ES2434851T3 - Sensores electromagnéticos para la caracterización de tejidos - Google Patents

Abstract

Un sensor (20) para caracterización de tejido en la zona cercana, que comprende: un resonador (40), configurado para su colocación proximalmente a un borde de un tejido para su caracterización, sin penetrar en el tejido, resonador que comprende una estructura conductora (42) asociada a una dimensión de diámetro equivalente D, en un plano básicamente en paralelo con el borde (13), y al menos un cable conductor (43), para proporcionar comunicación con un sistema externo, estando el resonador configurando para resonar a una frecuencia que corresponde a un intervalo de longitudes de onda al aire libre de entre aproximadamente λ y aproximadamente 40 λ, en el que λ es al menos aproximadamente diez veces el diámetro equivalente D, y en el que después de recibir una señal en el intervalo de entre aproximadamente λ y aproximadamente 40 λ, el sensor está configurado para inducir campos eléctricos y magnéticos en la zona cercana en el tejido en el que en una zona lejana, el sensor tiene una eficacia de radiación inferior a un 0,1 %, para el intervalo de longitudes de onda al aire libre de entre aproximadamente λ y aproximadamente &almbda;minimizando las contribuciones de la zona lejana, siendo la zona cercana una región generalmente con forma de disco, delimitada por un diámetro de aproximadamente D y una profundidad de penetración, y siendo el sensor para conexión con un sistema externo de control y análisis de generación de señales (30), en comunicación con el sensor, a través de al menos un cable conductor para proporcionar la señal y caracterizar 20 dicho tejido usando una respuesta de resonancia del resonador; en el que la estructura conductora (42) es una de espiral plana; espiral doble; hélice cónica o dos peines insertados entre sí que tiene una anchura del conductor (d1) y una separación (d2) generalmente del mismo orden de magnitud que un tamaño del elemento (d); siendo el resonador un resonador de banda ancha, resonador de banda ancha que está diseñado con un intervalo de respuesta en banda ancha Δf/f de al menos ± 15 %, siendo Δf un intervalo de frecuencias para las que hay un cambio de al menos un 10 % en la amplitud del coeficiente de reflexión de una señal de reflexión del resonador, y f una frecuencia de resonancia correspondiente, y siendo la profundidad de la zona cercana de penetración dicho tamaño del elemento (d), la profundidad de penetración, con dicha minimización de la zona lejana, asegurando que el tejido que está localizado en la zona cercana varía las respuestas de resonancia del resonador, y permitiendo que el tejido en la zona cercana se caracterice por sus propiedades electromagnéticas, por la respuesta de resonancia del resonador de banda ancha

Description

Sensores electromagneticos para la caracterizacion de tejidos.

Campo de la invenci6n

La presente invencion se refiere a un sensor para la caracterizacion de tejidos por resonancia de senales de ondas electromagneticas reflejadas.

Antecedentes de la invenci6n

Se conoce la caracterizacion de tejidos mediante sus propiedades de reflexion electromagneticas para la diferenciacion entre tipos de tejidos. En general, esto implica la propagacion de una onda electromagnetica aproximadamente en el rango de microondas, en un cable coaxial, a partir de un generador de ondas electromagneticas al tejido a caracterizar. En el extremo proximal con respecto al tejido, el cable coaxial se puede cortar y poner en contacto con el tejido. Como alternativa, se pueden proporcionar diversas geometrias, tales como extremos coaxiales, que funcionan como sondas para tejidos. Por ejemplo, Burdette y col. [Burdette y col, "In Vivo Probe Measurement Technique for Determining Dielectric Properties at VFW Through Microwave Frequencies", IEEE Trans. On Microwave Theory & Techniques, MTT-28 (4): 414-427, 1980] describen teorica y experimentalmente el uso de una tecnica de sonda para determinar las propiedades dielectricas de materiales semisolidos y de tejido vivo, in situ. Este metodo es ventajoso en comparacion con los metodos anteriores conocidos por el siguiente contexto:

1.

permitir medidas de las propiedades dielectricas en tejido vivo en un intervalo de frecuencias continuas de entre aproximadamente 0,1 GHz y aproximadamente 10 GHz,

2.

eliminar la necesidad de la preparacion tediosa de muestras, y

3. permitir el procesamiento de datos en una base de tiempo real. La idea de Burdette es usar una antena de monopolo corto, adecuada para su insercion en tejidos vivos, tal como la sonda in vivo. La sonda esta disenada en forma de un cable coaxial que tiene un conductor externo y uno interno (centro) separados por un material dielectrico de Teflon. El cable del conductor interno es ligeramente mas largo que el del externo para crear un campo electrico de un monopolo en la punta distal con respecto al operario. Esta punta se va a insertar en el tejido, cuyas propiedades dielectricas se van a medir. El conductor externo se puede conectar a tierra para minimizar efectos marginales. Un conector SMA esta unido a la sonda mediante una primera eliminacion del conductor interno y del material dielectrico de Teflon, soldandolo al conductor externo y a continuacion volviendo a montar la sonda con el conductor central en forma del perno central del conector. Cuando se desmontan, los conductores de la sonda se sueldan con un revestimiento de niquel y a continuacion se revisten con oro para reducir las reacciones quimicas entre la sonda y el electrolito dentro del tejido a examinar. Este proceso elimina practicamente la oxidacion de las superficies metalicas de las sondas y ayuda a minimizar los efectos de polarizacion del electrodo en las frecuencias mas bajas. La patente de Estados Unidos N° 5.744.971, de Chan y col., ensena el uso de una sonda coaxial para medir las propiedades dielectricas de materiales adecuados, aunque no de forma exclusiva asi, para el uso en la monitorizacion no invasiva del tratamiento de conservacion del material cultural, por ejemplo, obras de arte tales como lienzos. La sonda es un dispositivo similar a una aguja con la estructura coaxial que se extiende hasta la punta distal con respecto al operario. La sonda es extracorporea en oposicion a la sonda invasiva de Burdette. El diseno de esta sonda coaxial difiere ligeramente de la de Burdette y col. La patente de Estados Unidos N° 6.026.323, de Skladnev y col. describe una sonda para caracterizar tipos de tejidos que combina ensayos opticos y electricos en un solo dispositivo, capaz de proporcionar los datos opticos y electricos casi simultaneamente a partir de areas muy pequenas de una superficie de tejido. En este enfoque es fundamental un instrumento capaz de hacer mediciones opticas y electricas casi simultaneas en las mismas pequenas areas de tejido. Cada medida implica una secuencia compleja de sucesos que incluyen: estimulaciones de tejido opticas y electricas con la deteccion, filtracion y digitalizacion posterior de la respuesta del tejido; extraccion de parametros especificos a partir de las senales opticas y electricas; comprobacion de errores y clasificacion posterior de los parametros extraidos en diversas categorias de tipos de tejido; y retroalimentacion al operario del sistema. La sonda tiene una fibra optica central, que conduce la radiacion electromagnetica a un diodo fotodetector en el tirador y esta colocado en el centro de un haz de fibras opticas todas las cuales estan colocadas dentro de un tubo externo. Tres electrodos de oro se colocan adyacentes y se apoyan contra la superficie interna del tubo externo. El cable de la sonda consta de muchos conductores coaxiales individuales con una sola proteccion general trenzada, encerrado en una cubierta externa de silicona clasificada medicamente. Ambos extremos del cable tienen conectores redondos de clavija macho de plastico. Los electrodos y las fibras opticas se ponen en contacto directo con el tejido para la estimulacion y la deteccion de las caracteristicas del tejido. La punta de la sonda esta pulida y alisada y tiene bordes perfilados. Una resina de epoxi aisla electricamente y cierra hermeticamente la seccion de la punta.

