WO2019059753A1 - Sistema y aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido - Google Patents

Abstract

El sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido aporta información relevante a los profesionales sanitarios para evitar la muerte celular del tejido por falta de flujo sanguíneo, aumentando así la probabilidad de éxito de la cirugía y disminuyendo el tiempo de recuperación del paciente. El sistema consta al menos de: a) un aparato (1) con una sección (7) de sensado de señales sobre el estado del tejido obtenidas mediante al menos un diodo láser infrarrojo, uno rojo y un fotodetector, una sección de instrumentación para acondicionar las señales y una sección de procesamiento de las señales y de comunicación de la información procesada; b) un monitor o interfaz gráfica (2) para visualizar dicha información c) una plataforma web (3) o aplicación móvil que recibe, almacena y analiza la información mencionada, misma que sincroniza al menos dos aparatos para crear un modelo personalizado de cada tejido.

Description

SISTEMA Y APARATO PARA LA MEDICIÓN Y MONITOREO DE FLUJO SANGUÍNEO Y OXIGENACIÓN EN UN TEJIDO SANO E

INJERTO DE TEJIDO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está relacionada con la industria médica en general, en lo particular se relaciona con el ámbito de los dispositivos médicos empleados en la medición de variables fisiológicas; tales como dispositivos de monitorización y vigilancia de diversos aspectos fisiológicos. Más específicamente se refiere a un sistema y aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En Estados Unidos de América (EUA) se realizan cerca de seis millones de cirugías de trasplante de tejidos al año. Este procedimiento se lleva a cabo en el tratamiento de distintos padecimientos, por ejemplo: diabetes, quemaduras, reconstrucciones, tumores, etc. Este tipo de cirugía tiene un alto costo en distintos ámbitos. En primer lugar, se debe de recalcar que el tejido no es un recurso del cual se puede disponer de manera ilimitada, en segundo lugar, son las horas invertidas en el quirófano (entre 12 y 14 horas) y en tercer lugar el costo económico de este tipo de cirugía, que en México ronda alrededor de los $340,000 pesos. Cabe destacar que las primeras 72 horas después del procedimiento quirúrgico son cruciales para viabilidad del procedimiento y que dentro de las principales causas de que este tipo de cirugía falle, se encuentra la falta de flujo sanguíneo. Datos del Instituto de Seguridad y Servicios Sociales de los Trabajadores del Estado (ISSSTE), aseguran que la segunda causa por la que un trasplante de injerto falla durante su proceso postquirúrgico es la falta de flujo sanguíneo.

Por las razonas antes mencionadas es imperativo que se lleve a cabo por el especialista encargado una revisión minuciosa y de manera frecuente con la finalidad de conocer la evolución del tejido a injertar durante el periodo critico antes mencionado y detectar de manera oportuna alguna anomalía en la evolución del tejido sano o injerto de tejido.

Por ello se hace necesario contar con un dispositivo o aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano o injerto de tejido para asegurar el éxito del trasplante de injerto.

Se realizó una búsqueda para determinar el estado de la técnica más cercano localizándose los siguientes documentos:

Se ubicó la patente US9119761B2 (que denominaremos como documento D1) de Christopher Caldarone y Andrew Redington del 06 de julio de 2012 que revela un sistema de pre-acondicionamiento isquémico (obstrucción del flujo sanguíneo en un tejido) remoto para inducción de isquemia transitoria en un sujeto con la finalidad de proteger órganos vitales. El sistema comprende un único manguito que tiene una única bolsa configurada para retraerse sobre un miembro de un sujeto; un controlador conectado a dicho manguito, el cual está configurado para realizar una pluralidad de secuencias predeterminadas. Cada ciclo consiste en inflar dicho manguito a una presión para ocluir el flujo sanguíneo del sujeto, mantener dicha presión del manguito para generar una isquemia de duración de un minuto o más.

La invención divulgada en el documento D1 tiene por objetivo generar ciclos de isquemia controlada en la extremidad de un paciente como medio de protección a órganos vitales (corazón, ríñones, pulmones cerebro) en contraste con nuestra invención la cual busca determinar el flujo sanguíneo con la finalidad precisamente de evitar isquemia en un tejido (trasplante de tejido autónomo en su circulación). Tanto nuestra invención como D1 ' comparten características técnicas como es de esperarse en las invenciones del área electrónica como: sensores optoeléctricos fisiológicos, como un detector y emisor de luz infrarroja. Sin embargo, por principios físicos y de funcionalidad la invención del documento 01 y nuestra invención cuentan con las siguientes diferencias las cuales demuestran novedad y actividad inventiva en conjunto respecto a la invención del referido documento D1: La invención del documento D1 busca generar una isquemia en una extremidad controlada en contraste a nuestra invención la cual evita en todo momento la isquemia a un tejido en particular. La invención del documento D1 basa su método de control de isquemia en la medición de la reperfusión de la extremidad a través de identificar las vibraciones o ruidos de Korotkoff con sus sensores de presión. Como segunda instancia, utiliza un pulsoxímetro en la parte distal de la extremidad, donde se está generando la isquemia, para detectar la ausencia de pulso y la saturación de oxigeno. Por otra parte, nuestra invención actúa de manera local con un tejido, a través de determinar la velocidad o flujo sanguíneo al salir de la cirugía, por medio de los sensores óptico, calcula una caída del porcentaje de calibración y adicionalmente utiliza la red neuronal para la clasificación del estado del tejido para generar una alarma visual y auditiva.

