Sensor inalámbrico para detectar presión.

Sensor inalámbrico para detectar presión.

La presente invención se refiere a un sensor inalámbrico para detectar presión que comprende un anillo cerrado de microhilo amorfo magnetoelástico.

También se refiere a un dispositivo para detectar la presión que ejerce un fluido que fluye por un conducto o un tubo de paredes rígidas o flexibles que incluye este sensor y al método con el que detectar la presión en el conducto o tubo.

Sensor inalámbrico para detectar presión.

Sector de la Técnica

La presente invención se encuadra en el sector de la fabricación de sensores para detectar la presión de un fluido, así como variaciones de presión, mediante la utilización de materiales magnéticos magnetoelásticos. En una aplicación concreta, se refiere a la fabricación de sensores biomédicos implantables e inalámbricos que permiten obtener información sobre la presión arterial.

Estado de la técnica

La determinación de la presión que ejerce un líquido sobre las paredes del elemento que lo contiene puede ser de interés en numerosas situaciones. Las tuberías y sistemas de tuberías son el transporte rápido y económico de los productos líquidos y gaseosos. Generalmente, estas tuberías están enterradas con el fin de protegerlas de los efectos ambientales y por razones de seguridad. El entierro de la tubería no impide los daños causados por posibles fenómenos geológicos como avalanchas y deslizamientos de tierra. Cualquier movimiento de la tierra que rodea a la conducción, o cualquier aumento de presión imprevisto, transmite en ella fuerzas, que pueden causar daños en algunos casos o tensiones anormales. De ahí la necesidad de un sistema de diagnóstico capaz de vigilar los parámetros de seguridad relacionados con la tubería y áreas circundantes. Para estas detecciones se han venido utilizando diferentes tipos de sensores como, por ejemplo, piezoeléctricos (G.P. Carroll. Noninvasive measurement of dynamic pressure inside pipes using piezoelectric strip; J. Acoust. Soc. Am. 89,1943 (1991)) o fibra óptica (Method and apparatus for the non-invasive measurement of pressure inside pipes using a fiber optic interferometer sensor: US 5218197) o mediciones indirectas de los cambios de presión relativos (A. M. Sadeghioon, et al. SmartPipes: Smart Wireless Sensor Networks for Leak Detection ¡n Water Pipellnes J. Sens. Actuator Netw. 2014, 3, 64-78).

Especialmente interesante es la determinación de la tensión vascular, es decir, la tensión de la pared de los vasos sanguíneos, que resulta de la presión de la sangre circulante y del tono muscular y elástico de las paredes del vaso.

Como ejemplo, un caso particular es la determinación de la tensión arterial y de especial interés es el seguimiento postoperatorio de reconstrucciones vasculares, como las que pueden darse en el caso del aneurisma de la aorta abdominal (AAA). La aorta es la principal arteria que transporta sangre cargada de oxígeno desde el corazón a todas las demás partes del cuerpo. El AAA se produce cuando una sección debilitada de la aorta no puede resistir la presión del flujo sanguíneo y se define como el aumento del diámetro de la aorta en más del 50% de su tamaño original. Su rotura es la mayor consecuencia clínica. Con la práctica precoz de técnicas quirúrgicas de resección y sustitución protésica se evita la rotura. El tratamiento de elección del AAA es la sustitución del segmento aneurismático por un injerto protésico aortoaórtico o bifurcado, en función de la afectación del territorio iliaco por enfermedad aterosclerótica aneurismática u obliterante.

La exclusión aneurismática, es decir, el aislamiento del aneurisma, se consigue mediante el implante de una endoprótesis y se conoce como reparación endovascular del aneurisma (EVAR). La endoprótesis es una prótesis sintética en forma de tubo reforzada con una estructura metálica; tiene como objetivo la trombosis del saco excluido, la reducción del diámetro aneurismático y, finalmente, la eliminación del riesgo de rotura al pasar el flujo sanguíneo por el interior de la endoprótesis al resto del organismo. Sin embargo, las complicaciones específicas obligan a realizar un seguimiento indefinido del paciente y son una causa frecuente de reintervenciones. Son precisamente las reintervenciones, la mayoría de índole endovascular con baja mortalidad, las que limitan la aplicación extensa del EVAR.