La patente de Estados Unidos N° 6.813.515 de propiedad comun de Hashimshony ensena una sonda, metodo y sistema para examinar tejidos, para diferenciarlos de otros tejidos, de acuerdo con sus propiedades dielectricas. El metodo consiste en generar un campo marginal electrico en el tejido examinado para producir un pulso reflejado a partir del mismo con radiacion insignificante que penetra en el propio tejido; detectar el pulso electrico reflejado; y comparar las caracteristicas electricas del pulso electrico reflejado con respecto al pulso electrico aplicado para proporcionar una indicacion de las propiedades dielectricas del tejido examinado. El dispositivo de medida esta construido como una sonda coaxial con una cavidad en su punta distal con respecto al operario en la que se localiza una muestra del tejido a examinar. La sonda en si misma tiene conductor interno aislado de, y encerrado por, un conductor externo abierto en un extremo y que se extiende mas alla del conductor interno en la direccion axial, definiendo una cavidad abierta en el extremo distal de la sonda con respecto al operario. El conductor interno incluye una punta dentro de la cavidad abierta, punta que esta formada con al menos dos diametros diferentes para mejorar el campo electrico marginal.

La patente de Estados Unidos N° 6.370.426, de Campbel y col., describe un metodo y un aparato para medir la hidratacion relativa de un sustrato. Las medidas de las caracteristicas electricas del sustrato, la fuerza aplicada a este y la temperatura del sustrato durante la medida proporcionan datos para determinar dicha hidratacion relativa del sustrato. La estructura del sensor usado en este caso es de dos conductores coaxiales, uno de los cuales pasa a lo largo del eje de simetria, separado por un aislante coaxial y que tiene un aislante coaxial fuera del conductor externo. Ambos conductores y el aislante de separacion acaban en un plano perpendicular al eje de simetria en la punta distal con respecto al operario, de modo que la estructura coaxial se pone en contacto con el tejido examinado pero no lo penetra.

La patente britanica N° GB01153980, de Einat y col., describe una antena de RF, que funciona como una sonda para la identificacion y la caracterizacion en campo cercano. Esta tiene una primera y una segunda porciones radiativas, que generan campos electromagneticos, que basicamente estan en oposicion, con el fin de suprimir la radiacion en campo lejano. La supresion del campo lejano minimiza la contribucion desde el campo lejano, cuando se busca la caracterizacion en el campo cercano.

La patente de Estados Unidos N° 6.380.747, de Goldfine y col., describe un metodo para procesar, optimizar, calibrar y visualizar senales medidas de dielectrometria. Un estimador de propiedad esta acoplado por medio de instrumentacion a una estructura de electrodo y traduce respuestas electromagneticas detectadas en estimaciones de una o mas propiedades o dimensiones del material seleccionados previamente, tales como permitividad dielectrica y conductividad ohmica, espesor de la capa, u otras propiedades fisicas que afectan a las propiedades dielectricas, o la presencia de otros objetos con perdidas o metalicos. Se desvela un sensor de dielectrometria, el cual puede estar conectado de diversas maneras para tener diferentes profundidades de penetracion eficaces de campos electricos pero con todas las configuraciones con el mismo hueco de aire, hueco de fluido, o compensacion de partida del corrector de compatibilidad, proporcionando de este modo la mejora en gran medida del rendimiento de los estimadores de propiedad al disminuir el numero de incognitas. La geometria del sensor consiste en una estructura periodica con, en todo momento, un solo elemento de deteccion que proporciona multiples longitudes de onda dentro de la misma huella del sensor.

Los sistemas que se han descrito anteriormente en el presente documento no son resonantes, de modo que las diferencias entre las senales a partir de diferentes tipos de tejidos son pequenas.

Por el contrario, la patente de Estados Unidos N° 5.227.730, de King y col., la patente de Estados Unidos N° 5.334.941, de King, y la patente de Estados Unidos N° US6411103, de Tobias anaden un elemento de resonancia.

