz) o en el rango de 2.4 GHz.The RAK of LoRA or Gateway can have different operating frequencies: in the subGHz range (868/914, MHz) or in the 2.4 GHz range.

El primer emisor de radiofrecuencia está unido al primer material altamente sensible en cambios de resistencia eléctrica o al segundo material TENG correspondiente. Por ello, este primer emisor es pequeño y fácilmente integrable en la misma mascarilla o en un brazalete, tobillera, muñequera o pulsera que lleva el usuario.The first radio frequency emitter is attached to the first material highly sensitive to changes in electrical resistance or to the second corresponding TENG material. Therefore, this first emitter is small and easily integrated into the mask itself or into a bracelet, anklet, wristband or bracelet worn by the user.

En el caso de que se utilice sólo una antena para transmisión de la señal de respiración, no habrá emisor de radiofrecuencia sino simplemente un receptor que transmita por radio o por cable dicha señal a internet. Además, se puede utilizar junto al receptor un ADC (conversor analógico digital) para el cual por encima de cierto umbral la señal pase de estado bajo a alto.In the event that only one antenna is used to transmit the breathing signal, there will be no radio frequency transmitter but simply a receiver that transmits said signal to the Internet by radio or cable. In addition, an ADC (analog digital converter) can be used together with the receiver, for which, above a certain threshold, the signal goes from a low to a high state.

En el mismo emisor pueden enviarse mensajes de texto indicativos del estado de respiración del sujeto, de la misma forma que otros valores de alarma cuando el ritmo de respiración sea indicativo de apnea o problemas de salud.In the same transmitter, text messages indicative of the subject's breathing status can be sent, in the same way as other alarm values when the breathing rate is indicative of apnea or health problems.

En la misma mascarilla pueden incorporarse otros sensores tales como medidores de concentración de O2, de CO2, de NO al igual que de temperatura, humedad, presión, etc. Medirán dichas magnitudes físicas tanto debidas al aire expulsado en la mascarilla como debidas a las condiciones ambientales externas. Algunos de estos sensores, como son los de monitorización de condiciones ambientales, pueden ir integrados en el emisor de radiofrecuencia y se complementan con el ritmo de respiración detectado por el primer material altamente sensible a cambios de resistencia eléctrica como por la señal autogenerada por el segundo material TENG, incorporados en su caso a la mascarilla. Other sensors can be incorporated into the same mask, such as O 2 , CO 2 , NO concentration meters, as well as temperature, humidity, pressure, etc. They will measure these physical magnitudes both due to the air expelled in the mask and due to external environmental conditions. Some of these sensors, such as those for monitoring environmental conditions, can be integrated into the radio frequency emitter and are complemented by the respiration rate detected by the first material, highly sensitive to changes in electrical resistance as well as by the self-generated signal by the second. TENG material, incorporated where appropriate into the mask.

Breve descripción de las figurasBrief description of the figures

Se describe aquí de forma breve una figura a modo de ejemplo no limitativo, que ayuda a comprender mejor la invención:A figure is briefly described here as a non-limiting example, which helps to better understand the invention:

Figura 1: muestra de manera esquemática una primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración objeto de la presente invención.Figure 1: schematically shows a first embodiment of the respiration monitoring device object of the present invention.

Figura 2: muestra de manera esquemática la conexión del dispositivo de monitorización de la respiración a un brazalete con emisor de radio, según la primera o la segunda formas de realización del dispositivo de monitorización de la respiración objeto de la presente invención.Figure 2: schematically shows the connection of the respiration monitoring device to a bracelet with a radio transmitter, according to the first or second embodiment of the respiration monitoring device object of the present invention.

Figura 3: muestra de manera esquemática una primera variante de una segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración objeto de la presente invención, en donde los elementos sensores de deformación están configurados para la conexión cableada con un emisor de radiofrecuencia de corto alcance.Figure 3: schematically shows a first variant of a second embodiment of the respiration monitoring device object of the present invention, where the deformation sensing elements are configured for wired connection with a short-range radio frequency emitter. .

