DE10015622A1 - Nicht-invasive optische Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung der Blutflußdynamik, von Blutkomponenten und Blutvolumenanteilen im Gewebe/Haut des Menschen - Google Patents
Nicht-invasive optische Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung der Blutflußdynamik, von Blutkomponenten und Blutvolumenanteilen im Gewebe/Haut des MenschenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine nicht-invasive optische Vorrichtung und Verfahren zur
kontinuierlichen zeitlich aufgelösten Messung von Blutflußparametern und Bestimmung von
Blutkomponenten und Blutvolumenanteilen (Blutplasma und Hämatokrit) durch
signalanalytische Bewertung des Remissionslichtes und/oder Transmissionslichtes nach
Passage eines Haut-Gewebeareals des Menschen.
Es ist von großem Interesse für Mediziner und Physiologen kontinuierliche Informationen
über die Zusammensetzung der Blutkomponenten zu erhalten. Das Standardverfahren ist
noch immer die für den Menschen "lästige" Blutabnahme mit nachfolgender Analyse, so
dass nur diskontinuierliche Informationen verfügbar sind. Es ist daher das Anliegen vieler
Forschungsgruppen und Medizingerätehersteller ein nicht-invasives Monitoring für die
Analyse des Blutes zu entwickeln.
Die Pulsoximetrie ist ein anerkanntes kontinuierliches Messverfahren zur Bestimmung der
Sauerstoffsättigung des Blutes, eignet sich aber offensichtlich nicht zur Bestimmung der Hb-
Konzentration und des Hämatokrits. Obwohl in der Literatur theoretische NIR-Verfahren
diskutiert und in-vitro Messungen die prinzipielle Machbarkeit belegen scheitert die bisherige
Umsetzung an der Kalibrierung der Verfahren für den klinischen und ärztlichen Einsatz.
In unserer Vorrichtung und Verfahren wird Licht (400 nm bis 1900 nm) von gepulsten
Laserdioden mit definierten Wellenlängen mit Glasfasern auf ein Flächenareal der Haut
eingestrahlt und das Remissionslicht und/oder Transmissionslicht nicht-invasiv
photoelektrisch mittels wellenlängensensitiven Photodioden gemessen.
Unsere Vorrichtung und Verfahren nutzt die wellenlängenabhängige Interaktion des
monochromatischen Lichtes der Laserdioden mit dem Gewebe und den Blutkomponenten
(Absorption, Extinktion, Streuung). Signalanalytische Bezugspunkte sind unter anderem die
pulsatilen Signalanteile des Hb und HbO2, des isobestischen Punktes, spezifische
Blutkomponenten wie Glucose, Fett etc. und die "Wasserabsorption" der Pulswellen im Haut-
und Gewebeareal. Die zeitliche Variation dieser Detektorsignale, die im Wesentlichen durch
den Blutpuls verursacht wird, liefert die Möglichkeit, die Absorption des arteriellen/venösen
Blutes von der Interaktion des Lichtes mit dem Gewebe/Haut zu unterscheiden.
Mit dieser Vorrichtung und Verfahren können physiologische Daten ermittelt werden über
den Hämatokritgehalt von Patienten bei Unfällen und während operativer Eingriffe, zur
physiologischen Verlaufskontrolle von klinisch und experimentell induzierten Änderungen
des Wasserhaushaltes, beispielsweise in der Dialyse, durch Orthostasestress und unter
Mikrogravitationsbedingungen (reduzierte Schwerelosigkeit in einem Fluggerät/
Raumstation), zum Nachweis von Thrombosen und Bewertung arterieller
Verschlusskrankheiten, und für die nicht-invasive kontinuierliche Messung und Bewertung
der Haut-/Gewebedurchblutung (periphere Durchblutung, Vasomotion, etc.) zur
physiologischen Verlaufskontrolle des Diabetikers bezüglich der Stoffwechselsituation und
der daraus ableitbaren Therapie und Gesundheitsvorsorge.
Die Vorrichtung und das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet (Fig. 1):
- 1. dass gepulste Laserdioden spezifischer Wellenlängen verwendet werden die den spezifischen Absorptionseigenschaften von Blutkomponenten entsprechen. Die Laserdioden werden in zeit-multiplexem Verfahren so betrieben, dass sowohl die wellenlängenspezifische Messung des Lichtsignals nach Passage durch das biologische Gewebe erfasst wird als auch die Störlichtkomponenten eliminiert werden können (1 in Fig. 1).
- 2. dass die Anzahl der Laserdioden ≦ 3 ihre Wellenfängen und jeweiligen Intensitäten variabel konfiguriert und eingestellt werden können in Anpassung an die physiologische Fragestellung (1 in Fig. 1).
