ES2209143T3 - Conectador de electrodo de biopotencial de corriente continua. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un conector con electrodo (10) y un detector de estado del conector para aparato de detección de biopotencial: se conecta varios electrodos (10) a diferentes hilos conductores de salida (16) que corresponden a diversos circuitos de electrodo utilizando un conector que no abrasa la superficie del contacto de botón del electrodo y que no requiere ninguna presión sobre el electrodo durante la conexión. Dos brazos conductores solicitados por unos muelles (24, 26) para el conector son separados por la superficie de leva (48, 50) de un botón accionador (18), para recibir el contacto de botón (35); tienen contornos que se adaptan sensiblemente a la periferia entera de la superficie del contacto de botón (35) cuando el botón accionador está suelto. El aparato de detección de biopotencial comprende un procesador (1069 que detecta la pérdida de señal sobre uno circuito de electrodo cualquiera durante un periodo de ensayo y activa un indicador (112) para proporcionar una indicación de alarma.

Description

Conectador de electrodo de biopotencial de corriente continua.

Antecedentes de la invención

La medida exacta de biopotenciales de corriente continua (CC) para detectar o explorar enfermedades, lesiones o funciones corporales es muy difícil de conseguir porque los potenciales de CC que se han de detectar son de una amplitud muy pequeña. Debido a factores tales como los bajos potenciales de CC implicados y la innata complejidad de los sistemas biológicos, las señales de datos recogidos tienden a incluir un volumen sustancial de ruido que dificulta la exactitud del análisis. También, los sistemas biológicos son notorios por su complejidad, falta de linealidad e imprevisibilidad, y no son infrecuentes grandes variaciones de la normalidad. Por ejemplo, las señales de biopotenciales de CC tienden a variar con el tiempo, de modo que si las señales no son detectadas y analizadas con alguna rapidez, se producen errores en las señales debido a su variación.

Para la medida exacta de biopotenciales de CC para diagnosis y exploración de enfermedades, resultan importantes las características de los electrodos y los circuitos de los electrodos, y la disposición de los electrodos. Si un electrodo deja de hacer un buen contacto con un sujeto durante un ciclo de medida, se puede producir una indicación errónea.

Factores tales como pequeños potenciales de desequilibrio de CC del orden de pocos milivoltios, que pueden tener un efecto pequeño en una medida de biopotencial de corriente alterna (CA), tales como en medidas de electrocardiografía (ECG), pueden destruir la exactitud de una medida de biopotencial de CC. Para aplicaciones de exploraciones donde se usan muchos electrodos sensores, es frecuentemente crítico que las características de los electrodos sean uniformes, que se mantenga la separación exacta de los electrodos, y que se eliminen sustancialmente los desequilibrios de CC.

Muchos electrodos sensores de biopotenciales de CC están empaquetados en un estado previo de gel, en el que una pasta electrolítica o gel está empaquetada como parte del electrodo. El gel puede estar situado en un depósito central de gel que conste de una cubeta moldeada, o puede estar contenido en un hueco moldeado en una espuma que encapsule una columna de espuma compresible de celda abierta saturada de gel. En la mayoría de los casos, los electrodos en estado previo de gel se venden listos para el uso con un material eléctricamente conductivo tal como un metal o un cloruro metálico en contacto con el gel electrólito.

Un sistema de electrodos en estado previo de gel no es generalmente una batería por sí mismo, sino que forma parte de un sistema de batería que consta de dos o más electrodos colocados en el cuerpo. En dicho sistema, se forma una batería compleja que consta de muchos componentes interactivos que incluyen el material del electrodo (frecuentemente plata/cloruro de plata), el gel del electrodo, la química interna del cuerpo y las condiciones externas de la piel, la preparación de la piel, la temperatura, la condición y química del aire, etc. Obviamente, algunos de estos factores no están sometidos a control, pero a fin de obtener los mejores datos posibles, especialmente en casos donde interesan los biopotenciales de CC, las perturbaciones tales como los desequilibrios de CC se deben reducir al nivel mínimo. La mayoría de los electrodos en estado previo de gel, cuando se introducen en el sistema de batería descrito anteriormente, aportan algún voltaje de CC indeseado (efecto de polarización) a las medidas de biopotenciales. Es importante disminuir la posibilidad de tales perturbaciones de CC que se producen, hasta un grado suficiente para impedir que tengan un efecto adverso sustancial sobre las medidas de biopotenciales.

Las características de diseño y comportamiento de un electrodo de biopotencial de CC efectivo son diferentes de las de los electrodos diseñados para medir señales de corriente alterna (CA) tales como los usados en electrocardiografía (ECG) y electroencefalografía (EEG). Por ejemplo, las normas nacionales de EE.UU. para electrodos de ECG de un solo uso permiten que el desequilibrio de CC de un par de electrodos (es decir, la corriente continua espuria generada por interacciones electroquímicas entre componentes de electrodos) sea tan elevado como 100 milivoltios (norma ANSI/AAMI). Como el uso efectivo de señales de CC para la diagnosis del cáncer requiere una discriminación del nivel de un milivoltio, las normas para los electrodos de ECG son extremadamente excesivas. Los electrodos de ECG están destinados a medidas de CA que no son afectadas significativamente por los voltajes de desequilibrio de CC en el electrodo hasta el grado en que las medidas de biopotenciales de CC son afectadas adversamente por tales voltajes de desequilibrio. La opinión tradicional considerada en la fabricación de electrodos de ECG en estado previo de gel es que, para reducir el desequilibrio de CC, se debe sacrificar la impedancia en CA, y como una baja impedancia en CA es lo más importante en un electrodo de ECG en estado previo de gel, se tolera el voltaje de desequilibrio de CC. Sin embargo, para medidas de biopotenciales de CC de gran exactitud, tanto el potencial de desequilibrio de CC como la impedancia en CA del electrodo deben ser bajos.

