WO2006089763A1 - Measuring device - Google Patents

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WO2006089763A1
WO2006089763A1 PCT/EP2006/001703 EP2006001703W WO2006089763A1 WO 2006089763 A1 WO2006089763 A1 WO 2006089763A1 EP 2006001703 W EP2006001703 W EP 2006001703W WO 2006089763 A1 WO2006089763 A1 WO 2006089763A1
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WO
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light
measuring device
sensor
emitter
bracelet
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Application number
PCT/EP2006/001703
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German (de)
French (fr)
Inventor
Johannes P. Buschmann
Original Assignee
Buschmann Johannes P
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802Sensor mounted on worn items
    • A61B5/681Wristwatch-type devices
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6843Monitoring or controlling sensor contact pressure

Definitions

  • the invention relates to a method and a measuring device in order to measure the absorption of light by living, irradiated by the light, tissue in humans or animals.
  • light is understood as meaning electromagnetic radiation in the range from 400 nm to 2000 nm, in particular in the range between 600 nm and 1000 nm.
  • absorption is understood to mean the light intensity which can be measured after passing through the tissue on the sensor, irrespective of whether the incident light intensity or electrical power was known or not and regardless of whether the layer thickness of the irradiated one was irradiated Tissue b was known or not.
  • tissue photometry In tissue photometry, as is known, the absorption of certain frequency components (eg 0 to 0.3 Hz and 0.5 to 10 Hz) is determined, which is related to the pulse rate or respiratory rate of the organism to be examined.
  • the light flux in the tissue is due in particular to various optical effects such as scattering, absorption, diffraction, inter alia, at interfaces between the different constituents of the living tissue, the "transmission” and “reflection” being simplifying terms referring to a behavior of the Relate light relative to transmitter and receiver.
  • the absorption in the frequency range of the arterial pulsation ie from about 30 to 240 bpm, corresponding to 0.5 to 4 Hz is considered in relation to non-pulsatile absorption, ie absorption in the frequency range below 0.4 Hz This can be used to determine pulse rate and respiratory rate.
  • the heart rate and lung function can thus be monitored in a wide range.
  • pulsoximetry especially in the form of transmission pulse oximetry, has been very successful in medicine, in living tissue up to a layer thickness of about 20 mm with light from 400 nm to 4000 was irradiated nm length and the light absorbed by the tissue light component was measured.
  • the intracutaneous transmission pulse oximetry in fetuses, especially for monitoring the oxygen supply during childbirth, is already known (DE 38 10 008).
  • the reflex pulse oximetry was used in which, in contrast to the transmission pulse oximetry light emitter and light receiver were not arranged on opposite sides of the tissue to be irradiated, but on the same side and side by side, usually in a distance of only a few mm.
  • the serious disadvantage of this method is the so-called shunt light, which is understood to mean those portions of light that can pass from the emitter to the sensor, without radiating the desired tissue, in particular the part of the tissue penetrated by arterioles.
  • These include, for example, those light components which are only influenced by the superficial, less perfused skin layers and in this way reach from the light emitter to the light sensor.
  • This shunt light component has such a negative impact on the overall result that the responsible application of this method is generally called into question today.
  • the maximum permissible heating of the user's fabric at the point at which the light emitter produces heat to at most 43 ° C. and only for a very short time, in connection with this, is the power loss and thus the efficiency of the light emitter the other hand, a still sufficiently large distance of the useful signal from the noise, which is getting smaller with the size of the sensor surface.
  • the heating of the fabric can be additionally kept low by forming those parts which are in thermal contact with the light emitters and lie on the side facing away from the user side of the light emitter, as a heat sink, ie as components that have a large heat capacity and on which transfers the heat faster than the user's skin.
  • the bracelet By arranging the light emitter and the light sensor on the bracelet (according to claim 1), that they are on opposite sides of the arm cross section when the bracelet is applied and the emitter couples the light into the arm cross section, while the light sensor is active with its active surface the surface of the arm or wrist rests, the bracelet can be fixed to the user's arm so that the emitted light from the emitter penetrates the cross section of the user's forearm and reaches the sensor in this way.
  • the preferred beam path is between the ulna and the spine, at a location close to the wrist, ie in the lower third of the forearm. In this length range remains even with rotation of the hand and thus of Elle and spoke against each other a free passage between these two bones.
  • the bracelet must be such that it not only allows this positioning, but also promotes as possible:
  • the bracelet therefore preferably comprises a fixing device in order to be able to fix the emitter and sensor at predetermined points of the forearm or wrist.
  • the positioning of emitter and sensor is done individually and preferably independently of the bracelet on the skin of the user in the right places.
  • Such a fixing device may be, for example, a skin-compatible Klebebe- layering on the arm-facing contact surface of the emitter and sensor.
  • light emitter and light sensor preferably two or more light emitter are carried out together in a structural unit, not fixed, but on its back to be releasably connected to the bracelet, in particular by means of a hook and loop fastener to first the correct positioning of E- center and sensor on To be able to undertake a forearm, and then to fix it by placing the bracelet around it with the help of the bracelet in its current position.
  • each Anpress worn by bias, be it generated by spring force, air pressure or the arterial pressure of the user, the right contact pressure of these two components against the arm of the patient causes and prevents in this way that after lying around the bracelet and thus effected pressing of emitter and sensor against the skin surface still a shift of emitter or sensor are possible.
  • the second case is to determine the position of light sensor and light emitter or the two light emitters with respect to the bracelet, preferably individually for each user. Once this is done, the user himself is able to position the wristband with the correct positioning of the wristband. tive elements, especially if the evaluation unit includes a test mode, with the help of which it is possible after applying 1 of the bracelet to determine whether the achievable signals are sufficiently good and so that the positioning was sufficiently accurate. In all cases, the bracelet must be tight against the skin surface of the user with some bias so that the light emitter and light sensor are also pressed against the skin surface with the necessary bias necessary to provide good coupling and decoupling of the light from the tissue to achieve.
  • a contact pressure of 2.5 to 20 mm Hg should be present.
  • a marking is preferably arranged on the outside of the bracelet, indicating the position of these two components.
  • the cross-section of an arm of a user is a variable size, which can vary greatly depending on physical activity, outside temperature, etc., even in relatively short periods. If the bracelet is extensible in the circumferential direction at least in the area between the sensors, on both opposite sides, preferably over the entire circumference, the circumferential length of the bracelet can automatically adapt to the changing circumferential length of the lower arm, and emitter and Sensors remain relative to the forearm at the same, opposite positions.
  • a firm, unchangeable and stretchable bracelet length would be useful if the radial distance between emitter and sensor on the one hand and the bracelet on the other hand pressure elements are housed, the radial extent may change.
  • a change in the cross section of the forearm would then change by changing the radial extent of these pressure elements and thus only in the degree of bias, so that in these cases with a non-stretchable bracelet, in which the positioning of the active elements is less flawed, can be done.
  • the light sensor detects the amount of light incident on it and for this purpose can receive the light of both emitters emitting light of different wavelengths, but usually not simultaneously, but with a time lag to each other, so that Light sensor, which is connected to the evaluation, knows at any time, from which of the two emitters the just received amount of light comes.
  • any warming of the fabric to 43 ° C or more will result in tissue damage, provided that the temperature can be applied to the tissue long enough, with the required exposure time decreasing with increasing temperature.
  • the duration of exposure also depends in particular on the material, size of the contact surface and heat capacity of the adjacent materials, because the better the thermal decoupling of the tissue from the emitters, the lower the proportion of the power loss of the emitter is registered in the tissue and must be the upper limit be taken into account.
  • the pulsed introduction Of light has proven to be the best solution, as this can be kept short on the one hand, the duration of uninterrupted exposure to light on the fabric and on the other hand, the rest periods available between the individual exposures, in which heat in the body away facing individual parts of the meter or also the air of the environment can be delivered as high as possible.
  • the pulse-to-break ratio has proven to be practicable according to the solution example presented at the outset, wherein the ratio of pulse to pause as well as the pulse length and also the pause lengths in absolute time periods are preferably fixed.
  • the measurements that is to say the sequence of light pulse and pulse pause, run permanently, but rather to combine a packet of pulses into a measurement block from which a single measured value is averaged, for example from 3-5. zel horren.
  • the time interval between such packets or measuring blocks can be chosen to be significantly larger and, on the other hand, can be set very variably:
  • the principle is that the measuring blocks should take place at such a maximum time that no surprisingly strong changes in the measured value can occur during this time.
  • the user's oxygen saturation underlying the measurement may behave very differently depending on his current activity and medical history: for example, the interval between measurement gaps may be made larger, for example in the range between 2min and 5min if the user is not physically operated or Physically performs little strenuous activities, and his medical history can not be expected to strong fluctuations in the oxygen saturation content.
  • the time between the measuring blocks should be shorter, sometimes less than 1 minute, for example 15-30 seconds.
  • the adjustment can either be done manually by the user himself or his doctor or supervisor, or automatically self-adjusting, depending on the dedicted instantaneous measured values and / or the operating state of the user:
  • the time between the measurement blocks can be reduced and vice versa, the time period between the measurement blocks can be increased up to a predetermined upper limit, if for example by means of an acceleration and / or or movement sensors can be determined that the user does not move or only slightly.
  • the light emitters preferably emit light of the wavelengths 730 nm and 880 nm, and light emitters (LEDs), preferably lasers, are preferably used as the light emitter.
  • LEDs light emitters
  • too much heating or faster cooling of the skin areas near the emitter can be promoted by having a cooling surface formed around the emitter of a good thermal conductivity material, such as metal, with its highly conductive front surface on the skin around the emitter rests around and there dissipate the induced heating faster than by the blood in the near-surface skin layers alone.
  • a good thermal conductivity material such as metal
  • the wristband also includes a temperature sensor that measures the temperature of the skin at or near the light emitter, and preferably changes the duration of the light pulses and / or the duration of the pauses therebetween as a function thereof, for example.
  • a thickness measuring device in the bracelet, with the aid of the thickness of the forearm at or near the irradiated point can be measured, in addition to the determinable by pulse oximetry values such as oxygen saturation and pulse rate and respiratory rate also absolute concentrations of certain substances in the blood of the user be determined.
  • any suitable measuring method which leads to a result without active intervention of the patient, for example a measurement by magnetism, in which from one side a magnet radiates an inhomogeneous electric field in the cross section of the forearm and on the opposite side a receiver measures the intensity of the magnetic field and determines the thickness of the arm.
  • the absolute measurement of the received light quantity or light intensity in the absorption can also be used for this purpose, provided that a calibration of the measuring device was previously carried out for this purpose.
  • the measurement of the tissue layer thickness can also be carried out by optical means.
  • a part or the entire evaluation unit which also contains the control for the light emitter, can be accommodated in the bracelet or on the bracelet, and optionally the energy cells, so that the bracelet forms a total self-sufficient unit in which the bracelet either has a display device to display the user himself the determined values, or wirelessly z.
  • B. sends by mobile phone to an alarm center, which performs the monitoring of the mobile patient.
  • control panel If the control panel detects any critical values, it must be able to warn the user, so in this case the meter, the mobile phone or the bracelet must have its own receiving unit for receiving warning signals.
  • the mobile phone could be, for example, a detachable 'part of the bracelet. If not all parts such as power and evaluation are to be housed directly in the bracelet, they can also elsewhere, close to the body of the user, for. B. housed in a bag of the garment, and be coupled with the bracelet wirelessly over the then short distance easily.
  • the measuring device thus comprises, in addition to the power supply, at least one emitter and one sensor, an evaluation unit which merely evaluates and, if necessary, displays the light absorption. Medical conclusions are not drawn from this, but this is left to the attending physician or caregiver in the alarm center or the user on site.
  • the bracelet may also comprise, in an expanded embodiment, a warning device for the user, by means of which the evaluation unit or the alarm center automatically informs the user, e.g. B. by means of an acoustic and / or optical signal, indicating that measured values are in the critical range or that a specific behavior of the user is recommended.
  • a warning device for the user by means of which the evaluation unit or the alarm center automatically informs the user, e.g. B. by means of an acoustic and / or optical signal, indicating that measured values are in the critical range or that a specific behavior of the user is recommended.
  • the evaluation unit must be able to analyze critical ranges of values as a function of the medical history and current situation of the user.
  • a tracking unit should be accommodated in order to locate the user without active assistance by means of GPS or radio cell location for mobile use and to be able to provide assistance.
  • the bracelet In order for the bracelet to be sufficiently comfortable to wear and not to be uncomfortable even when exercising or sweating, it must have a skin-friendly, non-slip coating on the one side - on the contact side towards the body - so that it can move away from the once defined position in which it also fixes emitter and sensor in your position, can not move away on its own.
  • the arm band can consist of a stretchable material, especially in the area between emitter and sensor, in order to expand correspondingly to the extent of the forearm can be changed without affecting the emitter and sensor in their position on the skin surface.
  • the bracelet should be permeable to perspiration in as large a proportion as possible and preferably consist of a textile, washable material from which all other moisture-sensitive components can be removed.
