EPIDERMIS

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención corresponde a un dispositivo de aplicación en el campo de las ciencias biológicas, diseñado y construido con la finalidad de realizar mediciones para estimar el espesor de la epidermis, haciendo uso de la luz láser incidida y transmitida a través de la piel en relación a modelos preestablecidos de transmitancia in vivo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La aplicación de técnicas ópticas para resolver problemas en medicina es un campo que está experimentando un alto crecimiento. Estas aplicaciones pueden ser consideradas como terapéuticas o de diagnóstico. Dentro de las aplicaciones de diagnóstico, el proceso de interacción luz-materia, es considerado como no destructivo y su objetivo principal es estudiar la fisiología o la patología del tejido. Existen múltiples aplicaciones en medicina donde es necesario determinar el espesor de la epidermis. Las técnicas para medir el espesor de la epidermis se dividen en dos grupos: técnicas invasivas (destructivas), y técnicas no invasivas (no destructivas).

Las técnicas invasivas requieren de secciones delgadas obtenidas mediante biopsias y preparadas mediante el método de preservación de parafin-formalin para poder ser analizadas con la ayuda de un microscopio óptico. Dentro de sus características se resalta que es la que entrega mayor cantidad de información de la muestra, tiene una resolución < 1 μιη en tejidos profundos. Lamentablemente durante la preparación del tejido este llega a deformarse cambiando el tamaño real de la muestra, por lo cual esta técnica no es recomendable para determinar con exactitud el espesor de la epidermis. Dentro de las técnicas no invasivas podemos mencionar al OCT (tomografía de coherencia óptica) y el LSM (Láser Sean Microscopy), solo por mencionar algunos.

La técnica de OCT es capaz de realizar imágenes verticales in vivo, tiene una resolución típica en el rango de 10 a 30 μιη y puede ser utilizada para determinar imágenes en el rango milimétrico cuando existen agentes contrastantes que produzcan dispersión dentro de la muestra.

La LSM "Láser Sean Microscopy", es considerada una técnica de alta resolución (< 1 μηι) aun cuando la profundidad de la imagen se encuentra limitada a 200 μιη. Esta técnica presenta la desventaja que para determinar con exactitud el espesor de la epidermis, se tiene que inyectar un agente fluorescente.

Estas técnicas tienen características que las hacen diferente entre sí, pero lamentablemente todas tienen en común el ser técnicas caras y de difícil implementación. Algunos de los diseños anteriores se describen en las patentes que se relacionan a continuación:

1. WO/2009/117485. "Método óptico para la determinación de parámetros morfológicos y las propiedades fisiológicas de los tejidos". El método utiliza mediciones de reflectancia para varias longitudes de onda, y mediante la ecuación radiativa de transporte y métodos de inversión numérica, determina los parámetros antes descritos. Complejos cálculos son necesarios para producir la inversión numérica para la determinación de las propiedades del tejido.

2. WO/2006/127190. "Uso de mediciones ópticas en piel para determinar propiedades cosméticas" Esta invención mediante mediciones ópticas, determina propiedades de la piel tal como topografía de la superficie, hidratación, elasticidad, pigmentación, espesor de la epidermis. La instalación experimental utilizada requiere de un complejo y costoso sistema de detección de la señal que utilizado para determinar las propiedades de la piel. De igual forma que la patente anterior se tienen que resolver complejos cálculos para la determinación de las propiedades de la piel.

3. WO/2010/097218. "Método y aparato para topografía de imágenes de tejido". Esta solución consiste en un dispositivo óptico para generar imágenes y medir la superficie del objeto, reflectancia especular, y la estructura de las capas inferiores. El dispositivo para crear la imagen elimina la reflexión especular para permitir una mejor obtención de la estructura de la superficie. Para su funcionamiento requiere un chip CCD y un complejo sistema de lentes.

4. US/2009/0134331. "Método de evaluación de condiciones de la piel y el método de estimación de grosor de la piel". Esta invención describe un método que mediante el análisis de la absorción de la luz en la región del infrarrojo cercano determina el daño causado por la luz (UV) en la piel, al mismo tiempo determina los efectos en el envejecimiento de la piel, así como el espesor de la epidermis, y de la dermis.

5. US/2001/0041829. Esta invención describe un método para determinar el espesor de las capas de la piel utilizando un espectrómetro en modo de reflectancia difusa para las longitudes de onda comprendidos entre (700 - 2100 nm). En ella determinan la atenuación de la luz en función de la estructura del tejido y los componentes químicos de sus constituyentes. Para realizar la calibración del modelo, se requieren diversos análisis que involucran calculo multivariable, y/o redes neuronales de manera que el espesor de las capas puede ser determinado mediante un mapeo de las intensidades relativas obtenidas de los diversos constituyentes de la piel. En nuestra invención, un único punto de calibración es requerido por el dispositivo (conseguido por OCT) para obtener de manera directa e inmediata el espesor de la epidermis. De igual forma, dado que para la longitud de onda de 632 nm las propiedades ópticas de la epidermis no sufren cambios significativos entre individuos, no se toman en consideración los componentes químicos de sus constituyentes para realizar la medición del espesor de la epidermis.

El desarrollo propuesto discrimina cualquier desviación que se presenta en la medición debido a los efectos inducidos por la variación del espesor del estrato corneo.

Este resultado fue obtenido y validado mediante la utilización de un modelo de propagación de la luz en tejidos difusos haciendo uso de la técnica de Montecarlo.