Nuestra invención permite enviar la información, de manera enlistativa más no limitativa, a un monitor local, un servidor o una plataforma web para la visualización en tiempo real, procesamiento y almacenaje de la información con fines varios, en cambio la invención del documento D1 no tiene estas características técnicas o metodología para el uso de la información. Se ubicó también la solicitud de patente US2009118598 (que se ha denominado como documento D2) de Hoarau Carine y Li l¡, del 05 de enero de 2009, que divulga un método para la eliminación de artefactos de movimiento a un sensor oximetrfa de pulso, por medio de una estructura sensible a la presión adaptada para proporcionar una realimentación eléctrica para ser usado por un módico o personal sanitario para la detección de parámetros como: oximetria de pulso, que se usa para medir diversas características del flujo sanguíneo, como saturación de sangre y oxígeno de la hemoglobina en sangre y una tasa de pulsaciones de sangre correspondiente a cada latido del corazón de un paciente. El sensor comprende: un cuerpo de sensor adaptado para ser colocado sobre un paciente; un emisor y un detector dispuestos en el cuerpo del sensor; y una estructura sensible a la presión asociada con el emisor o el detector utilizada en un dedo.

La invención presentada en el documento D2 tiene por objetivo y se limita al mejoramiento del procesamiento de la señal de la oximetria de pulso para obtener una información libre de artefactos de movimiento principalmente. En contraste con nuestra invención la cual, busca medir y monitorear el estado del tejido a partir de la información obtenida por los sensores ópticos y de saturación de oxigeno (SP02)

De la misma manera, tanto nuestra invención como la del documento D2 comparten características técnicas como es de esperarse en las invenciones del área electrónica como: medios de adquisición de señales, sensores y utilización de transformadas matemáticas para la caracterización de la señal.

Sin embargo, por principios técnicos, físicos y de funcionalidad la invención del documento D2 y nuestra invención cuentan con las siguientes diferencias las cuales demuestran novedad y actividad inventiva para su implementación en conjunto: La invención del documento D2 permite eliminar artefactos por movimiento en la señal de oximetría gracias a la implementación de un sensor de deformación como estructura de soporte del dedo, la cual es correlacionada con la señal de oximetría a partir de un análisis en frecuencia y comparada con una base precargada con el sistema para saber si existe o no un valor correcto en la medición. Por otra parte, nuestra invención busca medir precisamente el nivel de flujo del tejido para determinar una disminución porcentual de la irrigación a partir de una medición de calibración con la finalidad de evitar una isquemia al tejido. La señal es adquirida, acondicionada analógicamente, convertida a digital y procesada para obtener el flujo de la microcirculación del tejido y esta forma se logra aproximar un valor de velocidad de flujo. Adicionalmente se obtiene la saturación de oxigeno del colgajo por medio del sensor de SP02, con la cual se realiza una correlación de los datos para establecer parámetros de decisión en los algoritmos de la red neuronal que preténdete clasificar el estado del tejido y poder activar la alarma visual y auditiva al usuario. Nuestra invención adicionalmente contempla la incorporación de la visualización de la información a partir del envió por medio de un circuito de conexión inalámbrica a un monitor, o sistema de despliegue y a una plataforma web donde se puede almacenar y ser procesada para extraer como ejemplos no limitativos registros, reportes estadísticos de la información recolectada. Se ubicó también la solicitud US2008126860 (que se ha denominado como documento D3) del 24 de mayo de 2008 de Mao Jimmy Jian- Min et. al. que da a conocer un sistema de extracción de tejido con un sensor de oximetria en su punta para conocer la saturación de oxígeno para medir el oxigeno saturación de tejido en un paciente.

El sistema incluye una unidad del sistema y una sonda de sensor, que es conectado a la unidad del sistema a través de una conexión por cable. La conexión puede ser una conexión eléctrica, óptica u otra conexión por cable, incluyendo cualquier número de por ejemplo, uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis o más cables o fibras ópticas.

