Conjunto de detección de presión no invasivo, que comprende: una pluralidad de fuentes de luz coherente (12),

en la que la pluralidad de fuentes de luz coherente está situada en una relación fija entre sí; un sensor de imagen (30); una cámara de presión (20), que comprende un diafragma flexible (18), estando configurado el diafragma flexible para flexionarse en respuesta a un cambio en la presión en la cámara de presión y pudiendo hacerse funcionar para reflejar un haz de luz (13) que se origina en cada una de la pluralidad de fuentes de luz coherente sobre el sensor de imagen; en el que las fuentes de luz (20) están configuradas para dirigir una pluralidad de haces de luz coherente (13) bajo un ángulo de incidencia conocido sobre el diafragma flexible, de tal manera que la pluralidad de haces de luz coherente (13) formen un patrón de puntos de luz (22, 24) sobre el diafragma, y el sensor de imagen (30) puede hacerse funcionar para capturar una imagen del patrón de puntos de luz reflejado desde el diafragma, siendo indicativo el patrón de puntos de luz de la presión dentro de la cámara de presión; y comprendiendo además el conjunto un procesador acoplado funcionalmente al sensor de imagen para recibir el patrón de puntos de luz capturado de los haces de luz reflejados (28) y para determinar a partir del mismo la presión dentro de la cámara de presión (20)

Sensor óptico de presión no invasivo.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere, en general, a sensores de presión. Más en particular, la presente invención se refiere a sensores de presión no invasivos que miden la presión utilizando técnicas ópticas. Incluso más particularmente, la presente invención se refiere a un sensor óptico de presión no invasivo que puede usarse dentro de un sistema quirúrgico oftálmico.

Antecedentes de la invención

Se conoce el recurso de utilizar sensores de presión para medir la presión en diversos medios y en un amplio intervalo de aplicaciones, incluyendo aplicaciones industriales, comerciales, de consumidores y, en particular, quirúrgicas. Se han desarrollado diversos dispositivos para medir o detectar la presión en un volumen de fluido. Muchos de estos dispositivos tienen una celda de carga que contiene una sonda u otro aparato detector que debe contactar físicamente con el fluido que se está midiendo. Aunque en muchas aplicaciones mecánicas (por ejemplo, un sensor de presión de aceite utilizado en un motor de combustión interna), el contacto físico entre la sonda y el fluido no es motivo de preocupación particular, tal contacto no es deseable en aplicaciones médicas en las que el fluido puede ser un fluido biológico contaminado con virus o microbios. En estas condiciones, si se permite que una sonda haga contacto con el fluido biológico, la sonda debe descartarse o esterilizarse antes de su reutilización. Por tanto, en aplicaciones médicas de detección de presión y, en particular, en aplicaciones quirúrgicas es importante utilizar un sensor de presión no invasivo que no haga contacto con el fluido que se está midiendo.

En las patentes US nº 1.718.494, nº 2.260.837, nº 2.510.073, nº 2.583.941 y nº 3.805.617 se han descrito previamente varios sensores de presión no invasivos. Estos dispositivos utilizan un disco metálico dentro del campo electromagnético de una bobina energizada para detectar cambios de presión. Cuando el disco de hierro se mueve más cerca o más lejos de la bobina, el flujo de corriente a través de la bobina varía, y estas fluctuaciones de corriente pueden utilizarse para calcular cambios de presión. Aunque estos dispositivos son satisfactorios para medir cambios de presión relativamente grandes, los cambios de presión más pequeños no hacen que la corriente fluctúe en un grado suficiente para proporcionar un indicador preciso y fiable de variación de presión.

Otra técnica básica para detectar presión de forma no invasiva implica el uso de un diafragma desviable. En dicho sensor de presión, se aplica una presión al diafragma directamente o a través de un medio aislante y se mide la desviación del diafragma. Pueden utilizarse diversas técnicas de medición de desviación. Por ejemplo, un extensímetro montado en el diafragma puede proporcionar una indicación de desviación. Estos tipos de sensores de presión evitan el contacto con el fluido que se está probando debido a que utilizan una cámara de ensayo separada en dos partes por el diafragma flexible. La masa de fluido que se está midiendo está contenida típicamente en un lado de la cámara y el sensor de presión está en comunicación con el segundo lado de la cámara. Cualquier incremento o reducción en la presión de fluido hace que el diafragma se expanda hacia el segundo lado de la cámara o sea arrastrado hacia la parte de fluido de la cámara, incrementando o reduciendo así la presión en el segundo lado de la cámara en una cantidad correspondiente al cambio en la presión de fluido en el primer lado de la cámara. Aunque estos sensores de presión de tipo diafragma no invaden el fluido de ensayo y pueden utilizarse para detectar cambios de presión relativamente pequeños, la precisión de tales sensores cuenta en gran medida con la docilidad o las propiedades elásticas del diafragma, propiedades que pueden ser difíciles de controlar durante la fabricación y que pueden cambiar con el tiempo cuando el diafragma se estira y se relaja repetidamente.

