Sistema de obtención de imágenes médicas.

Un sistema que comprende:

un recinto para un procedimiento quirúrgico adaptado para excluir fuentes (102,

104, 302, 304) de luz de banda ancha proporcionando por ello un área de operación cerrada a la luz ambiental, incluyendo el área de operación un campo quirúrgico en el que es ejecutable un procedimiento quirúrgico abierto en un sujeto;

una fuente (102, 302) de luz visible capaz de iluminar el campo (106) quirúrgico, proporcionando la fuente de luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o más longitudes de onda de luz visible, y la fuente (102, 302) de luz visible adicionalmente capaz de proporcionar iluminación convencional para el campo (106) quirúrgico;

una fuente (104, 304) de luz de excitación capaz de iluminar el campo quirúrgico, incluyendo la fuente de luz de excitación por lo menos una longitud de onda fuera del intervalo de la longitud de onda de la luz visible;

una substancia (110, 310) fluorescente apropiada para uso in vivo, fluoresciendo la substancia fluorescente a una longitud de onda de emisión en respuesta a por lo menos una longitud de onda de la fuente (104, 304) de luz de excitación, siendo introducible la substancia (110, 310) fluorescente dentro del campo (106) quirúrgico;

un dispositivo electrónico de obtención de imágenes colocado para captar una imagen de luz visible del 15 campo quirúrgico y una imagen de longitud de onda de emisión del campo quirúrgico, incluyendo el dispositivo electrónico de obtención de imágenes una lente (112, 312) para el control manual o automático de un foco de luz recibido del campo quirúrgico; y

un monitor (126, 326) adaptado para representar la imagen de luz visible y la imagen de longitud de onda de emisión del campo quirúrgico, siendo visualizable la imagen de longitud de onda de emisión a una longitud de onda de luz visible.

Sistemas de obtencion de imagenes medicas Antecedentes de la invención Los colorantes de absorcion y fluorescentes, tales como verde de indocianina, han mostrador ser utiles para aplicaciones de obtencion de imagenes medicas. Algunos de los colorantes mas comunmente usados comparten varias caracteristicas utiles. Primero, los colorantes son apropiados para marcar anticuerpos o ligandos de bajo peso molecular de significancia de diagnostico, o si no para adaptarse para la captura o captacion preferencial en un sitio de interes tal como una lesion. Los colorantes son seguros para inyeccion u otra introduccion en un sujeto vivo. Y finalmente, los colorantes emiten luz a una longitud de onda especifica cuando se excitan, de modo que se puede monitorizar su localizacion y concentracion.

Se han ideado varios sistemas de obtencion de imagenes para detectar y mostrar estos colorantes dentro de tejido vivo. Por ejemplo, se han usado colorantes tales como verde de indocianina para visualizar el flujo de sangre en los ojos. En algunos casos, tales como en la patente de EE.UU. No. 6.293.911 de Imaizumi et al., se ha combinado un dispositivo de obtencion de imagenes de colorante con un sistema de obtencion de imagenes con luz visible. 15 Imaizumi describe herramientas endoscopicas que generan imagenes de anticuerpos marcados con colorante superpuestas sobre imagenes con luz visible captadas dentro del cuerpo. Como desventaja significativa, el sistema de Imaizumi emplea varias cavidades separadas dentro de una herramienta endoscopica para fuentes de luz y captura de imagenes, requiriendo de este modo una mayor area transversal para el endoscopio. Como desventaja adicional, la patente de Imaizumi solo describe aplicaciones endoscopicas, y puede no ser apropiada para uso en aplicaciones quirurgicas abiertas en las que la luz ambiental se puede solapar con las longitudes de onda de excitacion y/o emision del colorante.

Sigue habiendo una necesidad de herramientas mejoradas de obtencion de imagenes quirurgicas y de diagnostico capaces de generar imagenes del flujo sanguineo circulatorio u otras imagenes funcionales junto con imagenes de luz visible de un sujeto.

Sumario de la invención La invencion se define por las caracteristicas de la reivindicacion 1 independiente. Se definen realizaciones preferidas adicionales de la invencion en las reivindicaciones dependientes. A continuacion, se discuten aspectos adicionales y realizaciones que son utiles para entender la presente invencion.