La invención del documento D3 se refiere a un aparato extractor con un sensor de oximetria en su punta, que permite medir la saturación de oxigeno en el tejido extraído. La punta incluye una o más aberturas para al menos una fuente y detector. Una implementación especifica es un extractor de la raíz nerviosa espinal con un sensor de oximetria en la punta. Tanto nuestra invención como la del documento D3 comparten puramente características técnicas como un sensor de oximetria, microprocesador, fuente de energía y una pantalla de visualización. Sin embargo, por principios técnicos y de funcionalidad la invención del documento D3 y nuestra invención cuentan con las siguientes diferencias las cuales demuestran actividad inventiva para su implementación en conjunto:

La invención del documento D3 se utiliza principalmente para la extracción de un tejido y determinación de la saturación de oxígeno. Nuestra invención adicionalmente a la saturación del oxígeno permite conocer la velocidad del flujo sanguíneo, con lo que permite cuantificar y monitorear el estado del colgajo a través de técnicas de análisis tiempo-frecuencia como: FFT transformada Wavelet ejemplos enlistativo más no limitativos. Así mismo, no tiene una aplicación postquirúrgica más que quirúrgicamente. Adicionalmente, nuestra invención utiliza técnicas de redes neuronales para la clasificación del estado del tejido con la información del flujo sanguíneo en correlación con la saturación de oxigeno del tejido. Nuestra invención adicionalmente contempla la incorporación de la visualización de la información a partir del envió por medio de un circuito de conexión inalámbrica a un monitor, o sistema de despliegue y a una plataforma web donde se puede almacenar la información recolectada y ser procesada para extraer registros, estadísticas etc.

A pesar que la invención del documento D3 trata sobre la implementación de un sensor de oximetria en un extractor de tejido difiere de nuestra invención en la metodología, procesamiento, caracterización de las señales y en la implementación de la visualización en un monitor y de la plataforma web para el registro de la información. Por lo que ni las invenciones de los documentos D1, D2, y D3 por separados ni en su combinación revelan los elementos necesarios para obtener, procesar, caracterizar, enviar y retroalimentar al usuario acerca del estado de flujo sanguíneo y saturación de oxígeno.

Ante la necesidad de contar con un sistema y aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injertos de tejido, fue como se desarrolló la presente invención.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene como objetivo primordial hacer disponible un novedoso sistema y aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido que permitan aportar información relevante del estado actual de dicho tejido sano o injerto de tejido a los profesionales de la salud, en particular a los médicos cirujanos especialistas en cirugía plástica, con la finalidad de evitar la muerte celular del tejido por falta de flujo sanguíneo y con ello aumentar la probabilidad de éxito de la cirugía y disminución del tiempo de recuperación del paciente. Otro objetivo de la presente invención es hacer disponible dicho sistema y aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, que además permita una revisión minuciosa y de manera frecuente con la finalidad de conocer la evolución del tejido a injertar durante el periodo critico antes mencionado y detectar de manera oportuna alguna anomalía en la evolución del tejido vivo e injerto de tejido.

Otro objetivo de la presente invención es hacer disponible dicho sistema y aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, que además permita aumentar ia accesibilidad a los profesionales de la salud de primer contacto para adquirir tecnologías de alta calidad y funcionalidad.

Y todas aquellas cualidades y objetivos que se harán aparentes al realizar una descripción de la presente invención apoyados en las modalidades ilustradas.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL INVENTO

De manera general el sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido de conformidad con la presente invención consta de a) al menos un aparato para la adquisición de la señal, acondicionamiento, pre- procesamiento y comunicación (AACPC) con una plataforma web; b) al menos un monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información y c) una plataforma web o aplicación móvil para almacenar y analizar la información obtenida con dicho aparato.

Dicho aparato para la adquisición de la señal, acondicionamiento, pre-procesamiento y comunicación (AACPC) consta de una sección de sensado de la señal, una sección de instrumentación para el acondicionamiento y una sección de procesamiento y comunicación.

Dicha sección de sensado consta de al menos un diodo láser infrarrojo, al menos un diodo láser rojo con longitud de onda en el segmento rojo del espectro, al menos un fotodiodo sensible a longitudes de onda infrarrojas, los cuales combinados generan una señal para medir el flujo sanguíneo; un sensor de pulsioximetria para medir la saturación de oxigeno presente en tejido sano o injerto de tejido y un andamio para montar sujetar y colocar los sensores en el paciente. Dicha sección de sensado se conecta directamente a la sección de instrumentación mediante un cable.

Dicha sección de instrumentación está integrada por: una etapa de amplificación de transimpedancia; una etapa de filtrado de la señal; y una etapa de amplificación final. Las cuales se conectan a través de un circuito en una PCB.

Dicha sección de procesamiento y comunicación está integrada por: un microcontrolador para digitalizar la señal mediante un ADC interno, y ser procesada; y un circuito para conexión local como puede ser a manera de ejemplo una conexión por medio de Wifi o Bluetooth, para enviar la información al monitor o interfaz gráfica y a la plataforma web.

