ES2556929T3 - Procedimientos y dispositivos para la evaluación de un resonador mecánico - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para determinar la frecuencia de resonancia de un sensor ultrasónico pasivo que tiene al menos un miembro capaz de vibrar, comprendiendo el procedimiento las etapas de: someter dicho sensor a un haz sónico que tiene una o más frecuencias de excitación del sensor para excitar vibraciones de dicho al menos miembro capaz de vibrar y una frecuencia portadora capaz de ser frecuencia modulada por vibraciones de dicho al menos miembro capaz de vibrar, dicha frecuencia portadora es mayor que dichas una o más frecuencias de excitación del sensor; recibir señales de retorno de dicho sensor; y procesar dichas señales de retorno para obtener una representación del dominio de la frecuencia de dichas señales de retorno que comprenden uno o más picos de amplitud de la banda lateral a una o más frecuencias que representan frecuencias con desplazamiento por efecto Doppler de dicha frecuencia portadora; determinar los valores de amplitud de dichos uno o más picos de amplitud de la banda lateral a dichas frecuencias desplazadas por efecto Doppler para obtener un conjunto de puntos de datos de amplitud y frecuencia; y calcular a partir de dicho conjunto de puntos de datos de amplitud y frecuencia la frecuencia de resonancia de dicho sensor.
Description
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DESCRIPCION
Procedimientos y dispositivos para la evaluacion de un resonador mecanico Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a procedimientos y sistemas para utilizar el efecto Doppler en determinar la frecuencia de resonancia de resonadores y sensores ultrasonicos, en general, y a la utilizacion del efecto Doppler para la deteccion del sensor y el centrado del haz y para la determinacion de la frecuencia de resonancia en sensores ultrasonicos pasivos en particular.
El documento US 5.997.477 divulga procedimientos y aparatos para detectar microcalcificaciones en mamas. La frecuencia de resonancia de una microcalcificacion en mama es activada, lo que permite de ese modo la deteccion de pequenas masas.
El documento US 5.749.364 divulga un procedimiento de mapear y presentar un parametro de presion de fluido en un cuerpo vivo que comprende la etapa de introducir microburbujas en el cuerpo y aplicar ondas de ultrasonidos al cuerpo cuando las ondas que vuelven de las microburbujas contribuyen a la formacion de un espectro acustico asociado con las microburbujas.
Antecedentes de la invencion
Se han descrito procedimientos, dispositivos y sistemas, que utilizan sensores pasivos activados ultrasonicamente para detectar y medir los valores de diferentes parametros ffsicos dentro de un cuerpo humano o en otros entornos y aplicaciones cienffficas e industriales. La patente de EE.UU. 5.619.997 para Kaplan divulga un sistema de sensores pasivos que emplean energfa ultrasonica. Un sistema de activacion y deteccion ultrasonica activa ultrasonicamente los sensores pasivos ultrasonicamente que tienen partes capaces de vibrar (tales como haces capaces de vibrar o membranas capaces de vibrar) dirigiendo un haz de ultrasonidos al sensor o sensores pasivos. El sensor o sensores se pueden implantar en un cuerpo o disponer en otros entornos. El sensor o los sensores pasivos activados, o las partes de los mismos capaces de vibrar, vibran o resuenan a una frecuencia que es funcion del valor de la variable ffsica que ha de ser medida. Los sensores pasivos, por ello, absorben energfa ultrasonica del haz ultrasonico de excitacion principalmente a la frecuencia de vibracion (frecuencia de resonancia) del sensor. La frecuencia (o intervalo de frecuencias) a la que el sensor pasivo absorbe energfa puede ser detectada por un detector adecuado y utilizada para determinar el valor del parametro ffsico.
Los parametros ffsicos medibles con tales sensores ultrasonicos pasivos pueden incluir pero sin limitarse a la temperatura, la presion, la concentracion de una especie qmmica en el fluido en el que se sumerge el sensor, y al espesor de una capa de sustancia depositada en la parte capaz de vibrar del sensor.
Si el haz ultrasonico de excitacion es pulsado (o es un haz de CW abruptamente terminada), el sensor ultrasonico puede continuar vibrando despues de que el pulso (o el haz de CW) termina. La radiacion ultrasonica emitida por el sensor pasivo activado despues de apagar el haz ultrasonico de excitacion puede ser detectada y utilizada para determinar el valor del parametro ffsico de interes.
Dado que en la frecuencia de vibracion de los sensores pasivos puede influir mas de una variable ffsica, puede que sea necesaria una correccion para compensar los efectos de otros parametros ffsicos no relacionados con el parametro ffsico que necesita ser determinado en la frecuencia de vibracion medida del sensor. Por ejemplo, si la presion es el parametro ffsico que va a ser determinado, los cambios de temperatura pueden afectar a la frecuencia de vibracion del sensor. Las patentes de EE.UU. 5.989.190 y 6.083.165 para Kaplan divulgan pares de sensores compensados y procedimientos para su utilizacion para compensar los efectos de las variables ffsicas diferentes no vinculadas en el valor determinado de otra variable ffsica que este siendo determinada. Por ejemplo, tales pares de sensores compensados, se pueden utilizar para compensar las inexactitudes en las medidas de presion debidas a cambios de temperatura.
Tfpicamente, el tamano de los sensores ultrasonicos pasivos implantables, tales como pero sin limitarse a sensores de presion ultrasonicos pasivos intraluminales representa un compromiso de diseno. Disminuir el tamano del sensor puede permitir la implantacion en espacios intraluminales y otros espacios corporales mas pequenos y puede disminuir la interferencia con el flujo de sangre o con el flujo de otros fluidos corporales en espacios intraluminales y otros intracavitarios. El tamano mas pequeno del sensor tambien puede ser ventajoso en casos en los que se necesitan implantar en el mismo lugar una serie de sensores.
Sin embargo, disminuir las dimensiones del sensor tambien puede disminuir las dimensiones de la membrana capaz de vibrar lo que puede disminuir la energfa absorbible del haz ultrasonico de excitacion y la energfa total radiada por el sensor a o en torno a la frecuencia de resonancia. Esto puede disminuir la intensidad de la senal de retorno y (suponiendo un nivel de ruido fijo) disminuir la relacion senal - ruido (S/R).
Los problemas adicionales que se pueden encontrar con sensores ultrasonicos pasivos cuando se utiliza un haz de ultrasonidos interrogante estrecho para excitar el sensor pasivo vinculado y la necesidad de distinguir entre la senal
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emitida por el sensor a la frecuencia de resonancia y los ecos espurios reflejados por las superficies reflectantes distintas de la membrana capaz de vibrar del sensor (tal como, por ejemplo, los ecos reflejados por las superficies no del sensor que no vibran y los ecos reflejados por diversas interfaces reflectantes).
Compendio de la invencion
La invencion se establece en las reivindicaciones.
La presente invencion se refiere a procedimientos, dispositivos y sistemas para determinar la resonancia de resonadores capaces de vibrar. El resonador capaz de vibrar puede ser cualquier tipo de resonador que tenga una o mas partes capaces de vibrar o estructuras capaces de vibrar. Los resonadores pueden incluir pero sin limitarse a cualquier tipo adecuado de sensor capaz de vibrar o sensor resonante capaz de vibrar para detectar una variable ffsica en un entorno de medida.
La presente invencion proporciona un procedimiento para determinar la frecuencia de resonancia de un resonador capaz de vibrar. El procedimiento incluye la etapa de someter el resonador a un haz sonico que tiene una o mas frecuencias de excitacion del resonador para excitar vibraciones del resonador capaz de vibrar, y una frecuencia portadora capaz de ser frecuencia modulada por las vibraciones del resonador capaz de vibrar. La frecuencia portadora es mas alta que las frecuencias de excitacion del resonador. El procedimiento tambien incluye las etapas de recibir senales sonicas de retorno del resonador capaz de vibrar, y procesar las senales de retorno para determinar la frecuencia de resonancia de dicho resonador capaz de vibrar.
La presente invencion tambien proporciona un sistema para determinar la frecuencia de resonancia de un resonador capaz de vibrar. El sistema puede incluir una unidad transmisora configurada para dirigir al resonador capaz de vibrar un haz sonico que incluye una o mas frecuencias de excitacion del resonador y una frecuencia portadora mayor que las frecuencias de excitacion del resonador. El sistema tambien puede incluir una unidad receptora configurada para recibir senales de retorno de dicho resonador capaz de vibrar, y una unidad de procesamiento acoplada operativamente a la unidad transmisora y a la unidad receptora. La unidad de procesamiento esta configurada para procesar las senales de retorno para obtener datos que representan la amplitud de las senales a frecuencias que representan componentes de frecuencia desplazada por efecto Doppler de la frecuencia portadora y para determinar la frecuencia de resonancia del resonador capaz de vibrar a partir de los datos.
La presente invencion tambien proporciona un sistema para determinar la frecuencia de resonancia de un resonador capaz de vibrar, el sistema puede incluir medios de transmision configurados para dirigir al resonador capaz de vibrar un haz sonico que incluye una o mas frecuencias de excitacion del resonador y una frecuencia portadora mayor que las frecuencias de excitacion. El sistema puede incluir ademas medios receptores configurados para recibir senales de retorno del resonador capaz de vibrar, y medios de procesamiento acoplados operativamente a los medios de transmision y a los medios de recepcion. Los medios de procesamiento pueden ser configurados para procesar las senales de retorno para obtener datos que representan la amplitud de las senales a las frecuencias que representan componentes de frecuencia desplazada por efecto Doppler de la frecuencia portadora y para determinar la frecuencia de resonancia del resonador capaz de vibrar a partir de los datos.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, el sistema puede incluir una unidad de medida de la presion o un barometro adecuadamente acoplado al sistema para determinar la presion externa en las proximidades del sistema. El sistema puede utilizar el valor de la presion externa medida para seleccionar las frecuencias de excitacion apropiadas del resonador que se usara.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, el sensor o el resonador puede ser un sensor ultrasonico pasivo capaz de vibrar sensible a la presion, pero tambien se pueden utilizar otros tipos de sensores. Los resonadores o sensores capaces de vibrar puede ser sensores pasivos o sensores activos, o cualquier otro tipo de resonador o sensor capaz de vibrar conocido en la tecnica.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, el procedimiento puede incluir el dirigir un haz sonico que incluye una frecuencia portadora y una o mas frecuencias de excitacion del resonador hacia el resonador o sensor capaz de vibrar y recibir una senal de retorno. Las senales de retorno se pueden analizar para determinar la frecuencia de resonancia de la parte o partes capaces de vibrar del resonador o sensor.
La frecuencia portadora puede ser mayor que las frecuencias de excitacion del resonador y puede ser seleccionada suficientemente alejada del intervalo de frecuencias de resonancia del resonador de tal modo que el portador no induce vibraciones sustanciales de la parte o partes capaces de vibrar del resonador. Las frecuencias de excitacion del sensor pueden ser seleccionadas para que esten dentro del intervalo de frecuencias de resonancia del resonador o sensor.
Un aspecto de la invencion es que las vibraciones de la parte o partes del resonador capaz o capaces de vibrar pueden ser excitadas por la frecuencia o frecuencias de excitacion del resonador. La frecuencia portadora en el haz sonico puede ser reflejada por la parte o partes capaces de vibrar del resonador o sensor.
La frecuencia portadora puede ser modulada por las vibraciones de la parte o partes capaces de vibrar de acuerdo
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con fenomeno Doppler. Las senales de retorno de la parte o partes capaces de vibrar del resonador o sensor pueden incluir frecuencias desplazadas por efecto Doppler diferentes de la frecuencia portadora transmitida.
Las senales de retorno del resonador o sensor pueden ser adquiridas y procesadas. De acuerdo con un aspecto de la invencion, la senal de retorno adquirida puede ser digitalizada y procesada utilizando un procedimiento digital de transformada de Fourier para obtener datos del dominio de frecuencia que representan la senal de retorno adquirida. Las frecuencias desplazadas por efecto Doppler pueden ser representadas mediante bandas laterales de frecuencia que flanquean la frecuencia portadora. La amplitud de las bandas laterales se puede determinar.
Para cada frecuencia de excitacion del resonador en el haz sonico transmitido, se pueden determinar las amplitudes de la banda lateral relevante y puede obtenerse un valor de la amplitud de la banda lateral calculada. El valor de la amplitud de la banda lateral (para cualquier frecuencia particular de excitacion del resonador) puede ser calculada como la amplitud de una banda lateral seleccionada de las dos bandas laterales asociadas con cada frecuencia de excitacion del resonador, o puede ser calculada como un valor medio de la amplitud de la banda lateral a partir de las amplitudes de ambas bandas laterales (puede utilizarse una media aritmetica o geometrica de las amplitudes de ambas bandas laterales, perotambien se pueden utilizar otros procedimientos de promediacion).
La frecuencia de excitacion del resonador o sensor que esta mas cerca de la frecuencia de resonancia del resonador tendra la amplitud mayor de la banda lateral. Por lo tanto, de acuerdo con una realizacion de la invencion, la frecuencia de resonancia del resonador o sensor se puede determinar como la frecuencia de excitacion del resonador que da como resultado el maximo valor de amplitud de la banda lateral. De acuerdo con otra realizacion de la invencion, el procedimiento puede determinar los valores de amplitud de la banda lateral para cada frecuencia de excitacion del resonador y puede ajustar una curva a los puntos de los datos (cada punto incluye un valor de la amplitud de la banda lateral y un valor de frecuencia que representa la frecuencia de excitacion del resonador asociada con el valor de amplitud de la banda lateral). El punto maximo de la curva ajustada se puede calcular y la frecuencia en el punto maximo se puede tomar como la frecuencia de resonancia del resonador o sensor.
Un aspecto de la presente invencion es que determinando las amplitudes de la senal a las frecuencias desplazadas por efecto Doppler puede ser posible evitar las principales fuentes de ruido que se deben a reflexiones (ecos) de la frecuencia portadora de retorno de la parte o partes del resonador que no pueden vibrar y/o de otras partes o interfaces reflectantes en el entorno en el que esta dispuesto el resonador o sensor. Esto se basa en el hecho de que los componentes con frecuencia desplazada por efecto Doppler estan presentes en las partes de la senal que son reflejadas por la parte o partes capaces de vibrar del resonador o sensor, mientras que su intensidad puede ser de ordenes de magnitud mas pequena en las partes de la senal que son reflejadas por la parte o partes que no pueden vibrar del resonador o en otros ecos de retorno de otras partes o interfaces del entorno de la medida.
El haz sonico puede ser transmitido en varias configuraciones diferentes. De acuerdo con una realizacion de la invencion, la frecuencia portadora y/o las frecuencias de excitacion del resonador pueden ser transmitidas como un haz sonico de onda continua.
De acuerdo con otra realizacion de la invencion, la frecuencia portadora y/o las frecuencias de excitacion del resonador pueden ser transmitidas como rafagas de frecuencia en un haz sonico. Una posibilidad puede ser transmitir la frecuencia portadora como una onda continua y las frecuencias de excitacion del resonador como rafagas de frecuencia. Todas las frecuencias de excitacion del resonador pueden ser transmitidas dentro de la misma rafaga, o, como alternativa, pueden ser transmitidas como una serie de rafagas secuenciales. Cada rafaga en la serie puede incluir un subgrupo diferente de frecuencias de excitacion del resonador. Un subgrupo puede incluir una o mas frecuencias de excitacion del resonador.
De acuerdo con otra realizacion de la invencion, el haz sonico puede incluir una serie de rafagas separadas por penodos de tiempo en los que no se transmite ninguna senal. En este caso, cada rafaga de frecuencia puede incluir la frecuencia portadora y una o mas frecuencias de excitacion del resonador.
De acuerdo con otra realizacion de la invencion el haz sonico puede incluir la frecuencia portadora y uno o mas chirridos o barridos de frecuencia que pueden incluir barridos en el intervalo de frecuencias cubierto por las frecuencias de excitacion del resonador.
Las senales de retorno pueden ser muestreadas y procesadas utilizando varios procedimientos diferentes. De acuerdo con una realizacion de la invencion, el procedimiento y el sistema pueden muestrear la totalidad de las senales de retorno pero procesar solo partes de las mismas. Si se utilizan rafagas de frecuencia, solo parte de las senales de retorno pueden ser procesadas para garantizar el procesamiento de datos de los tiempos a los que el contenido frecuencial de la senal se ha estabilizado (para evitar frecuencias espurias presentes cerca del momento de inicio y terminacion de las rafagas de frecuencia).
De acuerdo con otra realizacion de la invencion, el procedimiento y el sistema pueden muestrear solo partes utilizables de la senal de retorno mediante el muestreo de partes seleccionadas de las senales de retorno. Las partes muestreadas de la senal de retorno se pueden grabar. Las senales grabadas o partes de las senales grabadas se pueden procesar para determinar la frecuencia de resonancia del resonador.
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Cuando se utiliza un sensor capaz de vibrar que tiene una frecuencia de resonancia que depende del valor de una variable ffsica en el entorno de la medida, la frecuencia de resonancia determinada del sensor se puede utilizar para obtener un valor de la variable ffsica en un entorno de medida. La variable ffsica puede ser cualquier variable ffsica que pueda ser detectada por un sensor resonante. Se dan ejemplos que utilizan sensores de presion para medir valores de presion (in vivo, o en cualquier otro entorno de medida) pero tambien pueden medirse otras variables ffsicas tales como la temperatura o la presion osmotica o similares. Si el sensor resonante es un sensor que puede calibrarse, el sensor puede ser calibrado antes de su utilizacion y se pueden obtener los datos de calibracion y utilizarse en las medidas. Tales datos de calibracion pueden permitir la correlacion de los valores medidos de la frecuencia de resonancia del sensor con los valores de la variable ffsica utilizada en la calibracion del sensor. Tales datos de calibracion pueden estar en la forma de una tabla de consulta o en la forma de una ecuacion de calibracion empmca o anafftica que permita la determinacion o el calculo del valor de la variable ffsica a partir de los valores de frecuencia de resonancia determinados, o similares. Los sensores de presion pueden ser calibrados en una camara de presion adecuada antes de la implantacion.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, los sensores pueden ser sensores ultrasonicos pasivos implantables que se pueden implantar en varias partes de un sistema cardiovascular para determinar la presion arterial en dicho lugar. De acuerdo con otras realizaciones de la invencion, los sensores pueden ser implantados en otras partes de un organismo o mairfffero para medir la presion en el mismo. Por ejemplo, el procedimiento se puede utilizar para medir los valores de la presion intracraneal utilizando sensores implantados intracranealmente. El procedimiento se puede utilizar tambien para las medidas de la presion en un saco aneurismal despues de la reparacion endovascular aneurismal.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, el procedimiento puede ser un procedimiento de bucle abierto. En el procedimiento de medida de bucle abierto, en cada penodo de tiempo de medida, el sistema transmite la misma pluralidad de frecuencias de excitacion de la pluralidad de sensores.
De acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, el procedimiento puede ser un procedimiento de medida de bucle cerrado. Tal procedimiento puede ser util, entre otras cosas, para las medidas de un parametro que vana periodicamente, tal como, por ejemplo, la presion arterial intraluminal que vana periodicamente (pulsatil) dentro de un vaso sangumeo. En el procedimiento de bucle cerrado, el sistema puede cambiar o adaptar las frecuencias de excitacion del sensor de acuerdo con una frecuencia de resonancia estimada del sensor prevista para el momento en que se realiza la siguiente medida.
La estimacion de la frecuencia de resonancia prevista para la siguiente medida se puede realizar utilizando diferentes procedimientos. De acuerdo con un posible procedimiento de este tipo, en el inicio de una sesion de medida, el sistema realiza medidas preliminares dentro de un penodo de prueba seleccionado utilizando el procedimiento de bucle abierto. Despues de haber recogido datos suficientes, el sistema puede calcular datos medios del ciclo que representa un ciclo promediado de la presion que vana periodicamente. Los datos promedio del ciclo se pueden utilizar para predecir la frecuencia de resonancia estimada durante el siguiente penodo de medida y se pueden utilizar para seleccionar un conjunto de frecuencias de excitacion del resonador apropiadamente optimizadas basado en la estimada para mejorar la precision y la sensibilidad.
Los datos promediados del ciclo pueden estar en el intervalo de los valores de la frecuencia de resonancia (expresados como valores de frecuencia maxima y minima de todas las medidas realizadas al mismo tiempo con respecto al comienzo del ciclo de pulsos sobre unos cuantos ciclos de medida).
Los datos promediados del ciclo pueden ser tambien un valor medio de la frecuencia de resonancia del sensor determinado de todas las medidas realizadas en un tiempo similar en relacion con el comienzo del ciclo de pulsos sobre unos cuantos ciclos de medida. Los datos tambien pueden incluir para cada valor medio un parametro estadfstico tal como, por ejemplo, la desviacion estandar de la media o la varianza de la media, u otros parametros adecuados.
El procedimiento puede calcular a partir de la frecuencia de resonancia estimada del sensor un conjunto de frecuencias de excitacion del sensor para su utilizacion en la siguiente medida. El conjunto de frecuencias calculadas puede ser optimizado para determinar la frecuencia de resonancia del sensor con mayor precision.
Los sistemas y procedimientos de la invencion se pueden utilizar para medir la presion u otras variables ffsicas de interes en muchas aplicaciones medicas diferentes, y varias aplicaciones industriales que requieren la medida de la presion u otras variables ffsicas en entornos de medida cerrados, tal como, pero sin limitarse a reactores qmmicos u otros reactores, diversos tipos de tubos y tubenas y otros espacios cerrados, o cualquier otro tipo de entornos de medida.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se describe en el presente documento, solo a modo de ejemplo, con referencia a los adjuntos dibujos, en los que componentes similares se designan con numeros de referencia similares, en los que:
Las Fig. 1A-1C son vistas esquematicas en seccion transversal de un sensor de presion ultrasonico pasivo de la
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tecnica anterior a tres diferentes valores de presion externa;
La Fig. 2 es un diagrama esquematico que ilustra una vista isometrica de un sensor de presion ultrasonico pasivo ejemplar de multiples membranas utilizado en experimentos para determinar la presion de acuerdo con el procedimiento de la presente invencion basado en el desplazamiento Doppler;
La Fig. 3 es una vista esquematica en seccion transversal del sensor de la Fig. 2 a lo largo de las Mneas MI-MI;
La Fig. 4 es un diagrama de bloques esquematico que ilustra un sistema util para determinar la frecuencia de resonancia de un sensor resonante, de acuerdo con una realizacion del procedimiento de medida Doppler de la presente invencion;
La Fig. 5 es un diagrama de bloques esquematico que ilustra un sistema que utiliza el procedimiento Doppler para medidas de la presion con sensores ultrasonicos pasivos, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;
La Fig. 6 es en parte un diagrama de bloques y en parte vista frontal esquematica que ilustra con detalle una unidad de transductor o transductores utilizables con los sistemas ultrasonicos de las Fig. 4 y 5, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;
La Fig. 7A es un diagrama de bloques esquematico que ilustra los componentes de una aplicacion de la unidad del extremo frontal analogico ilustrada en la Fig. 5, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;
La Fig. 7B es un diagrama de bloques esquematico que ilustra los componentes de una aplicacion general de una unidad del extremo frontal analogico que se puede utilizar en los sistemas de la presente invencion;
La Fig. 8 es un grafico esquematico que ilustra un ejemplo de datos del dominio de la frecuencia obtenidos de experimentos que utilizan el sensor 20 de la Fig. 2 utilizando el procedimiento de medida Doppler de la presente invencion;
La Fig. 9 es un grafico esquematico que ilustra la dependencia de la amplitud de la banda lateral desplazada por efecto Doppler de la senal de retorno sobre la presion externa que actua sobre un sensor ultrasonico pasivo excitado por un haz de ultrasonidos interrogante que contiene una frecuencia de excitacion de 61 kHz;
La Fig. 10 es un grafico que ilustra un ejemplo de datos del dominio de la frecuencia obtenidos de experimentos que utilizan el sensor 20 de la Fig. 2 utilizando el procedimiento de medida Doppler de la presente invencion y un haz de ultrasonidos que incluye simultaneamente una frecuencia portadora y cinco diferentes frecuencias de excitacion del sensor;
La Fig. 11 es un grafico esquematico que ilustra la dependencia de la amplitud de la banda lateral desplazada por efecto Doppler sobre la presion externa que actua sobre un sensor ultrasonico pasivo para tres diferentes frecuencias de excitacion del sensor transmitidas simultaneamente en un haz de ultrasonidos que interroga al sensor;
La Fig. 12 que es un grafico esquematico que ilustra la dependencia determinada experimentalmente de la frecuencia de resonancia del sensor 20 de las Fig. 2-3 sobre la presion en una camara de presion controlada utilizando un haz ultrasonico interrogante que incluye simultaneamente una frecuencia portadora y cinco diferentes frecuencias de excitacion del sensor;
La Fig. 13 es un diagrama de flujo esquematico que ilustra las etapas generales de un procedimiento para determinar la frecuencia de resonancia de un resonador utilizando la medida basada en el desplazamiento Doppler, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;
La Fig. 14 es un diagrama de flujo esquematico que ilustra las etapas de un procedimiento para determinar la presion arterial intraluminal dentro de un vaso sangumeo o de un injerto vascular utilizando un sensor resonante ultrasonico pasivo sensible a la presion implantado y un sistema que utiliza el procedimiento de medida basado en el desplazamiento Doppler de la presente invencion;
La Fig. 15A es un grafico esquematico que ilustra un ejemplo de datos obtenidos experimentalmente no normalizados que representan la dependencia con el tiempo de la amplitud medida de la banda lateral para una pluralidad de diferentes frecuencias de excitacion del sensor;
La Fig. 15B es un grafico esquematico que ilustra los datos que representan la dependencia con el tiempo de la amplitud normalizada de la banda lateral para una pluralidad de diferentes frecuencias de excitacion del sensor, obtenidos por normalizacion de los datos ilustrados en la Fig. 15A, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion; y
La Fig. 16 es un grafico esquematico que ilustra la presion arterial intraluminal en la arteria carotida de un cerdo determinada utilizando simultaneamente un sensor ultrasonico pasivo implantado con el sistema 52 de la Fig. 5, y un cateter que mide la presion intraluminal.
Descripcion detallada de la invencion
Notacion utilizada en todo el documento
La siguiente notacion se utiliza a lo largo de todo este documento.
- Termino
- Definicion
- pm
- micrometro
- A/D
- Analogico/Digital
- CA
- Corriente alterna
- AFE
- Extremo Frontal Analogico
- BB
- Banda base
- BPF
- Filtro de paso de banda
- BW
- Ancho de banda
- CHF
- Insuficiencia cardfaca congestiva
- CW
- Onda continua
- D/A
- Digital/Analogico
- dB
- Decibelio
- dBr
- Decibelio (relativo)
- CC
- Corriente continua
- DFTt
- Transformada de Fourier digital
- ECG
- Electrocardiograma
- FDA
- Administracion de Farmacos y Alimentos en los EE.UU.
- FFT
- Transformada de Fourier rapida
- FM
- Modulacion de frecuencia
- HPF
- Filtro de paso alto
- Hz
- Hertzio
- IF
- Frecuencia intermedia
- IQ
- En fase y en cuadratura
- kHz
- Kilohertzio
- LPF
- Filtro de paso bajo
- MHz
- Megahertzio
- SNR
- Relacion senal-ruido
- Torr
- Torricelli (unidad de presion)
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Termino
Definicion
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Ultrasonido
Para la finalidad de esta solicitud, el termino "haz sonico" define cualquier haz de energfa vibracional mecanica capaz de propagarse en un medio ffsico en el que un sensor resonante puede estar dispuesto o implantado, que incluyen pero sin limitarse a los haces de sonidos y haces de ultrasonidos. El intervalo de frecuencias de la energfa vibracional al haz sonico de la presente invencion no se limita al intervalo de frecuencias de ultrasonidos audibles y medicas sino que puede incluir cualquiera de las frecuencias de vibracion que puede propagarse en el medio en el que esta dispuesto el sensor de resonancia.
El termino "medio" define, para los fines de esta solicitud, cualquier tipo de sustancia o material o cualquier combinacion de sustancias o materiales a traves de los cuales puede propagarse un haz sonico. El medio puede ser homogeneo o no homogeneo. Las sustancias o materiales en un medio pueden incluir pero sin limitarse a solidos, ffquidos, fluidos y gases y cualquier mezcla de los mismos y pueden incluir pero sin limitarse a objetos o partmulas solidas y/o semisolidas, geles, coloides y similares. El medio tambien puede ser cualquier tipo de estructura de material compuesto, o cualquier cuerpo de cualquier organismo, cuerpo de animal o de ser humano o cualquiera de las partes u organos de tales organismos, animales o seres humanos en el que un resonador o un sensor resonante pueda ser dispuesto o implantado.
El termino "resonador capaz de vibrar" define, para los fines de esta solicitud, cualquier tipo de dispositivo ffsico que tenga una o mas partes capaces de vibrar que se puedan hacer vibrar mediante un haz sonico que se propague en un medio en el que esta dispuesto el dispositivo ffsico.
El termino "frecuencia de excitacion del resonador" define, para los fines de esta solicitud, una frecuencia incluida en un haz sonico que puede excitar una vibracion sustancial de una o mas partes capaces de vibrar de un resonador capaz de vibrar.
El termino "frecuencia de excitacion del sensor" define, para los fines de esta solicitud, una frecuencia incluida en un haz sonico que puede excitar una vibracion sustancial de una o mas partes capaces de vibrar de un sensor dispuesto en un entorno de medida.
El termino “frecuencia portadora” define, para los fines de esta solicitud, una frecuencia incluida en un haz sonico que puede ser reflejada por una parte capaz de vibrar de un resonador capaz de vibrar y que puede ser modulada por ser desplazada por efecto Doppler por una vibracion de una o mas partes capaces de vibrar de un resonador capaz de vibrar.
El termino "rafaga" se define, para los fines de esta solicitud, como una duracion finita de un haz sonico que incluye una pluralidad de ciclos de una o mas frecuencias sonicas.
Debe senalarse que, para los fines de la presente solicitud, la palabra "sonica" en terminos tales como "rafaga sonica", "rafaga de frecuencia sonica" y similares, se utiliza en un sentido amplio para definir un intervalo amplio de frecuencias de vibracion que puede incluir pero no se limita a frecuencias vibracionales audibles y no audibles y varias frecuencias de ultrasonidos, tales como pero que no se limitan a las frecuencias de ultrasonidos utilizadas en dispositivos medicos ultrasonicos.
Debe senalarse que aunque los sistemas, dispositivos y procedimientos descritos en el presente documento describen el uso de un sensor ultrasonico pasivo para medir la presion arterial dentro de un vaso sangumeo utilizando el efecto Doppler, tambien se pueden utilizar sistemas, procedimientos y dispositivos similares para medir una presion estatica que cambia dinamicamente dentro de otros fluidos corporales y/o cavidades corporales u otros organos. Por ejemplo, los sistemas, dispositivos y procedimientos de la presente invencion pueden tambien aplicarse para la medida de presiones intraoculares utilizando sensores ultrasonicos pasivos implantados intraocularmente, para la medida de la presion arterial dentro de cualquier parte de un vaso sangumeo (tal como pero sin limitarse a una arteria o una vena), para medir la presion arterial dentro de cualquier parte de un corazon, incluyendo pero sin limitarse a una auricula cardfaca, a un ventriculo cardfaco, la aorta o cualquier otro lumen o cavidad del corazon o de cualquier otro vaso sangumeo asociado con el corazon o con cualquier otro organo del cuerpo. Por ello, la persona experta en la tecnica comprendera que los procedimientos descritos en el presente documento no se limitan a la medida de la presion arterial en un vaso sangumeo y pueden aplicarse a la realizacion de muchas otras medidas de un parametro ffsico que utilice sensores ultrasonicos pasivos implantados.
