OPTODO DESTINADO A LA SANGRE.

Procedimiento para la medición no invasiva de la concentración de componentes de sangre en vasos sanguíneos centrales,

especialmente de la concentración de hemoglobina, o de la saturación de oxígeno de la sangre, a través de la medición de luz retro difusa bajo la acción de una radiación ultrasónica, caracterizado por el

a. enfoque de la radiación ultrasónica sobre el interior de un vaso sanguíneo central,

b. previsión de una longitud fija del impulso y del tiempo de repetición para la radiación ultrasónica,

c. disposición de una fuente de luz y de una unidad de detección adyacente para la detección de la luz retro difusa sobre la superficie de la piel sobre el vaso sanguíneo, de tal manera que la distancia entre la fuente de luz y la pluralidad de receptores de luz de la unidad de detección corresponde a la profundidad del vaso sanguíneo investigado,

d. iluminación del tejido objetivo con al menos dos longitudes de ondas de luz discretas,

e. medición de la intensidad de la luz retro difusa mediante integración sobre la superficie del detector y una pluralidad de impulsos de ultrasonido,

f. detección de una distribución media de la intensidad de la luz sobre la duración de un impulso,

g. eliminación de porciones constantes en el tiempo y transformación de Fourier de la distribución,

h. deducción de la velocidad de flujo de la sangre y su capacidad de retro difusión para cada una de las al menos dos longitudes de ondas de luz teniendo en cuenta la profundidad calculada del vaso sanguíneo,

i. deducción de la cantidad de los componentes de la sangre que contribuyen a la señal a partir de la capacidad de dispersión calculada,

j. cálculo de concentraciones en el vaso sanguíneo teniendo en cuenta el volumen del foco ultrasónico y de la velocidad de flujo de la sangre que contribuyen a la señal

Optodo destinado a la sangre.

La invención se refiere a un procedimiento técnico médico y a un dispositivo para medir de manera no invasiva la concentración de componentes de la sangre, especialmente la concentración de hemoglobina o la saturación de oxígeno de la sangre, en vasos sanguíneos grandes.

El tejido vivo es en gran medida transparente para radiación electro magnética en la zona roja y en la zona infrarroja (longitud de ondas 550 nm < ? < 100 nm). Esta llamada "ventana biológica" está delimitada hacia longitudes de ondas más largas por bandas fuertes de absorción de agua y hacia longitudes de ondas más cortas por bandas de absorción de la hemoglobina. En principio, en esta zona es posible "inspeccionar" en el tejido en profundidades desde algunos mm hasta algunos cm.

En los últimos decenios ha sido desarrollada especialmente la llamada pulsoximetría en uno de los procedimientos de supervisión más importantes para la observación del paciente en la unidad de cuidados intensivos y en la sala de operaciones. En este caso, se mide la llamada saturación del oxígeno de la sangre, es decir, la relación de la concentración de la hemoglobina cargada con oxígeno con respecto a la hemoglobina total. Esto se realiza midiendo la absorción al trasluz o la remisión a la luz retro difusa en tejido con buena circulación de la sangre (por ejemplo yema del dedo o lóbulo de la oreja) a dos longitudes de onda diferentes. Las longitudes de onda utilizadas están habitualmente en torno a ? = 660 mm (donde la hemoglobina libre de oxígeno es absorbida mucho más fuertemente que la cargada con oxígeno) y en torno a ? = 940 nm (donde se invierte la relación). En la medición se utiliza la modulación de la señal de absorción generada por el latido cardíaco. La señal alternativa es atribuida a la porción arterial de interés, a la señal continua que está presente como base se atribuye la absorción a través de sangre venosa y tejido. La determinación de la saturación de oxígeno como variable relativa, a pesar de algunas dificultades de principio, es posible en este caso en la práctica con exactitud suficiente para la aplicación clínica.

Pero la literatura técnica médica justifica la necesidad urgente de una determinación no invasiva, en la cama, es decir, de forma continua de la saturación de oxígeno de la hemoglobina en vasos sanguíneos grandes. La investigación de la sangre en vasos sanguíneos llamados "centrales", es decir, próximos al corazón no es posible con procedimientos habituales hasta ahora para la determinación de la saturación de oxígeno debido a la llamada "centralización", (es decir, circulación deficiente de la sangre en la periferia) de pacientes en caso de emergencia. Por lo tanto, en primer lugar existe la necesidad de un procedimiento, que se pueda aplicar arterialmente, es decir, en la arteria carotis interna, aunque también en grandes venas, por ejemplo la vena iugularis interna, porque la diferencia en la saturación de oxígeno permite sacar conclusiones esenciales sobre la alimentación de oxígeno del cerebro.

