ES2939603T3 - Sistema y procedimiento de medición para la medición de parámetros en un tejido corporal - Google Patents

Sistema y procedimiento de medición para la medición de parámetros en un tejido corporal Download PDF

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Abstract

Un sistema de medición y un método para medir al menos un parámetro en un tejido corporal comprenden al menos un dispositivo de medición que se aplica al cuerpo, una unidad óptica para emitir ondas de luz, donde al menos una longitud de onda de las ondas de luz se encuentra en la región de la absorción de un parámetro corporal, al menos una guía de luz entre la unidad óptica y el dispositivo de medición para transmitir ondas de luz, y una unidad de evaluación para evaluar las ondas de medición. Las ondas de luz emitidas por la unidad óptica pueden transmitirse a un volumen de medición óptico en el tejido corporal por medio del dispositivo de medición, y las ondas de medición recibidas por el dispositivo de medición desde el volumen de medición pueden transmitirse desde el tejido corporal a la unidad de evaluación. La unidad de evaluación comprende un algoritmo de transformación, que transforma la pulsatilidad de un parámetro corporal medido en el volumen de medición en un parámetro de la presión en el tejido corporal, en el que el parámetro corporal se mide determinando la absorción de las ondas de luz. DIBUJO: No necesita traducción. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento de medición para la medición de parámetros en un tejido corporal
La presente invención se refiere a un sistema de medición y a un procedimiento para la determinación de parámetros de un tejido corporal, tal como, por ejemplo, la determinación del volumen sanguíneo y del flujo sanguíneo en el cerebro o la musculatura o la determinación de un parámetro de presión. En particular, la invención se refiere a una medición no invasiva de parámetros cerebrales y musculares.
El contenido del cráneo está formado por los componentes no compresibles cerebro, volumen sanguíneo cerebral (cerebral blood volume; CBV) y líquido cefalorraquídeo (Liquor cerebrospinalis). Los procesos de ocupación de espacio dan lugar después del agotamiento de los mecanismos de compensación intracraneales, tales como, por ejemplo, la reducción de la producción de líquido cefalorraquídeo, la disminución del CBV, a un aumento de la presión intracraneal. Esta situación se desprende, por ejemplo, de la doctrina Monroe-Kellie. Si la presión intracraneal ((intracranial pressure; ICP) aumenta por encima de 50 mmHg, la presión de perfusión cerebral (cerebral perfusión pressure; CPP) ya no se puede mantener y se producen por medio de una isquemia cerebral general daños adicionales en zonas del cerebro, tal como se conoce, por ejemplo, por el "Analysis of Intracranial Pressure: Past, Present and Future", A. Dileva et al; The Neuroscientist; 6 de febrero de 2013. A este respecto, la CPP se determina como la diferencia entre la presión arterial media y la ICP. La presión intracraneal, ICP, se define como la presión del líquido cefalorraquídeo supratentorial, es decir, la presión en los ventrículos laterales y en el espacio subaracnoideo por encima de la convexidad cerebral. Según un punto de vista convencional, los aumentos de la ICP se deben a la inflamación del cerebro, por ejemplo, en el caso de una barrera hematoencefálica defectuosa, o a un edema cerebral citotóxico, tal como, por ejemplo, a una acumulación de agua intracelular, a una ocupación de espacio adicional, por ejemplo, por un tumor, una hemorragia, etc., o a un trastorno del líquido cefalorraquídeo, de la circulación o de la reabsorción.
Se conocen por el estado de la técnica distintos procedimientos para medir la presión intracraneal en el cráneo y parámetros que pueden derivarse indirectamente de la misma. Tradicionalmente, se utilizan, para ello, procedimientos invasivos, en los que se inserta una sonda de medición a través del cráneo en el tejido cerebral. Sin embargo, los procedimientos invasivos presentan distintas desventajas, tales como hemorragias no deseadas, modos complejos de realización del procedimiento, regiones de medición localmente limitadas, etc.
Además, se utilizan procedimientos de medición no invasivos, que se basan, por ejemplo, en métodos de ultrasonido y efecto Doppler y utilizan una correlación entre el aumento de la presión intracraneal y la pulsatilidad. No obstante, también existe una gran variación en el índice de pulsatilidad en personas sanas. En otro procedimiento se combinan principios de la mecánica de fluidos y de la neurofisiología con resultados de toma de imágenes por resonancia magnética, tal como se describe, por ejemplo, en "Noninvasive intracranial compliance and pressure based on dynamic magnetic resonance imaging of blood flow and cerebrospinal flow; Patricia B. Raksin et al.; Neurosurg. Focus, Volumen 14". Por el documento EP 0933061 B1, se conoce una disposición de medición en la que se utiliza una proporcionalidad entre la presión en el interior del cráneo y una presión existente en el canal auditivo para determinar la presión intracraneal. Además, en el documento US 2012/0136240 A1 se muestra un sistema en el que un estrechamiento controlado de la vena yugular da lugar a una variación en el flujo sanguíneo y se mide la presión del flujo sanguíneo, determinándose la presión intracraneal a partir de la relación entre el estrechamiento y el flujo sanguíneo. A este respecto, se utilizan, por ejemplo, sensores de infrarrojo cercano (NIR) para determinar el flujo sanguíneo. Además, se conocen procedimientos de medición de absorbancia en el intervalo del infrarrojo cercano para supervisar los constituyentes de un órgano, por ejemplo, del cerebro, en particular para supervisar la sangre oxigenada y desoxigenada, o determinar una concentración de sangre oxigenada y desoxigenada, por ejemplo, en el cerebro, tal como se muestra en el documento US 6195574 o el documento US 5706821. El documento JP 2002-010986 A describe la medición simultánea de la presión intracraneal y de un pletismograma. Las propiedades elásticas de los vasos sanguíneos del cerebro se pueden deducir de las dos curvas de medición. El documento US 2008/077023 A1 describe un procedimiento de medición óptica a partir del cual se puede deducir la presión en el interior del cráneo con la ayuda de mediciones adicionales o la determinación de variaciones de longitud de onda.