Figura 4: muestra de manera esquemática una segunda variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración objeto de la presente invención, en donde los elementos sensores de deformación están configurados para la conexión inalámbrica mediante una antena, con un receptor de radiofrecuencia.Figure 4: schematically shows a second variant of the second embodiment of the respiration monitoring device object of the present invention, where the deformation sensor elements are configured for wireless connection through an antenna, with a receiver. radio frequency.

Figura 5: muestra de manera esquemática la conexión cableada de los elementos sensores de deformación al emisor de radiofrecuencia de corto alcance, en la primera variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración.Figure 5: schematically shows the wired connection of the deformation sensing elements to the short-range radio frequency emitter, in the first variant of the second embodiment of the respiration monitoring device.

Figura 6: muestra de manera esquemática la conexión inalámbrica mediante una antena de los elementos sensores de deformación al receptor de radiofrecuencia y la conexión cableada de dicho receptor de radiofrecuencia con el emisor de radiofrecuencia de corto alcance, en la segunda variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración.Figure 6: schematically shows the wireless connection using an antenna of the deformation sensing elements to the radio frequency receiver and the wired connection of said radio frequency receiver with the short-range radio frequency emitter, in the second variant of the second embodiment of the respiration monitoring device.

Figura 7: muestra esquemáticamente los elementos que intervienen en la monitorización de la respiración de un usuario que porta una mascarilla según la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración de la presente invención.Figure 7: schematically shows the elements involved in monitoring the breathing of a user wearing a mask according to the first embodiment of the breathing monitoring device of the present invention.

Figura 8: muestra, análogamente a la Figura 7, los elementos que intervienen en la monitorización de la respiración de un usuario que porta una mascarilla, según la primera variante o la segunda variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración de la presente invención.Figure 8: shows, analogously to Figure 7, the elements involved in monitoring the breathing of a user wearing a mask, according to the first variant or the second variant of the second embodiment of the breathing monitoring device of the present invention.

Figura 9: muestra un conjunto de gráficas de monitorización, en una plataforma IoT, tanto para emisiones radio de alta como de bajo rango, de la respiración de una persona en modo relajado, menos relajado y más excitado.Figure 9: shows a set of monitoring graphs, on an IoT platform, for both high and low range radio emissions, of a person's breathing in relaxed, less relaxed and more excited mode.

Figura 10a: muestra una gráfica con la monitorización en el tiempo del cambio de la resistencia normalizada, tanto en la respiración normal como en la sofocada.Figure 10a: shows a graph with the monitoring over time of the change in normalized resistance, both in normal breathing and in suffocating breathing.

Figura 10b: muestra un detalle de gráfica con la forma de la onda de tensión detectada en los modos de inspiración y espiración.Figure 10b: shows a detailed graph with the shape of the voltage wave detected in inspiration and expiration modes.

Figura 11: muestra una gráfica con el cambio de la resistencia normalizada dividida por la deformación sufrida (R-Ro)/Ros que experimenta el elemento sensor de deformación, según la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, ante el esfuerzo al que está sometido para concentraciones de GNP de 8 y 10%. Figure 11: shows a graph with the change in the normalized resistance divided by the deformation suffered (R-Ro)/Ros experienced by the deformation sensing element, according to the first embodiment of the respiration monitoring device, under stress. to which it is subjected for GNP concentrations of 8 and 10%.

Descripción detalladaDetailed description

La presente invención se refiere, como se ha mencionado anteriormente, a un dispositivo de monitorización de la respiración.The present invention relates, as mentioned above, to a respiration monitoring device.

El dispositivo de monitorización de la respiración objeto de la presente invención está configurado para incorporarse en una mascarilla (1). La mascarilla (1) puede, por ejemplo, tratarse de una mascarilla de tipo FFP2 o similar.The breathing monitoring device object of the present invention is configured to be incorporated into a mask (1). The mask (1) can, for example, be a type FFP2 mask or similar.

El dispositivo de monitorización de la respiración comprende uno o varios elementos sensores (100) de deformaciones dispuestos entre sus capas o adheridos a una de las caras de la mascarilla (1) (por ejemplo, el/los elementos sensor/es (100) de deformaciones puede/n estar adherido/s a la cara exterior o superficie exterior de la mascarilla (1)).The respiration monitoring device comprises one or more deformation sensor elements (100) arranged between its layers or attached to one of the faces of the mask (1) (for example, the deformation sensor element(s) (100). deformations may be adhered to the outer face or outer surface of the mask (1)).

