DE102005030347A1 - Concentration determining method e.g. for determining blood glucose concentration in aqueous fluid and or tissue of eye, involves having optical radiation for production of RAM illumination by reciprocal effect - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Konzentration wenigstens eines Stoffs im Kammerwasser und/oder im Gewebe eines Auges.The The present invention relates to a method and an apparatus for determining a concentration of at least one substance in the aqueous humor and / or in the tissue of an eye.
Die Ermittlung einer Konzentration eines Stoffs oder mehrerer Stoffe im Kammerwasser und/oder Gewebe des Auges kann für verschiedene, insbesondere medizinische, Anwendungen von Interesse sein. So stellt beispielsweise die regelmäßige Blutzuckermessung für Diabetiker eine erhebliche Belastung dar, da sie bisher immer mit einer schmerzhaften Blutentnahme, in der Regel aus einer Fingerkuppe, verbunden ist. Insbesondere Diabetiker vom Typ I sollten täglich mindestens fünf Blutzuckermessungen durchführen, um den Insulinspiegel genau einstellen zu können. Wegen der schmerzhaften Prozedur der Blutentnahme werden im Mittel nur zwei bis drei Messungen pro Tag durchgeführt, was schleichende organische Schäden oder eine deutlich verringerte Lebenserwartung zur Folge haben kann.The Determination of a concentration of a substance or several substances in the aqueous humor and / or tissue of the eye can be used for various, in particular medical, applications of interest. For example, imagine the regular blood glucose measurement for diabetics a significant burden, as they have always been painful Blood collection, usually from a fingertip, is connected. In particular, Type I diabetics should take at least five blood glucose measurements daily carry out, to be able to adjust the insulin level exactly. Because of the painful procedure The blood collection will be on average only two to three measurements per Day performed, what creeping organic damage or a significantly reduced life expectancy can result.
Aus diesem Grund gibt es erhebliche Bemühungen, eine zuverlässige, nicht-invasive Methode zu finden, den Blutzucker- bzw. Glucosegehalt im Körper zu messen. Ein vielversprechender Ansatz basiert auf der Messung des Glucosegehalts im Kammerwasser des Auges, da dieser repräsentativ für den Glucosegehalt im Blut ist.Out For this reason, there is considerable effort, a reliable, non-invasive Method to find the blood sugar or glucose content in the body too measure up. A promising approach is based on the measurement of Glucose content in the aqueous humor of the eye, as this is representative of the glucose content is in the blood.
Neben Glucose enthält das Kammerwasser aber noch andere Stoffe, wie z.B. Albumin, Ascorbinsäure und Salze, die diagnostisch von Interesse sein können.Next Contains glucose the aqueous humor but other substances such. Albumin, ascorbic acid and Salts that may be diagnostically of interest.
Eine Möglichkeit zur Bestimmung der Konzentration von Glucose im Kammerwasser des Auges besteht darin, das Auge, bzw. das Kammerwasser des Auges, mit optischer Anregungsstrahlung zu beleuchten und im Kammerwasser erzeugte Raman-Strahlung zu erfassen. Die Intensität des Glucose-Raman-Spektrums im Verhältnis zu der des Wasser- Raman-Spektrums läßt dann Rückschlüsse auf die Konzentration der Glucose im Kammerwasser zu.A possibility for the determination of the concentration of glucose in the aqueous humor of the Eye is the eye, or the aqueous humor of the eye, to illuminate with optical excitation radiation and in the aqueous humor to detect generated Raman radiation. The intensity of the glucose Raman spectrum in relation to to that of the water Raman spectrum then lets Conclusions on the Concentration of glucose in the aqueous humor too.
So
ist in
In WO 00/02479 A1 ist ebenfalls die Ermittlung einer Konzentration von Glucose im Kammerwasser des Auges beschrieben. Dazu wird entlang eines Anregungsstrahlengangs optische Anregungsstrahlung durch einen im Anregungsstrahlengang angeordneten Strahlteiler auf das Auge gestrahlt. Dort durch Raman-Streuung an der Glucose im Kammerwasser entstehende Detektionsstrahlung gelangt über den Anregungsstrahlengang bis zu dem Strahlteiler, der die Detektionsstrahlung aus dem Anregungsstrahlengang ausspiegelt. Die Detektionsstrahlung kann dann detektiert werden. Bei diesem Verfahren kann jedoch Anregungsstrahlung Eigenfluoreszenz in der Cornea erzeugen, die zu einem störenden Signaluntergrund bei der Detektion führt, der zu einem ungünstigen Signal-Rausch-Verhältnis führen kann.In WO 00/02479 A1 is likewise the determination of a concentration of glucose in the aqueous humor of the eye. This is done along a Excitation beam path optical excitation radiation through an im Excitation beam path arranged beam splitter blasted onto the eye. There by Raman scattering on the glucose in the aqueous humor arising Detection radiation passes over the excitation beam path up to the beam splitter which detects the detection radiation from the excitation beam path. The detection radiation can then be detected. In this method, however, excitation radiation Generate autofluorescence in the cornea, resulting in a disruptive signal background in the detection leads, the at an unfavorable Signal-to-noise ratio to lead can.
Es ist davon auszugehen, daß beide Verfahren Laserleistung von mindestens 30 mW und typische Meßzeiten von mindestens 10 Sekunden erfordern.It It can be assumed that both Procedure Laser power of at least 30 mW and typical measuring times of at least 10 seconds.
Es wäre jedoch wünschenswert, die Glucosekonzentration in einer Meßzeit von weniger als 70 Sekunden mit einem geringen Fehler und einer nur geringen Strahlenbelastung bestimmen zu können.It would be, however desirable, the glucose concentration in a measuring time of less than 70 seconds with a small error and only a low radiation exposure to be able to determine.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Konzentration wenigstens eines Stoffs, insbesondere von Glucose, im Kammerwasser und/oder im Gewebe des Auges anzugeben, die bzw. das eine Ermittlung der Konzentration des Stoffs bei nur geringer Strahlenbelastung mit einem geringen Meßfehfer erlaubt.Of the The present invention is therefore based on the object, a method and a device for determining a concentration of at least one Stoffs, in particular of glucose, in the aqueous humor and / or in the tissue of the eye, the determination of the concentration of the substance with only small radiation exposure with a low Meßfehfer allowed.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung einer Konzentration wenigstens eines Stoffs im Kammerwasser und/oder im Gewebe eines Auges, bei dem optische Anregungsstrahlung zur Erzeugung von Raman-Strahlung durch Wechselwirkung mit dem wenigstens einen Stoff entlang eines Anregungsstrahlengangs in einem Kammerwasser und/oder in einem Gewebe enthaltenden Bereich des Auges fokussiert wird, entlang eines Detektionsstrahlengangs einfallende Detektionsstrahlung unter Bildung von Detektionssignalen detektiert wird, die durch Raman-Wechselwirkung der Anregungsstrahlung mit dem wenigstens einen Stoff erzeugt wird, wobei sich Anregungs- und Detektionsstrahlengang wenigstens im Bereich einer Cornea des Auges nicht wesentlich überlappen, und in Abhängigkeit von den Detektionssignalen die Konzentration des wenigstens einen Stoffs ermittelt wird.The Task is solved by a method for determining a concentration at least a substance in the aqueous humor and / or in the tissue of an eye, at the optical excitation radiation for generating Raman radiation by interaction with the at least one substance along an excitation beam path in an aqueous humor and / or tissue-containing area of the eye, along a detection beam path incident detection radiation to form detection signals is detected by Raman interaction of the excitation radiation with which at least one substance is generated, whereby excitation and detection beam path at least in the region of a cornea of Eye does not overlap significantly, and depending from the detection signals, the concentration of the at least one Stoffs is determined.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Konzentration mit wenigstens eines Stoffs im Kammerwasser und/oder im Gewebe eines Auges, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung zur Abgabe von optischer Anregungsstrahlung zur Erzeugung von Raman-Strahlung durch Wechselwirkung mit dem wenigstens einem Stoff auf das Auge entlang eines Anregungsstrahlengangs, eine im Anregungsstrahlengang angeordnete Anregungsoptik zur Fokussierung der Anregungsstrahlung in einem Kammerwasser und/oder in einem Gewebe enthaltenden Bereich des Auges, eine Detektionseinrichtung zur Detektion von entlang eines Detektionsstrahlengangs einfallender Detektionsstrahlung, die durch Raman-Wechselwirkung der Anregungsstrahlung mit dem wenigstens einen Stoff erzeugt ist, und zur Abgabe entsprechender Detektionssignale, und eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Konzentration des wenigstens einen Stoffs in Abhängigkeit von den Detektionssignalen der Detektionseinrichtung, wobei sich der Anregungs- und der Detektionsstrahlengang wenigstens in einem Bereich mit einer Dicke von wenigstens 0,5 mm, vorzugsweise wenigstens 1 mm, vor dem Fokus der Anregungsstrahlung nicht überlappen.The problem is still solved by a Device for determining a concentration with at least one substance in the aqueous humor and / or in the tissue of an eye, comprising an illumination device for emitting optical excitation radiation for generating Raman radiation by interaction with the at least one substance on the eye along an excitation beam path, one in the excitation beam path arranged excitation optics for focusing the excitation radiation in a aqueous humor and / or in a tissue-containing area of the eye, a detection device for detecting incident along a detection beam path detection radiation, which is generated by Raman interaction of the excitation radiation with the at least one substance, and for delivering corresponding Detection signals, and an evaluation device for determining the concentration of the at least one substance in dependence on the detection signals of the detection device, wherein the excitation and the detection beam path at least in a region with a thickness of at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, do not overlap before the focus of the excitation radiation.