Una situación comparable se puede encontrar en las lesiones y traumatismos de los músculos ubicados estrictamente en fascias, tales como, por ejemplo, un músculo de la parte inferior de la pierna o del antebrazo. Después de un traumatismo, existe un alto riesgo de que el músculo muera debido al aumento de la presión compartimental en el interior de una fascia, ya que el flujo sanguíneo a través del músculo se reduce por el aumento de la presión. Los pacientes sufren pérdida de musculatura o incluso síndrome de rabdomiólisis potencialmente mortal. Por lo tanto, es deseable poder determinar y supervisar los parámetros de presión en la musculatura.
Con los procedimientos conocidos, se requieren algoritmos complejos y disposiciones de medición complejas para determinar parámetros de presión en el tejido corporal. Además, se centran en parámetros específicos y se restringen a unos pocos lugares de medición, tales como, por ejemplo, la oreja. Por lo tanto, se deben utilizar diferentes sistemas de medición simultáneamente o secuencialmente para medir diferentes parámetros de un tejido corporal. Además, los procedimientos no invasivos conocidos también pueden resultar incómodos y presentar un riesgo para el paciente.
Por el documento US 2013/072807 A1, se conoce un sistema de supervisión para una persona, que también está configurado, entre otras cosas, para deducir la presión arterial de la persona a partir de valores de concentración de parámetros sanguíneos que pueden determinarse de forma no invasiva.
Por el documento US 2004/054290 A, se conoce un dispositivo de acoplamiento óptico para supervisar de forma no invasiva una región de un tejido vivo, en el que desde una sonda de fuente se emite radiación al tejido en un patrón temporalmente variable y se detecta por medio de una sonda de detección.
Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de medición y un procedimiento con los que se puedan determinar los parámetros de un tejido corporal de forma fácil y rápida, en los que haya que gestionar pocos componentes del sistema, con los que se puedan registrar preferentemente varios parámetros diferentes simultáneamente y que permitan un uso cómodo para un paciente.
Este objetivo se consigue con la invención por medio de un sistema de medición según la reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 12. En las reivindicaciones dependientes, se describen perfeccionamientos ventajosos y otros ejemplos de realización.
La presente invención propone un sistema de medición para la determinación de por lo menos un parámetro de presión en un tejido corporal del cerebro o en un músculo, que dispone de por lo menos un dispositivo de medición para fijar al cuerpo, una unidad óptica para emitir y detectar por lo menos cuatro ondas de luz con diferentes longitudes de onda, estando por lo menos una de las longitudes de onda de las ondas de luz situada en el intervalo de absorción de un constituyente del tejido corporal, que comprende por lo menos una guía óptica entre la unidad óptica y el dispositivo de medición para transmitir ondas de luz con diferentes longitudes de onda y una unidad de evaluación para evaluar señales de ondas de medición que son recibidas y transmitidas por el dispositivo de medición. Las ondas de luz emitidas por la unidad óptica se irradian a un volumen de medición óptico del tejido corporal por medio del dispositivo de medición. Las señales de ondas de medición recibidas por el dispositivo de medición desde el volumen de medición se transmiten a la unidad de evaluación. El valor de concentración del constituyente puede determinarse, por lo tanto, determinando la absorción de luz de una longitud de onda en el volumen de medición del tejido corporal.
Según la invención, la unidad de evaluación está diseñada para procesar señales de ondas de medición recibidas, en función de la absorción de las ondas de luz emitidas, para determinar la pulsatilidad de un parámetro de concentración medido en el volumen de medición, y la unidad de evaluación comprende un algoritmo de transformación para determinar un parámetro de presión en el tejido corporal a partir de la pulsatilidad del parámetro de concentración mediante una operación de comparación de la variación o de la evolución de una amplitud de la pulsatilidad con una curva de presión-volumen de referencia.
Con el sistema de medición según la invención es posible obtener, por lo tanto, varios parámetros diferentes de un tejido corporal mediante una simple medición de la absorción tal como es esencialmente conocido. Los resultados de medición de la medición de la absorción para determinar la concentración de un constituyente se procesan adicionalmente por la unidad de evaluación, determinándose las propiedades características de la pulsatilidad. Un parámetro de presión, que indica la presión en el tejido corporal, se asigna a la pulsatilidad determinada por medio del algoritmo de transformación de forma correspondiente a las propiedades características respectivas. Por lo tanto, se puede determinar un parámetro de presión del tejido corporal sin utilizar aparatos de medición de presión adicionales. Además, la determinación de la presión se puede realizar simultáneamente con la determinación de otros parámetros corporales.
