DE102006045192A1 - Method for measurement of absorption of light of two different spectral ranges by living tissue by invasive insertion of light emitter and photo sensor, involves arranging photo sensor relatively to light emitter - Google Patents

Method for measurement of absorption of light of two different spectral ranges by living tissue by invasive insertion of light emitter and photo sensor, involves arranging photo sensor relatively to light emitter Download PDF

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Abstract

The method involves arranging the photo sensor relatively to the light emitter (2) that the light incoming from the photo sensor goes through multiple tissues, particularly excluding arterially perforated tissue. The method is implemented that both modulation depths (pulsatile portion of alternating current to non-pulsatile portion of direct current) amounts to a 0.0005 and improves to 0.001. An independent claim is also included for a sensor device for the absorption of light of two different spectral ranges by living tissues has a sensor support, light emitter and a photo sensor carrier.

Description

I. AnwendungsgebietI. Field of application

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Messgerät, um die Absorption von Licht durch lebendes, von Licht durchstrahltes, Gewebe bei Mensch oder Tier zu messen, insbesondere bei menschlichen Feten.The The invention relates to a method and a measuring device in order to Absorption of light by living, light-radiated, tissue to measure in humans or animals, especially in human fetuses.

II. DefinitionenII. Definitions

Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung wird unter „Licht" elektromagnetische Strahlung im Bereich von 400 nm bis 2000 nm, insbesondere im Bereich zwischen 600 nm und 1000 nm, verstanden.For the purpose the present application is under "light" electromagnetic radiation in the field from 400 nm to 2000 nm, in particular in the range between 600 nm and 1000 nm, understood.

Ferner wird zum Zweck der vorliegenden Anmeldung unter "Absorption" die Lichtintensität verstanden, die nach der Passage durch das Gewebe am Sensor messbar ist, unabhängig davon, ob die eingestrahlte Lichtintensität oder die elektrische Leistung bekannt ist oder nicht und unabhängig davon, ob die Schichtdicke des durchstrahlten Gewebes bekannt ist oder nicht.Further For the purposes of the present application, "absorption" is understood to mean the light intensity which is determined according to the Passage through the tissue at the sensor is measurable, regardless of whether the incident light intensity or the electric power is known or not and independent of whether the layer thickness of the irradiated tissue is known or not.

Unter Netto-Lichtweglänge wird im Folgenden die Mindest-Länge des Weges verstanden, die das Licht vom Austritt aus dem Lichtemitter bis zum Eintritt in den Lichtsensor unter Einbeziehung von Streu- und Beugungsphänomenen zurücklegen muss. Vom Lichtemitter zum Lichtsensor sind verschiedene Lichtwege unterschiedlicher Länge möglich, abhängig von den multiplen Stellen/Streuzentren, an denen Lichtstrahlen auf diesem Weg abgelenkt werden können.Under Net light path length Below is the minimum length understood the way the light from the exit from the light emitter until entering the light sensor, including scattered light and diffraction phenomena must go back. From the light emitter to the light sensor different light paths are different Length possible, depending on the multiple sites / scattering centers at which light rays on this Way can be distracted.

III. Stand der TechnikIII. State of the art

Bei der Gewebsphotometrie wird bekanntermaßen die Absorption von Licht, insbesondere die zeitlich veränderliche Absorption von Licht (Modulation) in einem bestimmten Frequenzbereich (z. B. 0 bis 0,5 Hz sowie 0,5 bis 10 Hz), ermittelt, die im Zusammenhang mit der kleinsten bzw. größten zu erwartenden Pulsfrequenz bzw. Atemfrequenz, und den Blutdruck Blutdruck und andere Größen des zu untersuchenden Organismus steht.at Tissue photometry is known to be the absorption of light, especially the temporally variable Absorption of light (modulation) in a certain frequency range (eg 0 to 0.5 Hz and 0.5 to 10 Hz), determined in the context with the smallest or largest to expected pulse rate or respiratory rate, and blood pressure blood pressure and other sizes of the is to be examined organism.