A diferencia de las tecnologías antes registradas, con esta invención se propone una alternativa económica, no invasiva y de fácil aplicación a través del uso de técnicas ópticas para obtener información sobre el espesor de la epidermis, aprovechando la variación de las propiedades físicas de la piel en capas estratificadas, así como su transmitancia, absorción y dispersión cuando un haz de luz incide sobre ella.

Se utiliza un láser de baja potencia, por lo que no provoca daños en la epidermis, una fibra óptica y un foto-detector simple que en su conjunto definen la sencillez y bajo costo de la técnica propuesta.

Las principales desventajas que tienen los desarrollos descritos, la mayoría hace empleo de luz infra roja para determinar el grosor de la piel, ya que basan su metodología en absorción de la luz, donde requieren de todo el rango espectral, a diferencia de la presente propuesta donde solo se utiliza el rango de luz visible, lo que nos permite utilizar cualquier fuente generadora de luz en el rango visible.

Otra de las diferencias es que nuestro desarrollo se basa en la reflectancia difusa y no en la absorción como se hace actualmente, por lo que la medición que realiza nuestro desarrollo, y para los fines que ha sido desarrollado, no influye el estado físico en que se encuentre el estrato corneo, ya que se presenta una variación menor al 5% lo cual no afecta nuestra medición. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Esquema del dispositivo en uso Figura 2.- Esquema de absorción y dispersión de luz en la piel.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Los detalles característicos del dispositivo para medir el espesor de la epidermis se muestran en la descripción que sigue a continuación y en el dibujo que se muestra en la figura 1.

De manera general, la presente invención se trata de un dispositivo que permite medir el espesor de la epidermis mediante el uso de la luz visible, de forma no invasiva y sin afectar la integridad del tejido. La medición sobre la piel se hace de forma directa y cuenta con una alta velocidad de respuesta, de tal modo de que se pueda dar la información al paciente in situ.

El aparato está conformado por una fuente generadora de luz (1), conectada a por lo menos una fibra óptica de emisión (5), mediante la cual la luz generada en (1) es conducida hacia la piel (2) incidiendo sobre la superficie de esta, cuenta también con al menos una fibra óptica de recepción (6), que es encargada de recibir la luz reflejada o transmitida por la epidermis, dicha señal es conducida a través de (6) para llegar a un espectrómetro (4), donde la señal es procesada para determinar el grosor de la piel mediante una relación de transmitancia.

Finalmente se cuenta con una punta (3) donde se conjuntan las fibras ópticas, tanto la de emisión (1) como la de recepción (5), y es la que entra en contacto directo con la piel al momento de la prueba, su función es la de mantener la distancia adecuada entre las fibras ópticas (5 y 6) y aislar en lo mayor posible la cantidad de luz del medio ambiente al momento de la emisión y captación de luz reflejada. Para efectos de la presente invención, puede emplearse cualquier tipo de fibra con alta transmitancia. Además, cabe la posibilidad de utilizar una pluralidad de fibras, tanto para la emisión de la luz como para su recepción y pueden presentar un arreglo similar a "un panal de abejas" con una distancia característica igual al diámetro de las fibras (el diámetro de las fibras puede variar de 100-600um). La distancia entre grupo de fibras (5 y 6) puede ir de 200μηι hasta ΙΟΟΟμηι

El grupo de fibras (5) se utilizan para iluminación, las cuales son acopladas a una fuente de luz visible (1) en uno de sus extremos y por el otro se dispone en la punta (3), esta fuente puede ser una lámpara halógena, un LED o un láser de diodos, estos últimos de preferencia de color rojo y que presenten una longitud de onda de entre 610-670 nm. El extremo del grupo de fibras (6) que se encuentran en la punta (3) se utiliza para captar la luz reflejada, y enviada para ser procesada, su otro extremo es conectado a un espectrómetro (4) donde la señal es procesada para poder determinar el grosor de la piel.

Cabe Mencionar que durante la aplicación de la prueba, la piel (2) donde se quiere realizar la medición debe de estar en contacto directo con la directo con la punta (3) que contiene las fibras de iluminación (5) y las de recepción (6). En el rango de longitud de onda de 610 a 650 nm, esta invención sostiene que el valor medido para la transmitancia es directamente proporcional al espesor de la epidermis, de tal modo que puede utilizarse cualquier fuente de luz que incluya este rango espectral. Un aspecto novedoso de este desarrollo es que no requiere el uso de todo el espectro, solo el rango de luz visible antes mencionado.

A manera de ejemplo demostrativo, mas no limitativo, la forma en que se utiliza este dispositivo es la siguiente:

Se conecta el primer grupo de fibras de iluminación (5) a una fuente de luz (1), como pudiera ser luz alógena cuyo espectro es conocido; el segundo grupo de fibras o fibras de recolección (6) se conectan al espectrómetro (4). El extremo de la punta (3) en el cual están embebidos ambos grupos de fibras (5 y 6) se coloca en contacto directo con la piel (2) donde se requiere realizar la medición para subsecuentemente relacionar la transmitancia medida con el espesor de la epidermis, como se muestra en la figural .

A partir del momento en que se pone en contacto la punta (3) con la piel, se activa el dispositivo y la fuente de luz visible (1) envía el haz a través del grupo de fibras de emisión (5) incidiendo sobre la piel, luz incidida (11), parte de luz es absorbida y dispersada dentro de la muestra, como se observa en la figura 2, atravesando el estrato corneo (7), la epidermis (8), la dermis (9) y el tejido graso (10), y parte de la luz es reflejada en las capas superiores y un porcentaje de luz representa la luz transmitida (12) misma que es captada mediante el grupo de fibras de recepción (6), la cuál es medida como transmitancia en la superficie de la muestra.