- 3. dass das Laserlicht direkt über Glasfasern zum Meßort geführt wird und über eine spezielle Optik in einem definierten punktförmigen Areal nicht-invasiv eingestrahlt wird (2 in Fig. 1).
- 4. dass die Laserdioden in ihrer Intensität und Laserpulsfrequenz über einen Microcontroller und/oder DSP gesteuert werden (4 in Fig. 1).
- 5. dass das Remissionslicht oder das Transmissionslicht nach Passage durch das biologische Gewebe von Photodetektors nicht-invasiv erfasst wird, die direkt auf die spezifischen Wellenlängen angepasst sind (3 in Fig. 1).
- 6. dass nach der AD-Wandlung der Detektorsignale diese einem Microcontroller
und/oder DSP/Neuro-Chip zugeführt werden zur Signalanalyse, beispielsweise für
die Berechnung
- - des AC/DC-Intensitätsverhältnisses (Verhältnis von "Wechselstrom"- Signalkomponente zu "Gleichstrom"-Signalkomponente),
- - der Intensitätsverhältnisse der Transmissions- und/oder Remissionssignale zu den applizierten Wellenlängen
- - der Amplitudenmodulation (Plusamplitude, Atemfrequenz, etc.) mit Nutzung digitaler Filter (4 in Fig. 1).
Die zeitliche Variation dieser Detektorsignale, die im Wesentlichen durch den Blutpuls verursacht wird, liefert die Möglichkeit, die Absorption des arteriellen/venösen Blutes von der Gewebeabsorption zu unterscheiden. - 7. Die Daten der Signalanalyse werden visualisiert, beispielsweise Pulskurven mit Werten über die Blutflußdynamik der Haut und des Gewebes und der Hauttemperatur am Detektionsort. Es werden auch nummerische Werte zur Darstellung gebracht, beispielsweise des Hämatokrits (5 in Fig. 1).
Claims (13)
1. Nicht-invasive optische Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen zeitlich aufgelösten
Messung von Blutflußparametern und Bestimmung von Blutkomponenten und
Blutvolumenanteilen (Blutplasma und Hämatokrit) durch signalanalytische Bewertung des
Remissionslichtes und/oder Transmissionslichtes nach Passage eines Haut-Gewebeareals
des Menschen ist dadurch gekennzeichnet,
dass gepulste Laserdioden im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1900 nm verwendet
werden die den spezifischen Absorptionseigenschaften von Blutkomponenten
entsprechen. Die Laserdioden werden in Zeit-multiplexem Verfahren so betrieben, dass
sowohl wellenlängenspezifische Messungen des Lichtes nach Passage durch das
biologische Gewebe möglich ist als auch Störlichtkomponenten eliminiert werden
können (1)
2. Nicht-invasive optische Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen zeitlich aufgelösten
Messung von Blutflußparametern und Bestimmung von Blutkomponenten und
Blutvolumenanteilen (Blutplasma und Hämatokrit) durch signalanalytische Bewertung des
Remissionslichtes und/oder Transmissionslichtes nach Passage eines Haut-Gewebeareals
des Menschen ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzahl der Laserdioden mit ≦ 3, ihre Wellenlängen und jeweiligen Intensitäten
variabel konfiguriert und mittels Microcontroller und/oder DSP eingestellt werden können
in Anpassung an die physiologische Fragestellung (1, 4)
3. Nicht-invasive optische Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen zeitlich aufgelösten
Messung von Blutflußparametern und Bestimmung von Blutkomponenten und
Blutvolumenanteilen (Blutplasma und Hämatokrit) durch signalanalytische Bewertung des
Remissionslichtes und/oder Transmissionslichtes nach Passage eines Haut-Gewebeareals
des Menschen ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Laserlicht direkt über Glasfasern zum Meßort geführt wird und über eine
angepasste Optik in einem punktförmigen Areal nicht-invasiv eingestrahlt wird (2)
4. Nicht-invasive optische Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen zeitlich aufgelösten
Messung von Blutflußparametern und Bestimmung von Blutkomponenten und
Blutvolumenanteilen (Blutplasma und Hämatokrit) durch signalanalytische Bewertung des
Remissionslichtes und/oder Transmissionslichtes nach Passage eines Haut-Gewebeareals
des Menschen ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Remissionslicht und/oder Transmissionslicht nach Passage durch das
biologische Gewebe von Photodektoren nicht-invasiv erfasst wird, die direkt auf die
spezifischen Wellenlängen angepasst sind (3)
5. Nicht-invasive optische Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen zeitlich aufgelösten