En dicha sección de sensado el diodo láser y el sensor de pulsioximetria realizan la emisión de sus respectivos haces de luz (haz infrarrojo para el láser y haces rojo e infrarrojo para el sensor de pulsioximetria) separados por un periodo de tiempo establecido. Una parte de estas emisiones es absorbida por el tejido y otra es reflejada hacia los receptores (fotodiodo infrarrojo para la emisión del láser y el fototransistor incluido del sensor de pulsioximetria). Los receptores generaran una corriente eléctrica proporcional a la luz captada en cada uno de ellos, estas corrientes son utilizadas a continuación en la sección de instrumentación. En dicha sección de instrumentación la etapa de amplificación de transimpedancia, permite convertir la corriente proveniente del fotodiodo y del sensor de pulsioximetria en voltajes proporcionales a emisiones de luz. Posteriormente, estas señales son limitadas en frecuencia mediante filtros analógicos con la finalidad de acotar el ancho de banda de la señal, reducir el ruido ocasionado por diferentes factores como el movimiento y nuevamente amplificadas.

Una vez que la señal fue acondicionada en la etapa de instrumentación, ésta pasa a la sección de procesamiento y comunicación.

En dicha sección de procesamiento y comunicación, para el caso del sensor de pulsioximetria se obtiene la amplitud de la señal y el voltaje rms de las señales del diodo rojo e infrarrojo para tener una relación de estas señales y utilizando parámetros ya establecidos obtener el porcentaje de saturación de oxígeno en sangre. En el caso de la señal proveniente del fotodiodo, se realiza un análisis frecuencial para obtener la frecuencia de la señal del flujo de la microcirculación del tejido y de esta forma aproximar un valor de velocidad de flujo.

El microcontrolador realiza la comunicación de los datos obtenidos de flujo y saturación de oxigeno mediante el circuito de conexión local como puede ser a manera de ejemplo una conexión por medio de Wifi o Bluetooth, ya sea hacia la aplicación web o hacia un monitor en donde el usuario tendrá una interfaz gráfica de los datos. En caso de existir una anomalía de los parámetros antes mencionados, el sistema enviará una alerta al usuario mediante la aplicación web y mediante el monitor, brindado así al usuario la oportunidad de tener un mejor tiempo de respuesta aumentando las posibilidades de éxito del trasplante de tejido. Para comprender mejor las características de la invención se acompaña a la presente descripción, como parte integrante de la misma, los dibujos con carácter ilustrativo más no limitativo, que se describen a continuación. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra un diagrama esquemático del sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, de conformidad con la presente invención.

La figura 2 ilustra una perspectiva convencional del aparato para la adquisición de la señal, acondicionamiento, pre-procesamiento para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, en una de las modalidades de la invención. La figura 3 ilustra una perspectiva convencional de una unidad de sensado del aparato para la adquisición de la señal, acondicionamiento, pre-procesamiento para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, en una de las modalidades de la invención.

La figura 4 muestra un diagrama esquemático del sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, colocado en un paciente, de conformidad con una de sus modalidades preferidas.

La figura 5 ilustra un diagrama esquemático del aparato con unidades de sensado y un sujetador tipo malla para colocarse en un paciente. La figura 6 muestra una configuración de una plantilla donde se montan unidades sensoras para monitoreo de flujo sanguíneo en un pie diabético. La figura 7 muestra un diagrama de bloques de una de las posibles configuraciones del sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, de conformidad con la presente invención.

La figura 8 ilustra un diagrama de bloques de la sección de instrumentación para los sensores de oximetría, en el aparato para la adquisición, acondicionamiento, pre-procesamiento de la señal. La figura 9 ilustra un diagrama de bloques de la sección de instrumentación para el láser t R/fotod iodo, en el aparato para la adquisición, acondicionamiento, pre-procesamiento de la señal.

La figura 10 muestra un diagrama de bloques de la sección de comunicación.

Las figuras 11a y 11b muestran diagramas esquemáticos de la posible configuración electrónica de los sensores de tecnología láser y de luz roja, infrarroja, respectivamente.

La figura 12 muestra un diagrama esquemático de la posible configuración de la sección de instrumentación para el sensor láser-fotodiodo. La figura 13 ilustra un diagrama esquemático de los estados del sistema y aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido. La figura 14 muestra un diagrama de bloques del funcionamiento del sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido. La figura 15 ilustra un diagrama de bloques del registro de información obtenida por el sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido. La figura 16 muestra un diagrama de bloques del procesamiento de información por el equipo para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido.

La figura 17 ilustra una gráfica de ejemplo de transformación y análisis de tiempo-frecuencia de la señal para obtener valores F(Wx) o F(Wy).

La figura 18 muestra una gráfica de un modelo de regresión de polinomio para obtener parámetro del estado del tejido sano e injerto de tejido.