La patente de Estados Unidos N° 5.227.730, de King y col. ensena un metodo y equipos para detectar propiedades dielectricas complejas de materiales dielectricos con perdidas (disipativos) in vivo o in vitro, en particular tejidos biologicos. Esta idea se basa en un sensor de resonancia similar a una aguja, que se inserta en el material de ensayo para medir sus propiedades dielectricas en la frecuencia de resonancia. La ventaja principal, en comparacion con los sensores que se han descrito anteriormente en el presente documento, es que debido al efecto de resonancia, las constantes dielectricas se pueden medir con una precision y resolucion mayores, y sobre un volumen mucho mas grande (del orden de un centimetro cubico). Por lo tanto, el sensor de resonancia es capaz de distinguir mejor entre tumores y tejido normal. El sensor de resonancia similar a una aguja, tal como se disena en King y col., tiene la forma de un resonador de dipolo que esta colocado en paralelo y adyacente a un cable de alimentacion coaxial en miniatura y esta aislado electricamente de este. El resonador de dipolo esta acoplado de forma inductiva a la potencia del microondas en el cable coaxial por medio de un corte de separacion circunferencial electricamente corto en la proteccion del cable. Mediante el acoplamiento del hueco al dipolo en su centro, se inducen corrientes en el dipolo de una manera perfectamente equilibrada y simetrica. Con un diseno apropiado del hueco de alimentacion, la impedancia del dipolo se puede emparejar bien con el cable coaxial con una reflexion muy pequena a partir del hueco en la frecuencia de resonancia del dipolo. Para regular el grado de acoplamiento entre el dipolo y el medio de ensayo, una cubierta dielectrica cilindrica fina encierra todo el conjunto. Dicha cubierta puede ser, por ejemplo, un cateter dielectrico dentro del cual se inserta el cable coaxial con su resonador de dipolo unido.

La patente de Estados Unidos N° 5.334.941, de King, describe un sensor in situ de contacto directo, altamente sensible para medir o controlar de forma no destructiva las propiedades dielectricas y conductoras complejas de solidos, liquidos, o gases a frecuencias de microondas. Un resonador de dipolo en microbanda de metal esta grabado sobre la superficie de un sustrato dielectrico que esta unido a un plano de tierra de cobre. El resonador de dipolo se acciona de forma electromagnetica por acoplamiento inductivo mutuo a una ranura de alimentacion no resonante corta formada en el plano de tierra. La ranura esta impulsada por una linea de alimentacion coaxial o una linea de alimentacion en microbanda que se extiende desde una fuente de frecuencia de microondas de barrido que excita a la onda incidente. Como alternativa, el resonador de metal se omite y la longitud de la ranura se incrementa de modo que se convierte en el resonador. En la practica, el sensor se coloca en contacto fisico estrecho con el material de ensayo que tiene una constante dielectrica compleja epsilon * (= .epsilon. '- j.epsilon.") o conductividad .sigma. Dado que la frecuencia de la fuente de microondas se barre, se produce una brusca caida en la onda reflejada a la frecuencia de resonancia, con la condicion de que la linea de alimentacion coaxial o la linea de alimentacion en microbanda esten acopladas casi criticamente a la corriente del sensor. La medida de la frecuencia de resonancia y el factor de acoplamiento de entrada determina pequenos cambios en .epsilon. ', . epsilon." y .sigma. con gran resolucion. Para disminuir el acoplamiento electromagnetico entre el resonador y el material de ensayo, y para proteger el resonador de danos y desgaste, se puede anadir un superestrato.

La patente de Estados Unidos N° 6.411.103, de Tobias y col., describe un sensor de campo de dispersion para medir las propiedades dielectricas de sustancias que incluye elementos de generacion para generar un campo electrico y proteger elementos para la proteccion del campo electrico generado. Los elementos de proteccion tienen al menos dos aberturas para el acoplamiento del campo electrico hacia el espacio exterior de modo que el campo electrico esta situado al menos parcialmente fuera de los elementos de proteccion.

Ademas, las solicitudes alemanas DE 19705260A1, DE 19734978A1 describe en sistemas en los que las sustancias a examinar se ponen en el resonador, para influir en la frecuencia de resonancia del circuito de resonancia.

El documento US2003/036674-A1 desvela sensores de tejido con elementos sensores que realizan la caracterizacion de tejidos.

El documento US2004/0065158- A1 desvela un metodo y un dispositivo para determinar la concentracion de una sustancia en liquidos corporales mediante la aplicacion de una frecuencia de resonancia a un electrodo que forma un condensador en un circuito de resonancia y para medir la respuesta.

El documento US2004/0254457- A1 ensena un aparato y un metodo para la formacion de imagenes en campo cercano de tejidos usando energia electromagnetica de banda ancha pulsada o continua aplicada a traves de antenas en campo cercano tales como las puntas de sonda coaxial.

Sumario de la invenci6n

La presente invencion se refiere a un sensor para la caracterizacion de tejidos, que comprende: un resonador, configurado para su colocacion proximalmente en un borde de un tejido para su caracterizacion, sin penetrar en el tejido, resonador que comprende una estructura conductora asociada con una dimension D de diametro equivalente, en un plano basicamente paralelo con el borde y un tamano de elemento d; y al menos un cable conductor, para proporcionar comunicacion con un sistema externo, en el que el resonador esta configurado para resonar a una frecuencia que corresponde a un intervalo de longitud de onda al aire libre de entre aproximadamente I y aproximadamente 40 I, en el que I es al menos aproximadamente diez veces el diametro equivalente de D, y en el que despues de recibir una senal en el intervalo de entre aproximadamente I y aproximadamente 40 I, el sensor se configura para inducir campos electricos y magneticos, en una zona cercana, en el tejido, zona cercana que tiene un diametro de aproximadamente D, de modo que el tejido en la zona cercana funciona de manera eficaz como parte del resonador, que influye en sus valores de resonancia, y por lo tanto el tejido en la zona cercana se caracteriza de este modo por sus propiedades electromagneticas, mediante la respuesta de resonancia del resonador.

A menos que se defina de otro modo, todos los terminos tecnicos y cientificos usados en el presente documento tienen el mismo significado tal como normalmente lo entiende un experto habitual en la materia a la que pertenece la presente invencion. Aunque en la practica o en el ensayo de la presente invencion se pueden usar metodos y materiales similares o equivalentes a los que se describen en el presente documento, metodos y materiales adecuados se describen a continuacion. En caso de conflicto, la memoria descriptiva de la patente, que incluye definiciones, lo controlara. Ademas, los materiales, metodos y ejemplos solamente son ilustrativos y no pretenden ser limitantes.

