MX2007015072A - Tecnicas para reducir al minimo el calentamiento de tejido inducido por radiofrecuencia. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan métodos y sistemas para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico en un sujeto vivo utilizando energía de radiofrecuencia externa; una unidad impulsora de radiofrecuencia fuera del sujeto irradia el dispositivo médico; una antena pasiva es colocada fuera del sujeto, generalmente opuesta a la unidad impulsora para dirigir nuevamente el campo generalmente hacia el dispositivo; el elemento para radiar nuevamente incrementa uniformidad del campo electromagnético producido por la unidad impulsora, la cual reduce el calentamiento de tejido local en el sujeto y en el personal que atiende al sujeto.

Description

TECNICAS PARA REDUCIR AL MINIMO EL CALENTAMIENTO DE TEJIDO INDUCIDO POR RADIOFRECUENCIA CAMPO TECNICO Esta invención se refiere a dispositivos inalámbricos energizados en forma remota. Más particularmente, la presente invención se refiere a reducir al mínimo el calentamiento de tejidos corporales durante la exposición a un campo electromagnético mientras energiza un dispositivo médico inalámbrico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCBON Los dispositivos que se pueden implantar o insertar son algunas veces energizados en forma inalámbrica mediante la transmisión de energía de radiofrecuencia (RF) de un radiador que está ubicado externo al cuerpo de un paciente. Una o más bobinas de energía incorporadas en el dispositivo reciben la energía de radiofrecuencia. Por ejemplo, algunos repetidores de satélite de ubicación inalámbricos comprenden dichas bobinas de energía y una o más bobinas detectan la posición para recibir señales de posición generadas externamente. Los repetidores de satélite normalmente utilizan la energía recibida en forma inalámbrica para convertir las señales de posición en señales de frecuencia alta y para impulsar la bobina de energía (o una bobina de transmisión separada) para transmitir las señales de frecuencia alta a una unidad de procesamiento ubicada externamente, la cual determina en respuesta la posición y la orientación del repetidor de satélite. Por ejemplo, un repetidor de satélite y aparato para operar el repetidor de satélite emplean señales análogas de alta frecuencia como el que se describe en la Publicación de Solicitud de Patente de E.U.A. No. 2003/0120150, titulada "Wireles position sensor", cuya descripción está incorporada en la presente como referencia. El aparato para operar el repetidor de satélite incluye una pluralidad de generadores de campo, la cual genera campos electromagnéticos en diferentes frecuencias respectivas en una proximidad del objeto y un impulsor de radiofrecuencia, el cual radia un campo impulsor de radiofrecuencia hacia un repetidor de satélite inalámbrico. El repetidor de satélite incluye por lo menos una bobina de sensor, en la cual una corriente de señal fluye en respuesta a los campos electromagnéticos y una bobina de energía, la cual recibe el campo impulsor de radiofrecuencia y transmite energía eléctrica desde el campo impulsor para energizar el repetidor de satélite. La bobina de energía también transmite una señal de salida para comunicar la información a un receptor o interrogador. En aplicaciones médicas dichos repetidores de satélite, ya sea análogos o digitales, normalmente comprenden bobinas sensoras múltiple, tales como tres bobinas mutuamente ortogonales, como se describe en la Patente Europea EP 0 776 176 para Ben Haim et al. Las coordenadas de posición y orientación del repetidor de satélite pueden por lo tanto ser determinadas sin ambigüedad. Estos repetidores de satélite de ubicación permiten la determinación de la posición y orientación de un objeto en el cuerpo sin la necesidad de cualquier conexión cableada entre la bobina detectora y la unidad de procesamiento externa. Dichos repetidores de satélite inalámbricos pueden ser implantados en el cuerpo de un paciente, tal como en un hueso del paciente o incorporados en un dispositivo médico que se puede implantar. Sin embargo, existe una preocupación sobre, cuando el dispositivo está siendo activamente energizado por un impulsor de radiofrecuencia, podría ser dañino el calentamiento de tejido local que resulta de las no uniformidades en el campo electromagnético. En general la deposición de la energía de radiofrecuencia en el cuerpo humano tiende a incrementar la temperatura corporal. Un documento de la Organización mundial de la salud, Environmental health criteria 137, disponible en la Internet en la URL http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc137.htm, indica que existe un umbral de índice de absorción específico (SAR) de energía de radiofrecuencia para frecuencias sobre aproximadamente 1 MHz de 1-4 p/kg, sobre el cual es incrementada la probabilidad de efectos adversos en la salud. Por debajo de aproximadamente un MHz, los estándares se basan en corrientes inducidas en el cuerpo, ocasionando choques y quemaduras. Adicionalmente, los campos pulsados pueden ser de preocupación particular.

