Sensor no invasivo para determinar características funcionales de la córnea y dispositivo que incluye dicho sensor.

Comprende unos microelectrodos de contacto (I+, V+, I-, V-) dispuestos sobre un sustrato (2), siendo el tamaño y disposición de dichos microelectrodos de contacto (I+, V+, I-, V-) adecuados para hacer contacto con una córnea humana. Permite medir la bioimpedancia de la córnea de un modo no invasivo en el rango de frecuencias desde 10 Hz hasta 1 MHz; y obtener, en función de la bioimpedancia medida y de la frecuencia a la que se realiza la medida, datos útiles para el diagnóstico del estado de la córnea.

Sensor no invasivo para determinar características funcionales de la córnea y dispositivo que incluye dicho sensor.

Objeto de la invención

El objeto de la presente invención se refiere a un sensor y a un dispositivo que incorpora dicho sensor para la obtención, "in vivo" y de forma no invasiva, de datos útiles para el diagnóstico del estado de la córnea de un paciente.

Más concretamente se trata de un dispositivo que permite medir la bioimpedancia de la córnea a diferentes frecuencias para establecer una correlación entre la bioimpedancia y la permeabilidad del endotelio y del epitelio y el nivel de hidratación del estroma, para de esta forma determinar las características funcionales de la córnea.

Estado de la técnica

La córnea es la estructura hemisférica transparente localizada al frente del órgano ocular, que permite el paso de la luz y que protege al iris y cristalino. Tiene forma de casquete esférico con un diámetro medio en el humano de 11,5 mm y posee propiedades ópticas de refracción significativas, aportando aproximadamente un 70% de la capacidad total de enfoque del ojo.

La córnea consta de tres capas; la más externa es el epitelio corneal, compuesto por epitelio pluriestratificado no queratinizado con gran potencial regenerativo; la media es el estroma, la capa más ancha de las tres; y la más interna es el endotelio monoestratificado que consta de una sola capa de células. Se distinguen dos membranas que separan el estroma de las otras dos capas corneales: la membrana de Descemet, que separa el estroma del endotelio, y la membrana de Bowman, que separa el estroma del epitelio.

El epitelio representa el 10% del grosor total de la córnea (550 μm aproximadamente en el humano) y está formado por varias capas celulares que actúan de barrera protectora a agentes externos. El transporte de iones a través de las células de la capa epitelial es uno de los responsables de regular la funcionalidad corneal.

El estroma está formado en humanos por unas 200-250 láminas de fibras de colágeno dispuestas de forma paralela a la superficie corneal. El estroma es el responsable final de las propiedades biomecánicas de la córnea, así como de su curvatura y de su transparencia. Para mantener su transparencia no dispone de capilares para nutrirla, de modo que los nutrientes se suministran a través del epitelio y del endotelio. Por otro lado, el grado de hidratación del estroma está directamente relacionado con la transparencia de la córnea, permaneciendo en un continuo estado de deshidratación.

El endotelio consta de una monocapa de células cuboideas que forman un mosaico hexagonal y mantiene la transparencia del tejido controlando la hidratación del estroma. Por un lado, existe un flujo por difusión entre las células del endotelio controlado por las uniones entre éstas (tight junctions). Por otro lado, las células del endotelio están especializadas en bombear agua del estroma al humor acuoso, creando un flujo activo mediante la bomba fluídica y asegurando la homeostasis de la córnea. Una característica del endotelio corneal, a diferencia del epitelio, es su incapacidad para la renovación celular. Esto origina una pérdida de población celular con la edad, así como una disminución de su grosor al estar obligadas las células a cubrir toda la superficie corneal posterior, produciéndose como consecuencia una pérdida de su capacidad para controlar el nivel de hidratación del estroma. Este envejecimiento puede darse de forma exagerada en distrofias y como consecuencia de patología, cirugía ocular o uso de fármacos oftalmológicos.

La Figura 1 muestra las diferentes capas que componen la córnea, así como los mecanismos principales de control del nivel de hidratación del estroma: difusión a través del epitelio, difusión y bombeo a través del endotelio. Aunque el estudio de la permeabilidad de estas capas es de gran interés clínico, hasta ahora sólo se han realizado estudios basados en medidas in-vitro, generalmente con tejidos extirpados y colocados en un dispositivo sensor específico. También existen algunos estudios que toman medidas "in vivo" en animales, pero utilizando métodos muy invasivos, lo que generalmente comporta la inutilización del tejido para estudios posteriores y imposibilidad de hacerlo en una clínica con pacientes. En la práctica clínica se suele usar la medida del grosor de la córnea (paquimetría) como medida indirecta de la disfunción corneal.

El estudio de las propiedades eléctricas pasivas de las diferentes capas de la córnea, se utiliza habitualmente en estudios in-vitro para evaluar la permeabilidad de éstas. Pero los métodos utilizados en estos estudios no son aplicables a las medidas in-vivo. Los medios celulares y acelulares presentan un comportamiento diferente frente a la corriente eléctrica. En general, los tejidos están compuestos por células embebidas en un medio extracelular. A bajas frecuencias, la corriente se distribuye por el medio extracelular (fundamentalmente una solución iónica con comportamiento resistivo), mientras que a frecuencias más altas la corriente es capaz de atravesar las paredes celulares y el medio intracelular (el comportamiento de las membranas es capacitivo y el medio intracelular es resistivo). La Fig. 2 representa gráficamente esta diferencia de comportamiento en función de la frecuencia. En base a este comportamiento de los tejidos biológicos se puede analizar el estado de las diferentes capas de la córnea utilizando medidas basadas en las propiedades eléctricas pasivas de esta, como es el caso de las medidas de bioimpedancia.