Un sistema de obtencion de imagenes medicas proporciona la representacion simultanea de imagenes fluorescentes y de luz visible. El sistema puede emplear colorantes en forma de una pequefa molecula que permanece en la corriente sanguinea de un sujeto durante varios minutos, permitiendo la obtencion de imagenes en tiempo real del sistema circulatorio del sujeto superpuestas a una imagen convencional con luz visible del sujeto. El sistema puede emplear tambien colorantes u otras substancias fluorescentes asociadas a anticuerpos, fragmentos de anticuerpo, o ligandos que se acumulan en una region de significancia diagnostica. En una realizacion, el sistema proporciona una fuente de luz de excitacion para excitar la substancia fluorescente y una fuente de luz visible para la iluminacion general dentro de la misma guia optica que se usa para captar las imagenes. En otra realizacion, el sistema se configura para uso en procedimientos de cirugia abierta proporcionando un area de operacion que esta cerrada a la luz ambiental. Mas ampliamente, los sistemas descritos aqui se pueden usar en aplicaciones de obtencion de imagenes en las que una imagen con luz visible se puede complementar utilmente con una imagen formada de emisiones fluorescentes de una substancia fluorescente que marca areas de interes funcional.

El sistema de obtencion de imagenes medicas puede incluir una fuente de luz visible que proporciona luz en un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible, una fuente de luz de excitacion que proporciona luz en una o mas longitudes de onda fuera del intervalo de longitudes de onda de la fuente de luz visible, la una o mas longitudes de onda seleccionadas para excitar una substancia fluorescente, que 45 emite uno o mas fotones a una longitud de onda de emision; un dispositivo electronico de obtencion de imagenes; una guia optica que tiene un primer extremo con una lente que capta una imagen de un sujeto y un segundo extremo que acopla la imagen al dispositivo electronico de obtencion de imagenes; y un filtro para acoplar la fuente de luz visible y la fuente de luz de excitacion en la guia optica, reflejando el filtro algo de la luz proporcionada por la fuente de luz visible y algo de la luz de la fuente de luz de excitacion hacia el sujeto, transmitiendo el filtro 50 adicionalmente algo de la luz visible del sujeto captada por la lente hacia el dispositivo electronico de obtencion de imagenes, y transmitiendo el filtro adicionalmente la longitud de onda de mision del sujeto captada por la lente hacia el dispositivo electronico de obtencion de imagenes.

En otra realizacion, el sistema puede incluir una fuente de luz visible que ilumina un sujeto, proporcionando la fuente de luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible; una fuente 55 de luz de excitacion que ilumina al sujeto, proporcionado la fuente de luz de excitacion una longitud de onda de excitacion que no es una de la una o mas longitudes de onda de luz visible; una substancia fluorescente introducida en el sistema circulatorio del sujeto, siendo la substancia fluorescente soluble en la sangre que lleva el sistema circulatorio y emitiendo la substancia fluorescente fotones a una longitud de onda de emision en respuesta a la

longitud de onda de excitacion; un dispositivo electronico de obtencion de imagenes que capta una imagen de un campo de vision que incluye alguna porcion del sujeto y del sistema circulatorio del sujeto, incluyendo la imagen una primera imagen obtenida de la una o mas longitudes de onda de luz visible y la segunda imagen obtenida de la longitud de onda de mision; y un monitor que representa la primera imagen y la segunda imagen, siendo mostrada la segunda imagen a una longitud de onda de luz visible.

En otra realizacion, el sistema puede incluir un area de operacion cerrada a la luz ambiental, incluyendo el area de operacion un campo quirurgico en el que se puede efectuar un procedimiento quirurgico en un sujeto; una fuente de luz visible que ilumina el campo quirurgico, proporcionando la luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible; una fuente de luz de excitacion que ilumina el campo quirurgico, incluyendo la fuente de luz de excitacion por lo menos una longitud de onda fuera del intervalo de las longitudes de onda de la luz visible; una substancia fluorescente apropiada para el uso in vivo, fluoresciendo la substancia fluorescente a una longitud de onda de emision en respuesta a la por lo menos una longitud de onda de la fuente de luz de excitacion, siendo introducida la substancia fluorescente en el campo quirurgico; un dispositivo electronico de obtencion de imagenes que capta una imagen de luz visible del campo quirurgico y una imagen de la longitud de onda de mision del campo quirurgico; y un monitor que representa la imagen de luz visible y la imagen de la longitud de onda de emision del campo quirurgico, siendo mostrada la imagen de la longitud de onda de emision a una longitud de onda visible.

