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WO2017208204A1 - Method and device for detecting apnoea - Google Patents

Method and device for detecting apnoea Download PDF

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Publication number
WO2017208204A1
WO2017208204A1 PCT/IB2017/053278 IB2017053278W WO2017208204A1 WO 2017208204 A1 WO2017208204 A1 WO 2017208204A1 IB 2017053278 W IB2017053278 W IB 2017053278W WO 2017208204 A1 WO2017208204 A1 WO 2017208204A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
emgdi
apnea
detection
processor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/IB2017/053278
Other languages
Spanish (es)
French (fr)
Inventor
Róbinson Alberto TORRES VILLA
José Mauricio OCHOA ESCOBAR
Juan Sebastián OSORIO VALENCIA
Yurley Viviana PANIAGUA GUTIERREZ
Sergio LÓPEZ ISAZA
Elisa MEJÍA MEJÍA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UNIVERSIDAD CES
Universidad EIA
Original Assignee
UNIVERSIDAD CES
Universidad EIA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UNIVERSIDAD CES, Universidad EIA filed Critical UNIVERSIDAD CES
Publication of WO2017208204A1 publication Critical patent/WO2017208204A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons

Definitions

  • the present invention is related to the methods and devices for the detection of apnea by means of the processing of electromyography signals of the surface of the diaphragm muscle, heart rate and is confirmed by the oxygen saturation of the hemoglobin in blood measured from the pulse oximetry , Sp02.
  • apnea is considered as an episode of absence of respiratory flow lasting more than 20 seconds, or of shorter duration, but accompanied by cardiovascular repercussion, in particular bradycardia (less than 100 beats per minute in neonates) and hypoxemia (low concentration of oxygen in the blood).
  • the type of apnea can be classified according to the production mechanism as: Central, Obstructive or Mixed.
  • the first designed apnea detection systems use variables managed by artificial ventilators, such as airflow in the airways or change in the volume of the rib cage in the lungs, and variables related to the behavior of the heart, but These are indirect measurements that may not be expeditiously related to respiratory activity.
  • the differentiation of the different apnea episodes has been reported in the state of the art through non-invasive methods but associated with artificial ventilators or using direct methods such as capnography, but as in the latter, delays may occur. due to the time it takes for the gas to reach the sensor.
  • the monitoring of diaphragmatic activity through surface electromyography (EMGdi) has been used in the detection of apnea and other respiratory disorders; This method has been mainly used in the detection of sleep apnea.
  • EMGdi surface electromyography
  • the resulting signal called the diaphragm electromyographic signal is of good quality and shows a minimum electrocardiogram content (mainly P wave residues).
  • Leo van Eykern patented through US4248240 A a method for electromyographic signal of the transcutaneous diaphragm that works in a similar way. There are significant differences between the two methods, such as delays in processing time.
  • Customization in the detection process from a previous training time which allows adaptation to the patient's physiology.
  • Fig. 1 corresponds to the connection of the three electrodes to a pre-amplification stage.
  • Fig. 2 corresponds to a diagram of the isolation amplifier of the amplification unit of the signal conditioning module
  • Fig. 3 corresponds to the circuit diagram and the seventh order transfer function for the Butterworth low-pass filter.
  • Fig. 4 corresponds to the circuit diagram and the seventh order transfer function for the Butterworth high-pass filter.
  • Fig. 5 corresponds to the amplification circuit diagram of the filter unit signal.
  • Fig. 6 corresponds to the circuit diagram of a precision full wave rectifier.
  • Fig. 7 corresponds to the comparator circuit diagram of the signal processing module.
  • Fig. 8 corresponds to an example of step iii of step a) with 251 time windows of 2 seconds.
  • Fig. 9 corresponds to the range of confidence limits for the EMGdi signal (a), the range of confidence limits for heart rate (b) for a particular example.
  • the present invention relates to a non-invasive device for the early detection of the presence of apnea comprising: EMGdi and FC signal detection means, an EMGdi and FC signal conditioning module, connected to the detection means of EMGdi and FC signal, and Sp02 detection medium; a signal processing module connected to the EMGdi and FC signal conditioning module; a processor; an analog to digital converter connected to the signal processing module and the processor; a memory connected to the processor, to store data and instructions; a power source that provides power to the previous components.
  • the EMGdi and FC signal detection means are three surface electrodes with precision modular connectors, Push-Pull type interlocking mechanisms and shielding protection rings for electromagnetic compatibility.
  • Two electrodes are located in the costal margin of the person under observation, one on the left side and the other on the right side of the body, in a line drawn vertically from the nipples of the person under observation, between the sixth and seventh intercostal region; and the third electrode is located in the sternum.
  • the method for the detection of obstructive, central and mixed apnea consists of two stages: a stage (a) of training and a stage (b) of detection of apnea.
  • the stage (b) of apnea detection consists of the following steps; i) repeat steps i), ii), iii) of step (a) continuously every time T2; ii) store the characteristics obtained in step i) of step (b) in a memory every time T2; iii) compare the characteristics stored in step ii with the confidence interval calculated in step v) of step (a ) every time T2; and, iv) activate the apnea episode alarm if the characteristics compared in step ii above differ from the confidence interval calculated in step v of step (a).
  • a device for displaying the envelope of the EMGdi signal means for providing a condition message of the person under observation in the event of an apnea episode, said means are connected to the processor; an alarm indicating the state of apnea connected to the processor; Y; Sp02 measuring means, a conditioning module of the Sp02 measuring signal connected to the Sp02 measuring means and means for generating a patient ventilation control signal from the apnea condition connected to the processor.
  • the present invention corresponds to a method and a non-invasive device for the early detection of the presence of apnea, the device comprises: EMGdi, FC and Sp02 signal detection means; -a signal conditioning module of EMGdi, FC and Spo2 connected to the signal detection means of EMGdi, FC and
  • a power source for example a power source of medical category, which provides power to the above components
  • the EMGdi, FC and Sp02 signal detection means are responsible for capturing the EMGdi, FC and Sp02 signals of the person under observation.
  • the EMGdi and FC signal detection means are three surface electrodes with precision modular connectors, push-pull interlocking mechanisms and shield protection rings for electromagnetic compatibility.
  • Sp02 signal detection means for example a conventional pulse oximetry clamp that has two LEDs, one infrared and one red and one photodiode to capture the light coming from the LEDs; This clamp is connected to the processor module through a conventional DB9 type connector.
  • Other means of detection of Sp02 are, for example, spectrophotometric measurement meters, and detection means based on photoplethysmography-based measurement (PPG).
  • the installation of the electrodes is carried out preferably but not exclusively as follows: two electrodes are located on the costal margin of the person under observation, one on the left side and the other on the right side of the body, in a line drawn vertically from the nipples, between the sixth and seventh intercostal region; and the third electrode is located in the sternum.
  • the way to install the electrodes is chosen due to the ease of replacing them during the measurements, the signal is minimally contaminated by the electrical activity of the intercostal muscles during tidal breathing and the place is close to the insertion of the costal fibers of the diaphragm along the costal margin, obtaining a clear respiratory EMGdi signal during inspiration.
  • Precision modular connectors feature highly durable and polarized pull protection rings to prevent incorrect connections.
  • the metal fabrication of the body ensures EMCdi shielding by electromagnetic compatibility, while the push-pull design saves space and eliminates the risk of accidental cable disconnection due to shock, vibration or cable pull.
  • a pair of multipolar (5-way) self-locking connectors with polarization key is used.
  • Self-locking is carried out by means of a simple axial thrust on the Male / Female connectors.
  • the disconnection is carried out by means of axial traction on the outer body of the connector, releasing the interlocking and thus allowing the disconnection of the Male / Female assembly.
  • An aerial male connector and a female connector are used PCB mounting with PEEK insulating material for a cable size of 4.1 to 5mm.
  • the Sp02 signal detection means is performed by installing the pulse oximetry clamp on a patient's limb, in a slightly translucent region such as a finger, nose, ear or foot in the case of neonatal patients.
  • EMGdi and FC signal conditioning module
  • the EMGdi and FC signal conditioning module is connected to the EMGdi and FC signal detection means.
  • the EMGdi and FC signal conditioning module comprises an amplification unit connected to a filtering unit.
  • Y -a decoupling capacitor connected to the output of the isolation amplifier; Y, -a pass-band filter with lower cutoff frequency between 0.1 Hz and 0.5Hz and higher cutoff frequency between 800Hz and 900Hz connected to the isolation amplifier output.
  • the EMGdi and FC signal conditioning module also comprises an amplification unit connected to a filtering unit.
  • the isolation amplifier of the amplification unit of the EMGdi and FC signal conditioning module has a gain between 1 and 20 gain; The main purpose of the isolation amplifier is to break the ohmic continuity of the input signal with the processing stages, minimizing the risk of electric shock.
  • the isolation amplifier corresponds to an integrated AD210 of Analog Devices and the gain of the isolation amplifier is 11, which is obtained from the following formula:
  • the isolation amplifier is powered by a regulated 15V DC source using a medical source;
  • the isolation amplifier provides up to 3500V of insulation, a value that describes the amount of voltage that the insulation barrier can withstand without deteriorating. It also has a bandwidth of 20kHz and gains of 1 to 100 can be obtained using an external resistance configuration.
  • an instrumentation amplifier with a gain of between 1 and 15 connected to its output is connected to the isolation amplifier;
  • a maximum offset voltage of 100 ⁇ and 6mV is presented at room temperature for the input and output, respectively, so that an offset adjustment is made for both the input and output.
  • the conditioning and filtering of the signal is carried out by means of a filtering unit where the ECG and EMGdi signals are separated, to only take the frequency range in which the greatest amount of signal information is contained EMGdi, this will eliminate components that act as noise in the signal.
  • the filtering unit comprises: a first channel that connects to an active high-pass filter with a cut-off frequency of 63Hz connected to the output of the isolation amplifier of the amplification unit of the signal conditioning module;
  • this second channel serves to obtain the ECG signal that will serve as a starting point for the elimination of the QRS complexes from the EMGdi signal;
  • a protection voltage limiter with a value of 3.6V, connected to the signal amplification circuit and to the input to an analog to digital converter.
  • the filtering unit of the signal conditioning module is a pass-through filter with cut-off frequencies between 13Hz and 25Hz.
  • the purpose of the active pass-band filter is to let the QRS complex pass, and then eliminate the ECG component that is present in the output signal of the high-pass filter of the filtering unit. It is of importance of the phase delay after the filters since synchronization is required to ensure that the segment of ECG that is removed from the signal from the high pass filter corresponds to the QRS complexes detected by the pass filter.
  • a circuit is provided that provides the seventh order transfer function for the filtering unit.
  • the filter a low pass and
  • a first order filter and three second order filters are cascaded, however, although in this case the first order is passive with a follow-up amplifier.
  • a DC voltage is amplified and added by means of the signal amplification circuit of the filtering unit.
  • the integrated LM358 is used, which operates on an individual supply (V + -GND), thus rejecting the negative voltage
  • the DC voltage adder raises the offset level of the signal to 1.55V, ideal for a high performance microprocessor or a microcontroller
  • a zener diode of protection with a value of 3.6V, preventing the passage of any higher voltage and damage of the microprocessor or microcontroller.
  • Fc 868.27Hz
  • the series capacitor at the input is used to eliminate the DC voltage before the operational amplifier, in this way it is ensured that the offset that the signal will have at the output of the circuit is stipulated according to the resistance configuration in the characteristic equation.
  • the gain of this circuit is 10.
  • a combination of seventh-order high-pass and low-pass filters is changed to a combination of second and fourth-order filters, pass-bands and high-pass filters, respectively looking for reduce the remainder of the P wave of the ECG and decrease the delay in the processing of the EMGdi signal.
  • the signal processing module is responsible for the elimination of the QRS complex present in the EMGdi signal, and obtains an enveloping signal that resembles the patient's respiratory pattern, that is, it resembles a respiratory pattern in the form of a periodic wave.
  • the ECG elimination form is based on the detection of the QRS complex and the elimination of the sector comprising the QRS complex in the EMGdi signal.
  • the signal processing module comprises: -an ECG elimination unit;
  • the signal processing module is connected via two channels to the electromyography signal conditioning module, where a first channel connects the filtering unit of the signal conditioning module to the ECG elimination unit, and a second channel connects the unit of filtering of the signal conditioning module with the QRS complex detection unit.
  • the ECG elimination unit and the QRS complex detection unit of the signal processing module comprises:
  • the precision full-wave rectifier also called the absolute value circuit, is constructed by adding the output of a half-wave rectifier. After the rectifier, a 10Hz passive low pass filter is connected with a 15ms time constant, which gives the signal envelope, and another 0.16 Hz high pass filter that eliminates the low frequency component that can interfere with the true pulse size.
  • the level comparator functions as a threshold detector for the removal of the ECG component from the input signal to the comparator.
  • the ECG elimination unit identifies the larger wave of the QRS complex normally the R in the classical form of the ECG signal and sends a pulse train to the processor to calculate the heart rate
  • the comparator of the signal processing module is an analog-digital circuit where the digital type output signal of this comparator is determined by the analog type input signal, and the The status of the output signal has a low or high digital value that depends on the amplitude of the input signal with respect to a reference level.
  • the reference signal is given by the voltage divider determined by Ri and R2, and the high and low values of the signal will be the positive and negative feeds of the integrated respectively.
  • this detector is in a non-inverting configuration to compare the input signal to comparator V ⁇ with a voltage determined by resistors R1 and R2. It is recommended that the resistance R3 be 15kQ.
  • the integrated one that eliminates the sector of the EMGdi signal that contains the QRS complex is a bilateral CD4066 switch, which receives the comparator's pulse as a control or trigger signal, which activates or deactivates the passage of the EMGdi signal.
  • the level comparator connects an EMGdi signal amplification stage with an amplifier in configuration as a non-inverter. This amplification is variable and is before an absolute value circuit or rectifier. The objective is to deliver a signal with the amplitude that allows to obtain an envelope to be taken to the processor.
  • the EMGdi envelope detection unit of the signal processing module comprises:
  • an envelope detector consisting of an active low-pass filter, with a cut-off frequency between 0.5Hz and 1 Hz. whose input is connected to the precision full-wave rectifier output;
  • the processor operates in training mode and in apnea episode detection mode, where in the training mode the normality of the EMGdi, FC and Sp02 parameters is identified, and in detection mode the abnormality of the parameters to be detected is identified and classify apnea episodes, indicating these episodes as an alarm signal.
  • the processor during a training stage, calculates, from data extracted from the EMGdi, Sp02 and FC signals stored in memory during the training stage, in a range the confidence limits of the data, and during a stage of detection, compares the data stored in the memory extracted from the EMGdi, Sp02 and FC signals during the detection stage with the confidence limits of the data calculated in the training stage according to the comparison result, apnea detection is indicated obstructive, central or mixed performing early detection of the presence of apnea.
  • the processor is a Microprocessor: Rabbit 4000.
  • the processor is connected to a means to generate a patient ventilation control signal or an alarm signal from the apnea condition.
  • measuring means of Sp02 are counted, a conditioning module of the measuring signal of Sp02 connected to the measuring means of Sp02 and connected to the processor the apnea condition is confirmed by the processor by the concentration of blood hemoglobin oxygen, measured with the Sp02 measuring means.
  • the processor is connected to means for generating a patient ventilation control signal or an alarm signal from the apnea condition.
  • the EMGdi signal previously processed by the hardware of the invention is recorded by means of an A / D channel of the analog to digital converter and a square signal with frequency equal to the heart rate is separated, which is recorded by means of the processor
  • the analog to digital converter is connected to the signal processing module and to the processor.
  • sampling frequencies are generally 1 kHz, therefore using a 250ms analysis window results in an input vector with a dimension of 250 for each channel.
  • the invention has a memory connected to the processor, to store data and instructions.
  • the memory is 512k of flash memory, 512k of SRAM memory.
  • a device for displaying the envelope of the EMGdi signal means for providing a condition message of the person under observation in the event of an apnea episode, said means are connected to the processor;
  • this display device is connected to the processor.
  • an alarm indicating the state of apnea connected to the processor; and, a power source that provides power to the previous components.
  • the device for display is a reference display TG12864B-05 has a pixel resolution of 128x64 and BackLight.
  • the method for the detection of obstructive, central and mixed apnea characterized by the stages of: a stage (a) of training and a stage (b) of apnea detection.
  • stage (a) of training that consists in establishing comparison characteristics in the time domain through the steps of: i. acquire for a time T1 the signals of EMGdi, FC, and Sp02;
  • the training stage is implemented to make the personalized equipment, since the signals coming from a person under observation have different EMGdi characteristics in relation to other people under observation and also have a range of heart rates that can be stable for one person and for another no.
  • Step ii of step (a) comprises the sub-steps of: to. extract the surround signal from the EMGdi signal;
  • step iii of step a) Extract the characteristics in the time domain area under the curve, mean and standard deviations (or) for the signals; EMGdi, FC and Sp02 envelope.
  • the characteristics in the time domain are calculated every 2 seconds and stored in different vectors for each signal, the result of each time window of 2 seconds occupies a column of the vector, obtained at the end of training 2 vectors each of the vectors for each characteristic with 45 positions.
  • Step iii of step (a) comprises the sub-steps of a. extract the area under the curve of the EMGdi envelope from each time T2;
  • step v of step (a) it is carried out in a normal distribution defining a 95% confidence level, so that the probability for the interval meets the expression P (X - 1.96 * ⁇ ⁇ X + 1.96 * ⁇ ).
  • the training stage (a) takes a time of 1 minute and 30 seconds, during which time it performs the following processes: these 90 seconds are divided into 2-second windows giving a total of 45 time windows.
  • the training stage (b) is carried out through the steps of: i. repeat steps i, i, iii of step (a) continuously every time T2;
  • step i storing the characteristics obtained in step i above in a memory every time T2;
  • step iv. activate apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii above differ from the confidence interval calculated in step v of step (a).
  • Step iv of step (b) comprises the sub-steps of: i. activate an obstructive apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii of stage (b) is greater than the upper limit of the range established in step v of stage (a);
  • step iii of stage (b) activates a central apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii of stage (b) are less than the lower limit of the range established in step v of stage (a); Y, iii. activate mixed apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii fluctuate above and below the upper and lower limits set in step v of step (a).
  • step (b) steps iii) to iv) are performed by comparing the values of the EMGdi, FC, and Sp02 envelope signals, with preset limits in case of exceeding these limits, the apnea alarm is activated.
  • the processor declares an apnea episode when two physiological variables exceed the confidence limits in two consecutive time windows of 4 seconds, since the probability of false alarms is almost zero, that is, 4.81%, according to the results produced by the statistical evaluation of the invention.
  • T (ms) tl + t2 + tn ⁇ 1 + tn
  • step v of step a) calculates an interval of confidence limits taking into account that the minimum number of samples is met according to the central limit theorem.
  • both the heart rate and the electrical activity of the diaphragm must be exceeded, in addition, the program must detect values outside twice consecutively the intervals to declare an apnea episode.
  • EMGdi signals from a healthy subject were recorded by breathing normally, using the A / D acquisition channel of an RCM4510W analog-to-digital converter.
  • the data recording time to perform stage a) was 8 minutes 37 seconds, which means 251 time windows of 2 seconds each as presented in Fig 8.
  • Test R An apnea episode is detected when the EMGdi signal and the heart rate in the same window are outside the confidence limits for two consecutive time windows.
  • R2 test An apnea episode is detected when the EMGdi signal and the heart rate in the same window are outside the confidence limits.
  • ⁇ Test R3 An apnea episode is detected when the EMGdi signal is outside the confidence limits during two windows of consecutive time and in the case of heart rate, it is only outside the confidence limits in the second window.
  • ⁇ Error of estimation It is the percentage of error of the probability of false alarms.
  • n It is the sample size used to evaluate the training of the algorithm.
  • the number of false alarms for the R and R3 tests is zero, which shows that there was no apnea episode at any time.
  • the proportion of false alarms in the R2 Test it was expected, since a 95% confidence level was defined for each EMGdi and FC heart rate biological variable. The percentage of error of the results obtained for the proportion of false alarms is given by the estimation error, and this is 4.81%.
  • the processor declares an apnea episode when two physiological variables exceed the confidence limits in two consecutive time windows of 4 seconds, since the probability of false alarms is almost zero, that is, 4.81%, according to the results produced by the statistical evaluation of the invention.
  • apneas Based on the production mechanism, apneas can be:

