DISPOSITIVO O MICROBRIDA ÚTIL PARA LA DETERMINACIÓN Y MONITORIZACIÓN DE LA SECCIÓN DE UNA ESTRUCTURA.

Dispositivo o microbrida útil para la determinación y monitorización de la sección de una estructura.

La presente invención se refiere a un dispositivo o microbrida para monitorizar la variación del tamaño o perímetro de estructuras de geometría, composición, dureza, tamaño (hasta micras como límite inferior) y naturaleza muy variada (ramas de plantas, arterias o estructuras de construcción). Estos dispositivos pueden monitorizar cambios de perímetro de dichas estructuras durante largos periodos de tiempo y con una frecuencia de milisegundos (ms), con gran precisión y resolución temporal. Los elementos claves del dispositivo son una zona de anclaje, una micropalanca y un elemento transductor como elemento sensor, preferentemente un transductor óptico.

Dispositivo o microbrida útil para la determinación y monitorización de la sección de una estructura.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un dispositivo para monitorizar la variación del tamaño o sección de estructuras de geometría, composición, dureza, tamaño y naturaleza muy variada. Los dispositivos podrían monitorizar cambios de perímetro de dichas estructuras durante largos periodos de tiempo, con gran precisión y resolución temporal. Además, estos dispositivos también podrían emplearse en medidas puntuales para determinar con gran precisión el perímetro de estructuras de interés.

Estado de la técnica

El seguimiento del cambio de perímetro se ha utilizado como parámetro de control/calidad de estructuras en muchos ámbitos. Por ejemplo, en agricultura, la determinación del perímetro de árboles y plantas se utiliza para determinar su edad así como para evaluar su grado de desarrollo con el tiempo bajo diferentes condiciones ambientales. En el caso de los frutos, el perímetro también se usa para determinar su grado de madurez. En el ámbito industrial, el perímetro de determinadas estructuras como tuberías u otros elementos que pueden sufrir cambios (procesos de dilatación o contracción) como respuesta a procesos térmicos, de hidratación/deshidratación, cambios de presión interna o externa o como respuesta a algún tipo de estimulación (eléctrica, fotónica, magnética, etc.) es regularmente monitorizado. También en el ámbito clínico y preclínico hay interés en evaluar los cambios de perímetro de determinadas estructuras como huesos, músculos, venas, arterias u órganos, para evaluar su crecimiento o desarrollo, sus propiedades mecánicas o fisiológicas, así como para estudiar la respuesta de algunas de estas estructuras a estímulos físico- químicos.

Actualmente, la mayoría de estos cambios se evalúan cualitativamente por inspección visual (especialmente en estructuras de gran tamaño) o cuantitativamente mediante simples sistemas de medición como cintas métricas o sistemas de obtención de imagen (cámaras CCD). Obviamente, las cintas métricas no son sistemas muy precisos y no permiten un seguimiento a tiempo real, por lo que solo se podrían usar en estructuras de gran tamaño que evolucionaran muy lentamente. Por otro lado, los sistemas de obtención de imagen presentan grandes limitaciones: (i) requieren de enfoque, (ii) suelen ser caros, (iii) solo

informan de un plano focal XY que es fijo, obviando todo lo que ocurren en el resto del perímetro, (iv) requieren contraste entre la muestra y el medio y (v) se pueden ver afectados por factores ambientales como cambios de luz, humedad, etc. Esto los hace poco recomendables especialmente para medidas de larga duración (días o semanas), con muestras con poco contraste con el medio adyacente y en las que el perímetro no cambie homogéneamente en todas direcciones.

