Equipo portátil para la medición de la concentración de las derivadas de la hemoglobina en sangre arterial de forma no destructiva y procedimiento de uso.
Equipo portátil para la medición de la concentración de las derivadas de la hemoglobina en sangre arterial de forma no destructiva,
que comprende una cubeta (1), inferior a los 100 {mi}L y zona (1a) de camino de luz, de 100nm de espesor, un conjunto de entre 5 y 7 diodos LED (2) que iluminan de manera alterna, como prismas de espectrómetros convencionales, al menos cinco para cuantificar las cinco especies de Hb de interés y cuyas longitudes de onda corresponden a los puntos de espectro de absorbancia, fotodetector (3) de gran área, sincronizado con el encendido alternado de los LEDs (2) para medir la luz, sistema de mantenimiento de la temperatura (4) a 37ºC, y microprocesador (5) que integra el control del sistema de iluminación y fotométrico y la adquisición y procesado de las medidas obtenidas.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200931002.
Solicitante: CÁCERES GÁLVEZ, Alejandro.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: PARDO MARTINEZ,ANTONIO, PASSARELL SERRED,ROSA, CÁCERES GÁLVEZ,Alejandro, CAMERO GOMEZ,Rafel, MORENO GOMEZ,Mauricio, LOPEZ DE MIGUEL,Manel.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01N21/31 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › investigando el efecto relativo del material para las longitudes de ondas características de elementos o de moléculas específicas, p. ej. espectrometría de absorción atómica.
- G01N33/49 G01N […] › G01N 33/00 Investigación o análisis de materiales por métodos específicos no cubiertos por los grupos G01N 1/00 - G01N 31/00. › de sangre.
Fragmento de la descripción:
Equipo portátil para la medición de la concentración de diferentes especies de hemoglobina en sangre arterial de forma no destructiva y procedimiento de uso.
Objeto de la invención
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un equipo portátil para la medición de la concentración de diferentes especies de hemoglobina en sangre arterial de forma no destructiva y a su procedimiento de uso, aportando a la función a que se destina varias ventajas e innovadoras características, que se describirán en detalle más adelante, que suponen una mejorada alternativa a los sistemas actualmente conocidos en el mercado para el mismo fin.
Más en particular, el objeto de la invención se centra en un equipo portátil de bajo coste destinado para la medición de la concentración relativa de diferentes especies de hemoglobina de forma no destructiva en sangre arterial sin tratamiento previo (sangre entera), en concreto cinco especies: oxi-hemoglobina (HbO2); desoxi-hemoglobina (Hb); carboxi-hemoglobina (HbCO); met-hemoglobina (MetHb o Hi); sulf-hemoglobina (SHb), el cual está basado en la medición espectroscópica de la muestra de sangre mediante diodos de tipo LED de diferentes longitudes de onda.
Paralelamente, un segundo aspecto de la invención se refiere al procedimiento previo seguido para la determinación de las longitudes de onda de los LEDs integrantes del equipo.
Campo de aplicación
El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la tecnología sanitaria, en el ámbito de la industria dedicada a la fabricación de aparatos y equipos para diagnóstico in vitro a partir de muestras de sangre, y concretamente de aquellos destinados para la medición y análisis de la concentración de diferentes especies de hemoglobina en sangre mediante métodos espectroscópicos.
Antecedentes de la invención
Como es sabido, mediante la medición espectroscópica de la absorbancia (A) o densidad óptica (OD) de la luz en el rango de longitudes de onda de 500-700 nm de una muestra de sangre arterial entera con un volumen inferior a 100 μL, se distinguen y cuantifican las concentraciones relativas de un mínimo de 4-5 especies de hemoglobina:
Al mismo tiempo, se cuantifica la concentración de hemoglobina total.
La OD se define como: OD=A= log10 (I0/I), donde I0 es la luz incidente en la muestra e I es la intensidad de la luz que atraviesa la muestra.
En la actualidad, y como referencia al estado de la técnica, debe señalarse que existen en el mercado diversos equipos que realizan el análisis de diferentes especies de hemoglobina con métodos espectroscópicos. Entre ellos, el único equipo portátil que realiza medidas en sangre arterial humana entera de manera no destructiva es el:
- Avoximeter 1000 y 4000 de ITC [1-15], en que el primero solamente mide 1a =2Hb y la desoxihemoglobina (Hb) y el segundo cuantifica todas las especies antes mencionadas menos sulf-hemoglobina (SHb), para la cual solo detecta su presencia o no. Tampoco cuantifica la Hb fetal, solamente corrige las medidas finales del resto de especies de la presencia de esta Hb fetal.