En otra realizacion, el sistema puede incluir una fuente de luz visible que ilumina un sujeto, proporcionando la fuente de luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible; un fuente de luz de excitacion que ilumina al sujeto al mismo tiempo que la fuente de luz visible ilumina al sujeto, proporcionando la fuente de luz de excitacion una longitud de onda de excitacion que no es una de la una o mas longitudes de onda de luz visible; una substancia fluorescente introducida en el sistema circulatorio del sujeto, siendo la substancia fluorescente soluble en la sangre que lleva el sistema circulatorio y emitiendo la substancia fluorescente fotones a una longitud de onda de emision en respuesta a la longitud de onda de excitacion; un dispositivo electronico de obtencion de imagenes que capta una imagen de un campo de vision que incluye alguna porcion del sujeto y del sistema circulatorio del sujeto, incluyendo la imagen una primera imagen obtenida de la una o mas longitudes de onda de luz visible y la segunda imagen obtenida concurrentemente de la longitud de onda de emision.

En las realizaciones anteriores, la una o mas longitudes de onda de luz visible de la fuente de luz visible puede excluir luz... [Seguir leyendo]

1. Un sistema que comprende:

un recinto para un procedimiento quirurgico adaptado para excluir fuentes (102, 104, 302, 304) de luz de banda ancha proporcionando por ello un area de operacion cerrada a la luz ambiental, incluyendo el area de operacion un campo quirurgico en el que es ejecutable un procedimiento quirurgico abierto en un sujeto;

una fuente (102, 302) de luz visible capaz de iluminar el campo (106) quirurgico, proporcionando la fuente de luz visible un intervalo de longitudes de onda que incluye una o mas longitudes de onda de luz visible, y la fuente (102, 302) de luz visible adicionalmente capaz de proporcionar iluminacion convencional para el campo (106) quirurgico;

una fuente (104, 304) de luz de excitacion capaz de iluminar el campo quirurgico, incluyendo la fuente de luz de excitacion por lo menos una longitud de onda fuera del intervalo de la longitud de onda de la luz visible;

una substancia (110, 310) fluorescente apropiada para uso in vivo, fluoresciendo la substancia fluorescente a una longitud de onda de emision en respuesta a por lo menos una longitud de onda de la fuente (104, 304) de luz de excitacion, siendo introducible la substancia (110, 310) fluorescente dentro del campo (106) quirurgico;

un dispositivo electronico de obtencion de imagenes colocado para captar una imagen de luz visible del campo quirurgico y una imagen de longitud de onda de emision del campo quirurgico, incluyendo el dispositivo electronico de obtencion de imagenes una lente (112, 312) para el control manual o automatico de un foco de luz recibido del campo quirurgico; y

un monitor (126, 326) adaptado para representar la imagen de luz visible y la imagen de longitud de onda de emision del campo quirurgico, siendo visualizable la imagen de longitud de onda de emision a una longitud de onda de luz visible.

2. El sistema de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente:

una guia optica que tiene un primer extremo con una lente que capta una imagen del sujeto y un segundo extremo adaptado para acoplar la imagen al dispositivo electronico de obtencion de imagenes; y

un primer filtro para acoplar la fuente (102, 302) de luz visible y la fuente (104, 304) de luz de excitacion dentro de la guia optica, el primer filtro adaptado para reflejar algo de la luz proporcionada por la fuente de luz visible y algo de la luz de la fuente de luz de excitacion hacia el sujeto,

estando adaptado el primer filtro adicionalmente para transmitir una porcion de la luz visible y de la longitud de onda de emision del sujeto captada por la lente (112, 312) hacia el dispositivo electronico de obtencion de imagenes.

3. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente (104, 304) de luz de excitacion esta adaptada para iluminar al sujeto al mismo tiempo que la fuente (102, 302) de luz visible ilumina al sujeto.

4. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la una o mas longitudes de onda de luz visible de la fuente (102, 302) de luz visible no incluyen luz infrarroja, y en el que por lo menos una de la fuente (104, 304) de luz de excitacion y la longitud de onda de emision incluye una longitud de onda de luz de rojo lejano.

5. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el primer filtro es un espejo dicroico (114, 309) colocado en la guia optica a un angulo de 45° respecto a un eje central de la guia optica.

6. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente un segundo filtro adaptado para separar la longitud de onda de emision del intervalo de longitudes de onda de luz visible, en el que la longitud de onda de emision se dirige hacia un primer transductor optico del dispositivo (120, 320) electronico de obtencion de imagenes y el intervalo de longitudes de onda de luz visible se dirige hacia un segundo transductor (122, 322) optico del dispositivo electronico de obtencion de imagenes.

7. El sistema de la reivindicacion 6, en el que el segundo transductor (122, 322) optico es sensible a luz roja, verde y azul.

8. El sistema de la reivindicacion 6, en el que el segundo transductor (122, 322) optico es sensible a luz cian, magenta y amarilla.

9. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el segundo filtro incluye un espejo dicroico (114, 309) adaptado para reflejar la longitud de onda de emision y transmitir la una o mas longitudes de onda de luz visible.

10. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el segundo filtro incluye un espejo

dicroico adaptado para reflejar la una o mas longitudes de onda de luz visible y transmitir la longitud de onda de emision.

11. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el segundo filtro esta adaptado para delimitar las longitudes de onda de luz visible.

12. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo electronico de obtencion de imagenes incluye un dispositivo de carga acoplada y/o una videocamara y/o una camara de longitud de onda de emision.

13. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente un procesador adaptado para convertir la imagen de longitud de onda de emision en una imagen convertida que tiene uno o mas componentes de luz visible, y para combinar la imagen convertida con o superponer la imagen convertida sobre la imagen de luz visible para su visualizacion.

14. El sistema segun la reivindicacion 13, adaptado para captar la imagen de luz visible a treinta imagenes por segundo y de la longitud de onda de emision a quince imagenes por segundo, y en el que o la longitud de onda de emision es convertible a treinta imagenes por segundo o la imagen de luz visible es convertible a quince imagenes por segundo para su combinacion o superposicion sobre la imagen de luz visible.

15. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente (104, 304) de luz de excitacion comprende un laser.

16. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la substancia (110, 310) fluorescente incluye un ligando de bajo peso molecular que se acumula en una lesion, estando el sistema adaptado para visualizar la lesion.

17. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la substancia (110, 310) fluorescente incluye un colorante fluorescente inyectable en el sujeto por medio de una inyeccion intravenosa y/o una substancia pulverizable sobre el sujeto.

18. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la substancia (110, 310) fluorescente incluye por lo menos una de verde de indocianina; fluoresceina; azul de metileno, y IRDye78-CA.

19. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la substancia (110, 310) fluorescente es un colorante que tiene una estructura de la formula:

en la que, cuando la valencia y la estabilidad lo permiten, X representa C (R) 2, S, Se, 0, o NR5; R representa H o alquilo inferior, o dos apariciones de R, tomadas conjuntamente, forman un anillo junto con los

atomos de carbono con los que estan conectados;

R1 y R2 representan, independientemente, alquilo inferior, alquenilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo substituido o sin substituir; R3 representa, independientemente para cada caso, uno o mas substituyentes del anillo al que esta unido; R4 representa H, halogeno, o un eter o tioeter substituido o sin substituir de fenol o tiofenol; y

R5 representa, independientemente para cada caso, alquilo inferior, cicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo o aralquilo substituido o sin substituir.

20. El sistema segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente (102, 302) de luz visible que ilumina un sujeto se propaga a lo largo de un primer camino optico, la fuente (104, 304) de luz de excitacion que ilumina al sujeto se propaga a lo largo de un segundo camino optico, y la imagen de la porcion del sujeto se propaga hacia el dispositivo de obtencion de imagenes a lo largo de un tercer camino optico, en el que por lo menos dos del primer camino optico, el segundo camino optico y el tercer camino optico son coaxiales.

21. El sistema segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que el monitor (126, 326) incluye un microscopio quirurgico.