Ademas, los procedimientos y dispositivos descritos en el presente documento se pueden emplear para determinar la frecuencia de resonancia de los resonadores capaces de vibrar ultrasonicamente. Tales resonadores pueden incluir (pero sin limitarse a) los resonadores incluidos en o que forman parte de los sensores que estan disenados para medir variables ffsicas, tales como, entre otras, la presion, en un entorno de medida.
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Sensores ejemplares que se pueden emplear utilizando los procedimientos y dispositivos de la presente invencion pueden incluir sensores implantables para su uso medico o de otro tipo, y sensores no implantados para uso medico y veterinario, u otras aplicaciones de deteccion industriales. Los parametros ffsicos que pueden ser medidos por tales sensores pueden incluir pero sin limitarse a temperature, presion, presion osmotica, la concentracion de una especie qmmica, o ion o molecula en un medio, la cantidad de tejido u otros depositos que recubren el sensor, y similares. Los procedimientos y dispositivos descritos en el presente documento tambien se pueden utilizar para detectar parametro ffsicos en varios tipos de espacios cerrados, tales como pero sin limitarse a envases de alimentos, tubeffas industriales, camaras de procesos, reactores, cilindros o contenedores presurizados, y similares.
A continuacion se hace referencia a las Fig. 1A-1C, que son vistas esquematicas en seccion transversal de un sensor de presion ultrasonico pasivo de la tecnica anterior a tres diferentes valores de la presion externa.
El sensor 10 ultrasonico pasivo tiene una carcasa 12. Una delgada membrana 12A capaz de vibrar esta unida de forma sellante o forma una parte integral de la carcasa 12. El sensor 10 puede tener tambien una superficie 12B que no puede vibrar situada en el lado de la carcasa 12 en la que esta situada la membrana 12A capaz de vibrar.
La carcasa 12 y la membrana 12A capaz de vibrar forman una camara 14 sellada. La camara 14 sellada tiene un gas o una mezcla de gases dentro de ella. La presion interior dentro de la camara sellada es Pi. La presion interior Pi se puede fijar en un valor deseado en el momento de la fabricacion del sensor 10 sellando la carcasa 12 en presencia de un gas o una mezcla de gases que tienen el valor deseado de la presion. La presion externa del medio fuera del sensor 10 es Pe.
La Fig. 1A ilustra esquematicamente un estado en el que la presion dentro de la camara 14 sellada y la presion externa en el medio fuera del sensor 10 son iguales (Pi = Pe) y la membrana capaz de vibrar 12A esta plana.
La membrana 12A capaz de vibrar puede hacerse vibrar dirigiendo un haz de ultrasonidos (no mostrado) sobre el sensor 10. Un haz de ultrasonidos de este tipo puede excitar la membrana 12A capaz de vibrar y puede dar lugar a la vibracion de la membrana 12A. Cuando la membrana 12A esta vibrando puede irradiar o emitir una senal ultrasonica a su frecuencia de vibracion (o a sus frecuencias de vibracion si vibra a mas de un modo de vibracion).
La membrana 12A capaz de vibrar puede seguir emitiendo una senal ultrasonica continua, siempre y cuando la membrana 12A este siendo excitada por el haz ultrasonico incidente dirigido sobre el sensor 10. Si el haz ultrasonico de excitacion esta desconectado, la membrana 12A puede seguir vibrando durante algun tiempo despues de que el haz de excitacion sea apagado y puede emitir una senal ultrasonica que tiene una amplitud que decae con el tiempo. Tales senales ultrasonicas continuas o decadentes emitidas por el sensor 10 pasivo se pueden detectar y mas tarde procesar para determinar la presion Pe externa como se describe con detalle en lo sucesivo.
Tfpicamente, la membrana 12A tiene una frecuencia de resonancia que depende, entre otras cosas, de la forma, de la masa, y del espesor de la membrana 12A. Cuando la frecuencia del haz ultrasonico de excitacion esta en la frecuencia de resonancia natural de la membrana 12A, la amplitud de la vibracion de la membrana 12A es maxima y la amplitud de la senal ultrasonica emitida por la membrana 12A resonante es maxima. Si la frecuencia del haz ultrasonico de excitacion es diferente de la frecuencia de resonancia de la membrana 12A (por ser mayor o menor que la frecuencia de resonancia de la membrana 12A), se reduce la amplitud de las vibraciones de la membrana 12A y se reduce la intensidad de la senal ultrasonica emitida por la membrana 12A que vibra.
La Fig. 1B ilustra esquematicamente el sensor 10 cuando la presion interna dentro de la camara 14 es mayor que la presion externa fuera del sensor 10 (Pi > Pe). En tales condiciones la membrana 12A es empujada hacia fuera y puede adoptar una forma convexa. La flecha de doble cabeza etiquetada X(t) representa el desplazamiento del centro de la membrana 12A desde un plano que representa la posicion de la membrana 12A en las condiciones en las que Pi es igual a Pe (vease la Fig. 1A). La lmea discontinua 13 representa esquematicamente la posicion de la membrana 12A en las condiciones en las que Pi es igual a Pe.
Cuando Pi> Pe, la membrana 12A es sometida a tension, y la frecuencia de resonancia de la membrana 12A se desplaza a una frecuencia superior que su frecuencia de resonancia en condiciones sin tension.
La Fig. 1C ilustra esquematicamente el sensor 10 cuando la presion interna dentro de la camara 14 es menor que la presion externa fuera del sensor 10 (Pi <Pe). En tales condiciones la membrana 12A es empujada hacia dentro y puede adoptar una forma concava. La flecha de doble punta etiquetada X(t) representa el desplazamiento del centro de la membrana 12A desde un plano que representa la posicion de la membrana 12A en las condiciones en las que Pi es igual a Pe (vease la Fig. 1A). La lmea discontinua 13 representa esquematicamente la posicion de la membrana 12A en las condiciones en las que Pi es igual a Pe. Debe senalarse que en la Fig. 1C, X(t) adopta (arbitrariamente) un valor negativo que indica que el desplazamiento esta en una direccion opuesta a la direccion del desplazamiento de la membrana que se muestra en la Fig. 1B.
Cuando Pi < Pe, la membrana 12A esta sometida a tension, y la frecuencia de resonancia de la membrana 12A se desplaza a una frecuencia mayor que su frecuencia de resonancia en condiciones sin tension.
Dentro de la un cierto intervalo de presion, la frecuencia de resonancia de la membrana 12A puede ser una funcion
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de la diferencia de presion AP = Pi - Pe.
El punto de presion dentro del intervalo de trabajo del sensor en el que la frecuencia de resonancia de la membrana 12A del sensor tiene el valor mas bajo (un punto mmimo) se llama el "punto de inversion” del sensor. Dentro del intervalo de trabajo del sensor, a medida que aumentan los valores de presion hasta valores mayores que la presion del punto de inversion, la frecuencia de resonancia del sensor aumenta ya que la membrana capaz de vibrar se vuelve cada vez mas tensionada. De forma similar, a medida que disminuyen los valores de presion hasta valores menores que la presion del punto de inversion, la frecuencia de resonancia del sensor aumenta ya que la membrana capaz de vibrar se vuelve cada vez mas tensionada.
Debe senalarse que la configuracion y la construccion de sensores de ultrasonidos, se conoce en la tecnica, no es objeto de la presente invencion, y por lo tanto no se describe con detalle en lo sucesivo. Generalmente, muchos tipos diferentes de sensores ultrasonicos pueden utilizarse en la aplicacion de los procedimientos y sistemas de la presente invencion. Por ejemplo, cualquiera de los sensores ultrasonicos pasivos descritos en las patentes de EE.UU. 5.619.997, 5.989.190 y 6.083.165 pueden utilizarse para aplicar los procedimientos y sistemas de la presente invencion, pero tambien se pueden utilizar otros tipos adecuados de sensores ultrasonicos resonantes conocidos en la tecnica.
A continuacion se hace referencia a las Fig. 2 y 3. La Fig. 2 es un diagrama esquematico que ilustra una vista isometrica de la un sensor de presion ultrasonico pasivo multi-membrana ejemplar utilizado en experimentos que determinan la presion de acuerdo con el procedimiento basado en el desplazamiento Doppler de la presente invencion, y la Fig. 3 es una vista esquematica en seccion transversal del sensor de la Fig. 2 a lo largo de la Nnea MINI.
El sensor 20 incluye una capa 22 plana de sustrato fabricada de vidrio PYREX®. La capa 22 de sustrato tiene la forma de una losa cuadrada que tiene un lado L de aproximadamente 1 miNmetro, y un espesor H1 de aproximadamente 300 micrometros. Una capa 24 rebajada esta ligada de forma sellante al sustrato 22. La capa 24 rebajada es una capa de silicio mono-cristalino que tiene una forma cuadrada con un lado L de aproximadamente 1 miNmetro y un espesor H2 de aproximadamente 24 micrometros. La capa 24 rebajada se procesa utilizando procedimientos de enmascaramiento, fotorresistentes y de grabado estandares, como se conoce en la tecnica, para formar nueve rebajes en la capa 24. Tres rebajes 27A, 27B y 27C de los nueve rebajes del sensor 20 se ilustran en la vista en seccion transversal de la Fig. 3 (los seis rebajes restantes no se ven en la Fig. 3). Los rebajes 27A, 27B y 27C tienen una forma piramidal roma. La capa 24 rebajada esta ligada a la capa 22 plana de sustrato como se muestra en las Fig. 2 y 3 en una camara de presion controlada utilizando union anodica, como se conoce en la tecnica. Despues de que se complete la union, el sensor 20 tiene nueve camaras selladas (no mostradas en la Fig. 2) que tienen sustancialmente el mismo nivel Pi de presion interna de la camara. La presion Pi puede fijarse ajustando adecuadamente el nivel de presion en la camara de presion (no mostrado) dentro del cual la capa 22 y la capa 24 rebajada estan unidas entre sf al nivel de presion deseado. Tres camaras 28A, 28B y 28C selladas de las nueve camaras del sensor 20 se ilustran en la Fig. 3. Las camaras selladas 28A, 28B y 28C tienen delgadas membranas 29A, 29B y 29C, respectivamente, capaces de vibrar en su lado opuesto a la capa 22 de sustrato. Las membranas 29A, 29B y 29C capaces de vibrar estan sustancialmente paralelas a la capa 22 plana de sustrato. Las otras seis camaras selladas restantes (no mostradas en la Fig. 3) tienen delgadas membranas capaces de vibrar similares (no mostradas en la Fig. 3) que forman parte de las paredes de las camaras selladas. Por ello, el sensor 20 tiene nueve delgadas membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar que tienen un espesor H3 de aproximadamente 0,8 micrometros.
Volviendo a la Fig. 3, las membranas 29A, 29B y 29C capaces de vibrar forman parte de las paredes de las camaras 28A, 28B y 28C selladas, respectivamente. Cada una de las membranas 29A, 29B y 29C capaces de vibrar tiene la forma de una membrana cuadrada que tiene un lado L1 de aproximadamente 220 micrometros. Volviendo brevemente a la Fig. 2, los cuadrados con Nneas de trazos etiquetados 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I representan esquematicamente las posiciones, dimensiones y disposicion de las nueve membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar que estan formadas dentro de la capa 24 rebajada.
Debe senalarse que la configuracion, composicion del material y dimensiones del sensor 20 descrito anteriormente en el presente documento y utilizado en los experimentos descritos en el presente documento se dan a modo de ejemplo solamente. La presente invencion puede ponerse en practica con muchos otros tipos de sensores ultrasonicos, y pueden hacerse muchas variaciones y permutaciones, entre otras, la composicion de los materiales de construccion del sensor, las dimensiones del sensor, la forma del sensor, la cantidad, la forma y/o las dimensiones y/o las formas y/o la configuracion de las membranas capaces de vibrar del sensor. Los parametros del sensor, tal como, entre otros, la estructura del sensor, los materiales, las dimensiones, la presion interna (Pi) y otros parametros del sensor pueden ser modificados de acuerdo con, entre otros, la aplicacion espedfica y las frecuencias de ultrasonidos utilizadas por el sistema.
Cuando un haz de ultrasonidos incidente (no mostrado) que contiene la frecuencia o frecuencias apropiadas se dirige incidente al sensor 20, cada una de las nueve membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar pueden vibrar como se conoce en la tecnica, y pueden emitir una senal ultrasonica de la frecuencia de resonancia de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I. Dado que las
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dimensiones ffsicas de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29 capaces de vibrar son sustancialmente similares (dentro de las tolerancias de fabricacion), las frecuencias de resonancia de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar son sustancialmente similares entre sf Cuando la frecuencia del haz ultrasonico es cercana a la frecuencia (o frecuencias) de resonancia de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar la amplitud de la senal ultrasonica de retorno generada por las membranas 29A, 29B, 29C, 29d, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar es maxima.
El grado de tension en cada una de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20 depende, entre otras cosas, de la diferencia de presion entre la presion externa Pe fuera del sensor 20 y la presion interna Pi dentro de las camaras selladas del sensor 20. Por lo tanto, la intensidad de la senal ultrasonica de retorno del sensor 20 puede depender del valor de la presion PE fuera del sensor 20. Esto es parecido al comportamiento de la membrana 12a capaz de vibrar del sensor 10 como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento.
Dentro de un cierto intervalo de presion, la frecuencia de resonancia de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar puede ser funcion de la diferencia de presion AP = Pi - Pe.
Cuando el sensor 20 es irradiado con ondas de ultrasonidos, vibran las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar. La frecuencia de vibracion de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar es igual a la baja frecuencia del ultrasonido de excitacion y la amplitud de la vibracion de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar es funcion de la energfa del haz de ultrasonidos de excitacion y de la frecuencia de resonancia del sensor.
En general, los sensores ultrasonicos pasivos individuales de membrana capaz de vibrar (tal como, pero sin limitarse al sensor 10 de las Fig. 1A-1C), los sensores ultrasonicos pasivos multi-membrana (tal como, pero sin limitarse al sensor 20 de las Fig. 2-3) y otros tipos de sensores resonantes descritos en el presente documento o conocidos en la tecnica pueden ser calibrados determinando experimentalmente la frecuencia de resonancia del sensor a valores de la presion conocidos en un entorno de presion controlada. Tal calibracion puede utilizarse para obtener una tabla de consulta (LUT) que correlaciona valores de frecuencia de resonancia y de presion. Cuando el sensor esta colocado dentro de un entorno de medida, la LUT puede utilizarse para determinar la presion a partir de los valores determinados de la frecuencia de resonancia del sensor.
Tambien puede ser posible utilizar tal LUT obtenida experimentalmente para encontrar una funcion que defina la dependencia de la frecuencia de resonancia del sensor sobre la presion fuera del sensor, al menos para un intervalo de presion definido dentro del intervalo de trabajo del sensor. Cuando el sensor esta colocado dentro de un entorno de medida, una funcion de este tipo puede utilizarse para calcular la presion a partir de valores determinados de la frecuencia de resonancia del sensor.
La frecuencia de resonancia del sensor en un entorno de calibracion o en un entorno de medida se puede determinar dirigiendo hacia el sensor un haz de energfa acustica (tal como, pero sin limitarse a un haz de sonidos o de ultrasonidos) que tenga una pluralidad de frecuencias y que mida la amplitud de la senal de retorno del sensor de cada frecuencia transmitida. Teoricamente, la amplitud de la senal reflejada debena ser minima a la frecuencia de resonancia del sensor (debido a la gran absorcion de resonancia). En la practica, sin embargo, puede ser diffcil determinar con precision la frecuencia de resonancia del sensor debido a varias razones.
Un problema que aparece a menudo con determinar la frecuencia de resonancia de la membrana 12A (o de la frecuencia de resonancia de cualquier otra estructura resonante incluida en un sensor de este tipo, tal como, pero sin limitarse a la frecuencia de resonancia de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20) puede resultar del hecho de que las senales ultrasonicas transmitidas y devueltas estan, basicamente, a la misma frecuencia o a frecuencias relativamente cercanas. Por lo tanto, la senal devuelta esta "contaminada" por el ruido y por los ecos. Tales ecos pueden ser devueltos por diversas estructuras del cuerpo dentro del cual se ha dispuesto el sensor, o por interfaces que reflejan los ultrasonidos entre las estructuras corporales que tienen diferentes valores de impedancia acustica, asf como por las partes o superficies que no pueden vibrar, del propio sensor. Por ejemplo, cuando el sensor 10 pasivo esta implantado en un vaso sangumeo (no mostrado) y un haz (no mostrado) ultrasonico de excitacion es dirigido hacia el sensor 10 en la direccion representada generalmente por la flecha etiquetada 11, la senal de retorno puede incluir, entre otras, la senal generada por la membrana 12A resonante, y el eco reflejado por la parte 12B que no puede vibrar del sensor 10, y otros ecos (no mostrados) del haz de excitacion que son reflejados por las partes (no mostradas) reflectantes del cuerpo o por las interfaces dentro del cuerpo (no mostradas) en las que el sensor 10 esta implantado.
De manera parecida, las partes que no pueden vibrar de la superficie 30 de la capa 24 rebajada del sensor 20 pueden tambien reflejar ecos a una frecuencia cercana o a la frecuencia de resonancia de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I, capaces de vibrar.
Cuanto mayor es la intensidad de los ecos en la senal ultrasonica de retorno, mas diffcil puede ser detectar y aislar esa parte de la senal de retorno emitida por la membrana 12A resonante donde reside la informacion requerida.
Los procedimientos de la presente invencion se pueden adaptar para medir la presion arterial dentro de un vaso
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sangumeo y presentar las variaciones de presion arterial pulsatil dentro de tal vaso sangumeo. Con el fin de medir la presion, un sensor que tiene uno o mas resonadores pasivos (tales como, pero sin limitarse a los sensores pasivos 10 o 20 divulgados anteriormente en el presente documento, o cualquier otro sensor resonante ultrasonico adecuado conocido en la tecnica) esta implantado dentro del vaso sangumeo. El sensor puede cambiar su frecuencia de resonancia en funcion de la presion arterial como se ha divulgado anteriormente en el presente documento. Con el fin de encontrar la frecuencia de resonancia de la parte resonante del sensor utilizado, se dirige un haz de ultrasonidos hacia el sensor. El haz de ultrasonidos puede incluir uno o mas componentes de frecuencia de excitacion del resonador para la excitacion de la parte o partes resonantes del sensor (tal como, ejemplo, la membrana 12A capaz de vibrar del sensor 10, o las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I, capaces de vibrar del sensor 20, o similares). El haz de ultrasonidos tambien incluye un componente de frecuencia portadora que es mayor que la frecuencia (o frecuencias) de excitacion del resonador.
La una o mas frecuencias de excitacion del resonador excita oscilaciones de la membrana 12A capaz de vibrar del sensor 10 o de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20, o de cualquier otra parte del sensor capaz de vibrar del resonador o resonadores incluidos en el sensor. El componente de la frecuencia portadora que es devuelta (reflejada) por la membrana o membranas oscilantes capaces de vibrar o de cualquier otro miembro oscilante del resonador o parte del sensor utilizado, es modulado con un desplazamiento Doppler debido a la oscilacion del resonador o resonadores vibrantes. El componente de la frecuencia portadora modulada Doppler en la senal ultrasonica de retorno del sensor puede entonces ser recibida y analizada para detectar y medir la amplitud de los componentes de frecuencia de la banda lateral (los componentes de frecuencia desplazados por efecto Doppler) de la frecuencia portadora modulada como se describe con detalle en lo sucesivo para identificar y situar espacialmente el sensor, para contribuir al centrado del haz de ultrasonidos interrogante sobre el sensor y encontrar la frecuencia de resonancia de la membrana o membranas capaces de vibrar del sensor o de mas cualquier otra parte o miembro resonante del sensor que esta siendo utilizado.
El efecto Doppler se puede utilizar para diferenciar la senal portadora modulada devuelta de los otros ecos (que no estan modulados). Por ejemplo, midiendo y visualizando un registro del dominio de frecuencia de la amplitud de una o mas bandas laterales desplazadas por efecto Doppler a medida que la sonda de ultrasonidos o transductor explora el cuerpo, el usuario u operador puede saber que el haz esta dirigido al sensor cuando se observan o, de otro modo, se detectan tales bandas laterales y pueden ser capaces de determinar cuando el haz ultrasonico esta dirigido con precision hacia el sensor implantado mediante la supervision de los cambios de la amplitud del pico o picos de la banda lateral a medida que se cambia la direccion de la sonda ultrasonica o transductor. La maximizacion de la amplitud de la banda o bandas laterales por efecto Doppler puede indicar que el sensor esta situado correctamente dentro del haz de ultrasonidos y puede asegurar que la senal recibida es en efecto una senal devuelta por el sensor. Esto es porque en las senales que se devuelven por estructuras o interfaces distintas de la membrana capaz de vibrar o resonador del sensor, la frecuencia portadora no sera modulada a la frecuencia Doppler debido a que las estructuras o interfaces que reflejan no estan vibrando a o cerca de la frecuencia de resonancia del resonador o membrana capaz de vibrar del sensor y los ecos de la frecuencia portadora que vuelven de tales estructuras o interfaces no vibrantes no seran moduladas Doppler y no tendran componentes significativos de la frecuencia de la banda lateral.
Si un haz interrogante que tiene una frecuencia cercana a la frecuencia de resonancia del sensor se utiliza para la excitacion del sensor (sin utilizar la frecuencia portadora de la presente invencion), la senal de retorno del sensor puede estar contaminada por el ruido procedente de varias fuentes. Una posible fuente de tal ruido es la reflexion del haz interrogante entrante procedente de diversas superficies que no pueden vibrar del sensor (referido en lo sucesivo como ruido por reflexion del sensor). Por ejemplo, la superficie 12B que no pueden vibrar del sensor 10 (Fig. 1A-1C), y las partes que no pueden vibrar de la superficie 30 de la capa 24 rebajada del sensor 20 (Fig. 2) pueden reflejar el haz de ultrasonidos interrogante. Tales reflexiones pueden contener un intervalo de frecuencias sustancialmente similar al intervalo de frecuencias emitidas por la membrana 12A capaz de vibrar y por las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar de los sensores 10 y 20, respectivamente. Debido a la similitud entre el intervalo de las frecuencias de ruido por reflexion del sensory la senal de interes emitida por las membranas capaces de vibrar de los sensores, puede ser difmil separar de ese ruido la senal relevante.
Aunque puede ser posible reducir el ruido por reflexion del sensor reduciendo el tamano de las superficies que no pueden vibrar del sensor que hace frente al haz interrogante, esto puede no ser siempre deseable o posible debido al diseno en la practica o a consideraciones de fabricacion tal como, entre otras, las que afectan a la durabilidad mecanica del sensor, al aumento de la fragilidad del sensor, y otras consideraciones.
Ademas del ruido por reflexion comentado anteriormente en el presente documento, puede haber otros tipos de ruido que pueden contaminar la senal de interes emitida por las partes capaces de vibrar del sensor resonante. Tal ruido puede incluir ecos y reflexiones del haz interrogante por diversos objetos en el entorno de medida. Por ejemplo, en sensores implantados en un cuerpo o en una cavidad corporal tales ecos pueden ser reflejados por las interfaces entre varios tejidos diferentes o por las interfaces entre varios tejidos y fluidos corporales o gases, burbujas dentro de un fluido corporal, o similares. En otras aplicaciones tales ecos pueden ser reflejados por las interfaces entre varios objetos diferentes o interfaces en el entorno de medida, incluidos, entre otros, paredes u otros objetos reflectantes que rodean o estan dispuestos en el entorno de medida, o interfaces reflectantes o burbujas en
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el medio de medida, o similares.
Aunque el problema de los ecos puede reducirse en ciertas aplicaciones espedficas, por ejemplo, mediante el posicionamiento adecuado del sensor dentro del entorno de medida, y mediante el ajuste de la direccion del haz interrogante para reducir los ecos recibidos, esto puede no ser siempre posible, especialmente en aplicaciones de sensor implantado en las que la colocacion del sensor esta dictada por las necesidades de la medida y en las que el sensor o sensores, o los diversos tejidos y/u organos que rodean los sensores pueden moverse o cambiar sus posiciones relativas.
Los procedimientos, dispositivos y sistemas descritos en el presente documento proporcionan una solucion a los problemas descritos anteriormente de ruido por reflexion del sensor y otros diversos ecos, utilizando dos tipos diferentes de frecuencias en el haz interrogante. El primer tipo de frecuencias son frecuencias de excitacion que excitan la membrana o membranas capaces de vibrar u otra parte o partes resonantes del sensor resonante e inducen vibraciones de esta membrana o membranas o parte o partes resonantes capaces de vibrar. Preferiblemente, las frecuencias de excitacion estan dentro de un intervalo de frecuencias que incluye los posibles valores de las frecuencias de resonancia del sensor o sensores en el intervalo de trabajo de la presion del sensor o sensores.
El segundo tipo de frecuencia incluido en el haz ultrasonico interrogante es una frecuencia portadora que es sustancialmente mayor que las frecuencias de excitacion del resonador o sensor. La frecuencia portadora se selecciona preferiblemente de tal manera que sea mayor que cualquier frecuencia de excitacion del sensor y este suficientemente alejada de las frecuencias de resonancia del sensor o sensores posibles dentro del sensor o sensores del intervalo de presion de trabajo del sensor o de los sensores. Por ello, la frecuencia portadora se selecciona de tal manera que comunique muy poca energfa a la membrana o membranas capaces de vibrar del sensor o sensores, ya que esta alejada del posible intervalo de frecuencias de resonancia dentro del intervalo de trabajo de la presion del sensor o sensores utilizados en la medida.
Cuando el haz interrogante que incluye la frecuencia portadora y una o mas frecuencias de excitacion se dirigen al sensor o sensores, la membrana o membranas capaces de vibrar u otra parte o partes resonantes del sensor vibran a las frecuencias de excitacion. La frecuencia portadora es reflejada por la membrana o membranas capaces de vibrar del sensor (tal como, por ejemplo, por la membrana 12A capaz de vibrar del sensor 10 o por las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29f, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20), asf como por las partes no capaces de vibrar del sensor o sensores (tal como, por ejemplo, la superficie 12B no capaz de vibrar del sensor 10, y por las partes no capaces de vibrar de la superficie 30 de la capa 24 rebajada del sensor 20).
La parte de la onda portadora reflejada por la membrana o membranas capaces de vibrar es desplazada por efecto Doppler debido al movimiento de vibracion de la membrana o membranas, como se conoce en la tecnica. Para cada frecuencia de vibracion presente en la membrana que vibra debido a una frecuencia de excitacion del haz interrogante, se anaden dos frecuencias a la senal reflejada (de frecuencia portadora ± frecuencia de excitacion). Si el numero de frecuencias de excitacion es N, la senal reflejada puede incluir la frecuencia portadora y 2N componentes de frecuencia desplazada por efecto Doppler. La amplitud de la senal reflejada en cada frecuencia desplazada por efecto Doppler es proporcional a la amplitud de la vibracion de la membrana capaz de vibrar de la frecuencia de excitacion correspondiente. Por lo tanto, si se pueden medir las amplitudes de las frecuencias desplazadas por efecto Doppler se pueden emplear estos datos de amplitud para determinar la frecuencia a la que la amplitud de la vibracion es maxima. Esta frecuencia representa la frecuencia de resonancia del sensor en el momento en el que se realiza la medida (suponiendo que la medida se realiza suficientemente rapida para asegurar que la presion no cambia sustancialmente durante el penodo de tiempo utilizado para la adquisicion de los datos de la senal de retorno).
Aunque las frecuencias desplazadas por efecto Doppler pueden estar suficientemente desplazadas de la frecuencia portadora (a lo largo del eje de la frecuencia de una representacion del dominio de la frecuencia de la senal de retorno) mediante los procedimientos adecuados de procesamiento de senales (como se describe con detalle en lo sucesivo ) puede ser posible determinar la amplitud de la senal de retorno a estas frecuencias desplazadas por efecto Doppler aunque la frecuencia portadora tenga una amplitud que pueda ser muchos ordenes de magnitud mayor que la amplitud de la senal de retorno a las frecuencias desplazadas por efecto Doppler.
Por ello, dado que la informacion relevante reside en la amplitud de las frecuencias de la banda lateral desplazadas por efecto Doppler, y la mayor parte del ruido irrelevante en la senal de retorno (tal como, por ejemplo, el ruido por reflexion del sensor y los otros ecos descrito anteriormente en el presente documento) estan a la frecuencia portadora y a las frecuencias de excitacion, es relativamente facil medir las amplitudes relevantes separando las frecuencias. Por ejemplo, la medida puede llevarse a cabo realizando una transformada de Fourier digital (DFT) sobre la senal de retorno digitalizada procesada para proporcionar datos de representacion en el dominio de frecuencias, como se describe con detalle en lo sucesivo , o utilizando otros procedimientos o algoritmos adecuados para determinar los datos de amplitud a frecuencias diferentes.
A continuacion se hace referencia a la Fig. 4 que es un diagrama de bloques esquematico que ilustra un sistema util para determinar la frecuencia de resonancia de un sensor resonante, de acuerdo con una realizacion del
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procedimiento de medida por efecto Doppler de la presente invencion.
El sistema 32 incluye una unidad 34 de transductor o transductores para producir senales de salida en la forma de un haz acustico interrogante que puede ser dirigido hacia el sensor resonante (no mostrado en la Fig. 4). La unidad (34) de transductor o transductores tambien se utiliza para recibir las senales de retorno desde el sensor cuando el sensor es interrogado con el haz interrogante. La unidad (34) de transductor o transductores puede incluir uno o mas transductores (no se muestran por separado en la Fig. 4, para una mayor claridad de la ilustracion). El transductor o transductores incluidos en la unidad (34) de transductor o transductores pueden ser cualquier transductor o transductores adecuados para generar de forma controlable haces de energfa acustica (tales como, pero sin limitarse a haces sonicos o ultrasonicos) como se conoce en la tecnica. Por ejemplo, la unidad (34) de transductor o transductores puede aplicarse utilizando transductores piezoelectricos adecuados, pero cualquier otro tipo de transductor o transductores conocido en la tecnica puede utilizarse para aplicar la unidad 34 de transductor, tal como, pero sin limitarse a transductores capacitivos, transductores capacitivos de banda ancha, transductores piezoelectricos de materiales compuestos, transductores electromagneticos, varios tipos de matrices transductoras y varias combinaciones adecuadas de tales transductores configurados para obtener diferentes frecuencias y/o formas de haz.
El sistema 32 tambien incluye una o mas unidades 36 de generacion de frecuencias acopladas adecuadamente a una o mas unidades 34 de transductor. La unidad o unidades 36 de generacion de frecuencia estan adaptadas para generar la frecuencia portadora y las frecuencias de excitacion del resonador del haz acustico interrogante, como se ha descrito anteriormente en el presente documento, la construccion y funcionamiento de tales unidades de generacion de frecuencia es bien conocida en la tecnica, y por lo tanto no se describen en detalle en el presente documento.