Según un ejemplo de la invención, el sistema de medición está diseñado para determinar valores de concentración de por lo menos un constituyente. En este caso, el algoritmo de transformación transforma la pulsatilidad de los valores de concentración de los constituyentes del tejido corporal medidos en el volumen de medición en el parámetro de la presión en el tejido corporal. Preferentemente, el sistema de medición determina en el volumen de medición una concentración de hemoglobina oxigenada, hemoglobina desoxigenada y/o una concentración de hemoglobina total. La pulsatilidad de esta concentración medida se transforma después en el parámetro de la presión en el tejido corporal.
Según la invención, el sistema de medición está diseñado para determinar un constituyente en un volumen de medición en el cerebro. En una forma de realización, un parámetro de la presión intracraneal se puede determinar a partir de la pulsatilidad de la concentración de constituyentes en el volumen de medición del cerebro por medio del algoritmo de transformación.
Según la invención, el sistema de medición está diseñado para determinar un constituyente en un volumen de medición en un músculo. En una forma de realización, se puede determinar un parámetro de presión compartimental del músculo a partir de la pulsatilidad de la concentración de constituyentes en el volumen de medición del músculo por medio del algoritmo de transformación.
La invención se basa en el hallazgo sorprendente de que a partir de una combinación de las enseñanzas según la doctrina de Monro Kellie y la evolución de la pulsatilidad pueden deducirse distintos parámetros cerebrales de una forma sencilla. En particular, se pueden determinar la presión intracraneal, la concentración de distintos constituyentes cerebrales y el volumen de líquido cefalorraquídeo. También se pueden determinar metabolitos y enzimas. Este hallazgo también se puede aplicar a otros órganos. En particular, también podría desarrollarse un algoritmo de transformación para la determinación de un parámetro de presión en los músculos. Además, el sistema de medición también se puede utilizar para determinar parámetros en los huesos.
Los hechos en los que se basa la invención se explican con más detalle utilizando el ejemplo de una medición en el cerebro. Como primera aproximación, se puede suponer que el cráneo no es elástico. Los cambios de volumen dentro del cráneo provocados por la diferencia entre la sangre que entra y la que sale se encuentran generalmente dentro del intervalo de 1 ml. Se puede suponer que todas las sustancias dentro del cráneo son no compresibles. Además, un aumento en el volumen de un constituyente del cerebro, por ejemplo, un aumento en el volumen del tejido debido a un edema cerebral puede compensarse solo por medio de la disminución compensatoria de otro constituyente, por ejemplo, la disminución del líquido cefalorraquídeo o del volumen de sangre. Una vez que estos espacios de reserva se han agotado, la presión intracraneal aumenta, lo que se conoce como distensibilidad cerebral. Aunque la relación presión-volumen intracraneal depende de dichos mecanismos compensatorios, se comporta de forma aproximadamente constante, por lo menos para un individuo. Sin embargo, en estados patológicos, los efectos de masa, tales como, por ejemplo, una inflamación del cerebro, una hemorragia, la formación de un tumor, etc., son más relevantes y dan lugar a un aumento de la presión intracraneal debido al aumento de volumen. Una curva de presión-volumen es monoexponencial y puede determinarse empíricamente de forma conocida.
Por otra parte, los estados patológicos descritos tienen un efecto sobre la evolución de la pulsatilidad del flujo sanguíneo. Con el aumento de la presión intracraneal, por ejemplo, en caso de inflamación del cerebro, el corazón debe bombear cada vez más sangre al cráneo en contra de la presión intracraneal. Al mismo tiempo, cuando los vasos se estrechan, aumenta la velocidad de la sangre en los vasos. La onda de pulso del flujo sanguíneo induce un cambio de volumen en el cráneo y, por lo tanto, influye sobre la presión intracraneal y la distensibilidad.
Se ha establecido ahora que la presión intracraneal se puede deducir de la evolución o respectivamente de la variación de la amplitud de la pulsatilidad de un parámetro sanguíneo por medio de la curva de presión-volumen. En particular, a partir de la evolución de la amplitud de la pulsatilidad de la sangre se puede determinar el contenido de hemoglobina en un segmento del cerebro y, por lo tanto, la presión intracraneal. Debido a los efectos mencionados anteriormente, la configuración de las curvas ICP cambia y, por lo tanto, la morfología de la curva ICP.
Según una forma de realización de la invención, la evolución o respectivamente la variación, por ejemplo, de los valores de concentración de los distintos constituyentes de un tejido corporal en forma de una onda de medición o respectivamente una señal de medición óptica para agua tisular, hemoglobina oxigenada, hemoglobina desoxigenada y preferentemente también para el valor de hemoglobina total se registran por medio de procedimientos de medición ópticos. A partir de una pulsatilidad de las señales de onda de medición para los distintos constituyentes se determina una pulsatilidad de los valores del parámetro de presión, tales como, por ejemplo, la presión intracraneal. La distensibilidad y la presión intracraneal media se determinan a partir de la pulsatilidad de los valores de presión intracraneal así obtenida.
La pulsatilidad de una concentración de constituyentes está caracterizada, por ejemplo, por los picos dentro de un pulso, tal como se explica con más detalle en la descripción de las figuras. En general, la amplitud disminuye al aumentar la presión intracraneal una vez que se agotan los mecanismos compensatorios.