Der Lichtfluss im Gewebe kommt insbesondere durch verschiedene optische Wirkungen wie Streuung, Absorption, Beugung u. a. an Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen Bestandteilen des lebenden Gewebes, zustande, wobei "Transmission" und "Reflexion" vereinfachende Begriffe sind, die sich auf ein Verhalten des Lichts relativ zu Sender und Empfänger beziehen.Of the Light flux in the tissue comes in particular through various optical Effects such as scattering, absorption, diffraction u. a. at interfaces between the different components of the living tissue, where "transmission" and "reflection" are simplistic terms are related to a behavior of light relative to transmitter and receiver Respectively.

So wird bei der optischen Plethysmographie die Absorption von Licht, insbesondere die Modulation von Licht in einem bestimmten Frequenzbereich nämlich dem der arteriellen Pulsation, also von ca. 30 bis 240 bpm, entsprechend 0,5 bis 4 Hz betrachtet in Relation zur nichtpulsatilen Absorption, also zur Absorption im Frequenzbereich von unter 0,5 Hz. Damit lassen sich unter anderem Pulsfrequenz Atemfrequenz, Blutdruck und anderes bestimmen.So In optical plethysmography, the absorption of light, in particular the modulation of light in a certain frequency range namely the the arterial pulsation, ie from about 30 to 240 bpm, accordingly 0.5 to 4 Hz in relation to non-pulsatile absorption, So for absorption in the frequency range of less than 0.5 Hz. So let Pulse rate, respiratory rate, blood pressure and others determine.

Wird eine optische Plethysmographie in zwei oder mehr Spektralbereichen (λ1, λ2 ... λn) durchgeführt und werden die jeweiligen Modulationstiefen (pulsatiler Anteil, AC, zum nicht-pulsatilen Anteil, DC) z. B. bei 730 nm und 990 nm zueinander in Beziehung gesetzt, so ergibt sich aus den jeweiligen Modulationstiefen

Figure 00020001
eine Variable
Figure 00030001
die in weiten Bereichen unabhängig ist von Einflussfaktoren wie der Schichtdicke des durchstrahlten Gewebes oder der Intensität der Lichtemitter usw. und mit deren Hilfe sich die arterielle Sauerstoffsättigung ermitteln lässt, ggf. auch die venöse Sauerstoffsättigung, eventuell auch bei arteriell-venöser Sättigungsdifferenz.If an optical plethysmography in two or more spectral ranges (λ1, λ2 ... λn) is performed and the respective modulation depths (pulsatile component, AC, non-pulsatile component, DC) z. B. at 730 nm and 990 nm in relation to each other, it follows from the respective modulation depths
Figure 00020001
a variable
Figure 00030001
which is independent of influencing factors such as the layer thickness of the irradiated tissue or the intensity of the light emitter, etc., and with whose help the arterial oxygen saturation can be determined, possibly also the venous oxygen saturation, possibly also with arterial-venous saturation difference.

So kommt menschliches Hämoglobin im Wesentlichen in zwei Zuständen vor, nämlich oxigeniert und desoxigeniert, wenn man von toxisch veränderten bzw. genetisch aberranten Hämoglobin-Fraktionen absieht.So comes human hemoglobin essentially in two states before, namely oxygenated and deoxygenated when modified from toxic or genetically aberrant hemoglobin fractions apart.

Das oxigenierte sowie das desoxigenierte Hämoglobin weisen unterschiedliche spezifische spektrale Absorptionsverläufe auf, von denen sich insbesondere der Bereich über 600 nm für Zwecke der optischen Plethysmographie nutzen lässt, in dem in zwei verschiedenen Spektralbereichen die Intensität bzw. die Absorption des Lichts durch die beiden Hämoglobinfraktionen (oxigeniert und desoxigeniert) gemessen wird.The oxygenated as well as the deoxygenated hemoglobin have different specific spectral absorption curves, of which in particular the area over 600 nm for Purposes of optical plethysmography, in which two different Spectral ranges the intensity or the absorption of light by the two hemoglobin fractions (oxygenated and deoxygenated) is measured.