Cada elemento sensor (100) de deformación está compuesto por un material altamente sensible a las deformaciones.Each deformation sensor element (100) is composed of a material that is highly sensitive to deformations.

Según la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración objeto de la presente invención (mostrada en la Figura 1), el dispositivo de monitorización de la respiración comprende al menos un elemento sensor (100) de deformación que se caracteriza por variar su resistencia eléctrica ante una deformación.According to the first embodiment of the respiration monitoring device object of the present invention (shown in Figure 1), the respiration monitoring device comprises at least one deformation sensor element (100) that is characterized by varying its electrical resistance to deformation.

En la presente invención, se ha diseñado un primer material (2) específico y novedoso para conformar el/los elemento/s sensor/es (100) de deformación de la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración de la invención.In the present invention, a first specific and novel material (2) has been designed to form the deformation sensor element(s) (100) of the first embodiment of the respiration monitoring device of the invention.

Este novedoso primer material (2) es resina flexible epoxi poli(etilenglicol) diglicidil éter reforzada con nanoplaquetas de grafeno (GNPs) y endurecida con 4,4-diaminodifenilsulfona (DDS). Este novedoso primer material (2) resulta altamente sensible al cambio de su conductividad eléctrica ante su deformación. This novel first material (2) is a flexible poly(ethylene glycol) diglycidyl ether epoxy resin reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs) and hardened with 4,4-diaminodiphenylsulfone (DDS). This novel first material (2) is highly sensitive to the change in its electrical conductivity upon deformation.

Según la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, una batería o fuente de alimentación (3) que ocupa muy poco espacio actúa como fuente de potencia suministrando una diferencia de potencial al elemento sensor (100) de deformación, mediante dos electrodos que salen de ella dicha fuente de alimentación (3).According to the first embodiment of the respiration monitoring device, a battery or power supply (3) that occupies very little space acts as a power source by supplying a potential difference to the deformation sensor element (100), through two electrodes. that come out of said power supply (3).

En esta primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, el elemento sensor (100) de deformación está conectado a otros dos electrodos llamados electrodos de medida (4), que permiten medir el cambio de resistencia del primer material (2) mediante la detección del cambio de voltaje que está relacionado con el cambio de resistencia eléctrica para una corriente eléctrica determinada.In this first embodiment of the respiration monitoring device, the deformation sensor element (100) is connected to two other electrodes called measurement electrodes (4), which allow the change in resistance of the first material (2) to be measured by means of the detection of the change in voltage that is related to the change in electrical resistance for a given electrical current.

Este cambio de voltaje es debido a los cambios de deformación que presenta la mascarilla (1) ante la inspiración y espiración del usuario que la lleva, que son transmitidos al novedoso primer material (2).This change in voltage is due to the deformation changes that the mask (1) presents upon inspiration and exhalation of the user wearing it, which are transmitted to the novel first material (2).

Los electrodos de medida (4) portan esta señal con información acerca de la deformación del primer material (2) y son conectados a un primer emisor (11) de radiofrecuencia que puede ir acoplado (ver Figura 2) a un brazalete (5) en el antebrazo (o posición similar) del usuario en cuestión.The measurement electrodes (4) carry this signal with information about the deformation of the first material (2) and are connected to a first radio frequency emitter (11) that can be coupled (see Figure 2) to a bracelet (5) in the forearm (or similar position) of the user in question.

La Figura 7 muestra un esquema de los elementos que intervienen en la monitorización de la respiración de un usuario que porta una mascarilla (1) según esta primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración.Figure 7 shows a diagram of the elements involved in monitoring the breathing of a user wearing a mask (1) according to this first embodiment of the breathing monitoring device.

El primer emisor (11) envía una señal inalámbrica de corto alcance a un módulo de comunicaciones (13). El módulo de comunicaciones (13) está configurado para recibir la señal de corto alcance que proviene del primer emisor (11) y reenviar la información acerca del ritmo respiratorio del usuario (junto con otra información adicional captada por otros posibles sensores que puedan estar instalados en la mascarilla (1)) a través de una señal de largo alcance a un módulo de recepción (14). The first transmitter (11) sends a short-range wireless signal to a communications module (13). The communications module (13) is configured to receive the short-range signal that comes from the first transmitter (11) and forward the information about the user's respiratory rate (along with other additional information captured by other possible sensors that may be installed in the mask (1)) through a long-range signal to a reception module (14).