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Abstract

The invention relates to a method and non-invasive device for detecting apnoea, the device comprising: a) means for detecting EMGdi, FC and SpO2 signals; b) a module for conditioning the EMGdi, FC and SpO2 signals, which is connected to the means for detecting the EMGdi, FC and SpO2 signals; c) a signal processing module connected to the module for conditioning the EMGdi and FC signals; d) a processor; e) an analogue-to-digital converter connected to the signal processing module and to the processor; f) a memory connected to the processor; and g) a power source that powers the mentioned components. The method comprises two steps, a step of training and a step of detecting. During the step of training, the processor calculates the data confidence limits in an interval, using the data extracted from the EMGdi, FC and SpO2 signals and stored in the memory. During the step of detecting, the data stored in the memory and extracted from the EMGdi, FC and SpO2 signals are compared to the data confidence limits calculated in the training step. According to the result of the comparison, the detection of obstructive, central or mixed apnoea is indicated, the presence of apnoea being detected early and confirmed by means of SpO2.

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA LA DETECCIÓN DE APNEA  METHOD AND DEVICE FOR APNEA DETECTION

Campo de la invención Field of the Invention

La presente invención está relacionada con los métodos y dispositivos para la detección de apnea por medio del procesamiento de señales de electromiografía de superficie del músculo diafragma, frecuencia cardiaca y es confirmado mediante la saturación de oxígeno de la hemoglobina en sangre medida a partir de la pulsioximetría, Sp02. The present invention is related to the methods and devices for the detection of apnea by means of the processing of electromyography signals of the surface of the diaphragm muscle, heart rate and is confirmed by the oxygen saturation of the hemoglobin in blood measured from the pulse oximetry , Sp02.

Descripción del estado del arte. Description of the state of the art.

La definición de apnea se considera como un episodio de ausencia de flujo respiratorio de duración superior a 20 segundos, o de menor duración, pero acompañado de repercusión cardiovascular, en particular bradicardia (menos de 100 pulsaciones por minuto en neonatos) e hipoxemia (baja concentración de oxígeno en la sangre). El tipo de apnea se puede clasificar de acuerdo al mecanismo de producción como: Central, Obstructiva o Mixta. Los primeros sistemas diseñados de detección de apnea utilizan las variables manejadas por ventiladores artificiales, tales como el flujo de aire en las vías respiratorias o el cambio en el volumen de la caja torácica en los pulmones, y variables relacionadas con el comportamiento del corazón, pero éstas son mediciones indirectas que pueden no estar relacionadas de manera expedita con la actividad respiratoria. The definition of apnea is considered as an episode of absence of respiratory flow lasting more than 20 seconds, or of shorter duration, but accompanied by cardiovascular repercussion, in particular bradycardia (less than 100 beats per minute in neonates) and hypoxemia (low concentration of oxygen in the blood). The type of apnea can be classified according to the production mechanism as: Central, Obstructive or Mixed. The first designed apnea detection systems use variables managed by artificial ventilators, such as airflow in the airways or change in the volume of the rib cage in the lungs, and variables related to the behavior of the heart, but These are indirect measurements that may not be expeditiously related to respiratory activity.

La diferenciación de los diferentes episodios de apnea, se ha reportado en el estado de la técnica a través de métodos no invasivos pero asociados a ventiladores artificiales o uso de métodos directos como la capnografía, pero que como ocurre en esta última, se pueden presentar retardos debido al tiempo que toma el gas para llegar al sensor. El monitoreo de la actividad diafragmática a través de electromiografía superficial (EMGdi), se ha utilizado en la detección de apnea y otros desórdenes respiratorios; este método ha sido principalmente usado en la detección de apnea de sueño. La utilización del método EMGdi, con sensores ubicados en el pecho trae una interferencia por la actividad eléctrica del corazón causada especialmente por el complejo QRS. The differentiation of the different apnea episodes has been reported in the state of the art through non-invasive methods but associated with artificial ventilators or using direct methods such as capnography, but as in the latter, delays may occur. due to the time it takes for the gas to reach the sensor. The monitoring of diaphragmatic activity through surface electromyography (EMGdi) has been used in the detection of apnea and other respiratory disorders; This method has been mainly used in the detection of sleep apnea. The use of the EMGdi method, with sensors located in the chest brings interference by the electrical activity of the heart, especially caused by the QRS complex.

Se reportan en el estado de la técnica varios métodos para la eliminación del componente de electrocardiograma presente en la señal electromiográfica del diafragma (EMGdi). Por ejemplo en el artículo de Corne et al.,[1] después de obtener la señal electromiográfica del diafragma por medio de una sonda esofágica especialmente diseñada para esto, el complejo QRS (usualmente de 60 ms a 100ms de duración) fue inicialmente removido de la señal. La señal electromiográfica fue después rectificada. El segmento de 100ms eliminado fue reemplazado con una línea que comienza con el promedio de la señal electromiográfica 40ms antes del complejo QRS, y termina con el promedio de la señal electromiográfica 40ms después del complejo QRS. La señal de electromiografía fue posteriormente promediada. La señal resultante llamada señal electromiográfica del diafragma es de buena calidad y muestra un mínimo contenido de electrocardiograma (principalmente residuos de la onda P). En 1981 , Leo van Eykern patentó a través de la patente US4248240 A un método para señal electromiográfica del diafragma transcutáneo que funciona de un modo similar. Hay diferencias significativas entre los dos métodos, como retardos en el tiempo de procesamiento. Several methods for the elimination of the electrocardiogram component present in the electromyographic signal of the diaphragm (EMGdi) are reported in the state of the art. For example, in the article by Corne et al., [1] after obtaining the electromyographic signal of the diaphragm by means of an esophageal probe specially designed for this, the QRS complex (usually 60 ms to 100ms in duration) was initially removed from the signal. The electromyographic signal was then rectified. The 100ms segment removed was replaced with a line that begins with the average electromyographic signal 40ms before the QRS complex, and ends with the average electromyographic signal 40ms after the QRS complex. The electromyography signal was subsequently averaged. The resulting signal called the diaphragm electromyographic signal is of good quality and shows a minimum electrocardiogram content (mainly P wave residues). In 1981, Leo van Eykern patented through US4248240 A a method for electromyographic signal of the transcutaneous diaphragm that works in a similar way. There are significant differences between the two methods, such as delays in processing time.

También es reportado el uso de un método no invasivo de EMGdi en la patente WO2005096924 A1 , en esta se describe la detección de desórdenes respiratorios mediante el procesamiento de señales superficiales de EMGdi, y la eliminación del complejo QRS. La eliminación del complejo QRS se reporta a través del cálculo de una amplitud promedio del complejo QRS, en esta no se obtiene una envolvente de la señal EMGdi, ni se cuenta con un algoritmo que personalice mediante un tiempo de entrenamiento previo, la actividad respiratoria del paciente. The use of a non-invasive method of EMGdi is also reported in WO2005096924 A1, this describes the detection of respiratory disorders by processing surface signals of EMGdi, and the elimination of the QRS complex. The elimination of the QRS complex is reported through the calculation of an average amplitude of the QRS complex, in which an envelope of the EMGdi signal is not obtained, nor is there an algorithm that customize the patient's respiratory activity through a previous training time.

No se encontró en el estado de la técnica un dispositivo que por sí solo reuniera las características que en la presente invención se integran y que corresponden a: A device was not found in the state of the art that alone had the characteristics that are integrated in the present invention and that correspond to:

Eliminación de la onda de electrocardiograma, presente en la señal EMGdi en tiempo real, con la posterior obtención de una envolvente que se asemeje al patrón respiratorio del paciente. Elimination of the electrocardiogram wave, present in the EMGdi signal in real time, with the subsequent obtaining of an envelope that resembles the patient's respiratory pattern.

Capacidad de detectar apena central, obstructiva y mixta a través de un método no invasivo e indirecto. La central por una disminución en la actividad eléctrica del diafragma, y la obstructiva de forma indirecta por un aumento en los esfuerzos respiratorios reflejado en un incremento considerable de la señal EMGdi; esto además de tener en cuenta la relación directa entre esta señal y una posible bradicardia estimada a partir de la frecuencia cardiaca del paciente, y se incluye esta variable en el algoritmo de detección con lo cual se disminuye el porcentaje de falsas apneas detectado por el prototipo. Ability to detect central, obstructive and mixed distress through a non-invasive and indirect method. The central one due to a decrease in the electrical activity of the diaphragm, and the obstructive one indirectly due to an increase in respiratory efforts reflected in a considerable increase in the EMGdi signal; this in addition to taking into account the direct relationship between this signal and a possible bradycardia estimated from the patient's heart rate, and this variable is included in the detection algorithm, which reduces the percentage of false apnea detected by the prototype .

Personalización en el proceso de detección a partir de un tiempo previo de entrenamiento, que permite la adaptación a la fisiología del paciente. Customization in the detection process from a previous training time, which allows adaptation to the patient's physiology.

Integración de varios métodos de detección, garantizando mayor confiabilidad en los resultados, incluyendo además la medida de la saturación de oxígeno de la hemoglobina en sangre a partir de la pulsioximetría, Sp02, para corroborar la presencia de apnea.  Integration of several detection methods, guaranteeing greater reliability in the results, including the measurement of hemoglobin oxygen saturation in blood from pulse oximetry, Sp02, to corroborate the presence of apnea.