Un tipo de sensor de presión no invasivo que utiliza un diafragma desviable tal como se menciona anteriormente, se describe en la solicitud de patente US relacionada nº 10/610.087, presentada el 30 de junio de 2003 y titulada "Conjunto de detección de presión no invasivo". La invención descrita en la solicitud No. 10/610.087 utiliza unos medios ópticos para medir la desviación del diafragma y relacionar esa desviación con una medición de presión. El sensor descrito incluye una fuente de luz, tal como un diodo de emisión de luz o una iluminación de sala normal, posicionada para reflejar luz desde la superficie de una membrana. La membrana está en contacto con el fluido en el que va a medirse la presión, de modo que los cambios en la presión de fluido provocan un movimiento de la membrana. Una cámara de dispositivos acoplados por carga (CCD) captura la luz reflejada desde la membrana y la luz reflejada es analizada para determinar el movimiento relativo de la membrana sobre la base de los cambios en el patrón de la luz reflejada. Se pueden imprimir también unos surcos y/o patrones sobre la membrana como medios para detectar la desviación de la membrana. Sin embargo, este tipo de sensor óptico de presión no invasivo requiere el enfoque y el procesamiento de múltiples haces de luz reflejados desde la membrana, así la como la creación y la comparación de patrones de rejilla y/o patrones impresos reflejados desde la membrana. Estas comparaciones pueden llevar a imprecisiones y requieren potencia computacional adicional, así como tolerancias más estrechas para la luz reflejada medida. En particular, este tipo de sensor de presión óptico puede ser objeto de un excesivo ruido de señal si la orientación entre la rejilla/patrón y el CCD se altera inadvertidamente debido a tensión térmica o mecánica.

El documento WO 2004/045395 describe un conjunto de detección de presión no invasivo, en el que los haces de luz incidentes sobre un diafragma flexible son detectados por un sensor. El sensor comprende un fluido sensible a la presión a través del cual se transmite la luz. El fluido sensible a la presión da lugar a cambios en las características de la luz transmitida, tal como intensidad, cuando se aplica presión.

Otro tipo de sensor de presión no invasivo, descrito en la publicación PCT WO93/24817 (correspondiente a la patente US nº 5.392.653), utiliza un diafragma flexible con un imán anejo. Sujetando un disco de hierro al diafragma, este diafragma se acopla mecánicamente a un transductor. Con el fin de que el transductor mida la presión con precisión, el diafragma se hace extremadamente flexible. No obstante, las variaciones en la flexibilidad del diafragma afectan a la presión de las mediciones de presión. Además, este conjunto cuenta con un contacto firme entre el imán y el transductor, cuyas variaciones afectarán también a la precisión de la medición de presión. Otro sensor de presión no invasivo se describe en la publicación PCT WO99/23463. Este sensor de presión incluye una cámara de presión separada del transductor de presión por una delgada membrana dócil. Sin embargo, este dispositivo cuenta con el uso de una celda de carga voluminosa y relativamente cara y motores de pasos para posicionar la celda de carga contra el diafragma.

El documento EP 0157606 describe un transductor de presión y un aparato de detección para determinar la desviación de un diafragma que se ilumina en ubicaciones seleccionadas por una fuente de láser coherente a través de fibras ópticas. La luz reflejada por el diafragma forma patrones de franjas de interferencia para transmisión a un circuito de recuento de franjas. Gracias a técnicas digitales, el recuento de franjas se convierte en una determinación de desviación del diafragma.

Por tanto, existe la necesidad de proporcionar un sensor óptico de presión no invasivo que pueda reducir o eliminar los problemas asociados a sensores de presión no invasivos de la técnica anterior, tales como pobre precisión, escasa fiabilidad y alto coste, particularmente para aplicaciones de detección de presión que requieran la detección no invasiva de cambios de presión relativamente pequeños en un fluido.

Breve sumario de la invención

La invención proporciona un conjunto de acuerdo con la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se proporcionan características ventajosas.

La presente invención mejora los sensores de presión de la técnica anterior proporcionando...