Zur Ermittlung der Konzentration des Stoffs im Kammerwasser und/oder Gewebe des Auges wird der Raman-Effekt verwendet, d.h. die Anregungsstrahlung wird von dem Stoff unter einer durch die Eigenschaften der Moleküle des Stoffs bestimmten Frequenz- bzw. Wellenlängenverschiebung gestreut. Grundsätzlich kann es sich dabei um beliebige Typen des Raman-Effekts handeln, insbesondere die spontane Raman-Streuung, bei der durch die Streuung Stokes- und Anti-Stokes-Strahlung erzeugt wird, deren Wellenlänge gegenüber der Anregungsstrahlung entsprechend beispielsweise Schwingungseigenschaften des Moleküls verändert ist. Die Anregungsstrahlung ist dabei zweckmäßig in Abhängigkeit von dem zu untersuchenden Stoff gewählt, so daß der Raman-Effekt auftreten kann.to Determination of the concentration of the substance in the aqueous humor and / or Tissue of the eye, the Raman effect is used, i. the excitation radiation gets from the substance under a through the properties of the molecules of the substance certain frequency or wavelength shift scattered. Basically these are any type of Raman effect, in particular the spontaneous Raman scattering, in which Stokes' scattering and anti-Stokes radiation is generated whose wavelength is opposite to the Excitation radiation corresponding to, for example, vibration properties of the molecule changed is. The excitation radiation is expedient depending on the one to be investigated Fabric chosen, so that the Raman effect can occur.
Da die gestreute Raman-Strahlung typischerweise eine nur geringe Intensität hat und damit die detektierte Raman-Strahlung ein ungünstiges Signal-Rausch-Verhältnis aufweist, wird zum einen die Anregungsstrahlung in dem zur Untersuchung ausgewählten Bereich des Auges fokussiert, um dort eine hohe Intensität zu erhalten. Erfindungsgemäß ist darüber hinaus vorgesehen, daß sich der Anregungsstrahlengang und der Detektionsstrahlengang wenigstens im Bereich der Cornea des Auges nicht überschneiden, d.h. der Anregungsstrahlengang und der Detektionsstrahlengang in dem Bereich räumlich voneinander getrennt sind, so daß durch Wechselwirkung der Anregungsstrahlung mit der Cornea entstehende Strahlung möglichst nicht in den Detektionsstrahlengang eingekoppelt wird. Bei der Vorrichtung ist es hierzu vorgesehen, daß sich der Anregungsstrahlengang und der Detektionsstrahlengang in einem vorgegebenen Bereich vor dem Fokus der Anregungsstrahlung nicht überschneiden, d.h. in diesem Bereich räumlich voneinander getrennt sind. Dieser Bereich hat wenigstens eine Dicke von 0,5 mm, vorzugsweise wenigstens 1 mm. Unter der Angabe, daß der Bereich vor dem Fokus liegt, wird insbesondere auch verstanden, daß dieser an den Fokusbereich angrenzt bzw. eine den Bereich in Richtung des Fokus begrenzende Fläche von diesem maximal 30 mm, vorzugsweise maximal 10 mm, entfernt ist.There the scattered Raman radiation typically has a low intensity and so that the detected Raman radiation has an unfavorable signal-to-noise ratio, on the one hand, the excitation radiation in the area selected for examination focused on the eye to get there a high intensity. In addition, according to the invention provided that the excitation beam path and the detection beam path at least in The area of the cornea of the eye does not overlap, i. the excitation beam path and the detection beam path in the area spatially separated are so through that Interaction of the excitation radiation with the cornea Radiation as possible is not coupled into the detection beam path. In the device is it provided for that purpose the excitation beam path and the detection beam path in one do not overlap given area before the focus of excitation radiation, i.e. spatially in this area are separated from each other. This area has at least one thickness of 0.5 mm, preferably at least 1 mm. Indicated that the area Before the focus is, in particular also understood that this adjacent to the focus area or the area in the direction of the Focus bounding area from this maximum of 30 mm, preferably at most 10 mm away.
Die Detektionsstrahlung kann dann auf an sich bekannte Weise durch die Detektionseinrichtung unter Bildung der Detektionssignale detektiert werden. Die Detektionssignale werden dann der Auswerteeinrichtung zugeführt, die daraus die Konzentration des Stoffs ermittelt, wobei vorzugsweise die Intensität der Anregungsstrahlung entweder absolut oder durch eine entsprechende Kalibrierung als bekannt vorausgesetzt wird.The Detection radiation can then in a known manner by the Detection device detected to form the detection signals become. The detection signals are then the evaluation device supplied from which determines the concentration of the substance, preferably the intensity the excitation radiation either absolutely or by a corresponding Calibration is assumed to be known.
Durch diese Ausbildung der Strahlengänge kann das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich erhöht werden, so daß bei einer nur sehr kurzen Meßzeit die Konzentration des Stoffs, jedenfalls bei für beispielsweise Glucose typischen Konzentrationen im Kammerwasser, in einer kurzen Zeit, vorzugsweise in weniger als 10 Sekunden, vorzugsweise mit einer Genauigkeit besser als 10% gemessen werden kann.By this training of the beam paths can the signal-to-noise ratio be increased significantly, so that at a very short measuring time the concentration of the substance, at least for example typical for glucose Concentrations in aqueous humor, in a short time, preferably in less than 10 seconds, preferably with a better accuracy can be measured as 10%.
Grundsätzlich kann bei dem Verfahren beliebige optische Anregungsstrahlung verwendet werden, bei der Raman-Streuung durch Wechselwirkung mit dem Stoff auftritt. Es ist jedoch bevorzugt, daß als optische Anregungsstrahlung Strahlung mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich zwischen 320 nm und 700 nm, vorzugsweise zwischen 370 nm und 420 nm, verwendet wird. Bei der Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Beleuchtungseinrichtung als optische Anregungsstrahlung Strahlung mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich zwischen 320 nm und 700 nm, vorzugsweise zwischen 370 nm und 420 nm, abgibt. Diese Wahl der Wellenlänge der Anregungsstrahlung bzw. der Beleuchtungseinrichtung hat den Vorteil, daß mit abnehmender Wellenlänge die Raman-Intensität zunimmt, so daß durch diese Wahl die Meßzeit weiter gesenkt werden kann.Basically in the method uses any optical excitation radiation in Raman scattering through interaction with the substance occurs. However, it is preferred that as the optical excitation radiation Radiation with one wavelength in the wavelength range between 320 nm and 700 nm, preferably between 370 nm and 420 nm, is used. In the device, it is preferable that the illumination device as optical excitation radiation radiation with a wavelength in the wavelength range between 320 nm and 700 nm, preferably between 370 nm and 420 nm, gives off. This choice of the wavelength of the excitation radiation or the lighting device has the advantage that with decreasing Wavelength the Raman intensity increases, so that through this choice the measurement time can be further reduced.