Es necesario que se pueda contar con un dispositivo que además de presentar un buen desempeño y confiabilidad, sea no invasivo y directamente relacionado con la señal de esfuerzo respiratorio, que elimine en tiempo real la onda ECG y genere una envolvente de la señal EMGdi; que identifique tanto apnea central, obstructiva y mixta; que tenga un análisis personalizado a través de un algoritmo de entrenamiento y relacionado a la detección de bradicardia. Además, que que pueda ser utilizado inclusive en infantes prematuros. It is necessary to have a device that, in addition to presenting good performance and reliability, is non-invasive and directly related to the respiratory effort signal, which eliminates the ECG wave in real time and generates an envelope of the EMGdi signal; that identifies both central, obstructive and mixed apnea; that has a personalized analysis through an algorithm of training and related to the detection of bradycardia. In addition, that can be used even in premature infants.

Breve descripción de los gráficos. La Fig. 1 corresponde a la conexión de los tres electrodos a una etapa de pre- amplificación. Brief description of the graphics. Fig. 1 corresponds to the connection of the three electrodes to a pre-amplification stage.

La Fig. 2 corresponde un diagrama del amplificador de aislamiento de la unidad de amplificación del módulo de acondicionamiento de la señal Fig. 2 corresponds to a diagram of the isolation amplifier of the amplification unit of the signal conditioning module

La Fig. 3 corresponde al diagrama de circuito y a la función de transferencia de séptimo orden para el filtro Butterworth pasa-bajas. Fig. 3 corresponds to the circuit diagram and the seventh order transfer function for the Butterworth low-pass filter.

La Fig. 4 corresponde al diagrama de circuito y a la función de transferencia de séptimo orden para el filtro Butterworth pasa-altas. Fig. 4 corresponds to the circuit diagram and the seventh order transfer function for the Butterworth high-pass filter.

La Fig. 5 corresponde al diagrama de circuito de amplificación de la señal de la unidad de filtrado. La Fig. 6 corresponde al diagrama de circuito de un rectificador de onda completa de precisión. Fig. 5 corresponds to the amplification circuit diagram of the filter unit signal. Fig. 6 corresponds to the circuit diagram of a precision full wave rectifier.

La Fig. 7 corresponde al diagrama de circuito comparador del módulo de procesamiento de señal. Fig. 7 corresponds to the comparator circuit diagram of the signal processing module.

La Fig. 8 corresponde un ejemplo del paso iii de la etapa a) con 251 ventanas de tiempo de 2 segundos. Fig. 8 corresponds to an example of step iii of step a) with 251 time windows of 2 seconds.

La Fig. 9 corresponde a la región de intervalo de los límites de confianza para la señal EMGdi (a), la región de intervalo de los límites de confianza para la frecuencia cardiaca (b) para un ejemplo particular. Breve descripción del invento Fig. 9 corresponds to the range of confidence limits for the EMGdi signal (a), the range of confidence limits for heart rate (b) for a particular example. Brief Description of the Invention

La presente invención se relaciona con un dispositivo no invasivo para la detección temprana de la presencia de apnea que comprende: medios de detección de señal EMGdi y FC, un módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi y FC, conectado a los medios de detección de señal de EMGdi y FC, y medio de detección de Sp02; un módulo de procesamiento de señal conectado al módulo de acondicionamiento de la señal EMGdi y FC ; un procesador; un conversor análogo a digital conectado al módulo de procesamiento de señal y al procesador; una memoria conectada al procesador, para almacenar datos e instrucciones; una fuente de potencia que proporciona potencia a los anteriores componentes. The present invention relates to a non-invasive device for the early detection of the presence of apnea comprising: EMGdi and FC signal detection means, an EMGdi and FC signal conditioning module, connected to the detection means of EMGdi and FC signal, and Sp02 detection medium; a signal processing module connected to the EMGdi and FC signal conditioning module; a processor; an analog to digital converter connected to the signal processing module and the processor; a memory connected to the processor, to store data and instructions; a power source that provides power to the previous components.

En una modalidad de la invención Los medios de detección de señal EMGdi y FC son tres electrodos de superficie con conectores modulares de precisión, mecanismos de enclavamiento tipo Push-Pull y anillos de protección de apantallamiento para compatibilidad electromagnética. Dos electrodos se ubican en el margen costal de la persona en observación, uno al lado izquierdo y el otro al lado derecho del cuerpo, en una línea dibujada verticalmente desde los pezones de la persona en observación, entre la sexta y séptima región intercostal; y el tercer electrodo se ubica en el esternón. In one embodiment of the invention The EMGdi and FC signal detection means are three surface electrodes with precision modular connectors, Push-Pull type interlocking mechanisms and shielding protection rings for electromagnetic compatibility. Two electrodes are located in the costal margin of the person under observation, one on the left side and the other on the right side of the body, in a line drawn vertically from the nipples of the person under observation, between the sixth and seventh intercostal region; and the third electrode is located in the sternum.

El método para la detección de apnea obstructiva, central y mixta consta de dos etapas: una etapa (a) de entrenamiento y una etapa (b) de detección de apnea. The method for the detection of obstructive, central and mixed apnea consists of two stages: a stage (a) of training and a stage (b) of detection of apnea.

La etapa (a) de entrenamiento consta de los siguientes pasos; i) adquirir durante un tiempo T1 las señales de EMGdi, FC, ECG y Sp02 ; ii) adecuar la señal de EMGdi de tal manera que el resultado del procesamiento sea un patrón respiratorio en forma de onda periódica; iii ) extraer las característica en el dominio del tiempo área bajo la curva, media^ y desviaciones estándar (o) para las señales envolvente de EMGdi, FC y Sp02; iv) almacenar estas características en una memoria; y v) calcular en un intervalo los límites de confianza de las características almacenadas teniendo en cuenta que se cumpla con el número mínimo de muestras según el teorema del límite central, logrando un intervalo entre un límite superior y un límite inferior tal que se cumpla con la relación ≤ z≤ μ2) = (1 - a) 100 The training stage (a) consists of the following steps; i) acquire the signals of EMGdi, FC, ECG and Sp02 for a time T1; ii) adapt the EMGdi signal so that the result of the processing is a respiratory pattern in the form of a periodic wave; iii) extract the characteristics in the time domain area under the curve, mean ^ and standard deviations (o) for the EMGdi, FC and Sp02 envelope signals; iv) store these characteristics in a memory; and v) calculate the limits of Confidence of stored characteristics taking into account that the minimum number of samples is met according to the central limit theorem, achieving an interval between an upper limit and a lower limit such that the ratio ≤ z≤ μ 2 ) = ( 1 - a) 100

La etapa (b) de detección de apnea consta de los siguientes pasos; i)repetir los pasos i), ii), iii) de la etapa (a) de manera continua cada tiempo T2; ii) almacenar las características obtenidas en el paso i ) de la etapa (b) en una memoria cada tiempo T2;iii) comparar las características almacenadas en el paso ii con el intervalo de confianza calculado en el paso v)de la etapa (a) cada tiempo T2; y, iv) activar la alarma del episodio de apnea si las características comparadas en el paso ¡ii anterior difieren del intervalo de confianza calculado en el paso v de la etapa (a). En una modalidad de la invención se cuenta con un dispositivo para visualizar la envolvente de la señal de EMGdi; medios para proporcionar un mensaje de condición de la persona en observación en caso de presentarse episodio de apnea, dichos medios se encuentran conectados al procesador; una alarma que indica el estado de apnea conectada al procesador; y; medios de medición de Sp02, un módulo de acondicionamiento de la señal de medida de Sp02 conectado a los medios de medición de Sp02 y medios para generar una señal de control de ventilación del paciente a partir de la condición de apnea conectados al procesador. Descripción detallada de la invención The stage (b) of apnea detection consists of the following steps; i) repeat steps i), ii), iii) of step (a) continuously every time T2; ii) store the characteristics obtained in step i) of step (b) in a memory every time T2; iii) compare the characteristics stored in step ii with the confidence interval calculated in step v) of step (a ) every time T2; and, iv) activate the apnea episode alarm if the characteristics compared in step ii above differ from the confidence interval calculated in step v of step (a). In one embodiment of the invention there is a device for displaying the envelope of the EMGdi signal; means for providing a condition message of the person under observation in the event of an apnea episode, said means are connected to the processor; an alarm indicating the state of apnea connected to the processor; Y; Sp02 measuring means, a conditioning module of the Sp02 measuring signal connected to the Sp02 measuring means and means for generating a patient ventilation control signal from the apnea condition connected to the processor. Detailed description of the invention

La presente invención corresponde a un método y un dispositivo no invasivo para en la detección temprana de la presencia de apnea, el dispositivo comprende: -medios de detección de señal EMGdi, FC y Sp02; -un módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi, FC y Spo2 conectado a los medios de detección de señal de EMGdi, FC yThe present invention corresponds to a method and a non-invasive device for the early detection of the presence of apnea, the device comprises: EMGdi, FC and Sp02 signal detection means; -a signal conditioning module of EMGdi, FC and Spo2 connected to the signal detection means of EMGdi, FC and

Sp02; Sp02;

-un módulo de procesamiento de señal conectado al módulo de acondicionamiento de la señal EMGdi, FC y Sp02;  -a signal processing module connected to the EMGdi, FC and Sp02 signal conditioning module;

-un procesador;  -a processor;

-un conversor análogo a digital conectado al módulo de procesamiento de señal y al procesador;  - an analog to digital converter connected to the signal processing module and the processor;

-una memoria conectada al procesador; y,  -a memory connected to the processor; Y,

-una fuente de potencia, por ejemplo una fuente de potencia de categoría médica, que proporciona potencia a los anteriores componentes;  -a power source, for example a power source of medical category, which provides power to the above components;

En una modalidad de la invención se cuenta con un dispositivo para visualizar la envolvente de la señal de EMGdi y la condición de la persona en observación; In one embodiment of the invention there is a device to visualize the envelope of the EMGdi signal and the condition of the person under observation;

A continuación, se describe de forma detalla cada una de las partes que comprende la invención. In the following, each of the parts comprising the invention is described in detail.

Medios de detección de señal EMGdi, FC y Sp02: EMGdi, FC and Sp02 signal detection means:

Los medios de detección de señal EMGdi, FC y Sp02 se encargan de captar las señales de EMGdi, FC y Sp02 de la persona en observación. The EMGdi, FC and Sp02 signal detection means are responsible for capturing the EMGdi, FC and Sp02 signals of the person under observation.

En una modalidad de la invención los medios de detección de señal EMGdi y FC son tres electrodos de superficie con conectores modulares de precisión, mecanismos de enclavamiento tipo Push-Pull y anillos de protección de apantallamiento para compatibilidad electromagnética. Los medios de detección de la señal de Sp02 por ejemplo una pinza convencional de pulsioximetría que cuenta con dos LEDs, un infrarrojo y uno rojo y un fotodiodo para captar la luz proveniente de los LEDs; esta pinza está conectada al módulo procesador a través de un conector convencional tipo DB9. Otros medios de detección del Sp02 son por ejemplo medidores de medición espectrofotométrica, y medios de detección basados en medición basada en la Fotopletismografía (PPG, por sus siglas en inglés). In one embodiment of the invention, the EMGdi and FC signal detection means are three surface electrodes with precision modular connectors, push-pull interlocking mechanisms and shield protection rings for electromagnetic compatibility. Sp02 signal detection means for example a conventional pulse oximetry clamp that has two LEDs, one infrared and one red and one photodiode to capture the light coming from the LEDs; This clamp is connected to the processor module through a conventional DB9 type connector. Other means of detection of Sp02 are, for example, spectrophotometric measurement meters, and detection means based on photoplethysmography-based measurement (PPG).

La instalación de los electrodos se realiza de forma preferente pero no exclusiva de la siguiente manera: dos electrodos se ubican en el margen costal de la persona en observación, uno al lado izquierdo y el otro al lado derecho del cuerpo, en una línea dibujada verticalmente desde los pezones, entre la sexta y séptima región intercostal; y el tercer electrodo se ubica en el esternón. The installation of the electrodes is carried out preferably but not exclusively as follows: two electrodes are located on the costal margin of the person under observation, one on the left side and the other on the right side of the body, in a line drawn vertically from the nipples, between the sixth and seventh intercostal region; and the third electrode is located in the sternum.

La manera de instalar los electrodos es escogida debido a la facilidad para reemplazarlos durante las mediciones, la señal es mínimamente contaminada por la actividad eléctrica de los músculos intercostales durante la respiración tidal y el lugar se encuentra cerca de la inserción de las fibras costales del diafragma a lo largo del margen costal, obteniendo una señal EMGdi respiratoria clara durante la inspiración. Los conectores modulares de precisión poseen anillos de protección contra tirones de gran durabilidad y polarización incorporada para evitar conexiones incorrectas. La fabricación metálica del cuerpo asegura apantallamiento de EMCdi mediante compatibilidad electromagnética, mientras que el diseño push- pull ahorra espacio y elimina el riesgo de desconexión accidental de cable debido a golpes, vibración o tracción del cable. The way to install the electrodes is chosen due to the ease of replacing them during the measurements, the signal is minimally contaminated by the electrical activity of the intercostal muscles during tidal breathing and the place is close to the insertion of the costal fibers of the diaphragm along the costal margin, obtaining a clear respiratory EMGdi signal during inspiration. Precision modular connectors feature highly durable and polarized pull protection rings to prevent incorrect connections. The metal fabrication of the body ensures EMCdi shielding by electromagnetic compatibility, while the push-pull design saves space and eliminates the risk of accidental cable disconnection due to shock, vibration or cable pull.

En una modalidad de la invención se usa una pareja de conectores, multipolar (5 vías) de autoenclavamiento con llave de polarización. El autoenclavamiento se realiza mediante un simple empuje axial sobre los conectores Macho/Hembra. La desconexión se efectúa mediante una tracción axial sobre el cuerpo exterior del conector, liberando el enclavamiento y permitiendo así la desconexión del conjunto Macho/Hembra. Se usa un conector macho aéreo y un conector hembra de montaje en PCB con material aislante PEEK para un tamaño de cable de 4.1 a 5mm. In one embodiment of the invention a pair of multipolar (5-way) self-locking connectors with polarization key is used. Self-locking is carried out by means of a simple axial thrust on the Male / Female connectors. The disconnection is carried out by means of axial traction on the outer body of the connector, releasing the interlocking and thus allowing the disconnection of the Male / Female assembly. An aerial male connector and a female connector are used PCB mounting with PEEK insulating material for a cable size of 4.1 to 5mm.

En una modalidad de la invención acorde a la Fig 1 para realizar la conexión de los tres electrodos E1 , E2, E3 a una etapa de pre-amplificación Este circuito reduce la resistencia efectiva del electrodo por varios órdenes de magnitud, y permite que sólo una cantidad de corriente segura fluya a través de éste. In an embodiment of the invention according to Fig. 1 to make the connection of the three electrodes E1, E2, E3 to a pre-amplification stage This circuit reduces the effective resistance of the electrode by several orders of magnitude, and allows only one amount of safe current flows through it.

