AT14374U1 - Vorrichtung zur nicht-invasiven Bestimmung von Laktatwerten sowie Verfahren hierfür - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zur nicht-invasiven Bestimmung von Laktatwerten umfassend wenigstens einen optischen Sensor (11), eine ein Lumineszenzereignis des wenigstens einen optischen Sensors anregendes Licht aussendende Signalanregungseinheit sowie eine optische Messelektrode (3), und eine Auswerteeinheit, ist der wenigstens eine optische Sensor (11) ein in ein Ein- und Ausatemrohr (10) integrierter, insbesondere auf einem in eine Polymermatrix eingebetteten Platin-Porphyrin-Komplex oder Ruthenium-Porphyrin-Komplex basierender Sauerstoffsensor ist, weisen die als Anregungslichtquelle ausgebildete Signalanregungseinheit, eine Referenzlichtquelle (15), sowie die als Fotodiode (4) ausgebildete optische Messelektrode (3) eine Anregungs- bzw. Messfrequenz im Bereich zwischen 50 und 400 ms-1 auf. Weiterhin sind sowohl die Signalanregungseinheit als auch die Auswerteeinheit (5) mit einer Recheneinheit gekoppelt und die Signalanregungs- und Auswerteeinheit sind weiterhin mit wenigstens einer als Pulsmesselektrode ausgebildeten Messelektrode (3) sowie einer Messwerte-Übertragungseinheit gekoppelt. Weiterhin ist ein Verfahren unter Einsatz dieser Vorrichtung beschrieben.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur nicht-invasiven Bestimmung von Laktatwerten umfassend wenigstens einen optischen Sensor, eine ein Lumineszenzereignis des wenigstens einen optischen Sensors anregendes Licht aussendende Signalanregungseinheit sowie eine optische Messelektrode, und eine Auswerteeinheit, sowie ein Verfahren zur nicht-invasiven Bestimmung von Laktatwerten, bei welchem wenigstens ein Atemluft-Sauerstoffverbrauch ermittelt wird, sowie eine Pulsfrequenz gemessen wird und die Messwerte einer Auswerteinheit zugeführt werden.

[0002] Laktatmessungen werden zunehmend in der Leistungsdiagnostik von Sportlern herangezogen, da Laktat als ein Nebenprodukt bei der Energiegewinnung bei intensiven Belastungen der Muskulatur eines Sportlers entsteht. Eine vermehrte Laktatbildung ist hierbei ein Zeichen, dass die beanspruchte Muskulatur nicht hinreichend den zur Verfügung gestellten Sauerstoff zur Energiefreisetzung nutzen kann und stattdessen Glukose in der Muskulatur abgebaut wird und somit Laktat gebildet wird. Bei einem Menschen liegt die Laktatkonzentration im Blut im Ruhezustand bei 1 bis 2 mM/l, wobei eine Laktatkonzentration, welche nicht über 2 mM/l steigt, als aerobe Laktatkonzentration bezeichnet wird. Eine Laktatkonzentration in einem Bereich zwischen 2 und 4 mM/l wird als eine Konzentration im aeroben, anaeroben Grenzbereich bezeichnet und ab einer Laktatkonzentration von über 4 mM/l beginnt der sogenannte anaerobe Bereich.

[0003] Gegenwärtige Messungen der Laktatkonzentration werden durch spirometrische Messungen mit Systemen durchgeführt, welche für den medizinischen Bereich entwickelt wurden, wobei die Instrumentierung für derartige Messungen teuer und aufwendig ist.

