ES2633562T3 - Sonda óptica para sistema óptico de formación de imágenes - Google Patents

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    • G01N21/3151—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using two sources of radiation of different wavelengths

Abstract

Un dispositivo oxímetro de tejido que comprende: una sonda (108) para realizar mediciones de oxímetro; un conector de panel para interconectar una interfaz (112) de conexión a una unidad (104); la interfaz (112) de conexión para acoplar la sonda (108) a la unidad (104) y permitir a través del conector de panel el acoplamiento de la sonda (108) a una primera fuente (116) de radiación, una segunda fuente (120) de radiación, un primer fotodetector (136), y un segundo fotodetector (136), en donde la primera fuente de radiación, segunda fuente de radiación, primer fotodetector y segundo fotodetector son externos a la sonda (108); y un cabezal (128) de sensor que comprende una primera estructura de fuente y una segunda estructura de fuente para emitir luz y una primera estructura de detector y una segunda estructura de detector para detectar luz, estando las primera y segunda estructuras fuente dispuestas para ser acopladas a la primera y segunda fuentes (116,120) de radiación a través de la interfaz (112) de conexión, y estando dispuestas las estructuras de detector primera y segunda para acoplarse a los fotodetectores primero y segundo a través de la interfaz (112) de conexión, en donde las primera y segunda estructuras se disponen para definir un primer eje (214) que pasa a través del punto central de cada estructura (208a, 208b) de detector, una distancia desde una línea (216) central que pasa a través de un punto central de la primera estructura (204a) fuente hasta el primer eje (214) define un segmento de primera línea, una distancia desde una línea (218) central que pasa a través de un punto central de la segunda estructura (204b) fuente hasta el primer eje (214) define un segmento de segunda línea, que es paralelo al segmento de primera línea, en donde cada una de las líneas centrales y el primer eje son aproximadamente paralelas a un eje x (212a) y en donde la línea (216) central de la primera estructura (204a) fuente es paralela a, pero no coincide con, la línea (218) central de la segunda estructura (204b) fuente y las longitudes de los segmentos de primera y segunda línea a lo largo de un eje y (212b) no son iguales, y en donde la unidad (104) está configurada para alojar la primera fuente (116) de radiación, segunda fuente (120) de radiación, primer fotodetector (136) y segundo fotodetector (136), en donde la unidad (104) es externa a la sonda 108), la primera fuente de radiación es para generar la primera luz, la segunda fuente de radiación es para generar la segunda luz, el primer fotodetector es para detectar la tercera luz, el segundo fotodetector es para detectar la cuarta luz y la unidad (104) aloja un combinador (124) de haz para acoplar la primera y segunda fuentes (116, 120) de radiación, siendo el combinador (124) de haz externo a la sonda (108).

Description

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DESCRIPCION
Sonda optica para sistema optico de formacion de imageries Antecedentes de la Invencion
1. Campo de la Invencion
La presente invencion se relaciona de manera general con sistemas opticos de formacion de imagenes que supervisan los niveles de oxlgeno en el tejido. Mas especlficamente, la presente invencion se relaciona con sondas opticas que incluyen fuentes y detectores que no se disponen simetricamente en cabezales de sensor de las sondas opticas.
2. Descripcion de la Tecnica Relacionada
Se ha utilizado espectroscopla de infrarrojo cercano para medicion no invasiva de diversas propiedades fisiologicas en sujetos animales y humanos. El principio basico subyace a la espectroscopla de infrarrojo cercano es que los tejidos fisiologicos incluyen diversos cromoforos altamente dispersantes a las ondas de infrarrojo cercanas con absorcion relativamente baja. Muchas sustancias en un medio pueden interactuar o interferir con las ondas de luz de infrarrojo cercano que se propagan a traves de estas. Los tejidos humanos, por ejemplo, incluyen numerosos cromoforos tales como hemoglobina oxigenada, hemoglobina desoxigenada, agua, llpido, y citocromo, en donde las hemoglobinas son los cromoforos dominantes en el rango de espectro de aproximadamente 700 nm a aproximadamente 900 nm. De acuerdo con lo anterior, la espectroscopla de infrarrojo cercano se ha aplicado para medir los niveles de oxlgeno en el medio fisiologico tal como saturacion de oxlgeno de hemoglobina de tejido y concentraciones totales de hemoglobina.
Se han desarrollado diversas tecnicas para la espectroscopla de infrarrojo cercano, por ejemplo, espectroscopla resuelta en el tiempo (TRS), espectroscopla de modulacion de fase (PMS), y espectroscopla de onda continua (CWS). En un modelo homogeneo y semi-infinito, se han utilizado TRS y pMs para obtener el espectro de un coeficiente de absorcion y coeficiente de dispersion reducido del medio fisiologico al resolver una ecuacion de difusion de fotones, y para calcular las concentraciones de hemoglobinas oxigenadas y desoxigenadas as! como tambien saturacion de oxlgeno del tejido. El CWS se ha disenado generalmente para resolver una ecuacion Beer- Lambert modificada y para medir cambios en las concentraciones de hemoglobinas oxigenadas y desoxigenadas.
A pesar de su capacidad de proporcionar las concentraciones de hemoglobina as! como tambien la saturacion de oxlgeno, un inconveniente principal de TRS y PMS es que el equipo es voluminoso y costoso. El CWS se puede fabricar a un coste menor pero limitado en su utilidad debido a que no puede calcular la saturacion de oxlgeno de los cambios en las concentraciones de hemoglobinas oxigenadas y desoxigenadas.
La Formacion de Imagenes por Difusion Optica y Espectroscopla (ODIS) permiten que el tejido se caracterice con base en mediciones de dispersion de fotones y absorcion. En el tejido tal como tejido humano, la luz infrarroja cercana es altamente dispersa y mlnimamente absorbida. La formacion de imagenes difusion optica se logra al enviar las senales opticas en tejido y medir la reflectancia difusa correspondiente o transmitancia en la superficie del tejido.