En una modalidad de la invención los medios de detección de señal de Sp02 se realiza mediante la instalación de la pinza de pulsioximetría se realiza en una extremidad del paciente, en una región ligeramente translúcida como un dedo, la nariz, la oreja o el pie en el caso de pacientes neonatos. In one embodiment of the invention, the Sp02 signal detection means is performed by installing the pulse oximetry clamp on a patient's limb, in a slightly translucent region such as a finger, nose, ear or foot in the case of neonatal patients.

Módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi y FC: EMGdi and FC signal conditioning module:

El módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi y FC, se conecta a los medios de detección de señal de EMGdi y FC. El módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi y FC comprende una unidad de amplificación conectada a una unidad de filtrado. The EMGdi and FC signal conditioning module is connected to the EMGdi and FC signal detection means. The EMGdi and FC signal conditioning module comprises an amplification unit connected to a filtering unit.

-un amplificador de instrumentación con ganancia de entre 1 y 15 conectado a su salida con un amplificador de aislamiento; -a instrumentation amplifier with gain between 1 and 15 connected to its output with an isolation amplifier;

-un amplificador de aislamiento con una ganancia entre 1 y 20 -una resistencia variable de ajuste de voltaje de offset conectado a la entrada de la etapa de amplificación;  -a isolation amplifier with a gain between 1 and 20 -a variable resistance of offset voltage adjustment connected to the input of the amplification stage;

-un condensador de desacople conectado a la salida del amplificador de instrumentación;  -a decoupling capacitor connected to the output of the instrumentation amplifier;

-un condensador de desacople conectado a la salida del amplificador de aislamiento; y, -un filtro pasa-bandas con frecuencia de corte inferior entre 0, 1 Hz y 0,5Hz y frecuencia de corte superior entre 800Hz y 900Hz conectado a la salida amplificador de aislamiento. -a decoupling capacitor connected to the output of the isolation amplifier; Y, -a pass-band filter with lower cutoff frequency between 0.1 Hz and 0.5Hz and higher cutoff frequency between 800Hz and 900Hz connected to the isolation amplifier output.

El módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi y FC también comprende una unidad de amplificación conectada a una unidad de filtrado. El amplificador de aislamiento de la unidad de amplificación del módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi y FC tiene una ganancia entre 1 y 20 de ganancia; El amplificador de aislamiento tiene como función principal romper la continuidad óhmica de la señal de entrada con las etapas de procesamiento minimizando el riesgo por choques eléctricos. The EMGdi and FC signal conditioning module also comprises an amplification unit connected to a filtering unit. The isolation amplifier of the amplification unit of the EMGdi and FC signal conditioning module has a gain between 1 and 20 gain; The main purpose of the isolation amplifier is to break the ohmic continuity of the input signal with the processing stages, minimizing the risk of electric shock.

En una modalidad de la invención acorde a la Fig 2 el amplificador de aislamiento corresponde a un integrado AD210 de Analog Devices y La ganancia del amplificador de aislamiento es de 11 , valor que se obtiene a partir de la siguiente fórmula: In one embodiment of the invention according to Fig. 2, the isolation amplifier corresponds to an integrated AD210 of Analog Devices and the gain of the isolation amplifier is 11, which is obtained from the following formula:

Gisoi = = 11 ; Rsi =Gisoi = = 11 ; R yes =

Figure imgf000012_0001
loofcn, RS2 = íowi
Figure imgf000012_0001
loofcn, R S2 = íowi

En esta modalidad el amplificador de aislamiento se alimenta con una fuente de 15V de DC regulada usando una fuente médica; el amplificador de aislamiento provee hasta 3500V de aislamiento, valor que describe la cantidad de voltaje que la barrera de aislamiento puede soportar sin deteriorarse. Además presenta un ancho de banda de 20kHz y se pueden obtener ganancias de 1 a 100 usando una configuración de resistencias externa. In this mode the isolation amplifier is powered by a regulated 15V DC source using a medical source; The isolation amplifier provides up to 3500V of insulation, a value that describes the amount of voltage that the insulation barrier can withstand without deteriorating. It also has a bandwidth of 20kHz and gains of 1 to 100 can be obtained using an external resistance configuration.

En una Modalidad de la invención ael amplificador de aislamiento se conecta un amplificador de instrumentación con ganancia de entre 1 y 15 conectado a su salida con el amplificador de aislamiento; En una modalidad de la invención se cuenta con una resistencia variable de ajuste de voltaje de offset conectado a la entrada del amplificador de instrumentación. Esto debido a que los amplificadores tienen voltajes de offset asociados tanto a la entrada (VI0S) como a la salida (Voos) de los mismos, se añaden resistencias variables para el ajuste del voltaje de offset. Es importante ajusfar el voltaje de offset a la entrada de los amplificadores para evitar señales indeseadas. Las variaciones de temperatura causarán también cambios en el voltaje offset. Asimismo, el valor del voltaje de offset de entrada se encuentra directamente relacionado con la ganancia por medio de la ecuación del voltaje de offset general referido a la salida: Vos{RTO) = (y l0S X G) + Voos In an embodiment of the invention, an instrumentation amplifier with a gain of between 1 and 15 connected to its output is connected to the isolation amplifier; In one embodiment of the invention there is a variable resistance of offset voltage adjustment connected to the input of the instrumentation amplifier. This is because the amplifiers have offset voltages associated with both the input (V I0S ) and the output (V oos ) thereof, variable resistors are added for the offset voltage adjustment. It is important to adjust the offset voltage to the amplifier input to avoid unwanted signals. Temperature variations will also cause changes in offset voltage. Likewise, the value of the input offset voltage is directly related to the gain by means of the general offset voltage equation referred to the output: V os {RTO) = (and 10S XG) + V oos

En una modalidad de la invención se presenta un voltaje de offset máximo de 100μν y 6mV a temperatura ambiente para la entrada y la salida, respectivamente por lo que se realiza un ajuste del offset tanto para la entrada como para la salida. In one embodiment of the invention, a maximum offset voltage of 100μν and 6mV is presented at room temperature for the input and output, respectively, so that an offset adjustment is made for both the input and output.

Luego del amplificador de aislamiento, se realiza el acondicionamiento y filtrado de la señal mediante una unidad de filtrado donde se separar las señales de ECG y EMGdi, para sólo tomar el rango de frecuencias en el cual está contenida la mayor cantidad de información de la señal EMGdi, con esto se eliminarán componentes que actúan como ruido en la señal. After the isolation amplifier, the conditioning and filtering of the signal is carried out by means of a filtering unit where the ECG and EMGdi signals are separated, to only take the frequency range in which the greatest amount of signal information is contained EMGdi, this will eliminate components that act as noise in the signal.

La unidad de filtrado comprende: un primer canal que conecta a un filtro activo pasa-altas con frecuencia de corte de 63Hz conectado a la salida del amplificador de aislamiento de la unidad de amplificación del módulo de acondicionamiento de señal; The filtering unit comprises: a first channel that connects to an active high-pass filter with a cut-off frequency of 63Hz connected to the output of the isolation amplifier of the amplification unit of the signal conditioning module;

- un segundo canal que conecta a un filtro activo pasa-bajas con frecuencia de corte de 40Hz conectado a la salida del amplificador de aislamiento de la unidad de amplificación del módulo de acondicionamiento de señal; este segundo canal sirve para obtener la señal de ECG que servirá como punto de partida para la eliminación de los complejos QRS de la señal EMGdi;  - a second channel that connects to an active low-pass filter with a cut-off frequency of 40Hz connected to the output of the isolation amplifier of the amplification unit of the signal conditioning module; this second channel serves to obtain the ECG signal that will serve as a starting point for the elimination of the QRS complexes from the EMGdi signal;

- un circuito de amplificación de la señal con ganancia de 1 a 15 y un de voltaje de offset de 1V a 2V conectado a las salidas de los filtros;  - a signal amplification circuit with a gain of 1 to 15 and an offset voltage of 1V to 2V connected to the filter outputs;

- un filtro anti-aliasing entre 800Hz y 900Hz; y,  - an anti-aliasing filter between 800Hz and 900Hz; Y,

- un limitador del voltaje de protección con un valor de 3.6V, conectado con circuito de amplificación de la señal y a la entrada a un conversor análogo a digital.  - a protection voltage limiter with a value of 3.6V, connected to the signal amplification circuit and to the input to an analog to digital converter.

La unidad de filtrado del módulo de acondicionamiento de señal es un filtro pasa- banda con frecuencias de corte entre 13Hz y 25Hz. The filtering unit of the signal conditioning module is a pass-through filter with cut-off frequencies between 13Hz and 25Hz.

La finalidad del filtro activo pasa-banda es dejar pasar el complejo QRS, para luego eliminar el componente de ECG que queda presente en la señal de salida del filtro pasa-altas de la unidad de filtrado. Es de importancia del retardo de fase después de los filtros ya que se requiere de una sincronización que garantice que el segmento de ECG que se elimina de la señal proveniente del filtro pasa-altas corresponda a los complejos QRS detectados por el filtro pasa- banda. The purpose of the active pass-band filter is to let the QRS complex pass, and then eliminate the ECG component that is present in the output signal of the high-pass filter of the filtering unit. It is of importance of the phase delay after the filters since synchronization is required to ensure that the segment of ECG that is removed from the signal from the high pass filter corresponds to the QRS complexes detected by the pass filter.

En una modalidad de la invención Acorde a la Fig. 3 y a la Fig. 4 se presenta un circuito que proporciona la función de transferencia de séptimo orden para la unidad de filtrado. Acorde a la Fig. 3 el filtro un pasa-bajas y Acorde a la Fig. 4 el filtro pasa altas de la unidad de filtrado son tipo Butterworth de séptimo orden y se construye de tal forma que la función de transferencia del circuito tenga un polinomio de Butterworth en su denominador, conectando en cascada circuitos basados en amplificadores operacionales, cada uno de los cuales debe proporcionar uno de los factores necesarios para El polinomio de Butterworth normalizado de modo que wc= 1 rad/s para un filtro de orden n=7 es representado por la expresión: In one embodiment of the invention According to Fig. 3 and Fig. 4, a circuit is provided that provides the seventh order transfer function for the filtering unit. According to Fig. 3 the filter a low pass and According to Fig. 4 the filter passes high of the filtering unit are Butterworth type of seventh order and is constructed in such a way that the circuit transfer function has a Butterworth polynomial in its denominator, cascading circuits based on operational amplifiers, each of which must provide one of the necessary factors for the standardized Butterworth polynomial of so that w c = 1 rad / s for a filter of order n = 7 is represented by the expression:

(s + l) (s2 + 0,445s + l)(s2 + l,247s + l)(s2 + l,802s + 1) (s + l) (s 2 + 0.445s + l) (s 2 + l, 247s + l) (s 2 + l, 802s + 1)

En el caso del filtro de séptimo orden se conectan en cascada un filtro de primer orden y tres filtros de segundo orden, sin embargo, aunque en este caso el de primer orden es pasivo con un amplificador seguidor. In the case of the seventh order filter, a first order filter and three second order filters are cascaded, however, although in this case the first order is passive with a follow-up amplifier.

Para calcular los valores de resistencias y condensadores de cada una de los filtros conectados en cascada se debe conocer la función de transferencia de la unidad de filtrado, en esta modalidad de la invención se llega a las siguientes funciones de transferencia: To calculate the resistance and capacitor values of each of the filters connected in cascade, the transfer function of the filtering unit must be known, in this embodiment of the invention the following transfer functions are reached:

Para el filtro pasa-bajas de primer orden se tiene que:

Figure imgf000015_0001
For the first order low pass filter, you have to:
Figure imgf000015_0001

Para el filtro pasa-altas de primer orden: s For the first order high pass filter: s

H(s) =  H (s) =

Para los filtros Butterworth pasa-bajas de orden 2 se obtiene: For Butterworth low-pass filters of order 2 you get:

H(s) = con [a, b] = [2, 3], [4, 5], [6, 7]

Figure imgf000015_0002
H (s) = with [a, b] = [2, 3], [4, 5], [6, 7]
Figure imgf000015_0002

Para los Butterworth pasa-altas de orden 2 se obtiene: H(s) = con [a, b] = [2, 3], [4, 5], [6, 7] For Butterworth high-pass order 2 you get: H (s) = with [a, b] = [2, 3], [4, 5], [6, 7]

Se utilizan las técnicas de cambio de escala de frecuencias y de magnitud para diseñar los diferentes filtros con una frecuencia de corte distinta de 1 rad/s, teniendo en cuenta que ωε = 2nFc. Los valores después del cambio de escala que corresponde a las variables con signo de prima R' y C en función de los valores originales las variables sin signo de prima R y C presente en las siguientes expresiones. R' = kmR Frequency and magnitude scale change techniques are used to design the different filters with a cutoff frequency other than 1 rad / s, taking into account that ω ε = 2nF c . The values after the change of scale corresponding to the premium signed variables R 'and C, depending on the original values, the unsigned premium variables R and C present in the following expressions. R '= k m R

C = c 'f ω0 1 ' C = c ' f ω 0 1'

Siendo km y kf los factores de escalamiento de magnitud y frecuencia respectivamente. Being k m and kf the magnitude and frequency scaling factors respectively.

Conociendo las funciones de transferencia de cada circuito en términos de resistencias y condensadores, y conociendo también el polinomio de Butterworth, se igualan los denominadores respectivos y se obtiene: una ecuación con dos incógnitas para los filtros de orden uno, pasa-altas y pasa- bajas, y dos ecuaciones con cuatro incógnitas para cada uno de los sub-circuitos siguientes. Se asumen los valores de condensadores fijos y se obtienen los valores de resistencias, teniendo en cuenta el factor de escalamiento en frecuencia que es kn = 251.33 y kn= 395.84 para desplazar la frecuencia de corte a 40Hz y 63Hz, respectivamente. Los valores teóricos obtenidos se pueden ver en tabla 1 y tabla 2. Knowing the transfer functions of each circuit in terms of resistors and capacitors, and also knowing the Butterworth polynomial, the respective denominators are matched and one obtains: an equation with two unknowns for the filters of order one, pass-ups and pass- low, and two equations with four unknowns for each of the following sub-circuits. The fixed capacitor values are assumed and the resistance values are obtained, taking into account the frequency scaling factor that is kn = 251.33 and kn = 395.84 to shift the cutoff frequency to 40Hz and 63Hz, respectively. The theoretical values obtained can be seen in table 1 and table 2.

Tabla 1. Valores teóricos de resistencias y condensadores para el filtro Table 1. Theoretical values of resistors and capacitors for the filter

Butterworth pasa-bajas con Fc=40Hz.  Butterworth low-pass with Fc = 40Hz.

Figure imgf000016_0001
251.328 1.802 5.50E-06 3.30E-07 409.16 21317.85 40.00
Figure imgf000016_0001
251.328 1.802 5.50E-06 3.30E-07 409.16 21317.85 40.00

Tabla 2. Valores teóricos de resistencias y condensadores para el filtro Table 2. Theoretical values of resistors and capacitors for the filter

Butterworth pasa-altas con Fc=63Hz.  Butterworth high-pass with Fc = 63Hz.