[0004] Kürzlich wurde festgestellt, dass zwischen dem Sauerstoffverbrauch und Laktatwerten ein korrelierender Zusammenhang besteht, der es ermöglicht, die entsprechenden Übergangspunkte zwischen aerober Fettverbrennung, zu einem Übergangsbereich zwischen aerober und anaerober Verbrennung, sowie zwischen dem Übergangsbereich von aerober zu anaerober Verbrennung zu anaerober Fettverbrennung eindeutig zu bestimmen. Vergleichende Messungen haben hierbei gezeigt, dass die Tendenz des Laktatwerts und des Sauerstoffverbrauchs bis zum ersten Übergangspunkt (LPD1) zwischen aerober Verbrennung und dem Übergangsbereich von aerober zu anaerober Verbrennung ansteigen. Der Sauerstoffverbrauch fällt im Übergangsbereich aerob - anaerob bis zum zweiten Übergangspunkt (LPD2) leicht ab und fällt schließlich im anaeroben Bereich stark ab. In gleicher Weise steigt der Laktatwert in aeroben Bereich mäßig an, im Übergangsbereich aerob - anaerob stärker und im anaeroben Bereich steigt er sehr stark an, so dass die Kurve im Wesentlichen spiegelbildlich zu jener des Sauerstoffverbrauchs ist.

[0005] Aufgrund dieser neu erkannten Korrelation zwischen Laktatwerten und Sauerstoffverbrauch zielt die vorliegende Erfindung nunmehr darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur nicht-invasiven Laktatmessung zur Verfügung zu stellen, welche einerseits apparativ einfach ist, kostengünstig herzustellen und zu warten ist und im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine bedeutend höhere Messgenauigkeit zur Verfügung stellt.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur nicht-invasiven Laktatmessung im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine optische Sensor ein in ein Ein- und Ausatemrohr integrierter, insbesondere auf einem in eine Polymermatrix eingebetteten Platin-Porphyrin-Komplex oder Ruthenium-Porphyrin-Komplex basierender Sauerstoffsensor ist, dass die als Anregungslichtquelle ausgebildete Signalanregungseinheit, eine Referenzlichtquelle, sowie die als Fotodiode ausgebildete optische Messelektrode eine Anregungs- bzw. Messfrequenz im Bereich zwischen 50 und 400 ms"1 aufweisen, dass sowohl die Signalanregungseinheit als auch die Auswerteeinheit mit einer Recheneinheit gekoppelt sind und dass die Signalanregungs- und Auswerteeinheit weiterhin mit wenigstens einer als Pulsmesselektrode ausgebildeten Messelektrode sowie einer Messwerte-Übertragungseinheit gekoppelt sind. Indem ein optischer Sauerstoffsensor in ein Ein- und Ausatemrohr integriert ist, wird während des Ein- und Ausatmens permanent der Sauerstoffgehalt der Atemluft gemessen und es werden eine Vielzahl von der jeweiligen Konzentration des Sauerstoffs in der Atemluft entsprechenden, sich in ihrer Intensität voneinander unterscheidenden Lumineszenzsignalen von dem Sauerstoffsensor emittiert. Indem weiterhin die als Anregungslichtquelle ausgebildete Signalanregungseinheit, eine Referenzlichtquelle, sowie die als Fotodiode ausgebildete optische Messelektrode eine Anregungs- bzw. Messfrequenz im Bereich zwischen 50 und 400 ms"1 aufweisen, und dadurch der Sensor zu einer Vielzahl von in ihrer Intensität unterschiedlichen Lumineszenzereignissen in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in der Atemluft angeregt wird, gelingt an einer Messelektrode, insbesondere einer Fotodiode eine im Wesentlichen kontinuierliche, insbesondere der Anregungsfrequenz entsprechende Messung der sich laufend verändernden Sauerstoffkonzentration in der Atemluft. Die Messelektrode wandelt das mit sich laufender Änderung der Intensität emittierte Lumineszenzlicht in Stromsignale um, wobei die Größe der Phasenänderung die Messgröße ist, welche mit dem Sauerstoffgehalt direkt korreliert. Gleichzeitig misst eine Pulsmesselektrode die Pulsfrequenz, wobei die Signale, insbesondere die Lumineszenzsignale des Sauerstoffsensors und jene der Pulsfrequenzmessung zeitlich synchron laufen, so dass über diesen Zusammenhang eine Korrelation zwischen Herz- und Atemfrequenz ermöglicht wird. Die für Messung erforderliche hohe Frequenz wird erreicht, indem eine Sensorchemie eingesetzt wird, die auf Ruthenium- oder Platin-Porphyrin-Komplexen basiert und in eine Polymermatrix eingebettet ist, und wobei das Trägermaterial eine hohe Sauerstoffdurchlässigkeit aufweist, damit der Farbstoff entsprechend der Messfrequenz mit den Sauerstoff-Konzentrations-Änderungen beaufschlagt werden kann.