Si se ha de usar eficazmente un conjunto ordenado de electrodos en estado previo de gel para detección de enfermedades, tal como la exploración del cáncer de mama, el conjunto requerirá un número relativamente grande de electrodos separados para cubrir sustancialmente toda la superficie del pecho. Cada uno de estos electrodos no sólo debe carecer de errores que originen potenciales de desequilibrio antes del uso, sino que los electrodos deben mantener el contacto con la superficie curvada del pecho sin moverse durante el proceso de exploración, y deben mantener una formación del conjunto predeterminada con separación de electrodos especificada. También se debe mantener la colocación y orientación adecuadas de los canales eléctricos conectados a los respectivos electrodos, para impedir la conexión incorrecta a los electrodos y para mantener un contacto eficaz entre los electrodos y los conductores eléctricos de los canales para los mismos.

La clave para la medida y análisis efectivos de potenciales de corriente continua de la piel es el absoluto mantenimiento de la integridad de la señal desde la superficie de la piel hasta los componentes de proceso de señales de la unidad de medida. Esto es especialmente crítico debido a la inherente baja amplitud de los potenciales biológicos de CC. En cualquier punto del camino electrónico desde el electrodo sensor de piel y la unidad de medida, existen potenciales para que se introduzca ruido en la señal, degradando, por ello, la información útil para el diagnóstico.

En un electrodo sensor de biopotenciales de CC, es extremadamente importante la conexión entre el electrodo y el conductor de electrodo que proporciona una señal de salida desde el electrodo hasta un instrumento de medida. Los electrodos de biopotenciales de CC desechables incluyen normalmente un disco sensor que tiene un conectador del tipo de botón protuberante con una parte de cabeza ensanchada que hace contacto con una unidad conectadora del conductor eléctrico. Para minimizar la impedancia en CA del electrodo, el disco sensor y el conectador de botón están hechos de un cuerpo de plástico que está cubierto uniforme y completamente con una capa muy delgada de un metal conductivo tal como la plata. Esta capa metálica tiene un grosor dentro de un margen de 0,0127 mm a 0,0381 mm (0,5 a 1,5 milésimas de pulgada), y la rotura o interrupción de esta capa puede degradar el biopotencial de CC detectado por el electrodo.

Los electrodos médicos desechables están conectados normalmente a un conductor eléctrico mediante un conectador automático en forma de un receptáculo hembra en forma de copa, que se empuja hacia abajo sobre el conectador de botón del disco sensor del electrodo una vez que el electrodo está situado en un sujeto. Aunque estos conectadores automáticos son eficaces cuando se usan con la mayoría de los electrodos desechables de CA, tales como los electrodos de ECG, pueden ser problemáticos cuando se usan con electrodos de biopotenciales de CC. Con electrodos de biopotenciales de CC, un conectador que se mueva al entrar en contacto con la superficie del conectador de botón, durante el proceso de conexión, es probable que desgaste o interrumpa la delgada superficie conductiva del conectador de botón durante la conexión. También, como los electrodos de biopotenciales de CC se usan en la actualidad principalmente para la detección o la exploración del cáncer de mama, la presión hacia abajo requerida para conectar un conectador automático puede causar dolor o incomodidad, a la vez que también ocasiona una expansión indeseada del gel o electrólito del electrodo. También, con los conectadores automáticos, el movimiento del paciente puede producir tensiones en el conductor eléctrico del electrodo y el movimiento o desconexión del electrodo de la piel de un sujeto.

Por el documento US-A-4 253 721 se conoce un conectador eléctrico según el preámbulo de la reivindicación 1.

Descripción de la invención

Un objeto principal de la presente invención es proporcionar un nuevo y mejorado conectador de electrodo para un electrodo de biopotencial desechable, que proporcione una conexión eléctrica segura con el conectador de botón de un disco sensor de electrodo sin crear presiones entre el electrodo y un paciente.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un nuevo y mejorado conectador de electrodo para un electrodo de biopotencial desechable, que proporcione una conexión eléctrica segura con el conectador de botón de un disco sensor de electrodo sin moverse sobre la superficie del conectador de botón durante la conexión.

Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un nuevo y mejorado conectador de electrodo para un electrodo de biopotencial de CC desechable, que proporcione una conexión eléctrica segura con el conectador de botón de un disco sensor de electrodo, estableciendo contacto sustancialmente con toda la superficie circunferencial del conectador de botón.

Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar un nuevo y mejorado conectador de electrodo para un electrodo de biopotencial de CC desechable, que se pueda conectar y desconectar accionando manualmente un botón de liberación sin crear presiones entre el electrodo y un paciente.

La invención es como se define en la reivindicación 1.