1. Conjunto de detección de presión no invasivo, que comprende:

una pluralidad de fuentes de luz coherente (12), en la que la pluralidad de fuentes de luz coherente está situada en una relación fija entre sí;

un sensor de imagen (30);

una cámara de presión (20), que comprende un diafragma flexible (18), estando configurado el diafragma flexible para flexionarse en respuesta a un cambio en la presión en la cámara de presión y pudiendo hacerse funcionar para reflejar un haz de luz (13) que se origina en cada una de la pluralidad de fuentes de luz coherente sobre el sensor de imagen;

en el que las fuentes de luz (20) están configuradas para dirigir una pluralidad de haces de luz coherente (13) bajo un ángulo de incidencia conocido sobre el diafragma flexible, de tal manera que la pluralidad de haces de luz coherente (13) formen un patrón de puntos de luz (22, 24) sobre el diafragma, y el sensor de imagen (30) puede hacerse funcionar para capturar una imagen del patrón de puntos de luz reflejado desde el diafragma, siendo indicativo el patrón de puntos de luz de la presión dentro de la cámara de presión; y

comprendiendo además el conjunto un procesador acoplado funcionalmente al sensor de imagen para recibir el patrón de puntos de luz capturado de los haces de luz reflejados (28) y para determinar a partir del mismo la presión dentro de la cámara de presión (20).

2. Conjunto según la reivindicación 1, en el que el patrón de los haces de luz reflejados (28) indica la relación espacial entre los puntos formados por los haces de luz (13) incidentes sobre el diafragma (18).

3. Conjunto según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de fuentes de luz coherente (12) comprende una primera fuente de luz coherente y una segunda fuente de luz coherente, que proporcionan, respectivamente, un primer haz de luz y un segundo haz de luz.

4. Conjunto según la reivindicación 1, que comprende además instrucciones de software ejecutables por ordenador que son operativas para hacer que el procesador determine la presión dentro de la cámara de presión (20) a partir del patrón de los haces de luz reflejados (28).

5. Conjunto según la reivindicación 1, que comprende además una interfaz fluídica acoplada funcionalmente al procesador para recibir instrucciones del procesador para controlar el flujo de fluido en un sistema fluídico acoplado a dicha cámara de presión (20).

6. Conjunto según la reivindicación 1, que comprende además una interfaz de calibración para proporcionar entradas de calibración al procesador.

7. Conjunto según la reivindicación 1, que comprende además una óptica de formación de imagen (26) para enfocar los haces de luz reflejados (28) provenientes del diafragma (18) sobre el sensor de imagen (30).

8. Conjunto según la reivindicación 7, en el que la óptica de formación de imagen (26) comprende una lente.

9. Conjunto según la reivindicación 1, que comprende además una óptica de fuente de luz (14, 16) para enfocar los haces de luz (13) que se originan en la pluralidad de fuentes de luz (12) sobre el diafragma (18).

10. Conjunto según la reivindicación 9, en el que la óptica de fuente de luz comprende una lente (14) y un espejo (16).

11. Conjunto según la reivindicación 10, en el que el espejo (16) refleja los haces de luz (13) provenientes de la pluralidad de fuentes de luz (12) sobre el diafragma (18) bajo un ángulo de incidencia conocido.

12. Conjunto según la reivindicación 11, en el que el conjunto se calibra para una posición de referencia del diafragma y el ángulo de incidencia conocido.

13. Conjunto según la reivindicación 11, en el que el conjunto se calibra para una posición de referencia del diafragma y el ángulo de incidencia conocido.

14. Conjunto según la reivindicación 13, en el que la posición de referencia del diafragma corresponde a una presión de referencia en la cámara de presión (20).

15. Conjunto según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de fuentes de luz (12) son diodos láser.

16. Conjunto según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de fuentes de luz (12) son fuentes de luz láser.

17. Conjunto según la reivindicación 1, en el que el sensor de imagen (30) es un sensor de imagen CMOS.

18. Conjunto según la reivindicación 1, en el que el sensor de imagen (30) es un dispositivo acoplado por carga.

19. Conjunto según la reivindicación 1, en el que el diafragma (18) es de acero inoxidable.

20. Conjunto según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de fuentes de luz coherente (12) comprende una primera fuente de luz coherente y una segunda fuente de luz coherente, que proporcionan, respectivamente, un primer haz de luz (13) y un segundo haz de luz (13).

21. Conjunto según la reivindicación 1, en el que la cámara de presión (20) y el diafragma (18) están formados como un casete sustituible.