El sistema 32 puede incluir tambien una unidad 38 de procesador/controlador adecuadamente conectada a la unidad o unidades 36 de generacion de frecuencias para controlar el funcionamiento del mismo. Al menos una unidad de transductor de la unidad (34) de transductor o transductores esta adaptada para recibir las senales de retorno del sensor resonante. El transductor o transductores utilizados para recibir la senal de retorno pueden estar acoplados a una unidad 39 receptora adecuada. La unidad 39 receptora recibe una senal que representa la senal de retorno de la unidad de transductor y puede procesar la senal para proporcionar una senal procesada condicionada a la unidad 38 del procesador/controlador.
El sistema 32 puede tambien (opcionalmente) incluir una unidad 37 barometrica adecuadamente conectada a la unidad 38 de controlador y procesador. La unidad 37 barometrica puede ser cualquier tipo de dispositivo de medida de la presion conocido en la tecnica. La unidad 37 barometrica puede medir la presion externa en el entorno en el que el sistema 32 esta dispuesto. El valor de la presion externa puede suministrarse adecuadamente a la unidad 38 de procesamiento/control. Por ejemplo, la unidad 37 barometrica puede producir datos digitales directamente a la unidad 38 de procesamiento/control, o la unidad 37 barometrica puede producir una senal analogica y puede ser utilizada una unidad A/D adecuada (no mostrada) para digitalizar la senal analogica y enviar la senal digitalizada a la unidad de procesamiento/control. El valor de la presion externa determinado puede utilizarse por el sistema como se describe con detalle en lo sucesivo.
Los datos de presion barometrica pueden utilizarse por el sistema para fines diversos que incluyen, pero sin limitarse a la seleccion de conjuntos apropiados de frecuencias de excitacion del sensor como se describe con detalle en lo sucesivo . La construccion y el funcionamiento de los dispositivos de medida de la presion son bien conocidos en la tecnica y no son objeto de la presente invencion y, por lo tanto, no se describen en detalle en lo sucesivo.
Debe senalarse que aunque la unidad 39 receptora de la Fig. 4 se muestra para ser implantada como parte de la unidad 38 de procesador/controlador, esto no es obligatorio y la unidad 39 receptora tambien puede implantarse como una unidad independiente que se puede acoplar adecuadamente a la unidad de transductor y a la unidad 38 de procesador/controlador para recibir senales procedentes de la unidad de transductor y proporcionar una senal condicionada a la unidad 38 de procesador/controlador.
La unidad 38 de procesador/controlador puede conectarse o puede incluirse dentro de la misma una interfaz 35 de usuario. La interfaz de usuario puede incluir cualquier numero adecuado de dispositivos de entrada y de salida adecuados (no mostrados individualmente en la Fig. 4, para una mayor claridad de la ilustracion) adecuados para recibir la entrada o los comandos desde un usuario del sistema 32, y proporcionar salida o datos al usuario u operador del sistema 32. Los dispositivos de entrada y/o salida incluidos en la interfaz 35 de usuario pueden incluir, pero sin limitarse a cualquier combinacion de paneles de control, teclados, dispositivos apuntadores (tal como, pero sin limitarse a un raton, un lapiz optico, una tableta grafica o similar), pantallas de visualizacion sensibles al tacto, monitores, dispositivos de visualizacion de datos y/o de imagenes, luces indicadoras, altavoces de audio u otros dispositivos de salida de audio, impresoras, dispositivos de almacenamiento de datos de cualquier tipo conocido en la tecnica, y similares. La unidad o unidades o dispositivos de visualizacion de este tipo pueden ser, pero sin limitarse a dispositivos de visualizacion de CRT, dispositivos de visualizacion LCD, o cualquier otro tipo adecuado de dispositivo de visualizacion conocido en la tecnica. La estructura y funcionamiento de tales dispositivos de entrada y de salida son bien conocidos en la tecnica, y, por lo tanto, no se describen con detalle en lo sucesivo.
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Debe senalarse que cualquier tipo de configuracion conocida en la tecnica puede ser utilizada para aplicar uno o mas de los componentes del sistema 32. Por ejemplo, cualquiera de los circuitos electronicos utilizados en cualquiera de los componentes del sistema 32 pueden aplicarse como circuitos analogicos, circuitos digitales o circuitos analogicos /digitales Idbridos. Ademas, cualquiera de los circuitos o componentes del sistema 32 se puede aplicar utilizando componentes electronicos o electricos discretos, circuitos integrados (IC), circuitos integrados de muy gran escala (VLSI), circuitos procesadores de senal digital (DSP), y cualquiera de las combinaciones adecuadas de los mismos, o similar. Debe senalarse que algunos o todos los componentes electronicos descritos pueden estar integrados en un unico chip (tal como, por ejemplo, un ASIC), o pueden estar incluidos en una sola tarjeta de ordenador PC.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, la unidad 38 de procesador/controlador puede aplicarse como, o puede ser formada como parte de un ordenador (tal como, pero no limitada a un ordenador, un ordenador personal, un puesto de trabajo, un miniordenador, un ordenador conectado en red, un ordenador central, una configuracion del procesador distribuida, una configuracion informatica de racimo, microporcesador o microprocesadores, microcontrolador o microcontroladores o cualquier otro tipo de configuracion informatica o procesadora conocida en la tecnica).
La unidad 38 de procesador/controlador tambien puede incluir cualquier tipo de dispositivo de almacenamiento o dispositivo de memoria (no mostrado en detalle en la Fig. 4) adecuado conocido en la tecnica para el almacenamiento temporal o permanente de los datos, antes, durante o despues de la adquisicion de los datos y/o despues del procesado de los datos por la unidad 38 de procesador/controlador.
Aunque la configuracion esquematica del sistema 32 de la Fig. 4 ilustra los bloques funcionales generales del sistema de la presente invencion, muchas diferentes aplicaciones espedficas del sistema se pueden utilizar para diferentes aplicaciones. Algunas aplicaciones espedficas ejemplares del sistema 32 se describen en detalle en lo sucesivo para la aplicacion espedfica de realizar medidas de presion de la presion arterial intraluminal utilizando un sensor ultrasonico pasivo implantado en el lumen de un vaso sangumeo. Sin embargo, muchas otras permutaciones y combinaciones de los sistemas descritos en el presente documento pueden aplicarse para diferentes aplicaciones o para la misma aplicacion espedfica descrita en el presente documento, como se comprendera por la persona experta en la tecnica.
A continuacion se hace referencia a la Fig. 5, que es un diagrama de bloques esquematico que ilustra un sistema util para determinar la presion arterial intraluminal dentro de un vaso sangumeo utilizando un sensor resonante implantado, de acuerdo con una realizacion del procedimiento de medida por efecto Doppler de la presente invencion.
El sistema 50 incluye una unidad 62 de transductor o transductores para producir senales de salida en la forma de un haz ultrasonico interrogante que puede ser dirigido contra un sensor resonante ultrasonico pasivo (no mostrado en la Fig. 5). La unidad 62 de transductor o transductores tambien se utiliza para recibir las senales de retorno desde el sensor cuando el sensor es interrogado con el haz interrogante de ultrasonidos. La unidad 62 de transductor puede incluir uno o mas transductores (no mostrados aisladamente en la Fig. 5, para una mayor claridad de la ilustracion). El transductor o transductores incluido en la unidad 62 de transductor puede ser cualquier transductor o transductores adecuado para generar de forma controlable haces de energfa ultrasonica (tal como, pero sin limitarse a haces sonicos o ultrasonicos) como se conoce en la tecnica. Por ejemplo, la unidad 34 de transductor puede ser aplicada utilizando transductores piezoelectricos adecuados, pero cualquier otro tipo de transductor conocido en la tecnica se puede utilizar como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la unidad 62 de transductor o transductores puede incluir un unico transductor ultrasonico de banda ancha (no mostrado en detalle en la Fig. 5) capaz de generar suficiente energfa ultrasonica a la baja frecuencia (o frecuencias) requerida de excitacion del sensor y a la superior frecuencia portadora ultrasonica y de recibir senales ultrasonicas de retorno para generar una senal electrica que representa la senal ultrasonica de retorno recibida.
Como alternativa, de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, la unidad 62 de transductor o transductores puede incluir una pluralidad de transductores ultrasonicos (no mostrados en detalle en la Fig. 5, pero que se ve en la Fig. 6 abajo), uno o mas de la pluralidad de transductores puede estar configurado para generar suficiente energfa ultrasonica a la baja frecuencia (o frecuencias) requerida de excitacion del sensor, mientras otro transductor o transductores pueden estar configurados para generar la mayor frecuencia portadora ultrasonica. La senal ultrasonica de retorno puede ser recibida por uno o mas transductor o transductores incluidos en la unidad 62 de transductor o de transductores.
En general, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, el transductor o los transductores empleados para generar frecuencias ultrasonicas tambien pueden utilizarse para recibir o detectar la senal ultrasonica de retorno. Como alternativa, de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, tambien es posible utilizar exclusivamente para la recepcion de senales devueltas uno o mas transductores ultrasonicos dedicados. Todas estas permutaciones de combinaciones de transductores se pueden utilizar en el sistema de la presente invencion, como se conoce en la tecnica, con la condicion de que con ellos se obtenga suficiente energfa a las frecuencias
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requeridas y que proporcionen una aceptable relacion senal - ruido para las senales recibidas para permitir la realizacion del analisis de las senales como se describe con detalle en lo sucesivo.
La unidad 62 de transductor o de transductores puede incluir cualquier tipo o tipos de transductor ultrasonico adecuado. Por ejemplo, el transductor o los transductores ultrasonicos incluidos en la unidad 62 de transductor o de transductores, pueden ser transductores piezoelectricos, y/o transductores ultrasonicos capacitivos, y/o transductores capacitivos de banda ancha, y/o transductores electromecanicos, y/o transductores electro-magneto- mecanicos (basados en bobinas e imanes), o cualquier otro tipo de transductor ultrasonico adecuado conocido en la tecnica. Tambien pueden aplicarse combinaciones de diferentes tipos de transductores ultrasonicos dentro de la unidad 62 de transductor o de transductores. Los transductores de materiales compuestos y/o los transductores de matrices progresivas con haces orientables, y/o transductores de material compuesto de haz enfocable tambien se pueden utilizar en la aplicacion de la presente invencion.
El sistema 50 puede incluir una unidad 52 de generacion de frecuencias que esta acoplado adecuadamente al transductor o a los transductores de la unidad 62 de transductor o de transductores. La unidad 52 de generacion de frecuencias puede incluir una unidad 54 de generacion de senales de alta frecuencia para generar una frecuencia portadora, y una unidad 56 de generacion de baja frecuencia para generar bajas frecuencias de excitacion para excitar el sensor resonante. La unidad 56 de generacion de baja frecuencia puede (opcionalmente) ser una unidad digital generadora de frecuencias que se puede acoplar adecuadamente a la unidad 62 de transductor o transductores a traves de una adecuada unidad 58 convertidora de digital a analogica (D/A) y una unidad 60 de amplificacion. Preferiblemente (pero no obligatoriamente), la unidad 56 de generacion de baja frecuencia se puede aplicar como un procesador de senal digital (DSP) o cualquier otro dispositivo o procesador o microprocesador digital adecuado capaz de proporcionar una senal de frecuencia digital adecuada. Sin embargo, tambien puede utilizarse cualquier otra configuracion adecuada para una unidad de generacion de baja frecuencia conocida en la tecnica (analogica, digital o tnbrida analogica/digital). La unidad 58 D/A puede ser controlada por una adecuada unidad 74 de sincronizacion que puede sincronizar el funcionamiento de la unidad 58 D/A con el muestreo de las senales de retorno, como se describe con detalle en lo sucesivo .
La unidad 54 de generacion de alta frecuencia puede ser un circuito oscilador de alta frecuencia de precision acoplado adecuadamente a un transductor (no mostrado individualmente en la Fig. 5) incluido en la unidad 62 de transductor o transductores. Sin embargo, puede emplearse cualquier otro tipo adecuado de unidad generadora de frecuencias conocida en la tecnica y capaz de proporcionar una frecuencia portadora adecuada con una suficiente precision y un contenido de frecuencias espurias suficientemente bajas.
El sistema 50 tambien puede incluir una unidad 64 del extremo frontal analogico (AFE) acoplado adecuadamente al transductor (no mostrado individualmente dentro de la unidad 62 de transductor o transductores), cuyo transductor se utiliza para recibir la senal ultrasonica de retorno desde el sensor (no mostrado en la Fig. 5) de presion resonante interrogado y proporcionar una senal electrica proporcional a la senal de la onda ultrasonica de retorno.
La unidad (AFE) (opcional) puede recibir la senal analogica desde el transductor, y puede procesar la senal con el fin de aumentar la relacion senal - ruido y amplificar selectivamente las frecuencias de bandas laterales con efecto Doppler como se describe con detalle en lo sucesivo para proporcionar una senal condicionada analogica. La unidad 64 AFE puede conectarse adecuadamente a una unidad 66 de conversion de analogica a digital (A/D), y puede suministrar la senal analogica condicionada a la unidad 66 A/D para la digitalizacion. La unidad 66 A/D puede conectarse adecuadamente a una unidad 68 de procesamiento/control y puede suministrar la senal digitalizada a la unidad 68 de procesamiento/control para su posterior procesamiento y analisis. La unidad 66 A/D puede conectarse adecuadamente a la unidad 74 de sincronizacion y puede recibir senales de sincronizacion desde la unidad 74 de sincronizacion.
La unidad 68 de procesamiento/control puede ser una unidad de procesador, una unidad de microprocesador, una unidad de procesador de senal digital (DSP), una unidad controladora, un ordenador que incluye, pero no se limita a ningun ordenador u ordenadores interconectados como se ha descrito anteriormente en el presente documento (con respecto a la Fig. 4) o cualquiera de las combinaciones adecuadas de los mismos. Puede utilizarse cualquier adecuada unidad o unidades de control o de procesamiento conocida en la tecnica.
La unidad 68 de procesamiento/control puede estar adecuadamente conectada a (o puede incluir) una interfaz 35 de usuario para permitir la entrada y/o salida para la interaccion del usuario u operador, como se ha descrito en detalle con respecto a la Fig. 4 anterior.
La unidad 68 de procesamiento/control se puede conectar adecuadamente a uno o mas dispositivo o dispositivos 72 de almacenamiento de datos para almacenar datos y grabar y/o almacenar resultados. El dispositivo o dispositivos 72 de almacenamiento de datos, puede ser cualquier tipo adecuado de dispositivo de almacenamiento o combinaciones de dispositivos de almacenamiento conocidos en la tecnica, tales como, pero sin limitarse a dispositivos de memoria de estado solido, que incluyen, pero sin limitarse a la memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria FLASH, DRAM, dispositivos de memoria SraM, dispositivo o dispositivos de almacenamiento magnetico (que incluyen, pero sin limitarse a discos duros magneticos fijos o discos basados en medios magneticos extrafbles), dispositivos de almacenamiento magneto-opticos, o cualquier otro tipo adecuado de dispositivo de almacenamiento
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conocido en la tecnica, y cualquiera de las combinaciones de dispositivos de almacenamiento fijos o extrafoles.
La unidad 74 de sincronizacion puede utilizarse para proporcionar senales de activacion adecuadas a la unidad 58 D/A y a la unidad 66 A/D, con el fin de coordinar el funcionamiento de la unidad 58 D/A y de la unidad 66 A/D en los casos en los que el haz ultrasonico generado por la unidad 62 de transductor o transductores se hace funcionar en un modo pulsado o a rafagas o en un modo chirrido. La unidad 74 de sincronizacion tambien se puede (opcionalmente) conectar adecuadamente a la unidad 52 de generacion de frecuencias, y puede proporcionar senales de sincronizacion o de activacion para controlar el funcionamiento de la unidad 54 de generacion de alta frecuencia.
El sistema 50 puede tambien (opcionalmente) incluir una fuente 76 de alimentacion para suministrar energfa a los componentes del sistema 50. La fuente 76 de alimentacion puede ser cualquier fuente de alimentacion adecuada (externa o interna al sistema 50) y puede incluir una o mas fuentes de CC y/o fuentes de alimentacion de CA como se conoce en la tecnica, tal como, pero sin limitarse a la red electrica, fuentes de alimentacion de CC tal como, pero sin limitarse a pilas primarias, pilas recargables, o similares, fuentes de alimentacion de CC reguladas o no reguladas, o similares).
El sistema 50 tambien puede incluir un dispositivo 70 de visualizacion adecuado conectado convenientemente con la unidad 68 de procesamiento/control para la visualizacion de datos o datos procesados o resultados de medida en formas numericas y/o alfanumericas y/o graficos y pictogramas, o en cualquier otro tipo de presentacion o formato conocido en la tecnica.
A continuacion se hace referencia a la Fig. 6 que es en parte diagrama de bloques y en parte vista frontal esquematica que ilustra en detalle una unidad de transductores ultrasonicos piezoelectricos utilizable con un sistema ultrasonico (tal como, por ejemplo, el sistema 32 de la Fig. 4, y el sistema 50 de la Fig. 5), de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La unidad 62 de transductor o de transductores se aplica como una unidad de multiples transductores que incluye tres transductores piezoelectricos concentricos. La unidad 62 de transductor o transductores incluye un transductor 62A anular que transmite baja frecuencia que esta acoplado adecuadamente a una unidad 56A de generacion de baja frecuencia. El transductor 62A que transmite baja frecuencia era un transductor anular piezoelectrico de baja frecuencia que tiene un intervalo de trabajo de 50-100 kHz. El transductor se suministro con un circuito de adaptacion de impedancia. Debe senalarse, sin embargo, que cualquier otro transductor de baja frecuencia adecuado conocido en la tecnica puede utilizarse para aplicar la invencion.
La unidad 62 de transductor o transductores tambien incluye un transductor 62B anular transmisor a alta frecuencia que esta acoplado adecuadamente a la unidad 52 de generacion de alta frecuencia. La unidad 52 de generacion de alta frecuencia genera la frecuencia portadora. De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la unidad 52 de generacion de alta frecuencia se aplica como una unidad generadora de frecuencia de bajo ruido disenada para generar una frecuencia portadora a 2,5 MHz. El transductor 62B transmisor de alta frecuencia esta adaptado para emitir un haz ultrasonico a una frecuencia de 2,5 MHz.
Debe senalarse, sin embargo, que tambien pueden utilizarse otros diferentes valores de la frecuencia portadora en la aplicacion de la presente invencion.
La unidad 62 de transductor o transductores tambien incluye un transductor 62C piezoelectrico a modo de disco receptor de alta frecuencia que esta acoplado adecuadamente a la unidad 64 del extremo frontal analogico.
El transductor 62B anular transmisor de alta frecuencia y el transductor 62C a modo de disco receptor de alta frecuencia se aplicaron como una sonda ultrasonica de uso general de 2,5 MHz modelo CLI 7900, comercialmente disponible de Capistrano Labs, Inc., San Clemente, CA, EE.UU.
Cuando el haz de ultrasonidos que incluye la baja frecuencia (o frecuencias) que excita el resonador y la alta frecuencia portadora es dirigida hacia el sensor resonante, el transductor 62C piezoelectrico receptor de alta frecuencia recibe la senal de retorno del sensor, asf como otra senal de retorno de otros objetos e interfaces dentro del entorno de medida, y genera una senal electrica representativa de la senal de retorno. La senal electrica producida por el transductor 62C se suministra al AFE 64 para un procesado posterior.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, el transductor 62C a modo de disco esta coaxialmente anidado dentro del transductor 62B anular y el transductor 62B anular esta coaxialmente anidado dentro del transductor 62A anular. Debe senalarse, sin embargo, que esta disposicion de transductores anidados no es obligatoria y la invencion puede aplicarse utilizando cualquier adecuada disposicion o tipo de transductor, como se sabe en la tecnica.
Debe senalarse que mientras, de acuerdo con la realizacion del sistema ilustrada en la Fig. 5, la unidad 56 de generacion de senales de baja frecuencia estaba acoplada al transductor de baja frecuencia de la unidad 62 de transductor o transductores, a traves de una unidad 58 D/A y una unidad 60 amplificadora, para proporcionar el transductor de baja frecuencia con una senal de tension amplificada, pueden utilizarse otras configuraciones para
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generar las senales de baja frecuencia.
Por ejemplo, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la unidad 56A de generacion de baja frecuencia se aplico sintetizando senales de baja frecuencia en una tarjeta PCI de un Generador de Formacion de Ondas Arbitrarias modelo TE-5300 (no mostrado), comercialmente disponible de TABOR Electronics Ltd., Israel. La tarjeta PCI del Generador de Formacion de Ondas Arbitrarias estaba instalado en un ordenador personal (PC) (no mostrado). Las senales de baja frecuencia sintetizadas fueron introducidas en un filtro de paso bajo modelo L8666 (no mostrado), comercialmente disponible de Anatech Electronics Inc., EE.UU., para filtrar las frecuencias altas. A continuacion, la senal filtrada fue suministrada a un circuito (no mostrado) de adaptacion de impedancias convenientemente conectado al transductor 62A transmisor de baja frecuencia. El circuito de adaptacion de impedancias fue suministrado por Ethalon con el transductor piezoelectrico de baja frecuencia. Los expertos en la tecnica comprenderan que la aplicacion anteriormente divulgada de la unidad de generacion de baja frecuencia se da solo a modo de ejemplo, y la invencion puede aplicarse facilmente utilizando cualquier otro circuito o dispositivo adecuado conocido en la tecnica para la generacion de las bajas frecuencias utilizadas por el sistema de la invencion.
Como se ha descrito anteriormente en el presente documento, la senal de retorno recibida por la unidad 62 de transductor o transductores puede incluir la senal modulada reflejada por las membranas vibratorias del sensor, y los ecos de alta frecuencia reflejados por varios tejidos e interfaces de tejidos y de las partes no vibratorias del sensor.
La senal modulada puede ser considerada como una senal de frecuencia modulada (FM). Dado que el mdice de modulacion p es muy bajo (p <0,1), la senal modulada puede sertratada como una senal de FM de banda estrecha. En la FM de banda estrecha solo hay dos bandas laterales significativas que contienen la mayor parte de la energfa de modulacion. Por lo tanto, puede ser posible utilizar analisis por transformada de Fourier digital (DFT) con el fin de estimar la energfa a las frecuencias espedficas sin demodular la senal de FM recibida.
Dos procedimientos diferentes se pueden utilizar para recibir y procesar la senal de FM. El primer procedimiento puede utilizar un receptor de banda base (BB) que aplica la conversion descendente de la frecuencia central a la banda base (CC) como se conoce en la tecnica. El segundo procedimiento puede utilizar un receptor de frecuencia intermedia (IF) que aplica la conversion descendente de la frecuencia central a una frecuencia intermedia inferior (tal como, por ejemplo, a una frecuencia de 500 kHz en la aplicacion ejemplar no limitante mostrada en la Fig. 7A siguiente), como se conoce en la tecnica .
Por ello, el AFE 64 de la Fig. 5 puede utilizar una combinacion de un amplificador de bajo ruido y uno o mas circuitos de filtro adecuados para filtrar y amplificar la senal de bajo nivel recibida desde la unidad 62 de transductor de recepcion. El amplificador y otros circuitos de filtros utilizados pueden establecer la cifra de ruido del subsistema de recepcion.
Despues de que la senal es filtrada y amplificada, puede utilizarse un mezclador adecuado y un filtro de paso bajo para realizar la conversion descendente de la senal, como se conoce en la tecnica, para mover las frecuencias laterales que estaban en torno a la alta frecuencia (que pueden ser 3,0 MHz en el ejemplo espedfico, no limitante, de la unidad 52 de generacion de alta frecuencia de la Fig. 6) hasta frecuencias intermedias mas bajas. Por ejemplo, las frecuencias mas bajas pueden ser frecuencias en torno a 0,5 MHz si se utiliza un receptor IF, o pueden ser frecuencias en torno a la banda base (en torno al nivel CC) si se utiliza un receptor de banda base (BB).
La conversion descendente se puede lograr multiplicando (mezclando) la senal recibida amplificada y filtrada con una senal de referencia. Para un receptor de IF esta senal de referencia es tfpicamente una onda sinusoidal pura sen(wt), en donde w es igual a la frecuencia portadora transmitida. Por ejemplo, esta senal de referencia puede ser una senal de CW puro con una diferencia de frecuencia de +0,5 MHz o -0,5 MHz con respecto a la frecuencia de la onda portadora utilizada en el haz ultrasonico transmitido.
La salida del mezclador puede ser filtrada en paso bajo para atenuar cualquiera de las senales espurias generadas por el mezclador. Por ejemplo, si la frecuencia portadora es 3,0 MHz y la senal de referencia suministrada al mezclador es de 2,5 mHz, frecuencia de corte del filtro de paso bajo puede ser de aproximadamente 800 kHz. Despues de dicha filtracion, la senal incluye, principalmente, la nueva frecuencia portadora (convertida descendente), los ecos de la frecuencia portadora alta que eran convertidos descendentes desde alta frecuencia (3,0 MHz) hasta aproximadamente 0,5 MHz, y las frecuencias laterales (frecuencias desplazadas por efecto Doppler) en torno a la principal frecuencia portadora convertida descendente.
Dado que la amplitud de la componente de alta frecuencia a IF (compuesta principalmente de ecos convertidos descendentes y de la portadora convertida descendente) puede ser significativamente mayor que la amplitud de las frecuencias de la banda lateral (tfpicamente, en mas que 40-80 dB), y con el fin de mejorar el intervalo dinamico A/D, puede utilizarse un filtro de muesca (en torno a la frecuencia de 0,5 MHz). El filtro de muesca (vease, por ejemplo, el filtro 92 de muesca de la Fig. 7A siguiente) puede ser disenado para atenuar la frecuencia central IF en 40-50 dB sin atenuar sustancialmente las frecuencias de banda lateral. Tal filtro de muesca puede aumentar significativamente el intervalo dinamico del sistema. Un amplificador de alta ganancia puede entonces utilizarse despues del filtro de muesca para aumentar el nivel y la relacion senal ruido (SNR) de las bandas laterales sin llegar a la saturacion.
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Si se esta utilizando una aplicacion de receptor de BB en lugar de una aplicacion de un receptor de IF, la senal de referencia es exp(-jwt), en donde w es igual a la frecuencia portadora transmitida (por ejemplo, si la frecuencia portadora transmitida es 3,0 MHz, entonces w tambien se selecciona de 3,0 MHz). La senal de referencia puede entonces ser visualizada como una combinacion de un coseno (en fase, I) y un seno (en Cuadratura, Q). Esto tambien se conoce en la tecnica como una aplicacion de receptor IQ, y la salida del mezclador es de CC. La aplicacion de un receptor BB es bien conocida en la tecnica y, por lo tanto, no se describira en detalle en lo sucesivo.
En resumen, despues del mezclador, el receptor IQ (no mostrado) puede aplicar dos canales, un canal "I" y un canal "Q" (coseno y seno, respectivamente). Cada canal puede utilizar un filtro de paso bajo (LPF) y un filtro de paso alto (HPF). Por ejemplo, la frecuencia de corte del LPF puede ser en torno a 0,5 MHz. El HPF puede reemplazar el filtro de muesca de la aplicacion IF ya que el componente portador es de CC. La frecuencia de corte del HPF puede ser de aproximadamente 20 kHz con una atenuacion de 40-50 dB en CC, pero tambien pueden utilizarse otros valores de frecuencias de corte y de atenuacion adecuadas, como se conoce en la tecnica del diseno del receptor IQ. El resto del receptor IQ puede aplicarse similar al receptor IF excepto que se utiliza la aplicacion de doble canal (pueden utilizarse un amplificador independiente y una unidad A/D para cada canal de los canales I y Q).
A continuacion se hace referencia a las Fig. 7A y 7B. La Fig.7A es un diagrama de bloques esquematico que ilustra los componentes de una aplicacion de la unidad de extremo frontal analogico ilustrada en la Fig. 5, de acuerdo con una posible realizacion de la presente invencion.
La Fig. 7B es un diagrama de bloques esquematico que ilustra los componentes de una aplicacion general de una unidad de extremo frontal analogico que puede utilizarse en los sistemas de la presente invencion.
La unidad 64 del extremo frontal analogico utilizada en los experimentos descritos en lo sucesivo se basaba en una aplicacion de receptor IF. La unidad 64 de extremo frontal analogico incluye un primer filtro 80 de paso de banda (BPF). El BPF 80 recibe como entrada la senal electrica del transductor incluido en la unidad 62 de transductor o transductores (de la Fig. 5) y filtra la senal entrante que pasa frecuencias de senal en el intervalo de 2,5-3,5 MHz mientras que atenua otras frecuencias para reducir baja frecuencias y ruido. El BPF 80 se aplico utilizando el filtro B6734 de paso de banda comercialmente disponible de Anatech Electronics Inc., EE.UU., pero puede utilizarse cualquier otro BPF adecuado.
La unidad del AFE 64 tambien incluye un primer amplificador 82 conectado al BPF 80 para amplificar la salida de la senal filtrada del BPF 80. El primer amplificador 82 se aplico utilizando un amplificador modelo MCL ZFL-500LN o un amplificador MCL ZFL-1000 comercialmente disponible de Mini Circuits® Laboratory, Brooklyn, EE.UU. Sin embargo, puede utilizarse cualquier otro tipo de amplificador de bajo ruido adecuado.
La senal amplificada desde el amplificador 82 se suministra a un segundo filtro 84 de paso de banda convenientemente conectado al amplificador 82. El segundo filtro 84 de paso de banda disminuye el ruido de 2,0 MHz que se reincorpora despues de la unidad 86 mezcladora incluida en la unidad 64 del AFE . El segundo BPF 84 se aplico utilizando el filtro de paso de banda modelo B6734 descrito anteriormente, pero puede utilizarse cualquier otro BPF adecuado.
La salida del segundo BPF 84 se suministra a una unidad 86 mezcladora. La unidad 86 mezcladora se aplico como un mezclador modelo MCL ZP-3MH comercialmente disponible de Mini Circuits® Laboratory, EE.UU. Sin embargo, tambien puede utilizarse cualquier otra unidad mezcladora adecuada conocida en la tecnica. La unidad 86 mezcladora esta tambien conectada a una fuente 88 de alta frecuencia. La fuente de alta frecuencia se aplico como una fuente de alta frecuencia de bajo ruido que genera una frecuencia de 2,5 MHz. La unidad 86 mezcladora multiplica la senal de 2,5 MHz proporcionada por la fuente 88 de alta frecuencia por la senal recibida desde el filtro 84 de paso de banda. La unidad 86 mezcladora esta conectada a un filtro 90 de paso bajo, que filtra la senal de salida de la unidad 86 mezcladora para eliminar las altas frecuencias de la senal en torno a 5,5 MHz, mientras que pasan las frecuencias convertidas descendentes en torno a 0,5 MHz. El LPF 90 se aplico como un filtro de paso bajo modelo L8666 comercialmente disponible de Anatech Electronics Inc., EE.UU., pero puede utilizarse cualquier otro LPF adecuado.