Para una mejor comprensión del invento, se pasará a hacer la descripción detallada de alguna de las modalidades del mismo, mostrada en los dibujos que con fines ilustrativos mas no limitativos se anexan a la presente descripción.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO Los detalles característicos del sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, se muestra claramente en la siguiente descripción y en los dibujos ilustrativos que se anexan, sirviendo los mismos signos de referencia para señalar las mismas partes. Los expertos en la técnica reconocerán que se pueden generar alternativas o posibles variaciones de la invención dentro del alcance de las mismas reivindicaciones que se reclamen. Las modalidades de la invención descritos en el presente documento no son limitativas, sino más bien ilustrativas. No deberá de entenderse que las modalidades de la invención descritos son necesariamente únicos, preferidos o para ser interpretados textualmente.

Refiriéndonos a la figura 1, el sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido de conformidad con la presente invención consta de al menos un aparato (1) para la adquisición de la señal, acondicionamiento, pre-procesamiento y comunicación (AACPC) con una plataforma web; al menos un monitor o interfaz gráfica (2) para la visualización de la información y una plataforma web (3) o aplicación móvil para almacenar y analizar la información obtenida con dicho aparato (1). Refiriéndose ahora a la figura 2, dicho aparato (1) para la adquisición de la señal, acondicionamiento, pre-procesamiento y comunicación (AACPC) consta de una sección de sensado de la señal (4) que en esta figura se ejemplifica con dos entradas para las conexiones de los sensores, una sección de instrumentación (5) para el acondicionamiento y una sección de procesamiento y comunicación (6).

Con referencia a la figura 3, una unidad de sensado (7) de la sección de sensado de la señal (4) que integra un diodo láser infrarrojo (8) con longitud de onda perteneciente al segmento infrarrojo cercano en el espectro electromagnético, un diodo láser rojo (8a) con longitud de onda en el segmento rojo del espectro; al menos un fotodiodo (9) sensible a longitudes de onda del segmento rojo e infrarrojas, los cuales combinados generan una señal para medir el flujo sanguíneo; un sensor de pulsioximetrla (10) para medir la saturación de oxígeno presente en tejido sano o injerto de tejido.

En la figura 4 se aprecia un ejemplo de la disposición de sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido mostrando el aparato (1) para la adquisición de la señal, acondicionamiento, pre-procesamiento y comunicación, una unidad de sensado (7) colocada en el pecho de un paciente y el monitor o interfaz gráfica (2) para la visualización de la información y una plataforma web (3) para almacenar y analizar la información obtenida con dicho aparato (1).

Haciendo referencia a la figura 5, se aprecia el aparato (1) y la sección de sensado (4) que integra el diodo láser infrarrojo (8) con longitud de onda perteneciente al segmento infrarrojo cercano en el espectro electromagnético, el diodo láser rojo (8a) con longitud de onda en el segmento rojo del espectro; un fotodiodo (9) sensible a longitudes de onda rojas e infrarrojas los cuales combinados generan un fotopletismógrafo de reflectancia para medir el flujo sanguíneo; un sensor de pulsioximetria (10) para medir la saturación de oxígeno presente en tejido sano o injerto de tejido. Dicha sección de sensado (4) se coloca en un andamio o sujetador tipo malla (11) para montar, interconectar, sujetar, colocar y mapear los sensores en el paciente. La sección de sensado (4) se conecta directamente a la sección de instrumentación (5, ver fig. 2) en el aparato (1) mediante un cable (12).

La figura 6 muestra una configuración de una plantilla (13) donde se montan una pluralidad de unidades de sensado (7) para monitoreo de flujo sanguíneo en un pie diabético.

Haciendo referencia a las figuras 7, 11a, 11b y 12, que muestra las posibles configuraciones del sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido; los diagramas esquemáticos de la posible configuración electrónica de los sensores de tecnología láser y de luz roja, infrarroja, y un diagrama esquemático de la posible configuración de la sección de instrumentación para el sensor láser-fotodiodo, respectivamente.

El arreglo de sensores que establecen la sección de sensado (4) en donde el diodo láser infrarrojo y rojo (8, 8a) y el sensor de pulsioximetría (10) realizan la emisión se sus respectivos haces de luz (haz infrarrojo para el láser y haces rojo e infrarrojo para el sensor de pulsioximetria) separados por un periodo de tiempo establecido. Una parte de estas emisiones es absorbida por el tejido y otra es reflejada hacia los receptores [fotodiodo (9) infrarrojo para la emisión del láser y el fototransistor incluido del sensor de pulsioximetría (10)]. Los receptores generaran una corriente eléctrica proporcional a la luz captada en cada uno de ellos, estas corrientes son utilizadas a continuación en la sección de instrumentación (5).