[0007] Indem in jedem Lichtweg der optischen Messeinheit weiters jeweils eine Mehrzahl von optischen Filtern, insbesondere Emissionswellenlängen bzw. Fluorophor-Wellenlängen von 500 nm bis 800 nm durchlassende Filter integriert ist, gelingt es, ein schmales Wellenlängenspektrum in Bezug auf die Anregung und Detektion zu erreichen, wodurch sämtliche möglichen Streulichteinflüsse ohne eine elektronische Filterung eliminiert werden können.

[0008] Indem, wie dies einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung entspricht, weiterhin eine Referenzlichtquelle im Wesentlichen normal auf eine Emissionsrichtung des Lumineszenzlichts des Sauerstoffsensors zu der Fotodiode angeordnet ist, gelingt es, mit ein und demselben Detektor bzw. mit ein und derselben Messelektrode sowohl das Anregungslicht als auch ein Referenzlicht zu messen und dadurch sicherzustellen, dass keinerlei Störlichteinflüsse die Messung des Sauerstoffgehalts der Atemluft verfälschen oder das Signal-zu-Rauschverhältnis derart verschlechtert wird, dass eine sichere Zuordnung insbesondere von niedrigen Sauerstoffkonzentrationswerten verhindert wird.

[0009] Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, sowohl die Anregungslichtquelle als auch die Referenzlichtquelle als Leuchtdioden ausgebildet sind, gelingt es, eine insbesondere kleinbauende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere Licht in einem gleichbleibend schmalen, genau definierten Wellenlängenspektrum emittiert.

[0010] Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, in dem Ein- und Ausatemrohr als weiterer Sensor ein C02-Sensor festgelegt ist, gelingt es neben der nicht-invasiven Laktatbestimmung auch, den respiratorischen Koeffizienten zu bestimmen. Weiterhin gelingt es mit der Vorrichtung auch das Atemvolumen zu bestimmen, wodurch es mit den Messergebnissen der Vorrichtung gemäß der Erfindung gelingt, gesamte Trainingsplanungen bzw. Trainingsverfolgungen und Auswertungen vorzunehmen, ohne dass ein invasives Messverfahren herangezogen werden muss. So gelingt es, neben der Herzfrequenz sämtliche Bereiche die für ein extensives Dauertraining oder auch normales Dauertraining oder intensives Dauertraining oder Intervalltraining erforderlich sind anzugeben und auszuwerten. Bei einer einfachen Kopplung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit beispielsweise einem Computer oder einer CPU gelingt es, gesamte Trainingsplanungen auf Basis der nicht-invasiven Laktatmessung aufzubauen.

[0011] Um insbesondere die Wiederverwertbarkeit der Vorrichtung gemäß der Erfindung sicherzustellen und um keine Verluste an Messgenauigkeit in Kauf nehmen zu müssen, wird die Vorrichtung, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, so ausgebildet, dass der oder die Sensor(en) in dem Ein- und Ausatemrohr lösbar, insbesondere in einer Halterung lösbar festgelegt sind. Durch die Austauschbarkeit der Sensoren gelingt es nicht nur, immer wieder neue Sensoren bei Verwendung der Vorrichtung durch einen neuen Benutzer anzubringen, sondern es können beispielsweise auch voneinander verschiedene Sensoren bzw. mehrere Sensoren gleichzeitig in der Signalanregungseinheit angeordnet sein, um nicht nur voneinander verschiedene Messewerte ermitteln zu können, sondern beispielsweise auch einen Mittelwert aus zwei oder mehreren gleichzeitigen Messungen bilden zu können.

