ES2892526T3

ES2892526T3 - Sistema para determinar el tamaño de un vaso mediante absorción de luz

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Publication number: ES2892526T3
Application number: ES16707600T
Authority: ES
Inventors: Hariharan Subramanian; Jonathan Gunn; Amal Chaturvedi
Original assignee: Briteseed LLC
Current assignee: Briteseed LLC
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2022-02-04
Anticipated expiration: 2036-02-19
Also published as: JP6763868B2; EP3258840A1; US20180042522A1; JP2018507047A; WO2016134327A1; US10820838B2; EP3258840B1

Abstract

Un sistema quirúrgico (100) configurado para determinar el diámetro de un vaso (V) dentro de una región (102) próxima a un extremo de trabajo (104) de un instrumento quirúrgico (106), que comprende: al menos un emisor de luz (110) dispuesto en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico; al menos un sensor de luz (112) dispuesto en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico opuesto a dicho al menos un emisor de luz, estando dicho al menos un sensor de luz adaptado para generar una señal que comprende un primer componente pulsátil y un segundo componente no pulsátil; y un controlador (114) acoplado a dicho al menos un sensor de luz, comprendiendo el controlador un divisor (116) configurado para separar el primer componente pulsátil del segundo componente no pulsátil, caracterizado por que el controlador comprende, además, un analizador (118) configurado para calcular el diámetro del vaso dentro de la región próxima al extremo de trabajo del instrumento quirúrgico, estando configurado el analizador para calcular el diámetro del vaso según una relación entre la magnitud del primer componente y la magnitud del segundo componente.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema para determinar el tamaño de un vaso mediante absorción de luz

Antecedentes

Esta patente se refiere a un sistema y a un método para determinar el diámetro de un vaso, tal como un vaso sanguíneo, y, en concreto, a un sistema y a un método que utiliza la absorción de luz para determinar el diámetro de un vaso, tal como un vaso sanguíneo, según las reivindicaciones independientes 1 y 10.

Los sistemas y métodos que en el campo quirúrgico identifican artefactos y, en concreto, vasos durante un procedimiento quirúrgico proporcionan información valiosa al cirujano o al equipo quirúrgico. Los hospitales estadounidenses pierden miles de millones de dólares en costos no reembolsables debido a los daños vasculares accidentales que se producen durante las cirugías. Así mismo, los pacientes relacionados se enfrentan a una tasa de mortalidad de hasta el 32 % y es muy probable que requieran procedimientos correctivos y que permanezcan en el hospital durante nueve días más, lo que suma decenas si no cientos de miles de dólares en costos adicionales de asistencia. En consecuencia, existe este valor significativo que se obtiene de los métodos y sistemas que permiten la determinación correcta de la presencia de vasos, tales como vasos sanguíneos, en el campo quirúrgico, de manera que estos costos se puedan reducir o evitar.

Los sistemas y métodos que proporcionan información sobre la presencia de vasos sanguíneos en el campo quirúrgico son particularmente importantes durante los procedimientos quirúrgicos mínimamente invasivos. Tradicionalmente, los cirujanos han confiado en el sentido del tacto durante los procedimientos quirúrgicos para identificar los vasos sanguíneos y para evitar dañar accidentalmente estos vasos. Debido a la tendencia de cambio hacia procedimientos mínimamente invasivos, incluyendo cirugías laparoscópicas y robóticas, los cirujanos han perdido la capacidad de utilizar el sentido del tacto para determinar la presencia de vasos sanguíneos en el campo quirúrgico. En consecuencia, los cirujanos deben determinar si los vasos sanguíneos están presentes en el campo quirúrgico basándose principalmente en la costumbre y la experiencia. Lamentablemente, con frecuencia existen irregularidades anatómicas debido a anomalías congénitas, cicatrices de cirugías previas y a la constitución del cuerpo (por ejemplo, la obesidad).

El documento US 2013/226013 A1 proporciona un método para medir la presión de oclusión en extremidades (LOP), donde los aumentos y disminuciones alternas en el vaso producen una señal de flujo sanguíneo que tiene variaciones alternas.

El documento US 7.740.591 B1 proporciona un método para monitorizar los cambios relacionados con la presión en el sistema circulatorio arterial extratorácico, donde el foco se pone en la medición de la distensión de los vasos, tal y como se refleja en los cambios en la longitud de trayectoria entre un fotoemisor y un fotodetector.

Si bien la capacidad de determinar la presencia o ausencia de un vaso dentro del campo quirúrgico proporcionaría valiosas ventajas para el cirujano o el equipo quirúrgico y es de especial importancia para los procedimientos mínimamente invasivos en los que se han perdido los métodos táctiles de identificación, la capacidad de caracterizar la vasculatura identificada proporcionaría importantes ventajas adicionales. Por ejemplo, sería conveniente facilitar información relativa al tamaño del vaso, tal como el diámetro interno o externo del vaso.

Así mismo, sería preferible proporcionar esta información con un mínimo retardo entre la detección y el análisis de los vasos para que la información se pueda caracterizar en tiempo real. Si se requiere un tiempo considerable para el análisis, entonces, como mínimo, este retardo aumentará el tiempo necesario para realizar el procedimiento. Así mismo, el retardo puede aumentar la fatiga del cirujano, ya que se requerirá que el cirujano se mueva a un ritmo deliberado para compensar el retardo entre el movimiento del instrumento y la entrega de la información. Tales retardos pueden, de hecho, obstaculizar la implementación del sistema, incluso si la información proporcionada reduce el riesgo de lesión vascular.

