DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA MONITORIZAR TRASTORNOS RELATIVOS A FLUIDOS CORPORALES Y A ELECTROLITOS.

Dispositivo para medir una métrica de tejido corporal utilizando espectrofotometría óptica,

que comprende: un alojamiento de sonda (400, 500, 600) configurado para situarse en la proximidad de una ubicación de tejido (412, 512) que está siendo monitorizada; unas ópticas de emisión de luz (618) adaptadas para emitir dos longitudes de onda diferentes, conectadas a dicho alojamiento (400, 500, 600) y configuradas para dirigir radiación a dicha ubicación de tejido (412, 512); unas ópticas de detección de luz (620) conectadas a dicho alojamiento (400, 500, 600) y configuradas para recibir radiación desde dicha ubicación de tejido (412, 512); y un dispositivo de procesamiento (624) configurado para procesar radiación procedente de dichas ópticas de emisión de luz (618) y dichas ópticas de detección de luz (620) para calcular dicha métrica de tejido corporal, comprendiendo dicha métrica de tejido corporal comprende una relación del contenido de agua de una parte de tejido de un paciente con respecto al contenido de agua de una parte magra o libre de grasa del tejido del paciente o una relación de una diferencia entre la fracción de agua en la sangre y la fracción de agua en el tejido extravascular sobre la concentración en volumen fraccional de hemoglobina en la sangre, caracterizado porque el dispositivo de procesamiento (624) está configurado además para recibir y comparar por lo menos dos juegos de mediciones de espectrofotometría óptica de por lo menos dos longitudes de onda diferentes, siendo la luz a dichas por lo menos dos longitudes de onda diferentes principalmente absorbible debido al agua que está en la sangre vascular y en el tejido extravascular, y el dispositivo de procesamiento (624) está adaptado para calcular una relación de dichas por lo menos dos mediciones que proporciona una medida proporcional a dicha diferencia entre las fracciones de agua en la sangre y en la ubicación de tejido circundante

El mantenimiento del equilibrio de los fluidos corporales es muy importante en el cuidado y el tratamiento de pacientes en estado crítico, puesto que los médicos tienen acceso a pocas herramientas de diagnóstico para ayudarles en esta tarea vital. Los pacientes con fallos cardiacos congestivos, por ejemplo, padecen frecuentemente edema sistémico crónico que debe controlarse dentro de estrechos límites para asegurar una perfusión de tejido adecuada e impedir perturbaciones peligrosas de los electrolitos. La deshidratación de los bebés y los niños que padecen diarrea puede ser peligrosa para la vida si no se reconoce ni se trata inmediatamente.

El procedimiento más común para valorar la gravedad del edema o la deshidratación se basa en la interpretación de signos clínicos subjetivos (por ejemplo, hinchazón de miembros, membranas mucosas secas), con información adicional proporcionada por mediciones de la frecuencia de micción, pulso cardiaco, relaciones nitrógeno de urea en suero (SUN)/creatinina y niveles de electrolitos en sangre. Sin embargo, ninguna de estas variables por sí sola es una medida directa y cuantitativa de la retención o pérdida de agua.

La técnica de dilución de indicadores, que proporciona la medición directa más precisa de agua en tejidos corporales, es el estándar presente de hecho para la evaluación de la distribución de fluidos corporales. Sin embargo, es una técnica invasiva que requiere tomar muestras de sangre. Adicionalmente, una pluralidad de patentes han descrito diseños de monitores de impedancia eléctrica para la medición del agua total del cuerpo. La técnica de impedancia eléctrica se basa en medir cambios en la impedancia eléctrica de alta frecuencia (típicamente, 10 KHz - 1 MHz) de una parte del cuerpo. Se han obtenido resultados mixtos con la técnica de impedancia eléctrica en estudios clínicos de perturbaciones de fluidos corporales reportados por diversos investigadores. La precisión bastante pobre de la técnica vista en muchos estudios apunta a deficiencias no resueltas de estos diseños cuando se aplican en un ajuste clínico. El documento US 2001/020 122 describe un dispositivo como el que se define en el preámbulo de la reivindicación 1.