Die Pulsoximetrie ist also eine Gewebsphotometrie in zwei oder mehr Spektralbereichen des Lichts und zwei Frequenzbereichen der durchblutungsbedingten Modulation. Mit Hilfe dieser so genannten Pulsoximetrie können in weiten Bereichen Herzfrequenz und Lungenfunktion überwacht werden. Bei Feten werden durch die Pulsoximetrie die Lungenfunktionen der Mutter und die Funktionalität der Plazenta hinsichtlich des Sauerstoffaustausches überwacht. Unmittelbar nach der Geburt d.h. während und nach der Umstellung von Nabelschnurversorgung auf Lungenatmung, können die Lungenatmung des Feten als auch die Shuntsituation zwischen rechten und linken Kreislauf beurteilt und gemonitort werden.Pulsoximetry is thus a tissue photometry in two or more spectral regions of the light and two frequency ranges of the circulation-induced modulation. With the help of this so-called pulse oximetry, heart rate and lung function can be monitored in a wide range of areas. In fetuses, pulmonary oximetry determines the pulmonary functions of the mother and the functionality of the placenta with respect to oxygen exchange supervised. Immediately after birth, ie during and after the switch from umbilical cord to pulmonary breathing, pulmonary respiration of the fetus as well as the shunt situation between right and left circulation can be assessed and monitored.

In der jüngeren Vergangenheit war die Pulsoximetrie speziell die Transmissions-Pulsoximetrie in der Medizin sehr erfolgreich, bei der lebendes Gewebe bis zu einer Schichtdicke von maximal 20 mm mit Licht von 400 nm bis 4000 nm Wellenlänge durchstrahlt wurde und der vom Gewebe absorbierte Lichtanteil gemessen wurde.In the younger ones Pulse oximetry was especially the transmission pulse oximetry in the past Medicine very successful in living tissue up to a layer thickness of maximum 20 mm irradiated with light from 400 nm to 4000 nm wavelength and the amount of light absorbed by the tissue was measured.

Durch die begrenzte Dicke des zu durchstrahlenden Gewebes sowie durch die Notwendigkeit, einander gegenüberliegende Orte für Lichtsensor und Lichtemitter zu verwenden, waren die Applikationsorte stark eingeschränkt: beim erwachsenen Menschen beispielsweise auf einzelne Finger oder auf Ohrläppchen, bei Frühgeburten oder Neugeborenen auf eine Hand oder einen Fuß.By the limited thickness of the tissue to be irradiated and by the need to have opposing locations for light sensor and light emitters, the application sites were strong limited: in adult humans, for example, on single fingers or on earlobe in premature birth or newborn on a hand or foot.

Auch die minimal-invasive Transmissions-Pulsoximetrie, zur Überwachung der Sauerstoffversorgung des Feten während der Geburt, ist bereits bekannt ( DE 38 10 008 ).Minimally invasive transmission pulse oximetry, for monitoring fetal oxygenation during birth, is also known ( DE 38 10 008 ).

Auch wurde die Reflexpulsoximetrie verwendet, im Bemühen, die nachteilige Begrenzung hinsichtlich der Schichtdicke zu überwinden, bei der im Gegensatz zur Transmissionspulsoximetrie Lichtemitter und Lichtempfänger nicht auf einander gegenüber liegenden Seiten des zu durchstrahlenden Gewebes angeordnet wurden, sondern auf der gleichen Seite nebeneinander liegen, meist in einem Abstand von nur einigen Millimetern.Also Reflex Pulse Oximetry was used in an effort to limit the adverse effect in terms of layer thickness overcome, in contrast to the transmission pulse oximetry light emitter and light receiver not on each other lying sides of the tissue to be irradiated were arranged, but on the same side next to each other, usually in one Distance of only a few millimeters.

Der gravierende Nachteil der Reflex-Pulsoximetrie besteht jedoch im so genannten Shuntlicht, worunter diejenigen Lichtanteile verstanden werden, die vom Emitter zum Sensor gelangen können, ohne dabei das arteriell perfundierte Gewebe, insbesondere den von Arteriolen durchsetzten Teil des Gewebes, durchstrahlt zu haben.Of the However, there is a serious disadvantage of reflex pulse oximetry so-called shunt light, by which understood those lights be able to get from the emitter to the sensor, without affecting the arterial perfused tissues, especially those interspersed by arterioles Part of the fabric to have transpired.

Zu diesem Shuntlicht gehören beispielsweise diejenigen Lichtanteile, die nur durch die oberflächlichen, wenig durchbluteten Hautschichten beeinflusst werden, und somit nicht pulsatil moduliert werden und auf diesem Wege vom Lichtemitter zum Lichtsensor gelangen.To belong to this shunt light For example, those parts of light that are only superficial, little perfused skin layers are affected, and thus can not be modulated pulsatil and in this way by the light emitter get to the light sensor.