Breve descripción de los dibujos

la Figura 1 es una vista en planta desde abajo, del conectador de electrodo de biopotencial de CC de la presente invención;

la Figura 2 es una vista en despiece ordenado de una parte del conectador de electrodo de biopotencial de CC de la Figura 1;

la Figura 3 es una vista en corte, del conectador de electrodo de biopotencial de CC de la Figura 1;

la Figura 4 es una vista en despiece ordenado de una parte de una segunda realización del conectador de electrodo de biopotencial de CC de la presente invención;

la Figura 5 es una vista en corte, del conectador de electrodo de biopotencial de CC de la Figura 4;

la Figura 6 es un diagrama de bloques de una unidad de medida de biopotenciales de CC para usar con el conectador de electrodo de biopotencial de CC de la presente invención;

las Figuras 7 y 8 son diagramas de flujo que ilustran el funcionamiento del procesador central de la Figura 6 para indicar un electrodo flojo o desconectado;

la Figura 9 es una vista en planta, de un sistema de cables que incluye los conectadores de electrodos de biopotencial de CC de la presente invención;

la Figura 10 es un vista en corte parcial del cable para el sistema de cables de la Figura 9;

la Figura 11 es un esquema eléctrico del circuito de blindaje para el sistema de cables de la Figura 9;

la Figura 12 es una vista en alzado desde un extremo, del conectador para el sistema de cables de la Figura 9;

y

la Figura 13 es una vista en planta de los iconos pictográficos de los conectadores de electrodos para el sistema de cables de la Figura 9.

Descripción de las realizaciones preferidas

Con referencia ahora a las Figuras 1-3, el conectador de electrodo de biopotencial de CC de la presente invención, indicado generalmente como 10, incluye un alojamiento 12 que tiene una pared inferior 14. Un hilo conductor eléctrico 16 se extiende hacia fuera desde un extremo del alojamiento, mientras que un botón de accionamiento 18 se extiende hacia fuera desde el extremo opuesto del alojamiento. La pared inferior del alojamiento incluye un canal 20 que se extiende desde el extremo del alojamiento debajo del botón de accionamiento 18 hasta una abertura 22 de la pared inferior 14 del alojamiento.

Con referencia a las Figuras 2 y 3, se muestra el mecanismo de funcionamiento para el conectador 10 de electrodo de biopotencial de CC que está alojado en el alojamiento 12. Este mecanismo incluye un primero y un segundo brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos, que están montados giratoriamente en el alojamiento 12 en un extremo interior. Dos columnas pivotantes 28 se extienden hacia arriba desde la pared inferior 14 del alojamiento 12 dentro de aberturas 30 de los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos. Estas columnas pivotantes soportan los brazos con un movimiento giratorio respecto al alojamiento.

Los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos son de construcción idéntica e incluyen un extremo libre exterior 31 que comprende una superficie de leva 34 inclinada hacia dentro. Situadas sustancialmente en el centro de cada uno de los brazos eléctricamente conductivos hay una sección 32 contorneada en forma de arco, que está adaptada para recibir y hacer contacto con el conectador de botón protuberante 35 de un electrodo de biopotencial de CC. Estos conectadores de botón incluyen un eje redondo 36 que es de diámetro menor con respecto a una cabeza redonda 38 ensanchada. Cuando el conectador de botón sobresale a través de la abertura 22 de la pared inferior 14 del alojamiento, la cabeza del conectador de botón hace contacto con una sección superior ensanchada de la sección 32 contorneada en forma de arco, mientras que el eje del conectador de botón hace contacto con una sección saliente inferior 42 de la sección 32 contorneada en forma de arco, que es de diámetro menor con respecto a la sección superior ensanchada. La sección superior ensanchada está contorneada para adaptarse al contorno de la cabeza 38 del conectador de botón 34, mientras que la sección inferior 42 está contorneada para adaptarse al contorno exterior del eje del conectador de botón. Las secciones 32 contorneadas en forma de arco de los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos están dispuestas de manera opuesta sobre la abertura 22 en alineación con la misma.

Abrazando las superficies exteriores de los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos, hay un resorte laminar 44 en forma de U que actúa para atraer los brazos entre sí girando alrededor de las columnas pivotantes 28. El hilo conductor 16 está soldado o retenido de otra manera dentro de una abertura 46 del resorte laminar 44 en forma de U, de modo que el hilo conductor esté conectado eléctricamente al resorte laminar. Tanto el resorte laminar como los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos son altamente conductivos y funcionan para conducir biopotenciales de CC muy pequeños desde el conectador de botón 35 hasta el hilo conductor 16. Idealmente, el resorte laminar y los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos están cubiertos de una capa delgada de un metal altamente conductivo que es oro preferiblemente. Debajo de la capa de oro, el cuerpo del resorte laminar puede ser de acero elástico o un plástico de tipo elástico, mientras que el cuerpo de cada uno de los brazos eléctricamente conductivos puede ser de plástico o un metal tal como el acero inoxidable.