El módulo de comunicaciones (13) puede estar configurado para una emisión LoRa (del inglés Long Range o largo alcance) con alcances de hasta 20 km en zonas interurbanas.The communications module (13) can be configured for a LoRa (Long Range) emission with ranges of up to 20 km in interurban areas.

El módulo de recepción (14) está conectado a internet, bien por vía inalámbrica (WiFi) o bien por vía cableada a través de un cable Ethernet. Así pues, el módulo de recepción (14) está configurado para actuar de puerta de entrada o Gateway (que puede ser una raspberry pi con un RAK acoplado).The reception module (14) is connected to the Internet, either wirelessly (WiFi) or wired via an Ethernet cable. Thus, the reception module (14) is configured to act as a gateway or gateway (which can be a raspberry pi with a RAK attached).

El módulo de recepción (14) recibe la señal de largo alcance que proviene del módulo de comunicaciones (13) y envía la información acerca del ritmo respiratorio del usuario (junto con otra información adicional captada por otros posibles sensores que puedan estar instalados en la mascarilla (1)) a través de internet a un centro de monitorización (17) (por ejemplo, un hospital o un centro de salud) con una unidad de telemedicina para supervisión de pacientes localizados en lugares alejados del centro de monitorización (17).The reception module (14) receives the long-range signal that comes from the communications module (13) and sends information about the user's respiratory rate (along with other additional information captured by other possible sensors that may be installed on the mask. (1)) via the Internet to a monitoring center (17) (for example, a hospital or a health center) with a telemedicine unit for monitoring patients located in places far from the monitoring center (17).

Desde el centro de monitorización (17), el personal médico o sanitario, por medio de un equipo de monitorización (15) (un ordenador, smartphone, Tablet, etc), puede supervisar en la pantalla (6) de dicho equipo de monitorización (15), la información acerca del ritmo respiratorio del usuario (junto con otra información adicional captada por otros posibles sensores del dispositivo de monitorización de la respiración que puedan estar instalados en la mascarilla (1)), información que se ha volcado desde el módulo de recepción (14) a una plataforma (16) de internet.From the monitoring center (17), the medical or healthcare personnel, through monitoring equipment (15) (a computer, smartphone, tablet, etc.), can monitor on the screen (6) of said monitoring equipment ( 15), the information about the user's respiratory rate (along with other additional information captured by other possible sensors of the breathing monitoring device that may be installed in the mask (1)), information that has been uploaded from the reception (14) to an internet platform (16).

La pantalla (6) del equipo de monitorización (15) o una unidad de procesamiento (ordenador, móvil, etc.) permite visualizar en internet la monitorización de la respiración, a través de una plataforma (16) característica de Internet de las cosas (IoT).The screen (6) of the monitoring equipment (15) or a processing unit (computer, mobile phone, etc.) allows breathing monitoring to be viewed on the Internet, through a platform (16) characteristic of the Internet of Things ( IoT).

Desde el módulo de recepción (14), en caso de estar configurado mediante tecnología LoRaWAN, se pueden utilizar plataformas como TTS (The Things of Stack). Por otro lado, mediante programas de monitorización y representación de datos, la señal de voltaje puede verse monitorizada en dichas plataformas (16). Un ejemplo de programa utilizado en LoRaWAN es UbiDOTS. Además, en el caso de utilizar transferencias remotas de datos a distancias grandes, que se suelen caracterizar por frecuencias de adquisición bajas, mediante programas de adquisición se pueden obtener frecuencias de adquisición de 0.1 s, que son frecuencias suficientes para la monitorización de la respiración. Todos los datos pueden ir a centros de monitorización (17) o unidades de control en ciudades y más concretamente hospitales donde se analizarán los satos recibidos.From the reception module (14), if configured using LoRaWAN technology, platforms such as TTS (The Things of Stack) can be used. On the other hand, through monitoring and data representation programs, the voltage signal can be monitored on said platforms (16). An example of a program used in LoRaWAN is UbiDOTS. Furthermore, in the case of using remote data transfers over long distances, which are usually characterized by low acquisition frequencies, acquisition frequencies of 0.1 s can be obtained through acquisition programs, which are sufficient frequencies for respiration monitoring. All the data can go to monitoring centers (17) or control units in cities and more specifically hospitals where the data received will be analyzed.