Dieser Shuntlichtanteil beeinflusst das Gesamtergebnis so stark negativ, dass eine verantwortungsvolle Anwendbarkeit dieses Verfahrens heute generell in Zweifel gezogen wird.This Shunt light component affects the overall result so much negative, that a responsible applicability of this procedure today generally is called into question.

Die Geburt ist eine ganz besondere Herausforderung an Mutter und Kind. Mit derzeit etwa einem kindlichen Todesfall pro 200 Geburten stellt die Geburt eine der größten Gefährdungen im Leben des Menschen dar.The Birth is a very special challenge for mother and child. With currently about one child death per 200 births the birth one of the biggest threats in the life of man.

Eine Sauerstoffmangelsituation während der Geburt kann – wenn sie nicht und/oder zu spät erkannt und nicht optimal therapiert wird – zu irreversiblen mentalen und körperlichen Einschränkungen bzw. lebenslangen Behinderungen beim Kind führen.A Oxygen deficiency situation during the birth can - if she does not and / or too late recognized and not optimally treated - to irreversible mental and physical Restrictions or lead to life-long disabilities in the child.

Es hat daher bereits vielfältige Bemühungen gegeben, die Sauerstoffversorgung des Feten unter der Geburt zu bestimmen, wenigstens indirekt z.B. über den pH-Wert, Base-Excess, Laktat (diskontinuierlich bei Mikroblutuntersuchungen, MBU), aus der Herzfrequenz (zusammen mit der Wehentätigkeit), CTG oder der Analyse des EKG, STAN.It therefore already has many Efforts given to determine the oxygenation of the fetus during childbirth, at least indirectly, e.g. above the pH, base excess, Lactate (discontinuous in microblood studies, MBU), off Heart rate (together with labor activity), CTG or analysis of the ECG, STAN.

Zu den direkten Methoden der Messung der Sauerstoffsättigung gehört der transcutan gemessene Sauerstoffpartialdruck. Er stellt allerdings nur eine lokale Information dar und ist daher als Screening-Methode während der Geburt nicht ausreichend.To the direct methods of measuring oxygen saturation belongs the transcutaneously measured oxygen partial pressure. He does, however is only a local information and is therefore a screening method while not enough to give birth.

Die zuverlässigste Methode ist schließlich die bereits oben erwähnte kontinuierliche Messung der arteriellen Sauerstoffsättigung mittels Transmissions-Pulsoximetrie.The reliable Method is finally the already mentioned above continuous measurement of arterial oxygen saturation by means of transmission pulse oximetry.

Ein entscheidender Vorteil der Pulsoximetrie ist, dass der Parameter Sauerstoffsättigung global ist, d.h. überall im Körper korrekt herrscht die gleiche arterielle Sauerstoffsättigung.One The decisive advantage of pulse oximetry is that the parameter oxygen saturation is global, i. all over in the body correctly, the same arterial oxygen saturation prevails.

Pulsoximetrie am Feten ist Pulsoximetrie unter worst-case-Bedigungen – daher bedarf es vielfältiger und subtiler Optimierungsprozesse, um eine zuverlässige Pulsoximetrie am Feten überhaupt Wirklichkeit werden zu lassen.pulse oximetry Pulse oximetry on the fetus is under worst-case conditions - hence it requires more diverse and subtle optimization processes to get reliable pulse oximetry on the fetus at all To become reality.

So ist bereits die Applikation des Sensors schwierig: sie erfolgt meist ohne Sicht, tastend durch Scheide und Muttermund am vorangehenden Teil des Feten.So Already the application of the sensor is difficult: it usually takes place without vision, groping through vagina and cervix at the preceding Part of the fetus.

Zusätzliche ungünstige optische Faktoren kommen dazu: Käseschmiere, (verfärbtes) Fruchtwasser, Körperbehaarung des Feten etc. beeinflussen oder behindern die Ankoppelung des Lichts vom Emitter ins Gewebe bzw. vom Gewebe in den Empfänger.additional unfavorable optical factors are added: cheese grease, (Discolored) Amniotic fluid, body hair of the fetus etc. influence or hinder the coupling of the light from the emitter into the tissue or tissue into the recipient.