Als Anregungsstrahlung wird vorzugsweise optische Strahlung mit einer geringen spektralen Bandbreite von vorzugsweise weniger als 5 nm verwendet, um eine Beeinträchtigung der Detektion der Raman-Strahlung durch Fluoreszenzstrahlung, die durch die Anregungsstrahlung erzeugt wird, oder elastisch gestreute Anregungsstrahlung zu vermeiden.When Excitation radiation is preferably optical radiation with a low spectral bandwidth of preferably less than 5 nm used to be an impairment the detection of Raman radiation by fluorescence radiation by the excitation radiation is generated, or elastically scattered excitation radiation to avoid.
Als Beleuchtungseinrichtung kann grundsätzlich jede beliebige Beleuchtungseinrichtung dienen, die Anregungsstrahlung im gewünschten Wellenlängenbereich abgibt. Vorzugsweise umfaßt die Beleuchtungseinrichtung jedoch wenigstens eine Leuchtdiode, einen Laser, eine Laserdiode oder eine Superluminiszenzdiode. Die Verwendung eines Lasers, einer Laserdiode oder einer Superluminiszenzdiode hat den Vorteil, daß auf diese Weise optische Anregungsstrahlung hoher Intensität erzeugt werden kann, die darüber hinaus einfach zu fokussieren ist, so daß die Detektionsstrahlung ebenfalls eine relativ hohe Intensität aufweisen kann.As a lighting device can basically serve any lighting device, the excitation radiation in the desired Wel gives off lenlängenbereich. However, the illumination device preferably comprises at least one light emitting diode, a laser, a laser diode or a superluminescent diode. The use of a laser, a laser diode or a superluminescent diode has the advantage that in this way high-intensity optical excitation radiation can be generated, which moreover is easy to focus, so that the detection radiation can also have a relatively high intensity.
Grundsätzlich genügt es, daß die Beleuchtungseinrichtung Anregungsstrahlung in nur einem schmalen Wellenlängenbereich abgibt. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Beleuchtungseinrichtung in Bezug auf die mittlere Wellenlänge der Anregungsstrahlung durchstimmbar ist. Dies hat den Vorteil, daß mit der Beleuchtungseinrichtung beispielsweise die Anregungswellenlänge auf den zu untersuchenden Stoff abgestimmt werden kann, so daß eine im Verhältnis zur Anregungsstrahlung möglichst starke Detektionsstrahlung erzeugt wird.Basically, it is sufficient that the lighting device Emits excitation radiation in only a narrow wavelength range. It is however, it is preferred that the Lighting device with respect to the mean wavelength of the Excitation radiation is tunable. This has the advantage that with the Lighting device, for example, the excitation wavelength the substance to be tested can be matched, so that an in relationship to the excitation radiation as possible strong detection radiation is generated.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren der Bereich des Auges, in dem die Anregungsstrahlung fokussiert wird, nach Art einer Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet. Bei der Vorrichtung sind hierzu vorzugsweise der Anregungs- und Detektionsstrahlengang so ausgebildet, daß der Fokusbereich der Anregungsstrahlung nach Art einer Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet wird. Dies bedeutet, daß vorzugsweise der Detektionsstrahlengang gegenüber dem Anregungsstrahlengang zumindest im Bereich vor dem Fokus geneigt verläuft und aus dem Anregungsstrahlengang keine Anregungsstrahlung unmittelbar in den Detektionsstrahlengang eingekoppelt werden kann, d.h. sich entlang des Detektionsstrahlengangs ausbreitet. Dies hat den Vorteil, daß die Detektionseinrichtung allein auf die Detektion der Raman-Strahlung ausgelegt werden kann und somit eine höher Empfindlichkeit aufweisen kann.Preferably In the method, the area of the eye is focused in which the excitation radiation is illuminated in the manner of a dark field illumination. In the device For this purpose, preferably the excitation and detection beam path designed so that the Focus area of the excitation radiation in the manner of a dark field illumination is illuminated. This means that preferably the detection beam path across from the excitation beam path inclined at least in the area in front of the focus extends and no excitation radiation directly from the excitation beam path can be coupled into the detection beam path, i. yourself propagates along the detection beam path. This has the advantage that the Detection device solely on the detection of Raman radiation can be designed and thus have a higher sensitivity can.
Da bei dem Verfahren und der Vorrichtung keine Bildgebung des untersuchten Bereichs notwendig ist, brauchen neben der Anordnung des Detektionsstrahlengangs relativ zu dem Anregungsstrahlengang keine besonderen Anforderungen an den Detektionsstrahlengang gestellt werden. Vorzugsweise ist im Detektionsstrahlengang jedoch eine Detektionsoptik zur Fokussierung der Detektionsstrahlung vorgesehen.There in the method and apparatus no imaging of the examined Range is necessary, in addition to the arrangement of the detection beam path No special requirements relative to the excitation beam path be placed on the detection beam path. Preferably in the detection beam path, however, a detection optics for focusing provided the detection radiation.
Grundsätzlich können die Detektionsoptik und die Anregungsoptik von einander getrennt sein, d.h. verschiedene optische Bauelemente aufweisen. Bei der Vorrichtung bildet jedoch vorzugsweise eine fokussierende Optik die Anregungsoptik und wenigstens einen Teil einer Detektionsoptik zur Fokussierung der Detektionsstrahlung. Dies hat den Vorteil, daß die Vorrichtung nur wenige verschiedene Bauteile aufzuweisen braucht und darüber hinaus auch eine Ausrichtung von Anregungs- und Detektionsstrahlengang aufeinander wesentlich einfacher durchgeführt werden kann.Basically, the Detection optics and the excitation optics are separated from each other, i. have different optical components. In the device However, preferably a focusing optic forms the excitation optics and at least part of a detection optics for focusing the detection radiation. This has the advantage that the device only a few different components need to have and beyond also an orientation of excitation and detection beam path can be performed much easier on each other.
Grundsätzlich ist es möglich, daß sich Anregungsstrahlengang und Detektionsstrahlengang in der fokussierenden Optik überschneiden. Vorzugsweise überschneiden sich jedoch Anregungsstrahlengang und Detektionsstrahlengang auch in der fokussierenden Optik nicht. D.h., daß auch dort der Anregungs- und der Detektionsstrahlengang räumlich voneinander getrennt sind. Diese Ausbildung bietet den Vorteil, daß durch Fluoreszenz oder Streuung in der fokussierenden Optik aus der Anregungsstrahlung entstehende Strahlung nicht in den Detektionsstrahlengang eingekoppelt wird und die Detektion der Raman-Strahlung stört. Auch diese Maßnahme erhöht damit das Signal-Rausch-Verhältnis.Basically it is possible that yourself Excitation beam path and detection beam path in the focusing Overlap optics. Preferably overlap However, excitation beam and detection beam path also not in the focusing optics. This means that even there the excitation and the detection beam path spatially from each other are separated. This training offers the advantage that by Fluorescence or scattering in the focusing optics from the excitation radiation emerging radiation is not coupled into the detection beam path and interferes with the detection of Raman radiation. This measure also increases the signal-to-noise ratio.
