ES2285200T3 - Procedimiento y dispositivo para efectuar mediciones en la sangre. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo sensor para la medición de los componentes de la sangre, por ejemplo la densidad de células sanguíneas en la sangre, en el que se ha dispersado la luz por lo menos dos veces, comprendiendo emisores de luz dispuestos en un grupo que rodea un recipiente alargado o tubo en una posición longitudinal alrededor de la circunferencia de dicho recipientes o tubo, un grupo de sensores rodea igualmente el tubo o recipiente en una posición longitudinal diferente del recipiente o tubo, estando orientados dichos emisores y sensores de modo que los sectores de sensibilidad de los sensores no intersectan con el haz de luz de las fuentes luminosas en el recipiente o tubo.
Description
Procedimiento y dispositivo para efectuar
mediciones en la sangre.
El hematocrito es la concentración de glóbulos
rojos (RBC) en la sangre. La medición de los valores de hematocrito
es de gran importancia en la valoración de las condiciones del
paciente. El método establecido para la medición del hematocrito es
la extracción de sangre del sujeto (paciente). Se han probado varios
métodos para medir ópticamente el hematocrito mediante medios
ópticos o de ultrasonidos, por ejemplo, durante el tratamiento de
diálisis de un paciente. En estas situaciones, no solo es de elevada
importancia el nivel de hematocrito, sino también la variación
relativa de este parámetro. Con el fin de proporcionar un
tratamiento de diálisis optimizado pero seguro, debe monitorizarse
durante el tratamiento el cambio de hematocrito o de volumen de
sangre relativo. Los intentos de monitorizarlo no han resultado en
ningún producto que pueda medir el hematocrito sin una cubeta
especial integrada en el tubo de transporte. Por lo tanto el método
usado hasta ahora ha aumentado el coste de cada tratamiento de
diálisis puesto que el tubo de transporte debe equiparse con esta
cubeta de un solo uso. La invención que aquí se presenta no
requiere ninguna cubeta especial, por el contrario proporciona la
posibilidad de medir el hematocrito, o de monitorizar el cambio del
volumen relativo de sangre directamente en cualquier tubo de
transporte de diálisis estándar del mercado, sin aumentar el coste
de cada tratamiento.
La invención se refiere a la medición de varios
componentes de la sangre usando medios ópticos. Se irradia la
sangre con luz preferentemente infrarroja o del infrarrojo próximo.
Se mide la dispersión y la atenuación de la luz y para calcular los
componentes de la sangre, tales como el hematocrito, se utilizan
compensaciones nuevas para las variaciones ópticas en las paredes
del receptáculo, en el flujo etc. La invención hace posible añadir
la característica de la medición del hematocrito en cualquier
sistema de diálisis. La adición de esta característica pone al
alcance inmediato las mediciones de volumen de sangre.
El hematocrito se ha medido con varios métodos
desde los inicios de la diagnosis médica. La medición en continuo
es especialmente útil durante el tratamiento de diálisis. Durante el
proceso de diálisis se extraen líquidos del flujo sanguíneo. Como
resultado, durante el proceso aumenta el hematocrito. Para asegurar
la buena calidad del tratamiento de diálisis, debe monitorizarse el
valor del hematocrito, pues éste proporciona a quien realiza el
tratamiento una información esencial sobre el ritmo de extracción de
fluidos del flujo sanguíneo del paciente.
Se han presentado varias técnicas en el campo de
las mediciones ópticas de hematocrito en sangre. Varios hacen uso
del efecto dispersivo que los glóbulos rojos (RCB) tienen sobre la
luz que atraviesa la sangre en un recipiente, cubeta o similar.
Oppenheimer presenta en la patente US 5,601,080 un método para medir
el grado de dispersión para derivar los componentes de la
sangre.
Otras patentes son la US 4,745,279 de Karkar que
describe el efecto de dispersión de la sangre en una cubeta. La US
6,493,567 de Krivitski y al. describe un instrumento de medida que
utiliza un diodo emisor de luz y un sensor. La US 6,064,474 de
Wylie y al. es otra descripción de un método de medida de
hematocrito que usa el efecto de dispersión de los glóbulos rojos
(RCB) sobre la luz. Sin embargo los métodos y los dispositivos
conocidos no proporcionan una precisión satisfactoria.