Figure imgf000017_0002
Se aproximan los valores obtenidos de las resistencias a valores comerciales según las tablas 3 y tabla 4, y se encuentra la frecuencia de corte de cada sub- circuito con estos nuevos valores.
Figure imgf000017_0002
The values obtained from the resistance to commercial values are approximated according to tables 3 and table 4, and the cut-off frequency of each sub-circuit is found with these new values.

Tabla 3. Valores reales de resistencias y condensadores para el filtro Table 3. Actual values of resistors and capacitors for the filter

Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001

Figure imgf000017_0003
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Luego de separar las señales de ECG y EMGdi por medio de los filtros Butterworth de séptimo orden, se procede a amplificar y sumar un voltaje DC mediante el un circuito de amplificación de la señal de la unidad de filtrado. After separating the ECG and EMGdi signals by means of the seventh-order Butterworth filters, a DC voltage is amplified and added by means of the signal amplification circuit of the filtering unit.

En una modalidad de la invención acorde a la Fig. 5 para la implementación del circuito de amplificación de la señal de la unidad de filtrado se utiliza el integrado el LM358 que funciona con una alimentación individual (V+-GND), rechazando de esta manera el voltaje negativo. El sumador de voltaje DC sube el nivel de offset de la señal a 1.55V, ideal para un microprocesador de alto desempeño o un microcontrolador. Luego de este circuito se tiene un diodo zener de protección con un valor de 3.6V, evitando el paso de cualquier voltaje superior y daño del microprocesador o microcontrolador. Además, se tiene un filtro pasa-bajas con Fc=868.27Hz, el cual ayuda a evitar el aliasing en el muestreo y conversión análogo-digital de la señal. In an embodiment of the invention according to Fig. 5 for the implementation of the signal amplification circuit of the filtering unit, the integrated LM358 is used, which operates on an individual supply (V + -GND), thus rejecting the negative voltage The DC voltage adder raises the offset level of the signal to 1.55V, ideal for a high performance microprocessor or a microcontroller After this circuit there is a zener diode of protection with a value of 3.6V, preventing the passage of any higher voltage and damage of the microprocessor or microcontroller. In addition, there is a low-pass filter with Fc = 868.27Hz, which helps to avoid aliasing in the sampling and analog-digital conversion of the signal.

Acorde a la Fig 5 la ecuación característica, desde Ri hasta la salida del amplificador operacional, es: According to Fig 5 the characteristic equation, from Ri to the output of the operational amplifier, is:

Acorde a la Fig 5, el condensador en serie a la entrada se usa para eliminar el voltaje DC antes del amplificador operacional, de esta manera se asegura que el offset que tendrá la señal a la salida del circuito sea la estipulada según la configuración de resistencias en la ecuación característica. La ganancia de este circuito es 10. According to Fig 5, the series capacitor at the input is used to eliminate the DC voltage before the operational amplifier, in this way it is ensured that the offset that the signal will have at the output of the circuit is stipulated according to the resistance configuration in the characteristic equation. The gain of this circuit is 10.

En una modalidad de la invención en la unidad de filtrado se cambia de una combinación de filtros de séptimo orden pasa-altas y pasa-bajas, a una combinación de filtros de segundo y cuarto orden, pasa-bandas y pasa-alta, respectivamente buscando reducir el remanente de la onda P del ECG y disminuir el retraso en el procesamiento de la señal EMGdi. Módulo de procesamiento de señal In one embodiment of the invention in the filtering unit, a combination of seventh-order high-pass and low-pass filters is changed to a combination of second and fourth-order filters, pass-bands and high-pass filters, respectively looking for reduce the remainder of the P wave of the ECG and decrease the delay in the processing of the EMGdi signal. Signal processing module

El módulo procesamiento de señal se encarga de la eliminación del complejo QRS presente en la señal de EMGdi, y obtiene una señal envolvente que se asemeje al patrón respiratorio del paciente es decir que se asemeje a un patrón respiratorio en forma de onda periódica. The signal processing module is responsible for the elimination of the QRS complex present in the EMGdi signal, and obtains an enveloping signal that resembles the patient's respiratory pattern, that is, it resembles a respiratory pattern in the form of a periodic wave.

La forma de eliminación de ECG se basa en la detección del complejo QRS y la eliminación del sector que comprende el complejo QRS en la señal de EMGdi. El módulo de procesamiento de señal comprende: -una unidad de eliminación de ECG; The ECG elimination form is based on the detection of the QRS complex and the elimination of the sector comprising the QRS complex in the EMGdi signal. The signal processing module comprises: -an ECG elimination unit;

-una unidad de detección de complejo QRS conectada a la unidad de eliminación de ECG; y,  -a QRS complex detection unit connected to the ECG elimination unit; Y,

- una unidad de detección de envolvente EMGdi conectada a la unidad de eliminación de ECG;  - an EMGdi envelope detection unit connected to the ECG elimination unit;

El módulo de procesamiento de señal se conecta mediante dos canales al módulo de acondicionamiento de la señal de electromiografía, donde un primer canal conecta la unidad de filtrado del módulo de acondicionamiento de señal a la unidad de eliminación ECG, y un segundo canal conecta la unidad de filtrado del módulo de acondicionamiento de señal con la unidad de detección de complejo QRS. La unidad de eliminación de ECG y la unidad de detección de complejo QRS del módulo de procesamiento de señal comprende: The signal processing module is connected via two channels to the electromyography signal conditioning module, where a first channel connects the filtering unit of the signal conditioning module to the ECG elimination unit, and a second channel connects the unit of filtering of the signal conditioning module with the QRS complex detection unit. The ECG elimination unit and the QRS complex detection unit of the signal processing module comprises:

-un rectificador de onda completa de precisión; -a precision full wave rectifier;

-un filtro pasa-bajas pasivo con frecuencia de corte entre 5Hz y 10HZ conectado al rectificador de onda completa de precisión; -a passive low pass filter with a cut-off frequency between 5Hz and 10HZ connected to the precision full-wave rectifier;

-un filtro pasa-altas con frecuencia de corte de entre 0.1 Hz y 0.5Hz conectado a la salida del filtro pasa-bajas pasivo con frecuencia de corte entre 5Hz y 10HZ; -a high-pass filter with a cut-off frequency between 0.1 Hz and 0.5Hz connected to the passive low-pass filter output with a cut-off frequency between 5Hz and 10HZ;

-un comparador de nivel conectado a la salida del filtro pasa bajas con frecuencia de corte entre 5Hz y 10HZ; y,  -a level comparator connected to the filter output passes low with cutoff frequency between 5Hz and 10HZ; Y,

-amplificador de precisión de la señal de EMGdi en configuración no inversora y ganancia variable conectado a la entrada del rectificador de onda completa; donde el comparador de nivel proporciona un pulso de voltaje como una señal de gatillo para operar un interruptor bilateral que controla el paso de la señal de EMGdi. En una modalidad de la invención acorde a la Fig 6 el rectificador de onda completa de precisión, también llamado circuito de valor absoluto, que se construye sumando la salida de un rectificador de media onda. Luego del rectificador se conecta un filtro pasa-bajas pasivo de 10Hz con una constante de tiempo de 15ms con lo que se obtiene la envolvente de la señal, y otro filtro pasa- altas de 0.16 Hz que eliminar el componente de baja frecuencia que puede interferir con el verdadero tamaño del pulso. El comparador de nivel funciona como un detector de umbral para la eliminación de componente ECG de la señal de entrada al comparador. - EMGdi signal precision amplifier in non-inverting configuration and variable gain connected to the input of the full-wave rectifier; where the level comparator provides a voltage pulse as a trigger signal to operate a bilateral switch that controls the passage of the EMGdi signal. In one embodiment of the invention according to Fig. 6, the precision full-wave rectifier, also called the absolute value circuit, is constructed by adding the output of a half-wave rectifier. After the rectifier, a 10Hz passive low pass filter is connected with a 15ms time constant, which gives the signal envelope, and another 0.16 Hz high pass filter that eliminates the low frequency component that can interfere with the true pulse size. The level comparator functions as a threshold detector for the removal of the ECG component from the input signal to the comparator.

En la invención se tiene un detector inmediatamente después del unidad de eliminación de ECG, el cual identifica la onda de mayor tamaño del complejo QRS normalmente la R en la forma clásica de la señal ECG y envía un tren de pulsos al procesador para calcular luego la frecuencia cardiaca. In the invention there is a detector immediately after the ECG elimination unit, which identifies the larger wave of the QRS complex normally the R in the classical form of the ECG signal and sends a pulse train to the processor to calculate the heart rate

En una modalidad de la invención acorde a la Fig 7 el comparador del módulo de procesamiento de señal es un circuito analógico-digital donde la señal de salida de tipo digital de este comparador, está determinada por la señal de entrada de tipo analógica, y el estado de la señal de salida tiene un valor digital bajo o alto que depende de la amplitud de la señal de entrada con respecto a un nivel de referencia. En esta modalidad de la invención la señal de referencia está dada por el divisor de voltaje determinado por Ri y R2, y los valores de alto y bajo de la señal, serán las alimentaciones positivas y negativas del integrado respectivamente. In one embodiment of the invention according to Fig. 7 the comparator of the signal processing module is an analog-digital circuit where the digital type output signal of this comparator is determined by the analog type input signal, and the The status of the output signal has a low or high digital value that depends on the amplitude of the input signal with respect to a reference level. In this embodiment of the invention the reference signal is given by the voltage divider determined by Ri and R2, and the high and low values of the signal will be the positive and negative feeds of the integrated respectively.

Acorde a la Fig 7 En una modalidad de la invención este detector se encuentra en configuración no inversora para comparar la señal de entrada al comparador V¡ con un voltaje determinado por las resistencias R1 y R2. Se recomienda que la resistencia R3 sea de 15kQ. En una modalidad de la invención el integrado que elimina el sector de la señal de EMGdi que contiene el complejo QRS es un interruptor bilateral CD4066, este recibe el pulso del comparador como una señal de control o gatillo, que activa o desactiva el paso de la señal de EMGdi. According to Fig. 7 In one embodiment of the invention this detector is in a non-inverting configuration to compare the input signal to comparator V¡ with a voltage determined by resistors R1 and R2. It is recommended that the resistance R3 be 15kQ. In one embodiment of the invention, the integrated one that eliminates the sector of the EMGdi signal that contains the QRS complex is a bilateral CD4066 switch, which receives the comparator's pulse as a control or trigger signal, which activates or deactivates the passage of the EMGdi signal.

El comparador de nivel se conecta una etapa de amplificación de la señal de EMGdi con un amplificador en configuración como no inversor. Esta amplificación es variable y está antes de un circuito de valor absoluto o rectificador. El objetivo es entregar una señal con la amplitud que permita obtener una envolvente para ser llevada al procesador. The level comparator connects an EMGdi signal amplification stage with an amplifier in configuration as a non-inverter. This amplification is variable and is before an absolute value circuit or rectifier. The objective is to deliver a signal with the amplitude that allows to obtain an envelope to be taken to the processor.

En una modalidad de la invención el circuito de valor absoluto es exactamente igual al usado para la rectificación de ECG, pero la obtención de la envolvente se da por medio de un filtro pasa-bajas activo de segundo orden, con una Fc=0.72Hz. Por último, se elimina el offset de la señal con un filtro pasa altas pasivo con una Fc=0.048Hz. In one embodiment of the invention, the absolute value circuit is exactly the same as that used for ECG rectification, but the envelope is obtained by means of a second-order active low-pass filter, with an Fc = 0.72Hz. Finally, the offset of the signal is eliminated with a passive high pass filter with an Fc = 0.048Hz.

La unidad de detección de envolvente EMGdi del módulo de procesamiento de señal comprende: The EMGdi envelope detection unit of the signal processing module comprises:

- un detector de envolvente conformado por un filtro pasa-bajas activo, con una frecuencia de corte de entre 0.5Hz y 1 Hz. cuya entrada se conecta a la salida del rectificador de onda completa de precisión; - an envelope detector consisting of an active low-pass filter, with a cut-off frequency between 0.5Hz and 1 Hz. whose input is connected to the precision full-wave rectifier output;

- una unidad de offset de la señal con un filtro pasa altas pasivo con una frecuencia entre 0.01 Hz a 0.1 Hz ; y, - a signal offset unit with a passive high pass filter with a frequency between 0.01 Hz to 0.1 Hz; Y,

- un detector en configuración no inversora conectado al filtro activo pasa-bajas con frecuencia de corte de entre 35Hz a- a detector in non-inverting configuration connected to the active low-pass filter with a cut-off frequency between 35Hz and

45Hz. Procesador. 45Hz Processor.

El procesador opera en modo de entrenamiento y en modo de detección de episodio de apnea, donde en el modo de entrenamiento se identifica la normalidad de los parámetros EMGdi, FC y Sp02, y en modo de detección se identifica la anormalidad de los parámetros para detectar y clasificar episodios de apnea, indicando estos episodios en señal de alarma. The processor operates in training mode and in apnea episode detection mode, where in the training mode the normality of the EMGdi, FC and Sp02 parameters is identified, and in detection mode the abnormality of the parameters to be detected is identified and classify apnea episodes, indicating these episodes as an alarm signal.

El procesador durante una etapa de entrenamiento, calcula, a partir de datos extraídos de las señales de EMGdi, Sp02 y FC almacenados en la memoria durante la etapa de entrenamiento, en un intervalo los límites de confianza de los datos, y durante una etapa de detección, compara los datos almacenados en la memoria extraídos de las señales de EMGdi, Sp02 y FC durante la etapa de detección con los límites de confianza de los datos calculados en la etapa de entrenamiento según el resultado de la comparación se indica la detección de apnea obstructiva, central o mixta realizando la detección temprana de la presencia de apnea. The processor during a training stage, calculates, from data extracted from the EMGdi, Sp02 and FC signals stored in memory during the training stage, in a range the confidence limits of the data, and during a stage of detection, compares the data stored in the memory extracted from the EMGdi, Sp02 and FC signals during the detection stage with the confidence limits of the data calculated in the training stage according to the comparison result, apnea detection is indicated obstructive, central or mixed performing early detection of the presence of apnea.

En una modalidad de la invención el procesador es un Microprocesador: Rabbit 4000. In one embodiment of the invention the processor is a Microprocessor: Rabbit 4000.

En una modalidad de la invención el procesador se conecta con un medio para generar una señal de control de ventilación del paciente o una señal de alarma a partir de la condición de apnea. In one embodiment of the invention, the processor is connected to a means to generate a patient ventilation control signal or an alarm signal from the apnea condition.

En una modalidad de la invención se cuenta medios de medición de Sp02, un módulo de acondicionamiento de la señal de medida de Sp02 conectado a los medios de medición de Sp02 y conectados al procesador la condición de apnea es confirmada por el procesador mediante la concentración de oxígeno de la hemoglobina en sangre, medido con los medios de medición de Sp02. En una modalidad de la invención el procesador se encuentra conectado a medios para generar una señal de control de ventilación del paciente o una señal de alarma a partir de la condición de apnea. In one embodiment of the invention, measuring means of Sp02 are counted, a conditioning module of the measuring signal of Sp02 connected to the measuring means of Sp02 and connected to the processor the apnea condition is confirmed by the processor by the concentration of blood hemoglobin oxygen, measured with the Sp02 measuring means. In one embodiment of the invention, the processor is connected to means for generating a patient ventilation control signal or an alarm signal from the apnea condition.