La salida del filtro 90 de paso bajo esta conectada a un filtro 92 de muesca. El filtro 92 de muesca esta configurado para atenuar la amplitud de la senal portadora convertida descendente a aproximadamente 0,5 MHz sin atenuar sustancialmente la frecuencias de la banda lateral convertidas descendentes. El filtro de muesca se aplico como un filtro de muesca modelo S2034 comercialmente disponible de Anatech Electronics Inc., EE.UU., pero puede utilizarse cualquier otro filtro de muesca adecuado.
Una unidad 94 amplificadora esta conectada al filtro 92 de muesca para amplificar la salida del filtro 92 de muesca. La segunda unidad 94 amplificadora se aplico como un amplificador modelo MCL ZFL-500LN, comercialmente disponible de Mini Circuits® Laboratory, Ee.UU. Dado que el filtro 92 de muesca disminuye la amplitud del componente de la frecuencia portadora convertida descendente a 0,5 MHz sin afectar sustancialmente la amplitud de las frecuencias de bandas laterales convertidas descendentes, las bandas laterales pueden amplificarse convenientemente sin una saturacion indebida de la unidad 94 amplificadora, mejorando el intervalo dinamico del sistema.
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La senal de salida de la unidad 94 amplificadora puede ser digitalizada por una unidad de digitalizacion adecuada, tal como, por ejemplo, por la unidad 66 A/D (de la Fig. 5.), o por cualquier otra unidad de digitalizacion adecuada conocida en la tecnica.
Volviendo a la Fig. 7B, en una aplicacion mas general del extremo frontal analogico de la presente invencion, el AFE 64 puede incluir una unidad 81 de acondicionamiento de la senal. La unidad 81 de acondicionamiento de la senal puede recibir la senal analogica de la unidad 39 receptora (de la Fig. 4), o la senal analogica de la unidad 62 de transductor o transductores (de la Fig. 5) y puede acondicionar la senal realizando de filtracion y/o amplificacion adecuada de la senal analogica para eliminar los componentes de frecuencias no deseadas de la senal analogica y amplificar adecuadamente la senal si es necesario. La senal acondicionada desde la unidad 81 de acondicionamiento de la senal puede suministrarse a una unidad 87 de conversion descendente conectada a la unidad 81 de acondicionamiento de la senal. La unidad 87 de conversion descendente puede incluir una fuente 88 de alta frecuencia, conectada adecuadamente a una unidad 86 mezcladora (como se ha descrito anteriormente en el presente documento para la unidad 64 del AFE de la Fig. 7A).
La unidad mezcladora se suministra con una senal de referencia de alta frecuencia desde la fuente 88 de alta frecuencia, como se ha descrito anteriormente en el presente documento. La unidad 86 mezcladora puede mezclar la senal condicionada proporcionada por la unidad 81 de acondicionamiento de la senal con la senal de referencia para proporcionar una senal mixta. La frecuencia de la senal de referencia puede depender de la frecuencia portadora utilizada en la interrogacion del sensor y del procedimiento de aplicacion de la conversion descendente (tal como, por ejemplo, los procedimientos de conversion descendente BB o IF). El AFE 64A tambien puede incluir una unidad 91 de acondicionamiento de senal despues del mezclado. La unidad 91 de acondicionamiento de la senal despues del mezclado se puede aplicar utilizando cualquier procedimiento conocido en la tecnica para eliminar componentes de frecuencias no deseadas de la senal convertida descendente, como se conoce en la tecnica. Tfpicamente, pueden utilizarse varias combinaciones de circuitos de filtro (que incluyen, pero sin limitarse a filtros de paso de banda y/o filtros de muesca y/o filtros de paso bajo y/o filtros de paso alto con o sin circuitos amplificadores) para aplicar la unidad 81 de acondicionamiento de la senal y la unidad 91 de acondicionamiento de la senal despues del mezclado, de la Fig. 7A.
Debe senalarse que, en la aplicacion espedfica del AFE 64 ilustrado en la Fig. 7A y descrito en detalle anteriormente en el presente documento, la unidad de acondicionamiento de senal despues del mezclado se aplica mediante el filtro 90 de paso bajo, el filtro 92 de muesca y la unidad 94 amplificadora. De forma similar, la unidad 81 de acondicionamiento de la senal se aplico utilizando el filtro 80 de paso de banda, la unidad 82 amplificadora y el filtro 84 de paso de banda. Sin embargo, pueden utilizarse muchas otras diferentes aplicaciones y disenos de circuitos en la aplicacion de la unidad 81 de acondicionamiento de la senal y de la unidad 91 de acondicionamiento de la senal despues del mezclado que depende, entre otras cosas, de los valores espedficos de la frecuencia portadora y de las frecuencias de excitacion del sensor utilizadas, del procedimiento de conversion descendente utilizado (procedimientos BB o IF), y de los niveles de ruido espedficos y de la tfpica intensidad de la senal de retorno y/u otros parametros de la senal de la aplicacion particular.
Debe senalarse que la utilizacion de la unidad 64 del AFE (aplicada bien con un receptor de Frecuencia Intermedia como se muestra en la Fig. 7A o bien con un receptor de banda base IQ) no es obligatorio para la aplicacion del sistema de la presente invencion. Las realizaciones ejemplares descritas e ilustradas anteriormente en el presente documento se encontraron practicas para la medida de la amplitud de las bandas laterales desplazadas por efecto Doppler en situaciones experimentales en las que la amplitud de la frecuencia portadora central es de aproximadamente cinco ordenes de magnitud mayor que la amplitud de las bandas laterales.
Debe senalarse, sin embargo, que si la unidad 66 A/D se aplica como un digitalizador de bajo ruido que tiene un intervalo dinamico suficientemente alto(utilizando, por ejemplo, una unidad A/D de 32 bits de bajo ruido), la unidad 64 del AFE puede llegar a ser redundante y la senal de salida del transductor 62C de recepcion puede suministrarse directamente a la unidad 68 de procesamiento/control (de la Fig. 5) para el procesado posterior como se describe con detalle en lo sucesivo . Aunque tales unidades A/D de gran intervalo dinamico de bajo ruido pueden ser bastante costosos de aplicar, son bien conocidos en la tecnica, y por lo tanto pueden ser (opcionalmente) usadas en la aplicacion de la presente invencion, que obvia la necesidad de una unidad de extremo frontal analogico.
Si se utiliza tal unidad A/D de gran intervalo dinamico de bajo ruido para aplicar la unidad 66 A/D, la unidad 64 del AFE puede ser eliminada y la salida de senal de tension de retorno mediante la unidad 62 de transductor o transductores puede ser directamente suministrada a la unidad A/D, y la senal digitalizada resultante puede ser entonces procesada por la unidad 68 de procesamiento/control. Cualquier filtrado necesario u otras etapas de procesamiento (tales como, pero sin limitarse a la normalizacion o la multiplicacion por una ventana adecuada), pueden entonces realizarse mediante el programa informatico adecuado aplicado a la unidad 68 de procesamiento/control, como se conoce en la tecnica.
En tal caso (utilizando el convertidor A/D de gran intervalo dinamico de bajo ruido), puede ser posible determinar la amplitud de la frecuencias de la banda lateral desplazada por efecto Doppler directamente desde la senal digital sin tener que realizar un procedimiento de conversion descendente, siempre que la amplitud o amplitudes de las frecuencias de las bandas laterales este por encima del nivel de ruido de la senal digitalizada. La senal digitalizada
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puede ser sometida a diversas procedimientos de filtracion digitales y/u otro acondicionamiento de la senal digital y/o amplificacion de la senal digital, si es necesario, como se conoce en la tecnica del procesamiento de senal digital.
De acuerdo con una realizacion preferida de la presente invencion, la unidad 68 de procesamiento/control analiza la senal digitalizada recibida de la unidad 66 A/D realizando una transformada de Fourier digital (DFT) en la senal para proporcionar una representacion de los datos del dominio de la frecuencia de la senal digitalizada. Antes de realizar la DFT, los datos digitalizados pueden ser multiplicados por una funcion de ventana adecuada (tal como, por ejemplo, una ventana de Hamming o una ventana de Hanning, pero tambien pueden utilizarse cualquiera de los otros tipos de funciones de ventana adecuada tal como, pero sin limitarse a funciones de ventana de Harris- Blackman, como se conoce en la tecnica) para reducir la "fuga de recipiente" debido a la longitud finita de la duracion del muestreo, como se conoce en la tecnica. El tipo de funcion de ventana utilizado puede depender, entre otras cosas, de la duracion del muestreo utilizado por el sistema, y el procedimiento de la funcion ventana es opcional. Los datos del dominio de la frecuencia pueden entonces ser analizados para determinar la amplitud de la frecuencia o frecuencias de las bandas laterales, como se describe con detalle en lo sucesivo.
A continuacion se hace referencia a la Fig. 8 que es un grafico que ilustra un ejemplo de datos de dominio de la frecuencia obtenidos a partir de los experimentos que utilizan el sensor 20 de la Fig. 2 utilizando el procedimiento de medida por efecto Doppler de la presente invencion.
El dato del dominio de la frecuencia de la Fig. 8 se obtuvo utilizando un sistema ultrasonico similar al sistema 50 de la Fig. 5, y el sensor 20 de las Fig. 2-3. El sistema utilizo una frecuencia portadora de 3 MHz y una frecuencia de excitacion del sensor de 61 kHz. El experimento se realizo colocando el sensor 20 en un recipiente de presion controlada lleno de agua (no mostrado) y dirigiendo hacia el sensor 20 un haz de ultrasonidos que contiene una frecuencia portadora de 3,0 MHz y una unica frecuencia de excitacion del sensor de 61 kHz. La baja frecuencia de la senal de 61 kHz fue producida por un programa informatico MATLAB® y la salida como una salida analogica por una unidad A/D CG1100, comercialmente disponible de Gage Technologies Inc., EE.UU. La senal analogica se amplifico mediante un amplificador modelo 75A250, comercialmente disponible de Amplifier Research Inc., EE.uU. Un generador de funciones modelo AFG320, comercialmente disponible de Tektronics Inc., EE.UU., se utilizo el para producir la senal de alta frecuencia de 3 MHz, que se utilizo para la conduccion de la placa de Ultrasonidos CLI de Capistrano Labs Inc., EE.UU. La placa CLI de ultrasonidos envio la senal al transductor de alta frecuencia.
Las senales de retorno fueron muestreadas a una frecuencia de muestreo de 50 MHz mediante un tablero modelo PDA12 de Signatech Inc., EE.UU. y fueron procesados y analizados utilizando un programa informatico MATLAB®. La curva 100 del grafico de la. Fig. 8 representa los datos del dominio de la frecuencia obtenidos despues de realizar DFT sobre una secuencia de datos de dominio detiempo.
El eje vertical de la grafica ilustrada en la Fig. 8 representa la amplitud de la senal (en dBr) y el eje horizontal representa la frecuencia (en MHz). El pico 102 central representa la senal portadora (centrada a aproximadamente 3,0 MHz) y los dos picos 104A y 104B son las dos bandas laterales que representan las frecuencias desplazadas por efecto Doppler a 3,0 MHz ± 61 kHz debido a la modulacion de la frecuencia portadora de 3,0 MHz por las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20 que estaban vibrando a la frecuencia de excitacion del sensor de 61 kHz. Debe senalarse que el pico 102 de la frecuencia portadora y las frecuencias 104A y 104B de la banda lateral estan muy por encima del nivel de ruido. Se puede ver claramente que la amplitud del pico 102 del eco de la frecuencia portadora es mucho mayor que la amplitud de las frecuencias de la banda lateral (la amplitud se diferencia en aproximadamente 60 dB). Aun asf, las frecuencias laterales pueden ser medidas con precision ya que son significativamente mayores (en aproximadamente 25 dB) que el nivel medio de ruido. Por ello, la amplitud de los picos de la banda lateral puede determinarse a partir de los datos del dominio de la frecuencia encontrando el maximo valor de los datos en torno a las frecuencias del desplazamiento Doppler (conocido).
Dado que el valor o valores transmitidos de la frecuencia de excitacion del sensor son conocidos, la amplitud de las bandas laterales desplazadas por efecto Doppler pueden determinarse automaticamente a partir de los datos del dominio de la frecuencia adquiridos. En la practica, puede tomarse la amplitud del punto de dato a la frecuencia calculada de la banda lateral. Por ejemplo, si el sistema transmitia una frecuencia portadora a 3,0 MHz y una frecuencia de excitacion del sensor a 61 kHz, y el AFE 64 realizaba una conversion descendente de las frecuencias por 2,5 MHz (como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento), el sistema puede simplemente registrar la amplitud a las frecuencias de 0,5 MHz ± 61 kHz y utilizar estos valores de amplitud como las amplitudes aproximadas de las bandas laterales para calculos posteriores.
De forma similar, en los casos en los que se transmiten unas pocas frecuencias de excitacion del sensor simultaneamente con la frecuencia portadora, el sistema puede determinar las amplitudes de las frecuencias de las bandas laterales para cada frecuencia de excitacion del sensor al determinar las amplitudes a todas las frecuencias calculadas para todas las bandas laterales relevantes.
Como alternativa, para cada frecuencia espedfica de excitacion del sensor transmitida, el sistema 32 o 50 puede buscar un valor maximo de amplitud dentro de una o dos ventanas de frecuencia definidas de los datos del dominio de la frecuencia. Cualquier procedimiento adecuado puede utilizarse para encontrar la amplitud de un maximo de la
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banda lateral. Por ejemplo, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, el sistema puede realizar una operacion de "ordenamiento de burbuja" en un subconjunto de los puntos de datos del dominio de frecuencia que cae dentro de una ventana de frecuencias definida en torno a la frecuencia esperada de la banda lateral (basada en el conocimiento de la frecuencia de excitacion del sensor, como se ha descrito anteriormente en el presente documento) y tomar el valor maximo de la amplitud del subconjunto de los puntos de datos dentro del intervalo de frecuencias seleccionado.
Por ejemplo, en los datos del dominio de la frecuencia ejemplares no limitantes ilustrados en la Fig. 8, el sistema puede buscar el valor de amplitud mas alto de todos los puntos de datos dentro de una ventana de frecuencias en torno al pico 104A (por ejemplo, en la ventana de frecuencias de 2,93 MHz-2,95 MHz, pero pueden utilizarse tambien otras ventanas de frecuencias diferentes), o en torno al pico 104B (por ejemplo, en la ventana de frecuencias de 3,05 MHz-3,07 MHz, pero pueden utilizarse tambien otras ventanas de frecuencias diferentes). Como alternativa, el sistema puede determinar los valores de la amplitud maxima para los picos 104A y 104B de ambas bandas laterales utilizando ventanas de frecuencias apropiadas y pueden almacenar los valores de las amplitudes de ambos picos de las bandas laterales para su posterior procesamiento como se describe con detalle en lo sucesivo.
Debe senalarse que otros algoritmos o procedimientos adecuados diferentes pueden utilizarse para determinar la amplitud del pico de la banda lateral como se conoce en la tecnica.
Si mas de una frecuencia de excitacion del sensor es transmitida simultaneamente junto con la frecuencia portadora (como se describe con detalle en lo sucesivo con respecto a las Fig. 10 y 11), el sistema puede determinar de forma similar la amplitud de la banda o bandas laterales asociadas con cada frecuencia espedfica de excitacion del sensor utilizada, y puede utilizar una o mas de las amplitudes de maximo de la banda lateral determinadas para un posterior procesamiento, como se describe con detalle en lo sucesivo .
Cuando se utiliza el procedimiento de la ventana de frecuencias descrito anteriormente para determinar la amplitud de multiples picos de banda laterales resultantes de la transmision simultanea de varias frecuencias de excitacion del sensor junto con la frecuencia portadora, las ventanas utilizadas debenan ser suficientemente estrechas para asegurar que ninguna ventana incluina mas de un pico de banda lateral, pero fuera todavfa suficientemente amplia para incluir el punto con la maxima amplitud para el pico de la banda lateral seleccionado.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, para cada frecuencia espedfica de excitacion del sensor, el sistema puede utilizar el valor de la amplitud de un unico pico de la banda lateral seleccionado. Por ejemplo, en los datos ejemplares del dominio de la frecuencia espedfica ilustrados en la Fig. 8, el sistema puede utilizar bien el valor del pico 104A de la banda lateral o bien el valor del pico 104B de la banda lateral para su posterior procesamiento.
De acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, para cada frecuencia espedfica de excitacion del sensor, el sistema puede utilizar un procedimiento de promediacion para calcular un valor medio de la amplitud a partir de los valores de las amplitudes de ambas bandas laterales de cada frecuencia espedfica de excitacion del sensor. Dos procedimientos de promediacion ejemplares se describen a continuacion, pero tambien se pueden utilizar otros procedimientos de promediacion conocidos en la tecnica en la aplicacion de la presente invencion.
De acuerdo con una posible realizacion de la presente invencion, el sistema puede simplemente utilizar el valor de la media aritmetica de las dos amplitudes del pico de la banda lateral determinado. Por ejemplo, el sistema puede calcular la amplitud media de la banda lateral para cada frecuencia de excitacion del sensor espedfica transmitida utilizando la siguiente ecuacion:
Am = (Al + Ah)/2
en la que,
Am es la amplitud media de la banda lateral para una frecuencia de excitacion del sensor espedfica transmitida;
Al es la amplitud del pico de la banda lateral resultante de la frecuencia de excitacion del sensor espedfica y
que tiene una frecuencia menor que la frecuencia portadora; y
Ah es la amplitud del pico de la banda lateral resultante de la frecuencia espedfica de excitacion del sensor y
que tiene una frecuencia mayor que la frecuencia portadora.
En los datos ejemplares del dominio de la frecuencia ilustrados en la Fig. 8, Am es la amplitud media de los picos de las bandas laterales para la frecuencia de excitacion del sensor de 61 kHz, Al es la amplitud del pico 104a de la banda lateral y Ah es la amplitud del pico 104B de la banda lateral.
De acuerdo con otra posible realizacion de la presente invencion, el sistema puede utilizar la media geometrica de las dos amplitudes del pico de la banda lateral determinadas. Por ejemplo, el sistema puede calcular la media geometrica, Agm, de las amplitudes de la banda lateral para cada frecuencia espedfica transmitida de excitacion del
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sensor utilizando la siguiente ecuacion:
Agm = (Al2 + Ah2)05 en la que,
Agm es la media geometrica de las amplitudes de las bandas laterales para una frecuencia espedfica transmitida
de excitacion del sensor;
Y Al y Ah son como se han definido anteriormente en el presente documento.
Debe senalarse que si se utiliza la media geometrica de las amplitudes de las bandas laterales, el valor medio resultante de la amplitud esta sesgado hacia el valor de la banda lateral con mayor amplitud de las dos bandas laterales.
Debe senalarse que si hay alguna asimetna en la construccion del sensor utilizado (tal como, por ejemplo, si las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20 difieren en las dimensiones ffsicas), la respuesta del sensor puede ser sensible a la direccion del haz ultrasonico interrogante. En el caso de un sensor de este tipo que tenga una respuesta direccionalmente asimetrica, la senal de retorno puede exhibir un cierto grado de modulacion de la amplitud (AM) ademas de la modulacion de la frecuencia (FM) divulgado anteriormente en el presente documento.
Empmcamente, se encontro (como puede predecirse tambien de las consideraciones teoricas) que puede preferirse el uso del procedimiento de la media geometrica para reducir los errores debidos a tal asimetna en la respuesta direccional del sensor 20 (en comparacion con los otros procedimientos para determinar el valor de la amplitud de la banda lateral divulgado anteriormente en el presente documento). Sin embargo, los otros procedimientos divulgados anteriormente en el presente documento tambien se pueden utilizar al trabajar con sensores con una minima asimetna de la respuesta direccional, o en casos en los que el error debido a la asimetna es aceptable.
A continuacion se hace referencia a la Fig. 9 que es un grafico esquematico que ilustra la dependencia de la amplitud de la banda lateral desplazada por efecto Doppler de la senal de retorno respecto de la presion externa que actua sobre un sensor ultrasonico pasivo excitado por un haz de ultrasonidos interrogante que contiene una frecuencia de excitacion de 61 kHz.
Los datos experimentales ilustrados en la Fig. 9 se obtuvieron colocando el sensor 20 ilustrado en las Fig. 2 y 3 y descrito en detalle anteriormente en el presente documento en una camara de presion llena de agua, dirigiendo un haz de ultrasonidos que incluye una frecuencia portadora de 3,0 MHz y una frecuencia de excitacion del sensor de 61 kHz hacia el sensor, recibiendo una senal ultrasonica de retorno desde el sensor 20 y procesando la senal de retorno utilizando el procedimiento DFT para obtener datos de dominio de la frecuencia (no mostrado) y determinar las amplitudes de las bandas laterales correspondientes a cada una de las frecuencias de excitacion del sensor a partir de los datos. La presion dentro de la camara de presion se cambio y las mismas medidas se realizaron a diferentes valores de presion utilizando el mismo grupo de frecuencias de ultrasonidos de excitacion del sensor.
En el grafico de la Fig. 9, el eje horizontal representa la presion que actua sobre el sensor 20 (en Torricelli; 1 Torricelli corresponde a 133,3 Pa) y el eje de vertical representa la amplitud media (en dBr) de las dos bandas laterales de la senal de ultrasonidos de retorno de los datos de dominio de la frecuencia.
Los sfmbolos de drculo completo son los puntos de los datos experimentales que representan la amplitud media de la banda lateral correspondiente a la frecuencia de excitacion de 61 kHz. Los datos para las otras frecuencias utilizadas en el experimento no se muestran (para una mayor claridad de la ilustracion).
La curva 40 se obtiene mediante ajuste polinomico de la curva de los puntos de datos experimentales tomados a varios valores de la presion. La curva 40 tiene dos picos 42 y 44 de amplitud y un punto de minima amplitud46. El punto de minima amplitud 46 representa el punto de inversion de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20.
Los picos de amplitud 42 y 44 se producen a valores de presion para los que la frecuencia de excitacion del sensor de 61 kHz es igual a la frecuencia de resonancia de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20. El pico 42 de amplitud se presenta a una presion de aproximadamente 1,14105 Pa (858 torr) y el maximo de amplitud 44 se presenta a una presion de aproximadamente 1,24105 Pa (930 torr). A estos dos valores de presion, la frecuencia de resonancia de las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20 es o esta cerca de aproximadamente 61 kHz.
Debe senalarse que el punto del dato experimental 45 no se encuentra exactamente en el pico 42 de la curva 40 ajustada. Esto se debe a que los valores de presion a los que se tomaron las medidas experimentales se eligieron arbitrariamente. Sin embargo, el valor de presion mas bajo (dentro del intervalo de presion de trabajo de los sensores) al que las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar estan en resonancia para la frecuencia de 61 kHz puede ser determinada encontrando el valor de presion al que la curva 40
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ajustada tiene el primer pico 42.
Debe senalarse que aunque es posible la utilizacion de un haz interrogante que incluye una frecuencia portadora y una unica frecuencia de excitacion del sensor, tambien puede ser posible, de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, el uso de un haz un de ultrasonidos que simultaneamente incluye una pluralidad de diferentes frecuencias de excitacion del sensor y la frecuencia portadora para medida o calibracion.
A continuacion se hace referencia a las Fig. 10 y 11. La Fig. 10 es un grafico que ilustra un ejemplo de datos del dominio de la frecuencia obtenidos a partir de experimented que utilizan el sensor 20 de la Fig. 2 utilizando el procedimiento de medida Doppler de la presente invencion y un haz de ultrasonidos interrogante que simultaneamente incluye una frecuencia portadora de 3,0 MHz y cinco diferentes frecuencias de excitacion del sensor a 60 kHz, 65 kHz, 70 kHz, 75 kHz y 80 kHz.
La Fig. 11 es un grafico esquematico que ilustra la dependencia de la amplitud de la banda lateral desplazada por efecto Doppler respecto de la presion externa que actua sobre un sensor ultrasonico pasivo para tres diferentes frecuencias (ejemplares) de excitacion del sensor simultaneamente transmitidas en un haz de ultrasonidos que interroga al sensor.
El eje vertical de la grafica ilustrada en la Fig. 10 representa la amplitud (en dBr) de la senal y el eje horizontal representa la frecuencia (en MHz). La curva 120 representa datos de la amplitud frente a la frecuencia de la senal de retorno. El pico central 122 representa la senal portadora (centrada a aproximadamente 3,0 MHz). El par de picos 124A y 124B son las dos bandas laterales que representan las frecuencias desplazadas por efecto Doppler a 3,0 MHz ± 80 kHz debido a la modulacion de la frecuencia portadora de 3,0 MHz por las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20 que estaban vibrando a la frecuencia de excitacion del sensor de 80 kHz.
De forma similar, el par de picos 126A y 126B son las dos bandas laterales que representan las frecuencias desplazadas por efecto Doppler de 3,0 MHz ± 75 kHz debido a la modulacion de la frecuencia portadora de 3,0 MHz por las membranas capaces de vibrar que vibran a la frecuencia de excitacion del sensor de 75 kHz, el par de picos 128A y 128B son las dos bandas laterales que representan las frecuencias desplazadas por efecto Doppler de 3,0 MHz ± 70 kHz debido a la modulacion de la frecuencia portadora de 3,0 MHz por las membranas capaces de vibrar que vibran a la frecuencia de excitacion del sensor de 70 kHz, el par de picos 130A y 130B son las dos bandas laterales que representan las frecuencias desplazadas por efecto Doppler de 3,0 MHz ± 65 kHz debido a la modulacion de la frecuencia portadora de 3,0 MHz por las membranas capaces de vibrar que vibran a la frecuencia de excitacion del sensor de 65 kHz y el par de picos 132A y 132B son las dos bandas laterales que representan las frecuencias desplazadas por efecto Doppler de 3,0 MHz ± 60 kHz debido a la modulacion de la frecuencia portadora de 3,0 MHz por las membranas capaces de vibrar que vibran a la frecuencia de excitacion del sensor de 60 kHz.
Debe senalarse que el pico 122 de la frecuencia portadora y todos los picos de frecuencia de las bandas laterales 124A, 124B, 126A, 126B, 128A, 128B, 130A, 130B, 132A y 132B estan por encima del nivel de ruido y, por lo tanto, se puede medir la amplitud de las bandas laterales.
Volviendo a la Fig. 11, el grafico ilustra la amplitud de la banda lateral frente a la presion externa determinada para tres frecuencias de excitacion del sensor de 60 kHz, 70 kHz y 80 kHz, transmitidas simultaneamente con una frecuencia portadora de 3,0 MHz en un haz interrogante dirigido al sensor 20 de las Fig. 2-3, sumergido en agua en una camara de presion controlada. Los valores de presion en la camara se variaron como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento. El eje vertical representa la amplitud de la banda lateral (en dBr) y el eje horizontal representa la presion en la camara de presion (en Torr).
Los sfmbolos triangulares de la curva 140 representan los valores medidos de la amplitud de la banda lateral para la frecuencia de excitacion de 80 kHz a diferentes valores de presion experimentales. Las amplitudes se midieron a partir de los datos de dominio de la frecuencia como se describen en detalle anteriormente en el presente documento. Los sfmbolos circulares rellenos de la curva 142 representan los valores medidos de la amplitud de la banda lateral para la frecuencia de excitacion de 70 kHz a diferentes valores de presion experimentales, y los sfmbolos circulares sin relleno de la curva 144 representan los valores medidos de la amplitud de las bandas laterales para la frecuencia de excitacion de 60 kHz a diferentes valores de presion experimentales. En contraste con la curva 40 de la Fig. 8 que representa una curva calculada ajustada a los puntos de los datos experimentales, las curvas 140, 142 y 144 se formaron simplemente conectando los puntos de los datos respectivos mediante lmeas rectas. Las curvas 140, 142 y 144 son, por lo tanto, curvas de datos en bruto.
Los resultados experimentales ilustrados en las Fig. 10 y 11 demuestran que es posible utilizar muchas frecuencias de excitacion del sensor transmitidas simultaneamente con la frecuencia portadora en el haz interrogante y obtener las amplitudes de las bandas laterales resultantes de los datos de dominio de la frecuencia de la senal de retorno del sensor, siempre y cuando la amplitud de la senal no sea demasiado alta y la respuesta del sensor sea lineal.
El empleo simultaneo de unas pocas frecuencias de excitacion del sensor produce, asf, mas informacion que la utilizacion de una unica frecuencia de excitacion de sensor. Debe senalarse, sin embargo, que cuando varias frecuencias de excitacion del sensor son generadas por el transductor de forma simultanea, la amplitud de la senal
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transmitida en cada una de las frecuencias de excitacion transmitidas puede ser menor que cuando el mismo transductor transmite una unica frecuencia de excitacion. Por ello, si la energfa total del haz es limitada (como puede ser el caso si el haz interrogante se hace funcionar cerca de la maxima intensidad del haz clmicamente permitida a las frecuencias espedficas utilizadas, cuando se usa en seres humanos) la amplitud de las bandas laterales de la senal de retorno recibida puede ser tambien mas pequena. Debe senalarse ademas que cuando se utiliza la transmision simultanea de multiples frecuencias de excitacion del sensor se necesita verificar que la respuesta del sensor es todavfa lineal para el intervalo de frecuencias y presiones utilizado.
Los datos de la Fig. 11 demuestran claramente que la frecuencia de resonancia del sensor cambia con la presion externa. Por ejemplo, el punto 144A de la curva 144 indica que la frecuencia de resonancia del sensor es de aproximadamente 60 kHz a un valor de la presion externa de aproximadamente 1,16-105 Pa (872 Torr). El punto 142A de la curva 142 indica que la frecuencia de resonancia del sensor es de aproximadamente 70 kHz a un valor de la presion externa de aproximadamente 1,09105 Pa (820 Torr). De forma similar, los puntos 140A y 140B de la curva 140 indican que la frecuencia de resonancia del sensor es de aproximadamente 80 kHz a un valor de la presion externa de entre 1,03105 Pa (770 Torr) y 1,04105 Pa (780 Torr) (el valor para el punto pico se puede determinar utilizando un procedimiento de ajuste de la curva como se ha descrito en detalle con respecto a la Fig. 9 anterior).
El sensor 20 (o cualquier otro tipo de sensor de presion ultrasonico adecuado) puede asf ser calibrado mediante la repeticion de las medidas como se ha descrito anteriormente en el presente documento a diferentes frecuencias de ultrasonidos de excitacion del sensor. De acuerdo con una posible realizacion de la presente invencion, esta calibracion se puede realizar utilizando un haz de ultrasonidos que incluye una unica frecuencia de excitacion del sensor y la frecuencia portadora y repetir la medida de la amplitud de la banda lateral a diferentes valores de presion conocidos para obtener los datos de amplitud de la banda lateral y de frecuencia de resonancia del sensor para la frecuencia de excitacion (por ejemplo, como se ilustra en la Fig. 9 para una frecuencia de excitacion de 61 kHz) y despues cambiar la frecuencia de excitacion del sensor y repetir las medidas a diferentes valores de presion dentro del intervalo de trabajo del sensor 20, hasta que se adquiere los datos para todas las frecuencias utiles de excitacion del sensor a todos los valores de presion deseados. Encontrando la maxima amplitud de la banda lateral a continuacion es posible construir una LUT o una formula que correlacione la frecuencia de resonancia del sensor con la presion externa.