Por lo tanto, la cirugía convencional precisa un seguimiento clínico e instrumental a largo término, pues las prótesis convencionales no están

exentas de complicaciones, como infección, trombosis, seudoaneurismas, fístula aortoentérica, estomosis y anastomosis. El EVAR, por su carácter novedoso, la fatiga de los materiales implicados en la construcción de las endoprótesis y la fijación menos activa que la sutura quirúrgica, hace aconsejable un seguimiento clínico e instrumental más cercano e intenso. La tomografía computarizada con contraste (angio-TC) (Link J, Brossman J Grabener M. Spiral CT angiography of ¡nterval carotid artery stenosis. Am J Neuroradiol 1996; 17:89) es la técnica de elección para el estudio preoperatorio y para la detección de la mayoría de las complicaciones, en particular de la estenosis. Las limitaciones de esta técnica son la radiación y el contraste utilizados, que se han relacionado con el empeoramiento de la función renal en mayor grado que la propia intervención.

En algunos casos, la angio-TC puede sustituirse por radiografía convencional y eco-Doppler vascular (Radermacher J, Chavan A, Bleck J, Vitzthum A, Stoess B, Gebel MJ, Galanski M, Koch KM, Haller H. Use of Doppler ultrasonography to predict the outcome of therapy for renal-artery stenosis. N Engl J Med. 2001 Feb 8;344(6):410-7). La radiografía permite evaluar la integridad de la estructura metálica de la endoprótesis, las plicaturas (es decir, los plegamientos, acortamientos o disminuciones del tamaño del vaso sanguíneo mediante la formación de pliegues), las desconexiones y la migración de la prótesis. La eco-Doppler determina el diámetro aórtico, la permeabilidad protésica y la presencia de fugas, con una sensibilidad del 95% y una especificidad del 97%. Sin embargo, hay limitaciones relacionadas con la persona que practica la exploración y también con su practicabilidad en pacientes obesos. La resonancia magnética (RM) con contraste presenta las mismas propiedades que la angio-TC, pero elimina el riesgo de nefrotoxicidad y radiaciones ionizantes; en el seguimiento de determinadas endoprótesis ha presentado buenos resultados en la detección de fugas.

La posibilidad de cuantificar la tensión arterial en la prótesis así como la presión en el saco del aneurisma, de manera no invasiva, después de la operación

endovascular, aporta grandes ventajas dado que un aumento de la tensión en la zona de la arteria o de la prótesis próxima al bypass entre ambos elementos tiene una clara relación con la presencia de anastomosis y/o estenosis.

Para la medida de parámetros físicos en organismo vivos, se han utilizado circuitos resonadores pasivos que permiten diseñar sensores inalámbricos sin necesidad de utilizar baterías. Por ejemplo, han sido diseñados para la medida continua de la presión infraocular (S. Lizón-Martinez, R. Giannetti, J. L. Rodríguez-Marrero and B. Tellini, Design of System for Continuous Infraocular Pressure Monitoring, IEEE Transaction of Instrumentation and Measurement, vol. 54, no. 4, (2005)), transcraneal (M. R. Shah, R. P. Phillips and R. A. Normann, A Study of Printed Spiral Coils for Neuroprosthetic Transcranial Telemetry Applications, IEEE Transactions on Biomedical Engineeríng, vol.45, no. 7, (1998)), en el saco del aneurisma (L. A. Sanches et al, Chronic ¡ntraaneurysmal pressure measurement: An experimental method for evaluating the effectiveness of endovascular aortic aneurysm exclusión, J. Vascular Surgery, vol. 26, issue 2, pp 222-230, (1997)). Una limitación de estos dispositivos es su tamaño y su biocompatibilidad (M.A. Fonseca, M. G. Alien, J. Kroh and J. White, Flexible wireless passive pressure sensors for biomedical applications, Solid-State Sensors, Actuators, and Microsystems Workshop Hilton Head Island, South Carolina, June 4-8, 2006). Otra opción es la utilización de MEMS (Microelectromechanical Systems), que detectan presión utilizando un material piezoresistivo, como en la patente US8529474 en la que se describe un sistema implantable para monitorizar la tensión como indicador de condiciones biológicas, tales como fusión espinal, niveles de glucosa, frecuencia cardiaca; o la patente US20100024561 en la que se presenta un sensor implantable en la pared de las arterias, que puede insertarse entre las capas de la pared o bien asegurarse al vaso mediante bandas de materiales biocompatibles con varias posibles disposiciones.