[0012] Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Pulsmesselektrode Messwerte mittels Funk an die Auswerteeinheit überträgt, wird gleichzeitig sichergestellt, dass störende Kabel an der Vorrichtung gemäß der Erfindung bzw. in Verbindung mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung vermieden sind, wodurch die Vorrichtung nicht nur kleinbauend sondern insbesondere praktisch und transportabel ausgebildet werden kann.

[0013] Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Auswerteeinheit zeitlich synchronisierte Messwerte der optischen Messeinheit und der Pulsmesselektrode verarbeitet, gelingt es, Sauerstoffmesswerte zeitlich exakt mit der Pulsfrequenz zu korrelieren, wodurch die Genauigkeit der Messungen weiter verbessert wird.

[0014] Die Erfindung zielt weiterhin darauf ab, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem es gelingt, nicht-invasiv Laktatwerte zu bestimmen, indem Sauerstoffwerte pro Atemzug bestimmt werden und aus diesen sowie einer Atemfrequenz Laktatwerte rechnerisch ermittelt werden können.

[0015] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass mit einem in einem Ein- und Ausatemrohr angeordneten, mittels einer Signalanregungseinheit, insbesondere einer Anregungslichtquelle mit einer Frequenz zwischen 50 und 400 ms"1 zu einer Emission von Lumineszenzlicht anregbaren, optischen, insbesondere auf einem in eine Polymermatrix eingebetteten Platin-Porphyrin-Komplex oder Ruthenium-Porphyrin-Komplex basierenden Sauerstoffsensor eine Vielzahl von Werten des Sauerstoffgehalts der Atemluft pro Atemzug ermittelt wird, dass der Vielzahl von Werten des Sauerstoffgehalts der Atemluft pro Atemzug entsprechende Lumineszenzsignale an einer Fotodiode gemessen werden, dass die Vielzahl von Sauerstoffwerten und gemessene Pulsfrequenzmesswerte einer Auswerteeinheit übermittelt werden und dass aus den Messwerten des Sauerstoffgehalts der Atemluft pro Atemzug und den Pulsfrequenzmesswerten Laktatwerte rechnerisch ermittelt werden. Mit einem derartigen Verfahren gelingt es nicht-invasiv über die Messung des Sauerstoffgehalts in der Atemluft und durch Korrelation der Messwertkurven mit einer Laktatmesswerteichkurve die Laktatmesswerte rechnerisch zu ermitteln. Ein derartiges Verfahren ermöglicht nicht nur eine nicht-invasive, sondern insbesondere eine um gegenüber den Verfahren gemäß dem Stand der Technik um einen Faktor 100 schnellere und mindestens ebenso genaue Ermittlung der Laktatwerte. Im Einzelnen wird mit dem Verfahren gemäß der Erfindung der Verlauf des Sauerstoffwerts pro Atemzug gemessen. Durch Multiplikation mit der Anzahl der Atemzüge pro Zeiteinheit, welche aufgrund der Vielzahl von zur Verfügung stehenden Messwerten gleichzeitig ermittelt wird und dem ebenfalls direkt aus den Messungen herleitbaren Delta aus dem Minimal- und Maximalwert pro Atemzug wird der Sauerstoffverbrauch pro Minute berechnet. Eine derartige Berechnung bzw. Messung erfolgt ohne zusätzliche Messung des Atemzugvolumens und der Atemdruckunterschiede, da gemäß der vorliegenden Erfindung eine relative Verbrauchsmessung durchgeführt wird, die durch ein vollständig analoges Verhalten zu einer klassischen Verbrauchsmessung zeigt. Die zwei Übergangspunkte der Laktatwerte zwischen aeroben Bereich, dem anaerob - aeroben Zwischenbereich und dem anaeroben Bereich, welche mit LPD1 und LPD2 bezeichnet werden, sind somit exakt ohne Durchführen einer Laktatmessung nicht-invasiv bestimmbar. Weiterhin ist es mit einem derartigen Verfahren möglich, die Messwerte rechnerisch durch Korrelation mit einer Eichkurve zu ermitteln oder direkt zu ermitteln, da die Übergangspunkte bei Sauerstoffverbrauchsmessungen und Laktatmessungen an denselben Pulsfrequenzen korrelieren.