De acuerdo con una segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, el al menos un elemento sensor (100) de deformación es una (o dos) lámina/s de un segundo material (7) triboeléctrico.According to a second embodiment of the respiration monitoring device, the at least one deformation sensing element (100) is one (or two) sheet(s) of a second triboelectric material (7).

Así pues, según esta segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración (ver Figura 3), el dispositivo de monitorización de la respiración comprende (dispuesto entre las capas o adherido, por ejemplo, a una cara exterior de la mascarilla (1)) al menos un elemento sensor (100) de deformación, que comprende un segundo material (7) (material triboeléctrico), que se comporta como un nanogenerador triboeléctrico de energía (TENG).Thus, according to this second embodiment of the respiration monitoring device (see Figure 3), the respiration monitoring device comprises (arranged between the layers or attached, for example, to an outer face of the mask (1 )) at least one deformation sensor element (100), which comprises a second material (7) (triboelectric material), which behaves as a triboelectric energy nanogenerator (TENG).

El segundo material (7) (material triboeléctrico o material TENG) puede estar hecho de diferentes materiales triboeléctricos. Por ejemplo: materiales retardantes de llama con diferente porcentaje de PPA-PEI y con concentraciones de PVA/1, 5, 10 and 100 wt% PPA-PEI: PVDF. También otros pueden ser los que llevan HFP, como son los Paper@50PA:PVDF-HFP y otros de bajo coste y más fáciles de fabricar como son los que tienen PDMS: Alpaper:PDMS-Al.The second material (7) (triboelectric material or TENG material) can be made of different triboelectric materials. For example: flame retardant materials with different percentages of PPA-PEI and with concentrations of PVA/1, 5, 10 and 100 wt% PPA-PEI: PVDF. Others may also be those that have HFP, such as Paper@50PA:PVDF-HFP and others that are low cost and easier to manufacture, such as those that have PDMS: Alpaper:PDMS-Al.

Así pues, en el dispositivo de monitorización de la respiración de acuerdo con la segunda forma de realización, el elemento sensor (100) de deformación puede comprender dos láminas de electrodo (8, 9) (una lámina de electrodo positivo (8) y una lámina de electrodo negativo (9)) o una sola lámina de electrodo (el negativo conectado a tierra) de tal forma que el movimiento de la mascarilla (1) debido a la respiración del usuario produce fricción y contacto entre las capas electropositiva y electronegativa del segundo material (7) triboeléctrico, generando una señal de voltaje que representa el ritmo de respiración del paciente o usuario.Thus, in the respiration monitoring device according to the second embodiment, the strain sensing element (100) may comprise two electrode sheets (8, 9) (one positive electrode sheet (8) and one negative electrode sheet (9)) or a single electrode sheet (the negative connected to ground) in such a way that the movement of the mask (1) due to the user's breathing produces friction and contact between the electropositive and electronegative layers of the second material (7) triboelectric, generating a voltage signal that represents the breathing rate of the patient or user.

La Figura 4 muestra una primera variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración. Según esta primera variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, el al menos un elemento sensor (100) de deformación está conectado a una antena (10). Mediante esta antena (10), el elemento sensor (100) de deformación envía la información acerca del ritmo respiratorio del usuario a un primer receptor (12), el cual está a su vez conectado con el primer emisor (11) (ver Figura 6).Figure 4 shows a first variant of the second embodiment of the respiration monitoring device. According to this first variant of the second embodiment of the respiration monitoring device, the at least one deformation sensor element (100) is connected to an antenna (10). Through this antenna (10), the deformation sensor element (100) sends information about the user's respiratory rate to a first receiver (12), which is in turn connected to the first emitter (11) (see Figure 6 ).

El primer receptor (12) puede comportarse también como un conversor analógico digital (ADC), transformando la señal recibida en un estado de voltaje bajo (0V) o alto (5V) dependiendo si la señal alcanza un umbral o no.The first receiver (12) can also behave as an analog digital converter (ADC), transforming the received signal into a low (0V) or high (5V) voltage state depending on whether the signal reaches a threshold or not.