En el caso de campos electromagnéticos pulsados, ha sido mostrado, bajo un número de condiciones, que los umbrales para efectos biológicos en frecuencias sobre varios cientos de MHz son disminuidos cuando la energía es liberada en pulsos cortos (1-10 -µe). Un límite seguro para dichos pulsos no puede incluso ser identificado en la base de una evidencia disponible. Parecería prudente reducir al mínimo la exposición de pacientes y personal médico a dichos campos.

BREVE DESCRIPCION DE LA iNVENCBQN De acuerdo con las modalidades descritas de la presente invención, se proporcionan métodos y sistemas para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico en un sujeto vivo utilizando energía de radiofrecuencia externa mientras que reduce al mínimo la deposición local de energía de radiofrecuencia en los tejidos. Una unidad impulsora de radiofrecuencia fuera del sujeto irradia el dispositivo médico. Una antena pasiva es colocada fuera del sujeto, generalmente opuesta a la unidad impulsora, la cual dirige nuevamente el campo generalmente hacia el dispositivo. El elemento para radiar nuevamente incrementa la uniformidad del campo electromagnético producido por la unidad impulsora y reduciendo de esta manera el calentamiento de tejido local en el sujeto y en el personal que atiende al sujeto.

Una modalidad de la presente invención proporciona un método para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico que está ubicado en un sujeto vivo, el cual es realizado mediante la generación de un campo de energía de radiofrecuencia en una primera posición fuera del sujeto, el campo que se extiende en el sujeto para energizar el dispositivo y radiando nuevamente pasivamente el campo desde una segunda posición fuera del sujeto generalmente hacia la primera posición. De acuerdo con un aspecto del método, la segunda posición generalmente es opuesta a la primera posición entre el sujeto. De acuerdo con otro aspecto del método, el dispositivo es un repetidor de satélite que tiene sensores de posición que obtienen la energía del campo. En un aspecto del método, el campo es radiado nuevamente por exactamente una antena pasiva en la segunda posición. De acuerdo con un aspecto adicional del método, la antena pasiva incluye una bobina única de cable. De acuerdo con todavía otro aspecto del método, el campo tiene una frecuencia de 13.6 MHz y la antena pasiva tiene una capacitancia de aproximadamente 100 pF. En un aspecto adicional del método, el campo es resonado en la segunda posición. Un aspecto del método incluye proteger una porción del sujeto del campo, la porción protegida excluyendo el dispositivo.

Una modalidad de la presente invención proporciona un aparato para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico. El dispositivo es ubicado en un sujeto vivo y es energizado por energía de radiofrecuencia externa. Una unidad impulsora de radiofrecuencia dispuesta en una primera posición fuera del sujeto para generar un campo de energía de radiofrecuencia que se extiende en el sujeto para irradiar el dispositivo. Un elemento para radiar nuevamente es dispuesto en el campo en una segunda posición fuera del sujeto para dirigir nuevamente el campo generalmente hacia el dispositivo. De acuerdo con un aspecto adicional del aparato, el dispositivo es un repetidor de satélite que tiene sensores de posición que derivan energía del campo. De acuerdo con aún otro aspecto del aparato, el elemento para radiar nuevamente es exactamente una antena pasiva. De acuerdo con el aspecto del aparato, la antena pasiva incluye una bobina única de cable. De acuerdo con un aspecto adicional del aparato, la antena pasiva es resonante en una frecuencia del campo.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Para una mejor comprensión de la presente invención, se hace referencia a la descripción detallada de la presente invención, por medio de ejemplos, la cual será leída en conjunto con los siguientes dibujos, en donde los elementos similares tienen números de referencia similares y en donde: La Figura 1 , es una ilustración pictórica de un sistema para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención; La Figura 2, muestra curvas de fuerza de campo de ejemplo producidas por el sistema mostrado en la Figura 1 , de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención; La Figura 3, es un modelo del elemento finito de una rodilla humana mostrada en perspectiva ligera sobre una mesa de operación, en la cual las antenas se muestran, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención; La Figura 4, es una vista de extremo de un modelo del elemento finito similar al modelo del elemento finito mostrado en la Figura 3, sobre el cual es súper impuesto un patrón de radiación, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención; La Figura 5, muestra un modelo del elemento finito similar al de la Figura 4, con un patrón de radiación superimpuesto, en el cual las antenas son activas, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención; y La Figura 6, es una ilustración pictórica de un sistema para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico que incluye una cubierta protectora, de acuerdo con una modalidad alterna de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En la siguiente descripción, se establecen numerosos detalles específicos con el objeto de proporcionar un entendimiento completo por medio de la presente invención. Sin embargo, será evidente para un experto en la materia, que la presente invención puede ser practicada sin estos detalles específicos. En otro ejemplo, los circuitos bien conocidos y lógica de control no han sido mostrados en detalle con el objeto de no oscurecer innecesariamente la presente invención. Regresando ahora a los dibujos, la referencia es inicial mente hecha a la Figura 1 , la cual es una ilustración pictórica de un sistema 10 para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención. El sistema 10 comprende una unidad de energía impulsora 12 dispuesta externa a un sujeto 14 y un dispositivo médico inalámbrico que se puede implantar o insertar 16. El dispositivo médico 16 es normalmente incorporado en un catéter (no mostrado) o implantado en el sujeto 14. El dispositivo médico 16 comprende por lo menos una bobina de energía 18, para recibir la energía transmitida por la unidad de energía impulsora 12. Para aplicaciones en las cuales el dispositivo médico 16 funciona como un repetidor de satélite de ubicación inalámbrico, el sistema 10 normalmente comprende además uno o más generadores de señal de posición 20, el cual generan las señales de posición recibidas mediante por lo menos una bobina detectora de posición 22 incorporada en el dispositivo médico 16. Una unidad de control 24 controla y energiza los generadores de señal de posición 20 y la unidad de energía impulsora 12. Un repetidor de satélite, el cual es adecuado para utilizar como el dispositivo médico 16 y el cual transmite señales de alta frecuencia digital se describe en la publicación de solicitud de Patente de E.U.A. No. 2005/0099290 titulada "Digital wireless position sensor", cuya descripción está incorporada a la presente como referencia. Con el objeto de transmitir energía eficientemente al dispositivo médico 16, la unidad de energía impulsora 12 es normalmente ubicada cerca o en contacto con el tejido externo del sujeto 14, en una proximidad del dispositivo médico 16. La unidad de energía impulsora 12 genera una señal de radiofrecuencia, que normalmente tiene una frecuencia en el intervalo de megahercios (por ejemplo, 13.6 MHz), para impulsar la bobina de energía 18 y energizar de esta manera el dispositivo médico 16. La fuerza de un campo RF 26 generada por la unidad de energía impulsora 12 normalmente desciende rápidamente conforme incrementa la distancia de la unidad de energía impulsora 12. Por consiguiente, un nivel de energía relativamente alto (por ejemplo, entre aproximadamente 12 P/kg y aproximadamente 20 P/kg) es normalmente necesaria con el objeto de proporcionar suficiente fuerza de campo en el dispositivo médico 16, el cual es normalmente colocado desde varios centímetros hasta varias decenas de centímetros de la unidad de energía impulsora 12, dependiendo de la aplicación específica. Dicho un campo de fuerza puede calentar el tejido en forma no deseada del sujeto 14 en la proximidad de la unidad de energía impulsora 12 y los tejidos del médico que realiza el procedimiento y personal médico auxiliar (no mostrado). Con el objeto de incrementar la uniformidad del campo 26, el sistema 10 comprende adicionalmente una antena pasiva 28, la cual normalmente comprende por lo menos una bobina o circuito 30. Por ejemplo, la antena 28 puede comprender un circuito único de 80 cm., normalmente con capacitancia de aproximadamente 100 pF. Sin embargo, la capacitancia puede variar, siempre y cuando el circuito sea configurado para resonar en la frecuencia del campo desarrollado por la unidad de energía impulsora 12. La antena 28 es colocada al lado del sujeto 14 opuesta al lado en el cual la unidad de energía impulsora 12 es colocada, normalmente aproximadamente 1 y aproximadamente 1.5 metros de la unidad de energía impulsora 12. La antena 28 normalmente es absolutamente pasiva; por lo tanto no requiere una fuente de energía o acoplamiento para una unidad de control. La antena 28 radia nuevamente una porción de la energía del campo. Como un resultado, el campo 26 es generalmente es relativamente más fuerte en la proximidad de la antena 28 y del dispositivo médico 16 y relativamente más débil en la proximidad de la unidad de energía impulsora 12, de lo que podría ser el caso en la ausencia de la antena 28. Ahora se hace referencia a la Figura 2, la cual es una gráfica que muestra curvas de fuerza de campo de ejemplo teóricas, de acuerdo con una modalidad descrita en la presente invención. En el ejemplo teórico ilustrado, una curva 32 representa la fuerza del campo 26 (Figura 1 ), cuando la antena 28 no es empleada, en las distancias entre 0 m., y 1.5 m., de la unidad de energía impulsora 12, en una dirección generalmente hacia arriba de la unidad de energía impulsora 12 y a través del sujeto 14. Como se puede observar, la fuerza desciende rápidamente conforme la distancia de la unidad impulsora disminuye. Una curva 34 representa la fuerza del campo 26, cuando la antena 28 es desplegada a 1.5 m., de la unidad de energía impulsora 12. La nueva radiación de la antena 28 aplana substancialmente la curva, resultando en una distribución de campo más uniforme.

EJEMPLO Ahora se hace referencia a la Figura 3, la cual es un modelo del elemento finito 36 de una rodilla humana 38 mostrada en perspectiva ligera sobre una mesa de operación, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención. La conductividad del músculo de 0.6 Seim fue asumida para los modelos en este ejemplo. Un elemento de energía impulsora 40 es dispuesto por debajo de la rodilla 38. Las antenas para radiar nuevamente pasivas 42, 44 son colocadas sobre la rodilla 38. Ahora se hace referencia a la Figura 4, la cual es una vista del extremo de un modelo del elemento finito 46 de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención, similar al modelo del elemento finito 36 (Figura 3), en el cual las antenas 42, 44 están ausentes. Se muestra un patrón de radiación simulada creado por un elemento de impulsión 48. Se indica un área 50 de radiación RF intensa, traslapando un sitio operativo 52. Ahora se hace referencia a la Figura 5, la cual es una vista del modelo del elemento finito 46, en el cual las antenas 42, 44 (Figura 3) son ahora activas en una simulación, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención. La perspectiva de la Figura 5 difiere de alguna forma de la Figura 4 y la mayor porción del modelo del elemento finito ha sido removida para ilustrar mejor el patrón de radiación. En su lugar, un rectángulo 54 traza la ubicación del componente de la rodilla del modelo del elemento finito 46. La región de radiación RF más intensa es indicada por un área 56, la cual es considerablemente reducida en tamaño cuando es comparada con el área 50 (Figura 4). Unicamente una porción relativamente pequeña del sitio operativo en la porción inferior del rectángulo 54 es ocupada por el área 56.

Modalidad alternativa Ahora se hace referencia a la Figura 6, la cual es una ilustración pictórica de un sistema para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico que incluye una cubierta protectora 58, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención. La cubierta 58, la cual comprende un material que bloquea la energía RF (por ejemplo, hoja de aluminio, cubiertas de cobre, bronce, hierro), es acoplada a una conexión a tierra 60 y colocada entre la unidad de energía impulsora 12 y el tejido del sujeto 14 que no necesita ser expuesto al campo 26 (Figura 1 ). En el ejemplo mostrado en la Figura 6, el dispositivo médico 16 ha sido implantado o insertado dentro de una pierna izquierda 62 del sujeto 14 y la cubierta 58 es configurada para proteger una pierna derecha 64 del campo 26. Las configuraciones para proteger otras áreas corporales del sujeto y al médico (no mostrado) que realiza un procedimiento médico mientras que energizan el dispositivo médico 16, será evidente fácilmente para aquellos expertos en la material. La cubierta 58 puede ser empleada adicionalmente o alternativamente a la antena 28 (Figura 1 ). El campo creado en la configuración de la Figura 6 no es uniforme. No obstante, la adición de una antena para radiar nuevamente tiende a disminuir las no uniformidades, ya que el efecto del campo es relativamente inalterado lejos de la antena y el campo es reducido cercano a la antena. Aquellos expertos en la materia apreciarán que la presente invención no está limitada a lo qué se ha mostrado y descrito particularmente en la presente. En su lugar, el alcance de la presente invención incluye tanto combinaciones como sub-combinaciones de las diversas características descritas anteriormente, así como también las variaciones y modificaciones de las mismas que no existen en la técnica anterior, las cuales podrían ocurrírsele a los expertos en la materia a partir la lectura de la descripción precedente.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un método para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico que está ubicado en un sujeto vivo, que comprende los pasos de: generar un campo de energía de radiofrecuencia en una primera posición fuera de dicho sujeto, dicho campo que se extiende dentro de dicho sujeto para energizar dicho dispositivo; y desde una segunda posición fuera de dicho sujeto que radia nuevamente pasivamente dicho campo generalmente hacia dicha primera posición.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha segunda posición generalmente se opone a dicha primera posición entre dicho sujeto.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho dispositivo es un repetidor de satélite que tiene sensores de posición que obtienen energía de dicho campo.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho paso de radiar nuevamente dicho campo es realizado disponiendo exactamente una antena pasiva en dicha segunda posición.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dicha antena pasiva comprende una bobina única de cable.

6. - El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dicho campo tiene una frecuencia de 13.6 MHz y dicha antena pasiva tiene una capacitancia de aproximadamente 100 pF.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho paso de radiar nuevamente es realizado haciendo resonar dicho campo en dicha segunda posición.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente el paso de proteger una porción de dicho sujeto de dicho campo, dicha porción que excluye dicho dispositivo.

9.- Un aparato para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico que está ubicado en un sujeto vivo que es energizado por energía de radiofrecuencia externa, el cual comprende: una unidad impulsora de radiofrecuencia dispuesta en una primera posición fuera de dicho sujeto para generar un campo de energía de radiofrecuencia, dicho campo que se extiende dentro de dicho sujeto para irradiar dicho dispositivo; y un elemento para radiar nuevamente dispuesto en dicho campo en una segunda posición fuera de dicho sujeto para dirigir nuevamente dicho campo generalmente hacia dicho dispositivo.

10. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dicha segunda posición generalmente se opone a dicha primera posición a través de dicho sujeto.

11. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dicho dispositivo es un repetidor de satélite que tiene sensores de posición que derivan la energía de dicho campo.

12. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dicho elemento para radiar nuevamente es exactamente una antena pasiva.

13.- El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque dicha antena pasiva comprende una bobina única de cable.

14. - El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho campo tiene una frecuencia de 13.6 MHz y dicha antena pasiva tiene una capacitancia de aproximadamente 100 pF.

15. - El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque dicha antena pasiva es resonante en una frecuencia de dicho campo.

16. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende adicionalmente una cubierta que reduce la exposición de una porción de dicho sujeto de la energía radiante de dicho campo.

17. - Un método para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico que está ubicado en un sujeto vivo, que comprende los pasos de: generar un campo de energía de radiofrecuencia fuera de dicho sujeto, dicha campo se extiende dentro de dicho sujeto para energizar dicho dispositivo; y proteger una porción de dicho sujeto de dicho campo, dicha porción excluyendo dicho dispositivo.

18. - El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque dicho dispositivo es un repetidor de satélite que tiene sensores de posición que obtienen la energía de dicho campo.

19.- Un aparato para energizar en forma inalámbrica un dispositivo médico que está ubicado en un sujeto vivo que es energizado por energía de radiofrecuencia externa, que comprende: una unidad impulsora de radiofrecuencia dispuesta en una primera posición fuera de dicho sujeto para generar un campo de energía de radiofrecuencia, dicho campo se extiende dentro de dicho sujeto para irradiar dicho dispositivo; y una cubierta que reduce la exposición de una porción de dicho sujeto de energía radiante de dicho campo.

20.- El aparato de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque dicho dispositivo es un repetidor de satélite que tiene sensores de posición que obtienen la energía de dicho campo.