Breve descripci6n de los dibujos

La invencion se describe en el presente documento, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos. Con referencia especifica ahora a los dibujos en detalle, se hace hincapie en que los datos mostrados son solo a modo de ejemplo y para fines de analisis ilustrativo de las realizaciones preferentes de la presente invencion, y se presentan en la causa de proporcionar lo que se cree que es la descripcion mas util y mas facilmente comprensible de los principios y aspectos conceptuales de la invencion. En este sentido, no se hace ningun intento de mostrar detalles estructurales de la invencion con mas detalle que el que es necesario para una comprension fundamental de la invencion, y la descripcion proporcionada con los dibujos hace evidente para los expertos en la materia como se pueden realizar en la practica las varias formas de la invencion.

En los dibujos:

La Figura 1 ilustra de forma esquematica un sistema y un sensor para caracterizacion de tejidos, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invencion; Las Figuras 2A -2B ilustran de forma esquematica circuitos esquematicos del sensor para caracterizacion de tejidos, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invencion; Las Figuras 3A - 3N ilustran de forma esquematica diversas geometrias de las estructuras conductoras del sensor para caracterizacion de tejidos, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invencion; Las Figuras 4A -4C ilustran de forma esquematica el sensor para caracterizacion de tejidos, formado como una estructura flexible, fina, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion; Las Figuras 5A -5G ilustran de forma esquematica el sensor para caracterizacion de tejidos que funciona con una cubierta, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invencion; Las Figuras 6A - 6C ilustran de forma esquematica diversas maneras de combinar espiral y una helice, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invencion; y Las Figuras 7A and 7B ilustran de forma esquematica datos experimentales del sensor para la caracterizacion de tejidos de la presente invencion.

Descripci6n de las realizaciones preferentes

La presente invencion se refiere a un sensor para caracterizacion de tejidos de acuerdo con la reivindicacion 1, un sistema de acuerdo con la reivindicacion 2 y un uso de acuerdo con la reivindicacion 3. Modificaciones ventajosas establecen en las reivindicaciones dependientes adjuntas.

Antes de explicar al menos una realizacion de la invencion en detalle, se debe entender que la invencion no esta limitada en su aplicacion a los detalles de la estructura y a la colocacion de los componentes que se exponen en la siguiente descripcion o que se ilustran en los dibujos. La invencion es capaz de otras realizaciones o de ser puesta en practica o realizada de diversas maneras. Ademas, se debe entender que la fraseologia y la terminologia usada en el presente documento es para el fin de la descripcion y no se deberia considerar como limitante.

Haciendo referencia ahora a los dibujos, las Figura 1 ilustra de forma esquematica un sistema 10, que tiene un sensor 20 para caracterizacion de tejidos, de acuerdo con una primera realizacion de la presente invencion.

El sensor 20 tiene extremos proximal y distal, 21 y 29, con respecto a un tejido 18, que es el tejido que se va a caracterizar.

El sensor 20 incluye una estructura conductora 42, configurada para su colocacion proximalmente a un extremo 13 del tejido 18 para su caracterizacion, mientras que esta en el aire 16, es decir, sin penetrar en el tejido 18.

De acuerdo con una primera realizacion, ilustrada en la Figura 1, la estructura conductora 42 funciona como un sensor de resonancia 20.

Una estructura conductora 42 define un D de diametro equivalente -el diametro de un circulo que tiene un area de seccion transversal que es basicamente la misma que el area de seccion transversal del elemento 42. Por lo tanto, D define un area de seccion transversal en un lado del borde 13, basicamente paralelo con el borde 13. Preferentemente, D es de entre aproximadamente 3 mm y 25 mm. Se observara que otros valores, que son mayores

o menores, se pueden usar de forma similar. La estructura conductora 42 define adicionalmente una caracteristica del elemento d, que esta basada, por ejemplo, en un espesor del cable y un espaciamiento del cable, tal como se muestra mas adelante en el presente documento, en conjunto con la Figura 3B.

Ademas, la estructura conductora 42 esta asociada con un circuito 40, por acoplamiento de resistencia o por acoplamiento inductivo o de capacitancia. El circuito 40 se comunica con un sistema externas de control de generacion de senales y analisis 30, a traves de un acoplador 50 y una linea de transmision, por ejemplo, un cable coaxial 56.

La estructura conductora 42 esta configurada para resonar en un intervalo de longitudes de onda al aire libre de entre aproximadamente I y aproximadamente 40 I, en la que, es al menos aproximadamente diez veces el diametro equivalente D. Por lo tanto, el intervalo de longitudes de onda al aire libre es de entre aproximadamente I, y aproximadamente 40 I es generalmente equivalente a un intervalo de frecuencias de entre aproximadamente 10 Mhz y aproximadamente 5 Ghz.

Despues de recibir una senal en el intervalo de entre aproximadamente I y aproximadamente 40 I, la estructura conductora 42 se configura para inducir un campo electrico 12 y un campo magnetico 14, en una zona cercana 17 del tejido 18, en la que el campo electrico 12 penetra en el tejido 18 hasta una profundidad de d(E) y el campo magnetico 14 penetra en el tejido 18 hasta una profundidad de d(B), siendo ambos del orden de magnitud del tamano del elemento d. Preferentemente, d(B) es algo mayor que d(E), por ejemplo, por un factor de entre 1,1 y 5. Como alternativa, estos son basicamente los mismos. Sin embargo, se observara que en algunos casos, d(B) puede ser menor que d(E).

Por lo tanto, la region de penetracion es generalmente un disco 15 de un diametro, que es aproximadamente el diametro equivalente D, y un espesor de aproximadamente el tamano del elemento d, que comienza con el borde del tejido 13. El tejido 18 en el disco 15 funciona de forma eficaz como parte del resonador, variando su respuesta de resonancia. En consecuencia, el tejido 18 en el disco 15 se puede caracterizar basandose en sus propiedades electromagneticas, por su respuesta de resonancia.

Ademas, la estructura conductora 42 esta configurada como una antena ineficaz, para el intervalo de longitudes de onda al aire libre de entre aproximadamente I y aproximadamente 40 I, de modo que su eficacia de radiacion en una zona lejana 19 es inferior a un 0,1 %, y preferentemente inferior a un 0,01 %. Como resultado, las contribuciones en la zona lejana se minimizan y la caracterizacion del tejido esta limitada al disco 15 de la zona cercana 17, muy cerca del borde 13.