La antena (10) puede acoplarse a la capa de material conductora de una de las dos capas triboeléctricas del elemento sensor (100) de deformación del dispositivo de monitorización de la respiración, de tal forma que la señal de voltaje asociada a la respiración puede transmitirse de a distancias cercanas de la misma.The antenna (10) can be coupled to the conductive material layer of one of the two triboelectric layers of the strain sensing element (100) of the respiration monitoring device, such that the voltage signal associated with respiration can be transmitted. at close distances from it.

La Figura 5 muestra una segunda variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración. Según esta segunda variante de la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, el al menos un elemento sensor (100) de deformación está directamente conectado al primer emisor (12) mediante conexión cableada.Figure 5 shows a second variant of the second embodiment of the respiration monitoring device. According to this second variant of the second embodiment of the respiration monitoring device, the at least one deformation sensor element (100) is directly connected to the first emitter (12) by means of a wired connection.

Tanto en la primera variante como en la segunda variante de la segunda forma de realización, el elemento sensor (100) de deformación genera la suficiente energía (debido al efecto triboeléctrico) como para no necesitar una batería o fuente de alimentación conectada a dicho elemento sensor (100) de deformación. In both the first variant and the second variant of the second embodiment, the deformation sensing element (100) generates enough energy (due to the triboelectric effect) to not need a battery or power source connected to said sensing element. (100) deformation.

La Figura 8 muestra un esquema de los elementos que intervienen en la monitorización de la respiración de un usuario que porta una mascarilla (1) según la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración (ya sea en su primer variante o en su segunda variante).Figure 8 shows a diagram of the elements involved in monitoring the breathing of a user wearing a mask (1) according to the second embodiment of the breathing monitoring device (either in its first variant or in its second variant).

De modo análogo a como ocurría con la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, también en la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, una vez se ha enviado la información acerca de la respiración del usuario al primer emisor (11), el esquema de comunicaciones es el mismo que el de la Figura 7 con la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración.In a manner analogous to what occurred with the first embodiment of the respiration monitoring device, also in the second embodiment of the respiration monitoring device, once the information about the user's respiration has been sent to the first transmitter (11), the communications scheme is the same as that of Figure 7 with the first embodiment of the respiration monitoring device.

En caso de detectarse, desde el centro de monitorización (17), algún tipo de anomalía en los datos recibidos de respiración del usuario, se pueden enviar mensajes de alarma al móvil o a otro dispositivo del usuario o de una residencia en el caso de que la respiración del sujeto no siga un comportamiento normal.If some type of anomaly is detected from the monitoring center (17) in the user's breathing data received, alarm messages can be sent to the mobile phone or another device of the user or a residence in the event that the The subject's breathing does not follow a normal pattern.

No obstante, se pueden enviar también al móvil o a otro dispositivo del usuario o de una residencia los datos relativos a la respiración del usuario en condiciones normales de respiración, y no sólo cuando se detecta algún tipo de anomalía.However, data relating to the user's breathing under normal breathing conditions can also be sent to the user's mobile phone or other device or a residence's device, and not only when some type of anomaly is detected.

Como ya se ha comentado, el dispositivo de monitorización puede incorporar otros posibles sensores configurados para instalarse en la mascarilla (1), adicionalmente al elemento sensor (100) de deformación dedicado a la medición del ritmo respiratorio. Así pues, el dispositivo de monitorización puede incorporar medidores de T, pulsioxímetros para complementar con la respiración del paciente, etc.As already mentioned, the monitoring device can incorporate other possible sensors configured to be installed in the mask (1), in addition to the deformation sensor element (100) dedicated to measuring the respiratory rate. Thus, the monitoring device can incorporate T meters, pulse oximeters to complement the patient's breathing, etc.