Para accionar el conectador 10 de electrodo, el botón de accionamiento 18 está montado para moverse hacia dentro del alojamiento 12. El extremo interior del botón de accionamiento incluye dos superficies de leva 48 y 50 que se inclinan hacia fuera desde un vértice central 52. Las superficies de leva 48 y 50 están inclinadas de forma que se correspondan con la inclinación de las superficies de leva 34 de los extremos libres de los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos. Normalmente, cuando el resorte laminar 44 aprieta conjuntamente los brazos eléctricamente conductivos sobre la abertura 22, el botón de accionamiento 18 será forzado hacia fuera del alojamiento 12, hacia su posición más saliente mostrada en la Figura 1. Sin embargo, cuando se desea fijar el conectador 10 de electrodo a un conectador de botón 35, se aprieta el botón de accionamiento 18 hacia el alojamiento 12, y las superficies de leva 48 y 50 establecen contacto con las superficies de leva 34 y tienden a separar los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos, como se muestra en la Figura 3. Ahora, el espacio entre las secciones 32 contorneadas en forma de arco es mayor que el necesario para recibir el conectador de botón 35, de modo que el extremo del conectador de botón puede pasar por la sección inferior 42 de las secciones 32 contorneadas en forma de arco. Con el botón de accionamiento apretado, se coloca el alojamiento 12 sobre el conectador de botón 35 para un electrodo de biopotencial de CC, de modo que el conectador de botón sobresalga dentro del canal 20. Ahora se mueve el alojamiento 12 de modo que el conectador de botón esté guiado debajo del canal 20 y hacia la abertura 22. Esto se puede efectuar sin aplicar presión al conectador de botón y, como el canal 20 proporciona una guía para el conectador de botón directamente a la abertura 22, el conectador de botón puede pasar a través de la abertura sin aplicar presión al conectador de botón y su electrodo asociado. Una vez que el conectador de botón ha pasado a través de la abertura 22, se puede soltar el botón de accionamiento 18 y la presión del resorte 44 girará los brazos eléctricamente conductivos alrededor de las columnas pivotantes 28 acercándolos entre sí, a la vez que empuja el botón de accionamiento hacia fuera del alojamiento 12. Ahora, la sección inferior 42 de la sección 32 contorneada en forma de arco pasará debajo de la cabeza 38 del conectador de botón y hará contacto con el eje 36, mientras que la sección superior ensanchada 40 hará contacto con la cabeza 38. Las secciones 32 contorneadas en forma de arco de los brazos 24 y 26 están formadas para hacer contacto sustancialmente con toda la periferia del eje y la cabeza del conectador de botón 35, de modo que se consiga un contacto eléctrico extremadamente bueno. Para soltar el conectador 10 de electrodo del conectador de botón 35, se vuelve a apretar el botón de accionamiento 18 para separar los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos, de modo que el conectador eléctrico se pueda elevar sacándolo del electrodo.

Todo el alojamiento 12, o al menos una parte de la pared del alojamiento opuesta a la pared inferior 14, está hecho de plástico transparente o material similar para que se pueda observar visualmente la aplicación del conectador 10 al conectador de botón 35.

Las Figuras 4 y 5 ilustran una segunda realización del conectador eléctrico 10, en la que el resorte laminar 44 y los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos son sustituidos por dos alambres elásticos conductivos 54 y 56. Estos alambres elásticos están hechos de material elástico de acero cubierto de oro, u otro material elástico conductivo adecuado que funcione para conducir bajos biopotenciales de CC al hilo conductor 16. Los alambres elásticos conductivos 54 y 56 proporcionan brazos conductivos tensados elásticamente, que tienen extremos interiores 58 que están fijados al hilo conductor 16. Cada uno de los alambres elásticos tiene un extremo libre 60 que está doblado hacia fuera en 62 para proporcionar una superficie de leva a fin de hacer contacto con las superficies de leva 48 y 50 del botón de accionamiento 18. Formada sustancialmente en el centro de cada uno de los alambres elásticos conductivos hay una sección 62 contorneada en forma de arco, que está alineada con la abertura 22 de la pared inferior 14 del alojamiento. Estas secciones contorneadas en forma de arco hacen contacto con, y rodean sustancialmente, toda la periferia del eje 36 del conectador de botón 35, y están contorneadas para adaptarse al contorno exterior del eje del conectador de botón.

Los alambres elásticos conductivos 54 y 56 funcionan de la misma manera que los brazos 24 y 26 eléctricamente conductivos empujados por resorte de las Figuras 1-3.

Cuando se aprieta el botón de accionamiento 18 hacia el alojamiento 12, las superficies de leva 48 y 50 hacen contacto con las superficies de leva 62 y separan los alambres elásticos conductivos 54 y 56 sobre la abertura 22. Ahora, el conectador de botón 35 se puede insertar a través de la abertura 22 entre los alambres elásticos conductivos, y el botón de accionamiento 18 se suelta después para permitir que los alambres elásticos se apoyen elásticamente en el eje 36 del conectador de botón.

Para analizar o explorar una condición de enfermedad en un paciente usando biopotenciales de CC, se coloca sobre el paciente un conjunto ordenado de múltiples electrodos y, después, cada electrodo se puede conectar a un dispositivo de medida por medio de los conectadores 10 de electrodos. Debido a los movimientos del paciente, a veces es posible que se aplique un esfuerzo sobre un hilo conductor 16 que haga que un electrodo pierda contacto con el paciente o bien se desconecte del conectador 10 de electrodo. En un sistema de medida de biopotenciales de CC que efectúe un análisis discriminatorio para obtener una señal diferencial indicativa de la presencia, ausencia, o estado de una condición en un lugar de medida de un sujeto humano o animal, es extremadamente importante que cada electrodo del conjunto de medida mantenga el contacto con el paciente y permanezca conectado a su respectivo hilo conductor 16 hasta el final de la medida. La Figura 6 ilustra un sistema de medida de biopotenciales que detecta cuándo un electrodo deja de proporcionar una señal durante un periodo de medida, y proporciona una indicación de modo que se pueda detener el periodo de medida y reiniciarlo después de que se haya vuelto a conectar el electrodo.

Con fines ilustrativos, en la Figura 6 se muestran dos conjuntos 66 y 68 de electrodos, constando cada conjunto, de electrodos 70 e hilos conductores separados que proporcionan un canal de salida separado, uno para cada electrodo en cada conjunto. En la práctica real, cada conjunto puede contener más electrodos y se pueden emplear más de dos conjuntos.