La pulsatilidad del flujo sanguíneo y, por lo tanto, la evolución o respectivamente la variación de su amplitud se puede determinar de forma sencilla mediante un sistema de medición óptico según la invención con un dispositivo de medición para la medición no invasiva de parámetros de un tejido corporal. A este respecto, el dispositivo de medición comprende un sistema emisor-detector para su fijación a un órgano, tal como el cuero cabelludo o la piel sobre un músculo, que está previsto para la emisión y la detección de las distintas ondas de luz. Un dispositivo de medición de este tipo se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente suiza de la solicitante titulada "Messvorrichtung zur Bestimmung zerebraler Parameter'', N° 02266/12 del 06/11/2012. Un dispositivo de medición de este tipo con una unidad sensora y una estera sensora está previsto para la fijación desmontable del dispositivo de medición sobre una superficie corporal tal como, por ejemplo, la superficie de la cabeza, por ejemplo, sobre la frente. Las configuraciones con respecto a las características de este dispositivo de medición y sus ventajas para llevar a cabo mediciones en el tejido corporal, en particular en el tejido cerebral, se incluyen completamente en la descripción de la presente invención. En particular, se hace referencia a las configuraciones con respecto a las mediciones ópticas de parámetros.
Además, utilizando un dispositivo de medición de este tipo, se pueden determinar volúmenes dentro del cráneo y, por lo tanto, se pueden determinar valores absolutos para la concentración de agua y hemoglobina en el tejido cerebral. La sangre está compuesta por plasma sanguíneo (agua, proteínas, etc.) y componentes corpusculares, incluidos los eritrocitos con hemoglobina. La concentración de eritrocitos determina el hematocrito y por lo tanto también la concentración en masa de agua en la sangre. A este respecto, el volumen de sangre cerebral se determina mediante la relación entre la masa del cerebro y el volumen de sangre y por la relación entre el hematocrito y la concentración de hemoglobina en el cerebro. A este respecto, el volumen intracraneal consiste en los volúmenes de materia cerebral blanca y gris, el volumen de sangre y el líquido cefalorraquídeo (Liquor cerebrospinalis). Lo mismo se aplica a una medición en el músculo, estando el volumen del músculo compuesto histológicamente por células musculares con miofibrillas. Químicamente, estas contienen aproximadamente % de agua y % de sustancias sólidas. Los componentes sólidos son aproximadamente el 20% de proteínas, principalmente miosina, lípidos, glucógeno, creatina, etc.
El sistema de medición puede determinar una medición de volumen que se compone del volumen intracraneal y partes extracerebrales, tales como el volumen del líquido cefalorraquídeo, el volumen de los huesos y el volumen de la piel.
Según la invención, el sistema de medición se dispone preferentemente en el mismo punto de medición de un paciente para cada medición, de modo que se mida el mismo segmento de volumen óptico en cada medición. Por tanto, la parte extracraneal, o respectivamente, la parte externa del músculo, puede considerarse constante a lo largo del tiempo. Ahora se ha demostrado que la concentración de un volumen medido, medido con el sistema de medición, es representativa de la totalidad del cráneo o respectivamente el músculo. En particular, un volumen medido con el sistema de medición que utiliza el procedimiento de espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) es aproximadamente representativo de la totalidad del cráneo o respectivamente el músculo. De este modo, se puede medir un segmento de volumen óptico del tejido corporal con el sistema de medición y de ello se puede deducir la composición de las partes de tejido en la totalidad del cerebro o el músculo. A este respecto se determina la variación de la concentración en el segmento de volumen irradiado. Si es necesario, el volumen total se puede registrar mediante procedimientos de medición conocidos, tales como, por ejemplo, procedimientos CT. La transformación de los valores de concentración determinados con el dispositivo de medición en valores de volumen se realiza por medio del dispositivo de evaluación, tal como un ordenador, que está conectado al dispositivo de medición o al que se pueden suministrar los valores medidos. Los valores medidos pueden transmitirse como señales ópticas, tales como las ondas de medición recibidas por el dispositivo de medición, o como señales eléctricas.
Con un sistema de medición y un procedimiento según la presente invención, también es posible llevar a cabo una determinación de agua tisular de una forma sencilla, preferentemente no invasiva. A este respecto, una fuente de luz del sistema de medición emite varias ondas de luz de diferentes longitudes de onda y las guía a través del dispositivo de medición al segmento de volumen óptico, estando las ondas de luz preferentemente en el borde de la denominada ventana bioóptica. Por lo menos una longitud de onda se encuentra en el intervalo de absorción del agua y es adecuada y característica para determinar la concentración de agua. Se pueden usar otras longitudes de onda para medir sangre oxigenada y desoxigenada y material tisular.