22. Conjunto según la reivindicación 5, en el que el sistema fluídico es parte de un sistema quirúrgico oftálmico.

23. Procedimiento para la detección de presión no invasiva, que comprende:

dirigir una pluralidad de haces de luz coherente (13), bajo un ángulo de incidencia conocido, sobre un diafragma flexible (18), formando el diafragma flexible una parte de una cámara de presión (20) y está configurado para flexionarse en respuesta a un cambio en la presión de la cámara de presión, y formando la pluralidad de haces de luz coherente un patrón de puntos de luz (22, 24) sobre el diafragma;

capturar en un sensor de imagen (30) una imagen del patrón de puntos de luz reflejado desde el diafragma, siendo el patrón de puntos de luz indicativo de la presión dentro de la cámara de presión; y

determinar, en un procesador acoplado funcionalmente para recibir datos de imagen del sensor de imagen, la presión dentro de la cámara de presión a partir de la imagen capturada del patrón de puntos de luz.

24. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que el patrón de puntos de luz indica la presión dentro de la cámara de presión (20) con relación a un patrón de puntos de luz de referencia (22, 24) resultante de una posición de referencia del diafragma (18) correspondiente a una presión de referencia.

25. Procedimiento según la reivindicación 24, que comprende además calibrar el procesador a la presión de referencia asociando el patrón de puntos de luz de referencia (22, 24) a la posición de referencia del diafragma correspondiente a la presión de referencia.

26. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que la pluralidad de haces de luz coherente (13) son proporcionados por una pluralidad de fuentes de luz coherente (12).

27. Procedimiento según la reivindicación 26, en el que la pluralidad de fuentes de luz coherente (12) son fuentes de luz láser.

28. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que la pluralidad de haces de luz (13) son dos haces de luz.

29. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que la etapa de determinar se realiza con instrucciones de software ejecutables por ordenador que son operativas para hacer que el procesador determine la presión dentro de la cámara de presión a partir de la imagen del patrón de puntos de luz.

30. Procedimiento según la reivindicación 23, que comprende además la etapa de proporcionar instrucciones procedentes del procesador a una interfaz fluídica acoplada funcionalmente al procesador para controlar el flujo de fluido en un sistema fluídico acoplado a la cámara de presión (20).

31. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que el procesador comprende además una interfaz de calibración para proporcionar entradas de calibración al procesador.

32. Procedimiento según la reivindicación 23, que comprende además la etapa de enfocar el patrón de puntos de luz reflejado (22, 24) sobre el sensor de imagen a través de una óptica de formación de imagen (26).

33. Procedimiento según la reivindicación 32, en el que la óptica de formación de imagen (26) comprende una lente.

34. Procedimiento según la reivindicación 23, que comprende además la etapa de enfocar la pluralidad de haces de luz coherente sobre el diafragma (18) a través de una óptica de fuente de luz (14, 16).

35. Procedimiento según la reivindicación 34, en el que la óptica de fuente de luz comprende una lente (14) y un espejo (16).

36. Procedimiento según la reivindicación 35, en el que el espejo (16) dirige cada uno de la pluralidad de haces de luz sobre el diafragma (18) bajo el ángulo de incidencia conocido.

37. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que el sensor de imagen (30) es un sensor de imagen CMOS.

38. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que el sensor de imagen (30) es un dispositivo acoplado por carga.

39. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que el diafragma (18) es de acero inoxidable.

40. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que la cámara de presión (20) y el diafragma (18) están formados como un casete sustituible.

41. Procedimiento según la reivindicación 40, en el que el procedimiento se pone en práctica para detectar presión en un sistema quirúrgico oftálmico.

42. Software de ordenador, cuando se almacena en una memoria, o que, cuando se ejecuta en un módulo de procesamiento, incluye instrucciones operativas para el funcionamiento del conjunto según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que hacen que el módulo de procesamiento:

dirija una pluralidad de haces de luz coherente (13) procedentes de una pluralidad de fuentes de luz coherente (12), estando situada la pluralidad de fuentes de luz coherente en una relación fija entre sí, bajo un ángulo de incidencia conocido, sobre un diafragma flexible (18), configurado para flexionarse en respuesta a un cambio de presión en una cámara de presión (20) y que puede hacerse funcionar para reflejar un haz de luz (13) que se origina en cada una de la pluralidad de fuentes de luz coherente sobre un sensor de imagen (30), formando la pluralidad de haces de luz coherente un patrón de puntos de luz (22, 24) sobre el diafragma; capture en el sensor de imagen (30) una imagen del patrón de puntos de luz reflejado desde el diafragma (18), siendo el patrón de puntos de luz indicativo de la presión dentro de la cámara de presión (20); y determine la presión dentro de la cámara de presión (20) a partir de la imagen capturada del patrón de puntos de luz.