Se conoce por el documento US 6 388 752 un
sistema de medida óptico para determinar la radiación transmitida y
la radiación dispersada en una muestra líquida contenida en un tubo
capilar sometido a una radiación de medida. Un primer detector
capta la radiación transmitida y se sitúa próximo o sobre el eje de
la radiación de medida. Un segundo detector se coloca a una
distancia del primer detector para captar la radiación dispersada a
lo largo del eje del capilar. Los dos detectores se encuentran en
lados distintos de un plano que contiene el eje del capilar y es
perpendicular al eje de la radiación de medida.
Con el fin de superar los inconvenientes de la
técnica anterior, la invención proporciona un dispositivo sensor
que comprende emisores de luz dispuestos como un grupo que rodea un
recipiente alargado o tubo en una posición longitudinal alrededor
de la circunferencia de dicho recipiente o tubo. Los emisores y los
sensores del haz de luz están orientados de modo que los sectores
de sensibilidad de los sensores no intercepten el haz de las
fuentes de luz en el recipiente o tubo.
La invención proporciona también un método para
medir los componentes de la sangre, por ejemplo la densidad de
glóbulos rojos en la sangre con un dispositivo sensor como el
descrito anteriormente, en el que las muestras de medida se toman
por grupos que comprenden un emisor de luz y uno o dos detectores en
una o dos alineaciones de detectores de luz.
La nueva sonda y el nuevo método proporcionan
los valores de hematocrito con una precisión no superada en la
técnica incluso cuando se mide a través de tubos transparentes que
varían de espesor y forma.
También se puede considerar el uso de varios
pares de sensores separados a lo largo y más abajo en la dirección
del flujo o más arriba en la dirección opuesta con el fin de
aumentar la precisión. También puede añadirse un tercer sensor a
cada par, estando dispuesto este tercer sensor cerca de la fuente de
luz.
Aumentando la separación, aumenta la
sensibilidad a los cambios relativos, mientras que una separación
más pequeña proporciona una medición absoluta más precisa. Así es
posible utilizar un conjunto de sensores para establecer un valor
absoluto y luego usar un conjunto de sensores dispuestos más
desplazados para la monitorización y el control del nivel durante
la diálisis.
Desarrollos preferidos adicionales son obvios a
partir de las reivindicaciones y de la descripción de una
realización preferida de la invención, que sigue a continuación.
La Fig. 1 es una sección recta de una
disposición de sensor óptico 1, que aloja diodos emisores de luz 5
en agujeros 4 en un soporte que comprende dos mitades 2 y 3
adecuado para ajustar con un receptáculo 8 tal como un tubo para
sangre 9.
La Fig. 2 es una sección recta de una
disposición de sensor óptico 1, que aloja detectores de luz 6 en
agujeros 4 en un soporte que comprende dos mitades 2 y 3 adecuado
para ajustar con un receptáculo 8 tal como un tubo para sangre
9.
La Fig. 3 muestra la disposición del grupo de
detectores de luz 5 y de diodos emisores de luz 6 en la disposición
del sensor óptico 1. Ésta es una sugerencia en la que las
alineaciones de las Figs. 1 y 2 están dispuestas con la indicación
"A-A" para los emisores de luz y
"B-B" para los detectores de luz.
La Fig. 4 muestra la disposición de un segundo
grupo de detectores de luz 7.
La Fig. 5 muestra la disposición de sensor
óptico 1 con otra realización de diodos emisores de luz 9 y
fotodetectores 8.
La Fig. 6 muestra los valores de hematocrito
obtenidos respecto a las mediciones realizadas por un laboratorio
clínico acreditado.
Hemos conseguido resultados muy buenos en la
determinación de valores de hematocrito utilizando la siguiente
disposición de diodos emisores de luz (LED) y de fotodetectores.
Estos valores correlacionan muy bien con los valores de referencia
de laboratorio.
Tal como puede verse en la Fig. 1, se disponen
cuatro LEDs de forma preferentemente perpendiculares entre sí
alrededor de un receptáculo, pero sin limitación a esta
configuración, tal como un tubo con sangre. Los detectores de luz
se disponen de forma similar, preferentemente perpendiculares entre
sí, como en la Fig. 2, pero separados a una distancia en la
dirección longitudinal de la corona de LED, tal como puede verse en
la Fig. 3. En otra realización se aplica una segunda corona de
detectores de luz. Puede verse la disposición en la Fig. 4.