En general, se pueden medir diferentes efectos simultáneamente con un sistema de medición y un procedimiento según la presente invención. La distancia entre el cerebro y el cráneo, o respectivamente su variación, puede determinarse mediante una medición transcraneal basada en una medición NIRS. Al aumentar la presión, se puede medir la disminución del volumen de sangre suministrada mediante la variación o respectivamente la evolución de la amplitud de la pulsatilidad, tal como se ha mencionado anteriormente. Con el uso de varias longitudes de onda diferentes, que esencialmente penetran simultáneamente en un segmento de medición de volumen óptico del órgano del cuerpo, tal como, por ejemplo, del cráneo, se puede determinar la concentración de diferentes constituyentes, por ejemplo, constituyentes del cerebro, para los cuales se conocen sus espectros ópticos característicos. A este respecto, es ventajoso que el peso de las diferentes absorciones sea comparable, es decir, el producto del coeficiente de absorción y la concentración que se va a medir debe encontrarse dentro del mismo orden de magnitud para todos los constituyentes del tejido que se va a medir. De este modo se logra una precisión de medición representativa.
Según la invención, el sistema de medición óptica presenta un dispositivo de medición para medir un segmento de volumen óptico del tejido corporal, que recibe luz de varias longitudes de onda diferentes desde una fuente de luz. La fuente de luz proporciona rayos de luz con por lo menos cuatro longitudes de onda diferentes. Por lo menos una longitud de onda se encuentra en el intervalo de absorción del agua. Las otras longitudes de onda se adaptan a los restantes constituyentes del tejido, por ejemplo, constituyentes del cerebro. Por ejemplo, se utilizan longitudes de onda de entre 750 nm y 1100 nm. De esta forma se puede medir, por ejemplo, la concentración de hemoglobina y la concentración de sustancias blanca y gris. En el caso de una medición en un músculo, las longitudes de onda se adaptan preferentemente a los espectros de absorción de las proteínas y también de la mioglobina. Por ejemplo, las proteínas tienen reacciones medibles ópticamente a 200-300 nm dependiendo de su tamaño. Además, las diferentes longitudes de onda se eligen de tal manera que el producto del coeficiente de absorción y la concentración se encuentre dentro del mismo orden de magnitud para todos los constituyentes que se van a medir. La medición puede llevarse a cabo de forma esencialmente análoga a un procedimiento NIRS.
El sistema de medición también presenta un dispositivo de evaluación en el que, por ejemplo, se implementa un procedimiento numérico, que determina la concentración de los constituyentes en el tejido a partir de la medición óptica por medio de un sistema de ecuaciones lineales. Para el sistema de ecuaciones se puede utilizar, por ejemplo, la evolución, conocida en general, de la curva presión-volumen de la presión cerebral o muscular, que puede determinarse, por ejemplo, mediante una serie de mediciones convencionales. O se puede utilizar una curva promedio como referencia. A partir de la variación de la pulsatilidad a lo largo de esta curva se puede deducir el parámetro buscado, en particular la presión. Para ello, por ejemplo, la pulsatilidad puede determinarse a partir de dos valores de presión o respectivamente de volumen diferentes y extrapolarse más allá de estos valores medidos.
A partir de la determinación de la concentración de los constituyentes individuales del tejido cerebral, se puede derivar un aumento o una disminución de la concentración del líquido cefalorraquídeo. De esta manera se puede determinar, por ejemplo, un aumento o una disminución del edema cerebral.
Además, es ventajoso que el sistema de medición pueda medir una pulsatilidad de este parámetro con por lo menos una longitud de onda que reacciona a variaciones de la concentración sanguínea. Para ello, el dispositivo de medición mencionado anteriormente, por ejemplo, determina la luz dispersada o reflejada en el segmento de volumen de medición. La señal del haz de luz detectado, es decir, la señal de onda de medición recibida se traduce en la pulsatilidad asociada del valor de concentración medido de los constituyentes. La pulsatilidad se determina preferentemente utilizando varias longitudes de onda diferentes que reaccionan a variaciones de la concentración sanguínea, y se forma un valor promedio a partir de esta información. Si las condiciones siguen siendo las mismas, la amplitud de la pulsatilidad promediada sobre varias ondas de pulso sigue siendo aproximadamente la misma. Una variación de la amplitud indica una variación de la presión.
El sistema de medición según la presente invención también se puede utilizar con dos o más dispositivos de medición del tipo mencionado anteriormente, cada uno de los cuales suministra señales de medición a la unidad de evaluación. Los dispositivos de medición pueden proporcionarse, por ejemplo, en regiones opuestas del cráneo o de un músculo. Mediante varios dispositivos de medición pueden supervisarse diferentes regiones del cerebro, por ejemplo, con respecto a un contenido diferente de líquido cefalorraquídeo o, en general, con respecto a la composición del tejido.
El sistema de medición también puede comprender un dispositivo marcador, por medio del cual se puede introducir un colorante, preferentemente un colorante verde de indocianina (ICG), en el flujo sanguíneo. A continuación, el sistema de medición se puede utilizar en un modo de dilución de colorante ICG, con el que se puede determinar el volumen de sangre en el tejido. Esta magnitud de medición se acopla con una magnitud que se va a medir de forma continua, tal como, por ejemplo, la hemoglobina total, con lo que se pueden detectar variaciones en el volumen sanguíneo.
Como alternativa a un dispositivo de medición no invasivo del tipo descrito anteriormente, el principio de la presente invención se puede implementar ventajosamente utilizando una sonda convencional, preferentemente una sonda mínimamente invasiva, por ejemplo, en forma de catéter intracraneal. Los parámetros deseados pueden determinarse por medio de las señales de medición recibidas de la sonda según la presente invención.
La invención se ha ilustrado sobre la base de varias formas de realización. Las características técnicas individuales de una forma de realización también se pueden utilizar perfectamente en combinación con otra forma de realización con las ventajas presentadas. Por lo tanto, la descripción de las características técnicas según la invención no se limita a la forma de realización respectiva. En particular, las características de una medición en el cráneo se pueden transferir a una medición en un músculo o un hueso.
A continuación, se presenta una forma de realización ventajosa de la invención con referencia a las figuras, que se utilizan únicamente a modo de explicación y no deben interpretarse de forma limitativa. Las características de la invención que resultan evidentes a partir de las figuras deben considerarse pertinentes para la divulgación de la invención. En las figuras se muestra:
Figura 1: una curva de presión-volumen de la presión intracraneal y el volumen intracraneal,
Figura 2: una descripción esquemática de una asignación de diferentes resultados de pulsatilidad a parámetros de la presión intracraneal y
Figura 3: una representación esquemática de un sistema de medición según la presente invención.
En la figura 1, se muestra la relación entre la presión intracraneal y el volumen intracraneal mediante una curva de presión-volumen. A este respecto, la presión se indica en Torr [mmHg] y el volumen en unidades de cambio de presión AV. De esto puede deducirse que en un intervalo bajo de presión intracraneal de hasta aproximadamente 10 mmHg, un aumento de volumen no provoca ningún aumento significativo de presión. En este intervalo, los mecanismos de compensación pueden compensar un cambio de volumen sin que aumente la presión. En el intervalo aún normal de entre 10 mmHg y 20 mmHg, la presión intracraneal comienza a elevarse con un aumento de volumen. A partir de una presión de 20 mmHg, que corresponde a un intervalo de presión patológico, únicamente un pequeño cambio de volumen provoca un gran aumento de la presión intracraneal. Esta relación entre la presión intracraneal y el volumen intracraneal se utiliza en el sistema y los procedimientos de medición según la presente invención para determinar los parámetros cerebrales, tal como se ha descrito anteriormente.
A lo largo de esta curva se muestra una pulsatilidad de valores sanguíneos tales como, por ejemplo, los valores de sangre oxigenada o desoxigenada, una variación o respectivamente una evolución característica. Mediante la determinación de la pulsatilidad y la curva de presión-volumen, se puede deducir, por lo tanto, la presión intracraneal. Además, se pueden determinar las concentraciones de los diferentes constituyentes del cerebro.
En la figura 2, se representa una vista general esquemática de una asignación de diferentes resultados de pulsatilidad a parámetros de la presión intracraneal para un examen del cerebro. La presión intracraneal en Torr [mmHg] se representa de nuevo en un eje vertical. En la columna 1 se muestra la morfología de un pulso de una curva de medición de IPC para tres valores diferentes de la presión intracraneal. En la columna 2 se muestra la evolución del pulso de una concentración de hemoglobina oxigenada (Hboxi), en la columna 3 la evolución del pulso de una concentración de hemoglobina desoxigenada (Hbdesoxi) y en la columna 4 se muestra la evolución del pulso de una concentración de hemoglobina total (Hbtot) respectivamente para tres valores diferentes de la presión intracraneal. Los tres valores diferentes de la presión intracraneal se dividen en las filas A, B y C. La evolución del pulso en la fila A corresponde a una presión intracraneal de aproximadamente 10 mmHg, en la fila B a una presión intracraneal de aproximadamente 20 mmHg y en la fila C a una presión intracraneal claramente superior a 20 mmHg.
La evolución de la pulsatilidad de la presión intracraneal es conocida y se describe, por ejemplo, en "American Journal of Critical Care", 2008; 17:545-554 - Intracranial Pressure Waveform Morphology and Intracranial Adaptive Capacity". En condiciones normales, tales como en una evolución del pulso en la columna 1, fila A, la evolución del pulso presenta tres picos. El pico P1-ia se origina a partir de la pulsación del plexo coroideo (onda de percusión) con una amplitud aproximadamente constante. El pico P2-ia se origina a partir de un rebote después del primer desvío arterial (onda de marea) y varía en forma y amplitud. El pico P3-ia se origina a partir de una reacción venosa después de una escotadura dicrótica (onda dicrótica). La columna 1, línea B, muestra la evolución de pulso de un pulso de ICP con un valor de IPC aumentado en comparación con la línea A. El pico P2-m aumenta significativamente mientras que el pico P1-m sigue siendo esencialmente el mismo. La columna 1, línea C muestra la evolución de pulso de un pulso ICP en el intervalo de presión patológica superior a 20 mmHg. La evolución del pulso se aplana y muestra solo la formación de pequeños picos. A diferencia de la presente invención, la publicación mencionada anteriormente establece que los picos de la evolución del pulso de la presión intracraneal no son un factor clínicamente relevante y no son adecuados para determinar el estado de un paciente.
La evolución del pulso de una concentración de hemoglobina oxigenada, hemoglobina desoxigenada y una concentración de hemoglobina total se determinó utilizando un dispositivo de medición según la figura 3 mediante medición NIRS. La evolución de pulso de la concentración de Hboxi en condiciones normales se muestra en la columna 2, línea A. El pico P12A muestra una amplitud del plexo coroideo y el pico P22a una amplitud de un componente arterial del pulso. El componente arterial aumenta significativamente con el aumento de la presión intracraneal, tal como se puede observar en la columna 2, línea B, en el aumento del pico P22b . La evolución de pulso de la concentración de Hbdesoxi en condiciones normales se muestra en la columna 3, línea A. El pico P13A muestra nuevamente la amplitud del plexo coroideo. El componente arterial del pulso apenas es visible, mientras que el componente venoso influye significativamente en la evolución de pulso con un pico P33a . Con el aumento de la presión, el componente venoso domina la evolución de pulso con un pico P33b , tal como puede observarse en la columna 3, línea B. La evolución de pulso de la concentración de hemoglobina total muestra picos P14A, P24a y P34a claramente pronunciados en el intervalo de presión normal, véase la columna 4, línea A. Con el aumento de la presión, el componente venoso desaparece y el componente arterial es más pronunciado con el pico P24b . En el intervalo de presión patológica superior a 20 mmHg, la evolución del pulso ya no muestra picos individuales, sino que un pulso está determinado por la anchura de un único máximo.
Las mediciones han demostrado que la evolución de la pulsatilidad de los valores de concentración de los constituyentes determinados por medio del dispositivo de medición mediante la medición de la absorción es reproducible y se puede asignar sin ambigüedades a los valores de la presión intracraneal. En principio, un constituyente es suficiente para ello, por ejemplo, hemoglobina oxigenada. El uso de una pluralidad de constituyentes, por ejemplo, Hboxi, Hbdesoxi y Hbtot puede, sin embargo, aumentar la precisión de la medición. Para ello, el algoritmo de transformación del sistema de medición comprende un algoritmo de comparación, con el que la evolución de la pulsatilidad medida se puede asignar a un valor de presión específico. Para ello se pueden utilizar curvas de referencia para la evolución de la presión intracraneal. Además, la pulsatilidad de las concentraciones individuales de los constituyentes se puede asignar a una presión intracraneal utilizando la curva de presión-volumen de la figura 1. También es posible una combinación de una comparación con los picos de la presión intracraneal para determinar la presión existente.
Es ventajoso que, con la invención, se pueda utilizar la determinación de los valores de concentración de los constituyentes, que se pueden determinar de manera sencilla y, tomados por sí mismos, son útiles para la supervisión de un paciente. No es necesario utilizar una unidad de medición adicional para determinar la presión.
En la figura 3, se muestra esquemáticamente un sistema de medición 1 para medir por lo menos un parámetro corporal según la invención. El sistema de medición comprende por lo menos un dispositivo de medición 4, una unidad óptica emisora de luz 3 y una unidad de evaluación 2. El dispositivo de medición está diseñado como un parche no invasivo que está previsto que se aplique sobre un órgano del cuerpo, tal como, por ejemplo, un cráneo o un músculo, sobre un volumen de medición óptico del tejido corporal. Además, entre la unidad óptica 3, el dispositivo de medición 4 y la unidad de evaluación 2 están previstas guías ópticas 5 para la transmisión de ondas de luz. A este respecto, las ondas de luz emitidas por la unidad óptica 3 se irradian al volumen de medición óptico en el cerebro por medio del dispositivo de medición 4 y las ondas de medición recibidas desde el cerebro por el dispositivo de medición 4 se transmiten a la unidad de evaluación 2. La unidad óptica 3 pone a disposición del por lo menos un dispositivo de medición 4 varias ondas de luz de diferentes longitudes de onda. Por lo menos una longitud de onda se encuentra preferentemente en el intervalo de absorción del agua y cada longitud de onda adicional se selecciona de forma correspondiente a la absorción del parámetro corporal que se desee determinar.
Según la invención, están previstas por lo menos cuatro ondas de luz de diferentes longitudes de onda, estando el peso de las diferentes absorciones de las longitudes de onda en el volumen de medición óptico preferentemente dentro de un orden de magnitud. Para cada constituyente del tejido corporal, está prevista ventajosamente una longitud de onda correspondiente a la absorción para medir una concentración de este constituyente. Preferentemente, están previstas una longitud de onda correspondiente a la absorción para medir la concentración de un constituyente del tejido corporal, otra longitud de onda correspondiente a la absorción para medir la concentración de sangre desoxigenada y, si se desea, otra longitud de onda correspondiente a la absorción para medir la concentración de sangre oxigenada. Las ondas de luz y las ondas de medición se pueden guiar simultáneamente a través del dispositivo de medición para medir todos los parámetros.
El sistema puede medir la pulsatilidad del valor de medición en las longitudes de onda correspondientes que reaccionan a las variaciones en la concentración sanguínea. Si las condiciones siguen siendo las mismas, la amplitud de la pulsatilidad debe permanecer aproximadamente igual promediada sobre una pluralidad de ondas de pulso. Un cambio en la amplitud indica un cambio en la presión en el tejido corporal. Un aumento o respectivamente una disminución de la presión se determina claramente a partir de los valores medidos mediante una correlación correspondiente en la unidad de evaluación. A partir de la determinación de la concentración de los constituyentes del tejido corporal, se detecta un aumento o una disminución de la concentración de agua tisular. Esto se puede utilizar para determinar un aumento o una disminución del edema. La hemodinámica, la concentración de los componentes del tejido, el espesor del edema y la presión se determinan preferentemente simultáneamente con el sistema de medición.