En dicha sección de instrumentación (5) la etapa de amplificación de transimpedancia (14), permite convertir la corriente proveniente del fotodiodo (9) y del sensor de pulsioximetría (10) en voltajes proporcionales a emisiones de luz. Posteriormente, estas señales son limitadas en frecuencia mediante filtros analógicos en la etapa de filtrado (15) con la finalidad de acotar el ancho de banda de la señal, reducir el ruido ocasionado por diferentes factores como el movimiento y nuevamente amplificarlas y en la etapa de conversión de analógico a digital (16) la señal es digitalizada para posteriormente una vez que la señal fue acondicionada en la sección de instrumentación (5), ésta pasa a la sección de procesamiento y comunicación (6) a través de una interfase (17). En dicha sección de procesamiento y comunicación (6) integra un microcontrolador (18) con una sección de procesamiento de datos (19), una sección de algoritmo de medición de flujo (20) y un circuito de comunicación Bluetooth y Wifi (21). Para el caso del sensor de pulsioximetria (10) se obtiene la amplitud de la señal y el voltaje rms de las señales del diodo láser infrarrojo (8) y rojo (8a) para tener una relación de estas señales y utilizando parámetros ya establecidos obtener el porcentaje de saturación de oxígeno en sangre.

En el caso de la señal proveniente del fotodiodo (9), se realiza un análisis frecuencial para obtener la frecuencia de la señal del flujo de la microcirculación del tejido y de esta forma aproximar un valor de velocidad de flujo.

El microcontrolador (18) realiza la comunicación de los datos obtenidos de flujo y saturación de oxigeno mediante el circuito de comunicación Bluetooth y Wifi (21), ya sea hacia el módulo de plataforma web (3) o hacia un monitor (2) en donde el usuário tendrá una interfaz gráfica de los datos. En caso de existir una anomalia de los parámetros antes mencionados, el sistema enviará una alerta al usuario mediante la aplicación web (3) y mediante el monitor (2), brindado asi al usuario la oportunidad de tener un mejor tiempo de respuesta aumentando las posibilidades de éxito del trasplante de tejido.

Haciendo referencia a las figuras 8 y 9, que muestran un diagrama de bloques de la sección de instrumentación (5) para los sensores de oximetría en el aparato (1) y un diagrama de bloques de la sección de instrumentación para el láser IR/fotodiodo en el aparato (1), respectivamente. En dichas figuras el diodo láser infrarrojo (8) y rojo (8a) cercano realizan la emisión se sus respectivos haces de luz separados por un periodo de tiempo establecido. Una parte de estas emisiones son absorbida por el tejido y otra son reflejadas hacia los receptores [fotodiodo (9) infrarrojo para la emisión del láser y el fototransistor incluido del sensor de pulsioximetría (10)]. El receptor genera una corriente eléctrica proporcional a la luz captada, esta corriente es utilizada a continuación en la sección de instrumentación (5).

La sección de instrumentación (5) está integrada por la etapa de amplificación de transimpedancia (14), la etapa de amplificación de la señal (14a), la etapa de filtrado (15) de la señal establecida por un filtro pasa-altas (15a) que permite la corrección de la señal DC y un filtro pasa-bajas (15b) y una vez filtrada la señal se envía al microprocesador (18).

A continuación, se describe el funcionamiento de esta sección: La etapa de amplificación de transimpedancia (14) permite convertir la corriente proveniente del fotodiodo (9) y del sensor de pulsioximetría (10) en voltajes proporcionales a emisiones de luz. Posteriormente, estas señales son limitadas en frecuencia mediante filtros analógicos con la finalidad de acotar el ancho de banda de la señal, reducir el ruido ocasionado por diferentes factores como el movimiento y nuevamente amplificadas. Una vez que la señal fue acondicionada en la etapa de instrumentación, está pasa a la sección de procesamiento y comunicación (6). Con referencia a la figura 10 que muestra un diagrama de bloques de la sección de comunicación. La sección de procesamiento y comunicación (6) está integrada por el microcontrolador (18) para digitalizar la señal mediante el ADC interno, y ser procesada, un módulo de comunicación UART (22) y un circuito de comunicación Bluetooth y Wifi (21); con dicho microcontrolador (18) se obtiene la amplitud del voltaje de las señales provenientes del diodo láser rojo (8a) y el diodo láser infrarrojo (8) para tener una relación de estos voltajes y utilizando parámetros ya establecidos obtener el porcentaje de saturación de oxigeno en sangre. De igual manera a la relación establecida anteriormente, se realiza como ejemplo ilustrativo más no limitativa, un análisis de frecuencia de transformación rápida de Fourier (FFT), para obtener características particulares de la señal. Con esta información se puede generar un modelo base o de calibración polinomial cuando se coloca la invención por primera vez en el tejido celular.

Mediante dicho circuito de comunicación Bluetooth y Wifi (21) el microcontrolador (18) realiza la comunicación de los datos obtenidos de flujo y saturación de oxigeno ya sea hacia la plataforma web (3) o hacia un monitor o interfaz gráfica (2) en donde el usuario tendrá una interfaz gráfica de los datos. En caso de existir una anomalía de los parámetros, la información obtenida posterior a la implementación de algoritmos de clasificación de las características de las señales, flujo, volumen área usando redes neuronales o cualquier otro método de clasificación. El sistema enviará una alerta al usuario mediante la plataforma web (3) y mediante el monitor o interfaz gráfica (2), brindado asi al usuario la oportunidad de tener un mejor tiempo de respuesta aumentando las posibilidades de éxito del trasplante de tejido.