Un caso en el que la medida de perímetro es realmente importante es en la determinación del diámetro arterial, especialmente en las arterias de pequeño calibre (arterias de resistencia), que desempeñan un papel clave en el control del flujo sanguíneo y de la presión arterial. En este caso se requieren instrumentos capaces de monitorizar de forma cuantitativa y con gran precisión los cambios producidos en el diámetro arterial con el tiempo. La importancia de la medida ha impulsado al desarrollo de varias técnicas tanto in vitro como in vivo. Hasta la fecha, el método más usado para el estudio de las variaciones de diámetro arterial es la miografía de microvasos (Mulvany and Aalkjaer, Physiol Rev 1990. Christensen et al., Br J Pharmacol 2007). Con los miógrafos de microvasos, los cambios de diámetro en arterias aisladas son evaluados mediante sistemas no invasivos de imagen (cámaras CCD acopladas a sistemas de microscopía) y programas de tratamiento de imágenes especialmente diseñados para ello. Los mismos sistemas de imagen se han usado en instrumentación para medidas in vivo con animales anestesiados (Siegl et al., Circ Res 2005). No obstante, estos dispositivos presentan muchas limitaciones, algunas generales, como las anteriormente comentadas para los sistemas de obtención de imágenes, y otras más específicas de la medida de diámetro arterial. De entre todas las limitaciones de estos sistemas, las más restrictivas en este caso son (i) la limitación de medida en un plano focal fijo, (ii) el poco contraste entre la muestra y el medio adyacente y (iii) la necesidad de tener los vasos aislados desprovistos de tejido conjuntivo y de la grasa adyacente. En el primer caso, teniendo en cuenta la profundidad del campo del objetivo utilizado, el plano focal fijado inicialmente podría no coincidir con el diámetro arterial después de determinados procesos de dilatación/ contracción, menospreciando los cambios de calibre del vaso y obteniendo lecturas erróneas. Por otro lado, las arterias presentan poco contraste respecto al medio adyacente lo que dificulta tanto fijar el plano focal inicial como el monitoreo del diámetro arterial con el tiempo. Finalmente, los vasos están comúnmente recubiertos por tejido conjuntivo y de grasa adyacente que podrían inducir a error en la medida y disminuir la precisión en la determinación del diámetro arterial.

Son pocas las mejoras que se han desarrollado frente a los sistemas de miografía convencional. Dichas mejoras se han centrado en reducir el coste del dispositivo y limitar la manipulación de los vasos (Günther, 2010 Lab on Chip). No obstante, la determinación de los cambios de diámetro arterial sigue estando acoplada a sistemas de obtención de imágenes, por lo que no supera las limitaciones anteriormente descritas de estos sistemas.

Aparte de los sistemas de miografía, existen otras técnicas que, aunque no directamente desarrolladas para monitorizar el diámetro arterial, también se han usado o podrían usarse para ello. Estas técnicas se podrían dividir en (1) sistemas basados en ultrasonidos, (2) sistemas basados en rayos X, (3) sistemas basados en resonancia magnética nuclear, (4) sistemas ópticos, (5) sistemas de imagen intracoronaria y (6) sistemas basados en sensores de presión. Los sistemas de ultrasonidos (o sonografía) son sistemas no invasivos que utilizan las ondas sonoras reflejadas por los tejidos para obtener imágenes de estos, lo que los hacen ideales para medidas in vivo. Se han usado mucho para obtener imágenes de arterias, principalmente para determinar el diámetro del vaso o sus propiedades elásticas (De Bono, 1992 Lancet. Celermajer, 1992 Lancet. Hansen, 1993 Clinical Physiology. Wikstrand, 1994 J Internal Medicine. Weissman, 1994 J Ultrasound in Medicine) aunque posteriormente se han especializado en la determinación de la presencia de trombos o la formación de placas arterioescleróticas (Moehring, 1994 IEEE Transaction in Biomedical Engineering). Esta técnica ha ido evolucionando y se ha mejorado mucho en los últimos años, incrementando la resolución de las imágenes obtenidas (Sorensen, 1995 Br Heart Journal. Poulin, 1996 Stroke. Brands PJ, 1999 Eur J Ultrasound. OLeary, 1999 New England J Med. Selzer, 2001 Atherosclerosis. Hunink, 1993 Am J Roentgenology. Hoeks, APG, 1997 Ultrasound in Medicine and Biology. Kolkman, 2004 Physics in Medicine and biology), permitiendo obtener imágenes de microvasos (Hu, 2010 J Biomedical Optics) e incluso imágenes 3D (Jen, 2011 Proceedings BMEI). No obstante, aunque bastante resolutiva y no invasiva, esta técnica aun tiene grandes dificultades para monitorizar cambios de diámetro en arterias pequeñas e internas, limitando la medida a vasos superficiales y de gran tamaño. Asimismo, difícilmente podría usarse para monitorizar cambios durante largos periodos de tiempo y requiere equipos muy grandes y caros.