Un ejemplo del uso del sistema de medición según la invención es el examen del cerebro y la determinación de la presión intracraneal o respectivamente su variación, tal como se ha explicado anteriormente. El sistema de medición y el procedimiento también son adecuados para examinar el tejido muscular con el fin de registrar la presión en un compartimento muscular o respectivamente su variación.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de medición para determinar por lo menos un parámetro de presión en un tejido corporal en el cerebro o en un músculo que comprende:
- por lo menos un dispositivo de medición para fijar en el cuerpo,
- una unidad óptica para emitir y detectar por lo menos cuatro ondas de luz con diferentes longitudes de onda, estando por lo menos una de las longitudes de onda de las ondas de luz situada en el intervalo de la absorción de un constituyente del tejido corporal,
- por lo menos una guía óptica entre la unidad óptica y dicho por lo menos un dispositivo de medición para transmitir ondas de luz con diferentes longitudes de onda, y
- una unidad de evaluación para evaluar señales de ondas de medición, que se son recibidas y transmitidas por el dispositivo de medición,
- en el que las ondas de luz emitidas por la unidad óptica con diferentes longitudes de onda pueden ser irradiadas por dicho por lo menos un dispositivo de medición en un volumen de medición óptico en el tejido corporal y las señales de onda de medición recibidas desde el volumen de medición óptico por el dispositivo de medición pueden ser transmitidas a la unidad de evaluación,
en el que
- la unidad de evaluación está diseñada para procesar las señales de ondas de medición recibidas en función de la absorción de las ondas de luz emitidas,
- para determinar la pulsatilidad de un parámetro de concentración medido en el volumen de medición, y en el que
- la unidad de evaluación comprende un algoritmo de transformación diseñado para determinar un parámetro de presión en el tejido corporal a partir de la pulsatilidad del parámetro de concentración mediante una operación de comparación de la variación, o bien de la evolución de una amplitud de la pulsatilidad con una curva de presión-volumen de referencia.
2. Sistema de medición según la reivindicación 1, caracterizado por que por lo menos uno de los valores de concentración de los constituyentes es una concentración de hemoglobina oxigenada, hemoglobina desoxigenada y/o una concentración de hemoglobina total.
3. Sistema de medición según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el parámetro de presión es un parámetro de la presión intracraneal en el cerebro.
4. Sistema de medición según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el parámetro de presión es una presión compartimental del músculo.
5. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una de las longitudes de onda de las ondas de luz emitidas está en el intervalo de absorción del agua y otra de las longitudes de onda se selecciona en el intervalo de absorción de uno de los constituyentes en el tejido corporal.
6. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que por lo menos cuatro ondas de luz con diferentes longitudes de onda pueden ser emitidas por la unidad de luz óptica para determinar cuatro constituyentes en el tejido corporal, estando un producto del coeficiente de absorción y el valor de concentración del constituyente para los cuatro constituyentes del tejido corporal situado dentro de un orden de magnitud.
7. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para diferentes constituyentes en el tejido corporal, está prevista una longitud de onda correspondiente a la absorción por uno de los constituyentes para medir una concentración de este constituyente, preferentemente está prevista una longitud de onda correspondiente a la absorción para medir una concentración de tejido corporal y/o una longitud de onda correspondiente a la absorción para medir una concentración de sangre.
8. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una pluralidad de ondas de luz emitidas y una pluralidad de señales de ondas de medición recibidas son guiadas simultáneamente en el dispositivo de medición.
9. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho por lo menos un dispositivo de medición viene dado por un dispositivo de medición no invasivo.
10. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la unidad de evaluación se implementa un procedimiento numérico, que determina un volumen de agua tisular, la concentración de sangre y/o una concentración de agua tisular y concentraciones de hemoglobina oxigenada, hemoglobina desoxigenada y/o una concentración de hemoglobina total mediante un sistema lineal de ecuaciones.
11. Sistema de medición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que está previsto un dispositivo marcador para introducir un colorante en un flujo sanguíneo del tejido corporal, y el sistema de medición presenta un modo para detectar una concentración de colorante en el flujo sanguíneo.
12. Procedimiento para medir por lo menos un parámetro en un tejido corporal mediante un sistema de medición según una de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende las etapas siguientes:
- fijar por lo menos un dispositivo de medición en el cuerpo,
- emitir y detectar por lo menos cuatro ondas de luz con diferentes longitudes de onda, estando por lo menos una de las longitudes de onda de las ondas de luz situada en el intervalo de absorción de un constituyente del tejido corporal,
- transmitir las señales de ondas de medición recibidas desde el tejido corporal a una unidad de evaluación y procesarlas,
- determinar una pulsatilidad de las señales de ondas de medición, en función de variaciones en los valores de concentración de constituyentes del tejido corporal,
- determinar un parámetro de presión en el tejido corporal por medio de un algoritmo de transformación utilizando una operación de comparación de la variación o respectivamente de la evolución de una amplitud de la pulsatilidad con una curva de presión-volumen de referencia.
13. Procedimiento para medir por lo menos un parámetro en un tejido corporal por medio de un sistema de medición según la reivindicación 12, en el que la hemodinámica y la concentración de constituyentes del cerebro o de un músculo se determinan simultáneamente con un procedimiento numérico a partir de las señales de ondas de medición de una pluralidad de ondas de luz de diferentes longitudes de onda.
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