Los electrodos 70 de los conjuntos 66 y 68 de electrodos deben estar montados de manera que permita a los electrodos estar situados exactamente contra la superficie curvada de la piel de un sujeto en el área de un lugar de exploración, mientras mantiene también una separación uniforme y la posición de los electrodos en una configuración predeterminada. Todos los electrodos 70, y al menos un electrodo de referencia 72, deben ser de un tipo adecuado para detectar biopotenciales de CC indicativos del nivel del potencial del campo electromagnético presente en un organismo vivo. Estos electrodos deben ser de un tipo que no produzca un efecto sustancial de batería entre el organismo en exploración y los electrodos, y deben tener un potencial de desequilibrio de CC muy pequeño, a la vez que una baja impedancia en CA.

El dispositivo de medida de biopotenciales de CC es un dispositivo de varios canales que tiene conductores 16 de electrodos conectados por conectadores 10 de electrodos a los electrodos 70 de cada conjunto, y un conductor 16 de electrodo conectado por un conectador 10 al electrodo de referencia 72. Cada electrodo, en combinación con el electrodo de referencia, forma un canal de datos separado que transmite una pluralidad de señales analógicas, indicativas de los biopotenciales de CC de un lugar específico de un área de exploración, a uno o más circuitos analógicos 73. Los conductores 16 de electrodos del conjunto 66 están conectados a un multiplexor 74 de estado sólido tal como uno de "Harris Semiconductor", modelo HI-546-5, mientras que los conductores de electrodos del conjunto 68 de electrodos están conectados a un segundo multiplexor 76 de estado sólido de una manera que se describirá más adelante. Cada conjunto de electrodos proporciona una pluralidad de salidas a un multiplexor conectado al conjunto, y este multiplexor conmuta entre los conductores 16 de electrodos individuales durante un periodo de medida, para conectar secuencialmente las señales analógicas de cada conductor a una salida de multiplexor tal como las líneas de salida 78 y 80, a fin de crear una salida multiplexada por división en el tiempo. Dividiendo los electrodos 70 en una pluralidad de conjuntos, y proporcionando un multiplexor de estado sólido de alta velocidad para cada conjunto, es posible muestrear repetidamente biopotenciales de un gran número de electrodos durante un periodo de medida de duración mínima.

Los conductores 16 de electrodos también están conectados a un circuito de blindaje 79 del circuito analógico 73 para proporcionar compensaciones de ruidos de interfaces de cables.

Las señales analógicas de las salidas 78 y 80 de cada multiplexor se pasan a través de amplificadores separados de filtro paso bajo de frecuencias relativamente superiores, tales como los amplificadores de filtro 82 y 84. Estos amplificadores de filtro tienen una frecuencia de corte relativamente elevada de 40 Hz o más y, por tanto, requieren un corto periodo de estabilización con señales analógicas de la amplitud proporcionada en las líneas de salida 78 y 80 a los filtros.

Las señales analógicas de salida del amplificador de filtro 82 conectado al multiplexor para el conjunto 66 de electrodos se dirigen a un convertidor 86 analógico a digital A/D, mientras que las señales analógicas de salida del amplificador de filtro 84 para el conjunto 68 de electrodos se conectan a un convertidor 88 analógico a digital. Los convertidores analógico a digital funcionan para convertir las señales de entrada analógicas a señales de salida digitales que son una función de las entradas analógicas.

Los convertidores 86 y 88 analógico a digital actúan en respuesta a señales de temporización proporcionadas en una línea de temporización 90 desde una sección temporizadora 92 de una unidad procesadora digital 94, que sincroniza las conversiones con la frecuencia de la red de alimentación de CA 93 para el sistema. Las señales eléctricas digitales de los convertidores analógico a digital se dirigen a un conmutador síncrono o desmultiplexor 96.

El desmultiplexor 96 está sincronizado con los multiplexores 74 y 76 y proporciona señales de temporización a los multiplexores en una línea 98. Conjuntos de filtros digitales 100 y 102 en la programación para la unidad procesadora digital incluyen un filtro digital dedicado 104, tal como un filtro bipolar de respuesta infinita a impulsos (IIR = Infinite Impulse Response), con una respuesta Butterworth, para cada electrodo y canal de electrodo en los conjuntos 66 y 68 de electrodos, respectivamente. Por tanto, como los multiplexores 74 y 76 están transmitiendo simultáneamente señales analógicas desde un canal de electrodo seleccionado en los conjuntos 66 y 68 de electrodos, las señales digitales indicativas de estas señales analógicas están siendo dirigidas por el desmultiplexor a los filtros digitales 104 de los conjuntos 100 y 102 que están dedicados a esos canales. Cuando los multiplexores conmutan canales, el desmultiplexor conmuta los correspondientes filtros digitales.

Los datos digitales filtrados, procedentes de los conjuntos 100 y 102 de filtros digitales, son dirigidos a una sección procesadora 106 de la unidad procesadora digital 94 que tiene una memoria de lectura y escritura RAM 108 y una memoria de sólo lectura ROM 110. Estos datos son almacenados por canal en la memoria, y son procesados por la sección procesadora de acuerdo con un programa almacenado para efectuar la exploración de condición o las funciones de detección de la presente invención. Una salida de la sección procesadora se conecta a una unidad indicadora 112 para controlar la presentación.