Además, sería ventajoso detectar y analizar la vasculatura sin necesidad de utilizar un medio o sustancia de contraste. Si bien el uso de una sustancia de contraste para identificar la vasculatura se ha vuelto convencional, el uso de la sustancia aumenta la complejidad del procedimiento. El uso de la sustancia puede requerir el uso de instrumental adicional que de otro modo no sería necesario y el aumento de los residuos médicos generados con el procedimiento. Además, el uso de la sustancia de contraste añade el riesgo de que el paciente sufra una reacción adversa.

Como se expone con más detalle más abajo, la presente divulgación describe un sistema quirúrgico que incluye un detector de vasos y un método para determinar el tamaño de los vasos, que incorpora alternativas ventajosas a los métodos existentes, lo que puede proporcionar una mejor identificación para sortear o aislar los vasos.

Sumario

Según un aspecto de la presente divulgación, un sistema quirúrgico configurado para determinar el diámetro de un vaso dentro de una región próxima a un extremo de trabajo de un instrumento quirúrgico incluye al menos un emisor de luz, dispuesto en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico, y al menos un sensor de luz, dispuesto en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico frente a dicho al menos un emisor de luz, estando dicho al menos un sensor de luz adaptado para generar una señal que comprende un primer componente pulsátil y un segundo componente no pulsátil. El sistema también incluye un controlador acoplado a dicho al menos un sensor de luz, comprendiendo el controlador un divisor para separar el primer componente pulsátil del segundo componente no pulsátil y un analizador para calcular el diámetro del vaso dentro de la región próxima al extremo de trabajo del instrumento quirúrgico, estando configurado el analizador para calcular el diámetro del vaso según una relación entre la magnitud del primer componente pulsátil y la magnitud de un segundo componente no pulsátil.

Según otro aspecto de la presente divulgación, un método para determinar el diámetro de un vaso dentro de una región próxima a un extremo de trabajo de un instrumento quirúrgico incluye emitir luz en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico, detectar luz en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico y generar una señal que tiene un primer componente pulsátil y un segundo componente no pulsátil en función de la luz detectada en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico. El método también incluye determinar el diámetro de un vaso dentro de una región próxima al extremo de trabajo del instrumento quirúrgico según una relación entre la magnitud del primer componente pulsátil y la magnitud del segundo componente no pulsátil.

Breve descripción de los dibujos

La divulgación se entenderá más completamente a partir de la siguiente descripción tomada junto con los dibujos adjuntos. Algunas de las figuras pueden haberse simplificado mediante la omisión de elementos seleccionados con el fin de mostrar más claramente otros elementos. Estas omisiones de elementos en algunas figuras no son necesariamente indicativas de la presencia o ausencia de elementos específicos en cualquiera de los ejemplos de realización, salvo que se indique explícitamente en la descripción escrita correspondiente. Ninguno de los dibujos está necesariamente a escala.

La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema quirúrgico según una realización de la presente divulgación;

la figura 2 es un gráfico que muestra la absorción de luz de la sangre;

la figura 3 es un diagrama de flujo de un método para determinar el tamaño de un vaso dentro de una región próxima a un extremo de trabajo de un instrumento quirúrgico según una realización de la presente divulgación, método que puede llevarse a cabo utilizando el sistema de la figura 1;

la figura 4 es un diagrama de flujo de un método según una realización adicional de la presente divulgación, método que puede llevarse a cabo utilizando el sistema de la figura 1;

la figura 5 es un esquema de un instrumento quirúrgico con emisores de luz y sensores de luz según una realización de la presente divulgación;

la figura 6 es una vista ampliada parcial del instrumento quirúrgico con un emisor de luz y sensores de luz según la figura 5 estando dispuesta una sección de un vaso ilustrado entre el emisor de luz y los sensores de luz; la figura 7 es un gráfico de los valores de transmitancia frente a los diámetros internos de los vasos (tubos) de un primer grupo de experimentos;

la figura 8 es un gráfico de las relaciones de los logaritmos de los componentes pulsátil y no pulsátil de la señal de transmitancia frente a los diámetros internos de los vasos (tubos) de un segundo grupo de experimentos, habiéndose envuelto los vasos con cuatro tipos de tejido diferentes (sin tejido, tejido adiposo, tejido conjuntivo y adiposo y tejido hepático);

la figura 9 es un gráfico de la relación de los logaritmos de los componentes pulsátil y no pulsátil de la señal de transmitancia para un vaso que tiene un diámetro interior de 6 mm envuelto en diferentes tipos de tejido (cada columna representa un tipo de tejido diferente); y

la figura 10 es un gráfico de la relación de los logaritmos de los componentes pulsátil y no pulsátil de la señal de transmitancia frente a los diámetros interiores de los vasos de un tercer grupo de experimentos, siendo los vasos arterias carótidas porcinas esqueletizadas.