Messung von Blutflußparametern und Bestimmung von Blutkomponenten und
Blutvolumenanteilen (Blutplasma und Hämatokrit) durch signalanalytische Bewertung des
Remissionslichtes und/oder Transmissionslichtes nach Passage eines Haut-Gewebeareals
des Menschen ist dadurch gekennzeichnet,
dass nach der AD-Wandlung der Detektorsignale diese innerhalb einer Elektronikeinheit
einem Microcontroller und/oder DSP/Neuro-Chip zugeführt werden (4) zur
Signalanalyse beispielsweise für die Berechnung
- - des AC/DC-Intensitätsverhältnisses (Verhältnis von "Wechselstrom"- Signalkomponente zu "Gleichstrom"-Signalkomponente),
- - der Intensitätsverhältnisse der Transmissions- und/oder Remissionssignale zu den applizierten Wellenlängen
- - der Amplitudenmodulation und/oder Frequenzmodulation (Plusamplitude, Atemfrequenz, etc) mit Verwendung digitaler Filter
6. Nicht-invasive optische Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen zeitlich aufgelösten
Messung von Blutflußparametern und Bestimmung von Blutkomponenten und
Blutvolumenanteilen (Blutplasma und Hämatokrit) durch signalanalytische Bewertung des
Remissionslichtes und/oder Transmissionslichtes nach Passage eines Haut-Gewebeareals
des Menschen ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Daten der Signalanalyse visualisiert werden, beispielsweise Pulskurven mit
Werten über die Blutflußdynamik der Haut und des Gewebes und der Hauttemperatur
am Detektionsort und der nummerische Hämatokritwert des Probanden/Patienten (5).
7. Der Anspruch nach 1-6 ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalanalyse des Remissions- und/oder. Transmissionslichtes die zeitliche
Variation dieser Detektorsignale nutzt, die im Wesentlichen durch den Blutpuls
verursacht wird, so dass die Absorption des arteriellen/venösen Blutes von der
Interaktion des Laserlichtes mit der Haut/dem Gewebe messtechnisch
unterschieden werden kann.
8. Der Anspruch nach 1-7 ist dadurch gekennzeichnet,
dass unsere Vorrichtung und das Verfahren eingesetzt werden kann
zur nicht-invasiven kontinuierlichen Messung der Durchblutung der Haut/Gewebe
(periphere Durchblutung, Vasomotion, etc.) zur physiologischen Verlaufskontrolle des
Blut- und Flüssigkeitsstatus mit Schwerpunkt der Bestimmung von Blutkomponenten
und Blutvolumenanteilen (Blutplasma, Hämatokrit) im Detektionsareal von
Probanden und Patienten
9. Der Anspruch nach 1-7 ist dadurch gekennzeichnet,
dass unsere Vorrichtung und das Verfahren eingesetzt werden kann
zur nicht-invasiven kontinuierlichen Messung von Dialysepatienten zur Bewertung
des Flüssigkeitsstatus von Elektrolyten/Wasser im Interstitium (intravaskulärer Raum)
und den Blutgefäßen.
10. Der Anspruch nach 1-7 ist dadurch gekennzeichnet,
dass unsere Vorrichtung und das Verfahren eingesetzt werden kann
zur nicht-invasiven kontinuierlichen zeitlich aufgelösten Messung der Volumenanteile
des Hämatokrits von Patienten bei Unfällen und während operativer Eingriffe, sowie
zur physiologischen Verlaufskontrolle von klinisch und experimentell induzierten
Änderungen der Blutvolumenanteile (Blutplasma, Hämatokrit) von Patienten/
Probanden.
11. Der Anspruch nach 1-7 ist dadurch gekennzeichnet,
dass unsere Vorrichtung und das Verfahren eingesetzt werden kann
zur nicht-invasiven kontinuierlichen zeitlich aufgelösten Messung und Bewertung der
Blutverteilung im Körper von Probanden/Astronauten durch Orthostasestress,
beispielsweise in Liegestudien, bei der Ergometrie und unter
Microgravitationsbedingungen (Forschung im Weltraum in einem Fluggerät/
Raumstation).
12. Der Anspruch nach 1-7 ist dadurch gekennzeichnet,
dass unsere Vorrichtung und das Verfahren eingesetzt werden kann
zum Nachweis von Thrombosen und Bewertung arterieller Verschlusskrankeiten.
13. Der Anspruch nach 1-7 ist dadurch gekennzeichnet,
dass unsere Vorrichtung und das Verfahren eingesetzt werden kann
zur nicht-invasiven kontinuierlichen zeitlich aufgelösten Messung und Bewertung der
Haut-/Gewebedurchblutung (periphere Durchblutung, Vasomotion, etc.) zur
physiologischen Verlaufskontrolle des Diabetikers bezüglich der
Stoffwechselsituation und der daraus ableitbaren Therapie und
Gesundheitsvorsorge.
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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