Existen otros equipos, normalmente equipos de gasometría (medición de las presiones parciales de gases en sangre) y/o de electrolitos, que incorporan un módulo para realización de la CO-Oximetría. Estos equipos, sin embargo, no son portátiles y tienen un elevado coste económico y, además, la incorporación de la co-oximetría todavía incrementa más su coste.
Entre ellos, los siguientes utilizan técnicas de espectroscopia parecidas a la propuesta.
- de Radiometer:
el modelo OSM-3 HEMOXIMETER, en el que la muestra es hemolizada, mide 6 λ, resultando un aparato obsoleto predecesor del siguiente;
el modelo ABL800 FLEX-Gasometría más CO-Oximetría. Equipo no portátil y muestra hemolizada. Utiliza luz blanca y un espectrómetro para medir 128 λ.;
y el modelo NPT7, Gasometría mas Co. Oximetría, equipo semi-portátil, que utiliza luz blanca y un espectrómetro para medir múltiples λ. En este caso las cubetas para las muestras están integradas en un cartucho de 30 unidades, el cual es colocado directamente en el aparato, de manera que no es necesaria la manipulación directa.
- de Instrumentation Laboratory:
el modelo IL682 Co-Oximeter System, que necesita la hemolisis de la sangre. Mide en 6 λ;
y el modelo GEM premier 300-4000, co-oxímetro integrado en un gasómetro que también necesita la hemolisis.
- de Siemens:
el modelo Rapidpoint 405, que trabaja sobre sangre entera, parece que hemoliza la sangre (200 ul), no es un equipo portátil sino que incluye Gasometría más electrolitos más co-oximetría, esta última basada en espectroscopia pero las λ no está publicadas;
y el modelo Rapidlab serie 1200 no portátil.
- y, finalmente, de Roche:
el modelo Cobas b221 Roche OMNI S 4, que necesita la hemolisis de la sangre.
Además, existen diversas publicaciones relacionadas con al técnica propuesta, entre las que cabe destacar:
Patente de analizador de COHb portátil, que utiliza filtros con luz blanca en lugar de LEDS.
Artículos de estudio sobre diversas soluciones para la medición de diferentes especies de Hb mediante el estudio de la absorbancia que utilizan sistema de iluminación (LEDs) y/o algoritmos parecidos al aquí propuesto.
Existen, además, métodos espectroscópicos no invasivos (in vivo) como la oximetría de pulso o pulsada (pulse Oximetry) o la CO-oximetría de pulso (pulse CO-Oximetry) que se basan también en la medida espectroscópica de la absorbancia pero se realizan directamente sobre el cuerpo del paciente, sin necesidad de extraer una muestra de sangre. Por ejemplo Rad-57 Pulse CO-Oximetry.
La siguiente lista muestra los documentos más relevantes relacionados con el tema de los que los solicitantes tienen conocimiento:
- Shepherd, A.P., J.W. Kiel, and G.L. Riedel, Evaluation of Light-Enitting Diodes for Whole Blood Oximetri. Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, 1984. BME-31(11): 723-725.
- Shepherd, A.P., et al., An oximeter form measuring hemoglobin concentration and oxygen content. Am J Physiol Hert Circ Physiol, 1989. 257(5): p H1705-1711.
- Shepherd, A.P. and J.M. Steinke, CO-Oximetry interference by perflubron emulsion: comparison of hemolysing and nonhemolyzing instruments. Clin Chem, 1998. 44(10): p.2183-2190.
- US6262798, Sheperd, A.P. and J.M Steinke, Method and aparatus for spectrophotometric measurementes in unaltered whole blood. 2001.
- 20020041371, Sheperd, A.P. and J.M Steinke, Method and aparatus for direct spectrophotometric measurements in unaltered whole blood. 2002.
- US20030202170, Sheperd, A.P. and J.M Steinke, Method and aparatus for direct spectrophotometric measurements in unaltered whole blood. 2003.
- US6519025, Sheperd, A.P. and J.M Steinke, Method and aparatus for direct spectrophotometric measurements in unaltered whole blood. 2003.
- 7075628, Sheperd, A.P. and J.M Steinke, Method and aparatus for direct spectrophotometric measurements in unaltered whole blood. 2006.
