Aparato y método para la medición de las concentraciones de los constituyentes de una estructura tisular biológica.

Aparato para una medición mínimamente invasiva de las concentraciones de los constituyentes contenidos en una estructura tisular biológica (80),

comprendiendo el aparato:

una fuente de energía de microondas (10) configurada para generar un intervalo de frecuencias de microondas;

una primera antena (70) acoplada a la fuente de energía de microondas (10) y configurada para transmitir al menos una porción de la energía de microondas a la estructura tisular (80);

una segunda antena (71) configurada para recibir al menos una porción de la energía de microondas transmitida a través de la estructura tisular (80);

un procesador de señales (110) configurado para determinar la frecuencia de resonancia de la energía de microondas recibida; y un procesador de datos (120) configurado para proporcionar un resultado de la concentración de los constituyentes de la estructura tisular biológica de acuerdo con la frecuencia de resonancia determinada.

Aparato y método para la medición de las concentraciones de los constituyentes de una estructura tisular biológica

Antecedentes 5

La diabetes sacarina (diabetes) es una enfermedad en la que el cuerpo no produce o no usa adecuadamente la insulina. En términos más simples, la insulina es una hormona necesaria para convertir el azúcar y los almidones en energía. En efecto, la insulina es la hormona que desbloquea las células del cuerpo, permitiendo que la glucosa entre en estas células para proporcionar alimento para mantenerlas vivas. Si la glucosa no puede entrar en las 10 células, la concentración de glucosa en el cuerpo va aumentando, y sin tratamiento, las células del cuerpo acaban muriendo de hambre. La medición de la glucosa en sangre es por lo tanto quizás la medición más importante en la medicina, ya que la diabetes tiene unas inmensas implicaciones en la sanidad pública. La diabetes es actualmente una de las principales causas de incapacidad y muerte en todo el mundo.

Los pacientes diabéticos no pueden moderar la cantidad de glucosa de su torrente sanguíneo de forma automática, tal y como lo hacen los no diabéticos. Por lo tanto, para evitar la aparición y la progresión de las complicaciones asociadas con la diabetes, se recomienda que los diabéticos tanto de Tipo I (en los que el cuerpo no consigue producir la suficiente insulina) como los de Tipo II (en los que el cuerpo desarrolla una resistencia a la acción de su propia insulina) controlen cuidadosamente la concentración de glucosa en su torrente sanguíneo. Si la concentración 20 está fuera del intervalo sano normal, el paciente debe ajustar su dosis de insulina o su ingesta de azúcar para contrarrestar el riesgo de complicaciones diabéticas.

El método de medición del nivel de glucosa en sangre más habitual requiere la extracción de sangre del paciente. El procedimiento convencional implica una punción en un dedo, o en otra parte del cuerpo, para extraer sangre, y 25 después analizar la sangre para comprobar los niveles de glucosa, bien depositando una o más gotas en una tira reactiva con una sustancia para el ensayo de la glucosa en la misma que cambia o atenúa su color dependiendo de la cantidad de glucosa en sangre detectada, o bien mediante el uso de un dispositivo de ensayo electrónico portátil, a menudo de bolsillo. Sin embargo, muchas personas encuentran este método inconveniente, doloroso, difícil de realizar o simplemente desagradable. 30

Un método de control adicional habitual de la glucosa implica un análisis de orina. Este método tiende a ser muy inconveniente y puede no reflejar el estado real del nivel de glucosa en sangre debido al hecho de que la glucosa aparece en la orina sólo después de un periodo significativo de niveles elevados de glucosa en sangre.

Otra técnica implica el uso de dispositivos médicos implantables para la medición de las señales cardiacas. En una de dichas invenciones, se determinan los niveles de glucosa en sangre basándose en la amplitud de la onda T y en el intervalo QT. El inconveniente de este método es que el instrumento debe ser insertado dentro el cuerpo humano, y por lo tanto es necesaria la realización de un procedimiento médico complejo. También, el paciente debería ser ingresado en un hospital y puede ser necesario que permanezca varios días. Adicionalmente, este dispositivo sería 40 clasificado como un dispositivo médico de clase III ya que es insertado dentro del cuerpo. Un dispositivo médico de clase III está clasificado como un dispositivo de alto riesgo y sería necesario que superara unos rigurosos ensayos y procedimientos de validación antes de ser aprobado por los estamentos reguladores de dispositivos médicos para permitir que sea utilizado en un uso regular.