Por tanto, existe una necesidad de proporcionar procedimientos y dispositivos para monitorizar fracciones de agua corporal que no adolezcan de problemas debido a su carácter invasivo, subjetivo, impreciso y difícil de interpretar para fines de diagnóstico e intervención clínicos. Este objeto puede conseguirse con el dispositivo y el procedimiento que se definen en las reivindicaciones independientes. Mejoras adicionales se caracterizan en las reivindicaciones dependientes.

Las formas de realización de la presente invención proporcionan dispositivos y procedimientos que miden métricas relacionadas con fluido corporales utilizando espectrofotometría, que pueden utilizarse para facilitar el diagnóstico y las intervenciones terapéuticas destinadas a restablecer el equilibro de los fluidos corporales. La invención descrita facilita la medición rápida, no invasiva y continua de agua de tejido fraccional, fw. Formas de realización adicionales facilitan la medición intermitente de fw. Las especificaciones de espaciamientos de fuente-detector, rangos de longitud de onda de medición óptica y algoritmos para combinar las mediciones proporcionan procedimientos altamente precisos y reproducibles para la determinación de fw.

En una forma de realización, la presente invención proporciona un dispositivo para medir una métrica de contenido de agua de tejido corporal como una fracción del contenido de tejido libre de grasa de un paciente utilizando espectrofotometría óptica. El dispositivo incluye un alojamiento de sonda configurado para situarse en la proximidad de una ubicación de tejido que está siendo monitorizada; ópticas de emisión de luz conectadas al alojamiento y configuradas para dirigir radiación a la ubicación del tejido; ópticas de detección de luz conectadas al alojamiento y configuradas para recibir radiación procedente de la ubicación del tejido; y un dispositivo de procesamiento configurado para procesar radiación procedente de las ópticas de emisión de luz y las ópticas de detección de luz para calcular la métrica, en donde la métrica incluye una relación del contenido de agua de una parte de tejido del paciente con respecto al contenido magro o libre de grasa de una parte de tejido del paciente.

En otra forma de realización, la presente invención proporciona un dispositivo para medir una métrica de tejido corporal utilizando espectrofotometría óptica. El dispositivo incluye un alojamiento de sonda configurado para situarse en la proximidad de una ubicación de tejido que está siendo monitorizada; ópticas de emisión de luz conectadas al alojamiento y configuradas para dirigir radiación a la ubicación del tejido; ópticas de detección de luz conectadas al alojamiento y configuradas para recibir radiación de la ubicación del tejido; y un dispositivo de procesamiento configurado para procesar radiación procedente de las ópticas de emisión de luz y las ópticas de detección de luz para calcular la métrica, en donde la métrica del tejido corporal incluye una medida cuantificada de una relación de una diferencia entre la fracción de agua en la sangre y la fracción de agua en el tejido extravascular, en función de la concentración en volumen fraccional de la hemoglobina en la sangre.

En otro aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para medir una métrica de contenido de agua en tejido corporal en una ubicación de tejido humando como una fracción del contenido de tejido libre de grasa de un paciente utilizando espectrofotometría óptica. El procedimiento incluye situar un alojamiento de sonda cerca de la ubicación del tejido; emitir radiación hacia la ubicación del tejido utilizando ópticas de emisión de luz que están configuradas para dirigir la radiación a la ubicación del tejido. El procedimiento incluye también detectar radiación utilizando ópticas de detección de luz que están configuradas para recibir radiación procedente de la ubicación del tejido; y procesar la radiación procedente de las ópticas de emisión de luz y las ópticas de detección de luz; y calcular la

l

métrica del contenido de agua, en donde la métrica del contenido de agua, f , se determina de tal manera que

w

**(Ver fórmula)**

y en donde:

pn y qm son coeficientes de calibración;

R(λ) es una medida de una radiación recibida a una longitud de onda;

n=1-N y m=1-M representan índices para una pluralidad de longitudes de onda que pueden comprender combinaciones iguales o diferentes de longitudes de onda. El procedimiento puede incluir también representar la fracción de volumen de agua sobre un dispositivo de visualización.