La plataforma web (3) permite sincronizar n-números de aparatos (1) para la adquisición de la señal, acondicionamiento, pre- procesamiento y comunicación (AACPC), con la finalidad de poder crear un modelo personalizado de cada tejido. Así mismo, recibe la información proporcionada por cada uno de las unidades de procesamiento

En las figuras 13 y 14 cuando el sistema está apagado (23) presenta un bajo consumo de energía (23a), cuando se enciende el sistema se inicia la operación del sistema y se inician las variables (24) entonces se efectúa una conexión a sistema de visualización, calibración y entra en operación un temporizador (24a), si la conexión es exitosa se realiza un registro de información (25) entonces actúa el temporizador, se lleva acabo muestreo, procesamiento de registros y despliegue de información (25a), posteriormente se termina el registro y se apaga el sistema.

En la figura 15 se ilustra un diagrama de bloques del registro de información obtenida por el sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido. En dicha figura con el aparato en función se lleva a acabo el registro de información (26) y si se encuentra activo el temporizador (27) entonces se lleva acabo un muestreo de la serial (28) para luego almacenar la información (29); si el registro de la información se ha completado (30) entonces se lleva a cabo el procesamiento de la señal (31) para luego desplegar la información (32) y reiniciar los temporizadores (33). Haciendo referencia a la figura 16 que muestra un diagrama de bloques del procesamiento de información por el equipo para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano β injerto de tejido. En dicha figura se inicia con el procesamiento de la señal (34) para luego llevar acabo el análisis en tiempo-frecuencia (35)[ver figura 17 que muestra un ejemplo de transformación y análisis de tiempo-frecuencia de la señal para obtener valores F(Wx) o F(Wy)] que permite posteriormente la extracción de características (36) y con ello ejecutar un cálculo de flujo/volumen (37) para generar parámetros de regresión polinomial (38) (ver figura 18), si las señales fueron completamente procesadas (39) entonces se lleva a acabo la implementación de sistemas de clasificación de información (40).

La invención también provee un método para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, empleando el sistema y el equipo antes descritos, en donde dicho método comprende:

1. colocar los n-sensores de la sección de sensado del aparato en el andamio o sujetador tipo malla (11);

2. colocar el andamio o sujetador tipo malla (11) sobre el tejido del paciente; 3. encender el aparato;

4. i n icial izar el sistema, en donde dicho sistema ejecuta las siguientes acciones:

4.1. se inician las variables del procesador

4.2. se identifica el n-número de sensores interconectados en el andamio o sujetador tipo malla (11);

4.3. se inicializan temporizadores para el monitoreo del tejido;

4.4. se inicializa la búsqueda de la plataforma web (3) o aplicación móvil;

5. Iniciar un ciclo de calibración del sistema, en donde;

5.1. se registran las señales de cada una de las unidades de procesamiento, simultáneamente;

5.1.1. Se muestra la señal a través de los sensores infrarrojo, rojo y láser. Se acondiciona la señal analógicamente, se filtra de acuerdo a un ancho de banda, de 0.001 Hz a 500 Hz, se mueslrea en el ADC, se almacena la información en un espacio de memoria.

5.2. Se procesa la información almacenada

5.2.1. Se genera un análisis en el dominio tiempo-frecuencia, transformada rápida de Fourier, wavelet, etc.

5.2.2. Se extraen características de flujo, volumen, área muestreada, además se analiza las señales en el dominio tiempo- frecuencia;

5.2.3. Las características extraídas alimentan a los algoritmos clasificadores, por regresiones polinomiales, por redes neuronales u otros;

5.3. Se crean el modelo polinomial de calibración;

5.4. Observar de manera gráfica el mapeo del tejido en la plataforma web o aplicación móvil.

Dentro de las mejoras principales del sistema y aparato de conformidad con la presente invención, se pueden mencionar las siguientes

1. El sistema es portable, se puede llevar en la mano, se coloca sobre el tejido de interés con la finalidad de obtener información.

2. Cada unidad de sensores, procesamiento son independientes lo que permite generar una interconexión de varios n-sensores y formar una red, malla de mapeo de información en el tejido de interés.

3. Extrae parámetros básicos de la información para determinar el estado del tejido interés, lista no exhaustiva ni limitante, como son: saturación de oxigeno, volumen, área de contacto y de superficie.

4. Crear un modelo polinomial como curva de calibración para determinar el estado del tejido celular en futuras mediciones.

5. Clasifica la información obtenida de las señales procesadas para generar valores porcentuales de saturación de oxígeno, y unidades de flujo sanguíneo del tejido de interés.