Tanto con la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración (con el elemento sensor (100) de deformación formado por el primer material (2) (GNP/PEGDGE)) como con la segunda forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración (con el elemento sensor (100) de deformación formado por el segundo material (7) (TENG)), se puede monitorizar la respiración cuando el sujeto está en modo relajado (18) como cuando está en modo excitado (19). De hecho, debido a la alta sensibilidad de los materiales usados, se pueden distinguir fácilmente los diferentes estados de tranquilidad/excitación en los que se presenta el sujeto.Both with the first embodiment of the respiration monitoring device (with the deformation sensor element (100) formed by the first material (2) (GNP/PEGDGE)) and with the second embodiment of the respiration monitoring device respiration (with the deformation sensing element (100) formed by the second material (7) (TENG)), respiration can be monitored when the subject is in relaxed (18) as when in excited mode (19). In fact, due to the high sensitivity of the materials used, the different states of tranquility/excitement in which the subject appears can be easily distinguished.

En la Figura 9 se muestra un conjunto de gráficas de monitorización de la respiración de una persona en modo relajado (12), menos relajado y modo excitado (19).Figure 9 shows a set of graphs monitoring the breathing of a person in relaxed mode (12), less relaxed mode and excited mode (19).

En el caso de la primera forma de realización del dispositivo de monitorización de la respiración, la monitorización de la respiración con el primer material (2) (GNP/PEGDGE) es debido al cambio de la resistencia eléctrica nominal (20) con la deformación (ver Figura 10a). De la misma forma que el voltaje, este cambio en la resistencia nominal será diferente si el sujeto está respirando en modo normal o en modo excitado. Es más, el proceso de inspiración genera una forma de voltaje diferente al de la espiración (ver Figura 10b) y eso es debido al tipo de deformación que sufre la superficie de la mascarilla (1) y como consecuencia, el primer material (2).In the case of the first embodiment of the respiration monitoring device, the respiration monitoring with the first material (2) (GNP/PEGDGE) is due to the change of the nominal electrical resistance (20) with the deformation ( see Figure 10a). Like voltage, this change in nominal resistance will be different if the subject is breathing in normal mode or excited mode. What's more, the inspiration process generates a different form of voltage than expiration (see Figure 10b) and this is due to the type of deformation suffered by the surface of the mask (1) and, as a consequence, the first material (2). .

Como dato adicional, el porcentaje de GNP en el primer material (2) (GNP/PEGDGE) puede afectar bastante al factor de galga (22) respecto a la tensión mecánica. Dicho factor de galga (22) es la relación entre el cambio de resistencia normalizada (G=dR/R0) y la deformación (e) (G=dR/R0e), pudiendo llegar a valores de 80 para tensiones de fuerza de 0,2 N (ver Figura 11). As additional information, the percentage of GNP in the first material (2) (GNP/PEGDGE) can greatly affect the gauge factor (22) with respect to mechanical stress. Said gauge factor (22) is the relationship between the change in normalized resistance (G=dR/R0) and the deformation (e) (G=dR/R0e), which can reach values of 80 for force tensions of 0. 2 N (see Figure 11).

Claims (10)

