Sonda óptica para sistema óptico de formación de imágenes.

Un dispositivo que comprende una disposición de sensor, la disposición de sensor es adecuada para uso en unsistema óptico de formación de imágenes (100),

la disposición de sensor se dispone para contactar un cuerpo, ladisposición de sensor comprende:

una primera estructura de fuente (204a) que comprende una primera fibra óptica, la primera estructura fuente sedispone para proporcionar un primer haz de luz;

una segunda estructura fuente (204b) que comprende una segunda fibra óptica, la segunda estructura fuente sedispone para proporcionar un segundo haz de luz; y

una disposición de detector, la disposición de detector incluye una pluralidad de estructuras de detector (208a, 208b)que comprenden fibras ópticas que tienen cada uno un punto central, la disposición de detector se dispone pararecibir el primer haz de luz y el segundo haz de luz después del primer haz de luz y el segundo haz de luz se reflejande por lo menos el cuerpo, en donde la disposición de detector se dispone para definir un primer eje (214) que pasaa través del punto central de cada estructura de detector (208a, 208b) de la pluralidad de estructuras de detector,una distancia desde una línea central (216) que pasa a través de un punto central de la primera estructura fuente(204a) hasta el primer eje (214) define un segmento de primera línea, una distancia desde una línea central (218)que pasa a través de un punto central de la segunda estructura fuente (204b) hasta el primer eje (214) define unsegmento de segunda línea, que es paralelo al segmento de primera línea, en donde cada una de las líneascentrales y el primer eje son aproximadamente paralelas a un eje x (212a) y en donde la línea central (216) de laprimera estructura fuente (204a) es paralela a, pero no coincide con, la línea central (218) de la segunda estructurafuente (204b) y las longitudes de los segmentos de primera y segunda línea a lo largo de un eje y (212b) no soniguales, y en donde la primera estructura fuente se adapta para emitir una primera longitud de onda de luz en unprimer momento, la segunda estructura fuente se adapta para emitir la primera longitud de onda de luz en unsegundo momento, la primera estructura fuente puede emitir una segunda longitud de onda de luz, diferente de laprimera longitud de onda de luz, en un tercer momento, y la segunda estructura fuente puede emitir la segundalongitud de onda de luz en un cuarto momento.

Sonda óptica para sistema óptico de formación de imágenes Antecedentes de la Invención

1. Campo de la Invención La presente invención se relaciona de manera general con sistemas ópticos de formación de imágenes que supervisan los niveles de oxígeno en el tejido. Más específicamente, la presente invención se relaciona con sondas ópticas que incluyen fuentes y detectores que no se disponen simétricamente en cabezales de sensor de las sondas ópticas.

2. Descripción de la Técnica Relacionada Se ha utilizado espectroscopía de infrarrojo cercano para medición no invasiva de diversas propiedades fisiológicas en sujetos animales y humanos. El principio básico subyace a la espectroscopía de infrarrojo cercano es que los tejidos fisiológicos incluyen diversos cromóforos altamente dispersantes a las ondas de infrarrojo cercanas con absorción relativamente baja. Muchas sustancias en un medio pueden interactuar o interferir con las ondas de luz de infrarrojo cercano que se propagan a través de estas. Los tejidos humanos, por ejemplo, incluyen numerosos cromóforos tales como hemoglobina oxigenada, hemoglobina desoxigenada, agua, lípido, y citocromo, en donde las hemoglobinas son los cromóforos dominantes en el rango de espectro de aproximadamente 700 nm a aproximadamente 900 nm. De acuerdo con lo anterior, la espectroscopía de infrarrojo cercano se ha aplicado para medir los niveles de oxígeno en el medio fisiológico tal como saturación de oxígeno de hemoglobina de tejido y concentraciones totales de hemoglobina.