La dificultad de una medición en vasos sanguíneos grandes reside en que su posición central en el cuerpo hace imposible una medición de la transmisión, mientras la remisión se realiza en gran medida a través de retro difusión difusa de fotones. En este caso se distingue entre fotones balísticos o casi-balísticos, que no experimentan ninguna interacción o una interacción reducida con el tejido y, por lo tanto, lo abandonan de nuevo los primeros, y fotones difusos, cuyo recorrido a través del tejido se caracteriza por numerosos procesos de dispersión. Los fotones balísticos tienen una importancia secundaria para los análisis de sangre. Para el tejido humano, el coeficiente de dispersión µ_s es mucho mayor que el coeficiente de absorción µ_a. El coeficiente µ_s está típicamente en el orden de magnitud de 10 cm-1, de manera que para espesores de capa = 1 - 2 mm no se puede generar ya ningún foco de luz en el medio de dispersión. La iluminación de capas que se encuentran más profundas se realiza, por lo tanto, de forma casi isótropa. La asociación de luz retro difusa a un lugar determinado de la dispersión es el problema esencial.

En la publicación DE 196 40 807 A1 se propone un dispositivo para la detección de fotones difusos, que debe medir en dirección de retro difusión, es decir, en la proximidad de la(s) fuente(s) de luz y que debe servir para la determinación de la concentración de oxígeno en sangre y tejido. En este caso, se utiliza una relación conocida empíricamente entre la distancia del punto de salida de fotones retro difusos desde el punto de entrada (fuente de luz, extremo de fibra) y la profundidad de penetración media de estos fotones en su recorrido a través del tejido, para controlar la profundidad de la observación a través de la selección de esta distancia.

La publicación DE 196 34 152 A1 utiliza una disposición de medición muy similar y aprovecha que porciones de la luz coherente irradiada se desfasan y se desplazan de frecuencia a través de procesos de dispersión elásticos e inelásticos, y se superponen con porciones no perturbadas, lo que conduce a un modelo de Speckle. La medición de resolución local del modelo de Speckle posibilita un análisis de la luz dispersa saliente con respecto a un espectro de potencia en comparación con el de la luz irradiada. Por ejemplo, con la ayuda de desplazamientos de frecuencia repetidos a través de dispersión inelástica en la sangre se pueden hacer manifestaciones sobre el número medio de los procesos de dispersión por cada fotón en el recorrido de la luz a través del tejido. La aplicación de un procedimiento de filtro permite entonces la discriminación de fotones, que tienen tras de sí un número mínimo y máximo predeterminado de procesos de dispersión y, por lo tanto, poseen una profundidad de penetración localizada relativamente fuerte.

En la publicación WO 02/08740 A2 se presenta el estado de la técnica más avanzado para un dispositivo de medición con fotones retro difusos. Partiendo de la interacción conocida de la luz con un campo ultrasónico presente en el tejido, a partir de la influencia provocada de esta manera de las fases de las ondas electromagnéticas se deduce la posición exacta de los centros de dispersión responsables en una región de medición tridimensional. Un campo ultrasónico adecuado para esta finalidad es generado o bien a través de una fuente de sonido móvil individual o a través de una matriz completa de fuentes de sonido en contacto con el tejido. Para la estructura compleja necesaria del campo ultrasónico es esencial el control exacto de las fuentes con respecto al mantenimiento de retardos de fases y tiempos de repetición y/o diferencias de frecuencia. De manera similar complicada se configura el análisis de datos extensos en el lado del detector. El aparato está previsto para la tomografía de imágenes en 3D en el problema del suministro de sangre al tejido, por ejemplo en la antesala del combate de tumores.

Todos los procedimientos mencionados tienen en común que la contribución a la señal de medición de la sangre desde el interior de un vaso sanguíneo grande no se puede considerar de forma aislada o bien en el caso del documento WO 02/08740 A2 solamente se puede calcular con gasto mayor. Para la supervisión continua de pacientes en caso de emergencia es necesario un sistema sencillo, robusto, rápido y de coste favorable. El cometido de la invención es preparar un sistema de este tipo.

El cometido se soluciona por medio de las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes indican configuraciones ventajosas de la invención.

El procedimiento de acuerdo con la invención toma la idea básica del documento WO 02/08740 A2, pero prescinde de cualquier análisis de frecuencia o de fases de la luz utilizada. En su lugar, se consideran exclusivamente intensidades de luz, es decir, que se cuentan fotones, lo que permite en el lado de medición una disposición sencilla del detector y una evaluación sencilla. Además, no es necesario utilizan luz coherente, aunque aquí se emplean con preferencia diodos láser usuales. La figuras siguientes sirven para la explicación de la invención:

La figura 1 muestra una representación esquemática del procedimiento y de un dispositivo para la realización del procedimiento.

La figura 2 describe el efecto que permite la localización precisa de los centros de dispersión que contribuyen a la señal de medición.

La figura 3 muestra la curva...

1. Procedimiento para la medición no invasiva de la concentración de componentes de sangre en vasos sanguíneos centrales, especialmente de la concentración de hemoglobina, o de la saturación de oxígeno de la sangre, a través de la medición de luz retro difusa bajo la acción de una radiación ultrasónica, caracterizado por el