En otra forma de realización, la presente invención proporciona un procedimiento para medir una métrica de tejido corporal en una ubicación de tejido humano utilizando espectrofotometría óptica. El procedimiento incluye emitir y detectar radiación utilizando ópticas de emisión y detección de luz. Además, el procedimiento incluye procesar la radiación procedente de las ópticas de emisión y detección de luz para calcular la métrica, en donde la métrica relacionada con el fluido corporal está relacionada con una medida cuantificada de una relación de una diferencia entre la fracción de agua en la sangre y la fracción de agua en el tejido extravascular, en función de la concentración en volumen fraccional de hemoglobina en la sangre. En un aspecto, la métrica es un índice de equilibrio de agua Q de tal manera que:

**(Ver fórmula)**

IVEV IV

en donde f y f son las concentraciones en volumen fraccional de agua en sangre y tejido, respectivamente, fh

ww es la concentración en volumen fraccional de hemoglobina en la sangre, (∆R/R)λ es el cambio fraccional de reflectancia a la longitud de onda λ debido a un cambio en el volumen de sangre en el tejido, y a0 y a1 son coeficientes de calibración.

En otra forma de realización, la presente invención proporciona un procedimiento para medir un parámetro fisiológico en una ubicación de tejido humano. El procedimiento incluye emisión de radiación hacia la ubicación de tejido utilizando ópticas de emisión de luz y detectar radiación utilizando ópticas de detección de luz. Además, el procedimiento incluye procesar la radiación... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para medir una métrica de tejido corporal utilizando espectrofotometría óptica, que comprende:

un alojamiento de sonda (400, 500, 600) configurado para situarse en la proximidad de una ubicación de tejido (412, 512) que está siendo monitorizada;

unas ópticas de emisión de luz (618) adaptadas para emitir dos longitudes de onda diferentes, conectadas a dicho alojamiento (400, 500, 600) y configuradas para dirigir radiación a dicha ubicación de tejido (412, 512);

unas ópticas de detección de luz (620) conectadas a dicho alojamiento (400, 500, 600) y configuradas para recibir radiación desde dicha ubicación de tejido (412, 512); y

un dispositivo de procesamiento (624) configurado para procesar radiación procedente de dichas ópticas de emisión de luz (618) y dichas ópticas de detección de luz (620) para calcular dicha métrica de tejido corporal, comprendiendo dicha métrica de tejido corporal comprende una relación del contenido de agua de una parte de tejido de un paciente con respecto al contenido de agua de una parte magra o libre de grasa del tejido del paciente o una relación de una diferencia entre la fracción de agua en la sangre y la fracción de agua en el tejido extravascular sobre la concentración en volumen fraccional de hemoglobina en la sangre, caracterizado porque el dispositivo de procesamiento

(624) está configurado además para recibir y comparar por lo menos dos juegos de mediciones de espectrofotometría óptica de por lo menos dos longitudes de onda diferentes, siendo la luz a dichas por lo menos dos longitudes de onda diferentes principalmente absorbible debido al agua que está en la sangre vascular y en el tejido extravascular, y el dispositivo de procesamiento (624) está adaptado para calcular una relación de dichas por lo menos dos mediciones que proporciona una medida proporcional a dicha diferencia entre las fracciones de agua en la sangre y en la ubicación de tejido circundante.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha métrica del contenido de agua en tejido corporal se calcula como una fracción del contenido de tejido libre de grasa y libre de hueso.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende además un dispositivo de visualización (414, 514, 626) conectado a dicho alojamiento de sonda (400, 500, 600) y configurado para visualizar dicho contenido de agua.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) y dichas ópticas de detección de luz (620) están espaciadas entre 1 y 5 mm entre sí en dicha ubicación de tejido.

5. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha métrica de tejido corporal es monitorizada de manera intermitente o continua.

6. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el alojamiento de sonda (400) comprende además una sonda cargada por resorte (410) configurada para activar automáticamente un dispositivo de visualización (414) conectado a dicho alojamiento de sonda (400) cuando dicha sonda cargada por resorte (410) es presionada contra una ubicación de tejido

(414) que está siendo monitorizada y en la proximidad de la misma.

7. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el alojamiento de sonda (400, 500, 600) comprende además un transductor de presión para medir la compresibilidad del tejido para derivar un índice de una fracción de agua libre dentro de dicho tejido.

8. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el alojamiento de sonda (400, 500, 600) comprende además un mecanismo para inducir mecánicamente un pulso dentro de dicha ubicación de tejido con el fin de permitir mediciones relacionadas con las diferencias entre fracciones de volumen de fluido intravascular y de volumen de fluido extravascular en condiciones de pulso débil.

9. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el alojamiento de sonda (400, 500, 600) comprende además un mecanismo para minimizar mecánicamente la presión en dicha ubicación de tejido con el fin de permitir mediciones relacionadas con la fracción de volumen de fluido no perturbado en el tejido.

10. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el alojamiento de sonda (600) comprende además un mecanismo (612, 614, 616) para inducir mecánicamente presión en dicha ubicación de tejido con el fin de permitir la medición de la fracción de fluido extravascular en ausencia de la fracción de fluido intravascular.

11. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el alojamiento de sonda (400, 500, 600) comprende además un mecanismo (612, 614, 616) para modificar mecánicamente la presión en dicha ubicación de tejido con el fin de permitir la medición de las fracciones de agua intravascular y extravascular.

12. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) están sintonizadas para emitir radiación a una pluralidad de longitudes de onda espectrales estrechas seleccionadas de tal modo que el compuesto biológico de interés absorba luz a dicha pluralidad de longitudes de onda espectrales estrechas y de tal modo que la absorción por parte de especies interferentes esté en un mínimo, siendo una absorción mínima una absorción por una especie interferente que es menor que el 10% de la absorción del compuesto biológico de interés.

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13. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) están sintonizadas para emitir radiación a una pluralidad de longitudes de onda espectrales estrechas seleccionadas para que sean absorbidas preferentemente por agua de tejido, proteínas no heme y lípidos, siendo las longitudes de onda preferentemente absorbidas longitudes de onda cuya absorción es sustancialmente independiente de las concentraciones individuales de las proteínas no heme y lípidos y siendo sustancialmente dependiente de la suma de las concentraciones individuales de proteínas no heme y agua.

14. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) están sintonizadas para emitir radiación a una pluralidad de longitudes de onda espectrales estrechas seleccionadas para asegurar que la radiación recibida medida sea sustancialmente insensible a variaciones de dispersión y de tal manera que las longitudes de trayectoria óptica a través de la dermis a dichas longitudes de onda sean sustancialmente iguales.

15. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) están sintonizadas para emitir radiación a una pluralidad de longitudes de onda espectrales estrechas seleccionadas para asegurar que la radiación recibida medida desde dicha ubicación de tejido sea insensible a variaciones de temperatura, siendo dichas longitudes de onda isosbésticas para la temperatura en el espectro de absorción de agua o combinándose dicha radiación recibida de manera que se cancelen sustancialmente las dependencias de dicha radiación recibida individual respecto a la temperatura cuando se calculan fracciones de agua en tejido.

16. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) están sintonizadas para emitir radiación a una pluralidad de longitudes de onda espectrales estrechas seleccionadas de entre una de las tres bandas principales de longitudes de onda de aproximadamente 950 a 1.400 nm, de aproximadamente 1.500 a 1.800 nm y de aproximadamente 2.000 a 2.300 nm.

17. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) y dichas ópticas de detección de luz (620) están montadas dentro de dicho alojamiento de sonda (600) y están posicionadas con una alineación apropiada para permitir la detección en un modo transmisivo.

18. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) y dichas ópticas de detección de luz (620) están montadas dentro de dicho alojamiento de sonda (400, 500, 600) y están posicionadas con una alineación apropiada para permitir la detección en un modo reflectivo.

19. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) y dichas ópticas de detección de luz (620) están colocadas dentro de una unidad remota y suministran luz a dicho alojamiento de sonda y reciben luz del mismo a través de fibras ópticas.

20. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas de emisión de luz (618) comprenden por lo menos uno de entre (a) una fuente de luz incandescente, (b) una fuente de luz blanca y (c) un diodo de emisión de luz (“LED”).

21. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de procesamiento (624) recibe y compara dichos por lo menos dos juegos de mediciones ópticas, correspondiendo dicho por lo menos un primer juego de mediciones ópticas a la detección de luz cuya absorción es principalmente debida a agua y a proteínas no heme, y correspondiendo dicho por lo menos un segundo juego de mediciones ópticas a la detección de luz cuya absorción es principalmente debida a agua, y proporcionando una comparación de dichas por lo menos dos mediciones ópticas una medición de una fracción de agua libre de grasa o magra dentro de dicha ubicación de tejido.

22. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de procesamiento (624) recibe y compara dichos por lo menos dos juegos de mediciones ópticas, estando basados dichos por lo menos dos juegos de mediciones ópticas en la radiación recibida de por lo menos dos longitudes de onda y combinándose para formar una relación de combinaciones de dicha radiación recibida.

23. Dispositivo según la reivindicación 22, en el que dicho dispositivo de procesamiento (624) forma una suma ponderada de dichas combinaciones.

l

24. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha métrica de contenido de agua f se determina de tal manera

w que

y en donde:

**(Ver fórmula)**

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pn y qm son coeficientes de calibración; R(λ) es una medida de una radiación recibida a una longitud de onda; y n=1-N y m=1-M representan índices para una pluralidad de longitudes de onda que pueden comprender

combinaciones iguales o diferentes de longitudes de onda.

25. Dispositivo según la reivindicación 24, en el que M y N son ambos iguales a 3, las longitudes de onda indexadas por m y n comprenden la misma combinación de longitudes de onda, y dichas longitudes de onda primera, segunda, tercera y cuarta son aproximadamente 1.180, 1.245, 1.275 y 1.330 nm, respectivamente.

26. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha métrica es un índice Q de equilibrio de agua, de tal manera que

**(Ver fórmula)**

IV EV

donde f y f son las concentraciones en volumen fraccional de agua en sangre y tejido, respectivamente,

ww

fhIV es la concentración en volumen fraccional de hemoglobina en la sangre, (∆R/R)λ es el cambio fraccional de

reflectancia a la longitud de onda λ debido a un cambio en el volumen de sangre en el tejido, y a0 y a1 son coeficientes de calibración.

27. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende además un dispositivo de entrada configurado para permitir que un usuario introduzca una concentración de hemoglobina fraccional en sangre para su utilización por dicho dispositivo de procesamiento (624).

28. Dispositivo según la reivindicación 27, en el que dicho dispositivo de procesamiento (624) está configurado además para calcular una medida del cambio del contenido de agua entre el volumen de fluido intravascular (“IFV”) y el volumen de fluido extravascular (“EFV”) utilizando dicho índice de agua.

29. Dispositivo según la reivindicación 26, en el que dichas longitudes de onda primera y segunda son de aproximadamente 1.320 nm y aproximadamente 1.160 nm, respectivamente.

30. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha métrica de tejido corporal comprende además una integral de dicha diferencia para proporcionar una medida del agua que se desplaza hacia dentro y hacia fuera de los capilares.

