Medición de la oxigenación tisular.

Un sistema (10) que comprende:

una fuente de luz (12) configurada para dirigir radiación incidente a un tejido diana (30),

un detector (16), y

un procesador (18) acoplado al detector (16) y configurado para:

determinar espectros de reflectancia del tejido diana (30),

corregir los espectros de reflectancia para reducir contribuciones a los mismos de capas de piel y de grasa a través de las cuales se propaga la radiación incidente, y

determinar la saturación de oxígeno en el tejido diana (30) basándose en los espectros de reflectancia corregidos; y en el que el procesador (18) está configurado para determinar la saturación de oxígeno calculando espectros de atenuación de la luz de los espectros de reflectancia corregidos y calcular la saturación de oxígeno basándose en concentraciones de hemo oxigenado y desoxigenado en el tejido diana (30) que se derivan de los espectros de atenuación de la luz, en el que hemo comprende hemoglobina y mioglobina en el tejido diana (30).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2007/069997.

Solicitante: UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: ONE BEACON STREET BOSTON, MA 02108 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SOYEMI,OLUSOLA O, SOLLER,BABS R, YANG,YE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01N21/25 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Color; Propiedades espectrales, es decir, comparación del efecto del material sobre la luz para varias longitudes de ondas o varias bandas de longitudes de ondas diferentes.

PDF original: ES-2525795_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Medición de la oxigenación tisular Campo técnico

La presente invención se refiere a medir propiedades tales como la saturación de oxígeno en tejidos Antecedentes

La saturación de oxígeno tisular (SO2) proporciona una medida del contenido de oxígeno en los glóbulos rojos. La medición de S2 en tejido puede usarse para evaluar la circulación micro-vascular y el suministro de oxígeno a células de tejido que surgen de ciertas afecciones patológicas tales como septicemia y diabetes, por ejemplo, que producen circulación sanguínea vascular alterada. Las mediciones de S2 tisular también pueden usarse en la fisiología del ejercicio, en la que una discordancia entre la demanda y el suministro de oxígeno durante periodos de ejercicio puede usarse para determinar un grado de acondicionamiento físico de un sujeto.

Pueden usarse mediciones de reflectancia infrarroja para la detección cuantitativa no invasiva de diversas especies químicas en tejido. Por ejemplo, el interrogatorio de hemoglobina oxigenada y no oxigenada en tejido puede hacerse mediante las mediciones de reflectancia del tejido a longitudes de onda que se encuentran dentro de un intervalo de aproximadamente 7-1 nm. En este intervalo de longitudes de onda, muchas especies químicas que pueden estar presentes en el tejido y que no son de interés interaccionan solo débilmente con radiación incidente, y las señales que surgen de la hemoglobina pueden aislarse de señales que surgen de otros componentes químicos. La radiación infrarroja normalmente penetra relativamente profundamente en los tejidos, y puede usarse para explorar tejidos por debajo de la superficie tales como la piel y grasa para medir analitos de interés en músculo más profundo y otros tejidos internos. Sistemas adecuados para realizar mediciones de reflectancia infrarroja en tejido se describen, por ejemplo, en la publicación de EE.UU. n.2 US 27/3841 titulada "SYSTEMS AND METHODS FOR CORRECTING OPTICAL REFLECTANCE MEASUREMENTS", presentada el 25 de abril de 26.

El documento WO 26/116569 A2 desvela sistemas y métodos de medición para medir analitos en regiones diana de muestras que también incluyen características que cubren las regiones diana.

Yang et ál., OPTICS LETTERS, vol. 3, n.2 17, 1 de septiembre de 25, páginas 2269-2271, desvelan la corrección simultánea de la influencia del color de la piel y la grasa sobre la espectroscopia del tejido usando una sonda de fibra óptica de dos distancias y técnica de ortogonalización.

Sumario

En el presente documento se desvelan sistemas y métodos de determinación de la saturación de oxígeno tisular (S2) y otras cantidades tales como la tensión de oxígeno de mediciones espectroscópicas infrarrojas. Los sistemas y métodos se basan, al menos en parte, en un enfoque para calcular la saturación de oxígeno en tejido basándose en una ecuación para la atenuación de la luz por el tejido, en el que la ecuación incluye términos que se corresponden con la absorción y dispersión de la luz por componentes del tejido. Una forma de una ecuación de atenuación de la luz se basa en una expansión de series (por ejemplo, una expansión de series de Taylor) de un espectro de atenuación de la luz medida y la ley de Beer, e incluye términos de atenuación de la luz que se corresponden con la absorción por hemo oxigenado (hemoglobina y mioglobina), hemo no oxigenado, agua y otros cromóforos presentes en el tejido; dispersión en el tejido; y un factor constante que surge de condiciones experimentales. Estas contribuciones pueden determinarse cuantitativamente por un procedimiento de ajuste numérico de dos etapas, que arroja concentraciones de hemo oxigenado y no oxigenado en el tejido. La saturación de oxígeno tisular puede entonces determinarse a partir de las concentraciones de hemo oxigenado y no oxigenado. También pueden determinarse otras cantidades de mediciones de S2. Por ejemplo, la tensión de oxígeno (P2) puede determinarse a partir de una ecuación matemática que relaciona P2 con S2.