Conversor análogo a digital Analog to digital converter

La señal EMGdi previamente procesada por el harware de la invención, se registra por medio de un canal A/D del conversor análogo a digital y se separa una señal cuadrada con frecuencia igual a la frecuencia cardiaca, que se registra por medio del procesador The EMGdi signal previously processed by the hardware of the invention is recorded by means of an A / D channel of the analog to digital converter and a square signal with frequency equal to the heart rate is separated, which is recorded by means of the processor

El conversor análogo a digital es conectado módulo de procesamiento de señal y al procesador. The analog to digital converter is connected to the signal processing module and to the processor.

Al considerar una señal EMGdi amplificada que puede ser representada por s(t), la cual es muestreada en un intervalo de tiempo T. el conversor análogo a digital provee una señal discreta que se representa como, x(nT) para n=(1....N), a lo largo del periodo de muestreo Λ/T del conversor análogo a digital. When considering an amplified EMGdi signal that can be represented by s (t), which is sampled over a time interval T. the analog-to-digital converter provides a discrete signal that is represented as, x (nT) for n = (1 .... N), over the sampling period Λ / T of the analog to digital converter.

En una modalidad de la invención Las frecuencias de muestreo son generalmente de 1 kHz, por lo tanto usar una ventana de análisis de 250ms resulta en un vector de entrada con una dimensión de 250 para cada canal. In one embodiment of the invention The sampling frequencies are generally 1 kHz, therefore using a 250ms analysis window results in an input vector with a dimension of 250 for each channel.

Memoria. Memory.

La invención cuenta con una memoria conectada al procesador, para almacenar datos e instrucciones. The invention has a memory connected to the processor, to store data and instructions.

En una modalidad de la invención la memoria es de 512k de memoria flash, 512k memoria SRAM. Dispositivo para visualizar la envolvente de la señal de EMGdi. In one embodiment of the invention the memory is 512k of flash memory, 512k of SRAM memory. Device to visualize the envelope of the EMGdi signal.

En una modalidad de la invención se cuenta con un dispositivo para visualizar la envolvente de la señal de EMGdi; medios para proporcionar un mensaje de condición de la persona en observación en caso de presentarse episodio de apnea dichos medios se encuentran conectados al procesador; In one embodiment of the invention there is a device for displaying the envelope of the EMGdi signal; means for providing a condition message of the person under observation in the event of an apnea episode, said means are connected to the processor;

En una modalidad de la invención se cuenta con un dispositivo para la visualizar mensajes de condición de la persona en observación en caso de presentarse episodio de apnea este dispositivo de visualización se encuentra conectado al procesador. In one embodiment of the invention there is a device for displaying condition messages of the person under observation if an apnea episode occurs, this display device is connected to the processor.

En una modalidad de la invención una alarma que indica el estado de apnea conectada al procesador; y, una fuente de potencia que proporciona potencia a los anteriores componentes. In one embodiment of the invention an alarm indicating the state of apnea connected to the processor; and, a power source that provides power to the previous components.

En una modalidad de la invención el dispositivo para la visualización es un display referencia TG12864B-05 tiene una resolución en pixeles de 128x64 y BackLight. In one embodiment of the invention the device for display is a reference display TG12864B-05 has a pixel resolution of 128x64 and BackLight.

Método para la detección de apnea obstructiva, central y mixta Method for the detection of obstructive, central and mixed apnea

El método para la detección de apnea obstructiva, central y mixta caracterizado por las etapas de: una etapa (a) de entrenamiento y una etapa (b) de detección de apnea. The method for the detection of obstructive, central and mixed apnea characterized by the stages of: a stage (a) of training and a stage (b) of apnea detection.

Utiliza cartas de control también llamada pruebas de hipótesis en el algoritmo de detección de apnea que incluye la variable fisiológica, la frecuencia cardíaca y la saturación de oxígeno, ya que una consecuencia de un episodio de apnea es un cambio notorio en la frecuencia de los latidos del corazón y una disminución de la saturación de oxígeno en sangre. La etapa (a) de entrenamiento que consiste en establecer características de comparación en el dominio del tiempo mediante los pasos de: i. adquirir durante un tiempo T1 las señales de EMGdi , FC, y Sp02; It uses control charts also called hypothesis tests in the apnea detection algorithm that includes the physiological variable, heart rate and oxygen saturation, since a consequence of an apnea episode is a noticeable change in the frequency of beats of the heart and a decrease in blood oxygen saturation. The stage (a) of training that consists in establishing comparison characteristics in the time domain through the steps of: i. acquire for a time T1 the signals of EMGdi, FC, and Sp02;

¡i. adecuar la señal de EMGdi de tal manera que el resultado del procesamiento sea un patrón respiratorio en forma de onda periódica;  I. adapt the EMGdi signal so that the result of the processing is a periodic wave-shaped respiratory pattern;

Ni. extraer las siguientes características en el dominio del tiempo: área bajo la curva, media^ y desviaciones estándar (o), para las señales envolvente de EMGdi, FC y Sp02;  Neither. extract the following characteristics in the time domain: area under the curve, mean ^ and standard deviations (o), for the EMGdi, FC and Sp02 envelope signals;

iv. almacenar estas características en una memoria; y v. calcular en un intervalo los límites de confianza de las características almacenadas teniendo en cuenta que se cumpla con el número mínimo de muestras según el teorema del límite central logrando un intervalo entre un límite superior y un límite inferior tal que se cumpla con la relación Ρ(μχ≤ z≤ μ2) = (1 - a) 100; La etapa de entrenamiento se implementa para hacer el equipo personalizado, ya que las señales provenientes de una persona en observación tienen características EMGdi diferentes en relación a otras personas en observación y además cuentan con un rango de frecuencias cardiacas que pueden ser estables para una persona y para otra no. iv. store these features in a memory; and V. calculate in a range the confidence limits of the stored characteristics taking into account that the minimum number of samples is fulfilled according to the central limit theorem achieving an interval between an upper limit and a lower limit such that the ratio Ρ ( μ χ ≤ z≤ μ 2 ) = (1 - a) 100; The training stage is implemented to make the personalized equipment, since the signals coming from a person under observation have different EMGdi characteristics in relation to other people under observation and also have a range of heart rates that can be stable for one person and for another no.

El paso ii de la etapa (a) comprende los subpasos de: a. extraer la señal envolvente de la señal de EMGdi; Step ii of step (a) comprises the sub-steps of: to. extract the surround signal from the EMGdi signal;

b. eliminar de la componente ECG de la señal de EMGdi; c. obtener una señal indicadora de la FC del paciente;  b. remove from the ECG component of the EMGdi signal; C. obtain a signal indicating the patient's HR;

d. reconstruir la señal ECG eliminada el subpaso b;  d. reconstruct the ECG signal eliminated sub-step b;

e. eliminar del complejo QRS presente en la señal de EMGdi; y, f. adquirir la señal de Sp02.  and. remove from the QRS complex present in the EMGdi signal; and f. Acquire the Sp02 signal.

En el paso iii de la etapa a) Extraer las característica en el dominio del tiempo área bajo la curva, mediad y desviaciones estándar (o) para las señales; envolvente de EMGdi, FC y Sp02. El área bajo la curva: Es la sumatoria de las alturas de la onda en un segmento de tiempo dado la expresión: In step iii of step a) Extract the characteristics in the time domain area under the curve, mean and standard deviations (or) for the signals; EMGdi, FC and Sp02 envelope. The area under the curve: It is the sum of the heights of the wave in a segment of time given the expression:

A t =∑ \ \ A t = ∑ \ \

En una modalidad de la invención se calcula cada 2 segundos las características en el dominio del tiempo y se almacenan en vectores diferentes para cada señal, el resultado de cada ventana de tiempo de 2 segundos ocupa una columna del vector, obteniéndose al final del entrenamiento 2 vectores cada uno de los vectores para cada característica con 45 posiciones. El paso iii de la etapa (a) comprende los subpasos de a. extraer el área bajo la curva de la envolvente de EMGdi de cada tiempo T2; In one embodiment of the invention, the characteristics in the time domain are calculated every 2 seconds and stored in different vectors for each signal, the result of each time window of 2 seconds occupies a column of the vector, obtained at the end of training 2 vectors each of the vectors for each characteristic with 45 positions. Step iii of step (a) comprises the sub-steps of a. extract the area under the curve of the EMGdi envelope from each time T2;

b. calcular para la señal de ECG presente en la señal EMGdi, el promedio de los tiempos entre pulsos de la señal ECG obtenida cada T2 segundos; y,  b. calculate for the ECG signal present in the EMGdi signal, the average time between pulses of the ECG signal obtained every T2 seconds; Y,

c. calcular las medias (μ) y las desviaciones estándar (o) para para la señal envolvente de EMGdi, FC y Sp02 cada tiempo T2. En el paso v de la etapa (a) se realiza en una distribución normal definiendo un nivel de confianza del 95%, de manera que la probabilidad para el intervalo cumple con la expresión P(X - 1.96 * σ≤ μ≤ X + 1.96 * σ). En una modalidad de la invención la etapa (a) de entrenamiento toma un tiempo de 1 minuto y 30 segundos, tiempo en el cual realiza los siguientes procesos: se dividen estos 90 segundos en ventanas de 2 segundos dando un total 45 ventanas de tiempo. La etapa (b) de entrenamiento se realiza mediante los pasos de: i. repetir los pasos i, ¡i, iii de la etapa (a) de manera continua cada tiempo T2; C. calculate the means (μ) and the standard deviations (o) for the EMGdi, FC and Sp02 envelope signal each time T2. In step v of step (a) it is carried out in a normal distribution defining a 95% confidence level, so that the probability for the interval meets the expression P (X - 1.96 * σ≤ μ≤ X + 1.96 * σ). In one embodiment of the invention, the training stage (a) takes a time of 1 minute and 30 seconds, during which time it performs the following processes: these 90 seconds are divided into 2-second windows giving a total of 45 time windows. The training stage (b) is carried out through the steps of: i. repeat steps i, i, iii of step (a) continuously every time T2;

¡i. almacenar las características obtenidas en el paso i anterior en una memoria cada tiempo T2;  I. storing the characteristics obtained in step i above in a memory every time T2;

Ni. comparar las características almacenadas en el paso ii con el intervalo de confianza calculado en el paso v de la etapa Neither. compare the characteristics stored in step ii with the confidence interval calculated in step v of the stage

(a) cada tiempo T2; y, (a) every time T2; Y,

iv. activar alarma de episodio de apnea si las características comparadas en el paso iii anterior difieren del intervalo de confianza calculado en el paso v de la etapa (a).  iv. activate apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii above differ from the confidence interval calculated in step v of step (a).

El paso iv de la etapa (b) comprende los subpasos de: i. activar una alarma de episodio de apnea obstructiva si las características comparadas en el paso iii de la etapa (b) es mayor al límite superior del rango establecido en el paso v de la etapa (a); Step iv of step (b) comprises the sub-steps of: i. activate an obstructive apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii of stage (b) is greater than the upper limit of the range established in step v of stage (a);

¡i. activar una alarma de episodio de apnea central si las características comparadas en el paso iii de la etapa (b) son menores al límite inferior del rango establecido en el paso v de la etapa (a); y, iii. activar alarma de episodio de apnea mixta si las características comparadas en el paso iii fluctúan por encima y por debajo de los limites superior e inferior establecidos en el paso v de la etapa (a). I. activate a central apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii of stage (b) are less than the lower limit of the range established in step v of stage (a); Y, iii. activate mixed apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii fluctuate above and below the upper and lower limits set in step v of step (a).

En la etapa (b) los pasos de iii) a iv) se realizan comparando los valores de las señales envolvente de EMGdi, FC, y Sp02, con límites preestablecidos en caso de salirse de dichos límites se activa la alarma de apnea. In step (b) steps iii) to iv) are performed by comparing the values of the EMGdi, FC, and Sp02 envelope signals, with preset limits in case of exceeding these limits, the apnea alarm is activated.

En una modalidad de la invención el procesador declara un episodio de apnea cuando dos variables fisiológicas se salgan de los límites de confianza en dos ventanas de tiempo consecutivos de 4 segundos, ya que la probabilidad de falsas alarmas es casi nulo es decir de 4.81 %, según los resultados arrojados por la evaluación estadística de la invención. In one embodiment of the invention, the processor declares an apnea episode when two physiological variables exceed the confidence limits in two consecutive time windows of 4 seconds, since the probability of false alarms is almost zero, that is, 4.81%, according to the results produced by the statistical evaluation of the invention.

A modo de ejemplo para lograr un mejor entendimiento de cómo se realiza el entrenamiento se utilizan datos de dos ventanas de tiempo de 2 segundos cada una, y se extraen las características del paso iii de la etapa a), arrojando los valores que se muestran en la tabla 5. As an example to achieve a better understanding of how the training is carried out, data from two time windows of 2 seconds each are used, and the characteristics of step iii of stage a) are extracted, yielding the values shown in table 5.

Tabla 5. Características para dos ventanas de tiempo.Table 5. Features for two time windows.