[0016] Indem, wie dies einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, gleichzeitig der Atemluft-Sauerstoffverbrauch und die Pulsfrequenz zeitlich synchron gemessen werden, gelingt es nicht nur, die Laktatwerte eines Probanden zu bestimmen, sondern es ist darüber hinaus mit einem derartig weitergebildeten Verfahren möglich, eine gesamte Trainingsplanung für einen Sportler oder eine rekonvaleszente Person zu erstellen.

[0017] Indem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Signalanregung mittels einer Anregungslichtquelle, insbesondere einer Anregungslichtdiode durchgeführt wird, gelingt es nicht nur, ein kleinbauendes System zur Verfügung zu stellen, sondern auch insbesondere ein kostengünstiges Verfahren, bei welchem jegliche Bestandteile durch handelsübliche Bestandteile ersetzbar sind, zur Verfügung zu stellen.

[0018] Indem, wie dies einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, in dem Ein- und Ausatemrohr ein weiterer optischer Sensor, insbesondere ein C02-Sensor durch die Anregungslichtquelle zur Emission von Lumineszenzlicht angeregt wird, kann die oben ausgeführte Trainingsplanung weiter erweitert und präziser gestaltet werden.

[0019] Indem das erfindungsgemäße Verfahren so weitergebildet wird, dass die in der Auswerteeinheit sämtliche Messwerte unmittelbar ausgewertet und an eine Datenausgabe und Anzeigevorrichtung übermittelt werden, gelingt es beispielsweise während eines Trainings unmittelbar, die Laktatwerte eines Trainierenden bzw. eines Probanden abzulesen, so dass ein Training entsprechend adaptiert bzw. umgestellt werden kann, um einen Übergang in den anaeroben Bereich und somit einer Glukoseverbrennung während des Trainings mit Sicherheit hintanzuhalten.

[0020] Unter dem gewählten Begriff Lumineszenz ist im vorliegenden Fall auch der Begriff Fluoreszenz zu subsumieren, da bei Wahl eines anderen Farbstoffes als den hier als bevorzugt genannten selbstverständlich anstatt eines Lumineszenzereignisses der gewählte Farbstoff zur Emission von Fluoreszenzlicht angeregt werden kann, ohne, dass sich an dem Verfahren oder dem beschriebenen Aufbau der Messvorrichtung etwas ändert.

[0021] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesen zeigt [0022] Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Messsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, [0023] Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur nicht-invasiven

Bestimmung von Laktatwerten, [0024] Fig. 3 eine graphische Darstellung der Korrelation zwischen Laktatwerten und Sauer stoffverbrauch, und [0025] Fig. 4 eine Darstellung der Atemfrequenz und des Sauerstoffgehalts der Atemluft, welche aus der Sauerstoffmessung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ermittelt wurde.

[0026] In Fig. 1 ist schematisch ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 1 zur nicht-invasiven Bestimmung von Laktatwerten gezeigt. In Richtung des Pfeils 2 wird hierbei Atemluft über eine optische Messelektrode 3 geleitet, welche Messelektrode 3 mit Hilfe von Anregungslicht an einer Anregungslichtquelle 13 zur Emission von Lumineszenzlicht angeregt wird. Das Lumineszenzlicht wird in der Folge in einer Fotodiode 4 in Strom umgewandelt und die Strommesswerte an eine Auswerteeinheit 5 übergeben. Die Auswerteeinheit 5 besteht hierbei aus einer EDV-Einheit, welche in eine Datenaufnahmeeinheit 6 und eine Datenauswerteeinheit 7 unterteilt ist. Der Auswerteeinheit 5 werden zusätzlich Messwerte einer Pulsfrequenzmesselektrode 8 zugeführt, welche Messwerte mit den Messwerten aus der optischen Messeinheit, insbesondere Messelektrode 3 korreliert werden und die ausgewerteten Daten, insbesondere die ermittelten Laktatwerte werden in der Folge auf einer in dem schematischen Blockschaltbild nicht dargestellten Anzeigevorrichtung, zu welcher schematisch der Pfeil 9 führt, dargestellt.