La dispersion se provoca por la estructura heterogenea de un tejido y, por lo tanto, es un indicador de la densidad de una celda y el tamano nuclear de la celda. La absorcion se provoca mediante interaction con cromoforos. El ODIS emite luz en el tejido a traves de un sensor. La position de la fuente de luz que emite luz y un detector que detecta luz permite que se determine una profundidad de medicion. Se puede utilizar una relation de oxihemoglobina y desoxihemoglobina para permitir la medicion sustancialmente en tiempo real de oxlgeno, por ejemplo, niveles de saturacion de oxlgeno.
Dentro de los sistemas ODIS, los sensores que entran en contacto con superficies de tejido tienen de manera general fibras opticas dispuestas en una capa sustancialmente simetrica. Es decir, fibras opticas que se acoplan a las fuentes de luz se disponen en una orientation sustancialmente simetrica con relacion a fibras opticas que se acoplan a detectores de luz. Aunque una orientacion simetrica es efectiva en permitir que se midan niveles de saturacion de oxlgeno, la fabrication de dicho sensor es frecuentemente diflcil, cuando la colocation exacta de las fibras opticas dentro del sensor es crucial. Adicionalmente, cuando la anatomla del tejido o estructura subyacente no es sustancialmente simetrica, el uso de un sensor con una orientacion simetrica no puede permitir mediciones exactas que se hacen facilmente.
El documento WO 00/28887 A divulga un dispositivo para la detection no invasiva del metabolismo del oxlgeno y los datos derivados del mismo por medio de un sensor optico que se coloca sobre el tejido. El documento US
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2003/144583 A1 divulga sistemas de formation de imagenes opticas, sondas opticas de los mismos y metodos para ello utilizando la autocalibracion de sus senales de salida.
Por lo tanto, lo que se necesita es un sensor que es relativamente facil de fabricar, y se dispone para ser utilizado en el tejido que no puede tener una anatomla simetrica. Es decir, lo que se desea es un sensor con una capa de fibras opticas para fuentes de luz y fibras opticas para detectores que facilita el uso con tejido que tiene sustancialmente cualquier anatomla.
Resumen de la Invention
La presente invencion se define por las reivindicaciones, y se relaciona con una sonda con un sensor que soporta las fibras de fuente y las fibras de detector de tal manera que las fibras de fuente tienen una disposition sustancialmente no simetrica con relation a las fibras de detector. De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, una disposicion de sensor que es adecuada para uso en un sistema optico de formacion de imagenes y se dispone para contactar un cuerpo tal como tejido incluye una primera estructura de fuente, una segunda estructura fuente, y una disposicion de detector. La primera estructura fuente proporciona un primer haz de luz y la segunda estructura fuente proporciona un segundo haz de luz. La disposicion de detector incluye estructuras de detector que tienen cada una un punto central, y recibe el primer haz de luz y el segundo haz de luz despues del primer haz de luz y el segundo haz de luz se reflejan del cuerpo. La disposicion de detector se dispone para definir un primer eje que pasa a traves del punto central de cada estructura de detector, y una distancia desde un punto central de la primera estructura fuente hasta el primer eje no es igual a una distancia desde un punto central de la segunda estructura fuente hasta el primer eje.
En una realization, una diferencia entre la distancia desde el punto central de la primera estructura fuente hasta el primer eje y la distancia desde el punto central de la segunda estructura fuente tiene por lo menos aproximadamente 0.03 millmetros. En dicha realizacion, la distancia desde el punto central de la primera estructura fuente hasta el primer eje puede ser aproximadamente 0.020 millmetros y la distancia desde el punto central de la segunda estructura fuente hasta el primer eje puede ser aproximadamente 0.24 millmetros.
Una sonda con un sensor o un cabezal de sensor que tiene estructuras fuentes en una orientation no simetrica con respecto a las estructuras de detector permite que el cabezal de sensor se utiliza para supervisar el tejido con una anatomla que subyace que no es sustancialmente simetrica. La falta de simetrla tambien pierde efectivamente las tolerancias de fabrication asociadas con la fabrication de dicho sensor. Cualquier atenuacion asociada con la orientacion de desfase de fibras opticas que se acoplan a fuentes de luz se compensa normalmente a traves del uso de dispositivos de codigo de software que se ejecutan con respecto a un sistema optico de formacion de imagenes. Por lo tanto, la cantidad de compensation aplicada puede variar relativamente facilmente como se necesita para acomodar las inexactitudes en el posicionamiento de fibras opticas con respecto al sensor.
De acuerdo con otro aspecto, una disposicion de sensor que es adecuada para uso en un sistema optico de formacion de imagenes incluye una primera estructura de fuente que se dispone para proporcionar un primer haz de luz y una segunda estructura fuente que se dispone para proporcionar un segundo haz de luz. La disposicion de sensor tambien incluye una disposicion de detector que tiene una primera estructura de detector con un primer punto central y una segunda estructura de detector con un segundo punto central. La disposicion de detector se dispone para recibir el primer haz de luz y el segundo haz de luz despues del primer haz de luz y el segundo haz de luz se reflejan de un cuerpo. Una orientacion de la primera estructura fuente con respecto a la disposicion de detector no es simetrica con relacion a una orientacion de la segunda estructura fuente con respecto a la disposicion del detector.
De acuerdo con todavla otro aspecto, un metodo para tomar una medicion de saturation de oxlgeno de tejido utilizando un sistema optico que utiliza una sonda con un cabezal de sensor en la que una primera estructura de fuente y una segunda estructura fuente se desfasan con relacion a estructuras de detector que implica el posicionamiento del cabezal de sensor en contacto con el tejido y transmitir luz en el tejido a traves de la primera estructura fuente y la segunda estructura fuente. El metodo tambien implica recibir la luz reflejada del tejido a las estructuras de detector que incluyen caracterlsticas de atenuacion, y procesamiento de la luz reflejada utilizando una pluralidad de fotodetectores. El procesamiento de la luz reflejada utilizando la pluralidad de fotodetectores incluye compensar las caracterlsticas de atenuacion utilizando un compensador de atenuacion.