- US2006203225, Sheperd, A.P. and J.M Steinke, Method and aparatus for direct spectrophotometric measurements in unaltered whole blood. 2006.
- Steiner, M.C. et al., A estable blood producto for pH-blood-gas quality control. Clin Chem, 1978.24(5): p. 793-795.
- Steinke, J.M. and A.P. Shepherd, Role of Light Scattering in Whole Blood Oximetry. Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, 1986 BME-33 (3): p. 294-301.
- Steinke, J.M. and A.P. Shepherd, Role of Light Scattering in Spectrophotometric...
Reivindicaciones:
1. Equipo portátil para la medición de la concentración de diferentes especies de hemoglobina en sangre arterial de forma no destructiva, para la medición de la concentración relativa de cinco diferentes especies de hemoglobina: oxi-hemoglobina (HbO2); desoxi-hemoglobina (Hb); carboxi-hemoglobina (HbCO); met-hemoglobina (MetHb o Hi); sulf-hemoglobina (SHb) que, siendo del tipo basado en la medición espectroscópica de la muestra, está caracterizado por el hecho de comprender:
- una cubeta (1) contenedora de la muestra de sangre, con un volumen inferior a los 100 μL y una zona (1a), que corresponde al camino óptico de la luz, con un espesor de 100 nm.
- un conjunto de entre 5 y 7 diodos LED (2) que se encienden e iluminan la muestra de manera alterna, en que al menos cinco de dichos LEDs son utilizados para cuantificar las cinco especies de Hb y cuyas longitudes de onda corresponden a los puntos de espectro de absorbancia, donde la variación, según la concentración de cada una de las especies, es mayor y al mismo tiempo la variación de las restantes especies no afectan al espectro.
- un fotodetector (3) como sistema de medición de la luz, sincronizado con el encendido alternado de los LEDs (2) y de gran área.
- un sistema de mantenimiento de la temperatura (4) de la muestra a 37ºC.
- y un microprocesador (5) que integra tanto el control del sistema de iluminación y fotométrico como la adquisición y procesado de las medidas obtenidas.
2. Equipo portátil para la medición de la concentración de diferentes especies de hemoglobina en sangre arterial de forma no destructiva, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la cubeta (1) contenedora de la muestra de sangre es desechable y está fabricada en materiales biocompatibles; y porque dicha cubeta (1) presenta una configuración que permite la inserción directa de la jeringa de extracción de sangre, sin la aguja.
3. Procedimiento de uso de un equipo portátil para la medición de la concentración de diferentes especies de hemoglobina en sangre arterial de forma no destructiva, como el descrito en las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque, para determinar del número y valores de las longitudes de onda óptimas de los LEDs (2) integrantes del equipo para la correcta cuantificación de las especies de Hb, comprende la realización de un análisis previo de espectros completos, mediante la iluminación con luz blanca y detección con un espectrómetro convencional y comercial, en concreto PLS1 o PLS2 (Partial Least Squares Regression o Protection to Latent Structures) para determinar la relación lineal de las variables independientes (n longitudes de onda (λ)) para cada uno de los diferentes tipos de hemoglobina y eliminar las λ con poco peso en esta relación (ruido), de forma que la concentración de los diferentes tipos de Hb es determinada por k longitudes de onda, siendo k<n (n= número deλ medidas por el espectrómetro), de tal forma que los LEDs (2) que integran el sistema de iluminación del equipo corresponden a las λ determinadas en dicho estudio previo; y en que un nuevo análisis PLS1 sobre espectros de absorbancia en estas λ concretas permite generar un algoritmo que, eliminando los efectos no deseados, es capaz de cuantificar en una muestra desconocida de sangre humana entera, las concentraciones de las diferentes especies de Hb presentes así como su concentración de hemoglobina total, el cual algoritmo es aplicado por el microprocesador para realizar la medición de la muestra.
4. Procedimiento de uso de un equipo portátil para la medición de la concentración de diferentes especies de hemoglobina en sangre arterial de forma no destructiva, según la reivindicación 3, caracterizado porque se reproduce todo el rango del espectro de absorbancia de las diferentes especies de Hb mediante el uso de los LEDs encendidos alternamente, o mediante la superposición de las emisiones de 2 o 3 LEDs de forma que, mediante la variación entre su posición física relativa, se varía la longitud de onda de la emisión total.
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