Descripción detallada de varias realizaciones

Un sistema quirúrgico según una realización de la presente divulgación incluye al menos un emisor de luz, al menos un sensor de luz y un controlador. El sistema también puede incluir un instrumento quirúrgico.

El sistema determina el diámetro de un vaso dentro de una región próxima a un extremo de trabajo del instrumento quirúrgico. En concreto, se cree que el sistema se puede utilizar para determinar el diámetro de un vaso dentro de la región próxima al extremo de trabajo del instrumento quirúrgico independientemente de la presencia o el tipo de tejido que rodee al vaso. Las realizaciones del sistema que se describen a continuación realizan determinaciones en cuanto a la presencia y el tamaño del vaso dentro de la región objetivo en función de la transmitancia de luz determinada por el sensor de luz y, por lo tanto, puede parecer que las realizaciones tienen un aspecto similar a la tecnología utilizada en la pulsioximetría transmisiva para determinar la saturación de oxígeno (es decir, el porcentaje de sangre que está cargada de oxígeno). Una cuestión importante de la siguiente divulgación revelará que el sistema divulgado utiliza el emisor o emisores de luz y el sensor o sensores de luz junto con un controlador (ya sea en forma de circuitería única o procesador programado de manera única) para proporcionar información sobre la presencia y tamaño de los vasos, cosa que no proporcionaría un pulsioxímetro. La tecnología divulgada también se puede utilizar con vasos que no sean vasos sanguíneos, lo que diferencia de nuevo el sistema y método divulgados de un pulsioxímetro transmisivo.

La figura 1 ilustra una realización de dicho sistema quirúrgico 100 utilizado para determinar el diámetro de un vaso, V, en una región 102 de tejido, T, próxima a un extremo de trabajo 104 de un instrumento quirúrgico 106. Se entenderá que el vaso V puede estar conectado a otros vasos con la región 102 de tejido T y, además, el vaso V puede extenderse más allá de la región 102 para estar en comunicación fluida con otros órganos (por ejemplo, el corazón) que también estén en el cuerpo del paciente. Asimismo, mientras que el tejido T aparece en la figura 1 rodeando completamente el vaso V (en términos de circunferencia y longitud) a una profundidad particular, este no tiene por qué ser el caso en todos los ejemplos en los que se utilice el sistema 100. Por ejemplo, el tejido T puede rodear solo parcialmente la circunferencia y / o rodear solo una sección de la longitud del vaso V, o el tejido T puede cubrir el vaso V en una capa muy fina. Como ejemplos adicionales no limitantes, el vaso V puede ser un vaso sanguíneo y el tejido T puede ser tejido conjuntivo, tejido adiposo o tejido hepático.

El sistema quirúrgico 100 incluye al menos un emisor de luz 110 (o simplemente el emisor de luz 110), al menos un sensor o detector de luz 112 (o simplemente el sensor de luz 112) y un controlador 114 acoplado al emisor de luz 110 y al sensor de luz 112. Como se ha señalado anteriormente, el sistema 100 también puede incluir el instrumento quirúrgico 106.

El emisor de luz 110 está dispuesto en el extremo de trabajo 104 del instrumento quirúrgico 106. El sensor de luz 112 también está dispuesto en el extremo de trabajo 104 del instrumento quirúrgico 106. Como se ilustra, el sensor de luz 112 puede estar dispuesto frente al emisor de luz 110 porque el emisor de luz 110 y el sensor de luz 112 están dispuestos en elementos opuestos del instrumento quirúrgico 106, como se explica en detalle más abajo. El emisor de luz 110 está adaptado para emitir luz de al menos una longitud de onda. Por ejemplo, el emisor de luz 110 puede emitir luz con una longitud de onda de 940 nm. Esto se puede conseguir con un solo elemento, o una pluralidad de elementos (elementos que pueden estar dispuestos o configurados en una matriz, por ejemplo, como se explica en detalle más abajo). De manera similar, el sensor de luz 112 está adaptado para detectar luz en dicha al menos una longitud de onda (por ejemplo, 940 nm). Esto también se puede conseguir con un solo elemento, o una pluralidad de elementos (elementos que pueden estar dispuestos o configurados en una matriz, por ejemplo).

De hecho, el emisor de luz 110 puede configurarse para emitir luz de al menos dos longitudes de onda diferentes, y el sensor de luz 112 puede configurarse para detectar luz en dichas al menos dos longitudes de onda diferentes. Por ejemplo, el emisor de luz 110 puede emitir luz de tres longitudes de onda, mientras que el sensor de luz puede detectar luz de tres longitudes de onda. Como ejemplo, el emisor de luz 110 puede emitir y el sensor de luz 112 puede detectar luz en el rango visible, luz en el rango de infrarrojo cercano y luz en el rango de infrarrojo. Específicamente, el emisor de luz 110 puede emitir y el sensor de luz 112 puede detectar luz a 660 nm, a 810 nm y a 940 nm. Se puede utilizar una realización de este tipo, por ejemplo, para garantizar una penetración óptima del vaso sanguíneo V y el tejido circundante T en condiciones in vivo.