Características Ventana Ventana Ventana Ventana Features Window Window Window Window

1 (EMGdi) 2(EMGdi) 1(ECG) 2(ECG)  1 (EMGdi) 2 (EMGdi) 1 (ECG) 2 (ECG)

T(ms) = tl+ t2 + tn~1+tn T (ms) = tl + t2 + tn ~ 1 + tn

136 126  136 126

Frecuencia cardiaca (FC) =  Heart Rate (HR) =

60000 Con estos resultados el paso Ni de etapa a) se encarga de calcular las medias (μ) y las desviaciones estándar (o) para cada señal de ECG y EMGdi, de la siguiente manera: μ^ = x =—∑¿= 1 j 60000 With these results, step Ni of stage a) is responsible for calculating the means (μ) and standard deviations (o) for each ECG and EMGdi signal, as follows: μ ^ = x = —∑¿ = 1 j

Para este ejemplo μΛ =

Figure imgf000029_0001
¿ = 75.7815 For this example μ Λ =
Figure imgf000029_0001
= 75.7815

Para este e = 25.22For this e = 25.22

Figure imgf000029_0002
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σΛ = ^∑2 =1(x¿ - x)2 = 7.07 σ Λ = ^ ∑ 2 = 1 (x ¿ - x) 2 = 7.07

Obtenidos los valores para las medias y las varianzas,  Obtained the values for the means and the variances,

el paso v de la etapa a) se calcula un intervalo los límites de confianza teniendo en cuenta que se cumple con el número mínimo de muestras según el teorema del límite centra. Estos límites se definen de la siguiente manera: en las muestras con media μ y desviación estándar σ, se toman muestras de 45 elementos y cada una de estas muestras tiene a su vez una media x, y haciendo uso del teorema central del límite se puede demostrar que = μ. A su vez como el número de muestras es superior a 30, la distribución de medias muéstrales es prácticamente una distribución normal, con media μ y desviación estándar dada por la expresión % = Por lo tanto se cumple que: step v of step a) calculates an interval of confidence limits taking into account that the minimum number of samples is met according to the central limit theorem. These limits are defined as follows: in samples with mean μ and standard deviation σ, samples of 45 elements are taken and each of these samples in turn has a mean x, and using the central limit theorem you can show that = μ. At the same time, as the number of samples is greater than 30, the distribution of sample means is practically a normal distribution, with mean μ and standard deviation given by the expression% = It is therefore true that:

§^- = Z~N (0,1) § ^ - = Z ~ N (0,1)

En una distribución normal se puede calcular un intervalo en el que caigan un porcentaje de las observaciones, tal que ≤ z≤ μ2) = (1 - a) 100. Para este estudio se define un nivel de confianza del 95%, lo cual nos genera los puntos que delimitan la probabilidad para el intervalo P(X - 1.96 * σ≤ μ≤ X + 1.96 * σ) Al utilizar un nivel de confianza del 95%, se tiene un porcentaje de error del 5%, porcentaje muy alto si en tan solo 200 segundos el equipo puede detectar 5 falsas apneas, lo que sería un error tipo I. Para disminuir este porcentaje hasta un nivel aceptable, se utilizan los siguientes criterios: Para que el programa detecte una apnea, deben salir de los límites de confianza tanto la frecuencia cardiaca como la actividad eléctrica del diafragma, adicionalmente, el programa debe detectar dos veces consecutivas unos valores por fuera de los intervalos para declarar un episodio de apnea. Lo anterior se demuestra maestralmente haciendo una evaluación estadística del dispositivo, es decir, que probabilidad de error tipo I hay en una cantidad determinada de muestras. In a normal distribution can be calculated in a range falling percentage of observations, such as ≤ z≤ μ 2) = (1 - a) 100. For this study a confidence level of 95% is defined as which generates the points that delimit the probability for the interval P (X - 1.96 * σ≤ μ≤ X + 1.96 * σ) When using a 95% confidence level, you have a 5% error percentage, a very high percentage if in only 200 seconds the device can detect 5 false apneas, which would be a type I error. To decrease this percentage up to at an acceptable level, the following criteria are used: In order for the program to detect an apnea, both the heart rate and the electrical activity of the diaphragm must be exceeded, in addition, the program must detect values outside twice consecutively the intervals to declare an apnea episode. The above is demonstrated masterly by making a statistical evaluation of the device, that is, what probability of type I error exists in a given number of samples.

Para realizar esta evaluación se registraron señales EMGdi de un sujeto sano respirando normalmente, usando el canal de adquisición A/D de un conversor análogo a digital de RCM4510W. To perform this evaluation, EMGdi signals from a healthy subject were recorded by breathing normally, using the A / D acquisition channel of an RCM4510W analog-to-digital converter.

El tiempo de registro de datos para realizar la etapa a) fue de 8 minutos 37 segundos, lo que significa 251 ventanas de tiempo de 2 segundos cada una como se presenta en la Fig 8. The data recording time to perform stage a) was 8 minutes 37 seconds, which means 251 time windows of 2 seconds each as presented in Fig 8.

Con estos datos se calcula una μ y una σ , tanto para la sumatorio de alturas (EMGdi), como para la frecuencia cardiaca (ECG), con los resultados reportados en la tabla 6. Tabla6. Características para 250 ventanas de tiempo de entrenamiento. With these data, one μ and one σ are calculated, both for the sum of heights (EMGdi), and for the heart rate (ECG), with the results reported in Table 6. Table6. Features for 250 training time windows.

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1.96 * <r 4972.3 .43  1.96 * <r 4972.3 .43

μ - 1. 96 * σ 169.23 59.15 Acorde a la Fig.9. Se presenta de manera gráfica la región de intervalo de los límites de confianza para la señal EMGdi (a), la región de intervalo de los límites de confianza para la frecuencia cardiaca (b) en registro de otros 14 minutos 26 segundos de la señal EMGdi de la misma persona en observación. μ - 1. 96 * σ 169.23 59.15 According to Fig. 9. The range of confidence limits for the EMGdi signal (a), the range of confidence limits for heart rate (b) in a record of another 14 minutes 26 seconds of the EMGdi signal is presented graphically of the same person under observation.

Acorde a la Fig 9 y Para evaluar el desempeño del método y la confiabilidad del sistema se registraron otros 14 minutos 26 segundos de la señal EMGdi del mismo sujeto tiempo en el cual no se presentaron episodios de apnea ya que el sujeto no puede simular un episodio de apnea real, donde altere su frecuencia cardiaca a tal punto que salga de un rango normal. Con estos datos se realizaron varias pruebas y se obtuvieron los siguientes resultados de la tabla 7: According to Fig. 9 and To evaluate the performance of the method and the reliability of the system, another 14 minutes 26 seconds of the EMGdi signal of the same subject time were recorded in which no apnea episodes occurred since the subject cannot simulate an episode of real apnea, where you alter your heart rate to the point that it goes out of a normal range. With these data several tests were performed and the following results were obtained from table 7:

Tabla 7. Proporción de falsas alarmas para cada una de las pruebas realizadas y cálculo del error de estimación. Table 7. Proportion of false alarms for each of the tests performed and calculation of the estimation error.

Proporción FA Error  FA ratio Error

Estimación  Estimate

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Donde: Where:

• Prueba R: Se detecta un episodio de apnea cuando la señal EMGdi y la frecuencia cardiaca en la misma ventana se encuentran por fuera de los límites de confianza durante dos ventanas de tiempo consecutivas.  • Test R: An apnea episode is detected when the EMGdi signal and the heart rate in the same window are outside the confidence limits for two consecutive time windows.

• Prueba R2: Se detecta un episodio de apnea cuando la señal EMGdi y la frecuencia cardiaca en la misma ventana se encuentran por fuera de los límites de confianza.  • R2 test: An apnea episode is detected when the EMGdi signal and the heart rate in the same window are outside the confidence limits.

· Prueba R3: Se detecta un episodio de apnea cuando la señal de EMGdi se encuentra por fuera de los límites de confianza durante dos ventanas de tiempo consecutivas y en el caso de la frecuencia cardiaca, solo se encuentra por fuera de los límites de confianza en la segunda ventana.· Test R3: An apnea episode is detected when the EMGdi signal is outside the confidence limits during two windows of consecutive time and in the case of heart rate, it is only outside the confidence limits in the second window.

• Proporción Falsa Alarma (FA): Es la probabilidad de que se comentan errores tipo I en la evaluación del entrenamiento. • False Alarm Ratio (FA): It is the probability that type I errors are commented in the training evaluation.

· Error de estimación: Es el porcentaje de error de la probabilidad de falsas alarmas.  · Error of estimation: It is the percentage of error of the probability of false alarms.

• n: Es el tamaño muestral utilizado para evaluar el entrenamiento del algoritmo. La cantidad de falsas alarmas para las pruebas R y R3 es cero, lo cual muestra que en ningún momento se tuvo un episodio de apnea. En cuanto a la proporción de falsas alarmas en la Prueba R2 era lo esperado, ya que para cada variable biológica EMGdi y FC frecuencia cardíaca se definió un nivel de confianza del 95%. El porcentaje de error de los resultados obtenidos para la proporción de falsas alarmas está dado por el error de estimación, y este es del 4.81 %.  • n: It is the sample size used to evaluate the training of the algorithm. The number of false alarms for the R and R3 tests is zero, which shows that there was no apnea episode at any time. Regarding the proportion of false alarms in the R2 Test, it was expected, since a 95% confidence level was defined for each EMGdi and FC heart rate biological variable. The percentage of error of the results obtained for the proportion of false alarms is given by the estimation error, and this is 4.81%.

En una modalidad de la invención el procesador declara un episodio de apnea cuando dos variables fisiológicas se salgan de los límites de confianza en dos ventanas de tiempo consecutivos de 4 segundos, ya que la probabilidad de falsas alarmas es casi nulo es decir de 4.81 %, según los resultados arrojados por la evaluación estadística de la invención. In one embodiment of the invention, the processor declares an apnea episode when two physiological variables exceed the confidence limits in two consecutive time windows of 4 seconds, since the probability of false alarms is almost zero, that is, 4.81%, according to the results produced by the statistical evaluation of the invention.

Glosario: Atendiendo al mecanismo de producción las apneas pueden ser: Glossary: Based on the production mechanism, apneas can be:

• De origen central: ausencia de flujo en la vía aérea y de movimientos respiratorios sin evidencias de obstrucción.  • Of central origin: absence of airway flow and respiratory movements without evidence of obstruction.

• Obstructiva: ausencia de flujo en vía aérea con contracción de los músculos respiratorios.  • Obstructive: absence of airflow with contraction of the respiratory muscles.

· Mixta: en un mismo episodio de apnea se observa una fase central y otra obstructiva.  · Mixed: in the same apnea episode a central and an obstructive phase is observed.

• FC: Frecuencia cardiaca • EMGdi: Señal de Electromiografía diafragmática. • HR: Heart Rate • EMGdi: Diaphragmatic Electromyography Signal.

• Sp02: Saturación de oxígeno de la hemoglobina en sangre.  • Sp02: Oxygen saturation of hemoglobin in blood.

REFRENCIAS BIBLIOGRAFICAS BIBLIOGRAPHIC REFRENCES

[1] S. Corne, K. W. (2000). Effects of inspiratory flow on diaphragmatic motor output in normal subjects. Journal of Applied Physiology, 481-492. Se debe entender que la presente invención no se halla limitada a las modalidades descritas e ilustradas, pues como será evidente para una persona versada en el arte, existen variaciones y modificaciones posibles que no se apartan del espíritu de la invención, el cual solo se encuentra definido por las siguientes reivindicaciones. [1] S. Corne, K. W. (2000). Effects of inspiratory flow on diaphragmatic motor output in normal subjects. Journal of Applied Physiology, 481-492. It should be understood that the present invention is not limited to the modalities described and illustrated, since as will be evident to a person versed in art, there are possible variations and modifications that do not depart from the spirit of the invention, which is only found defined by the following claims.