[0027] Die Messelektrode 3 misst hierbei mit hoher Geschwindigkeit den Verlauf des Sauerstoffgehalts pro Atemzug. Aufgrund der schnellen Messung und insbesondere Vielzahl von Messpunkten ergibt sich aus dem Bild sowohl der Sauerstoffgehalt in der Atemluft in jeder

Phase eines Atemzugs als auch die Atemfrequenz, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Eine gesonderte Atemfrequenzmessung ist mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Weiterhin sind aus dem Sauerstoffgehalt, der Atemfrequenz und der Pulsfrequenz, welche Messwerte alle mit dem Laktatmesswert in Bezug setzbar sind in der Folge entweder durch Vergleich mit einer Eichkurve oder durch die beschriebene Korrelation der Übergangspunkte der Sauerstoffverbrauchsmessung und der Laktatmessungen mit der Pulsfrequenz zu ermitteln, in einer nicht invasiven Weise, Laktatmesswerte exakt und insbesondere besonders schnell bestimmbar.

[0028] In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung gezeigt. In dieser ist mit 10 ein Ein- und Ausatemrohr im Schnitt dargestellt. Im Inneren des Ein- und Ausatemrohrs 10 ist eine als Sauerstoffsensor ausgebildete Messelektrode 3 in einer Halterung 12 lösbar festgelegt. Der Sauerstoffsensor 11 ist bei dieser Anordnung im permanenten Kontakt mit der Ein- und Ausatemluft eines Probanden und wird andererseits über eine Anregungslichtquelle, insbesondere eine Anregungs-LED 13 mit Anregungslicht bestrahlt und zur Emission von Lumineszenzlicht bzw. zu einem Lumineszenzereignis angeregt. Das Lumineszenzlicht trifft in der Folge auf eine Fotodiode 4 als Messelektrode auf, auf welcher das Lumineszenzlicht in ein Stromsignal umgewandt wird und zu einer nicht dargestellten Auswerteeinheit geleitet wird.

[0029] Weiterhin ist von der Messelektrode, nämlich der Photodiode 4 und der Anregungslichtquelle 13 beabstandet eine Signallichtquelle bzw. Referenzlichtquelle 15 angeordnet, mit welcher die Messgenauigkeit der Vorrichtung 1 erhöht wird. Die Referenzlichtquelle 15 ist derart angeordnet, dass sie keinerlei Störlichteinflüsse zwischen Anregungslichtquelle 13 und Photodiode 4 bewirken kann jedoch gleichzeitig ein klar unterscheidbares Referenzlichtsignal zur Verfügung stellt.

[0030] Schließlich ist, um ein besonders schmales Wellenlängenspektrum bezüglich des Anregungslichts und der Detektion zu erreichen, eine Mehrzahl von optischen Filtern 16 sowohl in dem Weg des Anregungslichts, des Lumineszenzlichts als auch des Referenzlichts angeordnet, wodurch Streulichteinflüsse ohne das Vorsehen einer elektronischen Filterung eliminiert werden können.

[0031] Das Ein- und Ausatemrohr 10 ist hierbei mit einem ausreichenden Querschnitt ausgebil-det, um ein widerstandsfreies Ein- und Ausatmen zu gewährleisten und kann beispielsweise mit einer Atemmaske verbunden werden, um möglichst direkt Atemluft messen zu können. Der als Messelektrode 3 ausgebildete Sauerstoffsensor kann direkt in das Ein- und Ausatemrohr 10 gekippt bzw. geklappt werden bzw. in sonstiger Form lösbar in dem Ein- und Ausatemrohr 10 festgelegt sein oder kann in einer einfacheren Form beispielsweise in das Ein- und Ausatemrohr geklebt werden. In jedem Fall ist der Sauerstoffsensor derart lösbar im Inneren des Ein-und Ausatemrohrs 10 festgelegt, dass er in ständigem Kontakt mit der Ein- und Ausatemluft ist, um eine Messsicherheit sowie hygienische Bedingungen zu gewährleisten.