Una técnica de medición adicional implica la toma de una muestra del fluido intersticial de la piel. Un sistema desarrollado por Cygnus Inc., conocido como GlucoWatch G2 Biographer, usa unos niveles bajos de corriente eléctrica para extraer moléculas de glucosa a través de la piel. La glucosa se extrae a partir del fluido intersticial que rodea las células cutáneas, en lugar de a partir de la sangre. El sistema recoge y analiza datos de corriente-tiempo y de carga-tiempo para calcular la información sobre el nivel de glucosa en sangre. Los inconvenientes de este 50 sistema son; todavía es necesario realizar la prueba de punción digital con objeto de calibrar el sistema, y todavía es necesario extraer una pequeña cantidad del fluido biológico (fluido intersticial) del cuerpo durante un funcionamiento normal.

Se han realizado muchos intentos de desarrollar un instrumento indoloro, inocuo para el paciente, rentable y no 55 invasivo para controlar los niveles de glucosa en sangre. Las metodologías no invasivas consideradas incluyen: electroquímicas, tecnologías espectroscópicas, tales como la espectroscopía de infrarrojo cercano, la espectroscopía Ramen y RMN a pequeña escala, mediciones del líquido lacrimal (lágrimas recogidas por el paciente) y técnicas de medición de la velocidad acústica. Sin embargo, ninguno de estos métodos parece haber producido un dispositivo comercializable o un método para la medición in vivo del nivel de glucosa en sangre que 60 sea lo suficientemente preciso, fiable, inocuo para el paciente y rentable como para ser usado en un uso rutinario.

El documento WO02/069791 desvela un método y un dispositivo para la determinación de la concentración de una sustancia en un líquido corporal. El documento desvela un circuito de resonancia en el que se usa un condensador del circuito de resonancia como antena para sondear una muestra. 65

El documento US2003/0036713 desvela un método para la detección de un nivel de fluido en un tejido en una primera área de un cuerpo mediante la aplicación de energía electromagnética al cuerpo durante un periodo de tiempo, midiendo la señal resultante y comparando la señal con una señal de referencia para determinar si el nivel del fluido en el tejido ha cambiado durante el periodo de tiempo.

Sumario de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un aparato para la medición mínimamente invasiva o no invasiva de las concentraciones de los constituyentes contenidos en una estructura tisular biológica, comprendiendo el aparato una fuente de energía de microondas configurada para generar un 10 intervalo de frecuencias de microondas, una primera antena acoplada a la fuente de energía de microondas y configurada para transmitir al menos una porción de la energía de microondas a la estructura tisular, una segunda antena configurada para recibir al menos una porción de la energía de microondas transmitida a través de la estructura tisular, un procesador de señales configurado para determinar la frecuencia de resonancia de la energía de microondas recibida y un procesador de datos configurado para determinar la energía de microondas recibida y 15 un procesador configurado para proporcionar un resultado de la concentración de constituyentes en la estructura tisular biológica de acuerdo con la frecuencia de resonancia determinada y las características asociadas de la respuesta medida.

El procesador de señales puede estar configurado para medir la magnitud de la respuesta de la proporción entre la 20 energía de microondas recibida y la energía de microondas transmitida, y determinar la frecuencia a la que se produce un mínimo o un máximo en la magnitud de la respuesta, siendo dicha frecuencia la frecuencia de resonancia. El procesador de señales puede estar configurado adicionalmente para determinar el ancho de banda a 3 dB de la magnitud de la respuesta para el mínimo o el máximo de la frecuencia, y derivar así el factor Q de la estructura tisular biológica. El procesador de datos puede estar adicionalmente configurado para correlacionar el 25 valor derivado del factor Q con un valor de concentración del constituyente. El procesador de datos puede estar adicionalmente configurado para determinar otras características tales como la pendiente o el gradiente de los datos medidos.