Claims

REIVINDICACIONES. CLAIMS. 1. Un dispositivo no invasivo para la detección temprana de la presencia de apnea que comprende: a. medios de detección de señal EMGdi, FC y Sp02; 1. A non-invasive device for the early detection of the presence of apnea that comprises: a. EMGdi, FC and Sp02 signal detection means; b. un módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi, FC y Sp02 conectado a los medios de detección de señal de EMGdi, FC y Sp02; b. an EMGdi, FC and Sp02 signal conditioning module connected to the EMGdi, FC and Sp02 signal detection means; c. un módulo de procesamiento de señal conectado al módulo de acondicionamiento de la señal EMGdi, FC y Sp02; c. a signal processing module connected to the signal conditioning module EMGdi, FC and Sp02; d. un procesador; d. a processor; e. un conversor análogo a digital conectado al módulo de procesamiento de señal y al procesador; and. an analog to digital converter connected to the signal processing module and the processor; f. una memoria conectada al procesador; F. a memory connected to the processor; g. una fuente de potencia que proporciona potencia a los anteriores componentes; donde el procesador durante una etapa de entrenamiento, calcula ,a partir de datos extraídos de las señales de EMGdi, FC y Sp02 almacenados en la memoria durante la etapa de entrenamiento, en un intervalo los límites de confianza de los datos, y durante una etapa de detección, compara los datos almacenados en la memoria extraídos de las señales de EMGdi, FCy Sp02 durante la etapa de detección con los límites de confianza de los datos calculados en la etapa de entrenamiento según el resultado de la comparación se indica la detección de apnea obstructiva, central o mixta realizando la detección temprana de la presencia de apnea. g. a power source that provides power to the above components; where the processor, during a training stage, calculates, from data extracted from the EMGdi, HR and Sp02 signals stored in memory during the training stage, in an interval the confidence limits of the data, and during a stage detection, compares the data stored in memory extracted from the EMGdi, HR and Sp02 signals during the detection stage with the confidence limits of the data calculated in the training stage according to the result of the comparison apnea detection is indicated obstructive, central or mixed, performing early detection of the presence of apnea. 2. El dispositivo reclamado en la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de detección de señal EMGdi, FC y son tres electrodos de superficie con conectores modulares de precisión, mecanismos de enclavamiento tipo Push-Pull y anillos de protección de apantallamiento para compatibilidad electromagnética. 2. The device claimed in claim 1 characterized in that the EMGdi, FC and signal detection means are three surface electrodes with precision modular connectors, type interlocking mechanisms Push-Pull and shielding protection rings for electromagnetic compatibility. 3. El dispositivo reclamado en la reivindicación 2, caracterizado porque: 3. The device claimed in claim 2, characterized in that: - dos electrodos se ubican en el margen costal del paciente, uno al lado izquierdo y el otro al lado derecho del cuerpo, en una línea dibujada verticalmente desde los pezones, entre la sexta y séptima región intercostal; y, - two electrodes are located on the patient's costal margin, one on the left side and the other on the right side of the body, in a line drawn vertically from the nipples, between the sixth and seventh intercostal region; and, - el tercer electrodo se ubica en el esternón. - the third electrode is located on the sternum. 4. El dispositivo reclamado en la reivindicación 1 caracterizado porque el módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi y FC comprende una unidad de amplificación conectada a una unidad de filtrado. 4. The device claimed in claim 1 characterized in that the EMGdi and FC signal conditioning module comprises an amplification unit connected to a filtering unit. 5. El dispositivo reclamado en la reivindicación 4 caracterizado porque la unidad de amplificación del módulo de acondicionamiento de la señal de EMGdi y FC comprende: a. un amplificador de aislamiento con una ganancia entre 1 y 20; b. un amplificador operacional en configuración diferencial con ganancia de entre 1 y 15 conectado a su entrada con el amplificador de aislamiento; 5. The device claimed in claim 4 characterized in that the amplification unit of the EMGdi and FC signal conditioning module comprises: a. an isolation amplifier with a gain between 1 and 20; b. an operational amplifier in differential configuration with gain between 1 and 15 connected to its input with the isolation amplifier; c. una resistencia variable de ajuste de voltaje de offset conectado a la entrada de la etapa de amplificación; c. a variable offset voltage adjustment resistor connected to the input of the amplification stage; d. un condensador de desacople conectado a la salida del amplificador operacional de instrumentación; d. a decoupling capacitor connected to the output of the instrumentation operational amplifier; e. un condensador de desacople conectado a la salida del amplificador de aislamiento; y, and. a decoupling capacitor connected to the output of the isolation amplifier; and, f . un filtro pasa-bandas con frecuencia de corte inferior entre 0, 1 Hz y 0,5Hz y frecuencia de corte superior entre 800Hz y 900Hz conectado a la salida amplificador de aislamiento. f. a band-pass filter with a lower cutoff frequency between 0.1 Hz and 0.5Hz and an upper cutoff frequency between 800Hz and 900Hz connected to the isolation amplifier output. 6. El dispositivo reclamado en la reivindicación 4 caracterizado porque la unidad de filtrado comprende a. un primer canal que conecta a un filtro activo pasa-altas con frecuencia de corte de 63Hz conectado a la salida del amplificador de aislamiento de la unidad de amplificación del módulo de acondicionamiento de señal; 6. The device claimed in claim 4 characterized in that the filtering unit comprises a. a first channel that connects to an active high-pass filter with a cutoff frequency of 63Hz connected to the output of the isolation amplifier of the amplification unit of the signal conditioning module; b. un segundo canal que conecta a un filtro activo pasa-bajas con frecuencia de corte de 40Hz conectado a la salida del amplificador de aislamiento de la unidad de amplificación del módulo de acondicionamiento de señal; b. a second channel that connects to an active low-pass filter with a cutoff frequency of 40Hz connected to the output of the isolation amplifier of the amplification unit of the signal conditioning module; c. un circuito de amplificación de la señal con ganancia de 1 a 15 y un de voltaje de offset de 1V a 2V conectado a las salidas de los filtros; c. a signal amplification circuit with gain of 1 to 15 and an offset voltage of 1V to 2V connected to the filter outputs; d. un filtro anti-aliasing entre 800Hz y 900Hz; y, d. an anti-aliasing filter between 800Hz and 900Hz; and, e. un limitador del voltaje de protección con un valor de 3.6V, conectado con circuito de amplificación de la señal y a la entrada a un conversor análogo a digital. and. a protection voltage limiter with a value of 3.6V, connected to a signal amplification circuit and to the input to an analog-to-digital converter. 7. El dispositivo reclamado en la reivindicación 4 caracterizado porque la unidad de filtrado del módulo de acondicionamiento de señal es un filtro pasa- banda con frecuencias de corte entre 13Hz y 25Hz. 7. The device claimed in claim 4 characterized in that the filtering unit of the signal conditioning module is a band-pass filter with cut-off frequencies between 13Hz and 25Hz. 8. El dispositivo reclamado en la reivindicación 1 caracterizado porque el módulo de procesamiento de señal comprende: a. una unidad de eliminación de ECG; 8. The device claimed in claim 1 characterized in that the signal processing module comprises: a. an ECG removal unit; b. una unidad de detección de complejo QRS conectada a la unidad de eliminación de ECG; y, b. a QRS complex detection unit connected to the ECG elimination unit; and, c. una unidad de detección de envolvente EMGdi conectada a la unidad de eliminación de ECG. c. an EMGdi envelope detection unit connected to the ECG removal unit. 9. El dispositivo reclamado en las reivindicaciones 1 , 4 y 8 caracterizado porque el módulo de procesamiento de señal se conecta mediante dos canales al módulo de acondicionamiento de la señal de electromiografía, donde un primer canal conecta la unidad de filtrado del módulo de acondicionamiento de señal a la unidad de eliminación ECG, y un segundo canal conecta la unidad de filtrado del módulo de acondicionamiento de señal con la unidad de detección de complejo QRS. 9. The device claimed in claims 1, 4 and 8 characterized in that the signal processing module is connected through two channels to the electromyography signal conditioning module, where a first channel connects the filtering unit of the signal conditioning module. signal to the ECG elimination unit, and a second channel connects the filtering unit of the signal conditioning module with the QRS complex detection unit. 10. El dispositivo reclamado en la reivindicación 8 caracterizado porque la unidad de eliminación de ECG y la unidad de detección de complejo QRS del módulo de procesamiento de señal comprende: a. un rectificador de onda completa de precisión; 10. The device claimed in claim 8 characterized in that the ECG elimination unit and the QRS complex detection unit of the signal processing module comprises: a. a precision full wave rectifier; b. un filtro pasa-bajas pasivo con frecuencia de corte entre 5Hz y 10HZ conectado al rectificador de onda completa de precisión; c. un filtro pasa-altas con frecuencia de corte de entre 0, 1 Hz y 0,5Hz conectado a la salida del filtro pasa-bajas pasivo con frecuencia de corte entre 5Hz y 10HZ; b. a passive low-pass filter with a cut-off frequency between 5Hz and 10HZ connected to the precision full-wave rectifier; c. a high-pass filter with a cut-off frequency between 0.1 Hz and 0.5 Hz connected to the output of the passive low-pass filter with a cut-off frequency between 5 Hz and 10 Hz; d. un comparador de nivel conectado a la salida del filtro pasa bajas con frecuencia de corte entre 5Hz y 10HZ; y, d. a level comparator connected to the output of the low-pass filter with a cutoff frequency between 5Hz and 10HZ; and, e. amplificador de precisión de la señal de EMGdi en configuración no inversora y ganancia variable conectado a la entrada del rectificador de onda completa; donde el comparador de nivel proporciona un pulso de voltaje como una señal de gatillo para operar un interruptor bilateral que controla el paso de la señal de EMGdi. and. precision amplifier of the EMGdi signal in non-inverting configuration and variable gain connected to the input of the full-wave rectifier; where the level comparator provides a voltage pulse as a trigger signal to operate a bilateral switch that controls the passage of the EMGdi signal. 11. El dispositivo reclamado en la reivindicación 8 caracterizado porque la unidad de detección de envolvente EMGdi del módulo de procesamiento de señal comprende: a. un detector de envolvente conformado por un filtro pasa-bajas activo, con una frecuencia de corte de entre 0,5Hz y 1 Hz cuya entrada se conecta a la salida del rectificador de onda completa de precisión; 11. The device claimed in claim 8 characterized in that the EMGdi envelope detection unit of the signal processing module comprises: to. an envelope detector made up of an active low-pass filter, with a cut-off frequency between 0.5Hz and 1 Hz whose input is connected to the output of the precision full-wave rectifier; b. una unidad de offset de la señal con un filtro pasa altas pasivo con una frecuencia entre 0,01 Hz a 0, 1 Hz ; y, b. a signal offset unit with a passive high-pass filter with a frequency between 0.01 Hz to 0.1 Hz; and, c. un detector en configuración no inversora conectado al filtro activo pasa-bajas con frecuencia de corte de entre 35Hz a 45Hz. c. a detector in non-inverting configuration connected to the active low-pass filter with a cut-off frequency between 35Hz to 45Hz. 12. El dispositivo reclamado en la reivindicación 1 caracterizado porque el procesador opera en modo de entrenamiento y en modo de detección episodio de apnea, donde en el modo de entrenamiento se identifica la normalidad de los parámetros Sp02, EMGdi y FC, y en modo de detección se identifica la anormalidad de los parámetros para detectar y clasificar episodios de apnea, indicando estos episodios en señal de alarma. 12. The device claimed in claim 1 characterized in that the processor operates in training mode and in apnea episode detection mode, where in the training mode the normality of the Sp02, EMGdi and HR parameters is identified, and in Detection identifies the abnormality of the parameters to detect and classify apnea episodes, indicating these episodes as an alarm signal. 13. El dispositivo reclamado en la reivindicación 1 caracterizado porque el procesador se conecta con un medio para generar una señal de control de ventilación del paciente a partir de la condición de apnea; 13. The device claimed in claim 1 characterized in that the processor is connected to a means for generating a patient ventilation control signal from the apnea condition; 14. El dispositivo reclamado en la reivindicación 1 caracterizado porque el procesador se conecta a un dispositivo de visualización para visualizar la envolvente de la señal de EMGdi, y visualizar los mensajes de condición del de apnea. 14. The device claimed in claim 1 characterized in that the processor is connected to a display device to display the envelope of the EMGdi signal, and display the apnea condition messages. 15. El dispositivo reclamado en la reivindicación 1 caracterizado porque el procesador se conecta a un medio que indica el estado de apnea. 15. The device claimed in claim 1 characterized in that the processor is connected to a means that indicates the apnea state. 16. El dispositivo reclamado en la reivindicación 1 caracterizado porque el procesador se conecta a medios de medición de Sp02. 16. The device claimed in claim 1 characterized in that the processor is connected to Sp02 measurement means. 17. Método para la detección de apnea obstructiva, central o mixta, caracterizado por las siguientes etapas: a. una etapa (a) de entrenamiento que consiste en establecer en una memoria las características de comparación en el dominio del tiempo mediante los pasos de: 17. Method for the detection of obstructive, central or mixed apnea, characterized by the following stages: a. a training stage (a) that consists of establishing the comparison characteristics in the time domain in a memory through the steps of: i. adquirir durante un tiempo T1 las señales de EMGdi , FC, Sp02; Yo. acquire the EMGdi, HR, Sp02 signals for a time T1; ¡i. adecuar la señal de EMGdi de tal manera que el resultado del procesamiento sea un patrón respiratorio en forma de onda periódica; Yo. adapt the EMGdi signal in such a way that the result of the processing is a respiratory pattern in the form of a periodic wave; Ni. extraer las siguientes características en el dominio del tiempo: área bajo la curva, media^ y desviaciones estándar (o), para las señales envolvente de EMGdi, FC y Sp02,; Neither. extract the following features in the time domain: area under the curve, mean^ and standard deviations (o), for the EMGdi, HR and Sp02 envelope signals; iv. almacenar estas características en una memoria; y v. calcular en un intervalo los límites de confianza de las características almacenadas teniendo en cuenta que se cumpla con el número mínimo de muestras según el teorema del límite central logrando un intervalo entre un límite superior y un límite inferior tal que se cumpla con la relación Ρ(μχ≤ z≤ μ2) = (1 - a) 100; iv. store these characteristics in a memory; and V. calculate in an interval the confidence limits of the stored characteristics taking into account that the minimum number of samples is met according to the central limit theorem, achieving an interval between an upper limit and a lower limit such that the relationship Ρ( μ χ ≤ z≤ μ 2 ) = (1 - a) 100; b. una etapa (b) de detección de apnea mediante los pasos de: v. repetir los pasos i, ¡i, iii de la etapa (a) de manera continua cada tiempo T2; b. a stage (b) of apnea detection through the steps of: v. repeat steps i, i, iii of step (a) continuously every time T2; vi. almacenar las características obtenidas en el paso i anterior en una memoria cada tiempo T2; saw. storing the characteristics obtained in step i above in a memory every time T2; vii. comparar las características almacenadas en el paso ii con el intervalo de confianza calculado en el paso v de la etapa (a) cada tiempo T2; y, viii. activar alarma de episodio de apnea si las características comparadas en el paso iii anterior difieren del intervalo de confianza calculado en el paso v de la etapa (a). vii. comparing the features stored in step ii with the confidence interval calculated in step v of step (a) each time T2; and, viii. activate apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii above differ from the confidence interval calculated in step v of step (a). 18. El método para la detección de apnea reclamado en la reivindicación 17 caracterizado porque el paso iv de la etapa (b) comprende los subpasos de: iv. activar una alarma de episodio de apnea obstructiva si las características comparadas en el paso iii de la etapa (b) es mayor al límite superior del rango establecido en el paso v de la etapa (a); 18. The method for detecting apnea claimed in claim 17 characterized in that step iv of step (b) comprises the substeps of: iv. activate an obstructive apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii of step (b) is greater than the upper limit of the range established in step v of step (a); v. activar una alarma de episodio de apnea central si las características comparadas en el paso iii de la etapa (b) son menores al límite inferior del rango establecido en el paso v de la etapa (a); y, v. activate a central apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii of step (b) are less than the lower limit of the range established in step v of step (a); and, vi. activar alarma de episodio de apnea mixta si las características comparadas en el paso iii fluctúan por encima y por debajo de los limites superior e inferior establecidos en el paso v de la etapa (a). saw. activate mixed apnea episode alarm if the characteristics compared in step iii fluctuate above and below the upper and lower limits established in step v of step (a). 19. El método para la detección de apnea reclamado en la reivindicación 17 caracterizado porque el paso ii de la etapa (a) comprende los subpasos de: a. extraer la señal envolvente de la señal de EMGdi; 19. The method for detecting apnea claimed in claim 17 characterized in that step ii of step (a) comprises the substeps of: a. extract the envelope signal from the EMGdi signal; b. eliminar la componente ECG de la señal de EMGdi; b. eliminate the ECG component of the EMGdi signal; c. obtener una señal indicadora de la FC del paciente; c. obtain an indicator signal of the patient's HR; d. reconstruir la señal ECG eliminada en el subpaso b; d. reconstruct the ECG signal removed in substep b; e. eliminar el complejo QRS presente en la señal de EMGdi; y, f. adquirir la señal de Sp02. and. eliminate the QRS complex present in the EMGdi signal; and, f. acquire the Sp02 signal. 20. El método para la detección de apnea reclamado en la reivindicación 17 caracterizado porque el paso iii de la etapa (a) comprende los subpasos de: d. extraer el área bajo la curva de la envolvente de EMGdi de cada tiempo T2; 20. The method for detecting apnea claimed in claim 17 characterized in that step III of step (a) comprises the substeps of: d. extract the area under the EMGdi envelope curve of each time T2; e. calcular para la señal de ECG presente en la señal EMGdi, el promedio de los tiempos entre pulsos de la señal ECG obtenida cada T2 segundos; y, and. calculate for the ECG signal present in the EMGdi signal, the average of the times between pulses of the ECG signal obtained every T2 seconds; and, f. calcular las medias (μ) y las desviaciones estándar (o) para para la señal envolvente de EMGdi, FC y Sp02 cada tiempo T2. F. calculate the means (μ) and standard deviations (o) for the EMGdi, HR and Sp02 envelope signal at each time T2. 21. El método para la detección de apnea reclamado en la reivindicación 17 caracterizado porque en la etapa (a) el paso v se realiza en una distribución normal definiendo un nivel de confianza del 95%, de manera que la probabilidad para el intervalo cumple con la expresión P(X - 1.96 * σ≤ μ≤ Χ + 1.96 * σ). 21. The method for detecting apnea claimed in claim 17 characterized in that in step (a) step v is carried out in a normal distribution defining a confidence level of 95%, so that the probability for the interval meets the expression P(X - 1.96 * σ≤ μ≤ Χ + 1.96 * σ). 22. El método para la detección de apnea reclamado en la reivindicación 17 caracterizado porque en la etapa (b) los pasos de iii) a iv) se realizan comparando los valores de las señal envolvente de EMGdi, FC y señal de Sp02 con límites preestablecidos, y en caso de salirse de dichos límites se activa la alarma de episodio de apnea. 22. The method for detecting apnea claimed in claim 17 characterized in that in step (b) steps iii) to iv) are carried out by comparing the values of the envelope signal of EMGdi, HR and Sp02 signal with pre-established limits. , and if these limits are exceeded, the apnea episode alarm is activated. 23. El método para la detección de apnea reclamado en la reivindicación 17 y 22 caracterizado porque la alarma de episodio de apnea se confirma mediante la comparación de una señal de Sp02. 23. The method for detecting apnea claimed in claim 17 and 22 characterized in that the apnea episode alarm is confirmed by comparing an Sp02 signal.
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