Ein besonderes Problem ist die Störung der Messsignale durch Bewegung: Spontane Bewegungen des Feten vor allem aber Uteruskontraktionen führen zu Bewegungsartefakten. Die dominierenden Mechanismen sind Bewegungen des Pulsoximetriesensors relativ zum Applikationsort und die Mirgation von Blut in den Gefäßen des durchstrahlten Gewebes.A particular problem is the disturbance of the measurement signals due to movement: Spontaneous movements of the fetus and, above all, uterine contractions lead to movement artifacts. The dominant mechanisms are movements of the pulse oximetry sensor relative to the site of application and the mirgation of blood in the vessels of the irradiated tissue.

Zusätzlich sind gerade bei der minimal-invasiven Transmissions-Pulsoximetrie am Feten Randbedingungen einzuhalten, die einander teilweise widersprechen: Auf der einen Seite sollte der Sensor möglichst klein und kompakt ausgebildet sein, um ihn in frühen Phasen der Geburt durch Vagina und Muttermund einführen zu können und, um möglichst wenig Angrifffläche für Bewegungsartefakte bei Uteruskontraktionen zu bieten. Auf der anderen Seite hat sich die Länge des Lichtweges als wichtiger Einflussfaktor ergeben: Die Modulationstiefe wächst mit der Lichtweglänge, wenn der Lichtweg in ausschließlich durchblutetem Gewebe verläuft. So wachsen die AC-Lichtpegel relativ zur DC-Komponente mit steigender Weglänge, in Absolutwerten betrachtet fallen beide aber mit steigender Weglänge des Lichts ab, so dass man darauf achten muss, dass beide Komponenten einen sinnvollen Signal-Rauschabstand nicht unterschreiten.In addition are especially in minimally invasive transmission pulse oximetry on Feten to comply with boundary conditions that partially contradict each other: On the one hand, the sensor should be as small and compact as possible be to him in early To introduce stages of childbirth through the vagina and cervix can and, if possible little attack surface for movement artifacts to provide for uterine contractions. On the other hand has become the length of the light path as an important influencing factor: The modulation depth grows with the light path length, if the light path in exclusively perfused Tissue runs. Thus, the AC light levels increase with increasing relative to the DC component path length in absolute terms, however, both fall with increasing path length of the Light off, so you have to make sure that both components do not fall below a reasonable signal-to-noise ratio.

Weiterhin ist eine Erwärmung des Gewebes des Feten durch die Verlustleistung im Pulsoximetriesensors auf unter 43°C zu halten, um bei längerfristiger Exposition keine Gewebeschädigung zu bewirken. Diese maximal zulässige Erwärmung begrenzt letztlich die zulässige Verlustleistung und damit den Wirkungsgrad der verwendeten Lichtemitter.Farther is a warming of the tissue of the fetus due to the power loss in the pulse oximetry sensor to below 43 ° C to keep at longer term Exposure no tissue damage to effect. This maximum allowed warming ultimately limits the permissible Power loss and thus the efficiency of the light emitter used.

IV. Darstellung der ErfindungIV. Presentation of the invention

Die wichtigsten Ergebnisse unserer Forschung hinsichtlich der fetalen Pulsoximetrie umfassen sowohl die Erkenntnis ungelöster Fragestellungen als auch die entsprechenden Lösungen, die sowohl methodischer als auch konstruktiver Natur sind.