El efecto es similar al conseguido por la Patente Britanica N° GB01153980, de Einat y col., que describe una antena de RF, que funciona como una sonda para la identificacion y la caracterizacion del campo cercano. Tiene una primera y segunda porciones radiativas, que generan campos electromagneticos, que estan basicamente en oposicion, con el fin de suprimir la radiacion del campo lejano. La supresion del campo lejano minimiza la contribucion desde el campo lejano, cuando se busca la caracterizacion en el campo cercano.

El sistema externo de control y analisis de generacion de senales 30 incluye preferentemente un generador de senales 32, un analizador 34 y un controlador 36, aunque estos se pueden integrar en una sola unidad. Se puede proporcionar una interfaz de usuario, por ejemplo, en forma de discos de lectura y escritura 31, tales como, un disquete, un CD, un DVD, un disco de tipo llave y similares, para proporcionar parametros y ajustes de funcionamiento y para almacenar los resultados del ensayo. Una pantalla de visualizacion 38 puede mostrar la respuesta de resonancia. Se observara que tambien son posibles otros medios de salida, por ejemplo, una impresora o un fax. Se puede usar un teclado 35 para los datos de entrada tales como detalles del paciente, fecha y hora de un ensayo en particular, parametros de la senal y similares. Ademas, el controlador 36 puede incluir otros dispositivos de entrada y salida, por ejemplo, un puerto USB 33 y otras caracteristicas, tal como se conoce.

Ademas, haciendo referencia a los dibujos, las Figuras 2A y 2B ilustran circuitos esquematicos del sensor 20, de acuerdo con otras realizaciones de la presente invencion, en los que la estructura conductora 42 en conjunto con una estructura de soporte electronico funciona como el sensor de resonancia 20.

Tal como se observa en la Figura 2A, el sensor 20 se puede representar como un circuito 40, que incluyen la estructura conductora 42, configurada para su colocacion proximalmente al tejido 18. Ademas, el circuito 40 puede incluir un componente eficaz 44, que tiene una resistencia eficaz, una inductancia eficaz y una capacitancia eficaz, y que se puede conectar en serie con la estructura conductora 42, y un componente eficaz 46 que tiene una resistencia eficaz, una inductancia eficaz y una capacitancia eficaz, y que se puede conectar en paralelo con la estructura conductora 42.

En consecuencia, el componente eficaz 44 o los componentes eficaces 44 y 46 pueden formar la estructura de soporte electronico. Por lo tanto, el sensor de resonancia 20 puede estar formado de forma eficaz por la estructura conductora 42 y el componente eficaz 44, o por la estructura conductora 42 y los componentes eficaces tanto 44 como 46. Por lo tanto, de acuerdo con la presente realizacion, el sensor general 20 es el que esta configurado para resonar a una frecuencia que corresponde con un intervalo de longitudes de onda al aire libre de entre aproximadamente I y aproximadamente 40 I.

El acoplador 50 incluye preferentemente una estructura de conexion 52, que proporciona preferentemente al menos una de las capacidades de sintonizacion, conmutacion y sustitucion, por ejemplo, para cambiar la impedancia total del circuito 40, o de los componentes 44 y 46. Estas capacidades se pueden desear para optimizar de forma intercambiable el sensor 20 para caracterizar diferentes tipos de tejido, por ejemplo, tejido de mama, que es predominantemente grasa, tejido muscular, tejido de la piel y hueso.

Un conector 54 conecta la estructura de conexion 52 y la linea de transmision 56, preferentemente, a la vez que asegura la combinacion y el equilibrio de impedancias.

Tal como se observa en la Figura 2B, el sensor 20 se puede representar como dos circuitos 40A y 40B, que forman dos resonadores, 20A y 20B y que incluye dos estructuras conductoras 42A y 42B, conectadas en paralelo. Ademas, los circuitos 40A y 40B pueden incluir a los componentes eficaces 44A y 44B, teniendo cada uno una resistencia eficaz, una inductancia eficaz y una capacitancia eficaz, y que se pueden conectar en serie con las estructuras conductoras 42A y 42B y los componentes eficaces 46A y 46B, teniendo cada uno una resistencia eficaz, una inductancia eficaz y una capacitancia eficaz, y que se pueden conectar en paralelo con las estructuras conductoras 42A y 42B.

El resonador 20A puede estar formado de forma eficaz por la estructura conductora 42A y por el componente eficaz 44A, o por la estructura conductora 42A y por los componentes eficaces tanto 44A como 46A. El sensor de resonancia 20B puede estar formado de forma eficaz por la estructura conductora 42B y por el componente eficaz 44B, o por la estructura conductora 42B y por los componentes eficaces tanto 44B como 46B

Ademas, los dos circuitos 40A y 40B pueden estar asociados con las estructuras de conexion 52A y 52B, que proporcionan preferentemente al menos una de las capacidades de sintonizacion, conmutacion y sustitucion a los circuitos 42A y 42B.

El conector 54 conecta las estructuras de conexion 52A y 52B y la linea de transmision 56, preferentemente, a la vez que asegura la combinacion y el equilibrio de impedancias.

Ademas, haciendo referencia a las figuras, las Figuras 3A -3N ilustran de forma esquematica diversas geometrias para la estructura conductora 42 del sensor 20 para la caracterizacion de tejidos, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invencion.

Tal como se observa en las Figuras 3A y 3B, la estructura conductora 42 esta formada como una espiral plana 22, de un material conductor, tal como cobre, oro, u otro conductor, tal como se conoce. Un extremo interno 41 se puede conectar de forma resistiva al acoplador 50, a traves de un cable conductor 43. Sin embargo, un segundo extremo 47 puede estar libre, para que se pueda acoplar de forma inductiva o capacitiva al circuito 40 (Figura 2A). Como alternativa, el segundo extremo 47 puede estar conectado al acoplador 50, a la vez que el primer extremo 41 puede estar libre.

La espiral 22 esta asociada con el diametro equivalente D.