REIVINDICACIONES 1. Dispositivo de monitorización de la respiración caracterizado por que comprende un elemento sensor (100) de deformación configurado para incorporarse a una mascarilla (1) y para producir una señal eléctrica ante las deformaciones producidas en el tejido o material textil de la mascarilla (1) por la respiración de un usuario de la mascarilla (1), donde el dispositivo de monitorización de la respiración está configurado para transmitir dicha señal eléctrica a un centro de monitorización (17) remoto; donde el elemento sensor (100) de deformación está formado por un primer material (2) consistente en resina flexible epoxi poli(etilenglicol) diglicidil éter reforzada con nanoplaquetas de grafeno (GNPs) y endurecida con 4,4-diaminodifenilsulfona (DDS) (GNP/PEGDGE).1. Respiration monitoring device characterized in that it comprises a deformation sensor element (100) configured to be incorporated into a mask (1) and to produce an electrical signal in the event of deformations produced in the fabric or textile material of the mask (1). ) by the breathing of a user of the mask (1), where the breathing monitoring device is configured to transmit said electrical signal to a remote monitoring center (17); where the deformation sensor element (100) is formed by a first material (2) consisting of flexible poly(ethylene glycol) diglycidyl ether epoxy resin reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs) and hardened with 4,4-diaminodiphenylsulfone (DDS) (GNP /PEGDGE). 2. Dispositivo de monitorización de la respiración según la reivindicación 1, caracterizado por que el elemento sensor (100) de deformación comprende al menos una lámina configurada para ser intercalada en las capas que conforman el tejido o material textil de la mascarilla (1), o para ser adherida a una cara o superficie exterior de la mascarilla (1).2. Respiration monitoring device according to claim 1, characterized in that the deformation sensor element (100) comprises at least one sheet configured to be inserted in the layers that make up the fabric or textile material of the mask (1), or to be adhered to a face or exterior surface of the mask (1). 3. Dispositivo de monitorización de la respiración según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el elemento sensor (100) de deformación está conectado mediante conexión cableada a un primer emisor (11).3. Respiration monitoring device according to claim 1 or 2, characterized in that the deformation sensor element (100) is connected by wired connection to a first emitter (11). 4. Dispositivo de monitorización de la respiración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el primer emisor (11) está configurado para transmitir una señal con datos relativos a la respiración del usuario al centro de monitorización (17) remoto, a través de una comunicación inalámbrica con un módulo de recepción (14), donde el módulo de recepción (14) comprende una conexión a internet para la transmisión de los datos relativos a la respiración del usuario a una plataforma (16) de internet, accesible desde un equipo de monitorización (15) situado en el centro de monitorización (17) remoto.4. Respiration monitoring device according to any of the preceding claims, characterized in that the first transmitter (11) is configured to transmit a signal with data related to the user's breathing to the remote monitoring center (17), through a wireless communication with a reception module (14), where the reception module (14) comprises an internet connection for the transmission of data related to the user's breathing to an internet platform (16), accessible from a device monitoring center (15) located in the remote monitoring center (17). 5. Dispositivo de monitorización de la respiración según la reivindicación 4, caracterizada por que la comunicación inalámbrica entre el primer emisor (11) y el módulo de recepción (14) está configurada en una primera etapa de corto alcance y una segunda etapa de largo alcance, donde en la primera etapa de corto alcance el primer emisor (11) está configurado para transmitir una señal de radiofrecuencia de corto alcance portadora de los datos relativos a la respiración del usuario a un módulo de comunicaciones (13), y donde en la segunda etapa de largo alcance el módulo de comunicaciones (13) está configurado para transmitir una señal de radiofrecuencia de largo alcance portadora de los datos relativos a la respiración del usuario al módulo de recepción (14).5. Respiration monitoring device according to claim 4, characterized in that the wireless communication between the first transmitter (11) and the reception module (14) is configured in a first short-range stage and a second long-range stage, where in the first short-range stage the first transmitter (11) is configured to transmit a short-range radio frequency signal carrying data related to the user's breathing to a communications module (13) , and where in the second long-range stage the communications module (13) is configured to transmit a long-range radio frequency signal carrying data related to the user's breathing to the reception module (14). 6. Dispositivo de monitorización de la respiración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el primer emisor (11) está configurado para acoplarse a un brazalete (5) o muñequera o tobillera que puede ser portado por el usuario.6. Respiration monitoring device according to any of the preceding claims, characterized in that the first emitter (11) is configured to be coupled to a bracelet (5) or wristband or anklet that can be worn by the user. 7. Mascarilla (1) caracterizada por que comprende un dispositivo de monitorización de la respiración según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.7. Mask (1) characterized in that it comprises a breathing monitoring device according to any of claims 1 to 6. 8. Mascarilla (1) según la reivindicación 7, caracterizada por estar fabricada en un material ignífugo y/o resistente a la humedad.8. Mask (1) according to claim 7, characterized by being made of a fireproof and/or moisture-resistant material. 9. Material consistente en resina flexible epoxi poli(etilenglicol) diglicidil éter reforzada con nanoplaquetas de grafeno (GNPs) y endurecida con 4,4-diaminodifenilsulfona (DDS) (GNP/PEGDGE), apropiada para su uso como elemento sensor (100) de deformación).9. Material consisting of flexible poly(ethylene glycol) diglycidyl ether epoxy resin reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs) and hardened with 4,4-diaminodiphenylsulfone (DDS) (GNP/PEGDGE), suitable for use as a sensor element (100) of deformation). 10. Uso del material de la reivindicación 9 como elemento sensor (100) de deformación. 10. Use of the material of claim 9 as a deformation sensor element (100).
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