De acuerdo con todavla otro aspecto de la presente invencion, una sonda que se puede utilizar como una parte de un sistema optico para supervisar los niveles de oxlgeno en el tejido incluye una interfaz de acoplamiento que permite que la sonda se acople a las fuentes de luz y detectores. Un cabezal de sensor de la sonda se dispone para contactar el tejido, y soporta una primera estructura de fuente, una segunda estructura fuente, y una disposicion de detector. La primera estructura fuente y la segunda estructura fuente se acoplan a las fuentes de luz por medio de la interfaz de acoplamiento, mientras que la disposicion de detector se acopla a los detectores a traves de la interfaz de acoplamiento. Una orientacion de la primera estructura fuente con relacion a la disposicion de detector no es simetrica con respecto a una orientacion de la segunda estructura fuente con relacion a la disposicion de detector.
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En una realizacion, la disposicion de detector incluye estructuras de detector que tienen cada uno un punto central. En dicha realizacion, la disposicion de detector recibe el primer haz de luz y el segundo haz de luz despues del primer haz de luz y el segundo haz de luz se reflejan del tejido. La disposicion de detector define un primer eje que pasa a traves del punto central de cada estructura de detector de la pluralidad de estructuras de detector de tal manera que una distancia desde un punto central de la primera estructura fuente hasta el primer eje no es igual a una distancia desde un punto central de la segunda estructura fuente hasta el primer eje.
Estas y otras ventajas de la presente invencion llegaran a ser evidentes luego de la lectura de las siguientes descripciones detalladas y estudio de las diversas figuras de los dibujos.
Breve Descripcion de los Dibujos
La invencion se puede entender mejor con referencia a la siguiente descripcion tomada en conjunto con los dibujos que acompanan en los que:
La FIGURA 1A es una representacion del diagrama de bloques de un sistema optico de formacion de imagenes con un cabezal de sensor que incluye fuentes en una disposicion de desfase con relacion a detectores de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La FIGURA 1B es una representacion del diagrama de bloques de un sistema optico de formacion de imagenes con un cabezal de sensor que incluye fuentes en una disposicion de desfase con relacion a detectores, es decir, sistema optico de formacion de imagenes 100 de la FIGURA 1A, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La FIGURA 2A es una representacion diagramatica de un cabezal de sensor con un par de luces fuente que estan en una disposicion de desfase con relacion a un par de detectores de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La FIGURA 2B es una representacion diagramatica de un cabezal de sensor con un par de luces fuente que estan en una disposicion de desfase con relacion a un grupo de cuatro detectores de acuerdo con una primera realizacion de la presente invencion.
La FIGURA 2C es una representacion diagramatica de un cabezal de sensor con un par de luces fuente que estan en una disposicion de desfase con relacion a un grupo de cuatro detectores de acuerdo con una segunda realizacion de la presente invencion.
La FIGURA 3 es una representacion del diagrama de bloques de luz fuentes y detectores que estan asociados con un cabezal de sensor de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La FIGURA 4 es un diagrama de flujo de proceso que ilustra un metodo para utilizar un cabezal de sensor con fuentes de luz que estan en una disposicion de desfase con relacion a detectores de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La FIGURA 5 es una representacion diagramatica de un sistema optico de formacion de imagenes que incluye una consola y una sonda desacoplable con un cabezal de sensor con fuentes de luz que estan en una disposicion de desfase con relacion a detectores de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
Descripcion Detallada de las Realizaciones
Un cabezal de sensor es aquel cuyas fibras opticas se acoplan a fuentes de luz se disponen en una orientacion de desfase con relacion a fibras opticas que se acoplan a detectores le permite al cabezal de sensor ser utilizado en areas en las que el tejido que se supervisa no es sustancialmente simetrico. Cualquier atenuacion asociada con la orientacion de desfase de las fibras opticas que se acoplan a fuentes de luz se compensa normalmente a traves del software. Dicho cabezal de sensor es relativamente facil de fabricar ya que la colocacion de fibras opticas que se acoplan a fuentes de luz es menos rlgida, es decir, cualquier ligera variacion en la colocacion de las fibras opticas se puede corregir para utilizar el software que compensa la atenuacion. Adicionalmente, el uso de software para compensar la atenuacion asociada con la colocacion de fibras opticas en un cabezal de sensor permite esencialmente que el cabezal de sensor se utilice con anatomlas de tejido simetricas y asimetricas.
Como se entendera por aquellos expertos en la tecnica, un volumen de tejido sustancialmente inmediatamente por debajo de un cabezal de sensor puede ser homogeneo o no homogeneo dependiendo de las estructuras anatomicas actuales contenidas dentro de este volumen. Por via de ejemplo, cuando un cabezal de sensor se posiciona en la piel subyacente a una region gruesa de tejido adiposo, la distribucion de celdas de sello y capilaridades que contienen hemoglobina oxigenada es generalmente relativamente uniforme, es decir, simetrica y homogenea. Sin embargo, un cabezal de sensor se puede posicionar sobre un volumen de tejido en el que la estructura que subyace
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incluye arterias, venas, hueso, tendones, cartliago, fascia, musculo, o lesiones pigmentadas. Dicho tejido puede tener anatomlas asimetricas que provocan que la luz se refleje o absorba asimetricamente debido, por ejemplo, a regiones que estan reflectivas o absortivas inusualmente. El software que compensa la atenuacion puede eliminar las lecturas asociadas con luz que refleja las estructuras tal como hueso. Las fibras opticas que se acoplan a fuentes y se posiciona en un cabezal de sensor en una orientacion de desfase con relacion a fibras opticas acopladas a detectores pueden facilitar la transmision y lectura de luz que evita estructuras tal como hueso. Por lo tanto, el uso de orientaciones de fibra optica de fuente de desfase facilita la creacion de cabezales de sensor especializados que se pueden utilizar para medir la saturation de oxlgeno en muchas partes diferentes de un cuerpo.