Descripción detallada de la invención

Sensor inalámbrico para detectar presión.

La presente invención se refiere a un sensor inalámbrico para detectar presión en un conducto o en un tubo por donde fluye un fluido. El conducto o tubo puede ser sencillo o tener una o varias bifurcaciones a lo largo de su longitud. Además, las paredes del conducto... [Seguir leyendo]

1. Sensor inalámbrico para detectar presión en un tubo o conducto por el que fluye un fluido que comprende un anillo cerrado de microhilo amorfo magnetoelástico de composición FexCoa-x-yNiySizBwMt (donde a+z+w+t=100, 70<a-x-y<75, 0<x+y<5, 0<z+w<25, 0<t<3 y M=Nb, Mo); con cubierta de vidrio borosilicato; con constante de magnetostricción comprendida entre -1 ppm y - 0.05 ppm; con campo de anisotropía entre 100 y 2000 A/m; con frecuencia de resonancia entre 1 y 2 GHz; y con un diámetro de núcleo metálico comprendido entre 30 y 100 mieras.

2. Sensor inalámbrico según reivindicación 1 donde la composición del microhilo amorfo magnetoelástico es Fe2,25Co72,75SiioBi5.

3. Sensor inalámbrico según cualquiera de las reivindicaciones 1-2 en el que el diámetro de núcleo metálico del anillo cerrado de microhilo amorfo magnetoelástico es de 50 mieras y el diámetro total del anillo cerrado de microhilo amorfo magnetoelástico es de 80 mieras.

4. Sensor inalámbrico según cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en el que el anillo cerrado de microhilo amorfo magnetoelástico tiene un diámetro de 6 mm.

5. Sistema para detectar presión en un tubo o conducto por el que fluye un fluido que comprende:

- un sensor según se define en las reivindicaciones 1-4;

- un circuito eléctrico alimentado por una señal sinusoidal de frecuencia de entre 10 y 100 milihertzios que alimenta un bobinado que genera un campo magnético igual o inferior a 99 A/m;

- un circuito que incluye una antena emisora (11) y una antena receptora (12) con las que emite y recibe una señal de entre 1 y 20 GHz cuya frecuencia coincide con la frecuencia de resonancia del microhilo del sensor definido en las reivindicaciones 1-4:

- medios para procesar la señal de GHz.

6. Sistema para detectar presión según la reivindicación 5 en el que la longitud de onda (X) de la radiación electromagnética y el radio del anillo cerrado de microhilo (r) cumplen la relación r/X = 1/20.

7. Método para detectar la presión en un conducto o tubo por el que fluye un fluido que comprende:

- incluir en el conducto o tubo, de forma concéntrica a la luz de dicho conducto o tubo, un sensor según se define en las reivindicaciones 1-4;

- aplicar, simultáneamente, un campo magnético de frecuencia comprendida entre 10 y 100 mHz mediante bobinas de Helmholtz, y una onda electromagnética de alta frecuencia, en el rango de 1-20 GHz, mediante una antena emisora (11);

- procesar la señal recibida por una antena receptora (12) mediante transformada de Fourier.

8. Método para detectar estrechamientos en un conducto o tubo por el que fluye un fluido que comprende:

- incluir en el conducto o tubo, de forma concéntrica a la luz de dicho conducto o tubo, un sensor según se define en las reivindicaciones 1-4;

- aplicar, simultáneamente, un campo magnético de frecuencia comprendida entre 10 y 100 mHz mediante bobinas de Helmholtz, y una onda electromagnética de alta frecuencia, en el rango de 1-20 GHz, mediante una antena emisora (11);

- procesar la señal recibida por una antena receptora (12) mediante transformada de Fourier.

- identificar disminuciones en la intensidad de la primera frecuencia de la transformada de Fourier con respecto a su intensidad en el tubo o conducto sin alteraciones.

9. Endoprótesis arterial que incluye un sensor inalámbrico definido según las reivindicaciones 1-4 introducido en la pared de dicha prótesis de forma concéntrica a la luz de la endoprótesis.