El procesador de señales puede estar adicionalmente configurado para medir la respuesta de fase de la proporción 30 entre la energía de microondas recibida y la energía de microondas transmitida, y determinar la frecuencia a la que se produce un mínimo o un máximo en la respuesta de fase, siendo dicha frecuencia la frecuencia de resonancia.

La primera y la segunda antenas pueden comprender un único transceptor en el que la energía de microondas recibida comprende la energía de microondas reflejada. Preferiblemente, hay una placa reflectora configurada para 35 reflejar la energía de microondas transmitida desde la única antena... [Seguir leyendo]

1. Aparato para una medición mínimamente invasiva de las concentraciones de los constituyentes contenidos en una estructura tisular biológica (80) , comprendiendo el aparato:

una fuente de energía de microondas (10) configurada para generar un intervalo de frecuencias de microondas;

una primera antena (70) acoplada a la fuente de energía de microondas (10) y configurada para transmitir al menos una porción de la energía de microondas a la estructura tisular (80) ;

una segunda antena (71) configurada para recibir al menos una porción de la energía de microondas transmitida a través de la estructura tisular (80) ; 10

un procesador de señales (110) configurado para determinar la frecuencia de resonancia de la energía de microondas recibida; y

un procesador de datos (120) configurado para proporcionar un resultado de la concentración de los constituyentes de la estructura tisular biológica de acuerdo con la frecuencia de resonancia determinada.

2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el procesador de señales (110) está configurado para medir la magnitud de la respuesta de la proporción entre la energía de microondas recibida y la energía de microondas transmitida, y determinar la frecuencia a la que se produce un mínimo o un máximo en la magnitud de respuesta, siendo dicha frecuencia la frecuencia de resonancia.

3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el procesador de señales (110) está configurado para determinar el ancho de banda a 3 dB de la magnitud de la respuesta para la frecuencia del mínimo o del máximo, y derivar así el factor Q de la estructura tisular biológica (80) y opcionalmente en el que el procesador de datos (120) está configurado para correlacionar el valor derivado del factor Q con un valor de la concentración del constituyente.

4. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador de señales (110) está configurado para medir la respuesta de fase de la proporción entre la energía de microondas recibida y la energía de microondas transmitida, y determinar la frecuencia a la que se produce un mínimo o un máximo en la respuesta de fase, siendo dicha frecuencia la frecuencia de resonancia.

5. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera y la segunda antenas (70, 71) comprenden un único transceptor en donde la energía de microondas recibida comprende la energía de microondas reflejada y opcionalmente en donde el aparato comprende adicionalmente una placa reflectora configurada para reflejar la energía de microondas transmitida desde la única antena de nuevo hacia dicha antena.

6. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de energía de microondas está configurada para generar energía de microondas en un intervalo de frecuencias tal que a la frecuencia de resonancia, la estructura tisular biológica (80) forma una cavidad de resonancia de onda única.

7. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de microondas (10) está 40 configurada para generar energía de microondas en el intervalo de frecuencias de entre 8 GHz y 18 GHz, y opcionalmente en el que la fuente de microondas (10) está configurada para generar energía de microondas en varios anchos de banda de frecuencias dentro de dicho intervalo de frecuencias.

8. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la primera y la segunda antenas 45 (70, 71) comprenden antenas de placa, teniendo cada antena (70, 71) una placa radiadora y una línea de alimentación de microondas, y opcionalmente en el que la línea de alimentación de microondas está acoplada electromagnéticamente al recorrido de la radiación o comprende uno de los siguientes:

una microtira conectada a la placa radiadora; y 50

un suministro coaxial.

9. Aparato de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la placa radiadora incluye una ranura anular formada en la misma.

10. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la primera y la segunda antenas (70, 71) comprenden una o más de:

antenas en espiral y antenas en guiaonda y/o están configuradas para ser fijadas no invasivamente a la estructura tisular biológica (80) . 60

11. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la primera y la segunda antenas (70, 71) comprenden una de antenas en guiaonda o antenas monopolo coaxiales, teniendo cada antena un conductor interno y uno externo.

12. Aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la antena interna comprende una estructura acicular configurada para perforar la capa superficial del tejido biológico y opcionalmente en el que la antena interna es hueca y está configurada para estar en comunicación fluida con una fuente de fluido.

13. Aparato de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la antena exterior está configurada para perforar la capa 5 superficial del tejido biológico.

14. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador de datos está configurado para correlacionar la frecuencia de resonancia determinada con el espesor de la estructura tisular biológica (80) , para proporcionar la información sobre la concentración del constituyente, y opcionalmente en el que 10 se proporciona un valor para el espesor de la estructura tisular biológica (80) como un parámetro de entrada predeterminado o en el que el procesador de señales (110) está configurado para medir la capacitancia de la estructura tisular biológica (80) entre la primera y la segunda antenas (70, 71) , a partir de lo cual se deriva el espesor.

15. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos la fuente de microondas (10) y la primera y la segunda antenas (70, 71) están configuradas como un conjunto portátil para ser llevado por un individuo, y opcionalmente la última está configurada para ser fijada a cualquier lado de al menos uno de un lóbulo auricular o la piel que conecta el dedo pulgar y el índice.

16. Un método para la medición mínimamente invasiva de las concentraciones de los constituyentes contenidos en una estructura tisular biológica (80) , comprendiendo el método:

la generación de un intervalo de frecuencias de microondas;

la transmisión de al menos una porción de la energía de microondas generada a la estructura tisular (80) ; 25

la recepción de al menos una porción de la energía de microondas transmitida a través de la estructura tisular;

la determinación de la frecuencia de resonancia de la energía de microondas recibida; y el suministro de un resultado de la concentración de los constituyentes de la estructura tisular biológica de acuerdo con la frecuencia de resonancia determinada.

17. El método de la reivindicación 16, en el que se mide la magnitud de la respuesta de la proporción entre la energía de microondas recibida y la energía de microondas transmitida y se determina la frecuencia a la que se produce un mínimo o un máximo en la magnitud de respuesta, siendo dicha frecuencia la frecuencia de resonancia.

18. El método de la reivindicación 17, en el que se determina el ancho de banda a 3 dB de la magnitud de la 35 respuesta para la frecuencia del mínimo o del máximo, y por lo tanto se deriva el factor Q de la estructura tisular biológica (80) , y opcionalmente en el que el valor del factor Q derivado se correlaciona con un valor de concentración del constituyente.

19. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en el que se mide la respuesta de fase de la 40 proporción entre la energía de microondas recibida y la energía de microondas transmitida y se determina la frecuencia a la que se produce un mínimo o un máximo en la respuesta de fase, siendo dicha frecuencia la frecuencia de resonancia, y/o en el que la energía de microondas es generada en un intervalo de frecuencias tal que a la frecuencia de resonancia la estructura tisular biológica (80) forma una cavidad de resonancia de media onda o una cavidad de resonancia de onda única y/o en el que la energía de microondas es generada en el intervalo de 45 frecuencias de entre 8 GHz y 18 GHz y/o es generada en varios anchos de banda de frecuencia dentro de dicho intervalo de frecuencias.

20. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, en el que la frecuencia de resonancia determinada se correlaciona con el espesor de la estructura tisular biológica (80) para proporcionar la información sobre la 50 concentración del constituyente, y opcionalmente en el que se proporciona un valor del espesor de la estructura tisular biológica (80) como un parámetro de entrada predeterminado, o en el que se mide la capacitancia de la estructura tisular biológica (80) , a partir de lo cual se deriva el valor del espesor.

21. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20, comprendiendo la estructura tisular biológica (80) 55 uno de un lóbulo auricular o la piel que conecta el dedo pulgar y el índice.