La FIGURA 1A es una representation del diagrama de bloques de un sistema optico de formation de imagenes con un cabezal de sensor que incluye disposiciones de fuente dispuestas en una orientacion de desfase con relacion a las disposiciones de detector de acuerdo con una realization de la presente invention. Un sistema optico de formacion de imagenes 100 incluye una unidad 104 y una sonda 108 que se acoplan por via de una interfaz de conexion 112. La interfaz de conexion 112 es de manera general una interconexion hermetica a la luz con un bloqueo de seguridad laser que se dispone para evitar sustancialmente la luz laser que se emite a traves de la interfaz de conexion 112 cuando la sonda 108 no se acopla a la unidad 104. La interfaz de conexion 112 normalmente incluye un conector de panel (no mostrado) unido a la unidad 104 y un conector de cable (no mostrado) unido a la sonda 108.
La unidad 104 incluye una primera fuente de luz 116 y una segunda fuente de luz 120. La primera fuente de luz 116 y segunda fuente de luz 120, en la realizacion descrita, son cada una fuente de luz de longitud de onda duales. En otras palabras, la primera fuente de luz 116 proporciona dos longitudes de onda de luz y la segunda fuente de luz 120 proporciona dos longitudes de onda de luz. La primera fuente de luz 116 y la segunda fuente de luz 120 cada una pueden incluir un diodo de laser que proporciona un haz de luz o pulso en una frecuencia inferior y un diodo de laser que proporciona un haz de luz o pulso en una frecuencia mayor. Por via de ejemplo, la primera fuente de luz 116 y la segunda fuente de luz 120 cada una pueden incluir un diodo de laser que produce la luz roja visible de una longitud de onda de aproximadamente 690 nanometros (nm) y un diodo de laser que produce la luz roja visible de una longitud de onda de aproximadamente 830 nm. Sin embargo, cabe apreciar que las longitudes de onda de luz producidas por diodos de laser asociados con la primera fuente de luz 116 y la segunda fuente de luz 120 pueden variar ampliamente.
La luz emitida por la primera fuente de luz 116 y la luz emitida por la segunda fuente de luz 120 se proporcionan a un combinador de haz 124 por medio de fibras opticas (no mostradas). Cada diodo de laser asociado con la primera fuente de luz 116 y cada diodo de laser asociado con segunda fuente de luz 120 se proporcionan en una fibra optica separada (no mostrado). El combinador de haz 124 fusiona efectivamente la luz de los diodos de laser de la primera fuente de luz 116 y fusiona la luz de los diodos de laser de la segunda fuente de luz 120. Luego se proporciona luz emergida por medio de fibras de salida (no mostradas) para interfaz de conexion 112. Las fibras de salida se disponen para permitir la luz emergida o combinada que se homogeniza para asegurar que la luz que se distribuye uniformemente sustancialmente a traves de las fibras de salida cuando la luz ingresa a la interfaz de conexion 112.
A traves de la interfaz de conexion 112, la luz se proporciona a un cabezal de sensor 128 de sonda 108. Dentro del cabezal de sensor 128, las fibras opticas (no mostradas) proporcionan la luz emergida asociada con primera fuente de luz 116 y la luz emergida asociada con la segunda fuente de luz 120 a una superficie de cabezal de sensor 128 que se dispone para entrar en contacto con el tejido 132. Las fibras opticas (no mostradas) se posicionan de tal manera que tienen una orientacion de desfase con respecto a fibras opticas (no mostradas) que estan asociados con fotodetectores 136 dentro de la unidad 104. La orientacion de las fibras opticas de fuente y fibras opticas de detector se describiran adelante con respecto a las FIGURAS 2A-2C.
Cuando el cabezal de sensor 128 provoca que la luz se transmita en el tejido 132, la luz reflejada se recolecta mediante fibras de detector opticas (no mostradas) que se acoplan a fotodetectores 136. En general, por lo menos dos fotodetectores 136 se incluyen dentro de la unidad 104 y se configuran para que sean sensibles a la luz que se transmite por la primera fuente de luz 116 y la segunda fuente de luz 120. Un compensador de atenuacion 140 dentro de la unidad 104 se dispone de manera general para compensar cualquier atenuacion en la luz reflejada que resulta de la orientacion de desfase de fibras opticas fuente (no mostradas) con relacion a fibras opticas de detector (no mostradas). En una realizacion, el compensador de atenuacion 140 proporciona efectivamente la compensation utilizando un algoritmo matematico que constituye relaciones en las que los coeficientes de atenuacion se pueden encontrar en un numerador y un denominador y por lo tanto, se pueden anular. Dichas relaciones pueden utilizar intensidades de luz segun se detecte por fotodetectores 136 en dicha forma que los factores de atenuacion tienen poco efecto en la evaluation de las propiedades opticas de tejido 132 por debajo del cabezal de sensor 128. Cabe apreciar que el compensador de atenuacion 140 de manera general se puede incorporar sustancialmente en el software o firmware que ejecuta un algoritmo que determina los niveles de saturacion de oxlgeno.
La FIGURA 1B es una representacion del diagrama de bloques del sistema optico de formacion de imagenes 100 de la FIGURA 1A que muestra la ruta de luz emitida por fuentes de luz, es decir, la primera fuente de luz 116 y la segunda fuente de luz 120 de la FIGURA 1A, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. Cuando
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primera fuente de luz 116 emite luz en dos longitudes de onda, la luz de la primera longitud de onda 152a y la luz de la segunda longitud de onda 152b se proporcionan por el combinador de haz 124 que fusiona efectivamente la luz en una corriente de luz 152c que se proporciona un cabezal de sensor 128, por ejemplo, a traves de las fibras de fuente opticas. De forma similar, cuando la segunda fuente de luz 120 emite luz en dos longitudes de onda, la luz de la primera longitud de onda 156a y la luz de la segunda longitud de onda 156b se fusionan en una corriente de luz 156c por el combinador de haz 124 que proporciona un cabezal de sensor 128. Las corrientes de luz 152c, 156c se transmiten en el tejido 132 que refleja el tejido 132, a traves del cabezal de sensor 128 a fotodetectores 136.