Como alternativa, de acuerdo con otra posible realizacion de la presente invencion, la calibracion del sensor se puede realizar utilizando un haz de ultrasonidos que incluye simultaneamente todas las frecuencias de excitacion del sensor y la frecuencia portadora, y repetir la medida a diferentes valores de presion conocidos cubriendo el intervalo de trabajo del sensor 20. La representacion del dominio de la frecuencia de la senal de retorno procesada en este procedimiento incluye multiples pares de bandas laterales. Cada par de bandas laterales se corresponde con una frecuencia de excitacion en particular (vease, por ejemplo, el grafico de la Fig. 10). Dado que es posible medir con precision multiples bandas laterales en los mismos datos de dominio de la frecuencia, encontrando las maximas amplitudes de las bandas laterales para las diferentes bandas laterales es posible construir una LUT o formula que correlacione la frecuencia de resonancia del sensor con la presion externa.
A continuacion se hace referencia a la Fig. 12 que es un grafico esquematico que ilustra la dependencia determinada experimentalmente de la frecuencia de resonancia de un ejemplo espedfico del sensor 20 de las Fig. 23 respecto de la presion en una camara de presion controlada utilizando un haz ultrasonico interrogante que simultaneamente incluye una frecuencia portadora y cinco diferentes frecuencia de excitacion del sensor.
El eje vertical del grafico de la Fig. 12 representa la frecuencia de resonancia del sensor, y el eje horizontal representa la presion dentro de la camara de presion. El sensor 20 se sumerge en agua y los experimentos son llevados a cabo como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento. La frecuencia portadora del haz interrogante era de 3,0 MHz y las frecuencias de excitacion del sensor (que eran transmitidas simultaneamente con la frecuencia portadora) eran 60 kHz, 65 kHz, 70 kHz, 75 kHz y 80 kHz. La senal de retorno para cada uno de los valores de presion utilizados experimentalmente era recibida, digitalizada y procesada como se ha descrito anteriormente en el presente documento, los datos digitalizados del dominio del tiempo eran multiplicados por una funcion de ventana de Hamming y se realizaba una DFT sobre los datos resultantes para obtener los datos del dominio de la frecuencia para cada valor experimental de la presion como se ha descrito anteriormente en el presente documento (vease, por ejemplo, la representacion del dominio de la frecuencia de la Fig. 10).
Las amplitudes medias de las bandas laterales correspondientes a cada una de las frecuencias de excitacion del sensor incluidas en la senal transmitida se determinaron mediante un promedio de las amplitudes de las dos bandas laterales para cada una de las frecuencias de excitacion del sensor para todos los valores de presion experimentales utilizando la amplitud de la banda lateral a la frecuencia calculada de la banda lateral (como se ha descrito anteriormente en el presente documento). A cada valor experimental espedfico de la presion, se determinaba la amplitud de las bandas laterales correspondientes a cada frecuencia de excitacion del sensor a esa presion y se encontro la frecuencia de excitacion del sensor que tiene la maxima amplitud de la banda lateral. En este punto, se determino la frecuencia de resonancia del sensor para el valor de la presion experimental utilizando dos procedimientos diferentes, el procedimiento de los datos en bruto y el procedimiento de ajuste de la curva, como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento. En el primer procedimiento, la frecuencia de
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excitacion que tenia la maxima amplitud de banda lateral era utilizada como el valor de la frecuencia de resonancia del sensor para ese valor experimental la de presion. En el segundo procedimiento, se ajusto una curva a los puntos de los datos de amplitud de la banda lateral y la correspondiente frecuencia de excitacion, y el punto maximo de la curva ajustada se utilizo como frecuencia de resonancia del sensor para ese valor experimental de la presion.
Las curvas 80 y 81 (de la Fig. 12) que conectan los puntos de los datos representados por los sfmbolos circulares vacms representan las curvas de frecuencia de resonancia frente a la presion utilizando los puntos reales de la presion a los que se encontraban los picos de amplitud a cada frecuencia utilizada (datos en bruto). Por ejemplo, el punto 142A de la Fig. 11 representa un ejemplo de la amplitud de la banda lateral de los datos en bruto para una frecuencia de excitacion transmitida de 70 kHz (debe senalarse que el punto 142A se da como un ejemplo explicativo solamente y no estaba incluido en el conjunto de los datos mostrados en la Fig. 12 ya que pertenece a un experimento diferente).
Las curvas 82 y 84 (de la Fig. 12) que conectan los puntos de los datos representados por los sfmbolos triangulares vacms representan las curvas de la frecuencia de resonancia frente a la presion utilizando los puntos de presion a los que se determinaron los picos de amplitud maxima utilizando un apropiado procedimiento de estimacion de ajuste de una curva de un polinomio de tercer orden como se ha descrito anteriormente en el presente documento (con respecto a la Fig. 9). Por ejemplo, el punto 44 de la curva 40 ajustada representa un punto de presion ejemplar en el que la amplitud calculada de la banda lateral es maxima (debe senalarse que el punto 44 se da solo como un ejemplo explicativo y no estaba incluido en el conjunto de datos mostrados en la Fig. 12 ya que pertenece a un experimento diferente).
Las curvas 80 y 81 se formaron conectando mediante lmeas rectas los puntos de los datos experimentales en bruto. De forma similar, las curvas 82 y 84 se formaron conectando mediante lmeas rectas los puntos de los datos obtenidos a partir de las curvas ajustadas. Debe senalarse que solo hay una pequena diferencia en las curvas obtenidas utilizando puntos de los datos en bruto y puntos calculados utilizando el procedimiento de la curva ajustada.
Debe senalarse tambien que se encontro que el sensor particular empleado para obtener los resultados de la Fig. 12 se comportaba linealmente a lo largo de la mayor parte del intervalo de presion y frecuencia como se puede ver en la Fig. 12. Sin embargo, en otros sensores que tienen un intervalo de trabajo de la presion extendido, puede ser posible utilizar curvas de calibracion no lineales.
Los puntos de los datos que relacionan la frecuencia de resonancia con la presion se pueden utilizar para la construccion de la LUT del sensor o la formula de datos de calibracion para el intervalo relevante de trabajo de la presion.
Tambien puede ser posible, de acuerdo con otra posible realizacion de la presente invencion, utilizar una pluralidad de grupos de frecuencias de excitacion del sensor a valores de presion conocidos, y repetir las medidas a todos los valores de presion deseados mientras se cambian la frecuencias de excitacion del sensor en cada grupo de frecuencia incluido en el haz de ultrasonidos interrogante hasta que se adquiere un conjunto de datos completo que cubre todas las frecuencias de excitacion deseadas en todos los valores de presion deseados. Entonces puede ser posible construir una LUT que correlacione la frecuencia de resonancia del sensor con la presion externa, encontrando la maxima amplitud de las bandas laterales como se ha descrito anteriormente en el presente documento.
Determinando el pico de amplitud de las bandas laterales apropiadas a diferentes frecuencias ultrasonicas de excitacion para un intervalo de presion seleccionado (en un ejemplo no limitante, para la frecuencia particular de 61 kHz mostrada en la Fig. 9, un intervalo de presion de este tipo puede estar entre 1,09-105 Pa-1,17105 Pa (820-880 torr) dentro del cual esta situado el punto 42 de la curva 40 ajustada), se puede construir una tabla de consulta (LUT) adecuada para cada sensor individual en la que los valores discretos de la frecuencia de resonancia esten asociados con valores discretos de la presion.
Debe senalarse que en la generacion de la LUT para un sensor, los procedimientos de ajuste de la curva utilizados para generar las curvas de amplitud frente a presion (tal como la curva 40 de la Fig. 9, o similares) se pueden variar y muchos otros tipos adecuados de los procedimientos de ajuste de la curva, conocidos en la tecnica, se pueden utilizar para generar las curvas ajustadas y determinar los valores pico de amplitud para la LUT. Ademas, si es posible expresar cuantitativamente la dependencia de la frecuencia de resonancia de un sensor respecto de la presion externa dentro de un intervalo de valores de presion convenientemente definidos mediante una funcion analttica, una funcion de este tipo puede utilizarse en lugar de una LUT para calcular la presion a partir de frecuencias de resonancia del sensor experimentalmente obtenidas dentro del intervalo de presion definido.
Medir la presion intraluminal con un sensor ultrasonico pasivo
Medir la presion arterial (u otros parametros o caractensticas relacionados con la presion arterial) dentro de un vaso sangumeo o en un injerto artificial u otras partes del sistema cardiovascular se puede realizar mediante la implantacion de uno o mas sensores (tales como, pero sin limitarse al sensor 20 de las Fig. 2 y 3) en el lumen de un vaso sangumeo (no mostrado) o en una posicion deseada dentro del injerto artificial o del sistema cardiovascular. La
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frecuencia de resonancia de las partes resonantes del sensor (tales como, por ejemplo, las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20) cambia de acuerdo con la presion ejercida sobre el por la sangre.
Midiendo la frecuencia de resonancia de las partes resonantes del sensor (tales como, por ejemplo, las membranas 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H y 29I capaces de vibrar del sensor 20), es posible determinar la presion arterial en el vaso utilizando una tabla de consulta (LUT) espedfica del sensor o una funcion de calibracion, que proporciona la relacion entre la presion ejercida sobre las partes resonantes del sensory la frecuencia de resonancia resultante. La LUT puede ser obtenida mediante la calibracion adecuada del sensor antes de la implantacion, como se ha descrito anteriormente en el presente documento.
La frecuencia de resonancia del sensor o de los sensores se puede medirtransmitiendo un haz de ultrasonidos (US) desde un transductor ultrasonico externo o sonda ultrasonica adecuada acoplada adecuadamente al cuerpo del paciente (tal como, por ejemplo, la unidad 62 de transductor o transductores de la Fig. 5) dirigiendo el haz hacia el sensor o sensores, recibiendo las senales devueltas del sensor o sensores, y analizando la forma de la onda de las senales devueltas como se ha descrito anteriormente en el presente documento. Los ecos de baja frecuencia pueden ser filtrados como se ha descrito anteriormente en el presente documento para el sistema 50, y el efecto Doppler puede medirse en las senales de retorno de frecuencia modulada como se ha descrito.
Cuando se mide la presion arterial (o cualquier otra presion variable pulsatil o dclicamente en un entorno de medida), si se utiliza un grupo fijo de frecuencias de excitacion, el grupo o grupos de frecuencias de excitacion del sensor que se utilizan para excitar el sensor o los sensores puede no estar siempre dispuesto de forma optima de manera que esten cerca o en torno a la frecuencia de resonancia del sensor, debido a los cambios de presion dinamicos que cambian la frecuencia de resonancia con el tiempo.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, las medidas pueden realizarse utilizando un procedimiento de medida de bucle cerrado que es util para resolver el problema anterior. De acuerdo con otra realizacion de la invencion, las medidas se pueden realizar utilizando un procedimiento de medida de bucle abierto. Los dos procedimientos (procedimiento de bucle abierto y procedimiento de bucle cerrado) se describen en detalle en lo sucesivo.
Cuando el sistema (tal como, por ejemplo, el sistema 32 o 50) funciona para determinar los cambios de la presion arterial con el tiempo, el sistema puede realizar una serie de medidas secuenciales. Cuando se mide un unico punto de presion arterial durante el ciclo pulsatil de la presion arterial puede que sea posible utilizar un procedimiento de bucle cerrado. De acuerdo con el procedimiento de bucle cerrado de la presente invencion, la presion se puede determinar utilizando una onda continua (CW) transmitida o una rafaga de frecuencia sonica que simultaneamente incluye una frecuencia portadora y un primer grupo de frecuencias de excitacion del sensor (tfpicamente aproximadamente 5-10 diferentes frecuencias de excitacion del sensor, pero tambien se pueden utilizar otros numeros diferentes de frecuencias de excitacion del sensor) que tienen valores de frecuencia optimos para el intervalo de presion espedfico. Las frecuencias de excitacion pueden estar suficientemente cerca (en el eje de frecuencia) con el fin de obtener la precision deseada de la medida.
Las amplitudes de las bandas laterales correspondientes a las diferentes frecuencias de excitacion seleccionadas en la senal de retorno se determinan como se ha descrito anteriormente en el presente documento y se usan con el fin de determinar la frecuencia de resonancia del sensor (que puede utilizarse para determinar la presion arterial utilizando una tabla de consulta o una funcion de calibracion como se ha descrito anteriormente en el presente documento).
En la siguiente medida de la presion de la secuencia de las mediciones, el sistema puede generar una CW transmitida u otra rafaga de frecuencia incluyendo la frecuencia portadora y un segundo grupo de frecuencias (tfpicamente aproximadamente 5-10 diferentes frecuencias de excitacion del sensor, sino que tambien se pueden utilizar otros numeros diferentes de frecuencias de excitacion del sensor). El segundo grupo de frecuencias de excitacion del sensor puede ser diferente al primer grupo de frecuencias de excitacion del sensor, y puede contener diferentes valores de frecuencias de excitacion del sensor que pueden tambien (opcionalmente) estar separadas de forma diferente unas de otras de tal manera que estan mejor posicionadas y mejor separadas (en el eje de frecuencia) con el fin de permitir una mejor determinacion de la siguiente frecuencia de resonancia estimada.
El procedimiento de bucle cerrado se puede lograr analizando la senal medida en tiempo real y cambiando las frecuencias de excitacion del sensor transmitidas de acuerdo con los resultados del analisis con el fin de rastrear (hacer un seguimiento) la frecuencia de resonancia a medida que cambia. Por lo tanto, estimando o prediciendo continuamente el intervalo de frecuencia aproximado dentro del cual puede caer la frecuencia de resonancia en la siguiente medida, el sistema puede determinar de forma eficaz un conjunto optimizado de frecuencias de excitacion del sensor que se distribuyen adecuadamente dentro del intervalo de frecuencia estimada para llevar a cabo la siguiente medida.
De acuerdo con una posible realizacion de la invencion, si el procedimiento de bucle cerrado es utilizado por el sistema, puede (opcionalmente) ser utilizada una senal externa para permitir que el sistema determine donde se
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encuentra la medida actual dentro del ciclo de la presion arterial pulsatil (veanse, por ejemplo, las flechas marcadas "senal de sincronizacion externa opcional" que entran en la unidad 74 de sincronizacion del sistema 50 de la Fig. 5, o en la unidad 38 de procesador controlador del sistema 32 de la Fig. 4). Por ejemplo, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, el sistema puede utilizar un punto identificable conocido en una senal fisiologica registrada del mismo paciente y correlacionada o sincronizada con la presion arterial. De acuerdo con una posible realizacion del procedimiento de bucle cerrado, la senal fisiologica puede ser la senal de ECG registrada del paciente. El pico del complejo QRS de la senal del ECG registrado (no mostrado) puede utilizarse como un punto identificable para la sincronizacion del sistema, ya que esta normalmente sincronizado con un punto en particular en el ciclo de la presion arterial. Debe senalarse que otros de puntos identificables de la senal del ECG distintos del pico del complejo QRS o combinaciones de tales puntos, puede tambien emplearse con fines de sincronizacion.
Debe senalarse ademas que puede ser posible utilizar otros tipos de senales fisiologicas con fines de sincronizacion en el procedimiento de medida de bucle cerrado. Por ejemplo, se puede utilizar un microfono convenientemente colocado en el pecho para registrar el sonido de los latidos del corazon, y puede ser posible utilizar uno o mas puntos conocidos en la senal de sonido registrada simultaneamente con fines de sincronizacion.
Una ventaja del procedimiento de medida de bucle cerrado puede ser que seleccionando adecuadamente las frecuencias de excitacion del sensor para estar en el entorno de la frecuencia de resonancia esperada (estimada) del sensor permite la utilizacion de un grupo mas pequeno de frecuencias de excitacion del sensor en cada medida individual sin perjudicar la precision de la medida y por lo tanto permite aumentar la energfa transmitida a cada frecuencia, mejorar la relacion senal a ruido (SNR) de las medidas, o aumentar la precision mientras emplea la misma energfa.
De acuerdo con aun otra realizacion de bucle cerrado de la presente invencion, el sistema puede comenzar inicialmente utilizando el procedimiento de bucle abierto de la invencion en un penodo de prueba. Durante el penodo de prueba, el sistema puede muestrear (y puede almacenar) datos de prueba que incluyen un numero deseado de ciclos de los cambios de frecuencia de resonancia del sensor correspondiente a unos pocos ciclos de la presion arterial. Despues, el sistema puede utilizar estos datos de prueba para obtener un intervalo de frecuencia estimado dentro del cual la frecuencia media de resonancia del sensor pueda caer en cada punto de tiempo de muestreo espedfico dentro del ciclo (por ejemplo, tomando los valores mas bajos y mas altos de la frecuencia de resonancia del sensor determinada para cada punto de tiempo de muestreo espedfico dentro todos los ciclos de muestreo en los datos de prueba).
De acuerdo con una posible realizacion de la presente invencion, el sistema puede muestrear un numero fijo de puntos de los datos dentro de cada ciclo de los ciclos de la presion arterial incluidos en los datos de la prueba de muestreo. En un ejemplo no limitante, el sistema puede muestrear cincuenta ciclos de presion arterial, a una velocidad de muestreo de 50 Hz (para una frecuencia de los latidos de aproximadamente 1 pulso por segundo, esto dara como resultado aproximadamente 50 muestras por ciclo de la presion arterial). Los datos de frecuencia de resonancia del sensor determinados para los cincuenta ciclos del pulso pueden entonces ser procesados para obtener unos datos promedio del ciclo. De acuerdo con una posible realizacion, los datos promedio del ciclo pueden incluir, para cada uno de los cincuenta puntos de muestreo dentro del ciclo promedio la maxima y minima frecuencia de resonancia del sensor determinadas a partir de las 50 medidas. Por ello, para cada uno de los cincuenta puntos en el ciclo promediado, el sistema puede almacenar el intervalo (almacenado como valores mmimo y maximo) de los valores de la frecuencia de resonancia del sensor del punto, y del tiempo, o del numero de serie del punto dentro del ciclo promedio. Como alternativa, el sistema puede almacenar para cada uno de los cincuenta puntos en el ciclo promediado, el valor medio de la frecuencia de resonancia del sensor para todos los cincuenta ciclos medidos y la desviacion estandar de la media, o la varianza de la media, o cualquier otro parametro estadfstico adecuado, que pueda utilizarse mas tarde para predecir o estimar la frecuencia de resonancia del sensor para ese punto de tiempo dentro del ciclo. Los valores de los datos promediados del ciclo se pueden almacenar como una LUT o en cualquier otra forma adecuada conocida en la tecnica.
Despues de que se han recogido y almacenado los datos de prueba por el procedimiento del bucle abierto, el sistema puede, si se desea, pasar a utlizar el procedimiento de bucle cerrado. El sistema puede determinar la frecuencia de resonancia del sensor para el punto de medida actual utilizando el procedimiento de bucle abierto. El sistema puede despues estimar o predecir el valor esperado de la frecuencia de resonancia del sensor basado en los datos promediados del ciclo almacenados o registrados como se ha descrito anteriormente en el presente documento. El sistema puede determinar la posicion del punto del tiempo de medida actual dentro del ciclo de pulso. La determinacion puede estar basada en la sincronizacion con una senal biologica registrada de forma independiente tal como el pico del complejo QRS de una senal de ECG registrado simultaneamente en el mismo paciente o en cualquier otro adecuado punto de referencia temporal en otra senal registrada que esta sincronizada con o asociada con el ciclo cardfaco, tal como, pero sin limitarse a una senal registrada de los sonidos del corazon, o similar.
Despues de que el sistema determina la posicion del punto de medida actual dentro del ciclo, el sistema puede obtener el intervalo estimado de frecuencias que la frecuencia de resonancia del sensor puede estar en el siguiente punto de medida del intervalo de frecuencia previsto o la frecuencia media y la desviacion estandar (o la varianza, o cualquier otro parametro estadfstico adecuado) almacenado en la LUT de los datos promedio del ciclo.
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El sistema puede despues seleccionar un grupo optimizado de frecuencias de excitacion del sensor para que sean transmitidas en la siguiente medida. El grupo escogido de frecuencias de excitacion del sensor puede ser optimizado o ajustado adecuadamente y puede ser distribuido sobre el intervalo de frecuencia esperado previsto para la siguiente medida para mejorar la precision de la medida. Este procedimiento puede repetirse para los siguientes ciclos de medida para aumentar la precision total de la medida.
De acuerdo con el procedimiento de bucle abierto de la presente invencion, todas las medidas secuenciales se pueden realizar mediante la transmision de todo el conjunto de las frecuencias seleccionadas de excitacion del sensor simultaneamente con la frecuencia de portadora en cada medida de la presion utilizando una CW transmitida o una rafaga de frecuencias. De acuerdo con un ejemplo no limitante, en el intervalo de presion para las medidas de presion arterial realizadas a nivel del mar utilizando el sensor 20, puede ser practico utilizar entre 10-40 frecuencias diferentes de excitacion del sensor dentro del intervalo de frecuencia de 50-70 kHz. Debe senalarse, sin embargo, que este intervalo de frecuencias y el numero de frecuencias discretas de excitacion del sensor utilizadas no es obligatorio para la puesta en practica de la invencion y otros diferentes valores del intervalo de frecuencias y del numero de frecuencias discretas de excitacion del sensor tambien se pueden utilizar dependiendo, entre otras cosas, del intervalo de las variaciones de la presion en el entorno de medida, de la altitud a la que se realiza la medida, de las caractensticas del sensor o sensores utilizados para llevar a cabo la medida, de las caractensticas del entorno de medida y del ruido, de la Q del sensor, de la SNR, de la velocidad de cambio de la presion como una funcion del tiempo (dP/dt), de la velocidad de cambio de la frecuencia de resonancia con la presion (df/dP) y similares.
Preferiblemente (pero no obligatoriamente), las frecuencias de excitacion del sensor utilizadas en la realizacion de medidas en bucle abierto estan igualmente separadas entre sf en todo el intervalo de las frecuencias de trabajo. Por ejemplo, si se utilizan veintiuna frecuencias diferentes de excitacion del sensor en el intervalo de 50-70 kHz, la frecuencia de excitacion del sensor mas baja puede ser 50 kHz y el resto de las frecuencias de excitacion del sensor pueden ser a incrementos de 1 kHz desde la frecuencia mas baja (de 51, 52, 53.. 68, 69 y 70 kHz).
El grupo de frecuencias utilizadas en las medidas de la presion arterial (o en la medida de otras variaciones de presion en otros entornos de medida) puede ser montado de varias maneras diferentes. Por ello, suponiendo que N frecuencias de excitacion del sensor necesitan ser transmitidas (junto con la frecuencia portadora) para una medida, se pueden utilizar las siguientes opciones:
De acuerdo con una realizacion de la invencion, puede utilizarse un unico grupo de frecuencias de excitacion. Todas las N frecuencias de excitacion del resonador se pueden transmitir al mismo tiempo durante el mismo penodo de tiempo T (junto con la frecuencia portadora). En esta opcion, la duracion de un unico penodo de medida es T ya que todas las frecuencias necesarias se transmiten simultaneamente dentro de una unica rafaga de frecuencia transmitida. Una rafaga o una CW se pueden utilizar conteniendo simultaneamente todas las frecuencias de excitacion del sensor y la frecuencia portadora (si se utiliza una rafaga corta los datos deben muestrearse o procesarse despues de un penodo adecuado de estabilizacion de la frecuencia).
De acuerdo con otra realizacion de la invencion, se pueden utilizar N grupos de frecuencias de excitacion. Las diferentes frecuencias de excitacion del sensor se transmiten una tras otra de una manera secuencial. Cada frecuencia de excitacion es transmitida (junto con la frecuencia portadora) durante el mismo penodo de tiempo T1. En esta opcion, la duracion de un unico penodo de medida utilizando todas las frecuencias de excitacion necesarias es NT1 ya que las frecuencias necesarias para una medida se transmiten secuencialmente en N diferentes rafagas transmitidas. Si las diferentes rafagas de frecuencia estan separadas por intervalos de tiempo de silencio, el unico penodo de medida puede ser N(T1 + Ts), en donde Ts es la duracion total de los intervalos de silencio entre las diferentes rafagas de frecuencia.
De acuerdo con otra realizacion de la invencion, se pueden utilizar grupos M de frecuencias de excitacion. En esta opcion intermedia, se pueden transmitir secuencialmente grupos M de frecuencias. Cada grupo de frecuencias puede incluir L diferentes frecuencias de excitacion transmitidas simultaneamente (en este caso no limitante, M=N/L). Cada grupo de frecuencias de excitacion puede ser transmitido (junto con la frecuencia portadora) durante un tiempo Tgrupo. En esta opcion, la duracion de un unico penodo de medida utilizando todas las frecuencias de excitacion necesarias puede ser MTgrupo (suponiendo que no hay intervalo de "silencio" entre los diferentes grupos transmitidos). Si los diferentes grupos de frecuencia estan separados por intervalos de tiempo de silencio, el unico penodo de medida puede ser M(Tgrupo+Ts) en donde Ts es la duracion del intervalo de silencio entre las diferentes rafagas del grupo de frecuencias.
Debe senalarse que mientras para ciertas aplicaciones puede ser preferible transmitir M grupos que incluya cada uno un numero igual de (diferentes) frecuencias de excitacion, esto no es obligatorio y pueden utilizarse otras disposiciones de agrupamiento de frecuencias de excitacion diferentes en las que alguno de los grupos o cada grupo pueden incluir un numero diferente de frecuencias. Ademas, puede ser posible utilizar diferentes tiempos de transmision para diferentes grupos de frecuencias.
Preferiblemente, el sensor se hace funcionar dentro de su intervalo lineal (en este intervalo, los movimientos de la membrana o membranas capaces de vibrar o de otros miembros resonantes del sensor dependen linealmente de la
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amplitud de la frecuencia de excitacion del sensor o resonador). Con el fin de permanecer dentro del intervalo lineal del sensor, puede ser necesario limitar la amplitud de la senal transmitida de manera que las amplitudes combinadas de las frecuencias de excitacion del sensor no excedan el intervalo lineal del sensor. El numero de frecuencias de excitacion del sensor que puede ser empleado por grupo de frecuencia puede, por lo tanto, ser tambien limitada.
Por ello, en algunos casos puede ser diffcil utilizar simultaneamente todas las N frecuencias de excitacion requeridas, debido a que la amplitud en cada una de las frecuencias de excitacion transmitidas o en algunas de las frecuencias de excitacion transmitidas es demasiado baja para obtener una buena SNR porque la energfa de la totalidad del haz transmitido es limitada para evitar exceder el intervalo lineal del sensor, o las limitaciones de la FDA para los seres humanos. Para tales casos, puede ser preferible utilizar la ultima alternativa indicada y utilizar M grupos de frecuencias de excitacion del sensor, en los que cada grupo de frecuencias es transmitido por separado. Reduciendo el numero de frecuencias de excitacion del sensor que se transmiten simultaneamente en un grupo de frecuencias puede ser posible aumentar la amplitud a cada frecuencia (en el grupo) hasta un nivel aceptable que permita una buena SNR sin aumentar la energfa total en el haz hasta un valor que provoque una respuesta no lineal del sensor, o que pueda exceder el nivel permitido de energfa para su utilizacion en pacientes humanos.
Debe senalarse que, el sistema debena utilizar un numero de diferentes frecuencias de excitacion del sensor que sea suficiente para obtener una buena precision de la medida.
Se comprendera que los parametros del haz interrogante transmitido pueden ser adaptados a las necesidades y limitaciones de la medida. Por ejemplo, en el procedimiento de bucle abierto, si la energfa total transmitida por unidad de tiempo no excede el lfmite permitido en pacientes humanos, las medidas de la presion pueden realizarse transmitiendo continuamente todas las N frecuencias de excitacion del sensor seleccionadas y la frecuencia portadora mientras en tiempo real se necesita una medida. La senal de retorno puede ser muestreada de forma continua y las partes seleccionadas adecuadas de los datos de la senal digitalizada pueden ser procesadas segun sea necesario. La duracion de las partes de los datos seleccionados debena ser suficientemente larga para permitir la deseada resolucion de frecuencia en las medidas del dominio de frecuencia.
Tambien puede ser posible transmitir continuamente todas las N frecuencias de excitacion del sensor seleccionadas y la frecuencia portadora pero muestrear y procesar solo partes de los datos a intervalos de tiempo preestablecidos.
Como alternativa, si la energfa total transmitida para un haz continuo puede exceder el lfmite permitido en pacientes humanos o si por cualquier razon no se desea transmitir continuamente la frecuencia portadora y/o las frecuencias de excitacion del sensor, las medidas de la presion pueden ser realizadas transmitiendo rafagas de frecuencia, cada rafaga puede incluir todas las N frecuencias de excitacion del sensor seleccionadas y la frecuencia portadora. Cada rafaga transmitida puede tener una duracion finita de la rafaga (y, preferiblemente, corta). Las rafagas se pueden transmitir siempre que en tiempo real se necesite una medida. Las senales de retorno pueden ser muestreadas tanto de forma continua como intermitente (por ejemplo, mediante la sincronizacion de la toma de muestras con los penodos de transmision de las rafagas) y los datos muestreados pueden ser procesados y analizados como se ha descrito.
En el analisis de los datos digitalizados de las senales de retorno cuando se transmiten tales rafagas, puede ser deseable utilizar solo una parte de las senales de retorno digitalizadas para realizar el procedimiento DFT. Esto se puede hacer con el fin de asegurar la utilizacion de los datos del penodo de tiempo en el que el contenido frecuencial de la senal de retorno del sensor se ha estabilizado suficientemente. Por ejemplo, si las rafagas de frecuencia tienen una duracion de ocho milisegundos y la frecuencia de la rafaga es de l0o Hz (una rafaga es transmitida cada diez milisegundos), puede ser ventajoso realizar la FFT en los ultimos cuatro milisegundos de la senal de retorno digitalizada adquirida para asegurar que los datos procesados no se adquieren inmediatamente despues de la iniciacion de la rafaga y que el contenido frecuencial de la senal de retorno del sensor se ha estabilizado en el momento en el que se muestrean los datos. Los valores indicados anteriormente se dan solo a modo de ejemplo y pueden utilizarse tambien otros valores diferentes para el analisis de los datos.
Para los procedimientos que utilizan multiples rafagas de frecuencias, teniendo cada rafaga la frecuencia portadora y una unica frecuencia de excitacion del sensor o un subgrupo discreto de frecuencias de excitacion, consideraciones similares pueden indicar el momento y la duracion del muestreo y del procesamiento de los datos muestreados.
Debe senalarse que si, por ejemplo, un unico penodo de medida incluye tres rafagas de frecuencia, conteniendo cada una la frecuencia portadora y cinco frecuencias diferentes de excitacion del sensor (esta disposicion se da a modo de ejemplo solamente y pueden utilizarse otras diferentes disposiciones de subgrupos de frecuencias), el sistema puede transmitir preferentemente tres rafagas contiguas conteniendo cada una las frecuencias deseadas empezando la segunda rafaga inmediatamente en el momento de terminar la primera rafaga y empezando la tercera rafaga inmediatamente en el momento de terminar la segunda rafaga. En un caso de este tipo, la duracion de tiempo en el que los datos se muestrean y/o procesan puede ser mas corto que las duraciones de las rafagas individuales para asegurar que los datos procesados se obtienen en un tiempo en el que el contenido de las frecuencias de la senal de retorno del sensor se ha estabilizado suficientemente para evitar errores. Por ello, la duracion de la rafaga debena ser suficientemente larga para permitir que se estabilicen las frecuencias del sensor y que se recojan suficientes datos para realizar la DFT, pero debena ser suficientemente corta para asegurar que no hay un cambio
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significativo de la presion a lo largo del tiempo necesario para obtener datos para el conjunto deseado de las frecuencias de excitacion del sensor.