Grundsätzlich können Anregungs- und Detektionsstrahlengang bis auf die zuvor genannten Einschränkungen beliebig verlaufen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umschließt bei dem Verfahren jedoch im Bereich des Auges der Detektionsstrahlengang den Anregungsstrahlengang wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig. Bei der Vorrichtung umschließt der Detektionsstrahlengang in wenigstens einem Abschnitt im Bereich des Auges wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, den Anregungsstrahlengang. Hierbei bedeutet die Angabe im Bereich des Auges eine Schicht um die Augenoberfläche mit einer Dicke des Abstands zwischen Cornea und Anregungsoptik oder von wenigstens 1 mm. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Anregungsstrahlung einfach beispielsweise mittels eines Spiegels in den von dem Detektionsstrahlengang umschlossenen Bereich eingespiegelt werden kann, wobei der Spiegel entlang des Anregungsstrahlengangs von dem Fokus ausgehende Strahlung auf dem Weg zur Detektionseinrichtung blockiert. Vorzugsweise verlaufen Detektions- und Anregungsstrahlengang wenigstens im Bereich zwischen der Anregungsoptik und dem Fokus in dieser Form. Sehr günstig, da einfach zu erhalten, ist der Querschnitt des Detektionsstrahlengangs in dem Abschnitt ringförmig und der Anregungsstrahlengang verläuft dort im Inneren des Detektionsstrahlengangs. Besonders bevorzugt ist der ringförmige Querschnitt als Kreisring geformt.In principle, excitation and detection beam path except for the aforementioned limitations run arbitrarily. According to a preferred embodiment surrounds in the method, however, in the area of the eye of the detection beam path the excitation beam path at least partially, preferably completely. at encloses the device the detection beam path in at least one section in the area the eye at least partially, preferably completely, the excitation beam path. Here, the indication in the area of the eye means a shift around the eye surface with a thickness of the distance between cornea and excitation optics or at least 1 mm. This training has the advantage that the excitation radiation simply for example by means of a mirror in the enclosed by the detection beam path Area can be mirrored, the mirror along the Excitation beam from the focus of the outgoing radiation on the Path to the detection device blocked. Preferably run Detection and excitation beam path at least in the range between the excitation optics and the focus in this form. Very cheap, there easy to obtain is the cross section of the detection beam path in the section annular and the excitation beam path runs there in the interior of the detection beam path. Particularly preferred is the annular cross-section as a circular ring shaped.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umschließt bei dem Verfahren im Bereich des Auges der Anregungsstrahlengang den Detektionsstrahlengang wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig. Bei der Vorrichtung umschließt der Anregungsstrahlengang in wenigstens einem Abschnitt im Bereich des Auges wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, den Detektionsstrahlengang. Hierbei bedeutet die Angabe im Bereich des Auges wie in dem vorhergehenden Absatz eine Schicht um die Augenoberfläche mit einer Dicke des Abstands zwischen Cornea und Anregungsoptik oder von wenigstens 1 mm. Vorzugsweise verlaufen Detektions- und Anregungsstrahlengang wenigstens im Bereich zwischen der Anregungsoptik und dem Fokus in dieser Form. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Anregungsstrahlung weniger leicht zum zentralen und für Schädigung durch Strahlung besonders sensiblen Netzhautbereich gelangt. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Anregungsstrahlengangs ringförmig und der Detektionsstrahlengang verläuft dort im Inneren des Anregungsstrahlengangs. Bei der Vorrichtung ist die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise zur Abgabe eines Anregungsstrahls bzw. Anregungsstrahlenbündels mit ringförmigem Querschnitt ausgebildet und der Detektionsstrahlengang verläuft wenigstens in dem Bereich zwischen der Anregungsoptik und dem Fokus im Inneren des Anregungsstrahlengangs. Die Beleuchtungseinrichtung kann zur Bildung des Anregungsstrahlenbündels beispielsweise eine Strahlungsquelle aufweisen, deren Strahlungsaustrittsfläche ringförmig gestaltet ist. Vorzugsweise umfaßt die Beleuchtungseinrichtung jedoch eine Quelle für optische Anregungsstrahlung und eine Koppeleinrichtung, die die Anregungsstrahlung mit einem ringförmigen Querschnitt in die Anregungsoptik einkoppelt. Bei der Koppeleinrichtung kann es sich insbesondere um einen faseroptischen Koppler handeln. Darüber hinaus kann entweder die Detektionsstrahlung aus dem Inneren des von dem Anregungsstrahlengang umschlossenen Volumens ausgespiegelt oder die Anregungsstrahlung durch einen ringförmigen Spiegel, durch den der Detektionsstrahlengang tritt, eingekoppelt werden. Insbesondere die Verwendung von Spiegeln erlaubt einen besonders einfachen Aufbau der Vorrichtung.According to a particularly preferred embodiment, in the method in the region of the eye, the excitation beam path encloses the detection beam path at least partially, preferably completely. In the device, the excitation beam path at least partially, preferably completely, encloses the detection beam path in at least one section in the region of the eye. Here, the indication in the range of As in the previous paragraph, a layer around the ocular surface with a cornea-excitation optical path thickness of at least 1 mm. Preferably, detection and excitation beam paths extend at least in the region between the excitation optics and the focus in this form. This embodiment has the advantage that the excitation radiation is less likely to reach the central retinal area, which is particularly sensitive to radiation damage. Preferably, the cross section of the excitation beam path is annular and the detection beam path runs there in the interior of the excitation beam path. In the device, the illumination device is preferably designed to emit an excitation beam or excitation beam having an annular cross-section and the detection beam path extends at least in the region between the excitation optics and the focus in the interior of the excitation beam path. For the formation of the excitation beam, the illumination device can have, for example, a radiation source whose radiation exit surface is annular. However, the illumination device preferably comprises a source of optical excitation radiation and a coupling device which couples the excitation radiation with an annular cross-section into the excitation optics. The coupling device may in particular be a fiber optic coupler. In addition, either the detection radiation can be reflected out of the interior of the volume enclosed by the excitation beam path or the excitation radiation can be coupled in through an annular mirror through which the detection beam path passes. In particular, the use of mirrors allows a particularly simple construction of the device.
Grundsätzlich kann die optische Anregungsstrahlung mit konstanter Intensität abgegeben werden. Vorzugsweise wird bei dem Verfahren jedoch die Anregungsstrahlung gepulst abgegeben. Die Beleuchtungseinrichtung der Vorrichtung ist dementsprechend vorzugsweise zur Abgabe von gepulster Anregungsstrahlung ausgebildet. Diese Ausführungsform erlaubt in vorteilhafter Weise eine bessere Abführung von durch die Anregungsstrahlung erzeugter Wärme im Kammerwasser bzw. im Gewebe des Auges, so daß eine Beeinträchtigung des Auges noch sicherer vermieden werden kann.Basically the optical excitation radiation emitted with constant intensity become. Preferably, however, in the method, the excitation radiation pulsed delivered. The lighting device of the device is Accordingly, preferably for the delivery of pulsed excitation radiation educated. This embodiment allows advantageously a better dissipation of the excitation radiation generated heat in the aqueous humor or in the tissue of the eye, so that an impairment of the eye can be avoided even more safely.
Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Anregungsstrahlung mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf gepulst oder moduliert abgegeben und die Detektionssignale werden in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf gebildet und/oder verarbeitet. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu die Beleuchtungseinrichtung zur mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf gepulsten oder modulierten Abgabe von Anregungsstrahlung ausgebildet und die Detektionseinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung sind dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf die Detektionssignale zu bilden und/oder zu verarbeiten. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Signal-Rausch- Abstand weiter gesenkt werden kann, so daß die Ermittlung der Konzentration mit größerer Genauigkeit erfolgen kann. Insbesondere kann ein an sich bekanntes Lock-in-Meßverfahren verwendet werden. Der zeitliche Verlauf kann dabei beispielsweise durch eine entsprechende Einrichtung in der Beleuchtungseinrichtung oder der Auswerteeinrichtung vorgegeben sein. In diesem Fall ist die Detektionseinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung mit der Beleuchtungseinrichtung verbunden, um den zeitlichen Verlauf wiedergebende Signale zu empfangen. Es ist jedoch auch möglich, daß die Auswerteeinrichtung und/oder die Detektionseinrichtung entsprechende Signale an die Beleuchtungseinrichtung abgibt.at another embodiment of the method, the excitation radiation with a predetermined timed pulse or modulated delivered and the detection signals become dependent formed and / or processed by the time course. In the Device according to the invention is the lighting device to with a predetermined temporal course formed pulsed or modulated emission of excitation radiation and the detection device and / or the evaluation device are trained to be dependent from the time course to form the detection signals and / or to process. This embodiment has the advantage that the Signal-to-noise ratio can be lowered further, so that the determination of the concentration with greater accuracy can be done. In particular, a per se known lock-in measuring method be used. The time course can be, for example by a corresponding device in the lighting device or the evaluation be predetermined. In this case is the detection device and / or the evaluation device with the Illuminating device connected to the time course reproducing Receive signals. However, it is also possible that the evaluation and / or the detection device emits corresponding signals to the illumination device.
Wie bereits erwähnt, genügt es grundsätzlich, daß von dem Bereich des Auges, in dem der Fokus der Anregungsstrahlung liegt, ausgehende Detektionsstrahlung zu der Detektionseinrichtung gelangt. Um möglichst weitgehend zu verhindern, daß weitere Störstrahlung aus anderen Bereichen des Auges oder auch der Umgebung in den Detektionsstrahlengang eingekoppelt werden kann, wird bei dem Verfahren die Detektionsstrahlung aus dem Bereich, in dem die Anregungsstrahlung fokussiert wird, in eine feine Lochblende fokussiert und dann detektiert. Bei der Vorrichtung ist im Detektionsstrahlengang vor der Detektionseinrichtung eine feine Lochblende angeordnet und wenigstens ein Abschnitt einer Detektionsoptik bildet den Fokus der Anregungsoptik auf die Lochblende ab. Damit kann insbesondere eine konfokale Detektion der Raman-Strahlung erzielt werden, was den Vorteil hat, das im wesentlichen nur Strahlung aus dem Fokusbereich der Anregungsstrahlung auf die Blende fokussiert wird, durch diese hindurch tritt und dann fokussiert wird. Andere Strahlung dagegen fällt neben dem Loch der Lochblende auf die Blende selbst und gelangt nicht zur Detektionseinrichtung, so daß wiederum das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht wird.As already mentioned, enough it basically, that of the area of the eye in which the focus of the excitation radiation lies, outgoing detection radiation reaches the detection device. To be as possible largely to prevent further Radiated from other areas of the eye or even the environment in the detection beam path can be coupled, the detection radiation is in the process from the area in which the excitation radiation is focused, in focused a fine pinhole and then detected. In the device is in the detection beam path in front of the detection device a arranged fine pinhole and at least a portion of a detection optics forms the focus of the excitation optics on the pinhole. In order to In particular, a confocal detection of the Raman radiation can be achieved which has the advantage that essentially only radiation the focus area of the excitation radiation focused on the aperture becomes, passes through them and is then focused. Other radiation against it falls next to the hole of the aperture on the aperture itself and passes not to the detection device, so that in turn the signal-to-noise ratio is increased.
Die in den Fokusbereich des Auges gelangende Anregungsstrahlung erfährt nicht nur Raman-Streuung sondern auch eine elastische Streuung, bei der die Wellenlänge nicht verändert wird. Es ist daher bei dem Verfahren bevorzugt, daß die Detektionsstrahlung zur wenigstens teilweisen Unterdrückung von elastisch gestreuter Anregungsstrahlung gefiltert wird. Bei der Vorrichtung ist im Detektionsstrahlengang ein Kerb- bzw. Nochfilter angeordnet, der elastisch gestreute Anregungsstrahlung im Detektionsstrahlengang wenigstens teilweise unterdrückt, die durch Wechselwirkung der Anregungsstrahlung mit dem wenigstens einen Stoff erzeugte Raman-Strahlung jedoch durchläßt. Hierdurch kann die Raman-Strahlung in vorteilhafter Weise genauer detektiert werden. Insbesondere kann bei Verwendung eines Spektrometers in der Detektionseinrichtung eine klare und quantitativ sehr gute Trennung der Raman-Bänder von dem Band der elastisch gestreuten Anregungsstrahlung erfolgen. Bei der gestreuten Anregungsstrahlung kann es sich insbesondere um Rayleigh-Strahlung handeln.The excitation radiation entering the focus area of the eye experiences not only Raman scattering but also an elastic scattering in which the wavelength is not changed. It is therefore preferred in the method that the detection radiation is filtered for the at least partial suppression of elastically scattered excitation radiation. In the device, a notch filter is arranged in the detection beam path, which at least partially suppresses elastically scattered excitation radiation in the detection beam path, which by interaction of the excitation radiation with the at least one substance generated Raman radiation, however, lets through. As a result, the Raman radiation can be detected more accurately in an advantageous manner. In particular, when a spectrometer is used in the detection device, a clear and quantitatively very good separation of the Raman bands from the band of the elastically scattered excitation radiation can take place. The scattered excitation radiation may in particular be Rayleigh radiation.
Weiter ist es bei dem Verfahren bevorzugt, daß die Detektionsstrahlung zur Unterdrückung von Fluoreszenzstrahlung gefiltert wird, die durch die Anregungsstrahlung erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt dazu vorzugsweise über einen Bandpaßfilter, der für die erzeugte Raman-Strahlung durchlässig ist. Vorzugsweise ist das durchgelassene Band so schmal, daß nur die Raman-Strahlung und gegebenenfalls Strahlung mit Wellenlängen im Bereich zwischen den Wellenlängen der Raman-Strahlung durchgelassen werden, andere Wellenlängenbereiche jedoch wenigstens teilweise unterdrückt werden. Auch hierdurch kann vermieden werden, daß Störstrahlung auf einen Detektor in der Detektionseinrichtung fällt, die als Untergrund eine genaue Erfassung der Intensität der erfolgten Raman-Strahlung behindert.Further it is preferred in the method that the detection radiation for suppression is filtered by fluorescent radiation caused by the excitation radiation is produced. The device according to the invention has preferably via a bandpass filter, the for the generated Raman radiation is permeable. Preferably the transmitted band is so narrow that only the Raman radiation and optionally Radiation with wavelengths in the range between the wavelengths the Raman radiation can be transmitted, other wavelength ranges however, at least partially suppressed. Also by this can be avoided that interference to a detector in the detection device that falls as background a precise recording of the intensity of the made Raman radiation obstructed.
Zusätzlich oder alternativ kann die Detektionsstrahlung einer polarisationsabhängigen Filterung unterworfen werden, so daß nur Detektionsstrahlung eines vorgegebenen Polarisationszustands detektiert wird. Bei der Vorrichtung ist dazu im Detektionsstrahlengang und/oder in der Detektionseinrichtung ein Polarisationsfilter angeordnet, der Strahlung eines vorgegebenen Polarisationszustands durchläßt. Als Polarisationsfilter können Linear- oder Zirkular-Polarisatoren eingesetzt werden. Sofern sich die Raman-Strahlung und die Fluoreszenz- bzw. Rayleigh-Strahlung hinsichtlich der Polarisation unterscheiden, kann dann mit dem Polarisationsfilter ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden.Additionally or Alternatively, the detection radiation of a polarization-dependent filtering be subjected, so that only Detection radiation of a predetermined polarization state detected becomes. In the device is to the detection beam path and / or a polarization filter is arranged in the detection device, the radiation of a given state of polarization passes. When Polarizing filters can Linear or circular polarizers are used. If so the Raman radiation and the fluorescence or Rayleigh radiation With respect to the polarization can then with the polarizing filter a better signal-to-noise ratio be achieved.