Tal como se observa en la Figura 3B, la espiral 22 se puede depositar sobre un sustrato 49, hasta un espesor de aproximadamente 2-30 micrometros. Se observara que otras dimensiones se pueden usar de forma similar. El sustrato puede ser, por ejemplo, policarbonato, cuarzo, u otro material tal como se conoce. La finalidad del sustrato 49 es proporcionar un soporte mecanico al sensor 20.

Preferentemente, una capa de aislamiento 48, por ejemplo, Kapton, de aproximadamente 4-50 micrometros, se puede aplicar sobre la espiral 22. Se observara que otras dimensiones se pueden usar de forma similar.

La anchura d1 del material conductor 45 y la separacion d2 generalmente son del mismo orden de magnitud, y se denominan tamano del elemento, indicado aqui como d. El tamano del elemento d puede influir en la capacidad de resolucion del sensor 20, especialmente en la resolucion espacial y preferentemente no es superior a la mitad del tamano de la capacidad de resolucion deseada. Por ejemplo, cuando se busca un tamano de objeto minimo detectable de aproximadamente 0,25 mm, se puede usar un tamano del elemento que es aproximadamente de aproximadamente 0,1 mm, siendo un 40 % de la capacidad de resolucion deseada.

Preferentemente, el tamano del elemento d es de entre aproximadamente 1/10 y 1/20 del diametro equivalente D.

La Figura 3C ilustra la espiral 22, con los extremos tanto 41 como 47 acoplados de forma resistiva al circuito 40, a traves de cables conductores 43.

La Figura 3D ilustra una espiral doble 22A, con los dos extremos interiores 41 acoplados de forma resistiva y estando libres los dos extremos exteriores 47.

Las Figuras 3E y 3F ilustran de forma esquematica una helice conica 24, que se deposita de forma similar sobre el sustrato 49. Sin embargo, el sustrato 49 tiene la forma de un embudo, para proporcionar el material conductor 45 con la forma de cono.

La helice conica 24 esta asociada con el diametro equivalente D y con una longitud L. Ademas, esta asociado con la anchura d1 del material conductor 45 y la separacion d2, del mismo modo que para la espiral 22. La helice conica 24 se muestra acoplada de forma resistiva. Como alternativa, puede estar acoplada de forma inductiva o capacitiva.

Las Figuras 3G -3K ilustran de forma esquematica la estructura conductora 42, en la que el material conductor 45 esta formado por dos peines 45A y 45B, insertados el uno en el otro, tal como se muestra en las Figuras 3H y 3I, para formar una estructura 28.

El material conductor 45 que forma la estructura 28 se puede depositar sobre el material aislante 48, tal como Kapton, de un espesor de aproximadamente 100 micrometros, y se puede cubrir con el material aislante 48, tal como Kapton, de un espesor de entre aproximadamente 4 y 50 micrometros.

Los puntos de contacto 55 proporcionan acoplamiento resistivo a la estructura 28.

Preferentemente, la estructura 28 se coloca sobre una region hueca 51, formada por una cubierta 53. La finalidad de la region hueca 51 es evitar una respuesta desde un lado distal de la estructura 28. Como alternativa, se puede usar un aislante electrico 51 en lugar de la region hueca 51.

Las Figuras 3L y 3N ilustran adicionalmente la helice conica 24, de la Figura 3F, depositada sobre el sustrato 49, en forma de embudo, para proporcionar el material conductor 45 con la forma de cono.

Una pared preferentemente tubular 37 de un material conductor encierra la helice conica 24, extendiendose mas alla de la helice conica en el lado proximal 21 con respecto al tejido, para formar una cavidad abierta 39.

Por lo tanto, mientras que la helice conica 24 tiene una longitud L, la pared 37 tiene una longitud L1, que en cierto modo es mayor que L, por ejemplo, en un 10 - 100 %.

Al igual que anteriormente, la helice conica 24 esta asociada con el diametro equivalente D y con los tamanos del elemento d1 y d2, de valor basicamente similar, con el fin de que se considere d, en la que el tamano del elemento d es preferentemente de aproximadamente una decima parte del diametro equivalente D. La helice conica 24 se muestra acoplada de forma resistiva. Como alternativa, puede estar acoplada de forma inductiva o capacitiva.

En esencia, la cavidad abierta 39 es tal como se ensena en la Patente de Estados Unidos N° 6.813.515 del mismo solicitante de Hashimshony, que describe un metodo y un sistema para examinar tejidos mediante: aplicacion de un pulso electrico al tejido a examinar a traves de una sonda formada con una cavidad abierta de modo que la sonda genera un campo electrico marginal en el tejido examinado dentro de la cavidad abierta y produce un pulso electrico reflejado a partir del mismo con una variacion insignificante que penetra en otros tejidos u organos biologicos cerca del tejido examinado; deteccion del pulso electrico reflejado; y comparacion de las caracteristicas electricas del pulso electrico reflejado con respecto al pulso electrico aplicado para proporcionar una indicacion de las propiedades dielectricas del tejido examinado.

En el presente ejemplo, visto en la Figura 3N, la region de penetracion del tejido 18 esta contenida dentro de la cavidad 39. El tejido 18 contenido dentro de la cavidad 39 funciona de forma eficaz como parte del resonador, variando su respuesta de resonancia. En consecuencia, el tejido 18 contenido dentro de la cavidad 39 se puede caracterizar basandose en sus propiedades electromagneticas, mediante su respuesta de resonancia.

Mientras que el ejemplo de la Figura 3N ilustra una cavidad abierta conica, una cavidad abierta cilindrica, por ejemplo, formada por adicion de las paredes tubulares conductoras 37 a la realizacion de las Figuras 3A y 3B, es igualmente posible.

Se observara que la estructura conductora 42 de una cualquiera de las Figuras 3A -3N tambien puede estar asociada con el circuito 40 de la Figura 2A, por acoplamiento de resistencias o por acoplamiento inductivo o capacitivo, en la que el circuito 40 se comunica con el sistema externo de control y analisis de generacion de senales 30, a traves del acoplador 50 y la linea de transmision, por ejemplo, el cable coaxial 56.