Como alternativa, si se utilizan varias rafagas de multiples frecuencias en cada penodo de medida, las rafagas que tienen diferentes subgrupos de frecuencia pueden ser tambien no contiguas y pueden estar separadas entre sf por intervalos de tiempo en los que no se transmite ninguna senal (intervalos de “silencio” entre rafagas).
Cuando se utilizan varias rafagas de subgrupos de frecuencias (ya sea en un modo de contiguas o en el modo de no contiguas, como se ha descrito anteriormente en el presente documento), se debe tener cuidado en asegurar que la duracion de la rafaga de cada rafaga y la duracion total de todas las rafagas dentro de un unico penodo de medida (la duracion del periodo de medida) sea bastante corta de manera que los errores introducidos por el cambio de presion dentro de la duracion de cada rafaga o dentro del penodo total de la medida esten dentro de los lfmites de error aceptables.
Los ecos de baja frecuencia pueden ser filtrados por filtros analogicos antes del analisis digital realizado por el sistema.
La principal influencia indeseable de la corta duracion de la rafaga se debe a las discontinuidades en el comienzo y en el final del tiempo de transmision de la senal. Debido a estas discontinuidades, el contenido frecuencial de las transiciones se distribuye a traves del espectro de los datos procesados DFT dando como resultado mayores niveles de ruido. En el estado estacionario (en un momento suficientemente separado del punto de comienzo y/o del punto de terminacion de la senal transmitida) este efecto se reduce. Por lo tanto, para evitar altos niveles de ruido, el sistema puede utilizar bien una senal transmitida de onda continua (CW), o puede utilizar duraciones de las rafagas de las frecuencias y penodos de muestreo de los datos que reduzcan los niveles de ruido.
Debe senalarse, ademas, que tambien son posibles otras disposiciones de transmision. Por ejemplo, puede ser posible transmitir continuamente la frecuencia portadora durante toda la duracion de una sesion de medida y transmitir las rafagas de frecuencia intermitentemente en los momentos en los que se necesitan los datos de la medida. Este procedimiento de transmision continua de la frecuencia portadora se puede utilizar para todas las diferentes disposiciones alternativas de grupos de frecuencias de excitacion del sensor, incluyendo, pero sin limitarse a la utilizacion de uno o mas grupos de rafagas de frecuencias. Tales subgrupos de frecuencias pueden incluir bien subgrupos de frecuencias de excitacion del sensor contiguas o bien subgrupos de frecuencias de excitacion del sensor separadas entre sf en el tiempo. Los subgrupos de frecuencias de este tipo pueden incluir una o mas frecuencias de excitacion del sensor de acuerdo con todas las posibles combinaciones y disposiciones de los subgrupos descritos anteriormente en el presente documento).
A continuacion se hace referencia a la Fig. 13 que es un diagrama de flujo esquematico que ilustra las etapas generales de un procedimiento para determinar la frecuencia de resonancia de un resonador mediante el uso de un procedimiento de medida basado en el desplazamiento Doppler de la presente invencion.
De acuerdo con el procedimiento de la Fig. 13, un resonador capaz de vibrar es sometido a un haz sonico interrogante dirigiendo hacia el resonador un haz sonico que tiene una frecuencia portadora y una pluralidad de N frecuencias de excitacion del resonador (etapa 150). El resonador puede ser cualquier tipo de resonador conocido en la tecnica que tiene una o mas partes configuradas para hacerlas vibrar mediante las frecuencias de excitacion del resonador del haz sonico interrogante. La frecuencia portadora se puede seleccionar de manera que no excite vibraciones sustanciales del resonador pero que sea reflejada por la parte o partes vibratorias del resonador, y puede ser reflejada tambien por las partes no vibratorias del resonador asf como por otros objetos y/o superficies y/o interfaces reflectantes que puedan estar presentes en el entorno del resonador.
El haz sonico puede ser un haz de onda continua (CW), pero tambien puede ser un haz de chirrido o un haz pulsado que tenga una serie de rafagas de frecuencia, como se descrito en detalle anteriormente en el presente documento, y conocido en la tecnica. De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la pluralidad de N frecuencias de excitacion del resonador pueden ser transmitidas todas simultaneamente con la frecuencia portadora, como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento. Como alternativa, de acuerdo con otras realizaciones de la invencion, las frecuencias portadoras y las frecuencias de excitacion del resonador pueden ser transmitidas como rafagas.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, cada rafaga tiene una duracion finita y puede incluir una unica frecuencia de excitacion del resonador y la frecuencia portadora, como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento. Las rafagas pueden repetirse mientras se cambia la frecuencia de excitacion del resonador, hasta que se han transmitido todas las N frecuencias de excitacion del resonador.
De acuerdo con otra realizacion de la invencion, cada rafaga tiene una duracion finita y puede incluir una unica frecuencia de excitacion del resonador y la frecuencia portadora. Las rafagas pueden repetirse mientras se cambia la frecuencia de excitacion del sensor, hasta que se han transmitido todas las N frecuencias de excitacion del resonador.
De acuerdo aun con otra realizacion de la invencion, cada rafaga tiene una duracion finita y cada rafaga puede
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incluir simultaneamente la frecuencia portadora y un subgrupo de M frecuencias de excitacion del resonador. Las rafagas pueden repetirse mientras se cambian las frecuencias de excitacion del resonador en la rafaga, hasta que se hayan transmitido todas las N frecuencias de excitacion del resonador. El numero de frecuencias de excitacion del resonador en un subgrupo puede ser igual al numero de frecuencias resonantes en todos los otros subgrupos. Como alternativa, el numero de frecuencias de excitacion del resonador en un subgrupo puede diferir del numero de frecuencias de excitacion del resonador en otros subgrupos.
Las senales sonicas de retorno del resonador (y de otras partes reflectantes del entorno en el que esta dispuesto el resonador) son recibidas por el sistema, tal como, por ejemplo, por los sistemas 32 o 50 de las Fig. 4 y 5, respectivamente (etapa 152).
El sistema puede despues procesar la senal sonica de retorno para determinar la frecuencia de resonancia del resonador utilizando cualquiera de los procedimientos descritos en el presente documento (etapa 154). Preferiblemente, en la etapa 154, el sistema digitaliza la senal de retorno (con o sin la utilizacion de un extremo frontal analogico como se ha descrito anteriormente en el presente documento) y utiliza una DFT de la senal digitalizada para determinar la amplitud del pico o picos de las bandas laterales desplazadas por efecto Doppler para cada frecuencia de excitacion del resonador. Para cada punto de tiempo en el que se realiza la medida el sistema puede determinar la frecuencia de excitacion a la que la banda lateral es maxima. Si en la medida se utiliza un numero suficientemente elevado de frecuencias de excitacion del sensor, el valor de la frecuencia de excitacion del resonador en el que la amplitud de la banda lateral es maxima se puede tomar como la frecuencia de resonancia del resonador.
Como alternativa, si en la medida se utiliza un numero relativamente pequeno de frecuencias de excitacion del resonador puede ajustarse una curva a los puntos de los datos que representan las amplitudes de la banda lateral a diferentes frecuencias de excitacion del resonador, y la frecuencia a la que la curva ajustada tiene una amplitud maxima se toma como frecuencia de resonancia del resonador. Para realizar el ajuste de la curva puede utilizarse cualquier adecuado ajuste de curvas conocido en la tecnica.
Debe senalarse que aunque el procedimiento DFT se puede utilizar para obtener unos datos del dominio de la frecuencia a partir del cual se puedan determinar la amplitud o amplitudes de la banda lateral, en la presente invencion se puede utilizar cualquier otro tipo adecuado de algoritmo o procedimiento o transformacion conocida en la tecnica para obtener los datos de dominio de la frecuencia o los datos de dominio del tiempo para determinar la amplitud pico de la frecuencia de la banda lateral.
Si el resonador es un sensor resonante o una parte resonante incluida en un sensor que tiene una frecuencia de resonancia que es funcion de una variable ffsica a medir (tal como, por ejemplo, el sensor 20 de presion de la Fig. 2), el procedimiento de la Fig. 13 puede tambien tener una etapa opcional de determinacion del valor de la variable ffsica a partir del valor determinado de la frecuencia de resonancia del resonador (etapa 156).
A continuacion se hace referencia a la Fig. 14 que es un diagrama de flujo esquematico que ilustra las etapas de un procedimiento para determinar la presion arterial intraluminal dentro de un vaso sangumeo utilizando un sensor resonante ultrasonico pasivo sensible a la presion implantado y un sistema que utiliza el procedimiento de medida basado en el desplazamiento Doppler de la presente invencion.
Un sensor de presion resonante (tal como, pero sin limitarse al sensor 20 de presion ultrasonico pasivo de la Fig. 2) puede ser implantado en el lumen de un vaso sangumeo como se ha descrito anteriormente en el presente documento.
El procedimiento puede incluir someter el sensor a un haz sonico que tiene una frecuencia portadora y una o mas frecuencias de excitacion del sensor, como se ha descrito anteriormente en el presente documento (etapa 160). El haz interrogante puede ser aplicado como un haz de CW o como un haz pulsado que incluye una pluralidad de rafagas de frecuencia. Las rafagas pueden ser contiguas como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento (con diferentes frecuencias de excitacion del sensor en cada una de las diferentes rafagas incluidas dentro de un unico peffodo de medida), o pueden estar separadas por intervalos de silencio, como se ha descrito anteriormente en el presente documento.
Una unica rafaga puede incluir la frecuencia portadora y una unica frecuencia de excitacion del sensor. Como alternativa, una unica rafaga puede incluir la frecuencia portadora y un grupo de frecuencias de excitacion del sensor seleccionadas, como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento.
El procedimiento tambien puede incluir la recepcion de la senal de retorno desde el sensor (Etapa 162). La recepcion de la senal de retorno puede hacerse por cualquier transductor adecuado (tal como, por ejemplo, la unidad 34 de transductor o transductores de la Fig. 4, la unidad 62 de transductor o transductores de la Fig. 5, o similar). Las senales de retorno recibidas pueden incluir ecos reflejados por las membranas capaces de vibrar del sensor (o de otros miembros capaces de vibrar del sensor, si el sensor utilizado es diferente al sensor 20), los ecos reflejados por las partes no capaces de vibrar del sensor y otros ecos reflejados de objetos reflectantes (huesos u otros tejidos diferentes, o similares) o de interfaces reflectantes en el cuerpo.
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El procedimiento puede incluir ademas el procesamiento de las senales de retorno (o partes de la misma) para determinar la amplitud de las bandas laterales con frecuencia Desplazada por efecto Doppler para cada frecuencia de excitacion del sensor (etapa 164). Las senales de retorno se pueden procesar por cualquier tipo de unidad de procesamiento adecuada conocida en la tecnica y descrita en el presente documento (incluyendo, pero sin limitarse a la unidad 38 de procesamiento/control de la Fig. 4 o a la unidad 68 de procesamiento/control de la Fig. 5). Las senales pueden ser procesadas utilizando cualquier tipo de procedimiento de procesamiento conocido en la tecnica o descrito anteriormente en el presente documento para determinar la amplitud de las frecuencias de las bandas laterales desplazadas por efecto Doppler. El procesamiento de las senales de retorno puede incluir cualquiera de los procedimientos descritos anteriormente en el presente documento para el acondicionamiento y/o procesamiento, y/o digitalizacion y/o filtrado y/o conversion descendente de la senal, como se conoce en la tecnica y se describe anteriormente en el presente documento. La configuracion de hardware del sistema puede ser cualquiera de las aplicaciones analogica y/o digital, y/o analogica/digital tnbrida descrita e ilustrada en el presente documento, pero tambien se puede aplicar utilizando cualquier otra aplicacion de hardware y/o software conocido en la tecnica.
Las senales de retorno o partes de las senales de retorno que aparecen despues de que el contenido frecuencial de las senales transmitidas se haya estabilizado pueden ser muestreadas como datos en bruto o pueden ser primero pre-procesadas mediante la filtracion y la conversion descendente adecuadas como se ha descrito anteriormente en el presente documento y digitalizadas. Preferiblemente, los datos digitalizados pueden ser sometidos a un procesamiento DFT como se ha descrito anteriormente en el presente documento para obtener los datos de dominio de las frecuencias y las amplitudes de las frecuencias de la banda lateral se pueden determinar como se ha descrito anteriormente en el presente documento para cada una de las frecuencias de excitacion del sensor utilizado en un unico penodo de medida. El pico de amplitud de la banda lateral puede determinarse a partir de un unico pico de la banda lateral o de las amplitudes pico de ambas bandas laterales utilizando una media aritmetica o una media geometrica, o similar, como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento.
Otros procedimientos pueden, sin embargo, utilizarse para determinar las amplitudes a las frecuencias desplazadas por efecto Doppler. El procesamiento de la etapa 164 puede proporcionar datos que pueden incluir una pluralidad de valores de las amplitudes de las frecuencias de las bandas laterales para cada penodo de medida (si las medidas se repiten en el tiempo, ya que pueden ser para obtener la forma del pulso de la sangre en tiempo real, o casi en tiempo real).
Los valores de amplitud determinados de las frecuencias de las bandas laterales pueden ser entonces (opcionalmente) normalizados (etapa 166). La normalizacion se puede realizar con el fin de compensar las pequenas variaciones en la produccion de energfa de diferentes frecuencias de excitacion del sensor transmitidas en el haz interrogante transmitido o para corregir la atenuacion selectiva de ciertas frecuencias de excitacion del sensor debido a las ondas estacionarias.
Debe senalarse que aunque en la practica tales problemas de ondas estacionarias debenan ser mmimos en las medidas realizadas in-vivo con sensores implantados, puede ser mas sustancial en la realizacion de medidas en otros entornos de medida (tales como, por ejemplo, en la medida de la presion dentro de un reactor que tiene paredes reflectantes con dimensiones fijas) que pueden requerir la utilizacion de la normalizacion a traves de diferentes frecuencias.
Se hace referencia a continuacion brevemente a las Fig. 15A y 15B. La Fig. 15A es un grafico esquematico que ilustra un ejemplo de datos no normalizados obtenidos experimentalmente que representan la dependencia con el tiempo de la amplitud medida de la banda lateral para una pluralidad de diferentes frecuencias de excitacion del sensor.
La Fig. 15B es un grafico esquematico que ilustra datos que representan la dependencia con el tiempo de la amplitud de la banda lateral normalizada para una pluralidad de diferentes frecuencias de excitacion del sensor, obtenidas por normalizacion de los datos ilustrados en la Fig. 15A, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
Volviendo a la Fig. 15A, el experimento se realizo utilizando el sensor 20 sumergido en agua en una camara de presion, como se ha descrito anteriormente en el presente documento. Se utilizo una senal transmitida de onda continua. La senal inclrna una portadora de 750 kHz y quince diferentes frecuencias de excitacion del sensor en el intervalo de 50 kHz-64 kHz. La primera frecuencia de excitacion del sensor era de 50 kHz y las otras catorce frecuencias de excitacion del sensor fueron separadas igualmente entre sf por 1 kHz. Cada diez milisegundos, el sistema muestreaba cuatro milisegundos de la senal de retorno. Las muestras se analizaron (utilizando DFT) para proporcionar datos del dominio de la frecuencia como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento. La media geometrica de la amplitud de ambas bandas laterales por efecto Doppler se determino como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento para cada una de las quince amplitudes de la banda lateral. El eje horizontal del grafico de la Fig. 15A representa el tiempo (en segundos) y el eje vertical del grafico representa la amplitud media de la banda lateral. Cada una de las quince curvas ilustradas en el grafico de la Fig. 15A representa los datos de amplitud media de la banda lateral para una unica frecuencia de las quince frecuencias de excitacion del sensor utilizadas.
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Por ejemplo, la curva 180 mas a la izquierda representa la amplitud media de la banda lateral para la frecuencia de excitacion del sensor de 64 kHz, y el punto 180A de la curva 180 representa la maxima (pico) amplitud media de la banda lateral para la frecuencia de excitacion del sensor de 64 kHz dentro de los 20 segundos de duracion ilustrados en el grafico. Las otras catorce curvas que son desplazadas incrementalmente a la derecha en el eje de tiempo con la disminucion de la frecuencia representan los datos para la amplitud media de la banda lateral para frecuencias de excitacion del sensor inferiores. La curva 182 mas a la derecha representa la amplitud media de la banda lateral para la frecuencia de excitacion del sensor de 50 kHz. El punto 182a de la curva 182 representa la maxima (pico) amplitud de la banda lateral para la frecuencia de excitacion del sensor de 50 kHz dentro de los 20 segundos de duracion ilustrados en el grafico.
Como puede verse a partir de las diferentes curvas de la Fig. 15A, los valores de pico (maximos) para las diferentes frecuencias de excitacion del sensor no tienen el mismo valor. Por ejemplo, la amplitud maxima (pico) de la curva 182 en el punto 182A tiene un valor de aproximadamente -42,5 dB, mientras que la amplitud maxima (pico) de la curva 180 en el punto 180A tiene un valor de aproximadamente -45,5 dB.
Las curvas ilustradas en la Fig. 15A se procesaron para normalizar las curvas. El pico mas alto era el pico de la curva 182 (representado por el punto 182A). Se calculo la diferencia en dB entre este pico de mayor amplitud y cada uno de los otros picos de cada una de las curvas y para cada curva se anadio la diferencia en dB para cada punto de dato de la curva (aparte de la curva 182 que no habfa cambiado) para llevar todos los picos de todas las quince curvas hasta el mismo valor (en dB).
Volviendo a la Fig. 15B, las quince curvas de la grafica representan la media geometrica normalizada de la amplitud de la banda lateral de las quince curvas ilustradas en la Fig. 15A. Debe senalarse que todos los picos de todas las curvas normalizadas tienen valores maximos identicos de -42,5 dB. Debe senalarse, por ejemplo, que el punto 190A de amplitud pico de la curva normalizada 190 es ahora igual al punto 182A de amplitud pico de la curva 180 (la curva 180 no ha cambiado ya que a ella se anadieron 0 dB).
Volviendo a la Fig. 14, el procedimiento puede ahora determinar en cada punto de tiempo, la frecuencia de resonancia del sensor, al encontrar, para cada punto de tiempo, la frecuencia de excitacion del sensor que tiene la maxima amplitud de banda lateral (etapa 168) normalizada (o no normalizada si la etapa de normalizacion no se ha aplicado).
Por ejemplo, volviendo a los datos ilustrados en la Fig. 15B, los valores de la amplitud media normalizadade las bandas laterales para todas las frecuencias utilizadas en la medida ahora se pueden determinar a partir de los datos de la curva normalizada. Para el punto de tiempo ejemplar representado esquematicamente por la lmea vertical 205, las amplitudes de las frecuencias medias de la banda lateral normalizada para todas las quince frecuencias de excitacion del sensor utilizado estan dadas por los puntos 190A, 191, 192, 193, 194, 195, 196, 197, 198, 199, 200, 201, 202, 203 y 204 en cuyos puntos la lmea 205 se cruza con cada una de las quince curvas diferentes que representan la amplitud media de la banda lateral normalizada correspondiente a las quince frecuencias diferentes de excitacion del sensor utilizadas en el experimento.
Los quince diferentes valores de las amplitudes medias de las bandas laterales normalizadas correspondientes a las quince diferentes frecuencias de excitacion del sensor pueden por ello determinarse para cada punto de tiempo en el que se calculan los datos de amplitud de las frecuencias.
Para cada punto de tiempo en el experimento ejemplar utilizado para obtener los datos mostrados en la Fig. 15A y en la Fig. 15B, el sistema tiene un conjunto de datos que comprende quince puntos, cada punto tiene un valor de frecuencia de excitacion del sensor y el valor de la amplitud media normalizada de la banda lateral correspondiente a esa frecuencia de excitacion del sensor. La amplitud media maxima normalizada de las bandas laterales para cada punto de tiempo se puede determinar como se ha descrito anteriormente en el presente documento.
Preferiblemente, una curva (no mostrada) puede ser ajustada a los quince puntos de datos y la frecuencia de excitacion a la que aparece el punto maximo de la curva puede ser determinada como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento. La frecuencia del punto maximo calculado se puede tomar como la frecuencia de resonancia del sensor en el punto de tiempo para el que se hizo el calculo.
Como alternativa, si hay un numero suficiente de frecuencias de excitacion del sensor utilizadas en la medida, el procedimiento puede utilizar simplemente la frecuencia de excitacion del sensor en la que el valor maximo de la amplitud media de la banda lateral normalizada aparece como la frecuencia de resonancia del sensor para ese tiempo de medida, como se ha descrito anteriormente en el presente documento.
Por ultimo, el procedimiento puede encontrar el valor de la presion para cada punto de tiempo de la frecuencia de resonancia del sensor determinado para cada medida de punto de tiempo utilizando los datos de calibracion del sensor (etapa 170). Ademas, cuando el sistema determina los puntos de la presion para una medida deseada, el filtrado adicional puede utilizarse para alisar y eliminar el ruido, y los datos de presion pueden entonces ser representados por el operador del sistema.
La presion calculada resultante como una funcion del tiempo se puede representar en un dispositivo de visualizacion
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adecuado (tal como, por ejemplo, la unidad 70 de visualizacion del sistema 52, o similar). Ademas, el sistema puede calcular opcionalmente (si se desea) a partir de los datos de presion adquiridos (y/o almacenados), si se desea, cualquier otro parametro deseado de la presion arterial. Tales parametros calculados se pueden presentar al operador alfanumerica o graficamente o utilizando cualquier otra forma de presentacion adecuada, como se conoce en la tecnica.
Por ejemplo, aparte de calcular la forma del pulso de la sangre (en tiempo real, o casi en tiempo real), el sistema puede calcular parametros adicionales relacionados con la presion (etapa 172). Ejemplos de tales parametros relacionados con la presion adicional pueden incluir, entre otras cosas, la primera derivada de la curva de presion frente al tiempo (dp/dt), la presion arterial pico (por pulso o promediada sobre unos pocos ciclos), el valor medio de la presion arterial (la media geometrica u otro tipo de valor medio, como se conoce en la tecnica), la presion sistolica y/o diastolica (si el sensor esta situado en una parte apropiada del sistema cardiovascular, tal como la aorta, o una camara cardfaca apropiada, u otras partes para las que las presiones sistolica o diastolica estan definidas y son observables), la presion del pulso (expresada como la diferencia entre las presiones arteriales maxima y minima, calculada por ciclo o promediada sobre unos pocos ciclos), y similar. Debe senalarse que otros diferentes parametros relacionados con la presion de interes o de relevancia clmica o de diagnostico tambien pueden ser calculados por el sistema a partir de los datos de presion medidos y se presentan o, de otro modo, se proporcionan como salida para un medico o un operador del sistema. El calculo de tales parametros relacionados con la presion arterial es bien conocido en la tecnica, no es objeto de la presente invencion, y por lo tanto no se describe con detalle a continuacion en el presente documento
Todos los datos y/o parametros adquiridos y/o calculados, o parte de los mismos tambien pueden ser almacenados o archivados en el sistema, o pueden ser descargados adecuadamente del sistema con la finalidad de un posterior procesamiento y/o almacenamiento, y/o generacion de informe y/o archivado. Los datos tambien pueden transmitirse o enviarse telemetricamente a traves de cualquier red por cable o inalambrica que incluyen pero sin limitarse a internet, redes de area local, redes privadas virtuales, redes de area extendida, o cualquier otro tipo de ordenador o red de comunicacion, conocida en la tecnica. Tambien se pueden generar copias impresas de los datos si es necesario (tal como, por ejemplo, mediante un dispositivo impresor adecuado incluido en la interfaz 35 de usuario del sistema 52).
Los datos de calibracion del sensor pueden estar en la forma de una LUT espedfica del sensor como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento, o como una funcion de calibracion del sensor conocida, como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento.
Como se ha descrito anteriormente en el presente documento, cada medida de la presion puede consistir en una o varias submedidas. El sistema puede transmitir varias frecuencias de excitacion ultrasonicas (o sonicas) del sensor al mismo tiempo o una a una a modo de una serie. Para cada frecuencia, el software puede analizar la amplitud del efecto Doppler, y puede buscar la frecuencia de excitacion del sensor en cada punto de tiempo durante el cual se presenta la maxima amplitud de la banda lateral. El valor de la presion arterial puede, por ello, determinarse para este punto de tiempo utilizando la tabla de consulta u otra curva de calibracion o datos de calibracion del sensor. El proceso de medida se puede repetir bastante rapido para determinar la forma del pulso de la presion arterial.
Suponiendo que el penodo de ciclo de la forma del pulso en la sangre es menor que 2 Hz (dos veces por segundo), se puede determinar (y, opcionalmente, visualizar) la forma pulsatil de la presion arterial con bastante precision utilizando una velocidad de medida de la presion de aproximadamente 100 Hz (realizando una sola medida de la presion aproximadamente cada 10 milisegundos). Sin embargo, debe senalarse que esta velocidad de medida de la presion no es obligatoria y tambien se pueden utilizar velocidades de medida de la presion mayores y menores, dependiendo, entre otras cosas, de los parametros del sistema y del sensor, y de la aplicacion espedfica.
Debe senalarse, sin embargo, que esta velocidad de medida de la presion se da a modo de ejemplo solamente para medidas tfpicas de la presion arterial, y que tambien pueden utilizarse diferentes velocidades de medida, especialmente para medidas de la presion en otro entorno de medida. En general, la velocidad de medida puede depender, entre otras cosas, de la velocidad del cambio de la presion en el entorno de la medida, de la precision deseada, de la energfa disponible del haz ultrasonico y de otras diferentes consideraciones practicas y de diseno que seran obvias para el experto en la tecnica, a la vista de la descripcion de los procedimientos y dispositivos descritos en el presente documento.
Cada sensor puede tener una tabla de consulta (LUT) predefinida que defina la relacion entre la presion y la frecuencia de resonancia. La LUT puede ser generada al calibrar individualmente cada sensor antes del implante. Con el fin de medir la presion, el sistema mide la frecuencia de resonancia y comparandolas con la tabla de consulta, el sistema puede determinar la presion para el momento espedfico en que se hizo la medida.
El sistema 50 puede utilizarse para aplicaciones de presion pulsatil o fija. Por ejemplo, en un entorno de medida (in- vivo, o en cualquier otro entorno no biologico de medida de la presion) con presion fija o variando lentamente, puede ser posible utilizar penodos de integracion mas largos para proporcionar una mayor precision en las medidas de presion.
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A continuacion se hace referencia a la Fig. 16 que es un grafico esquematico que ilustra la presion arterial intraluminal en la arteria carotida de un cerdo, determinado utilizando simultaneamente un sensor ultrasonico pasivo implantado con el sistema 52 de la Fig. 5, y un cateter que mide la presion intraluminal. El experimento se realizo en un cerdo anestesiado. Un sensor ultrasonico pasivo anclado fue implantado en la arteria carotida del cerdo. El sensor unido al anclaje era el sensor 20 ultrasonico pasivo descrito anteriormente en el presente documento e ilustrado en las Fig. 2-3. La presion del punto de inversion del sensor era de aproximadamente 1,2105 Pa (900 torr) (el sensor no estaba calibrado antes de realizar el implante). El anclaje con el sensor unido se desplego en la arteria carotida del cerdo utilizando la ruta de acceso de la arteria femoral y un sistema de cateter de balon de dilatacion estandar.
El haz interrogante utilizado en el experimento inclrna una frecuencia portadora de 2,5 MHz, y todas las frecuencias de excitacion del sensor fueron transmitidas simultaneamente (utilizando el procedimiento de bucle abierto descrito en detalle anteriormente en el presente documento) en forma de rafagas cortas de baja frecuencia, teniendo cada rafaga una duracion de dos milisegundos. La frecuencia de repeticion de la rafaga fue de 100 rafagas por segundo (100 Hz). Las frecuencias de excitacion del sensor eran cinco diferentes frecuencias discretas entre 83-95 kHz. Las senales de retorno se recibieron y se analizaron como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento para calcular los datos de presion (en unidades arbitrarias, ya que el sensor utilizado no estaba precalibrado).
Despues del implante del sensor, se introdujo en el espacio intraluminal de la arteria carotida del mismo cerdo un cateter de medida de la presion conectado a un transductor de presion IBP de mercurio Modelo MX860 (comercialmente disponible de Mennen Medical Inc., PA, EE.UU.), utilizando procedimientos de insercion estandar mmimamente invasivos y una ruta de acceso de la arteria femoral, como se conoce en la tecnica. La colocacion del sensor y del cateter fue asistida mediante imagenes de rayos X estandar y mediante angiograffa, como se conoce en la tecnica. La senal del transductor de presion MX860 se suministro a una placa A/D de 12 bits (Modelo PDA12A, comercialmente disponible de Signatec Inc., CA, EE.UU.) instalada en un PC Pentium III de 1 GHz, y se proceso y se visualizo en un monitor de PC utilizando el software aplicado utilizando software MATLAB®. La punta distal del cateter se coloco en la bifurcacion carotfdea, aproximadamente 3-4 centimetros desde la posicion del sensor. El extremo proximal del cateter se conecto al transductor de presion MX860.
El eje vertical del grafico de la Fig. 16 representa la presion arterial (en unidades arbitrarias) y el eje horizontal representa el tiempo (en segundos). La curva 222 representa la presion arterial intraluminal como se mide mediante el transductor de presion MX860 (en unidades arbitrarias).
La curva 220 representa la presion determinada experimentalmente utilizando el procedimiento por efecto Doppler de la presente invencion como se ha descrito anteriormente en el presente documento utilizando el sensor 20 de presion ultrasonico pasivo implantado.
Debe senalarse que la presion medida por el transductor de presion MX860 esta algo retrasada respecto a la presion intraluminal real en la bifurcacion carotfdea determinada por el sensor debido a la longitud del cateter utilizado. Por lo tanto, la curva 222 de presion era desplazada manualmente con respecto a la curva 220 para compensar el retraso. Ademas, puesto que el sensor 20 no estaba calibrado antes de realizar la medida real mostrada, la curva 220 de presion era escalada a lo largo de eje vertical, de manera que su amplitud pico a pico de una oscilacion completa coincidiera de forma visualmente aproximada con la oscilacion completa de la curva 222.
Los resultados ilustrados en la Fig. 16 indican que la forma general de la presion arterial pulsatil determinada por el procedimiento Doppler (la curva 220) es bastante similar a la forma general de la presion arterial (la curva 222) obtenida utilizando el sistema de medida intraluminal que utiliza el transductor de presion.
Identificacion y localizacion del sensor, y centrado del haz ultrasonico interrogante sobre el sensor
Los procedimientos descritos en el presente documento puede tambien resolver otro problema, que es un resultado directo del hecho de que las senales ultrasonicas transmitidas y devueltas son basicamente de la misma frecuencia y, por ello, la senal devuelta esta "contaminada" por el ruido y, especialmente, por los ecos devueltos por las partes reflectantes o las varias interfaces reflectantes de ultrasonidos del cuerpo humano, asf como por las partes no capaces de vibrar del propio sensor.