En el caso de que un electrodo 70 deje de funcionar apropiadamente, o se llegue a desconectar de un paciente o del conectador 10 de electrodo durante un periodo de medida, la sección procesadora detecta la ausencia de una señal aceptable, incluyendo la ausencia total de una señal, desde el filtro digital 104 para ese electrodo, y da una señal al indicador 112 para proporcionar una indicación de advertencia. Esta indicación también puede incluir una identificación del electrodo defectuoso puesto que cada filtro digital 104 está dedicado a un electrodo específico. La indicación de advertencia alertará a un operador para que detenga la medida, compruebe el electrodo defectuoso e inicie un nuevo proceso de medida.

Si se desconectara el electrodo de referencia 72, desaparecerán las señales de todos los canales que usen este electrodo de referencia, y la sección procesadora detectará esta falta de señal cuando el desmultiplexor 96 conmute entre filtros. Al no recibir señal en una pluralidad de canales, la sección procesadora dará una señal al indicador para indicar que se ha soltado un electrodo de referencia.

Debe entenderse que, para la claridad de la descripción, las secciones de la unidad central de proceso 94 se han ilustrado como bloques operativos, pero estas secciones pueden constituir funciones controladas por programación.

El funcionamiento del aparato de la Figura 6 se entenderá claramente con una breve consideración de las etapas que el dispositivo está destinado a efectuar. Los conjuntos 66 y 68 de electrodos están situados sobre varias áreas diversas de un lugar de medida, y el electrodo de referencia 72 se pone luego en contacto con la piel del sujeto en relación separada a los conjuntos de electrodos. Este electrodo de referencia se podría poner en contacto, por ejemplo, con una mano o el área subxifoidea del sujeto. Se mide el campo electromagnético entre el electrodo de referencia y cada uno de los electrodos 70, se convierte a una señal digital y se almacena para ser procesada por la sección procesadora 94. El control del programa para la unidad central de proceso hace que se tomen repetidamente una pluralidad de estas medidas para cada canal (por ejemplo 150), y las medidas en todos los canales se toman secuencialmente durante un periodo de medida predeterminado. Se toman medidas secuenciales entre el electrodo de referencia y uno de los electrodos 70 de cada conjunto 66 y 68 hasta que se efectúe el muestreo de cada canal, y después, las medidas secuenciales se repiten hasta el final de la duración del periodo de medida predeterminado. Las indicaciones de medidas almacenadas de cada canal individual no son promediadas con las de otros canales, sino que se toman separadamente y se promedian por canal dentro de la sección procesadora 106 al final del periodo de medida. Durante un solo periodo de medida, por ejemplo, de docecanales de medida, la sección procesadora obtendrá doce señales medias indicativas del campo electromagnético medio durante el periodo de medida, entre el electrodo de referencia 72 y cada uno de los electrodos 70 de los conjuntos 66 y 68 de electrodos. Por supuesto, se pueden usar más electrodos de referencia aunque se haya mostrado un solo electrodo de referencia con fines ilustrativos.

Una vez que se ha obtenido una indicación final del nivel de señal media para cada canal, se analizan matemáticamente los resultados de las medidas tomadas en múltiples sitios, para determinar las relaciones entre los valores de señal media obtenidos. Se ha encontrado que el resultado de dicho análisis es que se puede obtener un subconjunto de relaciones que sean indicativas de la presencia de enfermedades, lesiones u otras condiciones más importantes, mientras que se podría obtener un subconjunto diferente que fuera indicativo de la ausencia de tales condiciones.

Una de las relaciones más importantes que se han de obtener es la diferencia máxima de voltajes (DMV), que se define como el valor mínimo de voltaje medio obtenido durante el periodo de medida, restado del valor máximo de voltaje medio obtenido durante el mismo periodo, donde dos o más electrodos están registrando potenciales de CC de un sitio de exploración. Por tanto, para cada periodo de medida predeterminado, la indicación más baja de nivel de voltaje medio obtenida en cualquiera de los canales es restada de la indicación más alta de nivel de voltaje medio obtenida en cualquiera de los canales, para obtener un nivel de voltaje DMV. Si este nivel de voltaje DMV está por encima o por debajo de un nivel deseado >x, podría indicar una condición de enfermedad, tal como una malignidad, lesión u otra condición.

Como la contribución de cada canal de electrodos es importante para obtener una diferencia máxima de voltajes exacta al final del periodo de medida, se podría detener el periodo de medida e iniciar un nuevo periodo de medida si, durante el periodo de medida, un electrodo 70 dejara de proporcionar una señal aceptable. De lo contrario, se obtendrá una media errónea para ese canal de electrodos, y esta media bien podría dar lugar a una lectura errónea de DMV.

El funcionamiento general total de la unidad central de proceso se entenderá mejor con referencia a los diagramas de flujo de las Figuras 7 y 8. El funcionamiento de la unidad de medida es iniciado por un conmutador de arranque adecuado como se indica en 114 para alimentar la unidad central de proceso 94, y esto dispara un estado de iniciación 116. En el estado de iniciación, los diversos componentes del dispositivo se llevan automáticamente a un modo operativo activándose, por ejemplo, un indicador 112 mientras varios registros de control para la unidad central de proceso se reponen a un estado deseado.

Subsiguientemente, se inicia un periodo de comprobación funcional en 118, en el que se comprueba que los diversos componentes del sistema funcionan apropiadamente. Durante este periodo de comprobación funcional, también se pueden comprobar los conjuntos 66 y 68 de electrodos para estar seguros que se están usando electrodos que miden exactamente biopotenciales de CC.