Los sistemas basados en rayos X o resonancia magnética también son sistemas no invasivos que utilizan estas técnicas para obtener imágenes resolutivas de las arterias. En ambos casos, aparte de las limitaciones de coste, tamaño y dificultad para monitorizar cambios de diámetro arterial durante largos periodos, se une el hecho que las arterias de por si no tienen suficiente contraste como para ser observadas directamente y se requiere un medio de contraste (Budoff, 1999 Am J Cardiology. Tan RT, 1998 Chest. Yucel, 1999

Circulation, Gerger, 2002 Mayo Clinic Proceedings. Oyre, 1998 J Am Coll Cardiol). Por tanto, estas técnicas no proporcionan información del lumen arterial sino del líquido que fluye por dentro de los vasos, lo que las hace tremendamente útiles para evaluar la formación de trombos o estudiar obstrucciones de vasos pero no para monitorizar el diámetro arterial. Además, los rayos X conllevan un riesgo para la salud añadido que hace su aplicación más restrictiva.

1.- Dispositivo o microbrida útil para medir variaciones de tamaño o perímetro de una estructura caracterizado por que comprende al menos los siguientes elementos:

a) un anclaje o área de sujeción (1) de la estructura de interés,

b) una micropalanca sensora (2) flexible y móvil unida al anclaje (1) y alineada centralmente en el mismo plano en reposo a,

c) un sensor óptico como elemento de transducción de la señal (3).

2.- Dispositivo según la reivindicación 1 caracterizado por que el anclaje o área de sujeción (1) presenta una forma perteneciente al siguiente grupo: forma circular, forma oval, forma triangular, forma rectangular y forma cuadrada.

3.- Dispositivo según la reivindicación 1 caracterizado por que el anclaje o área de sujeción (1) presenta una forma circular.

4.- Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 3 caracterizado por que el anclaje o área de sujeción (1) presenta un tamaño perteneciente al siguiente grupo: centímetros, milímetros y micrómetros.

5.- Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 4 caracterizado por que el anclaje o área de sujeción (1) presenta forma circular y un tamaño de micrómetros.

6.- Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 5 caracterizado por que el dispositivo de la invención está fabricado mediante un material polimérico.

7.- Dispositivo según la reivindicación 6 caracterizado por que el polímero es un polímero biocompatible y más preferentemente, es el polímero polidimetilsiloxano (PDMS).

8.- Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 7 caracterizado por que el elemento de transducción de la señal (3) incluye un elemento de transducción perteneciente al siguiente grupo: elemento de transducción óptico, un elemento de transducción eléctrico o un elemento de transducción magnético.

9.- Dispositivo según la reivindicación 8 caracterizado por que el elemento de transducción de la señal (3) es un elemento de transducción óptico para la medida de uno de los siguientes parámetros: la intensidad de la luz, absorbancia o reflectancia.

10.- Uso del dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 9 para medir 5 variaciones de tamaño o perímetro de una estructura en distintos campos de aplicación.

11.- Uso del dispositivo según la reivindicación 10 caracterizado por que el campo de aplicación pertenece al siguiente grupo:

- agricultura, para la medida del crecimiento de troncos o ramas de árboles y

plantas o los propios frutos,

- sector de la construcción, para la medida de tuberías, columnas o vigas,

- sector biomédico, para la medida de huesos, músculos, venas, arterias u órganos.