31. Procedimiento para medir una métrica de tejido corporal en una ubicación de tejido humano (412, 512) utilizando espectrofotometría óptica, que comprende:

colocar un alojamiento de sonda (400, 500, 600) en la proximidad de dicha ubicación de tejido (412, 512);

emitir radiación utilizando unas ópticas de emisión de luz (618) configuradas para dirigir radiación a dicha ubicación de tejido (412, 512);

detectar radiación utilizando unas ópticas de detección de luz (620) configuradas para recibir radiación de dicha ubicación de tejido (412, 512);

procesar dicha radiación de dichas ópticas de emisión de luz (618) y dichas ópticas de detección de luz (620) para calcular dicha métrica de tejido corporal, comprendiendo dicha métrica de tejido corporal una relación del contenido de agua de una parte de tejido de un paciente con respecto al contenido de agua de una parte magra o libre de grasa del tejido del paciente o una relación de una diferencia entre la fracción de agua en la sangre y la fracción de agua en el tejido extravascular, en función de la concentración en volumen fraccional de hemoglobina en la sangre, siendo recibidos y comparados por lo menos dos juegos de mediciones de espectrofotometría óptica de por lo menos dos longitudes de onda diferentes, siendo la luz en dichas por lo menos dos longitudes de onda diferentes principalmente absorbible debido al agua que está en la sangre vascular y en el tejido extravascular, y proporcionando una relación de dichas por lo menos dos mediciones una medida proporcional a la diferencia entre las fracciones de agua en la sangre y en la ubicación de tejido circundante; y

visualizar dicha métrica de tejido corporal o una cantidad derivada de dicha métrica en un dispositivo de visualización (414, 510, 626).

32. Procedimiento según la reivindicación 31, en el que dicha métrica de tejido corporal es un índice de equilibrio de agua Q, de tal manera que

**(Ver fórmula)**

IV EV

donde f y f son las concentraciones en volumen fraccional de agua en sangre y tejido, respectivamente,

ww fhIV es la concentración en volumen fraccional de hemoglobina en la sangre, (∆R/R)λ es el cambio fraccional de reflectancia a la longitud de onda λ debido a un cambio en el volumen de sangre en el tejido, y a0 y a1 son coeficientes de calibración.

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33. Procedimiento según la reivindicación 31, en el que se determina un parámetro fisiológico f de tal manera que

w

**(Ver fórmula)**

y en donde:

pn y qm son coeficientes de calibración;

10 R(λ) es una medida de una radiación recibida a una longitud de onda; y

n=1-N y m=1-M representan índices para una pluralidad de longitudes de onda que pueden comprender combinaciones iguales o diferentes de longitudes de onda.

34. Procedimiento según la reivindicación 33, en el que dicho parámetro fisiológico es la fracción de agua en tejido en dicha ubicación de tejido.

35. Procedimiento según la reivindicación 33, en el que dicho parámetro fisiológico es un valor de saturación de oxígeno en dicha ubicación de tejido.

36. Procedimiento según la reivindicación 33, en el que dicho parámetro fisiológico es una concentración de hemoglobina fraccional en dicha ubicación de tejido.

37. Procedimiento según la reivindicación 33, en el que dicho parámetro fisiológico es la concentración fraccional de

20 hemoglobina en un primer juego compuesto de una o más especies de hemoglobina con respecto a la concentración de hemoglobina en un segundo juego compuesto de una o más especies de hemoglobina en el tejido.

38. Procedimiento según la reivindicación 37, en el que se seleccionan los coeficientes pn de modo que cancelen las contribuciones de absorbancia de todos los constituyentes de tejido, excepto las especies de hemoglobina incluidas en el juego 1, y se seleccionan los coeficientes qm, de tal modo que cancelen las contribuciones de absorbancia de todos los constituyentes de tejido, excepto las especies de hemoglobina incluidas en el juego 2.