Si se comprueba que todos los componentes del sistema funcionan apropiadamente durante el periodo de comprobación funcional del sistema, en 120 empieza la temporización de los convertidores analógico a digital de acuerdo con la frecuencia de la red de CA, y en 122 empieza la temporización de los multiplexores y desmultiplexores. Con los convertidores analógico a digital, los multiplexores, los desmultiplexores y los filtros digitales en funcionamiento, ahora es posible observar las señales de biopotenciales de un área de medida durante un periodo de observación iniciado en 124. Durante este periodo de observación, se estabilizan las condiciones en el área de medida que está en contacto con los conjuntos 66 y 68 de electrodos, de modo que se puedan obtener subsiguientes medidas fiables de biopotenciales de CC. Como el periodo de estabilización varía para diferentes sujetos, debe transcurrir un periodo de tiempo desconocido antes que se obtengan medidas fiables de biopotenciales de CC. Por tanto, en 124 se inicia un periodo de observación predeterminado, y se observan y promedian las señales en todos los canales. Después, al final del periodo de observación inicial se comparan en 126 las señales individuales con la media, para obtener un valor indicativo de la relación entre ellas y, si este valor de relación es mayor que un valor x predeterminado, no se ha producido una estabilización suficiente de la señal durante el periodo de observación, y se inicia un nuevo periodo de observación. Por el contrario, si los valores obtenidos de las relaciones son menores que el valor x predeterminado, se termina el periodo de observación y se inicia un periodo de medida en A. Alternativamente, el periodo de observación puede ser un periodo de tiempo amplio, por ejemplo, diez minutos, que se use para todos los pacientes y sea suficiente para asegurar la estabilización de la señal.

Con referencia a la Figura 8, una vez iniciado un periodo de medida, se accede secuencialmente a los canales de electrodos individuales y se toman un número de potenciales de medida (por ejemplo, 150) por cada canal, se digitalizan, se filtran y se almacenan por canal en 128. Cuando termina el periodo de medida en 130, cada canal de datos almacenados es observado en 131 para determinar si en un canal faltan o no señales almacenadas, se identifica el canal en 132 y en 134 se suministra una indicación de advertencia con una identificación del electrodo implicado basada en la identificación del canal. Si las señales están ausentes en varios canales, esto se identifica en 136, y en 134 se suministra una indicación de varios canales. Una indicación de varios canales puede evidenciar que un electrodo de referencia está suelto.

Una vez que se ha determinado que en todos los canales están presentes valores de medidas aceptables, de las restantes medidas tomadas durante el transcurso del periodo de medida se deduce un valor medio final para cada canal en 138, y de estos valores medios, en 140 se muestrea el mayor y el menor valor medio obtenido dentro o entre canales durante el periodo de medida. En 142, el menor valor medio de canal es restado del mayor valor medio de canal, para obtener un valor de diferencia máxima de voltajes (DMV). Este valor de diferencia máxima de voltajes se procesa después en 144 para indicar la presencia o ausencia de una enfermedad, lesión u otra condición corporal y, durante el proceso, se puede comparar con los valores de las diferencias obtenidas anteriormente, para determinar la eficacia del tratamiento o el progreso de una enfermedad, lesión u otra condición corporal. El valor de la diferencia también se puede usar para indicar la presencia de numerosas funciones corporales normales tales como la ovulación, y condiciones de trabajo normales o anormales.

Con referencia a las Figuras 9-12, los conectadores 10 de electrodos con sus conductores eléctricos 16 son componentes de un sistema de cables 146 separable. Cada uno de los conectadores 10 lleva un icono pictográfico 148 que identifica dónde se ha de colocar el electrodo asociado 70 ó 72 en un cuerpo, con respecto a los restantes electrodos. El icono también puede llevar letras de identificación y, cuando los electrodos están situados en lados opuestos de un cuerpo, las letras empiezan por "L" para los electrodos del lado izquierdo y "R" para los electrodos del lado derecho. Los iconos para los conectadores de electrodos sensores del pecho izquierdo y derecho se muestran en la Figura 13 con los iconos 149 que designan los conectadores para los electrodos de referencia.

Los conductores 16 para los electrodos del lado derecho se extienden a través de una brida 150 del lado derecho, mientras que los conductores 16 para los electrodos del lado izquierdo se extienden a través de una brida 152 del lado izquierdo. Desde las bridas 150 y 152, estos conductores se extienden a través de cables 154 y 156 hasta un conectador 158 del tipo de bloqueo con fuerza de inserción cero disponible comercialmente. Este conectador tiene terminales de conexión 160 individuales separados, con números y letras en las Figuras 11 y 12 para cada conductor 16, así como terminales de conexión para conductores de blindaje 162. Los terminales de conexión separados 160 del conectador 158 se acoplan con los terminales separados de un conectador de contactos que proporciona conexiones eléctricas separadas de canales para los multiplexores 74 y 76. También, el conectador de contactos conecta los conductores de blindaje 162 al circuito de blindaje 79.

Refiriéndonos ahora a la Figura 10, los cables 154 y 156 son de estructura idéntica, y sus estructuras se describirán con relación al cable 156. Cada cable incluye una funda exterior flexible de material aislante 164, tal como poliuretano, con una envoltura separadora de papel 166 debajo de la funda exterior. Esta envoltura separadora de papel rodea los conductores 16 que pasan a través del cable. Cada uno de los conductores 16 incluye un conductor eléctrico 168 rodeado por una funda interior 170 de conectador, eléctricamente aislante que, a su vez, está metida dentro de un blindaje de cobre estañado 172. Una envoltura de papel 174 está dispuesta alrededor del blindaje de cobre estañado y está cubierta por una funda exterior aislante 176 de conductor.