La saturación de oxígeno y/o la tensión de oxígeno tisular pueden servir de indicadores de diagnóstico y/o predictivos fisiológicos importantes. En particular, la S2 es una prueba sensible de vasoconstricción capilar y puede usarse para monitorizar la progresión y/o tratamiento de condiciones que producen una variación en el volumen de sangre en el tejido, o vasoconstricción/vasodilatación en respuesta a un traumatismo. Ejemplos de dichas condiciones son hemorragia, septicemia, enfermedad cardíaca y diabetes.

En general, en un aspecto, la invención exhibe un método para calcular la saturación de oxígeno en un tejido diana, en el que el método incluye (a) dirigir radiación incidente a un tejido diana y determinar espectros de reflectancia del tejido diana midiendo intensidades de radiación reflejadas del tejido diana a una pluralidad de longitudes de onda de radiación; (b) corregir las intensidades medidas de los espectros de reflectancia para reducir contribuciones a las mismas de capas de piel y de grasa a través de las cuales se propaga la radiación incidente, (c) determinar la saturación de oxígeno en el tejido diana basándose en los espectros de reflectancia corregidos, y (d) dar el valor determinado de la saturación de oxígeno, en el que determinar la saturación de oxígeno incluye determinar espectros de atenuación de la luz de los

espectros de reflectancia corregidos y calcular la saturación de oxígeno basándose en concentraciones de hemo oxigenado y desoxigenado en el tejido diana que se derivan de los espectros de atenuación de la luz, en el que hemo incluye hemoglobina y mioglobina en el tejido diana. Las concentraciones de hemo oxigenado y desoxigenado pueden derivarse de los espectros de atenuación de la luz ajustando los espectros de atenuación de la luz a una ecuación de atenuación de la luz del modelo. La ecuación de atenuación de la luz puede incluir una ecuación de la ley de Beer que incluye términos que se corresponden con la absorción de la luz incidente por hemo oxigenado, hemo desoxigenado y agua en el tejido diana. Por ejemplo, la ecuación de atenuación de la luz puede incluir una expansión de series (por ejemplo, una expansión de series de Taylor) de atenuación de la luz en una pluralidad de términos que se corresponden con términos de absorción de la ley de Beer. El ajuste puede realizarse automáticamente por un procesador.

La ecuación de atenuación de la luz puede incluir un término que varía linealmente con una longitud de onda de la luz incidente, término que tiene una forma funcional aX en la que a es una constante y X es la longitud de onda de la luz incidente. El valor de a puede limitarse durante el ajuste de manera que a adopte solo valores que son inferiores o iguales a cero. La ecuación de atenuación de la luz puede incluir un término constante independiente de la longitud de onda de la luz incidente.

El ajuste de los espectros de atenuación de la luz a un modelo puede incluir realizar un procedimiento de ajuste de dos etapas en el que, en una primera etapa, se determinan valores iniciales de uno o más parámetros del modelo, y en una segunda etapa, los espectros de atenuación de la luz se ajustan al modelo, en los que el modelo incluye los valores de parámetros iniciales determinados en la primera etapa. Los espectros de atenuación de la luz pueden ajustarse al modelo minimizando una suma de diferencias al cuadrado entre los espectros de atenuación de la luz y los valores de atenuación de la luz determinados a partir del modelo.

La ecuación de atenuación de la luz puede incluir una función inicial derivada de una diferencia entre los valores de atenuación de la luz determinados de la ecuación de atenuación de la luz y los espectros de atenuación de la luz. La ecuación de atenuación de la luz puede incluir un factor de longitud de la trayectoria diferencial que varía directamente con un coeficiente de dispersión del tejido diana e inversamente con un coeficiente de absorción del tejido diana. La ecuación de atenuación de la luz puede incluir una ecuación de reflectancia difusa derivada de un modelo de difusión de la radiación de luz incidente en el tejido diana.