[0032] In Fig. 3 ist die Korrelation zwischen Laktatwerten und dem Sauerstoffverbrauch dargestellt. In dieser Figur zeigt die strichpunktierte Linie den Verlauf der Laktatwertekurve sowie die durchgezogene Kurve den Verlauf des Sauerstoffgehalts in der Atemluft. Die mit LPD1 und LPD2 bezeichneten Linien definieren hierbei die Übergangspunkte zwischen aeroben Bereich und anaeroben Bereich sowie dem zwischen den Linien LPD1 und LPD2 angeordneten aerob -anaeroben Übergangsbereich. Wie aus der Laktatkurve erkennbar ist, steigt die Laktatkurve im aeroben Bereich schwach an, im Übergangsbereich aerob - anaerob stärker, um dann im anaeroben Bereich sehr stark anzusteigen. Demgegenüber steigt der Sauerstoffgehalt in der Atemluft im aeroben Bereich schwach an, um im Übergangsbereich aerob - anaerob mäßig abzufallen und schließlich im anaeroben Bereich stark abzufallen. Sowohl die Laktatkurve als auch die Kurve des Sauerstoffgehalts in der Atemluft zeigen jeweils an den Punkten LPD1 und LPD2 einen Knick und die Laktatkurve bzw. Sauerstoffkurve sind hierbei spiegelbildlich zueinander, so dass bei Ermittlung der Sauerstoffkurve unmittelbar durch Spiegelung an einer schematisch dargestellten Linie die Laktatkurve erhalten werden kann.

[0033] In Fig. 4 ist ein Diagramm des Verlaufs des Sauerstoffgehalts in der Atemluft gezeigt, welches unmittelbar aus den Messwerten der Vorrichtung gemäß der Erfindung erhalten wird. Ein derartiges Diagramm ist insbesondere deshalb erhältlich, da die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Messungen in kürzester Zeit zur Verfügung stellen kann, so dass durch die Vielzahl von Messpunkten zweifelsfrei und unmittelbar die Atemfrequenz aus der ermittelten Kurve abgelesen werden kann, wobei jedes Minimum den Beginn eines neuen Atemzugs bezeichnet.

[0034] Mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung können selbstverständlich zusätzlich Messwerte betreffend den C02-Gehalt, das Atemvolumen, die maximale Sauerstoffaufnahme oder der respiratorische Quotient bestimmt werden, so dass aus den mit der Vorrichtung und dem Verfahren ermittelten Ergebnis in automatisierter Form Trainingszonen und Trainingspläne ermittelt und ausgegeben werden können. Es können hierbei Herzfrequenz, Leistung, Geschwindigkeit sowohl für Bereiche extensiven Dauertrainings, mittleren Dauertrainings, auch intensiven Dauertrainings oder Intervalltrainings ausgegeben werden, Trainingszeiten, Trainingsempfehlungen angegeben werden sowie Trainingspläne und sportliche Ziele ermittelt werden. Schließlich gelingt es mit einer derartigen Vorrichtung und einem derartigen Verfahren, ein Feedback in Bezug auf den Allgemeinzustand eines Sportlers bzw. eines Probanden zu erhalten und dadurch sowohl Sporttrainingspläne als auch beispielsweise Rehabilitationstrainingspläne individuell auf den Allgemeinzustand des jeweiligen Probanden bzw. Sportlers anzupassen.

[0035] Es erübrigt sich festzuhalten, dass das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht nur auf den Sport bzw. Allgemeinbereich, sondern auch im medizinischen Bereich unmittelbar und ohne jede Anpassung angewandt werden kann.