  • emitter and / or sensor unintentionally change their position on the surface of the forearm, this must be recognizable automatically, for example by the bracelet or the evaluation includes a plausibility control device that automatically detects whether the currently measured values are realistic or from misalignment of emitter or sensor, a loose wristband or other errors.
  • This plausibility check device can be expanded to a positioning mode, which offers the evaluation unit to determine the optimal positioning of emitter and sensor to each other or on the arm.
  • test signals can be sent from the emitter to the sensor and then checked by the evaluation unit in a special mode to see whether the result has changed from the last preceding one I
  • 1 is a cross-sectional view of a finger sensor
  • Fig. 4 occurring in the absorption of light in living tissue
  • FIG. 5 shows the schematic diagram of a thickness measuring device
  • Fig. 6 schematic representations of the measuring device according to the invention.
  • Fig. 1 shows in cross-section the situation with the known finger sensor:
  • the two light emitters 2a and 2b which enter the tissue with different spectral ranges, are seated. irradiate be of the finger.
  • the light beams can not pass through the finger bones 24 lying inside the finger, since the light beams are emitted from the light emitters 2a, 2b not only in exactly one direction, but fan-shaped in several directions into the tissue Tissue deflected or broken so that they reach the sensor 3, as shown by an exemplary light path line for both sides of the bone 24.
  • This amount of light arriving at the sensor 3 through the tissue and around the bone 24 provides a measure of the light absorbed by the tissue portions of the light, and in turn can be used as a conclusion to the arterial oxygen saturation of the user by the modulation depths of the two spectral ranges in which the emitters 2a, 2b operate as described above in relation to each other.
  • Fig. 2 shows the situation in the forearm sensor according to the invention.
  • Fig. 2 shows the difficulty that in this case two bones (Elle 27 and spoke 28) are adjacent to each other in the forearm 25 and - as the representations of the skeleton of Fig. 3a and 3b show - when twisting the forearm around the elbow strongly against each other to be crossed.
  • the two emitters 2a, 2b can also be combined to form a single emitter element, which is then handled as a structural unit.
  • Fig. 2b at not quite correct positioning with respect to the cross section, as emitter 2 and sensor 3 with respect to the cross section by only about 120-150 ° offset from each other can be, with the result that then arrive at the sensor 3 lights, the only z. T. in the space between Elle 27 and spoke 28 have been blasted through, but were partially also passed to Elle and spoke passing through the tissue.
  • FIG. 5 further shows, in a schematic representation, the mode of operation of a thickness measuring device 20 using the example of a device functioning by means of magnetism:
  • a magnet 20a is arranged, which is thus one of the contact surface of the magnet on the skin from fan-shaped radiating, and thus inhomogeneous magnetic field in the forearm 25 radiates into it.
  • a magnetic field sensor 20b is arranged at any point in relation to the magnet, then due to the weakening of the magnetic field it will determine a field strength with increasing distance from the magnet - visible on the basis of the increasing distance of the magnetic field lines - which measures the distance of the magnetic field sensor 20b from the magnet 20a and thus for the irradiated thickness of the forearm 25 is.
  • Magnet 20a and magnetic sensor 20b are preferably also arranged on the bracelet, in particular as close as possible to light emitter and light sensor in order to capture as accurately as possible the layer thickness there.
  • the layer thickness does not play the sole role in which portions or amounts of incident light are absorbed by the tissue:
  • FIG. 4 graphically shows which factors cause a reduction of the incident output intensity of the light and its decreasing effect in this order:
  • tissue components and in particular the non-perfused outer skin layers greatly impair the light intensity, in particular due to unfavorable scattering conditions.
  • This also influences the light intensity to be measured at the sensor, in that it likewise changes in a pulsating manner, as can be seen from the non-straight line of the light intensity.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of the worn on the wrist of the user cuff in not twisted (Fig. 6a) and twisted forearm (Fig. 6b).
  • a light sensor 3 and on the other hand a surface with one or better two different light emitters 2a, 2b are arranged, which emit light in different spectral ranges, so that the transmission direction 34 transverse to the longitudinal direction 10th of the forearm 25 passes.
  • the emitter 2 and sensor 3 are arranged with respect to the circumference of the arm so that their imaginary connecting line (transmission direction 34) extends between the ulna and the spoke, both in the unentangled state of the ulna and the spoke, as shown in FIG 6a, in which this the remaining space between them is larger, as well as in the entangled state of these two bones according to FIG. 6b.
  • an evaluable measurement result can usually still be achieved even if no straight-through radiation from the emitter to the sensor is available between the ulna and the spoke, but the light rays are nevertheless deflected in such a way that they also randomly multiply angled light paths from the light source Find emitter towards the receiver.
  • the bracelet 6 rests so tightly on the wrist that slipping of the bracelet 6 is very unlikely both in the longitudinal direction 10 of the forearm 25 and in the circumferential direction or in the normal operations of the user for whom the bracelet is designed , does not occur.
  • Fig. 6c also shows the bracelet in an applied state in a cross-sectional view.
  • two light emitters 2a, b are attached to one side of the cross section of the forearm 25 by means of a fixing device 9 and glued on the opposite side also by means of a fixing device 9, such as an adhesive layer, a light sensor 3 on the skin of the forearm.
  • Both the two light emitters 2a, b and the light sensor 3 are acted upon radially from the inside of the bracelet 6 from their rear side facing away from the lower arm 25 by means of a pressure device 11, for example a spring.
  • a pressure device 11 for example a spring.
  • the bracelet 6 is located at least in partial areas of the circumference of the forearm 25 preferably on this.
  • FIG. 6c further shows an energy cell 5, which can likewise be arranged on the bracelet 6, or an acceleration sensor 22 'and / or motion sensor 22.
  • a display unit 7 can be mounted on the outside of the bracelet in the field of vision of the user Arranged bracelet and / or a transmitter 8.
  • the bracelet 6 is preferably not endless, but can be fastened by means of its against each other to be joined ends, for example by means of a hook and loop fastener 13, also close fitting to the forearm.
  • the fixing device 9 between the light emitters 2a, b and the lower arm may additionally be designed as a temperature sensor.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for transmission pulsoximetry through the wrist or forearm, which can even be used on adults.

Description

Messgerät gauge
I. AnwendungsgebietI. Field of application
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Messgerät, um die Absorption von Licht durch lebendes, von dem Licht durchstrahltes, Gewebe bei Mensch oder Tier zu messen.The invention relates to a method and a measuring device in order to measure the absorption of light by living, irradiated by the light, tissue in humans or animals.
II. Technischer HintergrundII. Technical background
Dabei wird für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung unter „Licht" elektromagnetische Strahlung im Bereich von 400 nm bis 2000 nm, insbesondere im Bereich zwischen 600 nm und 1000 nm, verstanden.For the purposes of the present application, "light" is understood as meaning electromagnetic radiation in the range from 400 nm to 2000 nm, in particular in the range between 600 nm and 1000 nm.
Ferner wird zum Zweck der vorliegenden Anmeldung unter "Absorption" die Lichtintensität verstanden, die nach der Passage durch das Gewebe am Sensor messbar ist, unabhängig davon, ob die eingestrahlte Lichtintensität oder elektrische Leistung bekannt war oder nicht und unabhängig davon, ob die Schichtdicke des durchstrahlten Gewebes b I ekannt war oder nicht.Furthermore, for the purpose of the present application, "absorption" is understood to mean the light intensity which can be measured after passing through the tissue on the sensor, irrespective of whether the incident light intensity or electrical power was known or not and regardless of whether the layer thickness of the irradiated one was irradiated Tissue b was known or not.
Bei der Gewebsphotometrie wird bekanntermaßen die Absorption bestimmter Frequenzanteile (z. B. 0 bis 0,3 Hz sowie 0,5 bis 10 Hz) ermittelt, die im Zusammenhang mit der Pulsfrequenz bzw. Atemfrequenz des zu untersuchenden Orga- nismus steht. Der Lichtfluss im Gewebe kommt insbesondere durch verschiedene optische Wirkungen wie Streuung, Absorption, Beugung u. a. an Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen Bestandteilen des lebenden Gewebes, zustande, wobei die "Transmission" und "Reflexion" vereinfachende Begriffe sind, die sich auf ein Ver- halten des Lichts relativ zu Sender und Empfänger beziehen.In tissue photometry, as is known, the absorption of certain frequency components (eg 0 to 0.3 Hz and 0.5 to 10 Hz) is determined, which is related to the pulse rate or respiratory rate of the organism to be examined. The light flux in the tissue is due in particular to various optical effects such as scattering, absorption, diffraction, inter alia, at interfaces between the different constituents of the living tissue, the "transmission" and "reflection" being simplifying terms referring to a behavior of the Relate light relative to transmitter and receiver.
So wird bei der optischen Plethysmographie die Absorption im Frequenzbereich der arteriellen Pulsation, also von ca. 30 bis 240 bpm, entsprechend 0,5 bis 4 Hz betrachtet in Relation zur nichtpulsatilen Absorption, also zur Absorption im Fre- quenzbereich von unter 0,4 Hz. Damit lassen sich unter anderem Pulsfrequenz und Atemfrequenz bestimmen.Thus, in optical plethysmography, the absorption in the frequency range of the arterial pulsation, ie from about 30 to 240 bpm, corresponding to 0.5 to 4 Hz is considered in relation to non-pulsatile absorption, ie absorption in the frequency range below 0.4 Hz This can be used to determine pulse rate and respiratory rate.
Wird eine optische Plethysmographie in zwei oder mehr Spektralbereichen durchgeführt und deren Mσdulationstiefen (pulsatiler Anteil AC zum nicht-pulsatilen An- teil DC) z. B. bei 730 nm und 990 nm zueinander in Beziehung gesetzt, so ergibt sich aus den jeweiligen Modulationstiefen eine VariableIf an optical plethysmography is performed in two or more spectral ranges and their depths of migra- tion (pulsatile part AC to non-pulsatile part DC) z. B. at 730 nm and 990 nm in relation to each other, it follows from the respective modulation depths a variable
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die in weiten Bereichen unabhängig von Einflύssfaktoren wie Schichtdicke des durchstrahlten Gewebes usw. ist und mit deren Hilfe sich die arterielle Sauerstoffsättigung ermitteln lässt, ggf. auch die venöse Sauerstoffsättigung.which is in many areas independent of influencing factors such as layer thickness of the irradiated tissue, etc., and with whose help the arterial oxygen saturation can be determined, possibly also the venous oxygen saturation.
Mit Hilfe dieser so genannten Pulsoximetrie können somit in weiten Bereichen die Herzfrequenz und Lungenfunktion überwacht werden.With the help of this so-called pulse oximetry, the heart rate and lung function can thus be monitored in a wide range.
Dabei war in der jüngeren Vergangenheit die Pulsoximetrie speziell in der Form der Transmissions-Pulsoximetrie in der Medizin sehr erfolgreich, bei der lebendes Gewebe bis zu einer Schichtdicke von etwa 20 mm mit Licht von 400 nm bis 4000 nm Weilenlänge durchstrahlt wurde und der vom Gewebe absorbierte Lichtanteil gemessen wurde.In the recent past, pulsoximetry, especially in the form of transmission pulse oximetry, has been very successful in medicine, in living tissue up to a layer thickness of about 20 mm with light from 400 nm to 4000 was irradiated nm length and the light absorbed by the tissue light component was measured.
Durch die begrenzte Dicke des zu durchstrahlenden Gewebes waren die Applika- tionsorte stark eingeschränkt: Beim erwachsenen Menschen beispielsweise auf einzelne Finger oder Ohrläppchen, bei Frühgeburten oder Neugeborenen gerade noch eine Hand oder ein Fuß.Due to the limited thickness of the tissue to be irradiated, the application sites were severely restricted: in adult humans, for example, on single fingers or earlobes, in premature births or newborns just a hand or a foot.
Auch die intrakutane Transmissions-Pulsoximetrie bei Föten, vor allem zur Über- wachung der Sauerstoffversorgung während der Geburt, ist bereits bekannt (DE 38 10 008).The intracutaneous transmission pulse oximetry in fetuses, especially for monitoring the oxygen supply during childbirth, is already known (DE 38 10 008).
Im Wege der mobilen Diagnostik wurde auch bereits versucht, die Transmissions- Pulsoximetrie mit Hilfe speziell gestalteter Sensoreinheiten so durchzuführen, dass der nicht hospitalisierte Benutzer dabei in seinen Alltagstätigkeiten oder beruflichen Tätigkeiten nicht behindert wird und trotz Bewegung und ansprechender Gestaltung des Sensors zuverlässige Auswertungsergebnisse erhalten werden, um Menschen bei der Ausübung von Tätigkeiten oder an ihrer Leistungsgrenze, aber auch im REHA-, Wellness- und Fitness-Bereich, überwachen zu können.In the course of mobile diagnostics, it has also been attempted to carry out the transmission pulse oximetry with the help of specially designed sensor units so that the non-hospitalized user is not hindered in his everyday activities or professional activities and reliable evaluation results are obtained in spite of movement and attractive design of the sensor. in order to monitor people in the performance of activities or at their performance limits, but also in the REHA, wellness and fitness area.
Obwohl man sich darüber im Klaren war, dass dies Anpassungen sowohl beim Gestalten der Sensoreinheit als auch bei der Auswertung der Signale erfordert, konnten bisher in der Praxis keine befriedigend einsetzbaren Sensoren für die Überwachung mobiler Patienten hergestellt werden, trotz Versuchen, die Senso- ren z. B. in einem Ring zu integrieren und die Daten an eine Auswerteeinheit am Handgelenk zu übertragen oder ähnliches.Although it was clear that this requires adjustments both in designing the sensor unit and in the evaluation of the signals, it has not been possible in practice to produce sensors which can be used satisfactorily for monitoring mobile patients, in spite of attempts to connect the sensors, for example , B. to integrate in a ring and transmit the data to an evaluation unit on the wrist or the like.
Um dabei die nachteilige Begrenzung hinsichtlich der Schichtdicke zu überwinden, wurde auch bereits die Reflexpulsoximetrie verwendet, bei der im Gegensatz zur Transmissionspulsoximetrie Lichtemitter und Lichtempfänger nicht auf einander gegenüber liegenden Seiten des zu durchstrahlenden Gewebes angeordnet wurden, sondern auf der gleichen Seite und nebeneinander, meist in einem Abstand von nur einigen mm. Der gravierende Nachteil dieser Methode besteht jedoch im so genannten Shunt- licht, worunter diejenigen Lichtanteile verstanden werden, die vom Emitter zum Sensor gelangen können, ohne dabei das gewünschte Gewebe, insbesondere den von Arteriolen durchsetzten Teil des Gewebes, durchstrahlt zu haben.In order to overcome the disadvantageous limitation with respect to the layer thickness, the reflex pulse oximetry was used in which, in contrast to the transmission pulse oximetry light emitter and light receiver were not arranged on opposite sides of the tissue to be irradiated, but on the same side and side by side, usually in a distance of only a few mm. The serious disadvantage of this method, however, is the so-called shunt light, which is understood to mean those portions of light that can pass from the emitter to the sensor, without radiating the desired tissue, in particular the part of the tissue penetrated by arterioles.
Hierzu gehören beispielsweise diejenigen Lichtanteile, die nur durch die oberflächlichen, wenig durchbluteten Hautschichten beeinflusst werden und auf diesem Wege von Lichtemitter zum Lichtsensor gelangen.These include, for example, those light components which are only influenced by the superficial, less perfused skin layers and in this way reach from the light emitter to the light sensor.
Dieser Shuntlichtanteil beeinflusst das Gesamtergebnis so stark negativ, dass eine verantwortungsvolle Anwendbarkeit dieses Verfahrens heute generell in Zweifel gezogen wird.This shunt light component has such a negative impact on the overall result that the responsible application of this method is generally called into question today.
Hl. Darstellung der ErfindungHl. Presentation of the invention
a) Technische Aufgabea) Technical task
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie ein Messge- rät für die Absorption von Licht durch lebendes Gewebe zu schaffen, welches auch bei Anwendung durch einen mobilem, nicht hospitalisierten Benutzer zufrieden stellende Ergebnisse liefert, ohne den Benutzers bei seinen Tätigkeiten zu behindern.It is therefore the object of the invention to provide a method and a device for the absorption of light by living tissue, which provides satisfactory results even when used by a mobile, non-hospitalized user without the user in his activities hinder.
b) Lösung der Aufgabeb) Solution of the task
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 und 35 gelöst. Vorteil- hafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is solved by the features of claims 1 and 35. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Entgegen der seit vielen Jahren bestehenden Meinung, wonach die Durchstrahlung von lebendem Gewebe mit Licht nur bis Gewebedicken von 15 oder 20 mm möglich sei, wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass auch die Durchstrahlung wesentlich dickerer Körperteile wie etwa des Unterarms oder Handgelenks möglich ist:Contrary to the opinion that has existed for many years, according to which the irradiation of living tissue with light only up to tissue thicknesses of 15 or 20 mm is possible, it has been found according to the invention that the penetration of substantially thicker body parts such as the forearm or wrist is possible:
Dabei waren als Randbedingungen einzuhalten die maximal zulässige Erwärmung des Gewebes des Benutzers an der Stelle, an der der Lichtemitter Wärme produziert auf höchstens 43 0C und auch nur für sehr kurze Zeit, damit im Zusammenhang stehend die Verlustleistung und damit der Wirkungsgrad der Lichtemitter, auf der anderen Seite ein noch ausreichend großer Abstand des Nutzsignals vom Rauschen, der mit der Größe der Sensorflä'che immer geringer wird.The maximum permissible heating of the user's fabric at the point at which the light emitter produces heat to at most 43 ° C. and only for a very short time, in connection with this, is the power loss and thus the efficiency of the light emitter the other hand, a still sufficiently large distance of the useful signal from the noise, which is getting smaller with the size of the sensor surface.
Bei dieser Kompromisssuche hat es sich gezeigt, dass verwertbare Ergebnisse erzielt werden, wenn der am Lichtsensor erzielte Photostrom, bewirkt durch die Einstrahlung vom Lichtemitter her und damit durch das Gewebe hindurch, mindes- tens 0,01 μA bis 0,1 μA beträgt und/oder die Lichtleistung mindestens 60 nW beträgt.This compromise search has shown that useful results are achieved if the photocurrent achieved at the light sensor, caused by the radiation from the light emitter and thus through the tissue, is at least 0.01 μA to 0.1 μA and / or or the light output is at least 60 nW.
Damit werden zufrieden stellende Messergebnisse erzielt, z. B. mit einer Pulsdauer von 15 μs und einer Pause zwischen den einzelnen Bestrahlungsimpulsen von 485 μs, ohne dass dabei die Erwärmung des Gewebes um den bzw. die Lichtemitter herum zu stark wird. Die Erwärmung des Gewebes kann jedoch zusätzlich gering gehalten werden durch Ausbildung derjenigen Teile, die mit den Lichtemittern in thermischem Kontakt stehen und auf der vom Benutzer abgewandten Seite des Lichtemitters liegen, als Wärmesenke, also als Bauteile, die ein großes Wärme- kapazität besitzen und auf die die Wärme schneller übergeht als auf die anliegende Haut des Benutzers.This satisfactory measurement results are achieved, for. B. with a pulse duration of 15 microseconds and a pause between the individual irradiation pulses of 485 microseconds, without causing the heating of the tissue around the light emitter or around is too strong. However, the heating of the fabric can be additionally kept low by forming those parts which are in thermal contact with the light emitters and lie on the side facing away from the user side of the light emitter, as a heat sink, ie as components that have a large heat capacity and on which transfers the heat faster than the user's skin.
Dies kann weiterhin gering gehalten werden, indem eine thermische Isolation zwischen der Haut des Benutzers und den Lichtemittern in Form einer durchsichtigen Kunststoffplatte, eines durchsichtigen Gelkissens oder ähnlicher schlecht Wärme leitender Bauteile bewirkt wird. Bei einer andern Bauform werden für jeden der beiden Lichtemitter nicht eine einzige, sondern ein Feld von Leuchtdioden benutzt, die alle den gleichen Spektralbereich aufweisen, deren einzelne Leistung jedoch wesentlich niedriger liegt, meist zwischen 30 und 50 mA. Dadurch ergibt sich ein geringerer Vorschaltwider- stand und in der Folge eine geringere Verlustleistung pro Emitter, allerdings auch bei verringerter eingestrahlter Intensität pro Flächeneinheit. Dennoch hat sich gezeigt, dass in diesem Fall und trotzt der bereits erheblichen Abmessungen des Sensors mit etwa 10 x 10 mm und des LED-Arrays, welches ebenfalls pro Emitter ähnliche Flächen aufweist liegt, noch ein zufrieden stellendes Ergebnis erreichen lässt, obwohl dies der herrschenden Lehrmeinung, dass die beiden Lichtwege möglichst nahe beisammen liegen sollen, widerspricht, da bei derart großen Flächenausdehnungen die Wege von einer Ecke des Sensors zur diagonal gegenüber liegenden Ecke des Emitters bereits deutlich länger sind als die kürzest mögliche Verbindung.This can be further minimized by causing a thermal insulation between the skin of the user and the light emitters in the form of a transparent plastic plate, a transparent gel pad or similar poor heat conductive components. In another design, not a single, but a field of light emitting diodes are used for each of the two light emitters, all of which have the same spectral range, but the individual power is much lower, usually between 30 and 50 mA. This results in a lower ballast resistance and, consequently, a lower power loss per emitter, but also with a reduced irradiated intensity per unit area. Nevertheless, it has been found that in this case, and despite the already considerable dimensions of the sensor of about 10 × 10 mm and the LED array, which likewise has similar surfaces per emitter, a satisfactory result can still be achieved, although this is the prevailing one Doctrine that the two light paths should be as close as possible, contradicts, since with such large surface expansions, the paths from one corner of the sensor to the diagonally opposite corner of the emitter are already significantly longer than the shortest possible connection.
Durch eine Anordnung von Lichtemitter und Lichtsensor am Armband (gemäß Anspruch 1), dass sie sich bei Anlegen des Armbandes auf einander gegenüberliegenden Seiten des Armquerschnittes befinden und der Emitter das Licht in den Armquerschnitt hinein einkoppelt, während der Lichtsensor mit seiner aktiven Flä- che an der Oberfläche des Armes oder Handgelenkes anliegt, kann das Armband so am Arm des Benutzers fixiert werden, dass das vom Emitter ausgesandte Licht den Querschnitt des Unterarmes des Benutzers durchdringt und auf diesem Wege den Sensor erreicht.By arranging the light emitter and the light sensor on the bracelet (according to claim 1), that they are on opposite sides of the arm cross section when the bracelet is applied and the emitter couples the light into the arm cross section, while the light sensor is active with its active surface the surface of the arm or wrist rests, the bracelet can be fixed to the user's arm so that the emitted light from the emitter penetrates the cross section of the user's forearm and reaches the sensor in this way.
Der bevorzugte Strahlengang ist dabei zwischen Elle und Speiche hindurch, und zwar an einer Stelle nahe am Handgelenk, also im unteren Drittel des Unterarms. In diesem Längenbereich verbleibt selbst bei Verdrehung der Hand und damit von Elle und Speiche gegeneinander ein freier Durchgang zwischen diesen beiden Knochen.The preferred beam path is between the ulna and the spine, at a location close to the wrist, ie in the lower third of the forearm. In this length range remains even with rotation of the hand and thus of Elle and spoke against each other a free passage between these two bones.
Das Armband muss so beschaffen sein, dass es diese Positionierung nicht nur zulässt, sondern möglichst auch fördert: Vorzugsweise umfasst das Armband daher eine Fixiervorrichtung, um Emitter und Sensor an vorbestimmten Stellen des Unterarmes bzw. Handgelenkes fixieren zu können. Hierfür gibt es zwei prinzipiell unterschiedliche Möglichkeiten:The bracelet must be such that it not only allows this positioning, but also promotes as possible: The bracelet therefore preferably comprises a fixing device in order to be able to fix the emitter and sensor at predetermined points of the forearm or wrist. There are two fundamentally different possibilities for this:
Im ersten Fall wird die Positionierung von Emitter und Sensor einzeln und vorzugsweise unabhängig vom Armband auf der Haut des Benutzers an den richtigen Stellen vorgenommen.In the first case, the positioning of emitter and sensor is done individually and preferably independently of the bracelet on the skin of the user in the right places.
Eine solche Fixiervorrichtung kann beispielsweise eine hautverträgliche Klebebe- Schichtung auf der dem Arm zugewandten Kontaktfläche von Emitter und Sensor sein.Such a fixing device may be, for example, a skin-compatible Klebebe- layering on the arm-facing contact surface of the emitter and sensor.
Dementsprechend müssen Lichtemitter und Lichtsensor, wobei vorzugsweise zwei oder mehr Lichtemitter gemeinsam in einer Baueinheit ausgeführt sind, nicht fest, sondern auf ihrer Rückseite lösbar mit dem Armband verbunden sein, insbesondere mittels eines Klettverschlusses, um zuerst die richtige Positionierung von E- mitter und Sensor am Unterarm vornehmen zu können, und danach durch Herumlegen des Armbandes diese mit Hilfe des Armbandes in ihrer momentanen Position zu fixieren.Accordingly, light emitter and light sensor, preferably two or more light emitter are carried out together in a structural unit, not fixed, but on its back to be releasably connected to the bracelet, in particular by means of a hook and loop fastener to first the correct positioning of E- center and sensor on To be able to undertake a forearm, and then to fix it by placing the bracelet around it with the help of the bracelet in its current position.
Zur Erhöhung des Anpressdruckes von Emitter und Sensor kann dazwischen bzw. am Armband jeweils eine Anpresseinrichtung vorhanden sein, die mittels Vorspannung, sei es erzeugt durch Federkraft, Luftdruck oder auch den arteriellen Druck des Benutzers, die richtige Anpresskraft dieser beiden Bauteile gegen den Arm des Patienten bewirkt und auf diese Art und Weise verhindert, dass nach Herumliegen des Armbandes und dadurch bewirktes Anpressen von Emitter und Sensor gegen die Hautoberfläche noch eine Verschiebung von Emitter oder Sensor möglich sind.To increase the contact pressure of the emitter and sensor can be present between or on the bracelet each Anpresseinrichtung by bias, be it generated by spring force, air pressure or the arterial pressure of the user, the right contact pressure of these two components against the arm of the patient causes and prevents in this way that after lying around the bracelet and thus effected pressing of emitter and sensor against the skin surface still a shift of emitter or sensor are possible.
Der zweite Fall besteht darin, die Position von Lichtsensor und Lichtemitter bzw. der beiden Lichtemittern bezüglich des Armbandes festzulegen, vorzugsweise individuell für den jeweiligen Benutzer. Wenn dies einmal geschehen ist, ist der Benutzer selbst in der Lage, das Armband mit der richtigen Positionierung der ak- tiven Elemente anzulegen, vor allem wenn die Auswerteeinheit einen Testmodus enthält, mit dessen Hilfe es nach dem Anlegen1 des Armbandes möglich ist, festzustellen, ob die erzielbaren Signale ausreichend gut sind und damit die Positionierung ausreichend genau war. In allen Fällen muss das Armband dicht und mit einer gewissen Vorspannung auf der Hautoberfläche des Benutzers anliegen, damit Lichtemitter und Lichtsensor ebenfalls mit der notwendigen Vorspannung gegen die Hautoberfläche gedrückt werden, die notwendig ist, um eine gute Ein- und Auskopplung des Lichts gegenüber dem Gewebe zu erzielen.The second case is to determine the position of light sensor and light emitter or the two light emitters with respect to the bracelet, preferably individually for each user. Once this is done, the user himself is able to position the wristband with the correct positioning of the wristband. tive elements, especially if the evaluation unit includes a test mode, with the help of which it is possible after applying 1 of the bracelet to determine whether the achievable signals are sufficiently good and so that the positioning was sufficiently accurate. In all cases, the bracelet must be tight against the skin surface of the user with some bias so that the light emitter and light sensor are also pressed against the skin surface with the necessary bias necessary to provide good coupling and decoupling of the light from the tissue to achieve.
Vorzugsweise sollte dabei ein Anpressdruck von 2,5 - 20 mm Hg vorliegen. Um auch bei angelegtem Armband optisch kontrollieren zu können, ob sich das Armband und damit Emitter und Sensor noch an der richtigen Position befinden, ist vorzugsweise auf der Außenseite des Armbandes eine Markierung angeordnet, die die Position dieser beiden Bauteile angibt.Preferably, a contact pressure of 2.5 to 20 mm Hg should be present. In order to be able to optically control even when the bracelet is attached, whether the bracelet and thus emitter and sensor are still in the correct position, a marking is preferably arranged on the outside of the bracelet, indicating the position of these two components.
Neben Detailproblemen wie trageangenehme Oberfläche des Armbandes, Schweißdurchlässigkeit usw. ist ein wichtigeres Detail die Frage der Dehnbarkeit des Armbandes in Umfangsrichtung:In addition to detail problems such as wearing surface of the bracelet, sweat permeability, etc., a more important detail is the question of the extensibility of the bracelet in the circumferential direction:
Denn der Querschnitt eines Armes eines Benutzers ist eine variable Größe, die sich abhängig von körperlicher Betätigung, Außentemperatur etc., stark ändern kann, und zwar auch in relativ kurzen Zeiträumen. Wenn das Armband wenigstens im Bereich zwischen den Sensoren, und zwar auf beiden einander gegenüberliegenden Seiten, vorzugsweise über den gesamten Umfang, in Umfangsrich- tung dehnbar ausgebildet ist, kann die Umfangslänge des Armbandes sich automatisch der sich ändernden Umfangslänge des Unterarmes anpassen, und Emitter und Sensor bleiben relativ zum Unterarm an den gleichen, einander gegenüberliegenden Positionen.Because the cross-section of an arm of a user is a variable size, which can vary greatly depending on physical activity, outside temperature, etc., even in relatively short periods. If the bracelet is extensible in the circumferential direction at least in the area between the sensors, on both opposite sides, preferably over the entire circumference, the circumferential length of the bracelet can automatically adapt to the changing circumferential length of the lower arm, and emitter and Sensors remain relative to the forearm at the same, opposite positions.
Eine feste, nicht veränderbare und dehnbare Armbandlänge würde dann sinnvoll sein, wenn im radialen Abstand zwischen Emitter und Sensor einerseits und dem Armband andererseits Andruckelemente untergebracht sind, deren radiale Erstreckung sich ändern kann. Eine Änderung des Querschnitts des Unterarmes würde dann durch die Änderung der radialen Erstreckung dieser Andruckelemente und damit nur im Maß der Vorspannung verändern, so dass in diesen Fällen mit einem nicht dehnbaren Armband, bei dem die Positionierung der Aktiven Elemente weniger fehlerbehaftet ist, ausgekommen werden kann.A firm, unchangeable and stretchable bracelet length would be useful if the radial distance between emitter and sensor on the one hand and the bracelet on the other hand pressure elements are housed, the radial extent may change. A change in the cross section of the forearm would then change by changing the radial extent of these pressure elements and thus only in the degree of bias, so that in these cases with a non-stretchable bracelet, in which the positioning of the active elements is less flawed, can be done.
Von der technischen Auslegung her ist festzustellen, dass der Lichtsensor die Menge des bei ihm auftreffenden Lichts detektiert und zu diesem Zweck das Licht beider Emitter empfangen kann, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge aussenden, aber in der Regel nicht gleichzeitig, sondern zeitversetzt zueinander, so dass der Lichtsensor, der mit der Auswerteeinheit verbunden ist, jederzeit genau weiß, von welchem der beiden Emitter die soeben empfange Lichtmenge stammt.From the technical interpretation, it should be noted that the light sensor detects the amount of light incident on it and for this purpose can receive the light of both emitters emitting light of different wavelengths, but usually not simultaneously, but with a time lag to each other, so that Light sensor, which is connected to the evaluation, knows at any time, from which of the two emitters the just received amount of light comes.
Da bei der Durchstrahlung des Unterarmes eine Gewebedicke von deutlich mehr als 1,5 cm durchstrahlt werden m.uss und zusätzlich noch Reflexionen und damit Schwächungen an den Oberflächen der Knochen wahrscheinlich sind, sind wesentlich höhere Leistungen als bei der herkömmlichen Transmissions- Pulsoximetrie notwendig, um noch einen verwertbare Lichtmenge am Sensor zu erzeugen.As a tissue thickness of significantly more than 1.5 cm to be irradiated by the transmission of the forearm m . uss and additionally reflections and thus weakening of the surfaces of the bones are probable, much higher powers than in the conventional transmission pulse oximetry are necessary to produce even a usable amount of light at the sensor.
Rein technisch ist die Erhöhung der Leistung der Lichtemitter kein Problem, jedoch darf das in das Gewebe eindringende Licht dabei das Gewebe nicht schädigen, was insbesondere durch die Verlustleistung der Lichtemitter und die damit verbundene Wärmeerzeugung sowie durch die Absorption eines Teils der Licht- Energiemenge im Gewebe geschehen kann.From a purely technical point of view, increasing the light emitter's performance is not a problem, but the light penetrating the tissue must not damage the tissue, in particular by the power loss of the light emitter and the associated heat generation and by the absorption of part of the amount of light energy in the tissue can happen.
Jede Erwärmung des Gewebes auf 43° Celsius oder mehr führt zur Gewebeschädigung, sofern die Temperatur lange genug auf das Gewebe einwirken kann, wobei die notwendige Einwirkungsdauer mit steigender Temperatur stark abnimmt. Die Einwirkungsdauer hängt insbesondere auch von Material, Größe der Kontakt- fläche und Wärmekapazität der anliegenden Materialien ab, denn je besser die thermische Entkopplung des Gewebes von den Emittern ist, ein umso geringerer Anteil der Verlustleistung der Emitter wird in das Gewebe eingetragen und muss als Obergrenze berücksichtigt werden. Dabei hat sich das gepulste Einbringen von Licht als beste Lösung erwiesen, da hierdurch einerseits die Zeitdauer der ununterbrochenen Beaufschlagung mit Licht auf das Gewebe kurz gehalten werden kann und andererseits die zwischen den einzelnen Beaufschlagungen zur Verfügung stehenden Ruhezeiten, in denen Wärme in die Körper abgewandt an- geordneten Einzelteile des Messgerätes oder auch die Luft der Umgebung abgegeben werden kann, möglichst hoch ist.Any warming of the fabric to 43 ° C or more will result in tissue damage, provided that the temperature can be applied to the tissue long enough, with the required exposure time decreasing with increasing temperature. The duration of exposure also depends in particular on the material, size of the contact surface and heat capacity of the adjacent materials, because the better the thermal decoupling of the tissue from the emitters, the lower the proportion of the power loss of the emitter is registered in the tissue and must be the upper limit be taken into account. Here is the pulsed introduction Of light has proven to be the best solution, as this can be kept short on the one hand, the duration of uninterrupted exposure to light on the fabric and on the other hand, the rest periods available between the individual exposures, in which heat in the body away facing individual parts of the meter or also the air of the environment can be delivered as high as possible.
Dabei hat sich das Puls-zu-Pause-Verhältnis gemäß dem eingangs dargestellten Lösungsbeispiel als praktikabel erwiesen, wobei das Verhältnis von Puls zu Pause ebenso wie die Pulslänge und auch die Pausenlängen in absoluten Zeiträumen vorzugsweise fest eingestellt sind. Allerdings ist es sinnvoll, die Messungen, also die Abfolge von Lichtpuls und Pulspause, nicht permanent ablaufen zu lassen, sondern jeweils ein Paket von Pulsen zu einem Messungsblock zusammen zu fassen, aus dem ein einziger Messwert gemittelt wird, beispielsweise aus 3-5 Ein- zelmessungen.In this case, the pulse-to-break ratio has proven to be practicable according to the solution example presented at the outset, wherein the ratio of pulse to pause as well as the pulse length and also the pause lengths in absolute time periods are preferably fixed. However, it makes sense to not let the measurements, that is to say the sequence of light pulse and pulse pause, run permanently, but rather to combine a packet of pulses into a measurement block from which a single measured value is averaged, for example from 3-5. zelmessungen.
Der zeitliche Abstand zwischen solchen Paketen oder Messblöcken kann dagegen zum einen deutlich größer gewählt werden, zum anderen sehr variabel festgelegt werden:On the other hand, the time interval between such packets or measuring blocks can be chosen to be significantly larger and, on the other hand, can be set very variably:
Grundsatz ist dabei, dass die Messblöcke in einem solchen zeitlichen Höchstabstand stattfinden sollten, dass keine überraschend starken Änderungen des Messwertes in dieser Zeit eintreten können.The principle is that the measuring blocks should take place at such a maximum time that no surprisingly strong changes in the measured value can occur during this time.
Die dem Messwert zugrunde liegende Sauerstoffsättigung des Benutzers kann sich jedoch abhängig von seiner momentanen Betätigung und medizinischen Vorgeschichte stark unterschiedlich verhalten: So kann der Zeitabstand zwischen den Messlücken größer gewählt werden, beispielsweise im Bereich zwischen 2min und 5min, wenn der Benutzer sich nicht körperlich betätigt oder körperlich nur wenig anstrengende Tätigkeiten verrichtet, und auch seine medizinische Historie keine zu starken Schwankungen des Sauerstoffsättigungsgehaltes erwarten lassen. Bei körperlich anstrengender Betätigung oder schlechter medizinischer Historie dagegen ist die Zeitdauer zwischen den Messblöcken kürzer zu wählen, teilweise unter 1min, beispielsweise von 15-30sec.However, the user's oxygen saturation underlying the measurement may behave very differently depending on his current activity and medical history: for example, the interval between measurement gaps may be made larger, for example in the range between 2min and 5min if the user is not physically operated or Physically performs little strenuous activities, and his medical history can not be expected to strong fluctuations in the oxygen saturation content. In case of strenuous exercise or bad medical history, however, the time between the measuring blocks should be shorter, sometimes less than 1 minute, for example 15-30 seconds.
Die Einstellung kann entweder manuell durch den Benutzer selbst oder seinen Arzt oder Betreuer erfolgen, oder sich auch automatisch selbst einstellen, abhängig von dem dediktierten momentanen gemessenen Werten und/oder dem Betätigungszustand des Benutzers:The adjustment can either be done manually by the user himself or his doctor or supervisor, or automatically self-adjusting, depending on the dedicted instantaneous measured values and / or the operating state of the user:
Wenn sich also die aktuell gemessenen Werte von der Tendenz eher kritischen Wertebereichen annähern, muss die Zeitdauer zwischen den Messblöcken reduziert werden und andersherum kann die Zeitdauer zwischen den Messblöcken vergrößert werden bis zu einer vorgegebenen Höchstgrenze, wenn beispielsweise mittels eines im Armband vorhandenen Beschleunigungs- und/oder Bewegungs- sensors ermittelbar ist, dass der Benutzer.sich nicht oder nur wenig bewegt.Thus, if the currently measured values approach the tendency rather to critical ranges of values, the time between the measurement blocks must be reduced and vice versa, the time period between the measurement blocks can be increased up to a predetermined upper limit, if for example by means of an acceleration and / or or movement sensors can be determined that the user does not move or only slightly.
Die Lichtemitter geben vorzugsweise Licht der Wellenlänge 730 nm und 880 nm ab und als Lichtemitter werden vorzugsweise Leuchtdioden (LED'S), erst in zweiter Linie Laser, verwendet.The light emitters preferably emit light of the wavelengths 730 nm and 880 nm, and light emitters (LEDs), preferably lasers, are preferably used as the light emitter.
Des Weiteren kann ein zu starkes Aufheizen verhindern bzw. ein schnelleres Abkühlen der Hautbereiche nahe am Emitter gefördert werden durch eine um den Emitter herum ausgebildete Kühlfläche aus einem Material guter Temperaturleitfähigkeit, beispielsweise aus Metall, die mit ihrer gut leitenden Vorderfläche auf der Haut um den Emitter herum anliegt und dort die bewirkte Erwärmung schneller als durch das Blut in den Oberflächennahen Hautschichten alleine abführen kann.Furthermore, too much heating or faster cooling of the skin areas near the emitter can be promoted by having a cooling surface formed around the emitter of a good thermal conductivity material, such as metal, with its highly conductive front surface on the skin around the emitter rests around and there dissipate the induced heating faster than by the blood in the near-surface skin layers alone.
Vorzugsweise umfasst das Armband auch einen Temperatursensor, der die Temperatur der Haut an oder nahe am Lichtemitter misst und vorzugsweise in Abhän- gigkeit davon beispielsweise die Dauer der Lichtimpulse und/oder die Dauer der Pausen dazwischen verändert. Wenn zusätzlich eine Dickenmessvorrichtung im Armband vorhanden ist, mit deren Hilfe die Dicke des Unterarmes an oder nahe an der durchstrahlten Stelle gemessen werden kann, können neben den mittels Pulsoximetrie bestimmbaren Werten wie Sauerstoffsättigung und Pulsfrequenz und Atemfrequenz zusätzlich auch absolute Konzentrationen bestimmter Stoffe im Blut des Benutzers ermittelt werden. Für die Dickenmessvorrichtung kommt jede geeignete Messmethode in Betracht, die ohne aktives Eingreifen des Patienten zu einem Ergebnis führt, beispielsweise ein Messen mittels Magnetismus, in dem von der einen Seite ein Magnet ein inhomogenes elektrisches Feld in den Querschnitt des Unterarmes einstrahlt und auf der gegenüberliegenden Seite ein Empfänger die Intensität des Magnetfeldes misst und daraus die Dicke des Armes ermittelt.Preferably, the wristband also includes a temperature sensor that measures the temperature of the skin at or near the light emitter, and preferably changes the duration of the light pulses and / or the duration of the pauses therebetween as a function thereof, for example. In addition, if there is a thickness measuring device in the bracelet, with the aid of the thickness of the forearm at or near the irradiated point can be measured, in addition to the determinable by pulse oximetry values such as oxygen saturation and pulse rate and respiratory rate also absolute concentrations of certain substances in the blood of the user be determined. For the thickness measuring device, any suitable measuring method is considered, which leads to a result without active intervention of the patient, for example a measurement by magnetism, in which from one side a magnet radiates an inhomogeneous electric field in the cross section of the forearm and on the opposite side a receiver measures the intensity of the magnetic field and determines the thickness of the arm.
Auch die absolute Messung der empfangenen Lichtmenge bzw. Lichtintensität bei der Absorption kann hierfür genutzt werden, sofern hierfür vorher eine Kalibration des Messgerätes durchgeführt wurde. Die Messung der Gewebeschichtdicke kann auch mit optischen Mitteln durchgeführt werden.The absolute measurement of the received light quantity or light intensity in the absorption can also be used for this purpose, provided that a calibration of the measuring device was previously carried out for this purpose. The measurement of the tissue layer thickness can also be carried out by optical means.
Mit der Kenntnis der Schichtdicke können Rückschlüsse auf die Absorption im Gewebe gezogen werden, indem die empfangene Lichtintensität I in Beziehung gesetzt wird zur - dann zusätzlich zu bestimmenden - eingekoppelten Lichtintensität I0 und zur Gewebeschichtdicke dazwischen.With the knowledge of the layer thickness conclusions can be drawn on the absorption in the tissue by the received light intensity I is related to - then additionally to be determined - coupled light intensity I 0 and the tissue layer thickness in between.
Um die Einsatzbreite des Messgerätes weiter zu verbessern, kann - abhängig vom Grad der Miniaturisierung - ein Teil oder die gesamte Auswerteeinheit, die auch die Steuerung für die Lichtemitter enthält, im Armband oder am Armband untergebracht werden, und gegebenenfalls die Energiezellen, so dass das Armband eine insgesamt autarke Einheit bildet, in dem das Armband entweder über eine Anzeigeeinrichtung verfügt, um dem Benutzers selbst die ermittelten Werte anzuzeigen, oder drahtlos z. B. mittels Mobilfunk an eine Alarmzentrale sendet, die die Überwachung des mobilen Patienten durchführt.In order to further improve the range of use of the measuring device, depending on the degree of miniaturization, a part or the entire evaluation unit, which also contains the control for the light emitter, can be accommodated in the bracelet or on the bracelet, and optionally the energy cells, so that the bracelet forms a total self-sufficient unit in which the bracelet either has a display device to display the user himself the determined values, or wirelessly z. B. sends by mobile phone to an alarm center, which performs the monitoring of the mobile patient.
Falls die Alarmzentrale dabei kritische Werte feststellt, muss sie in der Lage sein, den Benutzers diesbezüglich zu warnen, weshalb für diesen Fall das Messgerät, das Handy oder das Armband, eine eigene Empfangseinheit zum Empfangen von Warnsignalen aufweisen muss.If the control panel detects any critical values, it must be able to warn the user, so in this case the meter, the mobile phone or the bracelet must have its own receiving unit for receiving warning signals.
Das Handy könnte beispielsweise lösbarer'Bestandteil des Armbandes sein. Falls nicht alle Teile wie etwa Energieversorgung und Auswerteeinheit unmittelbar in dem Armband untergebracht werden sollen, können diese auch an anderer Stelle, nahe am Körper des Benutzers, z. B. in einer Tasche des Kleidungsstückes, untergebracht und mit dem Armband drahtlos über die dann geringe Entfernung problemlos gekoppelt werden.The mobile phone could be, for example, a detachable 'part of the bracelet. If not all parts such as power and evaluation are to be housed directly in the bracelet, they can also elsewhere, close to the body of the user, for. B. housed in a bag of the garment, and be coupled with the bracelet wirelessly over the then short distance easily.
Im einfachen Fall umfasst das Messgerät also neben Energieversorgung, wenigstens einem Emitter und einem Sensor eine Auswerteeinheit, die lediglich die Lichtabsorption auswertet und ggf. anzeigt. Medizinische Rückschlüsse werden nicht daraus gezogen, sondern dies wird dem behandelnden Arzt oder Betreuer in der Alarmzentrale oder dem Benutzer vor Ort selbst überlassen.In the simple case, the measuring device thus comprises, in addition to the power supply, at least one emitter and one sensor, an evaluation unit which merely evaluates and, if necessary, displays the light absorption. Medical conclusions are not drawn from this, but this is left to the attending physician or caregiver in the alarm center or the user on site.
Das Armband kann in einer erweiterten Äusführungsform auch eine Warnvorrichtung für den Benutzers umfassen, mittels der die Auswerteeinheit oder die Alarmzentrale automatisch den Benutzers, z. B. mittels eines akustischen und/oder op- tischen Signals, darauf hinweist, dass sich gemessene Werte im kritischen Bereich befinden bzw. dass ein bestimmtes Verhalten des Benutzers empfohlen wird.The bracelet may also comprise, in an expanded embodiment, a warning device for the user, by means of which the evaluation unit or the alarm center automatically informs the user, e.g. B. by means of an acoustic and / or optical signal, indicating that measured values are in the critical range or that a specific behavior of the user is recommended.
Dazu muss die Auswerteeinheit in der Lage sein, kritische Wertebereiche in Ab- hängigkeit von medizinischer Vorgeschichte und momentaner Situation des Benutzers analysieren zu können.For this purpose, the evaluation unit must be able to analyze critical ranges of values as a function of the medical history and current situation of the user.
Für den Fall, dass eine solche Warnung zu spät kommt und der Benutzer ohnmächtig ist, sollte bevorzugterweise in dem Armband eine Ortungseinheit unter- gebracht sein, um den Benutzers ohne aktive Mithilfe mittels GPS oder Funkzellenortung bei Mobilfunkbenutzung zu orten und ihm Hilfe leisten zu können. Damit das Armband einen ausreichenden Tragekomfort bietet und auch bei sportlicher Betätigung und beim Schwitzen nicht unangenehm wird, muss es auf der einen Seite - auf der Kontaktseite zum Körper hin - eine hautfreundliche, rutschfeste Beschichtung aufweisen, damit ein Wegbewegen aus der einmal festgeleg- ten Position, in der es auch Emitter und Sensor in Ihrer Position fixiert, sich nicht selbsttätig wegbewegen kann.In the event that such a warning comes too late and the user is powerless, preferably in the bracelet a tracking unit should be accommodated in order to locate the user without active assistance by means of GPS or radio cell location for mobile use and to be able to provide assistance. In order for the bracelet to be sufficiently comfortable to wear and not to be uncomfortable even when exercising or sweating, it must have a skin-friendly, non-slip coating on the one side - on the contact side towards the body - so that it can move away from the once defined position in which it also fixes emitter and sensor in your position, can not move away on its own.
Da sich der Umfang des Unterarmes abhängig von Außentemperatur, dem Ausmaß der körperlichen Betätigung usw. relativ stark ändern kann, kann das Arm- band vor allem im Bereich zwischen Emitter und Sensor aus einem dehnbaren Material bestehen, um sich der Ausdehnung des Unterarmes entsprechend mitdehnen zu können, ohne das Emitter und Sensor dadurch in ihrer Position auf der Hautoberfläche verändert werden.Since the circumference of the forearm can change relatively strongly depending on the outside temperature, the extent of physical activity, etc., the arm band can consist of a stretchable material, especially in the area between emitter and sensor, in order to expand correspondingly to the extent of the forearm can be changed without affecting the emitter and sensor in their position on the skin surface.
Zusätzlich sollte das Armband in möglichst großen Anteilen schweißdurchlässig sein und vorzugsweise aus einem textilen, waschbaren Material bestehen, von dem alle anderen, feuchtigkeitsempfindlichen Bauteile abgenommen werden können.In addition, the bracelet should be permeable to perspiration in as large a proportion as possible and preferably consist of a textile, washable material from which all other moisture-sensitive components can be removed.
Falls Emitter und/oder Sensor dennoch unbeabsichtigt ihre Position auf der Fläche des Unterarmes verändern, muss dies selbsttätig erkennbar sein, beispielsweise indem das Armband bzw. die Auswerteeinheit eine Plausibilitäts- Kontrollvorrichtung umfasst, die selbsttätig erkennt, ob die momentan gemessenen Werte realistisch sind oder von einer Falschpositionierung von Emitter oder Sensor, einem gelösten Armband oder anderen Fehlern beeinflusst sind.If emitter and / or sensor unintentionally change their position on the surface of the forearm, this must be recognizable automatically, for example by the bracelet or the evaluation includes a plausibility control device that automatically detects whether the currently measured values are realistic or from misalignment of emitter or sensor, a loose wristband or other errors.
Diese Plausibilitäts-Kontrollvorrichtung kann ausgebaut werden zu einem Positioniermodus, den die Auswerteeinheit bietet, um die optimale Positionierung von Emitter und Sensor zueinander bzw. am Arm zu ermitteln.This plausibility check device can be expanded to a positioning mode, which offers the evaluation unit to determine the optimal positioning of emitter and sensor to each other or on the arm.
Dabei können während der Positionierung Testsignale von dem Emitter zum Sensor gesandt und von der Auswerteeinheit in einem speziellen Modus daraufhin überprüft werden, ob sich das Ergebnis gegenüber der letzten vorangehenden IDuring the positioning, test signals can be sent from the emitter to the sensor and then checked by the evaluation unit in a special mode to see whether the result has changed from the last preceding one I
Positionierung verbessert oder verschlechtert hat und bei einer ausreichenden Signalintensität kann ein ok-Signal von dieser Einheit abgegeben werden.Positioning has improved or worsened and with sufficient signal intensity, an ok signal can be emitted from this unit.
Auch für den Uchtsensor selbst hat sich eine bestimmte Größe als vorwiegend optimal ergeben, nämlich bei einem Durchmesser zwischen 5 mm2 und 20 mm2, da in diesem Bereich eine sich ändernde Leistungsdichte des empfangenen Lichtes noch gut detektierbar ist, während andererseits der Auswertungsaufwand noch nicht zu hoch wird.Also for the real sensor itself, a certain size has proven to be predominantly optimal, namely at a diameter of between 5 mm 2 and 20 mm 2 , since in this range a changing power density of the received light is still easily detectable, while on the other hand the evaluation effort is not yet gets too high.
c) Ausführungsbeispielec) embodiments
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments according to the invention are described in more detail below by way of example. Show it:
Fig. 1: eine Querschnittsdarstellung bei einem Fingersensor,1 is a cross-sectional view of a finger sensor,
Fig. 2: eine Querschnittsdarstellung bei einem Unterarmsensor,2 is a cross-sectional view of a forearm sensor,
Fig. 3: den Unterarm in Skelettdarstellung im gedrehten und nicht-gedrehten Zustand,3 shows the forearm in skeleton representation in the rotated and non-rotated state,
Fig. 4: die bei der Absorption von Licht in lebendem Gewebe vorkommendenFig. 4: occurring in the absorption of light in living tissue
Einflussfaktoren,Factors,
Fig. 5: die Prinzipdarstellung einer Dickenmessvorrichtung, und5 shows the schematic diagram of a thickness measuring device, and
Fig. 6: Prinzipdarstellungen des erfindungsgemäßen Messgerätes.Fig. 6: schematic representations of the measuring device according to the invention.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt die Situation bei dem bekannten Fingersensor:Fig. 1 shows in cross-section the situation with the known finger sensor:
Dabei sitzen auf der einen Seite des Querschnittes des Fingers 23 die beiden Lichtemitter 2a und 2b, die mit unterschiedlichen Spektralbereichen in das Gewe- be des Fingers einstrahlen. Die Lichtstrahlen können den im Inneren des Fingers liegenden Fingerknochen 24 nicht durchlaufen, da von den Lichtemittern 2a, 2b aus jedoch die Lichtstrahlen nicht nur in exakt eine Richtung, sondern fächerförmig in mehrere Richtungen in das Gewebe hinein abgegeben werden, werden einzelne Strahlungsanteile dabei innerhalb des Gewebes so abgelenkt oder gebrochen, dass sie den Sensor 3 erreichen, wie anhand einer beispielhaften Lichtwegslinie für beide Seiten des Knochens 24 dargestellt.In this case, on one side of the cross section of the finger 23, the two light emitters 2a and 2b, which enter the tissue with different spectral ranges, are seated. irradiate be of the finger. The light beams can not pass through the finger bones 24 lying inside the finger, since the light beams are emitted from the light emitters 2a, 2b not only in exactly one direction, but fan-shaped in several directions into the tissue Tissue deflected or broken so that they reach the sensor 3, as shown by an exemplary light path line for both sides of the bone 24.
Diese durch das Gewebe hindurch und um den Knochen 24 herum am Sensor 3 ankommende Lichtmenge stellt ein Maß für die durch das Gewebe absorbierten Anteile des Lichts dar, und kann wiederum als Rückschluss auf die arterielle Sauerstoffsättigung des Benutzers herangezogen werden, indem die Modulationstiefen der beiden Spektralbereiche, in denen die Emitter 2a, 2b arbeiten, wie vorbeschrieben zueinander in Beziehung gesetzt werden.This amount of light arriving at the sensor 3 through the tissue and around the bone 24 provides a measure of the light absorbed by the tissue portions of the light, and in turn can be used as a conclusion to the arterial oxygen saturation of the user by the modulation depths of the two spectral ranges in which the emitters 2a, 2b operate as described above in relation to each other.
Fig. 2 zeigt die Situation bei dem erfindungsgemäßen Unterarmsensor.Fig. 2 shows the situation in the forearm sensor according to the invention.
Obwohl die Größenverhältnisse dabei noch nicht einmal maßstabsgetreu sind, wird klar, dass die zu durchstrahlende Schichtdicke dabei wesentlich größer ist, insbesondere ein Mehrfaches gegenüber dem Fingersensor. Weiterhin zeigt Fig. 2 die Schwierigkeit, dass in diesem Fall zwei Knochen (Elle 27 und Speiche 28) nebeneinander im Unterarm 25 liegen und - wie die Darstellungen des Knochengerüsts der Fig. 3a und 3b zeigen - bei Tordierung des Unterarms um den Ellbogen stark gegeneinander verschränkt werden.Although the size ratios are not even true to scale, it is clear that the layer thickness to be irradiated is substantially greater, in particular a multiple compared to the finger sensor. Furthermore, Fig. 2 shows the difficulty that in this case two bones (Elle 27 and spoke 28) are adjacent to each other in the forearm 25 and - as the representations of the skeleton of Fig. 3a and 3b show - when twisting the forearm around the elbow strongly against each other to be crossed.
Dabei wird ersichtlich, dass im nichtverschränkten Zustand gemäß Fig. 3a noch ein ausreichend großer, linsenförmiger Spalt zwischen Elle und Speiche verbleibt, dieser Spalt im verschränkten Zustand gemäß Fig. 3b jedoch zum einen sehr schmal wird und sich zum anderen nur im distalen, dem Handgelenk benachbar- ten Bereich befindet.It can be seen that, in the non-entangled state according to FIG. 3a, a sufficiently large, lenticular gap remains between the ulna and the spoke, but this gap in the entangled state according to FIG. 3b, on the one hand, becomes very narrow and, on the other hand, only in the distal, the wrist adjacent area.
Schon aus diesem Grund hat man es in der Praxis - neben der großen zu durchstrahlenden Schichtdicke - für unmöglich gehalten, den Unterarm zu durchstrah- len, sofern nicht die Bewegungsmöglichkeit des Tordierens des Unterarmes eingeschränkt wird.For this reason alone, in practice, in addition to the large layer thickness to be irradiated, it has been thought impossible to penetrate the forearm. unless the ability to move the forearm is restricted.
In der Praxis hat sich jedoch erwiesen, dass eine Durchstrahlung möglich ist, und zwar entweder gemäß der Prinzipdarstellung der Fig. 2a, bei der Großteil der am Sensor 3 ankommenden Lichtmenge sich durch den Zwischenraum zwischen Elle 27 und Speiche 28 hindurchbewegt hat, was die ideale Positionierung der beiden Emitter 2a, 2b sowie des Sensors 3 darstellt, die sich dann genau auf der Mittellinie dieses Zwischenraumes einander gegenüberliegend befinden.In practice, however, has proven that a radiation is possible, either according to the schematic diagram of Fig. 2a, in the majority of the light arriving at the sensor 3 amount of light has moved through the gap between Elle 27 and spoke 28, which is the ideal Positioning of the two emitters 2a, 2b and the sensor 3 represents, which are then located exactly on the center line of this space opposite each other.
Die beiden Emitter 2a, 2b können auch zu einem einzigen Emitterelement zu- sammengefasst sein, welches dann als eine Baueinheit gehandhabt wird.The two emitters 2a, 2b can also be combined to form a single emitter element, which is then handled as a structural unit.
Fig. 2b bei nicht ganz korrekter Positionierung bezüglich des Querschnittes, wie sich Emitter 2 und Sensor 3 bezüglich des Querschnitts um nur ca. 120-150° versetzt zueinander befinden können, mit der Folge, dass dann beim Sensor 3 Lichtanteile ankommen werden, die nur z. T. im Zwischenraum zwischen Elle 27 und Speiche 28 hindurch gestrahlt wurden, sondern teilweise auch an Elle und Speiche vorbei durch das Gewebe gestrahlt wurden.Fig. 2b at not quite correct positioning with respect to the cross section, as emitter 2 and sensor 3 with respect to the cross section by only about 120-150 ° offset from each other can be, with the result that then arrive at the sensor 3 lights, the only z. T. in the space between Elle 27 and spoke 28 have been blasted through, but were partially also passed to Elle and spoke passing through the tissue.
Erstaunlicherweise ist eine Durchstrahlung auch des Handgelenks, also durch die Handwurzelknochen hindurch, möglich und liefert immer noch verwertbare Ergebnisse, so dass davon ausgegangen werden muss, dass immer ein Anteil des eingestrahlten Lichts tatsächlich durch mehrfache Brechung und Ablenkung einen Weg durch alle vorhandenen Zwischenräume durch den Knochen hindurch zum gegenüber liegenden Sensor findet.Surprisingly, a radiation of the wrist, so through the carpal bones through, possible and still delivers usable results, so that it must be assumed that always a portion of the incident light actually multiple refraction and distraction a path through all existing spaces through the Bone through to the opposite sensor finds.
Fig. 5 zeigt ferner in Prinzipdarstellung die Wirkungsweise einer Dickenmessvor- richtung 20 am Beispiel einer mittels Magnetismus funktionierenden Vorrichtung:5 further shows, in a schematic representation, the mode of operation of a thickness measuring device 20 using the example of a device functioning by means of magnetism:
Dabei wird auf der einen Seite des Querschnitts des Unterarms 25 ein Magnet 20a angeordnet, der somit ein von der Kontaktfläche des Magneten auf der Haut aus fächerförmig abstrahlendes, und damit inhomogenes Magnetfeld in den Unterarm 25 hinein abstrahlt.In this case, on one side of the cross section of the lower arm 25, a magnet 20a is arranged, which is thus one of the contact surface of the magnet on the skin from fan-shaped radiating, and thus inhomogeneous magnetic field in the forearm 25 radiates into it.
Ordnet man an irgendeiner Stelle gegenüber dem Magneten einen Magnetfeld- sensor 20b an, so wird dieser aufgrund der Abschwächung des Magnetfeldes mit zunehmendem Abstand vom Magneten - sichtbar anhand des zunehmenden Abstandes der Magnetfeldlinien - eine Feldstärke ermitteln, die ein Maß für den Abstand des Magnetfeldsensors 20b vom Magneten 20a und damit für die durchstrahlte Dicke des Unterarmes 25 ist.If a magnetic field sensor 20b is arranged at any point in relation to the magnet, then due to the weakening of the magnetic field it will determine a field strength with increasing distance from the magnet - visible on the basis of the increasing distance of the magnetic field lines - which measures the distance of the magnetic field sensor 20b from the magnet 20a and thus for the irradiated thickness of the forearm 25 is.
Magnet 20a und Magnetsensor 20b werden vorzugsweise ebenfalls am Armband, insbesondere möglichst nahe an Lichtemitter und Lichtsensor angeordnet, um möglichst genau die dort vorhandene Schichtdicke zu erfassen.Magnet 20a and magnetic sensor 20b are preferably also arranged on the bracelet, in particular as close as possible to light emitter and light sensor in order to capture as accurately as possible the layer thickness there.
Natürlich spielt die Schichtdicke nicht die einzige Rolle dabei, welche Anteile oder Mengen des eingestrahlten Lichts vom Gewebe absorbiert werden:Of course, the layer thickness does not play the sole role in which portions or amounts of incident light are absorbed by the tissue:
So zeigt Fig. 4 grafisch, welche Faktoren eine Verringerung der eingestrahlten Ausgangsintensität des Lichts bewirken, und dessen in dieser Reihenfolge ab- nehmenden Einfluss:Thus, FIG. 4 graphically shows which factors cause a reduction of the incident output intensity of the light and its decreasing effect in this order:
Es ist einsichtig, dass die Gewebeanteile und insbesondere die nicht durchbluteten äußeren Hautschichten die Lichtintensität stark beeinträchtigen, insbesondere aufgrund ungünstiger Streuungsverhältnisse.It is clear that the tissue components and in particular the non-perfused outer skin layers greatly impair the light intensity, in particular due to unfavorable scattering conditions.
Die nächst stärkeren Einflussfaktoren sind die Umfahrungswege aufgrund der nicht durchstrahlbaren Knochen, die bewirken, dass nur ein entsprechend geringer Anteil der Strahlung den Weg um den Knochen herum zum Sensor findet, während ein großer Teil der Strahlung von den Knochen reflektiert oder absorbiert wird und den Sensor nicht erreicht.The next stronger factors are the bypass paths due to the non-radiopaque bones, which cause only a correspondingly small amount of radiation to find the path around the bone to the sensor, while much of the radiation is reflected or absorbed by the bones and the sensor not reached.
Weitere Einflussfaktoren sind dann Venen, Kapillare und Arteriolen, wobei bei den Arteriolen der Konstantanteii vom pulsatilen Anteil zu unterscheiden ist: Da die Arteriolen sich aufgrund des Pulses regelmäßig ausdehnen und zusammenziehen, wird die Beeinflussung des daran vorbeigeschleusten oder hindurchgeschleusten Lichts von diesem pulsatilen Verhalten beaufschlagt, weshalb dann abhängig der vom Lichtstrahl konkret zurückzulegende Lichtweg auch vom momentanen Durchmesser der entsprechenden Arteriole abhängt und deshalb die Grenzlinie, welche die Lichtwegsliήie darstellt, keine Gerade ist.Further influencing factors are then veins, capillaries and arterioles, whereby in the case of the arterioles the constantantii is to be distinguished from the pulsatile part: Since the arterioles regularly expand and contract due to the pulse, the influencing of the light passed or passed therethrough is acted upon by this pulsatile behavior, for which reason the light path concretely to be traced depends also on the instantaneous diameter of the corresponding arteriole and therefore the boundary line which the Lichtwegsliήie represents, is not a straight line.
Dies wiederum beeinflusst auch die am Sensor zu messende Lichtintensität, in- dem sich diese ebenfalls pulsierend ändert, wie an der nicht geraden Linie der Lichtintensität zu erkennen.This, in turn, also influences the light intensity to be measured at the sensor, in that it likewise changes in a pulsating manner, as can be seen from the non-straight line of the light intensity.
Fig. 6 zeigt in Prinzipdarstellung die am Handgelenk des Benutzers getragene Manschette bei nicht tordiertem (Fig. 6a) und tordiertem Unterarm (Fig. 6b).Fig. 6 shows a schematic representation of the worn on the wrist of the user cuff in not twisted (Fig. 6a) and twisted forearm (Fig. 6b).
Daraus ist zu erkennen, dass im Bereich des unteren, also distalen Endes des Unterarmes, ggf. bereits im Bereich des Handgelenkes, um den Umfang des Unterarmes herum ein Armband 6 angeordnet ist, welches eng am Armumfang, also der Haut 33, anliegt, und auf dessen Innenseite auf einander gegenüber liegen- den Seiten des Armbandes 6 einerseits ein Lichtsensor 3 und andererseits eine Fläche mit einem oder besser zwei verschiedenen Lichtemittern 2a, 2b angeordnet sind, die in unterschiedlichen Spekträlbereichen Licht abgeben, so dass die Durchstrahlungsrichtung 34 quer zur Längsrichtung 10 des Unterarmes 25 hindurch verläuft.It can be seen that in the region of the lower, ie distal end of the forearm, possibly already in the area of the wrist, around the circumference of the forearm around a bracelet 6 is arranged, which fits closely to the arm circumference, ie the skin 33, and on the inside on mutually opposite sides of the bracelet 6 on the one hand a light sensor 3 and on the other hand a surface with one or better two different light emitters 2a, 2b are arranged, which emit light in different spectral ranges, so that the transmission direction 34 transverse to the longitudinal direction 10th of the forearm 25 passes.
Wie die Figuren zeigen, sind Emitter 2 und Sensor 3 bezüglich des Umfanges am Arm so angeordnet, dass ihre gedachte Verbindungslinie (Durchstrahlungsrich- tung 34) zwischen Elle und Speiche hindurch erstreckt und zwar sowohl im nicht verschränkten Zustand von Elle und Speiche, wie in Fig. 6a dargestellt, in dem diese der verbleibende Freiraum dazwischen größer ist, als auch im verschränkten Zustand dieser beiden Knochen gemäß Fig. 6b. Bemerkt werden sollte, dass ein verwertbares Messergebnis meist auch dann noch erzielt werden kann, wenn keine geradlinige Durchstrahlung von Emitter zum Sensor zwischen Elle und Speiche hindurch verfügbar ist, aber dennoch die Lichtstrahlen so abgelenkt werden, dass sie nach dem Zufallsprinzip auch mehrfach gewinkelte Lichtpfade vom Emitter zum Empfänger hin finden.As the figures show, the emitter 2 and sensor 3 are arranged with respect to the circumference of the arm so that their imaginary connecting line (transmission direction 34) extends between the ulna and the spoke, both in the unentangled state of the ulna and the spoke, as shown in FIG 6a, in which this the remaining space between them is larger, as well as in the entangled state of these two bones according to FIG. 6b. It should be noted that an evaluable measurement result can usually still be achieved even if no straight-through radiation from the emitter to the sensor is available between the ulna and the spoke, but the light rays are nevertheless deflected in such a way that they also randomly multiply angled light paths from the light source Find emitter towards the receiver.
Das Armband 6 liegt so eng am Handgelenk an, dass ein Verrutschen des Armbandes 6 sowohl in Längsrichtung 10 des Unterarmes 25 als auch in Umfangs- richtung sehr unwahrscheinlich ist bzw. bei den, normalen Betätigungen des Be- nutzers, für die das Armband ausgelegt ist, nicht vorkommt.The bracelet 6 rests so tightly on the wrist that slipping of the bracelet 6 is very unlikely both in the longitudinal direction 10 of the forearm 25 and in the circumferential direction or in the normal operations of the user for whom the bracelet is designed , does not occur.
Fig. 6c zeigt femer das Armband in angelegtem' Zustand in einer Querschnittsdarstellung. Dabei sind mittels einer Fixiervorrichtung 9 nebeneinander zwei Lichtemitter 2a,b auf der einen Seite des Querschnitts des Unterarms 25 befestigt und auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls mittels einer Fixiervorrichtung 9, beispielsweise einer Klebeschicht, ein Lichtsensor 3 auf der Haut des Unterarms aufgeklebt.Fig. 6c also shows the bracelet in an applied state in a cross-sectional view. In this case, two light emitters 2a, b are attached to one side of the cross section of the forearm 25 by means of a fixing device 9 and glued on the opposite side also by means of a fixing device 9, such as an adhesive layer, a light sensor 3 on the skin of the forearm.
Auf der Rückseite der Lichtemitter 2b liegt eine über beide durchgehende Platte als Wärmesenke 18' auf, die also aus einem Material hoher Wärmekapazität besteht.On the back of the light emitter 2b is a through both continuous plate as a heat sink 18 ', which thus consists of a material of high heat capacity.
Sowohl die beiden Lichtemitter 2a, b als auch der Lichtsensor 3 sind von ihrer vom Unterarm 25 abgewandten Rückseite her mittels einer Anpressvorrichtung 11 , et- wa einer Feder, von der Innenseite des Armbandes 6 aus radial nach innen beaufschlagt. Zu diesem Zweck liegt das Armband 6 wenigstens in Teilbereichen des Umfanges des Unterarmes 25 vorzugsweise an diesem an.Both the two light emitters 2a, b and the light sensor 3 are acted upon radially from the inside of the bracelet 6 from their rear side facing away from the lower arm 25 by means of a pressure device 11, for example a spring. For this purpose, the bracelet 6 is located at least in partial areas of the circumference of the forearm 25 preferably on this.
Fig. 6c zeigt femer eine Energiezelle 5, wie sie ebenfalls am Armband 6 angeord- net werden kann, oder einen Beschleunigungssensor 22' und/oder Bewegungssensor 22. Ebenso kann - vorzugsweise auf der Außenseite des Armbandes im Blickfeld des Benutzers - eine Anzeigeeinheit 7 am Armband angeordnet sein und/oder ein Sender 8. Das Armband 6 ist vorzugsweise nicht endlos ausgebildet, sondern kann mittels seiner gegeneinander zu verbindenden Enden, beispielsweise mittels eines Klettverschlusses 13, auch eng anliegend am Unterarm befestigt werden.FIG. 6c further shows an energy cell 5, which can likewise be arranged on the bracelet 6, or an acceleration sensor 22 'and / or motion sensor 22. Likewise, a display unit 7 can be mounted on the outside of the bracelet in the field of vision of the user Arranged bracelet and / or a transmitter 8. The bracelet 6 is preferably not endless, but can be fastened by means of its against each other to be joined ends, for example by means of a hook and loop fastener 13, also close fitting to the forearm.
Die Fixiervorrichtung 9 zwischen den Lichtemittern 2a, b und dem Unterarm kann zusätzlich auch als Temperatursensor ausgebildet sein. The fixing device 9 between the light emitters 2a, b and the lower arm may additionally be designed as a temperature sensor.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Messgerät1 measuring device
2a,b Lichtemitter2a, b light emitter
3 Lichtsensor3 light sensor
4 Auswerteeinheit4 evaluation unit
5 Energiezelle5 energy cell
6 Armband6 bracelet
7 Anzeigeeinheit7 display unit
8 Sender8 stations
9 Fixiervorrichtung9 fixing device
10 Längsrichtung Unterarm10 longitudinal forearm
11 Anpresseinrichtung11 pressing device
12 Kleber12 glue
13 Kiettverschluss13 Kiettverschluss
14 Markierung14 mark
15 Alarmzentrale15 alarm center
16 Ortungseinheit16 locating unit
17 Warnvorrichtung17 warning device
18 Kühlfläche18 cooling surface
18' Wärmesenke18 'heat sink
19 Temperatursensor19 temperature sensor
20 Dickenmessvorrichtung20 thickness gauge
20a Magnet20a magnet
20b Magnetsensor20b magnetic sensor
21 Plausibilitäts-Kontrollvorrichtung21 Plausibility check device
22 Bewegungssensor22 motion sensor
22' Bescheunigungssensor22 'acceleration sensor
23 Finger23 fingers
24 Fingerknochen 25 Unterarm24 finger bones 25 forearm
26 Schichtdicke26 layer thickness
27 Elle27 cubits
28 Speiche28 spoke
33 Haut33 skin
34 Durchstrahlungsrichtung 34 transmission direction

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Messgerät (1) für die Absorption von Licht durch lebendes Gewebe mit wenigstens einem Lichtemitter (2), wenigstens einem Lichtsensor (3), wenigstens einer Auswerteeinheit (4), und - einer Energiezelle (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) ein Armband (6) umfasst, an dem wenigstens der Lichtemitter (2) und der Lichtsensor (3) so angeordnet sind, dass das vom Lichtemitter (2) beim Lichtsensor (3) ankommende Licht den distalen Unterarm oder das Handge- lenk durchlaufen hat.1. measuring device (1) for the absorption of light by living tissue with at least one light emitter (2), at least one light sensor (3), at least one evaluation unit (4), and - an energy cell (5), characterized in that the measuring device (1) comprises a bracelet (6) on which at least the light emitter (2) and the light sensor (3) are arranged so that the light from the light emitter (2) at the light sensor (3) the distal forearm or the wrist has gone through.
2. Messgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das beim Lichtsensor (3) ankommende Licht den Unterarm um Elle oder Speiche herum durchlaufen hat, insbesondere zwischen Elle und Speiche hindurch durchlaufen hat.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the light sensor (3) incoming light has passed through the forearm to ulna or spoke around, in particular has passed through between ulna and spoke.
3. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (2) und Sensor (3) unter optisch konstanten Ein- und Auskopplungsbedingungen, insbesondere ortsfest, am Unterarm bzw. Handgelenk angeordnet sind.3. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the emitter (2) and sensor (3) under optically constant coupling and decoupling conditions, in particular stationary, are arranged on the forearm or wrist.
4. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) zwei verschiedene Lichtemitter (2) für Licht unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Spektralbereiche umfasst. 4. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (1) comprises two different light emitter (2) for light of different wavelengths or spectral ranges.
5. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (3) die empfangene Lichtmenge,detektiert.5. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the light sensor (3) detects the received light quantity.
6. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) so ausgelegt ist, dass am Lichtsensor (3) ein Fotostrom von mindestens 0,01 μA bis 0,1 μA durch den Empfang des vom Lichtemitter (2) ausgesendeten Lichts anfällt.6. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (1) is designed so that at the light sensor (3) a photocurrent of at least 0.01 uA to 0.1 uA by the reception of the light emitter (2) emitted light is obtained.
7. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) so ausgelegt ist, dass am Lichtsensor (3) eine Lichtleistung von 60 nW auf der gesamten Sensorfläche' auftritt und insbesondere die Sensorfläche zwischen 0,5 und 100 mm2 beträgt.7. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (1) is designed so that the light sensor (3) has a light output of 60 nW on the entire sensor surface 'and in particular the sensor surface between 0.5 and 100 mm 2 .
8. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei einzelnen LEDs als Lichtemitter diese eine Stromstärke von jeweils min- destens 100 mA aufweisen.8. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of two individual LEDs as light emitters they have a current intensity of at least 100 mA each.
9. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung mehrerer parallel geschalteter LEDs als ein Lichtemitter die Stromstärke der einzelnen LEDs vorzugsweise unter 50 mA beträgt.9. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that when using several parallel-connected LEDs as a light emitter, the current intensity of the individual LEDs is preferably below 50 mA.
10. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät, insbesondere das Armband (6), eine Fixiervorrichtung (9) zum Fixieren von Emitter (2) und Sensor (3) an vorbestimmten Stellen des Unterarmes bzw. Handgelenkes umfasst. 10. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device, in particular the bracelet (6), a fixing device (9) for fixing the emitter (2) and sensor (3) at predetermined locations of the forearm or wrist comprises.
11. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,' d:ass das Messgerät (1), insbesondere das Armband (6), eine Anpresseinrichtung (11) zum Anpressen von Lichtemitter (2) und/oder Lichtsensor (3) gegen den Unterarm bzw. das Handgelenk umfasst.11. Meter, d 'according to one of the preceding claims, characterized in that: ass the meter (1), in particular the bracelet (6), a pressing device (11) for pressing the light emitter (2) and / or light sensor (3) against the Forearm or wrist includes.
12. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lichtemitter (2a, b) in fester Relation zueinander angeordnet sind.12. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the two light emitters (2a, b) are arranged in fixed relation to each other.
13. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter (2a, b) Licht der Wellenlänge 730 nm und 880 nm aussenden.13. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the light emitter (2a, b) emit light of wavelength 730 nm and 880 nm.
14. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtemitter mindestens zwei Leuchtdioden (LEDs) verschiedener Spektralbereiche verwendet werden.14. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two light-emitting diodes (LEDs) of different spectral ranges are used as the light emitter.
15. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtemitter eine weiße Leuchtdiode verwendet wird, aus der mittels Filtern zwei unterschiedliche Spektralbereiche an Licht extrahiert werden.15. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a white light emitting diode is used as the light emitter, are extracted from the two different spectral ranges of light by means of filters.
16. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck von Emitter und Sensor gegen den Unterarm zwischen 2,5 und 50 mm Hg-Säule, insbesondere zwischen 3,0 und 15,0 mm Hg-Säule, beträgt.16. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the contact pressure of emitter and sensor against the forearm between 2.5 and 50 mm Hg-column, in particular between 3.0 and 15.0 mm Hg-column.
17. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass17. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that
Emitter und/oder Sensor lösbar am Armband (6) befestigt sind und insbesondere auf ihrer dem Unterarm zugewandten Kontaktfläche einen hautfreundlichen KIe- ber (12) aufweisen, und auf ihrer Rückseite die1 Fixiervorrichtung (9) zum Fixieren am Armband (6) angeordnet ist, insbesondere ein Klettverschluss (13).Emitter and / or sensor are releasably attached to the bracelet (6) and in particular on their forearm facing contact surface a skin-friendly Kei- Over (12), and on its back the 1 fixing device (9) for fixing on the bracelet (6) is arranged, in particular a hook-and-loop fastener (13).
18. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 1 auf der Außenseite des Armbandes (6) eine Markierung (14) für die Position des Emitters (2) und/oder Sensors (3) vorhanden ist.18. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that 1 on the outside of the bracelet (6) has a mark (14) for the position of the emitter (2) and / or sensor (3) is present.
19. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (6) einen Sender (8) zur drahtlosen Weiterleitung der Signale des Sensors (3), insbesondere mittels Mobilfunk, umfasst.19. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the bracelet (6) comprises a transmitter (8) for wireless transmission of the signals of the sensor (3), in particular by means of mobile radio.
20. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass' das Armband (6) wenigstens Teile der Auswerteeinheit (4), insbesondere die gesamte Auswerteeinheit (4), trägt und der Sender die Auswertungsergebnisse an eine Alarmzentrale (15) überträgt, sofern einer der ermittelten Werte im kritischen Bereich liegt.20. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that 'the bracelet (6) at least parts of the evaluation unit (4), in particular the entire evaluation unit (4), carries and the transmitter transmits the evaluation results to an alarm center (15) if one of the determined values lies in the critical range.
21. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (6) eine Ortungseinheit (16) umfasst.21. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the bracelet (6) comprises a locating unit (16).
22. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (6) eine Anzeigeeinheit (7) und insbesondere eine Warnvorrichtung (17) umfasst.22. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the bracelet (6) comprises a display unit (7) and in particular a warning device (17).
23. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Lichtemitter (2) mit Teilen des Messgerätes in thermischer Verbindung stehen, die eine hohe Wärmekapazität besitzen und insbesondere thermi- sehe Isolationsvorrichtungen zwischen dem Emitter (2) und der Hautoberfläche des Benutzers angeordnet sind, insbesondere in Form einer Zwischenlage aus schlecht wärmeleitfähigem Material wie z. B. Kunststoff oder einem Gelkissen.23. Meter according to one of the preceding claims, characterized in that the or the light emitter (2) are in thermal communication with parts of the measuring device, which have a high heat capacity and in particular thermal see insulating devices between the emitter (2) and the skin surface of the user are arranged, in particular in the form of an intermediate layer of poor thermal conductivity material such. As plastic or a gel pad.
24. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (6) einen Temperatursensor (19), insbesondere in der Nähe des Lichtemitters (2), umfasst.24. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the bracelet (6) comprises a temperature sensor (19), in particular in the vicinity of the light emitter (2).
25. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (6) eine Dickenmessvorrichtung (20) zur Messung des Abstandes zwischen Emitter (2) und Sensor (3) umfasst, insbesondere die Dickenmessvorrichtung mittels Magnetismus funktioniert, in dem der Empfänger die Stärke des vom Sender abgegebenen Magnetfeldes misst oder optisch über den Lichtverlust funktioniert.25. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the bracelet (6) comprises a thickness measuring device (20) for measuring the distance between emitter (2) and sensor (3), in particular the thickness measuring device by means of magnetism works, in which the receiver measures the strength of the magnetic field emitted by the transmitter or works visually on the loss of light.
26. Messgerät nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenmessvorrichtung (20) durch das Gewebe hindurch den Abstand zwischen einem Sender und einem Empfänger misst und Sender sowie Empfänger unmittelbar neben dem Emitter (2) und dem Sensor (3) angeordnet sind oder mit diesen identisch sind.26. A meter according to claim 25, characterized in that the thickness measuring device (20) through the tissue measures the distance between a transmitter and a receiver and transmitter and receiver are arranged directly adjacent to the emitter (2) and the sensor (3) or with these are identical.
27. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (6) eine Messwert-Plausibilitäts-Kontrollvorrichtung (21) umfasst.27. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the bracelet (6) comprises a measured value plausibility control device (21).
28. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit in der Lage ist, die Sauerstoffsättigung, die Herzfrequenz, die Atemfrequenz und/oder den Blutdruck aus den von dem Sensor ermittelten Daten zu bestimmen. 28. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit is able to determine the oxygen saturation, the heart rate, the respiratory rate and / or the blood pressure from the data determined by the sensor.
29. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) in der Lage ist unter Verwertung der gemessenen Ein- gangs-Lichtintensität (lo) an der Durchstrahlungsstelle absolute Konzentrationen von Komponenten des Gewebes oder Blutes zu bestimmen.29. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (4) is able to determine absolute concentrations of components of the tissue or blood by utilizing the measured input light intensity (Io) at the transmission site.
30. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) und/oder Warnvorrichtung (17) bzw. Anzeigeeinheit (7) drahtlos über eine kurze Entfernung von maximal einigen Metern mit dem Armband (6) in Verbindung stehen.30. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (4) and / or warning device (17) or display unit (7) wirelessly over a short distance of a maximum of a few meters with the bracelet (6) are in communication.
31. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) einen Positioniermodus umfasst, in dem die optimale Relativpositionierung von Emitter und Sensor zueinander ermittelt bzw. getestet werden kann.31. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (4) comprises a positioning mode in which the optimal relative positioning of emitter and sensor can be determined or tested to each other.
32. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) auch die Signale für andere Vitalparameter auswerten kann und das Messgerät weitere Sensoren aufweist, z. B. einen Beschleunigungssensor (22'), einen Lagesensor oder einen Bewegungssensor.32. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (4) can also evaluate the signals for other vital parameters and the measuring device has further sensors, for. B. an acceleration sensor (22 '), a position sensor or a motion sensor.
33. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter jeweils gepulstes Licht abgeben mit einem Puls zu Pause Verhältnis von mindestens 1:5, besser mindestens 1:30.33. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the light emitters each emit pulsed light with a pulse to pause ratio of at least 1: 5, better at least 1:30.
34. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass , die Dauer eines Pulses jeweils kleiner als 1 ms ist. 34. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that, the duration of each pulse is less than 1 ms.
35. Verfahren zur Messung der Absorption von Licht durch lebendes Gewebe mittels eines Lichtemitters (2) und eines Lichtsensors (3) sowie einer Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass vom Lichtsensor (3) die vom gegenüberliegenden Lichtemitter (2) ankommende Lichtmenge, welche den distalen Unterarm bzw., das Handgelenk durchlaufen hat, gemessen wird.35. A method for measuring the absorption of light by living tissue by means of a light emitter (2) and a light sensor (3) and an evaluation unit, characterized in that from the light sensor (3) from the opposite light emitter (2) incoming light amount, the distal Forearm or, has passed through the wrist, is measured.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption in wenigstens zwei verschiedenen Spektralbereichen ermittelt wird.36. The method according to claim 35, characterized in that the absorption is determined in at least two different spectral ranges.
37. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät über Mobilfunk mit einem Dienstleister in Verbindung steht.37. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that the measuring device is connected via mobile communication with a service provider.
38. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (2) und Sensor (3) unter optisch konstanten Ein- und Auskopplungsbedingungen, insbesondere ortsfest, am Unterarm bzw. Handgelenk angeordnet sind.38. Method according to one of the preceding method claims, characterized in that the emitter (2) and sensor (3) are arranged under optically constant coupling and decoupling conditions, in particular stationary, on the forearm or wrist.
39. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei einzelnen LEDs als Lichtemitter diese eine Stromstärke von jeweils mindestens 100 mA aufweisen.39. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that in the case of two individual LEDs as a light emitter, these have a current intensity of at least 100 mA each.
40. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass > bei Verwendung mehrerer parallel geschalteter LEDs als ein Lichtemitter die Stromstärke der einzelnen LEDs vorzugsweise unter 50 mA beträgt. 40. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that> when using a plurality of parallel-connected LEDs as a light emitter, the current intensity of the individual LEDs is preferably less than 50 mA.
41. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass41. Method according to one of the preceding method claims, characterized in that
Signale für andere Vitalparameter ausgewertet werden können, z. B. Beschleunigung, Lage oder Bewegung.Signals for other vital parameters can be evaluated, for. As acceleration, position or movement.
42. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter jeweils gepulstes Licht abgeben1 mit einem Puls zu Pause Verhältnis von mindestens 1:5, besser mindestens 1:30.42. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that the light emitters each emit pulsed light 1 with a pulse to pause ratio of at least 1: 5, better at least 1:30.
43. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines Pulses jeweils kleiner als 1 ms ist.43. Method according to one of the preceding method claims, characterized in that the duration of a pulse is less than 1 ms in each case.
44. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter (2a, b) Licht der Wellenlängen 400 nm bis 2.000 nm, insbesondere 600 - 1.000 nm, aussenden.44. Method according to one of the preceding method claims, characterized in that the light emitters (2a, b) emit light of the wavelengths 400 nm to 2,000 nm, in particular 600-1,000 nm.
45. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen in Form von Paketen von Einzelmessungen durchgeführt werden, deren Anzahl ausreicht, um einen zuverlässigen Durchschnittswert zu bilden.45. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that the measurements are carried out in the form of packets of individual measurements, the number of which is sufficient to form a reliable average value.
46. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand zwischen der Durchführung der einzelnen Paketmessungen wesentlich größer ist als der zeitliche Abstand zwischen den Einzelpulsen einer Paketmessung, insbesondere im Bereich zwischen 20 s und 5 min liegt, und der zeitliche Abstand zwischen den Paketen manuell vom Benutzer gewählt wird oder aufgrund der Historie des Benutzers fest eingestellt wird oder aufgrund der momentanen Informationslage festgelegt wird. 46. Method according to one of the preceding method claims, characterized in that the time interval between the execution of the individual packet measurements is substantially greater than the time interval between the individual pulses of a packet measurement, in particular in the range between 20 s and 5 min, and the time interval is manually selected by the user between packages, or fixed based on the history of the user, or determined based on the current informational situation.
47. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtemitter (2) Leuchtdioden (LEDs) verwendet wird.47. Method according to one of the preceding method claims, characterized in that light-emitting diodes (LEDs) are used as the light emitter (2).
48. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck von Emitter (2) und Sensor (3) gegen den Unterarm mindestens 2,5 mm Hg beträgt.48. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that the contact pressure of emitter (2) and sensor (3) against the forearm is at least 2.5 mm Hg.
49. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Emitter (2) und/oder Sensor (3) auf der Hautoberfläche verklebt werden.49. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that the emitter (2) and / or sensor (3) are glued to the skin surface.
50. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale vom Sensor (3) zu einer Auswerteeinheit und/oder von der Auswerteeinheit zu einer Anzeigeeinheit drahtlos übertragen werden.50. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that the signals from the sensor (3) are transmitted to an evaluation and / or wireless from the evaluation to a display unit.
51. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwärmung des Gewebes des Benutzers verhindert wird.51. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that the overheating of the tissue of the user is prevented.
52. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe des Emitters (2) die Temperatur auf der Kontaktfläche der Haut des Benutzers, an welcher der Emitter (2) anliegt, gemessen wird.52. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that in the vicinity of the emitter (2), the temperature on the contact surface of the skin of the user, to which the emitter (2) is applied, is measured.
53. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Dicke des durchstrahlten Gewebes, also Unterarmes oder Handgelenkes, gemessen wird. 53. The method according to any one of the preceding method claims, characterized in that in addition the thickness of the irradiated tissue, ie forearm or wrist, is measured.
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