Como se menciono previamente, las fibras de fuente opticas se disponen de tal manera que en una superficie de un cabezal de sensor que se dispone para entrar en contacto con tejido, las fibras de fuente opticas tienen una orientacion de desfase con relacion a las fibras de detector opticas. Con referencia a la FIGURA 2A, la orientacion de las fibras de fuente con respecto a las fibras de detector se describira de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. Un cabezal de sensor 200, que puede tener sustancialmente cualquier forma o tamano, es una parte de una sonda que es una parte de un sistema general que mide los niveles de saturation de oxlgeno en el tejido. El cabezal de sensor 2O0 se dispone para acomodar las disposiciones de fuente 204a, 204b, y las disposiciones de detector 208a, 208b. Para facilidad de discusion, aunque las disposiciones de fuente 204a, 204b son de manera general cables de fibra optica o fibras opticas acopladas a fuentes de luz y las disposiciones de detector 208a, 208b son de manera general cables de fibra optica o fibras opticas acopladas a fotodetectores, las disposiciones de fuente 204a, 204b se denominan aqul como fuentes y las disposiciones de detector 208a, 208b se denominan aqul como detectores.
Las fuentes 204a, 204b se disponen de tal manera que estan en una disposition de desfase con relacion a detectores 208a, 208b. Es decir, la fuente 204a y la fuente 204b no son equidistantes a detectores 208a, 208b con relacion a por lo menos un eje. Los detectores 208a, 208b se disponen de tal manera que una llnea central 214 de detectores 208a, 208b es aproximadamente paralela a un eje x 212a. Normalmente, la llnea central 214 que pasa a traves de un punto central de cada detector 208a, 208b. Las fuentes 204a, 204b se disponen de tal manera que una llnea central 216 de la fuente 204a es paralela a una llnea central 218 de la fuente 204b, pero no es coincidente con la llnea central 218. La llnea central 216 que pasa a traves de un punto central de la fuente 204a y es paralela al eje x 212a, mientras que la llnea central 216 pasa a traves de un punto central de la fuente 204b y es paralela al eje x 212b.
Una distancia y1 entre la llnea central 214 y la llnea central 216 a lo largo de un eje y 212b difiere de una distancia y2 entre la llnea central 214 y la llnea central 218. Aunque la distancia y2 se muestra que es mayor que la distancia y1, cabe apreciar que la distancia y1 puede en su lugar ser mayor que y2. La diferencia entre la distancia y2 y la distancia y1 se de manera general caracterlstica de la disposicion de desfase, o la disposicion sustancialmente no balanceada, de fuentes 204a, 204b con relacion a detectores 208a, 208b. En otras palabras, se presenta efectivamente una falta de simetrla en la colocation de fuentes 204a, 204b.
En general, se pueden utilizar mas de dos detectores en conjunto con un par de detectores para supervisar la saturacion de oxlgeno en el tejido. Por via de ejemplo, se pueden utilizar tres o cuatro detectores para detectar la luz que se proporciona por un par de fuentes y se refleja de una superficie de tejido. Cabe apreciar que algo de luz se puede reflejar del tejido en diversas profundidades por debajo de la superficie del tejido. Es decir, la luz se puede reflejar de la superficie de tejido y de tejido que esta debajo de la superficie. El tejido que esta debajo de la superficie y permite que la luz se refleje puede ser tan profunda como aproximadamente un centlmetro por debajo de la superficie del tejido. La FIGURA 2B es una representation diagramatica de un cabezal de sensor que se dispone para incluir un par de fuentes o, mas especlficamente, disposiciones de fuente y cuatro detectores o, mas especlficamente, las disposiciones de detector, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. Un cabezal de sensor 220 incluye cuatro detectores 228a-d que se disponen de tal manera que los puntos centrales de los detectores 228a-d se alinean sustancialmente a lo largo de una llnea central 234 que es sustancialmente paralela a un eje x 232a. El cabezal de sensor 220 tambien incluye fuentes 224a, 224b que pueden incluir cada un punto central. Una llnea central 236 que es paralela al eje x 232a que pasa a traves del punto central de la fuente 224a, y una llnea central 238 que es paralela al eje x 232a que pasa a traves del punto central de la fuente 224.
En la realizacion descrita, una distancia y1 a lo largo de un eje y 232b entre la llnea central 234 y la llnea central 236 no es igual a una distancia y2 a lo largo del eje y 232b entre la llnea central 234 y la llnea central 238. La distancia y1 puede ser aproximadamente 0.2 millmetros (mm), como por ejemplo aproximadamente 0.197 mm, mientras que la distancia y2 puede ser aproximadamente 0.24 mm, como por ejemplo 0.236 mm. Cabe apreciar que la distancia y1 y la distancia y2 pueden variar ampliamente dependiendo de cualquier numero de factores. Los factores incluyen, pero no se limitan a, el tamano general de fuentes 224a, 224b y detectores 228a-d, el tamano general del cabezal de sensor 220, y se pretende la aplicacion del cabezal de sensor 220. Aunque la distancia y2 se muestra como que es mayor que la distancia y1, la distancia y1 en su lugar puede ser mayor que la distancia y2. En general, la diferencia entre la distancia y2 y la distancia y1 es por lo menos aproximadamente 0.3 mm. Por ejemplo, la distancia y2 y la distancia y1 puede diferir mediante aproximadamente 1.0 mm.