  • a) Die ermittelte Sauerstoffsättigung soll möglichst gut der realen Sauerstoffsättigung entsprechen. Die Genauigkeit der Sauerstoffsättigung wird jedoch meistens durch ungewolltes, häufig unvermeidbares Shuntlicht verfälscht. Shuntlicht meint zusätzliche zum modulierten Licht parallel geschaltete Lichtanteile, die durch arteriell nicht- oder minderdurchblutetes Gewebe oder durch parallel geschaltete nichtlebende Strukturen (Käseschmiere, nichtdurchblutete Hautanteile) verlaufen. Erfindungsgemäß verlaufen die Lichtwege in gut perfundierten Gewebsabschnitten, abseits nicht- oder minderdurchbluteter Gewebe bzw. abseites parallel geschalteter nichtlebender Strukturen.
  • b) Die Streuung der Sauerstoffsättigung soll möglichst gering sein. Diese Forderung bedeutet, dass die Modulationstiefen selbst auch nur gering streuen dürfen. Dies wird erreicht, indem die Modulationstiefen in allen Spektralbereichen > 0.0005 liegen, bzw. besser > 0.001. Ferner steigen die Modulationstiefen mit zunehmendem Lichtweg im durchblutetem Gewebe. Es muss also der Lichtweg so lange gewählt werden, bis die Modulationstiefen jeweils einen ausreichenden Signal-Rauschabstand aufweisen. Sofern Lichtemitter und Lichtsensor beide in jeweils eine Richtung weisen, die von dem anderen Element weggerichtet ist, existieren mehrere solche Umlenkungen, was den Netto-Lichtweg gegenüber der Entfernung zwischen Lichtemitter und Sensor nochmals vergrößert und die Modulationstiefe verbessert.
  • c) Ebenso wichtig für eine geringe Streuung der Sauerstoffsättigung ist die Begrenzung von Bewegungsartefakten. Konstruktiv kann dies durch einen guten Halt des Sensors am zu messenden Organismus erzielt werden – eine invasive Verankerung von Spiralsensoren trägt erheblich dazu bei. Dazu kommt auf der methodischen Seite, dass ein intrakutaner Lichtweg besonders wenig anfällig ist für bewegungsbedingte Änderungen der Lichtein- bzw. Lichtauskopplung.
  • d) Die Lichtwege im Gewebe sollten möglichst ausschließlich in arteriell gut durchblutetem Gewebe verlaufen. Lichtwege in nicht arteriell durchbluteten Schichten bewirken einen Lichtverlust, der keinen positiven Beitrag zur Modulationstiefe leistet. Er ist damit schädlich für den nutzbaren Nettolichtweg. Daraus folgt, dass absorbierende Strukturen desto rigoroser zu vermeiden sind, je größer ihr Beitrag zur Gesamtabsorption ist. So ist z.B. beim Sensordesign darauf zu achten, dass die Melaninschicht aus dem Lichtweg herausgehalten wird, ebenso äußere Hautschichten, aber auch Haare und Käseschmiere usw. Auf der Basis dieser Überlegungen erweisen sich sämtliche Reflex-Pulsoximetriesensoren als ungünstig, ebenso wie invasive Lichtwege senkrecht zur Hautoberfläche. Die Lichtwege sind intrakutan in der optimalen Tiefe, also in einer Tiefe zu wählen, in der eine gute Gewebsperfusion herrscht, beim Feten also in einer Tiefe von etwa 2 mm bis 3 mm. Um diese Tiefe korrekt einzuhalten, sollte der Lichtweg intrakutan, parallel zu Hautoberfläche verlaufen – Lichtemitter und Lichtempfänger sollten also in der gleichen Tiefe unter Hautniveau liegen. Dies kann perfekt mit einer Doppelhelix erzielt werden, die zwei achsensymmetri sche Sensorträger besitzt. Die Singlehelix erlaubt nicht die gleiche Tiefe für Lichtemitter und Lichtempfänger. Will man dennoch bei der Singlehelix doch sehr weitgehend die selbe Tiefe muss dies durch entsprechende Senkung der Spiralensteigung in etwa einem Spiralengang erzwingen.
  • e) Zur Optimierung der Modulationstiefe sollte bei möglichst geringen mechanischen Abmessungen des Sensors (zur Platzierung des Sensors in frühen Geburtsphasen) die Netto-Lichtweglänge maximiert werden. Es gilt also, den Lichtweg durch perfundiertes Gewebe möglichst lang zu wählen, und dies zu kombinieren mit möglichst kleinen mechanischen Abmessungen des Sensors. Diese gegensätzlichen Forderungen sind nur zu harmonisieren, wenn man gebogene Lichtwege einsetzt, die mittels der Lichtstreuung im Gewebe günstig zu realisieren sind. Es sind dann Lichtemitter und Lichtempfänger nicht direkt auf einander gerichtet. Günstig ist die Anordnung von Lichtemitter und Lichtsensor derart, dass wenigstens eines der beiden Elemente in eine Richtung weist, die von dem anderen Element weggerichtet ist; dadurch wird eine Vergrößerung der Netto-Lichtweglänge erreicht. Lichtwege mit solchen Umlenkungen sind im Gewebe aufgrund seiner optischen Streueigenschaften möglich. Bei Lichtsensor und Lichtemitter, die beide jeweils in die vom anderen Element wegweisende Richtung zeigen, ist der möglichst kürzeste Nettolichtweg somit um zweimal ein Viertel des Umfanges der Kanüle länger als der Abstand der Mittelpunkte der beiden Stellen in den Helix-Kanülen, in denen Sensor und Emitter angeordnet sind. Auf diese Art und Weise kann z. B. die Netto-Lichtweglänge auf mehr als 3 mm, insbesondere mehr als 4 mm vergrößert werden, obwohl der direkte Abstand zwischen Lichtemitter und Lichtsensor weniger als dieses Maß, also z. B. weniger als 4 mm beträgt.