Como alternativa, la estructura conductora 42 de una cualquiera de las Figuras 3A -3N tambien puede estar asociada con los circuitos 40A y 40B de la Figura 2B, por acoplamiento de resistencias o por acoplamiento inductivo

o capacitivo.

Haciendo referencia adicional a los dibujos, las Figuras 4A - 4C ilustran de forma esquematica el sensor 20, formado como una estructura flexible, fina 75, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

Preferentemente, el sensor 20 incluye la espiral 22, de un espesor de aproximadamente 2 - 30 micrometros, depositada en el material aislante 48, tal como Kapton, de un espesor de aproximadamente 100 micrometros, y cubierta con el material aislante 48, tal como Kapton de un espesor de aproximadamente 4 -50 micrometros, siendo de este modo basicamente un autosoporte.

La estructura flexible 75 esta configurada para doblarse en una linea 77, de modo que en funcionamiento, la espiral 22 esta basicamente en un angulo recto con el resto de la estructura flexible 75. Ademas, la estructura flexible 75 esta adaptada para el funcionamiento cuando se inserta en una cubierta hueca 74, que tiene una cubierta superior 57 de policarbonato, en la que la espiral 22 forma una cubierta proximal sobre la cubierta superior 57 de policarbonato, para la formacion de contacto o casi contacto con el borde 13 del tejido 18 (Figura 1). La cubierta hueca 74 proporciona basicamente la region hueca eficaz 51, en el lado distal del sensor 22.

Se observara que la cubierta 74 puede estar rellena con un material aislante.

Se observara que la estructura flexible 75 puede estar unida a la cubierta 74 en lugar de estar insertada en esta.

Haciendo referencia adicional a los dibujos, las Figuras 5A -5G, ilustran de forma esquematica el sensor 20 que funciona con una cubierta 70, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invencion.

De acuerdo con la presente realizacion, el sensor 20 puede incluir la espiral 22 y una helice 26. �stas pueden estar conectadas en serie, o en paralelo, tal como se muestra en la Figura 2B. Ademas, cada una puede estar acoplada de forma resistiva. Como alternativa, cada una puede estar acoplada de forma inductiva o capacitiva, con el fin de que tenga un extremo libre.

La cubierta 70 incluye preferentemente una estructura de soporte interno 65, que tiene una cabeza circular 62 y una pata 64, con el fin de que tenga una seccion transversal en forma de T y que tiene unos extremos proximal y distal 61 y 69, con respecto al tejido.

La espiral 22 esta colocada preferentemente en la cabeza 62. La helice 26 puede estar enrollada alrededor de la pata 64. La pata 64 se puede usar adicionalmente para alojar el cable conductor 43 de la espiral 22.

La Figura 5G ilustra de forma esquematica el acoplador 50 que tiene la estructura de conexion 52 y el conector 54, en el extremo distal 69 de la cubierta 70.

Haciendo referencia a los dibujos, las Figuras 6A -6C ilustran de forma esquematica diversas maneras de combinar la espiral 22 y la helice 26, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invencion.

En la Figura 6A, la espiral 22 y la helice 26 estan conectados en paralelo y ambas estan acopladas de forma inductiva o capacitiva.

En la Figura 6B, la espiral 22 y la helice 26 estan conectadas en serie, and y ambas estan acopladas de forma inductiva o capacitiva. Se observara que tambien es posible una conexion en serie que esta acoplada de forma resistiva.

En la Figura 6C, la espiral 22 y la helice 26 estan conectados en paralelo y ambas estan acopladas de forma resistiva, a traves de los contactos 25.

Las Figuras 7A y 7B ilustran de forma esquematica datos experimentales del sensor para la caracterizacion de tejidos de la presente invencion.

La Figura 7A ilustra una amplitud del coeficiente de reflexion de una senal de reflexion.

La Figura 7B ilustra una fase del coeficiente de reflexion de una senal de reflexion.

Se observara que se puede usar al menos una de la amplitud y de la fase. Ademas, se pueden usar ambas.

Las Figuras 7A y 7B ilustran la naturaleza de la banda ancha del resonador de la presente invencion. Definiendo una respuesta como un cambio de al menos un 10 % en la amplitud del coeficiente de reflexion de una senal de reflexion (Figura 7A), se indica que el intervalo de la respuesta en la Figura 7A es de aproximadamente 180 a aproximadamente 260 MHz. En el presente ejemplo de la Figura 7A, el intervalo es de 80 MHz alrededor de un valor de resonancia de 220 MHz.

La banda ancha a menudo se define como �f/f, o en el presente ejemplo, 80/220. La expresion de la banda ancha en porcentaje lleva a un valor de un 36 %, o de � 18 %.

De acuerdo con otros ejemplos de la presente invencion, la banda ancha puede practicamente de � 50 %. Como alternativa, puede ser de al menos � 25 %, o de al menos � 15 %.

Tal como se usa en el presente documento, el termino "basicamente" hace referencia a � 10 %.

Tal como se usa en el presente documento, los terminos "generalmente," y "aproximadamente" hacen referencia a � 30 %.

Se observara que determinadas caracteristicas de la invencion, que, por claridad, se describen en el contexto de realizaciones separadas, tambien se pueden proporcionar en combinacion con una sola realizacion. Por el contrario, diversas caracteristicas de la invencion, que, por brevedad, se describen en el contexto de una sola realizacion, tambien se pueden proporcionar separadamente o en cualquier subcombinacion adecuada.

Aunque la invencion se ha descrito en conjunto con realizaciones especificas de la misma, es evidente que muchas alternativas, modificaciones y variaciones seran evidentes para los expertos en la materia. En consecuencia, se pretende abarcar todas dichas alternativas, modificaciones y variaciones que entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Un sensor (20) para caracterizacion de tejido en la zona cercana, que comprende:

   un resonador (40), configurado para su colocacion proximalmente a un borde de un tejido para su caracterizacion, sin penetrar en el tejido, resonador que comprende una estructura conductora (42) asociada a una dimension de diametro equivalente D, en un plano basicamente en paralelo con el borde (13), y al menos un cable conductor (43), para proporcionar comunicacion con un sistema externo, estando el resonador configurando para resonar a una frecuencia que corresponde a un intervalo de longitudes de onda al aire libre de entre aproximadamente I y aproximadamente 40 I, en el que I es al menos aproximadamente diez veces el diametro equivalente D, y en el que despues de recibir una senal en el intervalo de entre aproximadamente I y aproximadamente 40 I, el sensor esta configurado para inducir campos electricos y magneticos en la zona cercana en el tejido en el que en una zona lejana, el sensor tiene una eficacia de radiacion inferior a un 0,1 %, para el intervalo de longitudes de onda al aire libre de entre aproximadamente I y aproximadamente 40 I, minimizando las contribuciones de la zona lejana, siendo la zona cercana una region generalmente con forma de disco, delimitada por un diametro de aproximadamente D y una profundidad de penetracion, y siendo el sensor para conexion con un sistema externo de control y analisis de generacion de senales (30), en comunicacion con el sensor, a traves de al menos un cable conductor para proporcionar la senal y caracterizar dicho tejido usando una respuesta de resonancia del resonador; en el que la estructura conductora (42) es una de espiral plana; espiral doble; helice conica o dos peines insertados entre si que tiene una anchura del conductor (d1) y una separacion (d2) generalmente del mismo orden de magnitud que un tamano del elemento (d); siendo el resonador un resonador de banda ancha, resonador de banda ancha que esta disenado con un intervalo de respuesta en banda ancha �f/f de al menos � 15 %, siendo �f un intervalo de frecuencias para las que hay un cambio de al menos un 10 % en la amplitud del coeficiente de reflexion de una senal de reflexion del resonador, y f una frecuencia de resonancia correspondiente, y siendo la profundidad de la zona cercana de penetracion dicho tamano del elemento (d), la profundidad de penetracion, con dicha minimizacion de la zona lejana, asegurando que el tejido que esta localizado en la zona cercana varia las respuestas de resonancia del resonador, y permitiendo que el tejido en la zona cercana se caracterice por sus propiedades electromagneticas, por la respuesta de resonancia del resonador de banda ancha.

2. 2.

   Un sistema para caracterizacion de tejidos que comprende:

   el sensor de la reivindicacion 1, y un sistema externo de control y analisis de generacion de senales (30), en comunicacion con el sensor, a traves de al menos un cable conductor.

3. 3.

   Uso de un sensor de acuerdo con la reivindicacion 1 o de un sistema de acuerdo con la reivindicacion 2 o caracterizacion de tejidos.

4. 4.

   El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que el tamano del elemento d es entre aproximadamente 1/10 y 1/20 del diametro equivalente D.

5. 5.

   El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que el resonador comprende adicionalmente una estructura de soporte electronico.

6. 6.

   El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que la respuesta de resonancia esta seleccionada entre grupo que consiste en una amplitud del coeficiente de reflexion de una senal de reflexion y una fase del coeficiente de reflexion de una senal de reflexion.

7. 7.

   El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que el resonador esta configurado para reaccionar en un intervalo seleccionado entre el grupo que consiste en al menos aproximadamente � 50 % alrededor de un valor de resonancia, al menos aproximadamente � 25 % alrededor de un valor de resonancia.

8. 8.

   El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que el sensor incluye adicionalmente un conector a una linea de transmision, conector que proporciona un emparejamiento de impedancia basica entre el sensor y la linea de transmision.

9. 9.

   El sensor de la reivindicacion 8 o el sistema de la reivindicacion 8 o el uso de la reivindicacion 8, en los que el sensor incluye adicionalmente una estructura de conexion, asociada con el conector, para proporcionar una capacidad seleccionada entre el grupo que consiste en una capacidad de sintonizacion, una capacidad de conmutacion y una capacidad de sustitucion, a componentes del conector, para optimizar el sensor de forma intercambiable a diferentes aplicaciones.

10. 10.

    El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que el sensor esta formado como una estructura, seleccionada entre el grupo que consiste en:

    una estructura flexible fina, una estructura flexible fina, adaptada para funcionar cuando esta unida a una cubierta hueca, una estructura flexible fina, adaptada para funcionar cuando esta unida a una cubierta, rellena con un material electricamente aislante, una estructura flexible fina, adaptada para funcionar cuando se inserta en una cubierta hueca, una estructura flexible fina, adaptada para funcionar cuando se inserta en una cubierta, rellena con un material electricamente aislante.

11. 11.

    El sensor de la reivindicacion 1 o sistema de la reivindicacion 2 o uso de la reivindicacion 3, en los que la estructura conductora es la espiral plana o la espiral doble, el sensor esta formado como una estructura flexible fina, adaptada para funcionar de una forma seleccionada entre el grupo:

    cuando esta unida a una cubierta, y cuando esta insertada en una cubierta, en los que la estructura conductora se dobla para formar una parte superior proximal a la cubierta.

12. 12.

    El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que la estructura conductora esta formada como una helice conica y uso en el que el sensor esta depositado en un sustrato con forma de embudo.

13. 13.

    El sensor o sistema o uso de la reivindicacion 12, en los que el sensor incluye adicionalmente una pared tubular de un material conductor, que se extiende de forma proximal hacia el tejido, para formar una cavidad abierta, seleccionada entre el grupo que consiste en:

    una cavidad abierta conica, y una cavidad abierta cilindrica.

14. 14.

    El sensor o sistema o uso de la reivindicacion 15, en los que la zona cercana esta contenida dentro de la cavidad abierta.

15. 15.

    El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que la estructura conductora esta seleccionada entre el grupo que consiste en:

    una estructura conductora depositada sobre un sustrato de autosoporte, una estructura conductora, depositada sobre un sustrato fino y colocada sobre una cubierta que forma una region hueca, y una estructura conductora, depositada sobre un sustrato fino y colocada sobre una cubierta, que esta formada por un aislante electrico.

16. 16.

    El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que la estructura conductora esta formada por dos partes, una espiral basicamente plana y una helice, y adicionalmente en los que las dos partes estan conectadas de una manera seleccionada entre el grupo que consiste en, en paralelo y en serie.

17. 17.

    El sensor de la reivindicacion 1 o el sistema de la reivindicacion 2 o el uso de la reivindicacion 3, en los que el D esta entre aproximadamente 3 y aproximadamente 25 mm.