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El posicionamiento de las fuentes 224a, 224b y detectores 228a-d puede variar ampliamente. Por via de ejemplo, para una realization en la que las fuentes 224a, 224b y detectores 228a-d tienen cada uno aproximadamente un mm en el diametro, los puntos centrales de las fuentes 224a, 224b se pueden separar mediante una distancia d2 que es aproximadamente 0.22 mm con relation al eje x 232a y mediante una distancia y4 que es aproximadamente 0.04 mm. Los detectores 228a-d se pueden disponer de tal manera que la llnea central 234 se desfasa desde un borde superior del cabezal de sensor 220 mediante una distancia y3 que es aproximadamente 0.06 mm, y de tal manera que los detectores adyacentes 228a-d se separan por una distancia d1 que esta entre aproximadamente 0.06 mm a aproximadamente 0.07 mm. El cabezal de sensor 220 puede tener un ancho de aproximadamente 0.34 mm a lo largo del eje x 232a y una altura de aproximadamente 0.49 mm a lo largo del eje y 232b cuando los detectores 228a- d y fuentes 224a, 224b se separan como se describio anteriormente. Sin embargo, el cabezal de sensor 220 de manera general tiene dimensiones que pueden variar ampliamente, por ejemplo, dimensiones que pueden variar dependiendo de la aplicacion para la que se pretende el cabezal de sensor 220.
Aunque se ha descrito la falta de simetrla en el posicionamiento de los sensores con relacion a detectores que es tal que la distancias entre los sensores y detectores no son iguales con relacion a al eje y, una falta de simetrla en su lugar o adicionalmente puede tener una falta de simetrla con relacion a un eje x. Con referencia luego a la FIGURA 2C, se describira un cabezal de sensor que incluye un par de fuentes que estan en una disposition de desfase con relacion a un grupo de cuatro detectores con respecto a un eje x. Un cabezal de sensor 240 incluye cuatro detectores 248a-d, aunque puede variar el numero de detectores 248a-d. Los detectores 248a-d se disponen de tal manera que una llnea central 254 es sustancialmente paralela a un eje x 252a y que pasa a traves del punto central de cada detector 248a-d. Un primer detector 248a y un ultimo detector 248d, es decir, los detectores que estan mas alejados con relacion al eje x 252a, se utilizan para definir una llnea que divide central 262 de detectores 248a-d. La llnea central que divide 262 es paralela a un eje y 252b, y se dispone de tal manera que una distancia x3 desde el punto central del detector 248a hasta la llnea central que divide 262 es sustancialmente igual a una distancia x4 desde el punto central del detector 248d hasta la llnea central que divide 262. Es decir, la llnea central que divide 262 se dispone para pasar a traves de un punto central medio entre el punto central del detector 248a y el punto central del detector 248d de tal manera que la llnea central que divide 262 es sustancialmente perpendicular a la llnea central 254.
Como se muestra, un punto central de una primera fuente 244a y el punto central del primer detector 248a se alinean a lo largo de una llnea central 257 que es sustancialmente paralela a un eje y 252b. De forma similar, un punto central de una segunda fuente 244b y el punto central del ultimo detector 248d se pueden alinear a lo largo de una llnea central 259 que es sustancialmente paralela al eje y 252b. Cabe apreciar, sin embargo, que la llnea central 257 no pasa necesariamente a traves del punto central del primer detector 248a, y la llnea central 259 no pasa necesariamente a traves del punto central del ultimo detector 248d. Es decir, la llnea central 257 es efectivamente una llnea que es sustancialmente paralela al eje y 252b y que pasa a traves de la primera fuente 244a, mientras que la llnea central 259 es efectivamente una llnea que es sustancialmente paralela al eje y 252b y que pasa a traves de la segunda fuente 244b.
Una distancia x1 entre la llnea central 257 y la llnea central que divide 262 no es igual a una distancia x2 entre la llnea central 259 y la llnea central que divide 262. En otras palabras, la primera fuente 244a y la segunda fuente 244b no son equidistantes de la llnea central que divide 262. Por lo tanto, las fuentes 244a, 244b se posicionan en una orientation de desfase o no balanceada con relacion al eje x 252a.
Las fuentes se disponen normalmente para emitir luz de longitudes de ondas especlficas. Como se discutio anteriormente, la luz de una longitud de onda inferior emitida por a la fuente puede tener una longitud de onda de aproximadamente 690 nm, mientras que la luz de una longitud de onda mayor emitida por la fuente puede tener una longitud de onda de aproximadamente 830 nm. La FIGURA 3 es una representation del diagrama de bloques de luz fuentes y detectores que estan asociados con un cabezal de sensor de acuerdo con una realizacion de la presente invention. Una primera fuente puede incluir un diodo de laser 302a que produce luz en una longitud de onda de aproximadamente 690 nm as! como tambien un diodo de laser 302b que produce luz en una longitud de onda de aproximadamente 830 nm. De forma similar, una segunda fuente puede incluir un diodo de laser 306a que produce luz a una longitud de onda de aproximadamente 690 nm as! como tambien un diodo de laser 306b que produce luz en una longitud de onda de aproximadamente 830 nm.
Un combinador de haz 310 se dispone para permitir que la luz emitida por diodos de laser 302a, 302b se fusionan en una fibra optica 312 que se proporciona a un cabezal de sensor 322. El combinador de haz 310 tambien se dispone para permitir que la luz emitida por diodos de laser 306a, 306b se fusionan en una fibra optica 316 que se proporciona un cabezal de sensor 322. La luz transmitida por fibras 312, 316 a traves de un tejido u otra fuente se refleja, y la luz reflejada se captura efectivamente en fibras opticas 324 que proporcionan la luz reflejada a fotodetectores 318. Se disponen fotodetectores 318 sensibles a la luz con longitudes de onda de aproximadamente 690 nm y aproximadamente 830 nm, y normalmente tienen una ganancia relativamente alta.
Con referencia a la FIGURA 4, un metodo para supervisar la saturation de oxlgeno en el tejido utilizando un oxlmetro con un cabezal de sensor en el que las fuentes estan en una orientacion de desfase con relacion a los
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detectores se describira de acuerdo con una realization de la presente invention. Un proceso 400 para utilizar un oxlmetro empieza en la etapa 404 en la que una sonda, es decir, una sonda que incluye un cabezal de sensor en la que las fuentes se posicionan en una orientation de desfase con relation a detectores, se aplica contra el tejido. Una vez se posiciona el cabezal de sensor en contacto con el tejido, una primera fuente S1 asociada con la sonda envla una longitud de onda inferior de pulso de luz en el tejido en la etapa 408. La primera fuente S1 puede incluir un diodo de laser que produce una longitud de onda de aproximadamente 690 nm de la luz roja visible, como se discutio anteriormente, aunque puede variar la longitud de onda inferior de luz producida por la primera fuente S1. En general, la primera fuente S1 es una disposition de fuente que produce luz en dos longitudes de onda. Por lo tanto, la primera fuente S1 puede incluir dos diodos de laser sustancialmente separados que producen luz en dos longitudes de onda.
En la etapa 412, una disposition de detector asociada con la sonda detecta la luz de aproximadamente 690 nm. Como se discutio anteriormente, cuando la luz de aproximadamente 690 nm se transmite en el tejido, la luz de aproximadamente 690 nm se refleja en la disposition de detector de tal manera que los detectores, por ejemplo, los fotodetectores, incluidos en la disposition de detector recolecta la luz reflejada. Una segunda fuente S2 luego envla una longitud de onda inferior de pulso de luz en la etapa 416 que, en la realization descrita, es un pulso de luz de aproximadamente 690 nm. La disposition de detector detecta y recolecta la luz reflejada de aproximadamente 690 nm en la etapa 420.
Una vez se transmite la longitud de onda inferior luz mediante la primera fuente S1 y la segunda fuente S2, la primera fuente S1 envla una longitud de onda mayor de pulso de luz en el tejido en la etapa 424. La longitud de onda mayor de pulso de luz puede ser una luz de infrarrojo cercano de aproximadamente 830 nm producida por un diodo de laser incluido en la primera fuente S1. Despues de que se transmite el pulso de luz de aproximadamente 830 nm en el tejido y se refleja, luego el flujo de proceso se mueve a la etapa 428 en la que la disposition de detector detecta la luz reflejada.
La segunda fuente S2 envla una longitud de onda mayor de pulso de luz, por ejemplo, luz con una longitud de onda de aproximadamente 830 nm, en la etapa 432 que luego se refleja del tejido y se refleja en la disposition de detector en la etapa 436. Una vez la disposition de detector ha recibido la luz reflejada de ambos sensores en longitud de onda inferior y la longitud de onda mayor, la disposition de adquisicion de datos de la information de procesos de oxlmetro asociados con la luz recibida reflejada en la etapa 440. El procesamiento de la luz reflejada recibida puede incluir ejecutar el software o firmware que contabiliza o de otra forma compensa la atenuacion asociada con la luz reflejada con el fin de determinar un nivel de oxlgeno asociado con el tejido. Una vez la disposition de adquisicion de datos procesa la information, se completa el proceso para supervisar un nivel de saturation de oxlgeno de tejido. Cabe entender, sin embargo, que las etapas de la FIGURA 4 se pueden repetir para permitir la supervision sustancialmente continua de un nivel de saturation de oxlgeno.
Un oxlmetro que utiliza una sonda con un cabezal de sensor de la presente invention puede incluir una unidad de consola portatil a la que se puede acoplar la sonda. Como se muestra en la FIGURA 5, una consola 500 puede incluir una pantalla 504 que se dispone para visualizar el nivel de saturation de oxlgeno de tejido que se supervisa. La pantalla 504, que puede ser una pantalla tactil, tambien se puede disponer para indicar cuando una sonda 520 esta en uso y para proporcionar advertencias a un usuario que indican cuando es potencialmente problematico un nivel de saturation de oxlgeno supervisado.
La consola 500 incluye un conector de panel 508 al que un conector 528 de sonda 520 se puede conectar para permitir que un cabezal de sensor 530 de sonda 520 se utilice para supervisar los niveles de saturation de oxlgeno. Los cables de fibra optica (no mostrados) que se utilizan para permitir que la luz pase entre el conector 528 y el cabezal de sensor 530 de sonda 520 estan encerrados sustancialmente en una chaqueta de cable 534. La consola 500 y la sonda 520 pueden ser una parte del Oxlmetro de Tejido ODISsey comercialmente disponible de ViOptix, Inc. de Fremont, California.
Aunque solo se han descrito unas pocas realizaciones de la presente invention, debe entenderse que la presente invention puede realizarse en muchas otras formas especlficas sin apartarse del esplritu o del alcance de la presente invention. A manera de ejemplo, las longitudes de onda emitida por fuentes de luz se han descrito como es aproximadamente 690 nm y aproximadamente 830 nm. Sin embargo, sustancialmente cualesquiera longitudes de onda se pueden emitir por las fuentes de luz.
La sonda en la que se monta un cabezal de sensor puede tener una variedad de configuraciones diferentes. Por ejemplo, la sonda puede incluir una pieza manual que facilita las mediciones de punto de tejido. Adicionalmente, la configuration de un cabezal de sensor tambien puede variar dependiendo de la aplicacion particular para la que se utiliza el cabezal de sensor.
Una sonda, por ejemplo, una sonda de fibra optica, en la que se monta un cabezal de sensor utiliza cable de fibra optica para llevar una senal optica de un tejido. El cable de fibra optica puede tener cualquier longitud, y puede contener las fibras de fuente de una longitud de onda dual para cada fuente y una fibra de detector para cada
detector. En una realizacion, el cable de fibra optica puede tener aproximadamente tres metros de largo, y la fuente y las fibras de detector cada una pueden tener diametros de aproximadamente un mm.
Un punto central de una fuente de fibra optica y un punto central de una fibra optica de detector se ha descrito de manera general como que es los puntos centrales de fibras que tienen orientacion sustancialmente circular. Cabe 5 apreciar que en algunos casos, cuando una fibra no tiene orientacion sustancialmente circular, el punto central puede ser un punto central aproximado de la fibra.
Las etapas asociadas con los diversos metodos de la presente invencion pueden variar ampliamente. Las etapas pueden ser anadidas, alteradas, eliminadas y reordenados sin apartarse del esplritu o del alcance de la presente invencion. Por lo tanto, los presentes ejemplos deben considerarse como ilustrativos y no restrictivos, y la invencion 10 no debe limitarse a los detalles dados aqul, pero puede modificarse dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo oxlmetro de tejido que comprende: una sonda (108) para realizar mediciones de oxlmetro;
    un conector de panel para interconectar una interfaz (112) de conexion a una unidad (104);
    la interfaz (112) de conexion para acoplar la sonda (108) a la unidad (104) y permitir a traves del conector de panel el acoplamiento de la sonda (108) a una primera fuente (116) de radiacion, una segunda fuente (120) de radiacion, un primer fotodetector (136), y un segundo fotodetector (136), en donde la primera fuente de radiacion, segunda fuente de radiacion, primer fotodetector y segundo fotodetector son externos a la sonda (108); y
    un cabezal (128) de sensor que comprende una primera estructura de fuente y una segunda estructura de fuente para emitir luz y una primera estructura de detector y una segunda estructura de detector para detectar luz, estando las primera y segunda estructuras fuente dispuestas para ser acopladas a la primera y segunda fuentes (116,120) de radiacion a traves de la interfaz (112) de conexion, y estando dispuestas las estructuras de detector primera y segunda para acoplarse a los fotodetectores primero y segundo a traves de la interfaz (112) de conexion,
    en donde las primera y segunda estructuras se disponen para definir un primer eje (214) que pasa a traves del punto central de cada estructura (208a, 208b) de detector, una distancia desde una llnea (216) central que pasa a traves de un punto central de la primera estructura (204a) fuente hasta el primer eje (214) define un segmento de primera llnea, una distancia desde una llnea (218) central que pasa a traves de un punto central de la segunda estructura (204b) fuente hasta el primer eje (214) define un segmento de segunda llnea, que es paralelo al segmento de primera llnea, en donde cada una de las llneas centrales y el primer eje son aproximadamente paralelas a un eje x (212a) y en donde la llnea (216) central de la primera estructura (204a) fuente es paralela a, pero no coincide con, la llnea (218) central de la segunda estructura (204b) fuente y las longitudes de los segmentos de primera y segunda llnea a lo largo de un eje y (212b) no son iguales, y
    en donde la unidad (104) esta configurada para alojar la primera fuente (116) de radiacion, segunda fuente (120) de radiacion, primer fotodetector (136) y segundo fotodetector (136), en donde la unidad (104) es externa a la sonda 108), la primera fuente de radiacion es para generar la primera luz, la segunda fuente de radiacion es para generar la segunda luz, el primer fotodetector es para detectar la tercera luz, el segundo fotodetector es para detectar la cuarta luz y la unidad (104) aloja un combinador (124) de haz para acoplar la primera y segunda fuentes (116, 120) de radiacion, siendo el combinador (124) de haz externo a la sonda (108).
  2. 2. El dispositivo de la reivindicacion 1, en donde
    el cabezal (128) sensor comprende ademas una tercera estructura de detector y una cuarta estructura de detector.
  3. 3. El dispositivo de la reivindicacion 1, en donde la sonda (108) comprende un primer cable de fibra optica que tiene un primer extremo acoplado a la primera estructura de fuente y un segundo extremo en el conector de panel para acoplamiento al combinador (124) de haz.
  4. 4. El dispositivo de la reivindicacion 3, en donde la sonda (108) comprende un segundo cable de fibra optica que tiene un primer extremo acoplado a la primera estructura de detector y un segundo extremo en el conector de panel para acoplamiento al primer fotodetector.
  5. 5. El dispositivo de la reivindicacion 1, en donde la primera y segunda estructuras de detector estan dispuestas en una primera fila, y en donde la primera estructura fuente y la primera estructura de detector estan dispuestas en una primera columna.
  6. 6. El dispositivo de la reivindicacion 5, en donde la segunda estructura fuente y segunda estructura de detector estan dispuestas en una segunda columna.
  7. 7. El dispositivo de la reivindicacion 1, en donde la primera fuente (116) de radiacion y la segunda fuente (120) de radiacion estan configuradas cada una para emitir una luz de longitud de onda de 690 nanometros y una luz de longitud de onda de 830 nanometros.
  8. 8. El dispositivo de la reivindicacion 7, en donde el combinador (124) de haz esta configurado para fusionar la luz de longitud de onda de 690 nanometros y la luz de longitud de onda de 830 nanometros emitida por la primera fuente
    (116) de radiacion y fusionar la luz de longitud de onda de 690 nanometros y la luz de longitud de onda de 830 nanometros emitida por la segunda fuente (120) de radiacion.
  9. 9. El dispositivo de la reivindicacion 5, en donde la segunda estructura de detector esta acoplada a traves de la interfaz (112) de conexion al segundo fotodetector, externo a la sonda (108).
    5 10. El dispositivo de la reivindicacion 1, en donde la sonda (108) comprende un cable, acoplado entre el conector de
    panel y el cabezal (128) de sensor, comprendiendo el cable fibras opticas que tienen una longitud de al menos tres metros.
  10. 11. El dispositivo de la reivindicacion 10, en donde las fibras opticas tienen un diametro de aproximadamente un millmetro.
    10 12. El dispositivo de la reivindicacion 1, en donde se emiten una luz de longitud de onda inferior y una luz de longitud
    de onda mas alta, una longitud de onda de luz a la vez, desde la primera fuente (116) de radiacion y la segunda fuente (120) de radiacion a traves del combinador (124) de haz a la primera estructura de fuente en un tejido (132), la luz reflejada desde el tejido (132) es recibida en la primera estructura de detector y transmitida al primer fotodetector, y el software que se ejecuta en la unidad (104) realiza una determinacion de una saturacion de oxlgeno 15 del tejido basado en valores de la luz de longitud de onda inferior, la luz de longitud de onda mas alta y la luz reflejada.
  11. 13. El dispositivo de la reivindicacion 1, en donde la primera fuente (116) de radiacion y la segunda fuente (120) de radiacion comprenden diodos laser.
  12. 14. El dispositivo de la reivindicacion 1, en donde la primera estructura fuente, la segunda estructura fuente, la 20 primera estructura de detector y la segunda estructura de detector tienen cada una un diametro de
    aproximadamente 1 mm.
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