Insbesondere kann in vorteilhafter Weise zirkular polarisierte Anregungsstrahlung verwendet werden, und die damit erzeugte Raman-Strahlung polarisationsabhängig detektiert werden. Bei der Vorrichtung ist dazu die Beleuchtungseinrichtung zur Abgabe zirkular polarisierter Anregungsstrahlung ausgebildet und/oder es ist im Anregungsstrahlengang ein Zirkularpolarisator vorgesehen. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, daß es mit zirkular polarisierter Anregungsstrahlung grundsätzlich auch möglich ist, chirale, das heißt, optisch aktive, Moleküle, zu denen auch Glucose und Lactat zählen, durch Untersuchung mittels Raman-Strahlung zu identifizieren. Dieser Effekt wird auch als Raman-optical-activity (ROA) bezeichnet (vgl. L. Barren, L. Hecht, H. Bell, Science Progress, 1998, 81(1), 17–34). Untersuchungen, die auf diesem Effekt beruhen, bieten sich insbesondere für die Untersuchung von Gewebe im Auge an.Especially can advantageously circularly polarized excitation radiation can be used, and the resulting Raman radiation detected polarization-dependent become. In the device to the lighting device designed to deliver circularly polarized excitation radiation and / or it is a circular polarizer in the excitation beam path intended. This development has the advantage that it with circularly polarized excitation radiation is basically also possible, chiral, this means, optically active, molecules, which include glucose and lactate, by examination by means of To identify Raman radiation. This effect is also called Raman optical activity (ROA) (see L. Barren, L. Hecht, H. Bell, Science Progress, 1998, 81 (1), 17-34). Investigations based on this effect are particularly suitable for the Examination of tissue in the eye.
Aus der Intensität des dem wenigstens einen Stoff entsprechenden Raman-Spektrums im Verhältnis zu der des Wasser-Raman-Spektrums oder im Verhältnis zu der Intensität der Anregungsstrahlung oder bei bekannter Intensität der Anregungsstrahlung durch Kalibrierung kann mit bekannten Verfahren die Konzentration des Stoffs ermittelt werden.Out the intensity of the at least one substance corresponding Raman spectrum in relationship to that of the water Raman spectrum or in relation to the intensity of the excitation radiation or at known intensity The excitation radiation by calibration can be determined by known methods the concentration of the substance can be determined.
Das Verfahren kann auf verschiedene Typen von Raman-Streuung ausgelegt sein, insbesondere spontan emittierte Raman-Streuung und auch nicht lineare Raman-Streuung (CARS). Bei der Vorrichtung sind dazu die Beleuchtungseinrichtung zur Anregung der entsprechenden Raman-Strahlung bei dem untersuchten Stoff und die Detektionseinrichtung zur Detektion der angeregten Raman-Strahlung sowie gegebenenfalls vorhandene Filter zur Transmission der Raman-Strahlung ausgebildet.The Method can be designed for different types of Raman scattering be, in particular spontaneously emitted Raman scattering and non-linear Raman scattering (CARS). In the device are the lighting device to excite the corresponding Raman radiation in the examined Substance and the detection device for the detection of the excited Raman radiation and optionally existing filters for transmission the Raman radiation formed.
Grundsätzlich ist es möglich, eine beliebige Detektionseinrichtung zu verwenden, mittels derer die Raman-Strahlung getrennt von anderen Strahlungsanteilen detektierbar ist. Hierzu könnte beispielsweise ein einfacher Photodetektor mit einem sich zeitlich in seinem Durchlaßbereich ändernden, schmalbandigen Filter verwendet werden, dessen Signale zeitabhängig und damit wellenlängenabhängig erfaßt werden. Vorzugsweise wird jedoch eine spektralauflösende Detektionseinrichtung mit einem dispergierenden Element und einem diesem im Strahlengang nachgeordneten, räumlich auflösenden Detektor verwendet. Unter einem dispergierenden Element wird dabei ein optisches Funktionselement verstanden, das optische Strahlung spektral in sich räumlich unterschiedlich ausbreitende Spektralkomponenten zerlegt. Beispielsweise kann es ein Dispersionsprisma und/oder ein Beugungsgitter und/oder ein Etalon oder einen Keil umfassen. Der dann vorzugsweise räumlich auflösende Detektor kann zum Beispiel ein CCD-Feld oder ein CMOS-Feld umfassen, mittels dessen die durch das dispergierende Element räumlich voneinander getrennten Spektralkomponenten der Detektionsstrahlung getrennt detektiert werden können. Insbesondere können Prismen- oder Gitterspektrometer zum Einsatz kommen.Basically it is possible to use any detection device by means of which the Raman radiation detectable separately from other radiation components is. Could do this For example, a simple photodetector with a time in its passband changing, narrow-band Filter are used whose signals are detected time-dependent and thus wavelength-dependent. Preferably, however, a spectrally resolving detection device is used with a dispersing element and one in the beam path downstream, spatially resolution Detector used. Under a dispersing element is thereby an optical functional element understood, the optical radiation spectrally in space decomposed differently spreading spectral components. For example it may be a dispersion prism and / or a diffraction grating and / or a Etalon or a wedge include. The then preferably spatially resolving detector may comprise, for example, a CCD array or a CMOS field by means of the spatially separated by the dispersing element Spectral components of the detection radiation detected separately can be. In particular, you can Prism or grating spectrometer are used.
Um eine gute Ausrichtung zwischen Anregungsstrahlengang, Auge und Detektionsstrahlengang reproduzierbar zu ermöglichen, besitzt die Vorrichtung vorzugsweise eine Positionierhilfe zur Positionierung des Auges relativ zu der Vorrichtung. Insbesondere kann als Positionierhilfe eine Einrichtung mit einer Anlagefläche für den Kopf oder Teile desselben dienen, die so geformt ist, daß der Kopf relativ zu der Vorrichtung eine feste Lage einnimmt, in der das Auge im Anregungs- und Detektionsstrahlengang liegt. Zur genaueren Ausrichtung zwischen Beleuchtungsstrahlengang und Auge verfügt die Vorrichtung vorzugsweise über eine Fixierlichtquelle, die so angeordnet ist, daß bei Betrachtung des von der Fixierlichtquelle abgegebenen Fixierlichts mit dem Auge der Augapfel eine für die Durchführung des Verfahrens günstige Lage einnimmt.In order to reproducibly enable a good alignment between excitation beam path, eye and detection beam path, the device preferably has a positioning aid for positioning the eye relative to the device. In particular, can serve as a positioning aid means with a contact surface for the head or parts thereof, which is shaped so that the head relative to the device assumes a fixed position in which the eye in the excitation and detection beam path lies. For a more precise alignment between the illumination beam path and the eye, the device preferably has a fixation light source which is arranged such that, when the fixation light emitted by the fixation light source is viewed with the eye, the eyeball assumes a favorable position for carrying out the method.
Besonders bevorzugt ist bei der Vorrichtung eine zumindest für zumindest für Strahlung im Wellenlängenbereich der Raman-Strahlung intransparente Augenmuschel so um Anregungs- und Detektionsstrahlengang herum angeordnet, daß bei Ansetzen der Augenmuschel im Bereich des Auges der Einfall von Umgebungsstrahlung auf das Auge und/oder in den Detektionsstrahlengang vermieden wird. Insbesondere können der Bereich zwischen dem Auge und Kopf und einer Öffnung in einem Gehäuse der Vorrichtung, durch die die Anregungsstrahlung aus- und die Detektionsstrahlung eintritt, optisch voneinander getrennt werden. Dies hat den Vorzug, daß mögliche Störstrahlung unterdrückt werden kann. Darüber hinaus kann die Augenmuschel, die zur Erzielung einer guten Anpassung an den Kopf vorzugsweise flexibel ist, als Positionierhilfe dienen.Especially preferred in the device is at least one for at least for radiation in the wavelength range the Raman radiation intransparent eyecup so around excitation and detection beam path arranged around that at Applying the eyecup in the area of the eye the incidence of environmental radiation is avoided on the eye and / or in the detection beam path. In particular, you can the area between the eye and head and an opening in a housing the device through which the excitation radiation off and the detection radiation enters, optically separated from each other. This has the advantage that possible interference radiation repressed can be. About that In addition, the eyecup can be used to achieve a good fit is preferably flexible to the head, serve as a positioning aid.