6. En caso de identificar una anormalidad en el flujo u oxigenación, brinda una retroalimentación visual y auditiva apoyándose de la plataforma web o aplicación y en el monitor. 7. La colocación e instrumentación de los módulos de sensado permite adquirir la señal sin importar la forma del tejido de interés.

8. El método de operar del sistema permite la actualización de los algoritmos de clasificación del dispositivo

El invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura del mismo, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente la invención, se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo expresado y contenido en las siguientes cláusulas reivindicatorías.

1. - Un sistema para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, caracterizado porque consta de a) al menos un aparato para la adquisición acondicionamiento, pre-procesamiento y comunicación de una señal generada por dicho tejido sano e injerto de tejido, y que integra una sección de sensado de la señal, una sección de instrumentación para el acondicionamiento de la señal y una sección de procesamiento y comunicación de la señal con una plataforma web; b) alternativamente al menos un monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información procesada en dicho aparato y c) una plataforma web o aplicación móvil que recibe, almacena y analiza la información obtenida con dicho aparato, misma que sincroniza n-números de aparatos (1) para crear un modelo personalizado de cada tejido.

2. - Un aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, caracterizado porque consta de una sección de sensado de la señal conectada directamente a una sección de instrumentación para el acondicionamiento de la señal y una sección de procesamiento y comunicación de la señal con una plataforma web; en donde dicha sección de sensado consta de al menos un diodo láser infrarrojo, al menos un diodo láser rojo con longitud de onda en el segmento rojo del espectro, al menos un fotodiodo sensible a longitudes de onda infrarrojas, los cuales combinados generan una señal para medir el flujo sanguíneo; un sensor de

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pulsioximetrla para medir la saturación de oxígeno presente en tejido sano o injerto de tejido y alternativamente un andamio o sujetador tipo mallas para montar sujetar y colocar los sensores en el paciente;

en donde dicha sección de instrumentación está integrada por: una etapa de amplificación de transimpedancia; una etapa de filtrado de la señal; y una etapa de amplificación final, conectadas a través de un circuito en una PCB.

dicha sección de procesamiento y comunicación está integrada por: un microcontrolador que digitaliza y procesa la señal mediante un ADC interno, y un circuito para conexión local como puede ser a manera de ejemplo una conexión por medio de Wifi o Bluetooth, para enviar la información a una interfaz gráfica o a la plataforma web.

3.- El aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicha etapa de amplificación de transimpedancia convierte la corriente proveniente del fotodiodo y del sensor de pulsioximetria en voltajes proporcionales a emisiones de luz; en donde dicha etapa de filtrado limita las señales en frecuencia acotando el ancho de banda de la señal, reduciendo el ruido ocasionado por diferentes factores y nuevamente amplificarlas; dicha etapa de conversión de analógico a digital digitaliza la señal enviándose a la sección de procesamiento y comunicación a través de una interface.

4. - El aparato para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho microprocesador emplea parámetros para en base a una relación de la amplitud del voltaje de las señales provenientes del diodo rojo e infrarrojo generar un porcentaje de saturación de oxígeno en sangre y un análisis de tiempo-frecuencia como la transformada rápida de Fourier (FFT), y ejecuta un cálculo flujo/volumen para obtener características particulares de la señal que generan un modelo base o de calibración polinomial o por redes neuronales u otros.

5. - Un método para la medición y monitoreo de flujo sanguíneo y oxigenación en un tejido sano e injerto de tejido, empleando el sistema y el equipo como reclamado en las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho método comprende:

Colocar los n-sensores de la sección de sensado del aparato en el andamio o sujetador tipo malla;

Colocar el andamio o sujetador tipo malla sobre el tejido del paciente;

Encender el aparato;

I nicial izar el sistema, en donde dicho sistema ejecuta las siguientes acciones: Se inician las variables del procesador;

Se identifica el n-número de sensores interconectados en el andamio o sujetador tipo malla;

Se inicializan temporizadores para el monitoreo del tejido; Se inicializa la búsqueda de la plataforma web o aplicación móvil;

Iniciar un ciclo de calibración del sistema, en donde;

Se registran las seriales de cada una de las unidades de procesamiento, simultáneamente;

Se muestrea la señal a través de los sensores infrarrojo, rojo y láser. Se acondiciona la señal analógicamente, se filtra de acuerdo a un ancho de banda, de 0.001 Hz a 500 Hz, se muestrea en el ADC, se almacena la información en un espacio de memoria.

Se procesa la información almacenada

Se genera un análisis en el dominio tiempo-frecuencia, como transformada rápida de Fourier, wavelet, etc.

Se extraen características de flujo, volumen, área muestreada, además se analiza las señales en el dominio tiempo- frecuencia;

Las características extraídas alimentan a los algoritmos clasificadores, por regresiones polinomiales, por redes neuronales u otros;

Se crean el modelo polinomial de calibración;

Observar de manera gráfica el mapeo del tejido en la plataforma web o aplicación móvil.