Para mejor comprensión, la disposición de LED y
fotodetector debe entenderse como grupos de LED y de fotodetectores:
Por ejemplo el LED 5a y el fotodetector 6b es un grupo. Otro grupo
puede ser el LED 5b y los fotodetectores 6a y 6c. Obsérvese que
ningún LED ni ningún fotodetector están alineados para obtener luz
transmitida directamente. La invención no utiliza luz transmitida
directamente, como es frecuente en la técnica anterior.
En cualquier intervalo de tiempo corto, se puede
tomar una muestra de la luz detectada por el grupo de uno o de
varios fotodetectores. Otra muestra se puede tomar como segunda
muestra, del mismo grupo o de otro. Preferentemente se toma una
primera muestra del primer grupo comprendiendo el LED 5a y los
detectores de luz 6b y 6d; la segunda muestra se toma de un segundo
grupo comprendiendo el LED 5b y los detectores de luz 6a y 6c; la
tercera muestra se toma de un tercer grupo comprendiendo el LED 5c
y los detectores de luz 6b y 6d, y finalmente la cuarta muestra se
toma de un cuarto grupo comprendiendo el LED 5d y los detectores de
luz 6a y 6c. Procesando la señal se obtiene un primer resultado a
partir de estas cuatro muestras adquiridas secuencialmente. El
proceso puede incluir variaciones de factores de amplificación para
las señales de los detectores, y también factores de correlación
entre estas señales, para aumentar adicionalmente la detección del
constituyente de la sangre a medir. Los resultados constituyen un
primer resultado para los componentes de la sangre tales como el
hematocrito. En este proceso se reduce el error producido por las
variaciones en la sección recta del flujo en el recipiente.
Adicionalmente, promediando se puede reducir el efecto que la pared
del recipiente tiene sobre la medición. Esto es muy beneficioso si
el recipiente es el circuito extracorporal de un sistema de
diálisis. Uno de los mayores avances de la invención dada a conocer
reside en la nueva posibilidad de medir el hematocrito a través de
las paredes de un circuito extracorporal de diálisis, es decir el
llamado tubo de transporte del circuito. Es muy ventajoso el que no
sean necesarias cubetas especiales o disposiciones especializadas
para las líneas de sangre desechables. Nuestro proceso incluso hace
innecesario el montar tubos específicos en el circuito
extracorporal. Esta característica ahorra considerablemente costos
para el proveedor del los cuidados médicos. El montaje en el tubo
de transporte del sensor óptico descrito aquí tiene también la
ventaja de que el sensor no interfiere con las funciones ordinarias
del sistema de diálisis. También proporciona la posibilidad muy
beneficiosa de actualizar cualquier sistema de diálisis existente
añadiendo la medición del hematocrito, incluso si no está preparado
para este fin. Posteriormente se pueden calcular y mostrar los
cambios de volumen de la sangre.
En una realización de la invención se utilizan
dos alineaciones de sensores. Se monta una segundo grupo de
sensores más abajo en la dirección del flujo (o más arriba en la
dirección opuesta) en un recipiente como un tubo. Esto puede verse
en la Fig. 4. El proceso matemático de la señal puede mejorar
adicionalmente los resultados al incluir estos detectores de
"segundo orden" en el proceso.
En otra realización de la invención se monta un
segundo grupo de LED y de fotodetectores, incluyendo un segundo
grupo de detectores. Esto se muestra en la Fig. 5. En esta
realización los LED emiten en longitudes de onda diferentes. Esto
permite un análisis espectral limitado para el cálculo posterior de
componentes de la sangre como la saturación de hemoglobina tal como
se conoce en la técnica. Los resultados derivados de este segundo
grupo pueden incorporarse favorablemente en un procesado de la señal
con los valores derivados del primer grupo mencionado
anteriormente. Este procesado hace posible no solo obtener todos los
parámetros de los componentes de la sangre sino también hacer que
el valor de saturación influya la entrada de las señales del primer
grupo, en el procesado de las señales. Esto es favorable puesto que
la saturación de la sangre puede influir sobre los primeros
resultados de los componentes de la sangre del primer procesado del
primer grupo.