Descripción de la invención

La presente invención describe un dispositivo no invasivo de medida "in vivo" de la bioimpedancia de la córnea de un paciente que comprende un sensor y un equipo de medida de impedancias multifrecuencia conectado a dicho sensor, en el que el que el sensor está formado por unos microelectrodos de contacto y un sustrato en el que están dispuestos dichos electrodos, siendo el tamaño y disposición de los microelectrodos de contacto adecuados para que hagan simultáneamente contacto eléctrico con una córnea humana.

El término "microelectrodos de contacto" hace referencia a microelectrodos que únicamente requieren el contacto con la superficie de la córnea del paciente para efectuar la medida de impedancia "in vivo" Por otro lado, la expresión "tamaño y configuración adecuados para que hagan simultáneamente contacto eléctrico con una córnea humana" se refiere a que, para poder realizar correctamente la medida de la bioimpedancia, todos los microelectrodos utilizados deben hacer contacto eléctrico con la córnea de un paciente, lo cual implica limitaciones de tamaño y disposición relativa de los microelectrodos.

Para realizar una medida, se conecta el sensor de la invención al equipo de medida de impedancias. Estos equipos funcionan inyectando una corriente eléctrica en el medio cuya impedancia se desea medir a través de los electrodos, obteniéndose simultáneamente el potencial eléctrico resultante a través de otros electrodos. A partir de estos datos, se calcula la bioimpedancia del medio.

Se ha probado que aumentos de permeabilidad de las capas endotelial y epitelial, que son celulares, se deben normalmente al aumento de los espacios intercelulares o a la disminución del número de células, lo cual provoca una disminución de la bioimpedancia. Este aumento de la permeabilidad de las capas endotelial y epitelial provoca a su vez un aumento de la hidratación del estroma, lo que también tiene como consecuencia una disminución de la bioimpedancia debido a un aumento de la concentración iónica.

El equipo incorpora medios para inyectar una corriente eléctrica de frecuencia variable en la córnea y medios para la lectura simultánea del potencial resultante, obteniendo así datos de la impedancia del medio para una medida multifrecuencial en el rango de 10 Hz a 1 MHz.

Las medidas efectuadas en distintos rangos de frecuencias y con los electrodos adecuados dan lugar a unos valores de impedancias que permiten obtener conclusiones acerca del estado de las distintas capas de la córnea.

Se ha observado que en el caso de frecuencia < 1 KHz la conductividad medida depende básicamente de la conductividad de la capa epitelial. Debido a su baja conductividad a bajas frecuencias, la cantidad de corriente eléctrica que puede atravesarla es prácticamente nula, de forma que la caída de tensión registrada depende...

1. Sensor no invasivo (1) para determinar características funcionales de la córnea caracterizado porque comprende unos microelectrodos de contacto (I+, V+, I-, V-) y un sustrato (2) en el que se encuentran dichos microelectrodos, siendo el tamaño y disposición de los microelectrodos de contacto adecuados para que hagan simultáneamente contacto eléctrico con una córnea humana.

2. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende cuatro microelectrodos de contacto (I+, V+, I-, V-) de igual longitud y anchura.

3. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los microelectrodos (I+, V+, I-, V-) tienen una forma alargada y están dispuestos en paralelo según su lado más largo, donde los microelectrodos más externos (I+, I-) están configurados para recibir una corriente eléctrica y los microelectrodos internos (V+, V-) están configurados para medir el potencial resultante.

4. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque:

la anchura de cada microelectrodo We está comprendida entre 0,03 mm y 1 mm,

la longitud del microelectrodo Le está comprendida entre 0,03 mm y 11 mm,

la anchura del sensor o distancia entre las líneas medias de los microelectrodos externos (I+, I-) está comprendida entre 0,2 mm y 11 mm,

la relación de la separación entre electrodos Nre=Sei + 2*Se, en el que Sei es la distancia entre las líneas medias de los microelectrodos internos (V+, V-) y Se es la distancia entre las líneas medias de un microelectrodo interno y el microelectrodo externo más próximo, está comprendida entre 20 y 0,1.

5. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la longitud del microelectrodo Le es de 2 mm.

6. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la anchura del sensor Ws es de 5 mm.

7. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la relación de la separación entre microelectrodo Nre es 3.

8. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los electrodos son de un material biocompatible.

9. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el material biocompatible es oro o platino.

10. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el sustrato (2) es transparente.

11. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el sustrato (2) es de vidrio.

12. Sensor no invasivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el sustrato (2) es rígido.

13. Dispositivo para determinar características funcionales de la córnea caracterizado porque comprende el sensor no invasivo descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 y un equipo de medida de impedancias multifrecuencial (3) conectado al sensor no invasivo.