Con referencia a la Figura 11, los blindajes de cobre estañado 172 de cada uno de los conductores eléctricos 16 están conectados eléctricamente por conductores 178 y 180 a los conductores de blindaje 162 y, cuando los cables 154 y 156 se conectan al circuito analógico 73, estos conductores de blindaje se conectan al circuito de blindaje 79. Este circuito de blindaje incluye una entrada 182 conectada a través de un amplificador operacional 184 que tiene una entrada de referencia 186 conectada a tierra. La entrada 182 está conectada a una entrada 188 de señal del amplificador operacional mediante una inductancia 190, y la salida del amplificador operacional se conecta a tierra por medio de una resistencia 192 y un condensador 194. Un circuito resistivo 196 proporciona una conexión entre la entrada 188 de señal y el lado de salida del amplificador operacional 184.

Como los conductores 16 llevan señales de biopotenciales de CC de muy poca amplitud, del orden de uno a diez milivoltios, es esencial que deban blindarse de modo que estas señales de CC no se degraden por el ruido de la interfaz del cable. El circuito de blindaje 79 funciona eficazmente para compensar el ruido de la interfaz del cable. Funciona para variar la impedancia a tierra en respuesta al aumento de ruido.

Claims (16)

1. Un conectador eléctrico (10) para hacer contacto eléctrica y mecánicamente con la superficie periférica de un conectador de botón protuberante (35) de un electrodo de biopotencial, a fin de conectar un hilo conductor eléctrico (16) a dicho electrodo de biopotencial; que comprende:

un soporte (12, 14) de conectador;

un primero y un segundo brazos (24, 26) opuestos y separados empujados por resorte, montados en dicho soporte (14) de conectador, siendo empujado cada uno de dichos brazos (24, 26) por un resorte (44) hacia el otro brazo, y teniendo un extremo libre (31) separado del extremo libre (31) del otro brazo;

estando conectado eléctricamente dicho hilo conductor eléctrico (16) a dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte;

caracterizado por:

un miembro de accionamiento (18) montado en dicho soporte (12) de conectador para moverse entre los extremos libres (31) de dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte, funcionando dicho miembro de accionamiento (18) para hacer contacto con los extremos libres (31) de los primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte a fin de separar dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte.

2. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 1, en el que una sección contorneada (32) de cada uno de dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte, hacia dentro del extremo libre (31) de los mismos, está configurada para adaptarse sustancialmente a una parte de la superficie periférica de dicho conectador de botón protuberante (35), estando en alineación opuesta las secciones contorneadas (32) de dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte.

3. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 1, en el que dicho miembro de accionamiento (18) incluye una superficie extrema de leva (48, 50) para hacer contacto con, y separar, los extremos libres (31) de dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte.

4. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 3, en el que cada uno de dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte incluye una sección de leva (34) formada en el extremo libre (31) de los mismos para hacer contacto con la superficie extrema de leva (48, 50) de dicho miembro de accionamiento (18).

5. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 3, en el que la superficie extrema de leva (48, 50) de dicho miembro de accionamiento (18) incluye un vértice central (52) y primera y segunda superficies inclinadas (48, 50) que se inclinan alejándose de dicho vértice central (52).

6. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 2, en el que dicho soporte (12, 14) de conectador incluye una abertura (22) situada en alineación con las secciones contorneadas (32) de dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte, para guiar dicho conectador de botón (35) entre dichos brazos empujados por resorte.

7. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 6, en el que dicho miembro de accionamiento (18) incluye una superficie extrema de leva (48, 50) para hacer contacto con, y separar, los extremos libres (31) de dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte.

8. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 7, en el que cada uno de dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte incluye una sección de leva (34) formada en el extremo libre (31) de los mismos, para hacer contacto con la superficie extrema de leva (48, 50) de dicho miembro de accionamiento (18).

9. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 8, en el que la superficie extrema de leva (48, 50) de dicho miembro de accionamiento (18) incluye un vértice central (52) y primera y segunda superficies inclinadas (48, 50) que se inclinan alejándose de dicho vértice central (52).

10. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 9, en el que cada uno de dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte está formado para conducir señales eléctricas a dicho hilo conductor eléctrico (16).

11. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 1, en el que dicho soporte (12, 14) de conectador incluye un alojamiento (12); incluyendo dicho alojamiento (12) una abertura (22) situada para guiar dicho conectador de botón (35) entre dichos brazos (24, 26) empujados por resorte.

12. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 11, en el que cada uno de dichos brazos (24, 26) empujados por resorte está montado para un movimiento de pivote (28) en dicho alojamiento (12), y un resorte (44) conectado eléctricamente a dicho hilo conductor eléctrico (16) está montado en contacto con dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte, para empujar dichos brazos (24, 26) empujados por resorte, el uno hacia el otro.

13. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 12, en el que dicho resorte (44) y dichos brazos (24, 26) empujados por resorte incluyen material eléctricamente conductivo para conducir una señal eléctrica a dicho conductor eléctrico (16).

14. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 13, en el que dicho resorte (44) es un resorte laminar, estando cubiertos dicho resorte, y dichos primero y segundo brazos (24, 26) empujados por resorte, con una capa delgada de metal eléctricamente conductivo.

15. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 14, en el que dicho metal eléctricamente conductivo es oro.

16. El conectador eléctrico (10) de la reivindicación 11, en el que dicho alojamiento (12, 14) incluye una parte transparente para permitir la observación visual de dichos brazos (24, 26) empujados por resorte.