Claims (15)

1. Ansprüche 1. Vorrichtung (1) zur nicht-invasiven Bestimmung von Laktatwerten umfassend wenigstens einen optischen Sensor (11), eine ein Lumineszenzereignis des wenigstens einen optischen Sensors anregendes Licht aussendende Signalanregungseinheit sowie eine optische Messelektrode (3), und eine Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine optische Sensor (11) ein in ein Ein- und Ausatemrohr (10) integrierter, insbesondere auf einem in eine Polymermatrix eingebetteten Platin-Porphyrin-Komplex oder Ruthenium-Porphyrin-Komplex basierender Sauerstoffsensor ist, dass die als Anregungslichtquelle ausgebildete Signalanregungseinheit, eine Referenzlichtquelle (15), sowie die als Fotodiode (4) ausgebildete optische Messelektrode (3) eine Anregungs- bzw. Messfrequenz im Bereich zwischen 50 und 400 ms'1 aufweisen, dass sowohl die Signalanregungseinheit als auch die Auswerteeinheit (5) mit einer Recheneinheit gekoppelt sind und dass die Signalanregungs- und Auswerteeinheit weiterhin mit wenigstens einer als Pulsmesselektrode ausgebildeten Messelektrode (3) sowie einer Messwerte-Übertragungsein-heit gekoppelt sind.
2. 2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Lichtweg der optischen Messeinheit weiterhin jeweils eine Mehrzahl von optischen Filtern, insbesondere Emissionswellenlängen bzw. Fluorophor-Wellenlängen von 500 nm bis 800 nm durchlassende Filter integriert ist.
3. 3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Referenzlichtquelle (15) im Wesentlichen normal auf eine Emissionsrichtung des Lumineszenzlichts des Sauerstoffsensors (11) zu der Fotodiode (4) angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Anregungslichtquelle als auch die Referenzlichtquelle (15) als Leuchtdioden ausgebildet sind.
5. 5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ein- und Ausatemrohr (10) als weiterer Sensor ein C02 -Sensor festgelegt ist.
6. 6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Sensor(en) in dem Ein- und Ausatemrohr (10) lösbar, insbesondere in einer Halterung (12) lösbar festgelegt sind.
7. 7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmesselektrode Messwerte mittels Funk an die Auswerteeinheit (5) überträgt.
8. 8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (5) zeitlich synchronisierte Messwerte der optischen Messeinheit und der Pulsmesselektrode verarbeitet.
9. 9. Verfahren zur nicht-invasiven Bestimmung von Laktatwerten, bei welchem wenigstens ein Atemluft-Sauerstoffverbrauch ermittelt wird, sowie eine Pulsfrequenz gemessen wird und die Messwerte einer Auswerteinheit (5) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem in einem Ein- und Ausatemrohr (10) angeordneten, mittels einer Signalanregungseinheit, insbesondere einer Anregungslichtquelle mit einer Periodendauer zwischen 50 und 400 ms'1 zu einer Emission von Lumineszenzlicht anregbaren, optischen, insbesondere auf einem in eine Polymermatrix eingebetteten Platin-Porphyrin-Komplex oder Ruthenium-Porphyrin-Komplex basierenden Sauerstoffsensor (11) eine Vielzahl von Werten des Sauerstoffgehalts der Atemluft pro Atemzug ermittelt wird, dass der Vielzahl von Werten des Sauerstoffgehalts der Atemluft pro Atemzug entsprechende Lumineszenzsignale an einer Fotodiode gemessen werden, dass die Vielzahl von Sauerstoffwerten und gemessene Pulsfrequenzmesswerte einer Auswerteeinheit (5) übermittelt werden und dass aus den Messwerten des Sauerstoffgehalts der Atemluft pro Atemzug und den Pulsfrequenzmesswerten Laktatwerte rechnerisch ermittelt werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Atemluft-Sauerstoffverbrauch und die Pulsfrequenz zeitlich synchron gemessen werden.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Sauerstoffgehalts der Atemluft als Relativwertmessung durchgeführt wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Signalanregung eine Anregungslichtquelle, insbesondere Anregungslichtdiode eingesetzt wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Referenzlichtquelle (15), insbesondere Signallichtdiode eingesetzt wird.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ein- und Ausatemrohr (10) ein weiterer optischer Sensor, insbesondere C02-Sensor durch die Anregungslichtquelle zur Aussendung von Lumineszenzlicht angeregt wird.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (5) sämtliche Messwerte ausgewertet und an eine Datenausgabe und Anzeigevorrichtung übermittelt werden. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen