Mediciones no invasivas en el cuerpo de un humano.

Sistema (100) de medición para su uso para mediciones no invasivas en el cuerpo de un humano,

comprendiendo el sistema:

- una unidad (101) de medición que comprende

una unidad (101C) óptica que tiene un conjunto (101A) de iluminación y un conjunto (102A) dedetección de luz; y

una unidad (110) acústica para generar radiación acústica;

estando configurada y pudiéndose hacer funcionar la unidad (101) de medición paraproporcionar una condición de funcionamiento de manera que la radiación acústica se solapa conuna determinada región (200) iluminada en el cuerpo, y que el conjunto (102A) de detección captaluz dispersada desde dicha determinada región (200) y una región (11) que rodea dicha determinadaregión, siendo de este modo los datos medidos generados por el conjunto de detección indicativosde:

luz dispersada desde dicha determinada región (200) que tiene fotones marcados mediante laradiación acústica y luz dispersada desde la región (11) que rodea dicha determinada región quetiene fotones no marcados mediante la radiación acústica,

permitiendo de este modo identificar una respuesta de luz de dicha determinada región a la luz deiluminación;

- una unidad (120) de control que puede conectarse a la unidad óptica y a la unidad acústica,estando preprogramada la unidad (120) de control para hacer funcionar la unidad acústica con al menosdos condiciones de funcionamiento diferentes para irradiar de este modo dicha determinada región conradiación acústica con al menos una característica variable de radiación acústica, estando seleccionadala al menos una característica variable para proporcionar al menos dos longitudes de trayectoria ópticaseficaces diferentes de fotones marcados dispersados en dicha determinada región, y estandoseleccionadas las al menos dos condiciones de funcionamiento diferentes:

para proporcionar diferentes eficacias de marcado dentro de un volumen marcado; y/opara irradiar volúmenes (266, 267) diferentes de dicha determinada región, solapándosesustancialmente tales volúmenes diferentes en el espacio de manera que las propiedades ópticas yacústicas promedio de los mismos son aproximadamente las mismas

pudiendo responder la unidad (120) de control a los datos medidos y estando preprogramada paraprocesar y analizar los datos medidos para extraer de los mismos una parte de datos asociada con larespuesta de luz de dicha determinada región determinando una relación entre las partes de datoscorrespondientes a los fotones marcados que tienen longitudes de trayectoria ópticas eficacesdiferentes como resultado de condiciones de funcionamiento diferentes de la unidad (110) acústica,permitiendo de este modo la determinación de una propiedad de un componente de tejido en dichadeterminada región.

Mediciones no invasivas en el cuerpo de un humano Sector de la técnica Esta invención pertenece en general al campo de los dispositivos médicos, y se refiere a un método y sistema para mediciones no invasivas en el cuerpo de un humano. La invención es particularmente útil para monitorizar tales parámetros del cuerpo humano como la saturación de oxígeno y/o concentración de (un) analito (s) en sangre.

Estado de la técnica

Se requiere la monitorización del nivel de oxígeno de una región de tejido para determinar si el tejido es viable o necrótico. Por ejemplo, medir el nivel de saturación de oxígeno permite determinar si un paciente que sufrió un acontecimiento de accidente cerebrovascular debe someterse a un procedimiento terapéutico, si un determinado procedimiento no es necesario o si realizar determinados procedimientos supone un alto riesgo. Tales mediciones también son imprescindibles para determinar la eficacia de un tratamiento.

Se ha usado luz de infrarrojo cercano para explorar de manera no invasiva el cerebro del paciente basándose en diferentes características de absorción de hemoglobina oxigenada y desoxigenada. Sin embargo, la espectroscopía de infrarrojo cercano (NIRS) presenta diversos inconvenientes asociados por ejemplo con el hecho de que la dispersión diferencial de dos longitudes de onda diferentes usadas en las mediciones dan como resultado una incertidumbre en la longitud de trayectoria por la que pasa cada longitud de onda; una incapacidad inherente para localizar el volumen explorado que requiere dispositivos tomográficos de cálculo intenso y la resolución de algoritmos; el análisis de la señal detectada depende de un modelo que se usa para caracterizar la estructura de tejido que va a explorarse. Esto impide el uso de NIRS en entornos médicos en tiempo real.

La patente estadounidense n.º 5.293.873 da a conocer una disposición de medición para el examen óptico de tejido de un sujeto con luz visible, NIR o IR. Según esta técnica, se dirigen ultrasonidos y luz coherente al sujeto a lo largo de trayectorias de propagación paralelas. El ultrasonido provoca un desplazamiento Doppler en la luz que sale del sujeto, estando relacionado este desplazamiento con determinadas características de tejido. La luz que sale del sujeto se detecta y se suministra una señal correspondiente a una etapa de evaluación que calcula de manera absoluta o relativa la intensidad de las partes de la luz detectada que avanza a través de tejido no cargadas por ultrasonido y las partes de la luz detectada que avanza a través de tejido cargadas por ultrasonido. La patente estadounidense n.º 6.002.958 da a conocer también la espectroscopía de NIR. Para identificar un tipo de patología de un tejido, se registra el efecto de haz ultrasónico modulado aplicado simultáneamente sobre la radiación NIR detectada.