La medición de las intensidades de radiación reflejadas puede incluir: (a) medir, a lo largo de una primera trayectoria óptica desde una fuente de luz hasta un detector, radiación reflejada del tejido diana que se corresponde con una primera separación fuente-detector; y (b) medir, a lo largo de una segunda trayectoria óptica desde la fuente de luz hasta el detector, radiación reflejada del tejido diana que se corresponde con una segunda separación fuente-detector diferente de la primera separación fuente-detector. La radiación reflejada medida... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema (1) que comprende:

una fuente de luz (12) configurada para dirigir radiación incidente a un tejido diana (3), un detector (16), y

un procesador (18) acoplado al detector (16) y configurado para: determinar espectros de reflectancia del tejido diana (3),

corregir los espectros de reflectancia para reducir contribuciones a los mismos de capas de piel y de grasa a través de las cuales se propaga la radiación incidente, y

determinar la saturación de oxígeno en el tejido diana (3) basándose en los espectros de reflectancia corregidos; y

en el que el procesador (18) está configurado para determinar la saturación de oxígeno calculando espectros de atenuación de la luz de los espectros de reflectancia corregidos y calcular la saturación de oxígeno basándose en concentraciones de hemo oxigenado y desoxigenado en el tejido diana (3) que se derivan de los espectros de atenuación de la luz, en el que hemo comprende hemoglobina y mioglobina en el tejido diana (3).

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el procesador está configurado para determinar espectros de reflectancia del tejido diana dirigiendo el detector para medir intensidades de radiación reflejadas del tejido diana a una pluralidad de longitudes de onda de radiación.

3. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además:

una primera trayectoria de radiación entre la fuente de luz y el detector, y correspondiente a una primera distancia entre la fuente de luz y el detector, y

una segunda trayectoria de radiación entre la fuente de luz y el detector, y correspondiente a una segunda distancia entre la fuente de luz y el detector diferente de la primera distancia;

en el que la radiación incidente de la fuente de luz se dirige a lo largo de cada una de la primera y segunda trayectorias de radiación al tejido diana, y la radiación reflejada del tejido diana se dirige a lo largo de cada una de la primera y segunda trayectorias de radiación al detector.

4. El sistema de la reivindicación 3, en el que el procesador está configurado para reducir contribuciones a los espectros de reflectancia medidos de capas de piel y de grasa midiendo espectros de reflectancia a lo largo de cada una de la primera y segunda trayectorias de la luz y combinar los espectros de reflectancia para producir espectros de reflectancia corregidos.

5. El sistema de la reivindicación 3, en el que cada uno de la primera y segunda trayectorias de radiación comprende una fibra óptica.

6. El sistema de la reivindicación 1, en el que el procesador está configurado para derivar las concentraciones de hemo oxigenado y desoxigenado en el tejido diana ajustando los espectros de atenuación de la luz a una ecuación de atenuación de la luz del modelo.

7. El sistema de la reivindicación 6, en el que la ecuación de atenuación de la luz del modelo comprende una ecuación de la ley de Beer que comprende términos que se corresponden con la absorción de radiación incidente por hemo oxigenado, hemo desoxigenado y agua en el tejido diana.

8. El sistema de la reivindicación 1, en el que el procesador se configura adicionalmente para determinar la tensión de oxígeno en el tejido diana a partir de la saturación de oxígeno.

9. El sistema de la reivindicación 1, en el que el procesador se configura adicionalmente para determinar la concentración de hemo total en el tejido diana a partir de las concentraciones de hemo oxigenado y desoxigenado en el tejido diana.

1. El sistema de la reivindicación 9, en el que el procesador se configura adicionalmente para evaluar un volumen de sangre en el tejido diana basándose en la concentración de hemo total.

11. Un método para calcular la saturación de oxígeno en un tejido diana (3), comprendiendo el método:

dirigir radiación incidente a un tejido diana (3) y determinar espectros de reflectancia del tejido diana (3) midiendo

intensidades de radiación reflejadas del tejido diana (3) a una pluralidad de longitudes de onda de radiación,

corregir las intensidades medidas de los espectros de reflectancia para reducir contribuciones a las mismas de capas de piel y de grasa a través de las cuales se propaga la radiación incidente, y al menos uno de 5

(i) determinar la saturación de oxígeno en el tejido diana (3) basándose en los espectros de reflectancia corregidos; y dar el valor determinado de la saturación de oxígeno,

en el que determinar la saturación de oxígeno comprende determinar espectros de atenuación de la luz de los espectros de reflectancia corregidos y calcular la saturación de oxígeno basándose en concentraciones de hemo oxigenado y desoxigenado en el tejido diana (3) que se derivan de los espectros de atenuación de la luz, en el que hemo comprende hemoglobina y mioglobina en el tejido diana (3), y

(ii) determinar la concentración de hemo total en el tejido diana (3) basándose en los espectros de reflectancia corregidos,

evaluar un volumen de sangre en el paciente basado en la concentración de hemo total, y 2 dar el volumen de sangre evaluado.


 

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