Se han desarrollado diversas técnicas para la espectroscopía de infrarrojo cercano, por ejemplo, espectroscopía resuelta en el tiempo (TRS) , espectroscopía de modulación de fase (PMS) , y espectroscopía de onda continua (CWS) . En un modelo homogéneo y semi-infinito, se han utilizado TRS y PMS para obtener el espectro de un coeficiente de absorción y coeficiente de dispersión reducido del medio fisiológico al resolver una ecuación de difusión de fotones, y para calcular las concentraciones de hemoglobinas oxigenadas y desoxigenadas así como también saturación de oxígeno del tejido. El CWS se ha diseñado generalmente para resolver una ecuación Beer-Lambert modificada y para medir cambios en las concentraciones de hemoglobinas oxigenadas y desoxigenadas.

A pesar de su capacidad de proporcionar las concentraciones de hemoglobina así como también la saturación de oxígeno, un inconveniente principal de TRS y PMS es que el equipo es voluminoso y costoso. El CWS se puede fabricar a un coste menor pero limitado en su utilidad debido a que no puede calcular la saturación de oxígeno de los cambios en las concentraciones de hemoglobinas oxigenadas y desoxigenadas.

La Formación de Imágenes por Difusión Óptica y Espectroscopía (ODIS) permiten que el tejido se caracterice con base en mediciones de dispersión de fotones y absorción. En el tejido tal como tejido humano, la luz infrarroja cercana es altamente dispersa y mínimamente absorbida. La formación de imágenes difusión óptica se logra al enviar las señales ópticas en tejido y medir la reflectancia difusa correspondiente o transmitancia en la superficie del

tejido.

La dispersión se provoca por la estructura heterogénea de un tejido y, por lo tanto, es un indicador de la densidad de una celda y el tamaño nuclear de la celda. La absorción se provoca mediante interacción con cromóforos. El ODIS emite luz en el tejido a través de un sensor. La posición de la fuente de luz que emite luz y un detector que detecta luz permite que se determine una profundidad de medición. Se puede utilizar una relación de oxihemoglobina y

desoxihemoglobina para permitir la medición sustancialmente en tiempo real de oxígeno, por ejemplo, niveles de saturación de oxígeno.

Dentro de los sistemas ODIS, los sensores que entran en contacto con superficies de tejido tienen de manera general fibras ópticas dispuestas en una capa sustancialmente simétrica. Es decir, fibras ópticas que se acoplan a las fuentes de luz se disponen en una orientación sustancialmente simétrica con relación a fibras ópticas que se 45 acoplan a detectores de luz. Aunque una orientación simétrica es efectiva en permitir que se midan niveles de saturación de oxígeno, la fabricación de dicho sensor es frecuentemente difícil, cuando la colocación exacta de las fibras ópticas dentro del sensor es crucial. Adicionalmente, cuando la anatomía del tejido o estructura subyacente no es sustancialmente simétrica, el uso de un sensor con una orientación simétrica no puede permitir mediciones exactas que se hacen fácilmente.

El documento WO0028887 describe un instrumento para medición local y no invasiva del metabolismo de oxígeno en el tejido que comprende una o más fuentes de luz con luz transmitida por fibras ópticas al tejido y uno o más detectores para recibir la luz reflejada dispersa del tejido a través de las fibras ópticas. Se utilizan disposiciones

simétricas de detector de fuente. El documento US2003144583 describe una información de cromoesfera que proporciona el sistema, para determinar el valor absoluto de oxigenación y/o desoxigenación y sus relaciones, con disposiciones de detector de fuente simétricas.

Por lo tanto, lo que se necesita es un sensor que es relativamente fácil de fabricar, y se dispone para ser utilizado en el tejido que no puede tener una anatomía simétrica. Es decir, lo que se desea es un sensor con una capa de fibras ópticas para fuentes de luz y fibras ópticas para detectores que facilita el uso con tejido que tiene sustancialmente cualquier anatomía.