Objeto de la invención Existe la necesidad en la técnica de facilitar mediciones no invasivas en el cuerpo de un humano, proporcionando un método y sistema novedoso que pueda monitorizar parámetros de sangre u otro medio de fluido y/o tejido en el cuerpo de un humano, por ejemplo la concentración de un analito en sangre, recipientes de fluido o regiones de tejido. La técnica de la presente invención puede monitorizar de manera cuantitativa la oxigenación cerebral o el volumen de sangre para proporcionar por ejemplo información continua sobre el estado de tejidos cerebrales para pacientes con riesgo de lesiones neurológicas.

La presente invención utiliza los principios de marcado de ultrasonidos de luz. Según la presente invención, el marcado de luz con radiación acústica se usa para permitir distinguir entre la respuesta óptica de una región de interés (por ejemplo, tejido cerebral, vaso sanguíneo) y regiones fuera de la región de interés; y/o para mejorar de manera significativa las mediciones basadas en oximetría y oximetría de pulso.

Por tanto, una parte del cuerpo se ilumina con al menos una longitud de onda de luz, y se irradia con radiación acústica (preferiblemente ultrasonido) de manera que la radiación acústica se solapa con la región iluminada en el cuerpo (este volumen de solapamiento se denomina “volumen marcado”) . La luz dispersada desde el cuerpo se detecta apropiadamente. Esta luz dispersada incluye fotones marcados y no marcados mediante la radiación acústica.

Según la invención, se hace funcionar una unidad acústica con al menos dos condiciones de funcionamiento diferentes, para irradiar de este modo una determinada región de una parte del cuerpo (región de interés) con radiación acústica con al menos una característica variable de dicha radiación acústica. La al menos una característica variable se selecciona para proporcionar al menos dos longitudes de trayectoria ópticas eficaces diferentes de los fotones marcados dispersados en la región de interés. Una relación entre los datos medidos correspondientes a las condiciones diferentes de la radiación acústica (por ejemplo, dando como resultado las longitudes de trayectoria ópticas eficaces diferentes) es indicativa de una propiedad de un componente de tejido en la región de interés.

Las al menos dos condiciones de funcionamiento diferentes de la unidad acústica (al menos dos valores diferentes de una característica de la radiación acústica) se seleccionan para irradiar volúmenes diferentes de la región de interés (es decir, los diferentes volúmenes marcados se solapan sustancialmente en el espacio) , y/o para proporcionar diferentes eficacias de marcado. La irradiación de volúmenes diferentes puede conseguirse generando impulsos de radiación acústica que tienen diferente duración y/o generando radiación acústica de diferentes cinturas de haz. Las diferentes eficacias de marcado pueden obtenerse generando impulsos de radiación acústica que tienen diferente amplitud y/o frecuencia y/o gradiente de compresión de impulsos.

Debe observarse que el término “propiedad de un tejido” usado en el presente documento significa al menos un parámetro de un medio o medios en una región de interés, en el que los medios pueden incluir fluido o cualquier otro tejido.

El término “longitud de trayectoria óptica eficaz” significa una longitud de trayectoria óptica desde un conjunto de iluminación (su puerto de salida de luz) hasta un conjunto de detección (su puerto de entrada de luz) que representa la dispersión de tejido.

El término “eficacia de marcado” significa varios fotones marcados en relación con varios fotones no marcados dispersados por los centros de dispersión dentro de un volumen marcado.

El término “volúmenes diferentes” o “diferentes volúmenes marcados” se refiere a volúmenes sustancialmente dentro de la misma ubicación en relación con la disposición de transductor acústico, concretamente volúmenes que se solapan sustancialmente en el espacio, de manera que las características ópticas y acústicas promedio de los volúmenes marcados son aproximadamente las mismas durante y entre las diferentes mediciones; por tanto el cambio relativo en el volumen marcado entre las dos mediciones es menor que el volumen marcado.

Preferiblemente, una parte del cuerpo (por ejemplo, una cabeza humana) que contiene una región de interés (por ejemplo, tejido cerebral) se ilumina con luz (por ejemplo, de al menos dos longitudes de onda diferentes) y se irradia con radiación acústica, de manera que se garantiza la condición de funcionamiento óptima para mediciones. Esta condición de funcionamiento óptima es tal que la luz de iluminación y la radiación acústica se solapan dentro de la región de interés y por tanto la luz dispersada desde la región de interés se “marca” mediante radiación acústica (la luz se modula mediante la frecuencia de la radiación acústica) mientras que sustancialmente no se solapa en una región fuera de la región de interés. Además, la condición de funcionamiento óptima es tal que garantiza que la luz detectada incluye una parte de luz dispersada por la región de interés y marcada por radiación acústica, y una parte de luz no marcada dispersada por regiones fuera de la región de interés. Esto permite distinguir entre las respuestas de luz de la región de interés y sus alrededores (por ejemplo, tejidos cerebrales y extracraneales; una cavidad vascular y tejidos circundantes; o una mezcla de sangre y tejidos circundantes) .

Debe entenderse que la radiación acústica puede ser en forma de ondas continuas, o radiación acústica basada en impulsos o ráfagas.

La técnica de la presente invención puede usarse en mediciones de oximetría de pulso para determinar el nivel de saturación... [Seguir leyendo]

1. Sistema (100) de medición para su uso para mediciones no invasivas en el cuerpo de un humano,

comprendiendo el sistema: 5

- una unidad (101) de medición que comprende

una unidad (101C) óptica que tiene un conjunto (101A) de iluminación y un conjunto (102A) de detección de luz; y

una unidad (110) acústica para generar radiación acústica;

estando configurada y pudiéndose hacer funcionar la unidad (101) de medición para

proporcionar una condición de funcionamiento de manera que la radiación acústica se solapa con una determinada región (200) iluminada en el cuerpo, y que el conjunto (102A) de detección capta luz dispersada desde dicha determinada región (200) y una región (11) que rodea dicha determinada región, siendo de este modo los datos medidos generados por el conjunto de detección indicativos de:

luz dispersada desde dicha determinada región (200) que tiene fotones marcados mediante la radiación acústica y luz dispersada desde la región (11) que rodea dicha determinada región que tiene fotones no marcados mediante la radiación acústica,

permitiendo de este modo identificar una respuesta de luz de dicha determinada región a la luz de iluminación;

- una unidad (120) de control que puede conectarse a la unidad óptica y a la unidad acústica,

estando preprogramada la unidad (120) de control para hacer funcionar la unidad acústica con al menos dos condiciones de funcionamiento diferentes para irradiar de este modo dicha determinada región con radiación acústica con al menos una característica variable de radiación acústica, estando seleccionada la al menos una característica variable para proporcionar al menos dos longitudes de trayectoria ópticas eficaces diferentes de fotones marcados dispersados en dicha determinada región, y estando seleccionadas las al menos dos condiciones de funcionamiento diferentes:

para proporcionar diferentes eficacias de marcado dentro de un volumen marcado; y/o

para irradiar volúmenes (266, 267) diferentes de dicha determinada región, solapándose sustancialmente tales volúmenes diferentes en el espacio de manera que las propiedades ópticas y acústicas promedio de los mismos son aproximadamente las mismas pudiendo responder la unidad (120) de control a los datos medidos y estando preprogramada para procesar y analizar los datos medidos para extraer de los mismos una parte de datos asociada con la 45 respuesta de luz de dicha determinada región determinando una relación entre las partes de datos correspondientes a los fotones marcados que tienen longitudes de trayectoria ópticas eficaces diferentes como resultado de condiciones de funcionamiento diferentes de la unidad (110) acústica, permitiendo de este modo la determinación de una propiedad de un componente de tejido en dicha determinada región.

2. Sistema (100) según la reivindicación 1, en el que la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para analizar los datos medidos para determinar datos indicativos de una diferencia en un parámetro de atenuación óptica medido con dichas al menos dos longitudes de trayectoria ópticas eficaces diferentes.

3. Sistema (100) según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para hacer funcionar la unidad (110) acústica para irradiar con la radiación acústica al menos dos volúmenes diferentes dentro de la región iluminada.

4. Sistema (100) según la reivindicación 3, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada para hacer funcionar la unidad (110) acústica para generar la radiación acústica en forma de impulsos acústicos con los al menos dos valores diferentes T1 y T2 de duración de impulsos acústicos.

5. Sistema (100) según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y

puede hacerse funcionar para hacer funcionar la unidad (110) acústica para producir la radiación acústica en forma de impulsos acústicos de las duraciones diferentes pero amplitud, frecuencia y fase sustancialmente iguales.

6. Sistema (100) según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para hacer funcionar la unidad (110) acústica para producir una primera secuencia de impulsos cada uno de la primera duración T1, seguida por una segunda secuencia de impulsos cada uno de la segunda duración T2.

7. Sistema (100) según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para hacer funcionar la unidad (110) acústica para producir una secuencia de impulsos de las duraciones primera y segunda alternas T1 y T2.

8. Sistema (100) según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada para hacer funcionar la unidad (110) acústica para generar la radiación acústica de los al menos dos valores diferentes de una cintura de haz.

9. Sistema (100) según la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para hacer funcionar la unidad (110) acústica para producir la radiación acústica que provoca al menos dos eficacias de marcado diferentes de fotones dispersados desde la dicha determinada región.

10. Sistema (100) según la reivindicación 9, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para hacer funcionar la unidad (110) acústica para generar la radiación acústica en forma de impulsos que tienen los al menos dos valores diferentes A1 y A2 de amplitud.

11. Sistema (100) según la reivindicación 10, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para hacer funcionar la unidad (110) acústica con al menos uno de los siguientes modos de funcionamiento:

(i) producir los impulsos acústicos de las diferentes amplitudes, teniendo los impulsos acústicos una frecuencia, fase y duración sustancialmente iguales;

(ii) producir una primera secuencia de impulsos cada uno de la primera amplitud A1, seguida por una segunda secuencia de impulsos cada uno de la segunda amplitud A2;

(iii) producir una secuencia de impulsos de las amplitudes primera y segunda alternas A1 y A2;

(iv) generar la radiación acústica en forma de señales con compresión de impulsos continua que tienen los al menos dos valores diferentes GC1 y GC2 de un gradiente de la compresión de impulsos; y

(v) generar la radiación acústica en forma de impulsos que tienen los al menos dos valores diferentes F1 y F2 de frecuencia de impulsos acústicos.

12. Sistema (100) según la reivindicación 9, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para hacer funcionar la unidad (110) acústica para generar la radiación acústica 45 en forma de señales con compresión de impulsos continua que tienen los al menos dos valores diferentes GC1 y GC2 de un gradiente de la compresión de impulsos.

13. Sistema (100) según la reivindicación 9, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada para hacer funcionar la unidad (110) acústica para generar la radiación acústica en forma de impulsos que tienen los al menos dos valores diferentes F1 y F2 de frecuencia de impulsos acústicos.

14. Sistema (100) según la reivindicación 13, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para hacer funcionar la unidad (110) acústica con uno de los siguientes modos de funcionamiento:

(i) producir los impulsos acústicos de las diferentes frecuencias, pero amplitud, fase y duración sustancialmente iguales;

(ii) producir una primera secuencia de impulsos cada uno de la primera frecuencia F1, seguida por una segunda secuencia de impulsos de la segunda frecuencia F2; y

(iii) producir una secuencia de impulsos de las frecuencias primera y segunda alternas F1 y F2.

15. Sistema (100) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad

(120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para identificar dicha determinada región que es a la que se dirige la iluminación y la radiación acústica.

16. Sistema (100) según la reivindicación 15, caracterizado porque la unidad (120) de control está configurada y puede hacerse funcionar para accionar las unidades (101C, 110) óptica y acústica para irradiar con la radiación acústica una pluralidad de regiones en la parte iluminada del cuerpo y detectar fotones dispersados; y para analizar los datos medidos para identificar señales de luz marcadas y no marcadas asociadas con cada una de dichas regiones para determinar un parámetro indicativo de atenuación óptica de cada una de dichas regiones, permitiendo de este modo la identificación de dicha determinada región para mediciones reales comparando los parámetros determinados con datos de referencia.

17. Método no terapéutico para su uso para mediciones no invasivas en el cuerpo de un humano, comprendiendo el método:

aplicar radiación acústica a una determinada región iluminada en el cuerpo, con al menos dos condiciones diferentes de la radiación aplicada que pueden conseguirse variando al menos una característica de la radiación acústica, estando seleccionada la al menos una característica variable para proporcionar al menos dos longitudes de trayectoria ópticas eficaces diferentes de fotones marcados dispersados en dicha determinada región, y estando seleccionadas las al menos dos condiciones de funcionamiento diferentes:

para proporcionar diferentes eficacias de marcado dentro de un volumen marcado; y/o

para irradiar volúmenes diferentes de dicha determinada región, solapándose sustancialmente tales volúmenes diferentes en el espacio de manera que las propiedades ópticas y acústicas promedio de los mismos son aproximadamente las mismas;

detectar luz dispersada desde la región y una región que rodea la región del cuerpo y generar datos medidos indicativos de:

fotones detectados desde la región que están marcados mediante la radiación acústica; y

fotones detectados desde la región que rodea la región que están no marcados mediante la radiación acústica; y

analizar los datos medidos para extraer de los mismos una parte de datos correspondiente a los fotones marcados y estando asociados por tanto con una respuesta de luz de dicha determinada región determinando una relación entre las partes de datos correspondientes a los fotones marcados que tienen longitudes de trayectoria ópticas eficaces diferentes como resultado de condiciones de funcionamiento diferentes de la unidad acústica, para permitir de este modo la determinación de propiedades de tejido de dicha determinada región.