Die Vorrichtung kann in ein ophtalmologisches Gerät eingebaut sein, insbesondere dann, wenn sie zur Messung der Konzentration von Substanzen im Kammerwasser oder Gewebe des Auges anders als Glucose dienen soll. Vorzugsweise ist sie jedoch als Tischgerät, besonders bevorzugt als Handgerät, ausgebildet, so daß ein Diabetiker einfach und nichtinvasiv den Glucosegehalt im Kammerwasser des Auges oder beispielsweise den diesen Glucosegehalt entsprechenden Blutzuckerwert ermitteln kann. Bei einer Ausführung als Handgerät verfügt dieses vorzugsweise über ein Fach für einen Akku oder eine Batterie zur Versorgung der Beleuchtungs-, Detektions- und Auswerteeinrichtung.The Device may be incorporated in an ophthalmological device, in particular then when to measure the concentration of substances in the aqueous humor or tissue of the eye to serve other than glucose. Preferably however, if it is a tabletop device, particularly preferred as a handheld device, trained so that a Diabetics simply and noninvasively the glucose content in the aqueous humor of the eye or, for example, this glucose content Can determine blood sugar value. In a version as a handheld, this has preferably over a subject for a battery or a battery to power the lighting, Detection and evaluation device.
Die Erfindung kann nicht nur für Glucose als zu detektierendem Stoff verwendet werden. Vielmehr ist es bevorzugt, daß die Detektionsstrahlung im Bereich der Raman-Strahlung von wenigstens einem der Stoffe ausgewählt aus der Gruppe Lactat, Glucose, Proteine, Aminosäuren, Harnstoff, Ascorbinsäure, Medikamente und/oder diagnostische Marker im Kammerwasser bzw. Augengewebe detektiert wird. Bei der Vorrichtung ist dazu die Detektionseinrichtung so ausgebildet, daß Detektionsstrahlung im Bereich der Raman-Strahlung von wenigstens einem der Stoffe ausgewählt aus der Gruppe Lactat, Glucose, Proteine, Aminosäuren, Harnstoff, Ascorbinsäure, Medikamente und/oder diagnostische Marker im Kammerwasser bzw. Augengewebe detektierbar ist. Hierzu können auch ggf. im Strahlengang angeordnete Filter entsprechend gewählt werden.The Invention can not only for Glucose be used as the substance to be detected. Rather, it is it prefers that the Detection radiation in the range of Raman radiation of at least one of the substances selected from the group lactate, glucose, proteins, amino acids, urea, ascorbic acid, drugs and / or diagnostic markers detected in the aqueous humor or eye tissue becomes. In the case of the device, the detection device is for this purpose designed that detection radiation in the field of Raman radiation at least one of the substances selected from the group of lactate, Glucose, proteins, amino acids, Urea, ascorbic acid, Medicaments and / or diagnostic markers in the aqueous humor or eye tissue is detectable. You can do this If appropriate, also filters arranged in the beam path can be selected accordingly.
Das nichtinvasive erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere auch kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen angewendet werden. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Regelung einer Abgabe eines Zufuhrstoffes in den Körper, bei dem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Konzentration wenigstens eines Stoffs im Kammerwasser des Auges und/oder des Augengewebes ermittelt wird, und die Abgabe des Zufuhrstoffes in Abhängigkeit von der ermittelten Konzentration geregelt wird. Hierzu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine entsprechende Ausgabeschnittstelle für Konzentrationssignale aufweisen, die die Konzentration des gemessenen Stoffs wiedergeben.The noninvasive method according to the invention In particular, it can also be used continuously or at short intervals become. The invention is therefore also a method of control a delivery of a feed substance into the body, in which by the method according to the invention the concentration of at least one substance in the aqueous humor of the eye and / or the eye tissue, and the delivery of the feed dependent on is determined by the concentration determined. For this purpose, the inventive device have a corresponding output interface for concentration signals, which reflect the concentration of the measured substance.
Weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zur Ermittlung einer Konzentration wenigstens eines Stoffs im Kammerwasser und/oder im Gewebe des Auges mittels Raman-Streuung von optischer Anregungsstrahlung durch den Stoff, bei dem als optische Anregungsstrahlung Strahlung mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich zwischen 320 nm und 700 nm, vorzugsweise zwischen 370 nm und 420 nm, verwendet wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die eine Beleuchtungseinrichtung zur Abgabe von optische Anregungsstrahlung mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich zwischen 320 nm und 700 nm, vorzugsweise zwischen 370 nm und 420 nm, abgibt. Diese Wahl der Wellenlänge der Anregungsstrahlung bzw. der Beleuchtungseinrichtung hat für ansonsten beliebige Verfahren zur Messung der Konzentration eines Stoffs im Auge mittels Raman-Strahlung den Vorteil, daß mit abnehmender Wellenlänge die Raman-Intensität zunimmt, so daß durch diese Wahl das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht werden kann.Another The invention relates to methods for determining a concentration at least one substance in the aqueous humor and / or in the tissue of the eye by means of Raman scattering of optical excitation radiation through the substance, in which as optical Excitation radiation Radiation with a wavelength in the wavelength range between 320 nm and 700 nm, preferably between 370 nm and 420 nm, is used, and an apparatus for carrying out the method, which is a Illumination device for emitting optical excitation radiation with one wavelength in the wavelength range between 320 nm and 700 nm, preferably between 370 nm and 420 nm. This choice of wavelength the excitation radiation or the illumination device has for otherwise any method of measuring the concentration of a substance in the Eye using Raman radiation the advantage that with decreasing wavelength the Raman intensity increases, so that by this choice the signal-to-noise ratio can be increased.
Die Erfindung wird im folgenden noch näher beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The Invention will be described in more detail by way of example with reference to the Drawings explained. Show it:
In
Im
in den Figuren durch waagerechte Schraffur markierten Detektionsstrahlengang
Die
Beleuchtungseinrichtung
Die
abgegebene Anregungsstrahlung wird über einen Lichtleiter
Die
fokussierende Optik
Die
durch Wechselwirkung der Anregungsstrahlung mit dem Stoff in dem
Kammerwasser
Die
im Detektionsstrahlengang
Der
kreisrunde Eintrittsquerschnitt bzw. Feldblende der Konfokaloptik
Damit überschneiden
sich der Anregungsstrahlengang
Der Anregungs- und Detektionsstrahlengang sind daher so ausgebildet, daß der Fokusbereich der Anregungsstrahlung nach Art einer Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet wird, d.h. daß Anregungsstrahlung nicht direkt, sondern nur nach Streuung in den Detektionsstrahlengang gelangen und damit die Messung der Konzentration des Stoffs beeinträchtigen kann.Of the Excitation and detection beam path are therefore designed to that the Focus area of the excitation radiation in the manner of a dark field illumination is illuminated, i. that excitation radiation not directly, but only after scattering in the detection beam path and thus affect the measurement of the concentration of the substance can.
Der
der im Detektionsstrahlengang der Detektionsoptik
Der
im Detektionsstrahlengang nachfolgende Fluoreszenzfilter
Zwischen
dem Fluoreszenzfilter
Die
Detektionsstrahlung tritt dann in die Detektionseinrichtung
Das
dispersiv wirkende Prisma
Die
Detektionseinrichtung
Die
Auswerteeinrichtung
In
diesem Beispiel dient die Auswerteeinrichtung
In
dem Speicher der Auswerteeinrichtung
Das
Programm für
die Auswerteeinrichtung umfaßt
Instruktionen zur Ausführung
der folgenden Operationen. Die Auswerteeinrichtung ermittelt auf der
Basis der Detektionssignale und der Daten über die spektrale Lage der
Raman-Strahlung die Intensität
der erzeugten Raman-Strahlung.
Diese ist proportional zu der Konzentration des Stoffs im Fokus
Die
Beleuchtungseinrichtung
Um
die Öffnung
Zur
Ermittlung der Konzentration des Stoffs im Kammerwasser wird die
von der Beleuchtungseinrichtung
Insbesondere
in dem Bereich des Fokus
Die
aus dem Fokus
Die
Detektionsstrahlung gelangt dann nach der Filterung durch den Notch-Filter
In
Abhängigkeit
von den Detektionssignalen ermittelt dann die Auswerteeinrichtung
Die Anregungsstrahlung wird dabei mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf moduliert abgegeben und die Detektionssignale werden in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf verarbeitet, so daß Rauscheffekte besser unterdrückt werden.The Excitation radiation is doing with a given temporal History modulated delivered and the detection signals are in dependence processed by the time course, so that noise effects are better suppressed.
Das Verfahren kann durch entsprechende Wahl der Wellenlänge der Anregungsstrahlung und der Filter für verschiedene Stoffe im Kammerwasser oder im Gewebe des Auges verwendet werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Stoff um einen Stoff ausgewählt aus der Gruppe Lactat, Glucose, Proteine, Aminosäuren, Harnstoff, Ascorbinsäure, Medikamente und/oder diagnostische Marker im Kammerwasser bzw. Augengewebe handeln. Insbesondere kann bei der Detektion von Glucose auf der Basis einer bekannten Abhängigkeit zwischen dem Glucosegehalt des Kammerwassers und dem Glucosegehalt des Bluts statt der Glucosekonzentration im Kammerwasser der dieser entsprechende Blutzuckerwert ausgegeben werden.The Method can by appropriate choice of the wavelength of the Excitation radiation and the filter for various substances in the aqueous humor or used in the tissue of the eye. For example, it may be the substance is a substance selected from the lactate group, Glucose, proteins, amino acids, Urea, ascorbic acid, Medicaments and / or diagnostic markers in the aqueous humor or eye tissue act. In particular, in the detection of glucose on the Base of a known dependency between the glucose content of the aqueous humor and the glucose content of the Blood instead of the glucose concentration in the aqueous humor of this corresponding blood glucose value can be output.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fehlt der Polarisationsfilter, so daß Detektionsstrahlung beliebigen Polarisationszustands detektiert werden kann. Damit erhöht sich die detektierbare Intensität der in die Detektionseinrichtung eintretenden Raman-Strahlung, was ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis und damit eine größere Meßgenauigkeit zur Folge hat, insbesondere wenn Polarisationeffekte nicht zur Detektion nutzbar sind.In a second preferred embodiment of the invention, the polarization filter is absent, so that Detection radiation arbitrary polarization state can be detected. This increases the detectable intensity of the Raman radiation entering the detection device, which results in a higher signal-to-noise ratio and thus greater measurement accuracy, in particular if polarization effects can not be used for detection.
Mit dieser Vorrichtung und dem Verfahren kann die Konzentration von Glucose im Kammerwasser mit einer Genauigkeit von besser als 10% in weniger als 10 s ermittelt werden.With This device and method can reduce the concentration of Glucose in aqueous humor with an accuracy better than 10% be determined in less than 10 s.
Eine
in
Die
Beleuchtungseinrichtung
In
dem Anregungsstrahlengang
Zur
Einkopplung ist im Anregungsstrahlengang
Insgesamt
ergibt sich damit auch in diesem Ausführungsbeispiel ein Detektionsstrahlengang
Das
Gehäuse
Eine
schematisch in
Dadurch
ergibt sich ein Detektionsstrahlengang der in wenigstens einem Abschnitt
vom Austritt aus der fokussierenden Optik
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann als Strahlungsquelle der Beleuchtungseinrichtung eine in Bezug auf die mittlere Wellenlänge der Anregungsstrahlung durchstimmbare Strahlungsquelle, beispielsweise ein durchstimmbarer Laser verwendet werden. Als Strahlungsquelle kann auch eine Superlumineszenzdiode oder eine Leuchtdiode verwendet werden, denen im Strahlengang ein vorzugsweise geeigneter schmalbandiger Spektralfilter nachgeordnet ist. Vorzugsweise weist dieser eine spektrale Breite von weniger als 5 nm auf. Insbesondere kann eine Leuchtdiode, die optische Strahlung mit einer Wellenlänge λmax=380 nm abgibt, in Verbindung mit einem Bandpaß-Filter mit einer spektralen Breite von 5 nm verwendet werden.In other exemplary embodiments, a radiation source which can be tuned in relation to the mean wavelength of the excitation radiation, for example a tunable laser, can be used as the radiation source of the illumination device. As a radiation source, a superluminescent diode or a light-emitting diode can be used, which is followed by a preferably suitable narrow-band spectral filter in the beam path. Preferably, this has a spectral width of less than 5 nm. In particular, a light emitting diode emitting optical radiation having a wavelength λ max = 380 nm may be used in conjunction with a bandpass filter having a spectral width of 5 nm.
Die Beleuchtungseinrichtungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vorzugsweise so ausgebildet und eingestellt, daß die mittlere Strahlungsleistung, die in das Auge gestrahlt wird, kleiner als 10 mW, vorzugsweise kleiner als 2 mW ist.The Lighting devices of a device according to the invention are preferably designed and adjusted so that the mean radiation power, which is blasted into the eye, less than 10 mW, preferably is less than 2 mW.
Weiterhin kann als dispergierendes Element statt des Prismas beispielsweise auch ein Gitter verwendet werden.Farther may be used as a dispersing element instead of the prism, for example also a grid can be used.
Die geschilderten Verfahren können vorzugsweise zur Regelung einer Abgabe eines Zufuhrstoffes in den Körper verwendet werden. Dazu wird mit einem der Verfahren die Konzentration des Stoffs im Kammerwasser des Auges und/oder des Augengewebes ermittelt, und die Abgabe des Zufuhrstoffes in Abhängigkeit von der ermittelten Konzentration geregelt. Beispielweise könnte so auf Intensivstationen der Blutzucker eines Patienten nichtinvasiv erfaßt und in Abhängigkeit von dem ermittelten Blutzuckerwert als Zufuhrstoff automatisch Insulin dem Körper des Patienten zugeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Konzentration anderer Stoffe zu ermitteln und als Zufuhrstoffe andere Medikamente zu verwenden.The described methods can preferably be used for regulating a delivery of a feed substance into the body. For this purpose, the concentration of the substance in the aqueous humor of the eye and / or the eye tissue is determined by one of the methods, and regulated the delivery of the feed as a function of the determined concentration. For example, in intensive care units, the blood sugar of a patient could be detected non-invasively and, depending on the blood sugar value determined as a supply substance, insulin could be automatically absorbed by the body be supplied to the patient. However, it is also possible to determine the concentration of other substances and to use other medicines as supplements.
Claims (23)
Priority Applications (1)
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DE200510030347 DE102005030347A1 (en) | 2005-06-29 | 2005-06-29 | Concentration determining method e.g. for determining blood glucose concentration in aqueous fluid and or tissue of eye, involves having optical radiation for production of RAM illumination by reciprocal effect |
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DE (1) | DE102005030347A1 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010051975A1 (en) * | 2008-11-06 | 2010-05-14 | Carl Zeiss Meditec Ag | Ophthalmologic laser system and operating method |
-
2005
- 2005-06-29 DE DE200510030347 patent/DE102005030347A1/en not_active Withdrawn
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WO2010051975A1 (en) * | 2008-11-06 | 2010-05-14 | Carl Zeiss Meditec Ag | Ophthalmologic laser system and operating method |
US8597283B2 (en) | 2008-11-06 | 2013-12-03 | Carl Zeiss Meditec Ag | Ophthalmologic laser system and operating method |
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