En concreto, la luz emitida a 810 nm puede usarse como referencia para eliminar cualquier variación en la salida de luz debido al movimiento y/o perfusión sanguínea. La longitud de onda de 810 nm corresponde al punto isobéstico, donde la absorción de hemoglobina oxigenada y desoxigenada es igual (véase figura 2). En consecuencia, la absorción a esta longitud de onda es independiente de la oxigenación de la sangre y solo se ve afectada por el cambio en la transmitancia de la luz debido al movimiento y/o cambios en la perfusión.

Según las realizaciones de esta divulgación, el sensor de luz 112 está adaptado para generar una señal que comprende un primer componente pulsátil y un segundo componente no pulsátil. Se reconocerá que el primer componente pulsátil puede ser un componente de señal de corriente alterna (CA) de la señal, mientras que el segundo componente no pulsátil puede ser un componente de señal de corriente continua (CC).

Por ejemplo, puede describirse que un vaso sanguíneo tiene una pulsación característica de aproximadamente 60 pulsos (o latidos) por minuto. Si bien esto puede variar según la edad y el estado del paciente, el rango de pulsación suele ser entre 60 y 100 pulsos (o latidos) por minuto. El sensor de luz 112 producirá una señal (que se pasa al controlador 114) con una forma de onda de CA particular que corresponde al movimiento de la sangre a través del vaso. En concreto, la forma de onda de CA corresponde a la absorción de luz por el flujo sanguíneo pulsátil dentro del vaso. Por otra parte, el componente de CC corresponde principalmente a la absorción y dispersión de la luz por los tejidos circundantes.

El controlador 114 está acoplado al sensor de luz 112 e incluye un divisor 116 para separar el primer componente pulsátil del segundo componente no pulsátil. El controlador 114 también incluye un analizador 118 para calcular el diámetro del vaso V dentro de la región 102 próxima al extremo de trabajo 104 del instrumento quirúrgico 106 en función del primer componente pulsátil. Para mostrar, indicar o transmitir de otro modo el diámetro del caso V dentro de la región 102, el controlador 114 puede estar acoplado a un dispositivo de salida o indicador 130, que puede proporcionar una señal visible, sonora, táctil o de otro tipo para el usuario del instrumento 106.

Según ciertas realizaciones, el divisor 116 y el analizador 118 pueden estar definidos por uno o más componentes de circuito eléctrico. Según otras realizaciones, uno o más procesadores (o simplemente el procesador) pueden programarse para realizar las acciones del divisor 116 y del analizador 118. Según otras realizaciones más, el divisor 116 y el analizador 118 pueden estar definidos en parte por los componentes del circuito eléctrico y en parte por un procesador programado para realizar las acciones del divisor 116 y el analizador 118.

Por ejemplo, el divisor 116 puede incluir o estar definido por el procesador programado para separar el primer componente pulsátil del segundo componente no pulsátil. Además, el analizador 118 puede incluir o estar definido por el procesador programado para calcular el diámetro del vaso V dentro de la región 102 próxima al extremo de trabajo 104 del instrumento quirúrgico 106 en función del primer componente pulsátil. Las instrucciones mediante las cuales se programa el procesador pueden almacenarse en una memoria asociada al procesador, memoria que puede incluir una o más memorias tangibles no transitorias y legibles por ordenador, que tienen instrucciones ejecutables de computadora almacenadas en su interior, que cuando son ejecutadas por el procesador, pueden hacer que dicho uno o más procesadores realicen una o más acciones.

Según las realizaciones del sistema 100, el analizador 118 puede calcular el diámetro del vaso según una magnitud del primer componente de la señal de dicho al menos un sensor de luz 112. De hecho, según ciertas realizaciones, el analizador 118 calcula el diámetro del vaso según una relación entre la magnitud del primer componente y la magnitud del segundo componente. Más en concreto, el analizador 118 puede calcular el diámetro del vaso según una relación entre el logaritmo de la magnitud del primer componente y el logaritmo de la magnitud del segundo componente. Se cree que el sistema 100 calcula el diámetro del vaso sanguíneo independientemente del tipo o grosor del tejido que rodea al vaso.

Según algunas realizaciones, el analizador 118 puede comparar la magnitud del primer componente, la relación de las magnitudes del primer y segundo componentes, o la relación de la relación de los logaritmos de las magnitudes del primer y segundo componentes con una base de datos o tabla de consulta 140 de magnitudes y diámetros de vasos. La base de datos/tabla 140 se puede generar en función de datos experimentales, en donde el sistema 100 se utiliza para determinar la relación entre varias relaciones de las magnitudes del primer y segundo componentes (o más en concreto, entre varias relaciones o relaciones de los logaritmos del primer y segundo componentes) y diámetros de los vasos, determinándose positivamente los diámetros de los vasos después de haber recopilado los datos utilizando el sistema 100 y mediante el corte transversal de los vasos y su análisis microscópico.

Además del sistema 100, la presente divulgación incluye un método 150 para determinar el tamaño de un vaso V dentro de una región 102 próxima a un extremo de trabajo 104 de un instrumento quirúrgico 106. El método 150 se puede llevar a cabo, por ejemplo, utilizando un sistema 100 como el descrito anteriormente con respecto a la figura 1.

Como se refleja en el diagrama de flujo de la figura 3, el método 150 incluye emitir luz en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico (bloque 152), detectar luz en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico (bloque 154) y generar una señal que tiene un primer componente pulsátil y un segundo componente no pulsátil basado en la luz detectada en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico (bloque 156). El método 150 también puede incluir determinar el tamaño de un vaso dentro de una región próxima al extremo de trabajo del instrumento quirúrgico en función del primer componente pulsátil de la señal (bloque 158).

Una realización adicional del método se ilustra esquemáticamente en la figura 4. Según esta realización, un método 150' incluye emitir luz en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico (bloque 152'), detectar luz en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico (bloque 154') y generar una señal que tiene un primer componente pulsátil y un segundo componente no pulsátil en función de la luz detectada en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico (bloque 156'). Debido a que estas acciones son comunes en los métodos 150, 150', se han utilizado números de referencia similares, indicándose los elementos del método 150' de la figura 3 incluyendo un apóstrofo.

Según el método 150', la determinación del diámetro del vaso incluye determinar el diámetro del vaso dentro de la región próxima al extremo de trabajo del instrumento quirúrgico según una magnitud del primer componente pulsátil de la señal. La determinación del tamaño del vaso según el método 150' incluye además determinar el diámetro del vaso dentro de la región próxima al extremo de trabajo del instrumento quirúrgico de según una relación entre la magnitud del primer componente pulsátil y la magnitud del segundo componente. Además, la determinación del tamaño del vaso según el método 150' también puede incluir comparar la relación de las magnitudes del primer y segundo componentes con una base de datos de magnitudes y diámetros de vasos.

Como se ilustra, el método 150' incluye separar el primer componente pulsátil del segundo componente no pulsátil (bloque 160). Además, el método 150' incluye determinar la magnitud del primer componente (bloque 162) y determinar la magnitud del segundo componente (bloque 164). Así mismo, el método 150' incluye determinar el logaritmo de la magnitud del primer componente (bloque 166) y el logaritmo de la magnitud del segundo componente (bloque 168). Se reconocerá que los bloques 160, 162, 164, 166 pueden realizarse consecutivamente en lugar de en paralelo.

Además, el método 150' incluye determinar la relación de los logaritmos de las magnitudes del primer y segundo componentes (bloque 170) y calcular el tamaño del vaso V en función de la relación de los logaritmos de las magnitudes del primer y segundo componentes (bloque 172). Como se ha mencionado anteriormente, el bloque 172 puede incluir la acción de comparar la relación con una base de datos o una tabla de consulta. El método 150' también incluye proporcionar una salida a través del indicador 130 (bloque 174).

Como se ha explicado anteriormente, la luz emitida puede incluir luz de al menos dos longitudes de onda diferentes y, por tanto, la etapa de detección puede incluir la detección de luz de al menos dos longitudes de onda diferentes. Como también se ha señalado anteriormente, pueden usarse tres longitudes de onda de luz diferentes y, por ejemplo, en el rango visible y en el rango de infrarrojo cercano. Según una realización, la luz utilizada puede tener longitudes de onda de 660 nm, 810 nm y 940 nm.

Habiendo descrito así el sistema quirúrgico 100, el método 150, 150' y los principios del sistema 100 y el método 150, 150' en términos generales, se proporcionan más detalles del sistema 100 y de su funcionamiento.

Inicialmente, aunque se describe que el emisor 110 y el sensor 112 están dispuestos en el extremo de trabajo 104 del instrumento quirúrgico 106, se reconocerá que no todos los componentes que definen el emisor 110 y el sensor 112 tienen que estar dispuestos en el extremo de trabajo del instrumento 106. Es decir, el emisor 110 puede comprender un diodo emisor de luz, y ese componente puede estar dispuesto en el extremo 104 de trabajo. De manera alternativa, el emisor 110 puede incluir una longitud de fibra óptica y una fuente de luz, la fuente está dispuesta a distancia del extremo de trabajo 104 y la fibra tiene un primer extremo acoplado ópticamente a la fuente y un segundo extremo dispuesto en el extremo de trabajo 104 frente al sensor 112. Según la presente divulgación, tal emisor 110 se seguiría describiendo como dispuesto en el extremo de trabajo 104 porque la luz se emite hacia el tejido en el extremo de trabajo 104 del instrumento 106. Se puede describir una disposición similar del sensor 112 en la que una fibra óptica tiene un primer extremo dispuesto frente al emisor 110 (o quizás más en concreto, un extremo de la fibra óptica que define en parte el emisor 110) y un segundo extremo acoplado ópticamente a otros componentes que definen, en conjunto, el sensor 112.

Como también se mencionó anteriormente, el emisor de luz 110 y el sensor de luz 112 están colocados uno frente al otro. Esto no requiere que el emisor 110 y el sensor 112 estén directamente uno frente al otro, aunque sí se prefiere. Según ciertas realizaciones, el emisor 110 y el sensor 112 pueden formarse integralmente (es decir, como una pieza) con las mandíbulas 180 de un instrumento quirúrgico 106. Véanse las figuras 1, 4 y 5. De esta manera, la luz emitida por el emisor 110 entre las mordazas 180 y a través del tejido en cuestión puede ser capturada por el sensor de luz 112.

El emisor de luz 110 puede incluir uno o más elementos. Según una realización ilustrada esquemáticamente en las figuras 5 y 6, el sensor de luz 112 puede incluir un primer emisor de luz 110-1, un segundo emisor de luz 110-2 y un tercer emisor de luz 110-3. El primer emisor de luz 110-1 puede adaptarse para emitir luz en el rango visible, el segundo emisor de luz 110-2 puede adaptarse para emitir luz en el rango de infrarrojo cercano y el tercer emisor de luz 110-3 puede adaptarse para emitir luz en el rango de infrarrojo. Por ejemplo, el primer emisor de luz 110-1 puede adaptarse para emitir luz a 600 nm o 660 nm, el segundo emisor de luz 110-2 puede adaptarse para emitir luz a 810 nm y el tercer emisor de luz 110-3 puede adaptarse para emitir luz a 940 nm.

En cuanto a aquellas realizaciones en las que el emisor de luz 110 tiene la forma de uno o más diodos emisores de luz, por ejemplo, dispuestos en el extremo de trabajo 104 del instrumento 106, los diodos pueden disponerse en forma de matriz unidimensional, bidimensional o tridimensional. Un ejemplo de una matriz unidimensional puede incluir disponer los diodos a lo largo de una línea en un solo plano, mientras que un ejemplo de una matriz bidimensional puede incluir disponer los diodos en una pluralidad de filas y columnas en un solo plano. Otro ejemplo de una matriz bidimensional puede incluir disponer los diodos a lo largo de una línea sobre o en una superficie curva. Una matriz tridimensional puede incluir diodos dispuestos en más de un plano, tal como en una pluralidad de filas y columnas sobre o en una superficie curva.

El sensor de luz 112 también puede incluir uno o más elementos. Según una realización ilustrada esquemáticamente en las figuras 5 y 6, el sensor de luz 112 puede incluir un primer sensor de luz 112-1, un segundo sensor de luz 112 2 y un tercer sensor de luz 112-3. El primer sensor de luz 112-1 puede adaptarse para detectar luz en el rango visible, el segundo sensor de luz 112-2 puede estar adaptado para detectar luz en el rango de infrarrojo cercano, y el tercer sensor de luz 112-3 puede estar adaptado para detectar luz en el rango de infrarrojo. Por ejemplo, el primer sensor de luz 112-1 puede adaptarse para detectar luz a 600 nm o 660 nm, el segundo sensor de luz 112-2 puede adaptarse para detectar luz a 810 nm, y el tercer sensor de luz 112-3 puede adaptarse para detectar luz a 940 nm. Según otras realizaciones, cada sensor 112-1, 112-2, 112-3 puede ser capaz de detectar luz en las tres longitudes de onda. Como ocurrió en el caso de los emisores de luz 110-1, 110-2, 110-3, los sensores de luz 112-1, 112-2, 112 3 pueden disponerse en una matriz y, de la misma manera, se puede aplicar en este sentido la explicación con respecto a las matrices anteriores.

Como se ha comentado anteriormente, el sistema 100 puede incluir hardware y software además del emisor 110, sensor 112 y controlador 114. Por ejemplo, cuando se utiliza más de un emisor 110, se puede proporcionar un controlador de accionamiento para controlar la conmutación de los elementos emisores individuales. De manera similar, se puede proporcionar un multiplexor donde se incluye más de un sensor 112, multiplexor que puede acoplarse a los sensores 112 y a un amplificador. Además, el controlador 114 puede incluir filtros y conversión de analógico a digital, según sea necesario.

En cuanto al indicador 130 utilizado junto con el controlador 114, se pueden utilizar varios dispositivos de salida. Por ejemplo, un diodo emisor de luz 130-1 puede estar fijado o incorporado al instrumento quirúrgico asociado 106, e incluso puede estar dispuesto en el extremo de trabajo 104 del instrumento 106. De manera alternativa, se puede mostrar una alerta en un monitor de vídeo 130-2 que se esté utilizando para la cirugía, o se puede hacer que una imagen en el monitor cambie de color o parpadee, cambie de tamaño o cambie de aspecto de alguna otra manera. El indicador 130 también puede tener la forma de o incluir un altavoz 130-3 que proporcione una alarma sonora. El indicador 130 también puede tener la forma de o puede incorporar un bloqueo de seguridad 130-4 asociado al instrumento quirúrgico 106 que interrumpa el uso del instrumento 106. Por ejemplo, el bloqueo podría evitar la ligadura o la cauterización cuando el instrumento quirúrgico 106 sea un dispositivo de ligadura térmica. Como otro ejemplo más, el indicador 130 también puede tener la forma de sistema de retroalimentación háptica, tal como un vibrador 130-5, que puede estar fijado o formado integralmente con un mango o empuñadura del instrumento quirúrgico 106 para proporcionar una indicación táctil o alarma. También se pueden utilizar varias combinaciones de estas formas particulares del indicador 130.

Como se ha mencionado anteriormente, el sistema quirúrgico 100 también puede incluir el instrumento quirúrgico 106 con el extremo de trabajo 104 al que están fijados el emisor de luz 110 y el sensor de luz 112 (como alternativa, de forma desmontable o permanente/irreversible). En cambio, el emisor de luz 110 y el sensor de luz 112 pueden formarse integralmente (es decir, como una pieza) con el instrumento quirúrgico 106. Además, es posible fijar el emisor de luz y el sensor de luz a un instrumento o herramienta independiente que se utilice junto con el instrumento o herramienta quirúrgica 106.

Como se ha señalado anteriormente, el instrumento quirúrgico 106 puede ser un dispositivo de ligadura térmica en una realización. Según otras realizaciones, el instrumento quirúrgico puede ser otros instrumentos quirúrgicos como disectores, agarradores o pinzas de agarre, grapadoras quirúrgicas, aplicadores de clips y sistemas quirúrgicos robóticos, por ejemplo. La ilustración de una única realización no pretende excluir el uso del sistema 100 con otros instrumentos o herramientas quirúrgicas 106.

Ejemplos

Se han realizado una serie de experimentos usando una realización del sistema descrito anteriormente. Los experimentos y resultados se presentan a continuación.

La realización del sistema utilizado para los experimentos incluyó un único emisor de luz (un diodo emisor de luz) y un único sensor de luz montado en un banco de pruebas ajustable y con el sensor de luz dispuesto en una región de prueba opuesta al emisor de luz. El banco incluía un armazón o base (en la que se montó el sensor de luz), dos varillas de guía rectas fijadas al armazón (y separadas a cada lado de la región de prueba) y un bloque (en el que se montó el emisor de luz), montado de manera deslizante en las varillas de guía para que el bloque se pudiera trasladar de manera ajustable con respecto a la base. Una de las varillas de guía era roscada para poder controlar mejor la distancia entre el emisor y el sensor.

Para simular el flujo pulsátil de fluido que se encuentra en los vasos, tal como los vasos sanguíneos (por ejemplo, arterias), se utilizó una bomba de CC sumergible. La bomba era capaz de funcionar entre 40 y 80 ciclos por minuto y podía proporcionar un caudal que podía ajustarse a un valor específico. El fluido utilizado fue sangre entera bovina a la que se le había añadido heparina y que se mantuvo a temperatura elevada para mantener la viscosidad fisiológica. Para los experimentos que se describen a continuación, la sangre se bombeó a 60 ciclos por minuto y a un caudal de 500 ml por minuto.

Para simular los vasos en los dos primeros grupos de experimentos, se dispusieron tubos de PVC transparente de diferentes diámetros internos (4 mm, 4,8 mm, 6 mm, 8 mm) en la región de prueba del banco, entre el emisor de luz y el sensor de luz, mientras que el fluido pasaba a través de los tubos. En el tercer grupo de experimentos, se utilizó arteria carótida porcina esqueletizada de diferentes diámetros internos.

Durante el primer grupo de experimentos, los tubos se colocaron en el banco sin ningún material adicional entre el par de emisor/sensor de luz y el tubo. La bomba se hizo funcionar para hacer pasar sangre a través del tubo y se tomaron mediciones del componente pulsátil de la señal del sensor.

La figura 7 ilustra la correlación entre el componente pulsátil y el diámetro del tubo. Se puede observar una correlación directa entre el componente pulsátil y el tamaño del vaso.

Durante el segundo grupo de experimentos, los tubos se colocaron en el banco con los tubos envueltos con (rodeados por) varios tipos de tejido porcino. En concreto, se utilizaron tejido adiposo porcino, una combinación de tejido adiposo y conjuntivo porcino y tejido hepático porcino. Se prepararon muestras para cada uno de los cuatro diámetros internos de tubo diferentes (4 mm, 4,8 mm, 6 mm, 8 mm) y cada uno de los tres tipos de tejido diferentes y un control sin tejido. En total, se prepararon sesenta muestras y se colocaron en el banco de pruebas para su análisis.

La figura 8 ilustra la correlación entre la relación de los logaritmos de las señales de transmitancia de luz pulsátil y no pulsátil de cada diámetro y el rango de tejidos (sin tejido, adiposo, adiposo y conectivo, hepático), mientras que la figura 9 ilustra la correlación entre las relaciones calculadas para diferentes tipos de tejido (sin tejido, adiposo, conectivo/adiposo, hepático) para un vaso que tiene un diámetro interno de 6 mm. Como se ve en la figura 8, independientemente del tipo de tejido, la relación se correlacionó muy bien (R2 = 0,987) con el diámetro del vaso. Así mismo, como se ve en la figura 9, las relaciones calculadas para los diferentes tipos de tejido fueron esencialmente las mismas, lo que indica que la métrica (relación) es independiente del tejido circundante. Es importante destacar que los diferentes tipos de tejido y grosores de tejido no causaron diferencias en la salida de señal según las pruebas ANOVA (p > 0,05), lo que indica la especificidad de la métrica con el diámetro interno del vaso.

Durante el tercer grupo de experimentos, se colocaron en el banco arterias carótidas porcinas esqueletizadas de diámetro interno variable sin ningún material adicional entre el par de emisor/sensor de luz y las arterias. La bomba se hizo funcionar para hacer pasar sangre a través de la arteria y se tomaron mediciones del componente pulsátil de la señal del sensor. Los diámetros de los vasos se obtuvieron calculando la sección transversal de los vasos en el punto de medición a lo largo de los vasos utilizando el software NIH ImageJ.

La figura 10 ilustra la correlación entre la relación de los logaritmos de las señales de transmitancia de luz pulsátil y no pulsátil de los vasos de diámetro interno variable. Se puede observar una correlación entre el componente pulsátil y el tamaño del vaso, con R2 = 0,987.

En conclusión, aunque el texto anterior expone una descripción detallada de diferentes realizaciones de la invención, debe entenderse que el alcance legal de la invención está definido por las palabras de las reivindicaciones expuestas al final de esta patente. La descripción detallada debe interpretarse como ilustrativa únicamente y no describe todas las posibles realizaciones de la invención, ya que describir todas las posibles realizaciones no sería inviable, si no imposible. Se podrían implementar numerosas realizaciones alternativas utilizando la tecnología actual o la tecnología desarrollada después de la fecha de presentación de esta patente, que todavía estaría dentro del alcance de las reivindicaciones que definen la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema quirúrgico (100) configurado para determinar el diámetro de un vaso (V) dentro de una región (102) próxima a un extremo de trabajo (104) de un instrumento quirúrgico (106), que comprende:

al menos un emisor de luz (110) dispuesto en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico;

al menos un sensor de luz (112) dispuesto en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico opuesto a dicho al menos un emisor de luz, estando dicho al menos un sensor de luz adaptado para generar una señal que comprende un primer componente pulsátil y un segundo componente no pulsátil; y

un controlador (114) acoplado a dicho al menos un sensor de luz, comprendiendo el controlador un divisor (116) configurado para separar el primer componente pulsátil del segundo componente no pulsátil, caracterizado por que el controlador comprende, además, un analizador (118) configurado para calcular el diámetro del vaso dentro de la región próxima al extremo de trabajo del instrumento quirúrgico, estando configurado el analizador para calcular el diámetro del vaso según una relación entre la magnitud del primer componente y la magnitud del segundo componente.

2. El sistema quirúrgico (100) según la reivindicación 1, en donde el analizador (118) está configurado para comparar la relación entre las magnitudes del primer y segundo componentes con una base de datos de magnitudes y diámetros de vasos.

3. El sistema quirúrgico (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde el primer componente pulsátil comprende un componente de señal de corriente alterna y el segundo componente no pulsátil comprende un componente de señal de corriente continua.

4. El sistema quirúrgico (100) según la reivindicación 1, en donde el controlador (114) comprende un procesador y una memoria, y el divisor (116) comprende el procesador programado para separar el primer componente pulsátil del segundo componente no pulsátil, y el analizador (118) comprende el procesador programado para calcular el diámetro del vaso (V) dentro de la región (102) próxima al extremo de trabajo (104) del instrumento quirúrgico (106) según la relación entre la magnitud del primer componente y la magnitud del segundo componente.

5. El sistema quirúrgico (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicho al menos un emisor de luz (110) está configurado para emitir luz de al menos tres longitudes de onda diferentes, y dicho al menos un sensor de luz (112) está configurado para detectar luz en dichas al menos tres longitudes de onda diferentes.

6. El sistema quirúrgico (100) según la reivindicación 5, en donde dicho al menos un sensor de luz (112) está configurado para detectar luz en el rango visible, en el rango de infrarrojo cercano y en el rango de infrarrojo.

7. El sistema quirúrgico (100) según la reivindicación 6, en donde dicho al menos un sensor de luz (112) está configurado para detectar luz a 660 nm, a 810 nm y a 940 nm.

8. El sistema quirúrgico (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende, además, un instrumento quirúrgico (106) que tiene un extremo de trabajo (104), opcionalmente, en donde el instrumento quirúrgico es un agarrador o un dispositivo de ligadura térmica.

9. El sistema quirúrgico (100) según la reivindicación 8, en donde el instrumento quirúrgico comprende un primer y segundo elementos de mandíbula opuestos (180), estando dicho al menos un emisor de luz (110) dispuesto en el primer elemento de mandíbula y dicho al menos un sensor de luz (112) dispuesto en el segundo elemento de mandíbula opuesto.

10. Un método para determinar el diámetro de un vaso (V) dentro de una región (102) próxima a un extremo de trabajo (104) de un instrumento quirúrgico (106), que comprende:

emitir luz en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico;

detectar luz en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico;

generar una señal que tiene un primer componente pulsátil y un segundo componente no pulsátil en función de la luz detectada en el extremo de trabajo del instrumento quirúrgico; y

caracterizado por

determinar un diámetro de un vaso dentro de una región próxima al extremo de trabajo del instrumento quirúrgico según una relación entre una magnitud del primer componente pulsátil y una magnitud del segundo componente.

11. El método según la reivindicación 10, en donde determinar el diámetro del vaso comprende comparar la relación entre las magnitudes del primer y segundo componentes con una base de datos de magnitudes y tamaños de vaso.

12. El método según la reivindicación 10, que comprende, además, separar el primer componente pulsátil del segundo componente no pulsátil.

13. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en donde la emisión de luz comprende emitir luz de al menos tres longitudes de onda diferentes, y en donde la detección de luz comprende detectar luz de al menos tres longitudes de onda diferentes.

14. El método según la reivindicación 13, en donde la detección de luz comprende detectar luz en el rango visible, en el rango de infrarrojo cercano y en el rango de infrarrojo.

15. El método según la reivindicación 14, en donde la luz de detección comprende detectar luz a 660 nm, a 810 nm y a 940 nm.