En las figuras y en la descripción anterior, se
muestra un tubo transparente transportando sangre, pinzado entre
dos perfiles de forma esencialmente en "V", en cuyas paredes
están dispuestos los LED y los sensores. En una realización
alternativa, se pueden usar ranuras en forma de "V" en bloques,
para pinzar y dar forma al tubo de modo que sus paredes se
conviertan en esencialmente planas junto a los LED y los
sensores.
En otra realización los sensores pueden estar
dispuestos en pequeños agujeros con aberturas todavía más pequeñas
que sirvan como colimadores hacia el tubo.
Todavía no está claro por qué el método y el
dispositivo de medida de la invención son tan superiores respecto a
la técnica anterior, pudiendo ser una teoría la separación entre los
sensores y la fuente de luz. Únicamente se registra la luz que ha
sido dispersada por el volumen de la sangre en el recorrido de la
luz y en el sector de sensibilidad del sensor y desde éste hacia el
sensor. En otras palabras, únicamente alcanza el sensor, la luz que
ha sido dispersada por lo menos dos veces. Disponiendo la fuente y
el sensor perpendicularmente, las células sanguíneas de una gran
parte de la sección recta del tubo tienen la oportunidad de
contribuir de manera que las señales de los sensores son función
del valor de hematocrito.
Claims (9)
1. Dispositivo sensor para la medición de los
componentes de la sangre, por ejemplo la densidad de células
sanguíneas en la sangre, en el que se ha dispersado la luz por lo
menos dos veces, comprendiendo emisores de luz dispuestos en un
grupo que rodea un recipiente alargado o tubo en una posición
longitudinal alrededor de la circunferencia de dicho recipientes o
tubo, un grupo de sensores rodea igualmente el tubo o recipiente en
una posición longitudinal diferente del recipiente o tubo, estando
orientados dichos emisores y sensores de modo que los sectores de
sensibilidad de los sensores no intersectan con el haz de luz de las
fuentes luminosas en el recipiente o tubo.
2. Dispositivo sensor de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que un segundo grupo de detectores de luz
está situado longitudinalmente en una tercera posición rodeando el
recipiente o tubo.
3. Dispositivo sensor de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que un tercer grupo de detectores de luz
está situado longitudinalmente en una cuarta posición rodeando el
recipiente o tubo y un segundo grupo de diodos emisores de luz está
situado en una quinta posición rodeando dicho recipiente o tubo.
4. Dispositivo sensor de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
comprende un soporte con rebajes en forma de "V" para el
recipiente o tubo, de modo que el tubo recibe una sección recta
cuadrada y las fuentes de luz y los sensores están dispuestos en las
superficies aplanadas del tubo.
5. Método para la medición de los componentes de
la sangre, por ejemplo la densidad de células sanguíneas en la
sangre, con un dispositivo sensor como el descrito en cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que se disponen emisores de
luz en un grupo rodeando un recipiente alargado o tubo en una
primera posición longitudinal alrededor de la circunferencia de
dicho recipiente o tubo, y se disponen detectores de luz para
rodear el recipiente o tubo en una posición circular diferente,
estando orientados los emisores y detectores de luz de modo que el
sector de sensibilidad de los detectores de luz no intersectan con
el haz de la fuente de luz en el volumen, en el que se toman las
muestras de la medición por grupos que comprenden un emisor de luz
y uno o más detectores en una o dos alineaciones de detectores de
luz.
6. Método según la reivindicación 5,
caracterizado por una toma de muestras secuencial de los
grupos de emisores de luz y detectores alrededor del tubo.
7. Método de acuerdo con la reivindicación 5 ó
la 6, caracterizado porque cada grupo de emisores de luz y de
detectores comprende un emisor de luz de uno y mismo grupo de
emisores de luz y detectores de luz de uno y mismo grupo de
detectores de luz.
8. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones de la 5 a la 7, caracterizado porque se
controla la sensibilidad a los cambios relativos mediante la
distancia entre el grupo detector de luz y el grupo emisor de luz,
aumentando la sensibilidad a los cambios relativos al aumentar dicha
distancia.
9. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones de la 5 a la 7, caracterizado porque
comprende una segunda disposición de diodos emisores de luz y un
segundo grupo de detectores, emitiendo estos diodos emisores de
luz, en diferentes longitudes de onda para permitir a continuación
un análisis espectral limitado para el cálculo posterior de los
componentes de la sangre tales como la saturación de hemoglobina,
y/o permitir que el valor de saturación influya sobre las señales de
entrada del primer grupo.
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