Resumen de la Invención La presente invención como se define por las reivindicaciones adjuntas, se relaciona con una sonda con un sensor que soporta las fibras de fuente y las fibras de detector de tal manera que las fibras de fuente tienen una disposición sustancialmente no simétrica con relación a las fibras de detector. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, una disposición de sensor que es adecuada para uso en un sistema óptico de formación de imágenes y se dispone para contactar un cuerpo tal como tejido incluye una primera estructura de fuente, una segunda estructura fuente, y una disposición de detector. La primera estructura fuente proporciona un primer haz de luz y la segunda estructura fuente proporciona un segundo haz de luz. La disposición de detector incluye estructuras de detector que tienen cada una un punto central, y recibe el primer haz de luz y el segundo haz de luz después del primer haz de luz y el segundo haz de luz se reflejan del cuerpo. La disposición de detector se dispone para definir un primer eje que pasa a través del punto central de cada estructura de detector, y una distancia desde un punto central de la primera estructura fuente hasta el primer eje no es igual a una distancia desde un punto central de la segunda estructura fuente hasta el primer eje.

En una realización que no forma parte de la invención reivindicada, una diferencia entre la distancia desde el punto central de la primera estructura fuente hasta el primer eje y la distancia desde el punto central de la segunda estructura fuente tiene por lo menos aproximadamente 0.03 milímetros. En dicha realización, la distancia desde el punto central de la primera estructura fuente hasta el primer eje puede ser aproximadamente 0.020 milímetros y la distancia desde el punto central de la segunda estructura fuente hasta el primer eje puede ser aproximadamente 0.24 milímetros.

Una sonda con un sensor o un cabezal de sensor que tiene estructuras fuentes en una orientación no simétrica con respecto a las estructuras de detector permite que el cabezal de sensor se utiliza para supervisar el tejido con una anatomía que subyace que no es sustancialmente simétrica. La falta de simetría también pierde efectivamente las tolerancias de fabricación asociadas con la fabricación de dicho sensor. Cualquier atenuación asociada con la orientación de desfase de fibras ópticas que se acoplan a fuentes de luz se compensa normalmente a través del uso de dispositivos de código de software que se ejecutan con respecto a un sistema óptico de formación de imágenes. Por lo tanto, la cantidad de compensación aplicada puede variar relativamente fácilmente como se necesita para acomodar las inexactitudes en el posicionamiento de fibras ópticas con respecto al sensor.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, una disposición de sensor que es adecuada para uso en un sistema óptico de formación de imágenes incluye una primera estructura de fuente que se dispone para proporcionar un primer haz de luz y una segunda estructura fuente que se dispone para proporcionar un segundo haz de luz. La disposición... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo que comprende una disposición de sensor, la disposición de sensor es adecuada para uso en un sistema óptico de formación de imágenes (100) , la disposición de sensor se dispone para contactar un cuerpo, la disposición de sensor comprende:

una primera estructura de fuente (204a) que comprende una primera fibra óptica, la primera estructura fuente se dispone para proporcionar un primer haz de luz;

una segunda estructura fuente (204b) que comprende una segunda fibra óptica, la segunda estructura fuente se dispone para proporcionar un segundo haz de luz; y

una disposición de detector, la disposición de detector incluye una pluralidad de estructuras de detector (208a, 208b) que comprenden fibras ópticas que tienen cada uno un punto central, la disposición de detector se dispone para recibir el primer haz de luz y el segundo haz de luz después del primer haz de luz y el segundo haz de luz se reflejan de por lo menos el cuerpo, en donde la disposición de detector se dispone para definir un primer eje (214) que pasa a través del punto central de cada estructura de detector (208a, 208b) de la pluralidad de estructuras de detector, una distancia desde una línea central (216) que pasa a través de un punto central de la primera estructura fuente (204a) hasta el primer eje (214) define un segmento de primera línea, una distancia desde una línea central (218) que pasa a través de un punto central de la segunda estructura fuente (204b) hasta el primer eje (214) define un segmento de segunda línea, que es paralelo al segmento de primera línea, en donde cada una de las líneas centrales y el primer eje son aproximadamente paralelas a un eje x (212a) y en donde la línea central (216) de la primera estructura fuente (204a) es paralela a, pero no coincide con, la línea central (218) de la segunda estructura fuente (204b) y las longitudes de los segmentos de primera y segunda línea a lo largo de un eje y (212b) no son iguales, y en donde la primera estructura fuente se adapta para emitir una primera longitud de onda de luz en un primer momento, la segunda estructura fuente se adapta para emitir la primera longitud de onda de luz en un segundo momento, la primera estructura fuente puede emitir una segunda longitud de onda de luz, diferente de la primera longitud de onda de luz, en un tercer momento, y la segunda estructura fuente puede emitir la segunda longitud de onda de luz en un cuarto momento.