Dado que la mayor parte de la energfa en la senal de retorno esta en el componente de la frecuencia portadora y dado que las senales que contienen la informacion deseada de la frecuencia o frecuencias de excitacion del sensor son debiles y estan contaminadas por altos niveles de ruido y por ecos de la frecuencia (o frecuencias, si mas de una frecuencia es transmitida simultaneamente en el haz interrogante) de excitacion del sensor que puede ser reflejados por las estructuras o las interfaces reflectantes dentro del cuerpo, puede ser diffcil determinar si el haz interrogante esta dirigido (o centrado) adecuadamente sobre el sensor o sensores implantados controlando la intensidad de las senales de retorno de la frecuencia portadora o de las frecuencias de excitacion del sensor.
Los inventores de la presente invencion han observado que, dado que las bandas laterales de las frecuencias desplazadas por efecto Doppler relevantes estan presentes un nivel de energfa sustancial solo en las senales que son devueltas por las partes que vibran del sensor, la presencia y la intensidad de los picos de la banda lateral
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desplazada por efecto Doppler se pueden utilizar para identificar o localizar el sensor en el cuerpo y ayudar al centrado del haz de ultrasonidos interrogante sobre el sensor o sensores.
Por lo tanto, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, dado que el sensor refleja la senal de ultrasonidos de la frecuencia portadora (con desplazamiento Doppler) con mucha mayor amplitud que cualquier tejido en el cuerpo humano, la identificacion y localizacion del sensor y el centrado del haz interrogante pueden realizarse mediante la busqueda de un efecto Doppler significativo en la senal recibida.
La senal de retorno recibida es una superposicion de la senal de reflexion del resonador o membrana capaz de vibrar y de los ecos de otras partes del sensor y de los tejidos.
El sistema puede analizar el espectro de la senal de retorno. Si la senal de retorno tiene uno o mas componente o componentes de frecuencia que se forma debido al desplazamiento por efecto Doppler de la frecuencia portadora y no solo en ruido y en eco de la CW, la senal debe tener una energfa significativa en las frecuencias de la banda lateral Doppler que fueron moduladas por el movimiento del resonador o de la membrana capaz de vibrar del sensor (veanse, por ejemplo, los picos de las bandas laterales de las Fig. 8 y 10).
Cuando el haz interrogante es centrado sobre el sensor, la amplitud de las bandas laterales del desplazamiento Doppler es bastante grande para ser detectada. Utilizando un extremo frontal analogico (tal como, por ejemplo, la unidad AFE 64 de la Fig. 7A) mas de 30-40 dB de relacion senal ruido (SNR) puede lograrse en las frecuencias de la banda lateral. De forma similar, si una unidad A/D de elevado intervalo dinamico de bajo ruido es utilizada para digitalizar la senal de retorno y los datos son digitalmente procesados, como se ha descrito en detalle anteriormente en el presente documento, se pueden detectar los picos de las bandas laterales y se puede determinar su amplitud.
Por ello, si el haz interrogante es escaneado a traves de la zona en la que el sensor esta implantado o localizado, el haz esta centrado sobre el sensor cuando la amplitud de la frecuencia de la banda lateral es maxima. Si la amplitud de tal banda lateral desplazada Doppler es visualizada (tal como, por ejemplo, en la unidad 70 de visualizacion del sistema 50 de la Fig. 5) al usuario u operador del sistema 50, el operador puede ser capaz de centrar el haz de ultrasonidos interrogante sobre el sensor mediante el escaneado del haz de ultrasonidos interrogante a traves de la zona en la que se encuentra el sensor durante el seguimiento de la amplitud visualizada de la frecuencia de la banda lateral desplazada Doppler y determinando visualmente cuando la amplitud de la banda lateral es maxima. El haz interrogante esta centrado sobre el sensor en la posicion y orientacion de la unidad 62 del transductor o transductores (u otra sonda, si se utiliza) lo cual da como resultado una amplitud maxima de la frecuencia de la banda lateral desplazada por efecto Doppler.
Debe senalarse que, de acuerdo con una posible realizacion de la invencion, el sistema puede calcular un promedio de los datos del dominio de la frecuencia obtenido de unas pocas medidas realizadas dentro de un penodo de tiempo que incluye dos o mas ciclos del ciclo de la presion arterial. Dicho promediado se puede realizar reduciendo las fluctuaciones de la amplitud de la frecuencia o frecuencias de la banda lateral debido a los cambios periodicos de la frecuencia de resonancia del sensor asociados con los cambios de presion. Si se utiliza este procedimiento de promediado, el usuario u operador puede disponer de un pico o picos de la banda lateral menos fluctuante mas estable que pueden ser mas conveniente de observar.
Debe senalarse, sin embargo, que las variaciones periodicas de la amplitud de la banda o bandas laterales a la frecuencia del pulso de la sangre puede utilizarse realmente por el sistema como una caractenstica adicional indicadora de las senales de retorno de las membranas capaces de vibrar del sensor y pueden ser utilizadas en realidad para distinguir ademas la senal deseada del ruido o de los ecos espurios a las frecuencias de banda lateral. Tal utilizacion de la velocidad de los cambios periodicos de la amplitud de la banda lateral se describe en detalle a continuacion en el presente documento.
Cuando se trabaja con aplicaciones de medida de la presion pulsatil (tales como la medida ejemplar de la presion arterial pulsatil utilizando un sensor de presion ultrasonico pasivo implantado), el sistema puede utilizar un parametro adicional de la senal para la identificacion del sensor y el centrado del haz. La presion pulsatil cambia la amplitud de la senal de la frecuencia (o frecuencias) de la banda lateral Doppler durante el tiempo de ciclo del pulso. Estos cambios de amplitud de la banda lateral inducidos por la presion pulsatil estan presentes solo en la senal reflejada por las membranas capaces de vibrar del sensor. Maximizar la amplitud de estos cambios de amplitud pulsatil (periodica) pueden utilizarse tambien por el sistema para la identificacion del sensor y para el centrado del haz. Por ello, el operador o usuario del dispositivo pueden escanear el haz interrogante en la zona donde se supone que esta colocado el sensor implantado y buscar la presencia de un componente (o componentes) de banda lateral a la frecuencia (o frecuencias) esperada que tienen una amplitud que vana periodicamente en el tiempo a una velocidad similar a la frecuencia del pulso de la sangre. De acuerdo con una realizacion de la invencion, el componente de banda lateral pulsante se puede detectar visualmente en un dispositivo de visualizacion acoplado al sistema utilizado (tal como, por ejemplo, en la unidad 70 de visualizacion del sistema 50 de la Fig. 5) mediante la identificacion visual de un pico de la frecuencia o frecuencias esperadas de la banda lateral que exhibe una variacion periodica de la amplitud al ritmo de pulsacion aproximada de la presion arterial. El haz interrogante puede entonces ser centrado cambiando cuidadosamente la direccion y/o la orientacion del haz hasta que la amplitud de la banda lateral que vana periodicamente sea maxima.
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Como alternativa, dado que la frecuencia o frecuencias de las frecuencias de excitacion del sensor utilizado son conocidas, el sistema puede buscar automaticamente los componentes de la senal a una o mas de las frecuencias esperadas de la banda lateral y calcular la periodicidad de la variacion de la amplitud de la senal detectada en estos componentes de la frecuencia. Si el sistema detecta tal periodicidad a la frecuencia o frecuencias esperadas, el sistema puede proporcionar al usuario u operador un signo o senal indicativa, como se conoce en la tecnica. Por ejemplo, el sistema puede proporcionar una adecuada senal de sonido (senal de audio) o senal visual como una luz indicadora roja, o similar, cuando se detecta una senal que tiene una periodicidad similar a la frecuencia del pulso de la sangre y una amplitud por encima de un valor umbral predefinido. Los expertos en la tecnica deberan entender que se pueden utilizar muchas permutaciones y variaciones de este procedimiento de deteccion.
Por ello, de acuerdo con una posible realizacion de la presente invencion, los datos del dominio de la frecuencia pueden visualizarse graficamente o presentarse en un dispositivo de visualizacion adecuado (tal como, pero sin limitarse a la unidad 70 de visualizacion del sistema 50 de la Fig. 5) para el operador del sistema 32 o del sistema 50. El grafico del dominio de la frecuencia puede ser continuamente actualizado a medida que nuevas medidas son realizadas por el sistema (por ejemplo, si la medida se repite cada 10 milisegundos, los datos del dominio de la frecuencia pueden ser continuamente actualizados a cualquier frecuencia entre 30-100 Hz en la unidad 70 de visualizacion, pero tambien se pueden utilizar otras frecuencias de actualizacion).
El operador del sistema puede escanear el haz interrogante en la zona donde se pueden situar el sensor o los sensores mientras se observan los cambios en el grafico de dominio de la frecuencia presentado en el dispositivo de visualizacion. Cuando el haz interrogante escaneado es dirigido hacia el sensor o los sensores, la senal de retorno incluira frecuencias desplazadas por efecto Doppler y se observaran picos de las bandas laterales en la presentacion grafica del dominio de la frecuencia. Una vez que se detectan tales bandas laterales con una amplitud por encima de un cierto umbral el operador conoce la posicion aproximada del sensor o de los sensores. Opcionalmente, el operador puede verificar ademas que las senales de las bandas laterales detectadas se originan en el sensor mediante la verificacion de que la amplitud del pico o picos detectados vana periodicamente en el tiempo a una frecuencia que es similar a la frecuencia de pulsacion de la presion arterial. Esta variacion puede ser observada visualmente por el operador ya que, tfpicamente, para la presion arterial de un ser humano la frecuencia del pulso puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,3-1,5 Hz que puede que ser detectada visualmente.
Como alternativa, de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, la velocidad de variacion de la amplitud de la frecuencia o frecuencias de la banda lateral puede ser detectada automaticamente por el sistema. Si la velocidad de variacion de la amplitud cae dentro de un intervalo de velocidades predeterminado o preestablecido o configurado por el usuario, el sistema puede proporcionar automaticamente al usuario una senal o signo apropiado (tal como una senal de audio adecuada y/o una senal visual presentada en la pantalla de una unidad 70 de visualizacion o en cualquier otro dispositivo de interfaz de usuario del sistema, o utilizando cualquier otro signo o senal adecuada conocida en la tecnica, observable por el operador del sistema.
El operador del sistema puede despues escanear cuidadosamente la posicion del haz interrogante para afinar la mejor posicion del haz. La posicion del haz puede ser afinada u optimizada cambiando lentamente la direccion y/o la orientacion del haz hasta que la amplitud del pico o de los picos de las bandas laterales es maximizada. Maximizando la amplitud de la banda lateral el operador puede asegurar una buena relacion de senal a ruido maximizando la energfa recibida a la frecuencia o frecuencias de la banda lateral. Maximizando la amplitud de la frecuencia (o frecuencias) de la banda lateral puede tambien contribuir a mejorar la SNR y, por lo tanto, la precision de la medida y/o la precision del inter-ensayo y/o del intra-ensayo, la repetibilidad y la sensibilidad. Despues del centrado del haz, el operador puede utilizar el sistema para determinar la presion arterial determinando la frecuencia de resonancia del sensor o de los sensores como se ha descrito en detalle en el presente documento y calcular la presion arterial de la frecuencia (o frecuencias) de resonancia determinada.
Por lo tanto, utilizando la informacion disponible en las senales de retorno moduladas por efecto Doppler, es posible detectar la posicion aproximada del sensor y determinar cuando el sensor esta centrado adecuadamente dentro del haz interrogante y el haz esta apropiadamente orientado adecuadamente para obtener buenos resultados de medida.
Los expertos en la tecnica deberan entender que mientras los procedimientos ejemplares descritos anteriormente en el presente documento para la identificacion y deteccion del sensor, y para el centrado del haz se basan en la observacion visual por el operador de la presencia y amplitud del pico o de los picos de la banda lateral, son posibles muchas variaciones y modificaciones de los procedimientos de deteccion del sensor y del posicionamiento del haz. Por ejemplo, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la informacion acerca de la amplitud de la banda lateral puede ser visualizada del dispositivo de visualizacion empleado utilizando varios procedimientos de visualizacion diferentes en lugar de, o ademas de, la representacion grafica del dominio de la frecuencia. Por ejemplo, la amplitud de la banda lateral se puede visualizar como una barra que tiene una altura variable proporcional a la amplitud. Como alternativa, o adicionalmente, la amplitud o amplitudes de las bandas laterales se pueden visualizar numericamente.
De acuerdo aun con otra realizacion de la invencion, pueden utilizarse otros signos tales como signos visuales o signos auditivos, o similares, para notificar al operador acerca de la deteccion del sensor y/o acerca de los
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apropiados centrado y orientacion del haz. Por ejemplo, cuando la amplitud de la frecuencia o frecuencias esperadas de la banda lateral excede un cierto nivel por encima del nivel de ruido promediado, puede activarse un sonido o un signo visual (tal como, por ejemplo, puede encenderse un LED rojo, o similar), o similar, lo que significa que el sensor o los sensores han sido detectados. Procedimientos similares u otros pueden utilizarse como se conoce en la tecnica para indicar al operador o usuario del sistema cuando el haz esta orientado y centrado apropiadamente sobre el sensor o los sensores.
De acuerdo con otra realizacion de la invencion, la deteccion del sensor y el centrado y la orientacion del haz pueden ser parcial o totalmente automatizados utilizando un escaner (no mostrado) de sonda controlable automatizado o robotizado acoplado con el software adecuado para escanear sistematicamente con la sonda ultrasonica y para la deteccion de sensor y para optimizar la orientacion y la direccion del haz y la relacion senal ruido de las medidas, basado en la amplitud de la frecuencia o frecuencias de la banda lateral.
Medidas de presion a diferentes altitudes
Los valores absolutos de la presion arterial dependen de la presion atmosferica en el lugar de la medida. Esta medida se puede realizar en diferentes localizaciones geograficas que pueden estar a diferentes altitudes (en relacion con el nivel del mar) y, por lo tanto, a diferentes presiones atmosfericas absolutas. Mientras que en las localizaciones geograficas al nivel del mar o cerca del nivel del mar la presion arterial se mide tfpicamente en relacion con 1,01-105 Pa (760 torr), otras localizaciones geograficas en altitudes superiores, y, por lo tanto, niveles de presion (barometrica) externa inferiores, pueden dar medidas de valores absolutos de presion arterial significativamente menores.
Tfpicamente, el intervalo de variacion de la presion externa debido a diferentes altitudes sobre el que puedan necesitar realizarse medidas de presion arterial pueden estar entre 8104 Pa-1,20105 Pa (600-900 torr).
Por ello, preferiblemente, el sistema de medida necesita adaptarse a la altitud del lugar. En cada altitud, el sensor debe ser capaz de funcionar a un intervalo de presion diferente que es una pequena parte de la totalidad del intervalo de presion cubierto por el sensor. El sistema puede asf aplicar algoritmos para encontrar el intervalo de baja frecuencia espedfica (frecuencias de excitacion del resonador) optimo para la medida a cualquier altitud espedfica.
Por ejemplo, el sistema puede utilizar primero un haz interrogante que contiene frecuencias seleccionadas en todo el intervalo posible del espectro de frecuencias de excitacion del sensor, y la busqueda de aquellas frecuencias que hacen que el sensor resuene a un intervalo de presion espedfico (comparando las amplitudes de las bandas laterales para estas frecuencias transmitidas). Puede que el sistema perfeccione la busqueda interrogando al sensor utilizando un grupo de frecuencias seleccionadas dentro de un intervalo de frecuencias mas cercano a la frecuencia que se encontro en la primera interrogacion que tiene la maxima amplitud de la banda lateral. Este procedimiento de perfeccionamiento de la busqueda se puede repetir mas de una vez. El sistema puede asf seleccionar un conjunto de frecuencias de excitacion del sensor adecuadas para su empleo a la presion externa particular.
En la practica, puede ser posible realizar medidas de la presion arterial en el intervalo de presion externa requerido utilizando unos cuantos enfoques alternativos. De acuerdo con una posible realizacion de la invencion, el sensor implantado puede tener un intervalo de trabajo de presion extendida para cubrir todas o la mayor parte de las posibles variaciones de la presion externa debidas a la realizacion de las medidas a diferentes altitudes.
De acuerdo con otra realizacion de la invencion, en el paciente se puede implantar varios sensores, y cada sensor puede tener un intervalo de presion de trabajo diferente. Los diferentes intervalos de presion de trabajo de los sensores pueden superponerse para cubrir adecuadamente un intervalo de presion de trabajo deseado.
El sistema de la presente invencion (tal como, pero sin limitarse al sistema 38 o al sistema 50) puede incluir un dispositivo de medida de la presion (tal como, pero sin limitarse a la unidad 37 barometrica de la Fig. 4, o cualquier otro dispositivo de medida de la presion adecuado conocido en la tecnica para la medida de la presion externa) que puede determinar el nivel de presion externa y proporcionar los datos de presion externa al sistema. Estos datos pueden utilizarse por el sistema (tal como, pero sin limitarse al sistema 32 de la Fig. 4) para determinar que es el sensor apropiado para realizar la medida de la presion (si se dispone de multiples sensores). El sistema puede seleccionar, entonces, automaticamente, basandose en los datos medidos de la presion externa, el conjunto apropiado de frecuencias de excitacion del sensor que se utilizaran para la interrogacion del sensor seleccionado.
Si un unico sensor de intervalo amplio es utilizado por el sistema, los datos de la presion externa pueden tambien ser utilizados por el sistema para determinar el conjunto apropiado de frecuencias de excitacion del sensor que se utilizaran con el sensor de intervalo amplio.
La presion externa medida determinada por la unidad 37 barometrica del sistema (o por cualquier otro dispositivo adecuado para determinar la presion externa utilizado por el sistema) tambien se puede utilizar para calcular la presion manometrica. La presion manometrica se puede calcular como la diferencia entre la presion absoluta (referida al vado) y la presion externa medida por el dispositivo de determinacion de la presion externa del sistema (tal como, pero sin limitarse a la unidad 37 barometrica de la Fig. 4). La presion manometrica calculada puede ser
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una manera mas conveniente para la presentacion de los resultados de la medida de la presion del sistema a un medico u otros usuarios del sistema.
Debe senalarse que aunque la mayona de los ejemplos descritos anteriormente en el presente documento estan adaptados para determinar la presion utilizando sensores resonantes sensibles a la presion ultrasonicos pasivos, los procedimientos y sistemas novedosos basados en el efecto Doppler mostrados en el presente documento pueden ser aplicados y adaptados para determinar la frecuencia de resonancia de cualquier tipo de resonador. Asf, el alcance de la presente invencion incluye la utilizacion de un haz sonico que incluye una frecuencia portadora y una o mas frecuencias de excitacion del sensor para determinar la frecuencia de resonancia de cualquier resonador. Los procedimientos y sistemas de la presente invencion pueden, por lo tanto, tambien ser utilizados para determinar la frecuencia de resonancia de resonador que no se utiliza como sensor.
Revision del efecto Doppler
Los modelos matematicos y ffsicos, y el procedimiento para evaluar el desplazamiento Doppler se describen en el presente documento. Las ecuaciones matematicas para el modelo de FM se dan en el APENDICE A adjunto presentado.
Cuando una senal transmitida golpea un objeto en movimiento (tal como, por ejemplo, la membrana capaz de vibrar de un sensor resonante como se ha descrito anteriormente en el presente documento) y se refleja volviendo al origen, la senal de retorno cambia su frecuencia. Esto se conoce como el efecto Doppler.
Si el objeto se mueve alejandose de la fuente, el ciclo de retorno necesita mas tiempo que el ciclo origen, de manera que la frecuencia real sena menor. Si el objeto se mueve en la direccion opuesta la frecuencia de retorno sena mayor.
El cambio en la frecuencia-fDoppler, puede expresarse como:
En la que:
fDoppler -es el desplazamiento Doppler fmod -es la frecuencia de la fuente
c - es la velocidad de propagacion del sonido en el medio v -es la velocidad del objeto 9 -es el angulo entre la senal y el plano del objeto
Dado que c >> v y dado que para un haz casi ortogonal a la superficie del objeto 9 ~ 0, la ecuacion (2) anterior se reduce a la ecuacion (3) siguiente:
Modelo fsico
Cuando se utiliza el procedimiento de efecto Doppler de la presente invencion, son transmitidas al mismo tiempo una frecuencia alta (portadora) y una frecuencia mas baja (de excitacion del resonador). La frecuencia mas baja hace oscilar al resonador o membrana capaz de vibrar del sensor que actua como el objeto en movimiento. La mayor frecuencia portadora no afecta sustancialmente al movimiento de la membrana porque esta muy lejos de la frecuencia de resonancia. La alta frecuencia portadora es por lo tanto modulada por la menor frecuencia de la membrana capaz de vibrar de acuerdo con el fenomeno Doppler.
La frecuencia de resonancia de la membrana cambia de acuerdo con la presion arterial. Para una determinada frecuencia de excitacion del sensor que tiene una amplitud determinada, los cambios en la frecuencia de resonancia del sensor vanan la amplitud de las oscilaciones de la membrana en respuesta a la frecuencia de excitacion. Por lo tanto, la amplitud medida en frecuencias desplazadas por efecto Doppler cambia tambien de acuerdo con la variacion de la presion.
Modelo matematico
fbaja -es la frecuencia baja (de excitacion del resonador)
fmod -es la frecuencia alta (portadora)
fDoppler -es el desplazamiento Doppler de la frecuencia
fDoppler max -es el maximo desplazamiento Doppler de la frecuencia
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Asensor - es la amplitud maxima de la membrana capaz de vibrar (del resonador o sensor). Asensor depende de la diferencia entre la frecuencia de resonancia del sensor y la baja frecuencia utilizada para la excitacion de la membrana capaz de vibrar (u otra parte resonante del sensor).
x(t) - es el punto de maxima deformacion de la membrana en funcion del tiempo (veanse las Fig. 1A-1C).
(4) x(t) — Asensor (fresonancia-fbajaj' COS (Wbaja't)
en la que,
Wbaja - es la frecuencia angular (en radianes por unidad de tiempo) de la frecuencia baja (de excitacion del resonador).
v(t) - es la velocidad de la membrana en funcion del tiempo. c = 1.540 (m/s) d x
V(t) — Asensor ' wbaja ' sen(wbajamt )
dt
2v
(5) fDoppler — fmod ' ------------
c
El maximo desplazamiento de frecuencia por efecto Doppler fDoppler max se da como:
2vmax
(6) fDoppler max — fmod ' ------------
c
(7) f(t = fmod + fDopplermax ' sen(Wbaja ■ t)
(8) w(t = wmod + WDoppler max ' sen(wbaja ■ t)
wDoppler max
(9) $(t) — wmod ■ t--------------------■ Cos(wbaja ■ t)
wbaja
(10) y(t) = Ay ■ cos(4>) en donde,
fDoppler max es la frecuencia de maximo desplazamiento Doppler vmax es la velocidad maxima de la membrana capaz de vibrar f(t) es la frecuencia temporal de la senal devuelta w(t) es la frecuencia angular temporal de la senal devuelta wmod es la frecuencia portadora angular
wDoppiermax es la maxima frecuencia Doppler angular temporal (en radianes por unidad de tiempo).
(j>(t) es la fase temporal de la senal devuelta
y(t) es la senal modulada; y Ay es la amplitud de la senal modulada
Calculo ejemplar
Un calculo ejemplar de los efectos Doppler puede hacerse utilizando valores ejemplares espedficos (y no limitativos) de los parametros. Si se seleccionan los siguientes valores:
fbaja — 50 kHz, fmod — 5 MHz, Asensor — 1 micrometro, y c — 1.540 (m/s)
Entonces,
2Vmax
(11) fDoppler max = fmod '-------------------------
C
2 • Asensor ■ Wbaja 5 ■ 10® ■ 2- 10-6 ■ 2 ■ % ■ 50 ■ 10®
5 _ fmod '
c 1.540
= 2,04 kHz
Por ello, el maximo desplazamiento de la frecuencia debido al desplazamiento Doppler es de 2,04 kHz Referencias de interes
10 1. "Communications systems" (4a edicion) de Simon Haykin, publicada por John Williams & Sons, 2001.
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Apendice A
Ecuaciones del modelo matematico que utilizan el modelo de FM
Af
P =-------
fm
y(t) = A cos(wo t+fa(t)) = A cos(Q(t)) fat) =P sen(wm t)
9(t) = Wo t+fat) dfa
W(t)= Wo +---------= Wo+ P Wm COS(Wm t) = Wo + 2nAf COS(Wm t)
d t
y(t) = A cos(Wo t+p sen(Wm t)) =
= A[cos(P sen(Wm t))* cos(Wo t) - sen(P sen(Wm t))* sen(Wo t)]
Puede observarse en la referencia de Simon Haykin citada anteriormente que para la banda estrecha de FM (p<<1) y(t) = A[cos(Wo t) - p sen(Wm t) * sen(Wo t)] y
A(wo + Wm) p
A( wo) 2
Donde 4nAfo
P =-------
c
en donde,
A(wo) - es la Amplitud de la onda portadora
A(wo + wm) - es la amplitud de la frecuencia lateral
P es el mdice de modulacion
Af es la desviacion de la frecuencia
fm es la frecuencia de modulacion
fo es la frecuencia portadora
Wm es la frecuencia angular de modulacion
Wo es la frecuencia angular portadora
W(t) es la frecuencia angular temporal
y(t) es la senal de FM en funcion del tiempo
A es la amplitud de la senal de FM
Claims (122)
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REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para determinar la frecuencia de resonancia de un sensor ultrasonico pasivo que tiene al menos un miembro capaz de vibrar, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
someter dicho sensor a un haz sonico que tiene una o mas frecuencias de excitacion del sensor para excitar vibraciones de dicho al menos miembro capaz de vibrar y una frecuencia portadora capaz de ser frecuencia modulada por vibraciones de dicho al menos miembro capaz de vibrar, dicha frecuencia portadora es mayor que dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor; recibir senales de retorno de dicho sensor; y
procesar dichas senales de retorno para obtener una representacion del dominio de la frecuencia de dichas senales de retorno que comprenden uno o mas picos de amplitud de la banda lateral a una o mas frecuencias que representan frecuencias con desplazamiento por efecto Doppler de dicha frecuencia portadora; determinar los valores de amplitud de dichos uno o mas picos de amplitud de la banda lateral a dichas frecuencias desplazadas por efecto Doppler para obtener un conjunto de puntos de datos de amplitud y frecuencia; y
calcular a partir de dicho conjunto de puntos de datos de amplitud y frecuencia la frecuencia de resonancia de dicho sensor.
2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dichas frecuencias de excitacion del sensor son frecuencias en las proximidades de la frecuencia de resonancia de dicho sensor.
3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dicha etapa del proceso comprende las etapas de:
procesar dichas senales de retorno para determinar para cada frecuencia de excitacion de dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor al menos la amplitud de al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler de dicha frecuencia portadora para obtener un conjunto de puntos de datos de amplitud y frecuencia; y
calcular a partir de dicho conjunto de puntos de datos de amplitud y frecuencia la frecuencia de resonancia dicho sensor.
4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 3 que comprende ademas la etapa de detectar la presencia de dicho sensor ultrasonico pasivo dentro de dicho haz sonico basado en la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler de dicha frecuencia portadora.
5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4 en el que dicha etapa de deteccion comprende proporcionar una senal que indica la presencia de dicho sensor ultrasonico pasivo en dicho haz sonico cuando la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler supera un valor umbral.
6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 5 en el que dicha etapa de deteccion se realiza automaticamente.
7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4 en el que dicha etapa de deteccion comprende proporcionar a un usuario que realiza dicho procedimiento una senal indicativa de la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler.
8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 7 en el que la senal indicativa de la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler se selecciona entre una senal auditiva, una senal visual y combinaciones de las mismas.
9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 7 en el que la senal indicativa de la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler se selecciona entre
una senal visual que representa la variacion en tiempo real, de una representacion de dominio de la frecuencia de dichas senales de retorno,
una senal visual que representa la variacion en tiempo real de la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler,
una senal visual representada cuando la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler supera un nivel umbral,
una senal de audio que tiene una caractenstica variable perceptible que esta correlacionada con la variacion de la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler, y una senal de audio iniciada cuando la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler supera un nivel umbral.
10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 3 que comprende ademas la etapa de centrado de dicho haz sonico sobre dicho sensor basado en la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler de dicha frecuencia portadora.
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11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 10 en el que dicha etapa de centrado comprende redirigir dicho haz sonico para maximizar la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler.
12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11 en el que dicha redireccion comprende redirigir automaticamente dicho haz sonico para maximizar la amplitud de dicho al menos un componente de frecuencia desplazada por efecto Doppler.
13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dichos uno o mas picos de amplitud de la banda lateral comprende una pluralidad de picos de amplitud de la banda lateral y en el que la etapa de procesar comprende las etapas de:
procesar dichas senales de retorno para obtener una representacion del dominio de la frecuencia de dichas senales de retorno que comprenden una pluralidad de picos de amplitud de la banda lateral a una pluralidad de frecuencias que representan frecuencias desplazadas por efecto Doppler de dicha frecuencia portadora; determinar los valores de amplitud de dicha pluralidad de picos de amplitud de la banda lateral a dichas frecuencias desplazadas por efecto Doppler para obtener un conjunto de puntos de datos de amplitud y frecuencia; y
calcular a partir de dicho conjunto de puntos de datos de amplitud y frecuencia la frecuencia de resonancia de dicho sensor.
14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dicha etapa de calculo comprende ajustar una curva a dicho conjunto puntos de datos de amplitud y frecuencia y calcular la frecuencia de resonancia de dicho sensor como la frecuencia de dicha curva a la que la amplitud de dicha curva tiene un maximo.
15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dicha etapa de calculo comprende calcular la frecuencia de resonancia de dicho sensor como la frecuencia de dicho conjunto de puntos de datos de amplitud y frecuencia que tienen amplitud maxima.
16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que para cada frecuencia de dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor, el valor pico de la amplitud se obtiene a partir de la amplitud de al menos una banda lateral del dominio de la frecuencia asociada con la frecuencia de excitacion del sensor mediante una etapa seleccionada entre las etapas de:
calcular el pico de la amplitud como la amplitud de la banda lateral de una sola banda lateral seleccionada del par de bandas laterales asociadas con cada frecuencia de excitacion del sensor,
calcular el pico de la amplitud como una amplitud media de la banda lateral calculando la media aritmetica del par de bandas laterales asociadas con cada frecuencia de excitacion del sensor,
calcular el pico de la amplitud como una amplitud media de la banda lateral calculando la media geometrica del par de bandas laterales asociadas con cada frecuencia de excitacion del sensor.
17. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dicho haz sonico se selecciona de un haz de onda continua, de un haz de chirrido y de un haz que tiene al menos una rafaga de frecuencia.
18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 17 en el que dicho haz sonico comprende una pluralidad de rafagas de frecuencias sonicas y en el que dichas rafagas de frecuencia se seleccionan de una pluralidad de rafagas de frecuencias contiguas y una pluralidad de rafagas de frecuencia separadas por penodos de tiempo de silencio.
19. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 17 en el que dicho haz sonico comprende una pluralidad de rafagas de frecuencias sonicas y en el que dichas rafagas de frecuencias se seleccionan de rafagas que tienen la misma duracion de la rafaga y rafagas que tienen diferentes duraciones de la rafaga.
20. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 17 en el que dicho haz sonico comprende una pluralidad de rafagas de frecuencias sonicas y en el que todas las frecuencias de excitacion del sensor de dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor estan incluidas en cada rafaga de dicha pluralidad rafagas sonicas.
21. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 17 en el que dicho haz sonico comprende una serie secuencial
de rafagas de frecuencia sonica y en el que cada rafaga de dicha serie de rafagas de frecuencias sonicas
comprende una unica frecuencia de excitacion del sensor diferente de dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor, dicha serie de rafagas sonicas incluye todas las frecuencias de excitacion del sensor de dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor requeridas para realizar una sola medida de dicha frecuencia de resonancia.
22. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 21 en el que dicha frecuencia portadora de dicho haz sonico se selecciona de una frecuencia portadora transmitida de forma continua y una frecuencia portadora pulsada.
23. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 17 en el que dicho haz sonico comprende una serie secuencial
de rafagas de frecuencia sonica y en el que una sola rafaga de dicha serie de rafagas de frecuencias sonicas
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comprende un subgrupo de frecuencia de excitacion del sensor de dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor, dicha serie de rafagas sonicas incluye todas las frecuencias de excitacion del sensor de dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor requeridas para realizar una sola medida de dicha frecuencia de resonancia.
24. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 23 en el que dicha frecuencia portadora de dicho haz sonico se selecciona de una frecuencia portadora transmitida de forma continua y una frecuencia portadora pulsada.
25. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 17 en el que dicho haz sonico comprende una onda continua a dicha frecuencia portadora y una o mas rafagas de frecuencias sonicas cada rafaga de dichas una o mas rafagas de frecuencia incluye una o mas frecuencias de excitacion del sensor.
26. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 17 en el que dicho haz sonico comprende una o mas rafagas sonicas de frecuencia teniendo cada rafaga una duracion de la rafaga que incluye dicha frecuencia portadora y al menos una frecuencia de excitacion del sensor, y en el que dichas senales de retorno se muestrean solo dentro de parte de dicha duracion de la rafaga.
27. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 17 en el que dicho haz sonico comprende una o mas rafagas de frecuencia sonica teniendo cada rafaga una duracion de la rafaga que incluye dicha frecuencia portadora y al menos un frecuencia de excitacion del sensor, y en el que dichas senales de retorno son muestreadas para obtener los datos muestreados, en el que solo una parte de datos muestreados correspondientes a una parte de dicha duracion de la rafaga es procesada en dicha etapa de procesamiento.
28. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 17 en el que la medicion de un solo punto de presion comprende transmitir una sola rafaga de frecuencia sonica que incluye dicha frecuencia portadora y dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor.
29. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dicho haz sonico se selecciona de un haz de sonidos y de un haz de ultrasonidos.
30. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dicho sensor es un sensor de presion resonante.
31. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dicho sensor es un sensor de presion resonante dispuesto en un entorno de medida de la presion que tiene una presion variable en dicho lugar, la frecuencia de resonancia de dicho sensor de presion vana con la presion en dicho entorno de medida .
32. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho sensor resonante ultrasonico pasivo es un sensor de presion calibrable.
33. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 31, en el que dicha etapa de procesamiento incluye ademas la etapa de determinar la presion en dicho entorno de medida a partir de la frecuencia de resonancia determinada de dicho sensor de presion resonante.
34. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 33, en el que dicha etapa de determinar la presion en dicho entorno de medida comprende calcular dicha presion a partir de dicha frecuencia de resonancia utilizando los datos de calibracion de dicho sensor de presion resonante.
35. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 34, en el que los dichos datos de calibracion se seleccionan de:
una tabla de consulta que incluye valores de frecuencia de resonancia de dicho sensor y los valores de presion correspondientes a los que dichos valores de frecuencia de resonancia fueron determinados empmcamente, y una funcion de calibracion calculada para calcular valores de presion a partir de valores determinados de dicha frecuencia de resonancia.
36. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 31, que incluye ademas la etapa de determinar la presion barometrica externa en la zona en la que se realiza la medida.
37. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 36, que incluye ademas la etapa de seleccionar a partir de una pluralidad de sensores dispuestos en un entorno de medida y que tiene varios diferentes intervalos de trabajo de la presion, un sensor apropiado para realizar una medida de presion en dicho entorno de medida de la presion, basado en dicha presion barometrica externa.
38. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 36, en el que dicho sensor de presion resonante es un sensor de presion resonante de amplio intervalo, y en el que dicho procedimiento incluye ademas la etapa de determinar un conjunto de frecuencias de excitacion del sensor para ser utilizadas en dicho haz sonico, basado en dicha presion barometrica externa.
39. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 36, que incluye ademas la etapa de seleccionar automaticamente, basado en dicha presion barometrica externa, un conjunto de frecuencias de excitacion del sensor
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para ser utilizadas en dicho haz sonico.
40. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho haz sonico comprende una pluralidad de penodos de medida, cada penodo de medida de dicha pluralidad de penodos de medida comprende una o mas rafagas de frecuencia, y en el que la pluralidad de las frecuencias de excitacion del sensor incluidas en dichas una o mas rafagas de frecuencia es identica en todos dichos penodos de medida.
41. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que dicho haz sonico comprende una pluralidad de penodos de medida secuenciales, cada penodo de medida de dicha pluralidad de penodos de medida comprende una o mas rafagas de frecuencia, y en el que la pluralidad de frecuencias de excitacion del sensor incluidas en dichas una o mas rafagas de frecuencia vana para los diferentes penodos de medida de dicha pluralidad de penodos de medida.
42. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 41 en el que dicho sensor es un sensor de presion resonante dispuesto en un entorno de medida que tiene una presion variable en dicho lugar, la frecuencia de resonancia de dicho sensor de presion vana con la presion en dicho entorno de medida, y en el que los valores de frecuencia de las frecuencias de excitacion del sensor incluidas en la presente penodo de medida se determinan basado en un valor previsto de la frecuencia de resonancia de dicho sensor de presion para el penodo de medida que sigue al penodo actual de medida.
43. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 42 en el que dicha presion variable es una presion que vana periodicamente que tiene una pluralidad de ciclos, y en el que dicho valor previsto de dicha frecuencia de resonancia se determina basado en datos de ensayo obtenidos en medidas que preceden al momento de la determinacion de dicho valor previsto.
44. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 43 en el que dichos datos de ensayo comprende datos obtenidos por medidas de la frecuencia de resonancia de dicho sensor en medidas que preceden al momento de la determinacion de dicho valor previsto.
45. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 44 en el que dichos datos de ensayo comprenden datos obtenidos al realizar una pluralidad de medidas utilizando un conjunto fijo de frecuencias de excitacion del sensor antes de obtener dicho valor previsto de la frecuencia de resonancia de dicho sensor de presion.
46. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 44 en el que dichos datos de ensayo comprenden datos obtenidos a partir de una pluralidad de ciclos de datos de frecuencia de resonancia del sensor determinados en una pluralidad de dichos ciclos.
47. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 46 en el que dichos datos de ensayo comprende datos seleccionados de:
datos que representan el intervalo de valores de frecuencia de resonancia del sensor obtenidos en medidas tomadas en puntos de tiempo similares dentro de cada ciclo de los dichos ciclos de la pluralidad, datos que representan la frecuencia media de resonancia del sensor obtenida para todas las medidas tomadas en puntos tiempos similares dentro de cada ciclo de dicha pluralidad de ciclos, y
datos que representan la media y la desviacion estandar de la frecuencia de resonancia del sensor obtenida para todas las medidas tomadas en un tiempo similar dentro de cada ciclo de dicha pluralidad de ciclos.
48. Un sistema para determinar la frecuencia de resonancia de un sensor (10; 20) ultrasonico pasivo que tiene al menos un miembro (12A; 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H) capaz de vibrar, comprendiendo el sistema:
medios (34, 36, 52, 62) de transmision configurados para dirigir hacia dicho sensor (10; 20) un haz sonico que comprende una o mas frecuencias de excitacion del sensor y una frecuencia portadora mayor que dichas una o mas frecuencias de excitacion;
medios (39) de recepcion configurados para recibir senales de retorno de dicho sensor (10; 20); y medios (38; 68) de procesamiento acoplados operativamente a dichos medios (34, 36, 52, 62) de transmision y a dichos medios (39) de recepcion, dichos medios (38; 68) de procesamiento estan configurados para el procesamiento de dichas senales para obtener datos que representan la amplitud en el dominio de las frecuencias de dichas senales a frecuencias que representan componentes de frecuencia de la banda lateral desplazada por efecto Doppler de dicha frecuencia portadora y para determinar la frecuencia de resonancia de dicho sensor (10; 20) a partir de dichos datos.
49. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que dichos medios (38; 68) de procesamiento estan configurados para controlar el funcionamiento de dichos medios (34, 36, 52, 62) y dichos medios (39) de recepcion.
50. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que dichos medios de transmision comprenden al menos una unidad (36) de generacion de frecuencia acoplada operativamente a al menos una unidad (34; 62) de transductor para generar dicho haz sonico.
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51. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que dichos medios (39) de recepcion comprenden al menos una unidad (62) de transductor para recibir senales de retorno de dicho sensor (10; 20).
52. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 51 en el que los dichos medios de procesamiento (38; 68) se seleccionan de al menos una unidad de procesamiento, al menos una unidad de control, y al menos una unidad de procesamiento y control.
53. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que dicho sistema comprende ademas medios (37) de determinacion de la presion para determinar el nivel de presion externa en las proximidades de dicho sistema.
54. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que dicho sistema comprende ademas medios (35) de interfaz seleccionados a partir de medios para permitir a un usuario controlar dicho sistema, medios para presentar los datos a un operador o usuario de dicho sistema, y una combinacion de los mismos.
55. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que:
dichos medios (34, 36) de transmision comprenden una unidad (62) transmisora configurada para dirigir a dichos miembros (12A; 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F, 29G, 29H) capaces de vibrar un haz sonico que comprende una o mas frecuencias de excitacion del sensor y una frecuencia portadora mayor que dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor;
dichos medios de recepcion comprenden una unidad (39) receptora configurada para recibir senales de retorno de dicho sensor; y
dichos medios de procesamiento comprenden una unidad (38; 68) de procesamiento acoplada operativamente a dicha unidad transmisora y a dicha unidad receptora, dicha unidad de procesamiento esta configurada para el procesamiento de dichas senales para obtener datos que representan la amplitud de dichas senales a frecuencias que representan componentes de frecuencia desplazada por efecto Doppler de dicha frecuencia portadora y para determinar la frecuencia de resonancia de dicho sensor (10; 20) a partir de dichos datos.
56. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicho sensor es un sensor (10; 20) de presion ultrasonico pasivo capaz de vibrar dispuesto en un entorno de medida y en el que dicha unidad (38; 68) de procesamiento esta configurada para determinar la presion en dicho entorno de medida a partir de dicha frecuencia de resonancia.
57. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55, en el que dicha unidad (38; 68) de procesamiento esta configurada para determinar la presion externa en la zona en la que se realiza la medida.
58. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 57, en el que dicha unidad (38; 68) de procesamiento esta configurada para seleccionar a partir de una pluralidad de sensores dispuestos en un entorno de medida y que tiene varios intervalos de trabajo de presion diferentes, un sensor apropiado para realizar una medida de presion en dicho entorno de medida de la presion, basado en dicha presion externa.
59. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 57, en el que dicho sensor (10; 20) de presion resonante es un sensor de presion resonante de amplio intervalo, y en el que dicha unidad (38; 68) de procesamiento esta configurada para determinar un conjunto de frecuencias de excitacion del sensor para ser utilizadas en dicho haz sonico, basado en dicha presion externa.
60. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 57, en el que dicha unidad (38; 68) de procesamiento esta configurada para seleccionar automaticamente, basada en dicha presion externa, un conjunto de frecuencias de excitacion del sensor para ser utilizadas en dicho haz sonico.
61. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicha unidad (38; 68) de procesamiento esta configurada para controlar el funcionamiento de dicha unidad transmisora y de dicha unidad receptora.
62. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicha unidad transmisora y dicha unidad receptora estan incluidas en una unidad (34; 62) transceptora acoplada operativamente a dicha unidad (38; 68) de procesamiento.
63. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicha unidad transmisora comprende:
una unidad (36; 52) de generacion de frecuencias para generar dicha frecuencia portadora y dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor, y
una unidad (34; 62) de transductores acoplada operativamente a dicha unidad (36; 52) de generacion de frecuencias para transmitir dicho haz sonico.
64. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 63 en el que dicha unidad (36; 52) de generacion de frecuencia comprende:
una unidad (54) de generacion de alta frecuencia para generar dicha frecuencia portadora, y
una unidad (56) de generacion de baja frecuencia para generar dichas una o mas frecuencias de excitacion del
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sensor.
65. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 63 en el que dicha unidad (34; 62) de transductores comprende una o mas unidades de transductores seleccionados de transductores piezoelectricos, transductores electromecanicos, transductores electromagneticos, transductores capacitivos, transductores electro-magneto-mecanicos y cualquiera de sus combinaciones.
66. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 65 en el que dichas una o mas unidades (62) de transductores comprenden uno o mas transductores piezoelectricos seleccionados de transductores piezoelectricos de un solo elemento, transductores piezoelectricos de multiples elementos, transductores piezoelectricos anidados, transductores piezoelectricos concentricos coaxiales, matrices progresivas de transductores piezoelectricos, y cualquier combinacion de los mismos.
67. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 65 en el que dichas una o mas unidades (62) de transductores comprenden un transductor capacitivo de banda ancha para la transmision de dicha frecuencia portadora y de dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor.
68. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 65 en el que dichas una o mas unidades (62) del transductor comprenden un primer transductor (62B) piezoelectrico para la transmision de dicha frecuencia portadora y un segundo transductor (62A) piezoelectrico para transmitir dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor.
69. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 63 en el que dicha unidad (36; 52) de generacion de frecuencia esta configurada para generar cualquier frecuencia seleccionada a partir de dicha frecuencia portadora y dichas una o mas frecuencias de excitacion del sensor, en una forma seleccionada a partir de una frecuencia de onda continua, uno o mas pulsos de frecuencia, una o mas rafagas de frecuencia que incluyen una pluralidad de diferentes frecuencias y uno o mas barridos de frecuencia de chirridos.
70. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicha unidad (39) receptora comprende un receptor de modulacion de la frecuencia.
71. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 70 en el que dicho receptor de modulacion de frecuencia se selecciona de una unidad receptora de banda base y de una unidad receptora de frecuencia intermedia.
72. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicha unidad (39) receptora comprende al menos un transductor de recepcion para recibir dichas senales de retorno y para proporcionar una senal de salida que representa dichas senales de retorno.
73. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 72 en el que dicha unidad (39) receptora comprende ademas una unidad (64) de extremo frontal analogico acoplada operativamente a dicho al menos un transductor de recepcion para recibir dicha senal de salida desde dicho al menos un transductor de recepcion y para el procesamiento de dicha senal de salida para proporcionar una senal de salida analogica procesada, y una unidad (66) transformadora de analogico a digital acoplada operativamente a dicha unidad (64) del extremo frontal analogico y a dicha unidad (68) de procesamiento para digitalizar dicha senal de salida analogica procesada y para proporcionar una senal digitalizada a dicha unidad (68) de procesamiento.
74. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 73 en el que dicha unidad (64) del extremo frontal analogico esta configurada para el procesamiento de la senal de salida recibida de dicho al menos un transductor de recepcion, en el que dicho procesamiento se selecciona de filtrar la senal recibida para eliminar el ruido y los componentes de frecuencia no deseados, amplificar la senal recibida para proporcionar una senal amplificada, mezclar la senal con una senal de referencia para proporcionar una senal analogica mixta, filtrar dicha senal analogica mixta para eliminar los componentes de la frecuencia no deseados de dicha senal analogica mixta para proporcionar una senal analogica de conversion descendente, amplificar dicha senal analogica de conversion descendente, y combinaciones de las mismas.
75. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 72 en el que dicha unidad receptora comprende ademas una unidad (66) de conversion analogica a digital acoplada operativamente a dicho al menos un transductor de recepcion para la digitalizacion de la senal recibida desde dicha al menos una unidad de transductor de recepcion para proporcionar una senal digitalizada.
76. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicha unidad (39) de recepcion esta configurada para la conversion descendente de la senal recibida desde dicho al menos un transductor de recepcion para proporcionar una senal convertida descendente.
77. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 76 en el que dicha unidad (39) de recepcion esta configurada para procesar dicha senal convertida descendente para eliminar componentes de la frecuencia no deseados de allf para proporcionar una senal convertida descendente filtrada.
78. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 77 en el que dicha unidad (39) receptora esta configurada para
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amplificar dicha senal convertida descendente filtrada para proporcionar una senal convertida descendente filtrada amplificada.
79. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicho sistema comprende ademas una unidad (74) de sincronizacion acoplada operativamente a dicha unidad transmisora y dicha unidad receptora, para sincronizar el funcionamiento de dicha unidad transmisora y de dicha unidad receptora.
80. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 79 en el que dicha unidad (74) de sincronizacion esta acoplada operativamente a dicha unidad (38; 68) de procesamiento.
81. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 79 en el que dicha unidad (74) de sincronizacion esta configurada para recibir una senal de sincronizacion externa.
82. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicho sistema esta configurado para condicionar dichas senales para proporcionar a dicha unidad (38; 68) de procesamiento con una senal condicionada.
83. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 82 en el que dicho sistema esta configurado para condicionar dichas senales realizando sobre dichas senales una o mas operaciones seleccionadas de pre-amplificacion, filtrado del paso de banda, multiplicacion por una senal de referencia, filtrado de paso bajo, filtrado de muesca, amplificacion y combinaciones de los mismos.
84. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 82 en el que dicho sistema esta configurado para condicionar dichas senales realizando sobre dichas senales los procedimientos de filtrado de paso de banda, pre-amplificacion, filtrado de paso de banda, multiplicacion por una senal de referencia, filtrado de paso bajo, filtrado de muesca y amplificacion.
85. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 84 en el que dichos procedimientos se realizan sobre dichas senales en el orden citado en la reivindicacion 84.
86. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicho sistema esta configurado para procesar dichas senales para obtener datos digitalizados, y realizar sobre dichos datos digitalizados una transformada de Fourier digital para obtener los datos de dominio de la frecuencia que representan la amplitud de la senal como una funcion de la frecuencia.
87. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicha unidad (38; 68) de procesamiento comprende al menos una unidad seleccionada de un ordenador, un microordenador, un microprocesador, un procesador digital, un procesador de senales digitales, una unidad microcontroladora, una unidad controladora, un ordenador personal, un puesto de trabajo, un miniordenador, un ordenador conectado a la red, un ordenador central, una configuracion del procesador distribuida, una configuracion informatica en racimo, y combinaciones de los mismos.
88. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicho sistema esta configurado como parte de un sistema medico de formacion de imagenes por ultrasonidos.
89. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 que comprende ademas una unidad (66) convertidora de analogico a digital de una gran intervalo dinamico conectada operativamente a dicha unidad receptora para recibir una senal analogica desde dicha unidad receptora, dicha unidad (66) de conversion de analogica a digital esta conectada operativamente a dicha unidad (38; 68) de procesamiento y esta configurada para digitalizar dicha senal analogica para proporcionar una senal digitalizada a dicha unidad (38; 68) de procesamiento.
90. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicho sistema comprende ademas una unidad (64) del extremo frontal analogico y una unidad (66) de conversion de analogico a digital, dicha unidad (64) del extremo frontal analogico esta operativamente conectado a dicha unidad (39) receptora para recibir senales desde allf, dicha unidad (64) del extremo frontal analogico esta operativamente conectada a dicha unidad (66) de conversion de analogico a digital, y esta configurada para proporcionar una senal de salida analogica condicionada a dicha unidad (66) de conversion de analogica a digital, dicha unidad (66) de conversion de analogico a digital esta conectada operativamente a dicha al menos una unidad (38; 68) de procesamiento para proporcionar una senal digitalizada a la misma.
91. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 90 en el que dicha unidad (64) del extremo frontal analogico comprende una unidad (87) de conversion descendente para la conversion descendente de las senales recibidas de dicha unidad (39) receptora.
92. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 91 en el que dicha unidad (87) de conversion descendente de la frecuencia comprende una unidad (86) mezcladora configurada para recibir una senal analogica, y una fuente (88) de senal de referencia conectada operativamente a dicha unidad (86) mezcladora para proporcionar una senal de referencia a dicha unidad (86) mezcladora, dicha unidad (86) mezcladora esta configurada para mezclar dicha senal analogica con dicha senal de referencia.
93. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 92 en el que dicha unidad (64) del extremo frontal analogico
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comprende al menos una unidad (81) de acondicionamiento de la senal conectada operativamente a dicha unidad (39) receptora para recibir senales desde dicha unidad (39) receptora, dicha al menos una unidad (81) de acondicionamiento esta conectada operativamente a dicha unidad (86) mezcladora para proporcionar una senal condicionada a dicha unidad (86) mezcladora.
94. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 93 en el que dicha al menos una unidad (81) de acondicionamiento de la senal comprende al menos una unidad (80, 84, 90, 92) de filtro para filtrar las senales recibidas desde dicha unidad (39) receptora y al menos una unidad (82, 94) amplificadora.
95. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 94 en el que dicha al menos una unidad de filtro comprende una primera unidad (80) de filtro de paso de banda conectada operativamente a dicha unidad (39) receptora y a dicha al menos una unidad (82) amplificadora, y una segunda unidad (84) de filtro de paso de banda conectada operativamente a dicha al menos una unidad (82) amplificadora para filtrar la salida de dicha al menos una unidad (82) amplificadora, dicha segunda unidad (84) de filtro de paso de banda esta conectada operativamente a dicha unidad (86) mezcladora.
96. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 92 en el que dicha unidad (64; 64A) del extremo frontal analogico comprende una unidad (91) de acondicionamiento de la senal despues del mezclado conectada operativamente a dicha unidad (86) mezcladora para recibir senales desde dicha unidad (86) mezcladora, dicha unidad (91) de acondicionamiento de la senal despues del mezclado esta conectada operativamente a dicha unidad (66) de conversion de analogico a digital para proporcionar una senal de conversion descendente a dicha unidad (66) de conversion analogico a digital.
97. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 96 en el que dicha unidad (91) de acondicionamiento de la senal despues del mezclado comprende una unidad de filtro seleccionado de un filtro de paso bajo, un filtro de muesca y una combinacion de los mismos.
98. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 97 en el que dicha unidad (91) de acondicionamiento de la senal despues de la mezcla comprende tambien un amplificador acoplado operativamente a la unidad de filtro de dicha unidad (87) de conversion descendente.
99. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 90 en el que dicha unidad (64) del extremo frontal analogico comprende
una primera unidad (80) de filtro conectada operativamente a dicha unidad (39) receptora para filtrar las senales de filtrado recibidas de dicha unidad (39) receptora para proporcionar una primera senal filtrada, una primera unidad (82) amplificadora conectada operativamente a dicha primera unidad (80) de filtro para amplificar dicha primera senal filtrada para proporcionar una primera senal amplificada,
una segunda unidad (84) de filtro conectada operativamente a dicha primera unidad (82) amplificadora para filtrar
dicha primera senal amplificada para proporcionar una segunda senal filtrada,
una fuente (88) de alta frecuencia para proporcionar una senal de referencia de alta frecuencia,
una unidad (86) mezcladora conectada operativamente a dicha segunda unidad (84) de filtro para recibir dicha
segunda senal filtrada desde allf, dicha unidad (86) mezcladora esta conectada operativamente a dicha fuente
(88) de alta frecuencia para recibir dicha senal de referencia de alta frecuencia desde allf, dicha unidad (86)
mezcladora esta configurada para mezclar dicha segunda senal filtrada con dicha senal de referencia de alta
frecuencia para proporcionar una senal de salida convertida descendente,
un tercer filtro (90) conectado operativamente a dicha unidad (86) mezcladora para filtrar dicha senal convertida descendente para producir una tercera senal filtrada,
una cuarta unidad (92) de filtro conectada operativamente a dicha tercera unidad (90) de filtro para filtrar dicha tercera senal filtrada para proporcionar una cuarta senal filtrada, y
una segunda unidad (94) amplificadora conectada operativamente a dicha cuarta unidad (92) de filtro para amplificar dicha cuarta senal filtrada, dicha segunda unidad (94) amplificadora esta conectada operativamente a dicha unidad (66) de conversion de analogico a digital para proporcionar dicha salida analogica condicionada a la misma.
100. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 99 en el que dicho primer filtro (80) y dicho segundo filtro (84) son filtros de paso de banda, dicho tercer filtro (90) es un filtro de paso bajo, y dicho cuarto filtro (92) es un filtro de muesca.
101. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicho sistema comprende ademas medios (37) de determinacion de la presion para determinar el nivel de presion externa en las proximidades de dicho sistema.
102. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicho sistema comprende ademas una unidad (37) de barometro acoplada operativamente a dicha unidad (38; 68) de procesamiento para determinar el nivel de presion barometrica y para proporcionar dicha unidad (38; 68) de procesamiento con una senal representativa de dicho nivel de presion barometrica.
103. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 55 en el que dicho sistema comprende ademas una interfaz (35) de
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usuario.
104. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 103 en el que dicha interfaz (35) de usuario se selecciona de al menos una interfaz de usuario para permitir que un usuario controle dicho sistema, al menos una interfaz (70) de usuario para presentar informacion a un usuario de dicho sistema, y una combinacion de los mismos.
105. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que dicho sistema esta configurado para llevar a cabo una serie de medidas secuenciales, cada medida de dicha pluralidad de medidas comprende una o mas rafagas de frecuencia de dicho haz sonico y cada rafaga de frecuencia incluye una frecuencia portadora y una pluralidad de frecuencias de excitacion del sensor, y en el que la pluralidad de frecuencias de excitacion del sensor incluidas en dichas una o mas rafagas de frecuencia vana en las diferentes medidas de dicha serie de medidas secuenciales.
106. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 105 en el que dicho sensor (10; 20) ultrasonico pasivo es un sensor de presion resonante dispuesto en un entorno de medida que tiene una presion variable en dicho lugar, la frecuencia de resonancia de dicho sensor (10; 20) de presion vana con la presion en dicho entorno de medida, y en el que los valores de frecuencia de las frecuencias de excitacion del sensor incluidas en una medida actual se determinan basadas en un valor previsto de la frecuencia de resonancia de dicho sensor de presion para la medida que sigue a dicha medida actual.
107. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 106 en el que dicha presion variable es una presion que vana periodicamente que tiene una pluralidad de ciclos, y en el que dicho valor previsto de dicha frecuencia de resonancia se determina basandose en datos de ensayo obtenidos en medidas de dicha serie de medidas secuenciales que preceden al momento de la determinacion de dicho valor previsto.
108. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 107 en el que el sistema puede cambiar o adaptar dichas frecuencias de excitacion del sensor de acuerdo con una frecuencia de resonancia estimada del sensor prevista para el momento en que se realiza la siguiente medida.
109. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 107, en el que dichos datos de ensayo comprenden datos obtenidos por dicho sistema al realizar una serie de medidas en las que dicho sistema transmite la misma pluralidad de frecuencias de excitacion del sensor antes de obtener dicho valor previsto de la frecuencia de resonancia de dicho sensor de presion.
110. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 107, en el que dichos datos de ensayo comprenden los datos obtenidos de una pluralidad de ciclos de datos de frecuencia de resonancia del sensor determinados en una pluralidad de dichos ciclos.
111. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 107, en el que dichos datos de ensayo comprenden datos seleccionados de
datos que representan el intervalo de valores de frecuencia de resonancia del sensor obtenidos en medidas tomadas en puntos de tiempo similares dentro de cada ciclo de dichos ciclos de la pluralidad, datos que representan la frecuencia media de resonancia del sensor obtenidos para todas las medidas tomadas en puntos de tiempo similares dentro de cada ciclo de dicha pluralidad de ciclos, y
datos que representan la media y la desviacion estandar de la frecuencia de resonancia del sensor obtenidos para todas las medidas tomadas en un tiempo similar dentro de cada ciclo de dicha pluralidad de ciclos.
112. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 107 en el que dicho entorno de medida es una parte del sistema cardiovascular de un paciente, dicha presion que vana periodicamente es la presion arterial dentro de dicha parte de dicho sistema cardiovascular, y en el que el punto de tiempo de la frecuencia de resonancia determinado por dicha medida actual se determina a partir de una senal de sincronizacion de medida de forma independiente.
113. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 112 en el que dicha senal de sincronizacion medida de forma independiente comprende una senal biologica asociada con la actividad de dicho sistema cardiovascular o de una parte del mismo.
114. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 112 en el que dicha senal de sincronizacion medida
independientemente esta asociada con la actividad cardiaca de dicho paciente.
115. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 112 en el que dicha senal de sincronizacion medida
independientemente se selecciona de una senal del electrocardiograma de dicho paciente, y una senal acustica asociada con el latido mecanico del corazon de dicho paciente.
116. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 112 en el que la temporizacion dentro de la duracion del ciclo de frecuencia de resonancia actual del valor de la frecuencia de resonancia determinado por dicha medida actual se determina en relacion con una parte seleccionada de una senal del electrocardiograma simultaneamente registrado de dicho paciente.
117. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que dicho sensor (10; 20) es un sensor de presion
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ultrasonico pasivo capaz de vibrar dispuesto en un entorno de medida y en el que dichos medios de procesamiento estan configurados para determinar la presion en dicho entorno de medida a partir de dicha frecuencia de resonancia.
118. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que dicho sensor (10; 20) es un sensor de presion ultrasonico pasivo implantado dentro de un sistema cardiovascular que tiene una presion arterial que vana periodicamente en dicho lugar, y en el que dichos medios (38; 68) de procesamiento esta configurado para detectar la presencia de dicho sensor (10; 20) en dicho haz sonico cuando la amplitud de al menos una frecuencia de dichas frecuencias que representan componentes de frecuencia desplazada por efecto Doppler superan un valor umbral.
119. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 118 en el que dichos medios (38; 68) de procesamiento estan configurados para detectar la presencia de dicho sensor (10; 20) en dicho haz sonico cuando la amplitud de al menos una frecuencia de dichas frecuencias que representan componentes de frecuencia desplazada por efecto Doppler vana periodicamente a un ritmo sustancialmente similar al ritmo de la variacion periodica de dicha presion arterial.
120. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48 en el que dicho sensor (10; 20) es un sensor de presion ultrasonico pasivo implantado dentro de un sistema cardiovascular que tiene una presion arterial que vana periodicamente en dicho lugar, y en el que dichos medios de procesamiento estan configurado para detectar la presencia de dicho sensor en dicho haz sonico cuando la amplitud de al menos una frecuencia de dichas frecuencias que representan componentes de frecuencia desplazada por efecto Doppler supera un valor umbral y vana periodicamente a un ritmo sustancialmente similar al ritmo de la variacion periodica de dicha presion arterial.
121. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 48, en el que dicho haz sonico es un haz de onda continua, que contiene simultaneamente la totalidad de dichas frecuencias de excitacion del sensor y dicha frecuencia portadora.
122. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho haz sonico es un haz de onda continua que contiene simultaneamente la totalidad de dichas frecuencias de excitacion del sensor y dicha frecuencia portadora.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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