2. La disposición de sensor de la reivindicación 1 en donde la disposición de sensor es parte de una sonda y en donde el sistema óptico de formación de imágenes es un oxímetro.

3. El dispositivo de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente:

un combinador de haz (124) , acoplando cada uno de la primera fibra óptica y la segunda fibra óptica a dos fuentes de luz diferentes que tienen diferentes longitudes de onda.

4. El dispositivo de la reivindicación 1 en donde la primera longitud de onda de luz comprende una longitud de onda de luz de 690 nanómetros y la segunda longitud de onda de luz comprende una longitud de onda de luz de 830 nanómetros.

5. El dispositivo de la reivindicación 1 en donde la pluralidad de estructuras de detector incluye cuatro estructuras de detector (228a, 228b, 228c, 228d) .

6. Un dispositivo que comprende una disposición de sensor, la disposición de sensor es adecuada para uso en un sistema óptico de formación de imágenes (100) , la disposición de sensor se dispone para contactar un cuerpo, la disposición de sensor que comprende:

una primera estructura de fuente (244a) que comprende a primera fibra óptica, la primera estructura fuente se dispone para proporcionar un primer haz de luz;

una segunda estructura fuente (244b) que comprende una segunda fibra óptica, la segunda estructura fuente se dispone para proporcionar un segundo haz de luz; y

una disposición de detector, la disposición de detector que incluye una primera estructura de detector (248a) que comprende un primer detector de fibra óptica que tiene un primer punto central de detector y una segunda estructura de detector (248d) que comprende un segundo detector de fibra óptica que tiene un segundo punto central de detector, la disposición de detector se dispone para recibir el primer haz de luz y el segundo haz de luz después del primer haz de luz y el segundo haz de luz se reflejan de por lo menos el cuerpo, en donde la primera y segunda estructuras de detector se disponen de tal manera que una línea central (254) que pasa a través del primer punto central de detector y el segundo punto central de detector es sustancialmente paralelo a un eje x (252a) , una línea que divide (262) que es paralela a un eje y (252b) y perpendicular a la línea central (254) que pasa a través de un punto medio entre el primer punto central de detector y el segundo punto central de detector, una distancia desde un primer punto central de fuente de la primera estructura fuente a la línea que divide (262) no es igual a una distancia desde un segundo punto central de fuente de la segunda estructura fuente hasta la línea que divide (262) , y en donde la primera estructura fuente se adapta para emitir una primera longitud de onda de luz en un primer momento, la segunda estructura fuente se adapta para emitir la primera longitud de onda de luz en un segundo momento, la primera estructura fuente puede emitir una segunda longitud de onda de luz, diferente de la primera longitud de onda de luz, en un tercer momento, y la segunda estructura fuente puede emitir la segunda longitud de onda de luz en un cuarto momento.

7. El dispositivo de la reivindicación 6 que comprende adicionalmente:

un combinador de haz, acoplando cada uno de la primera fibra óptica y la segunda fibra óptica a dos fuentes de luz 10 diferentes que tienen diferentes longitudes de onda.

8. El dispositivo de la reivindicación 6 en donde la disposición de sensor es parte de una sonda y en donde el sistema óptico de formación de imágenes es un oxímetro.