The most important results of our research on fetal pulse oximetry include the identification of unresolved issues as well as the corresponding solutions, which are both methodological and constructive in nature.
  • a) The determined oxygen saturation should correspond as well as possible to the real oxygen saturation. However, the accuracy of oxygen saturation is mostly corrupted by unwanted, often unavoidable shunt light. Shunt light means additional light components which are connected in parallel to the modulated light and which pass through tissue that is not perfused or perfused with blood or through parallel non-living structures (cheese smear, non-perfused skin components). According to the invention, the light paths run in well-perfused tissue sections, away from non-perfused or under-perfused tissue or abseites connected in parallel non-living structures.
  • b) The scattering of oxygen saturation should be as low as possible. This requirement means that the modulation depths may also scatter only slightly. This is achieved by the modulation depths in all spectral ranges> 0.0005, or better> 0.001. Furthermore, the modulation depths increase with increasing light path in the perfused tissue. The light path must therefore be selected until the modulation depths each have a sufficient signal-to-noise ratio. If the light emitter and the light sensor both point in one direction, which is directed away from the other element, there are several such deflections, which further increases the net light path over the distance between light emitter and sensor and improves the modulation depth.
  • c) Equally important for a low degree of oxygen saturation is the limitation of motion artifacts. Constructively, this can be achieved by a good hold of the sensor on the organism to be measured - an invasive anchoring of spiral sensors contributes significantly to this. In addition, on the methodological side, an intracutaneous light path is particularly vulnerable to movement-induced changes in the light input or light output.
  • d) The light paths in the tissue should, if possible, run exclusively in tissue that is well supplied with blood. Light paths in non-arterially perfused layers cause a loss of light, which makes no positive contribution to the modulation depth. He is thus harmful to the usable net light path. It follows that absorbent structures are the more rigorously avoided the greater their contribution to total absorption. For example, in sensor design care should be taken that the melanin layer is kept out of the light path, as well as outer skin layers, but also hair and cheese grease, etc. On the basis of these considerations, all reflex pulse oximetry sensors prove to be unfavorable, as well as invasive light paths perpendicular to the skin surface , The light paths are to be selected intracutaneously at the optimal depth, that is to say at a depth in which there is good tissue perfusion, ie at a depth of about 2 mm to 3 mm in the fetus. To properly maintain this depth, the light path should be intracutaneous, parallel to the skin surface - light emitters and light receivers should be at the same depth below skin level. This can be achieved perfectly with a double helix having two axisymmetric sensor carriers. The single helix does not allow the same depth for light emitters and light receivers. If you still want to have the same depth for the single helix, you have to force it down by spiraling the spiral in the same direction.
  • e) In order to optimize the depth of modulation, the net optical path length should be maximized with the least possible mechanical dimensions of the sensor (to place the sensor in early stages of birth). So the light path is valid To choose as long as possible by perfused tissue, and to combine this with the smallest possible mechanical dimensions of the sensor. These contradictory requirements can only be harmonized if one uses curved light paths that can be realized favorably by means of light scattering in the tissue. There are then light emitter and light receiver are not directed directly at each other. Conveniently, the arrangement of light emitter and light sensor is such that at least one of the two elements faces in a direction which is directed away from the other element; This achieves an increase in the net light path length. Light paths with such deflections are possible in the tissue due to its optical scattering properties. For light sensor and light emitter, both pointing in the direction pointing away from the other element, the shortest possible net light path is thus two times a quarter of the circumference of the cannula longer than the distance between the centers of the two points in the helix needles, in which sensor and Emitter are arranged. In this way, z. B. the net Lichtweglänge be increased to more than 3 mm, in particular more than 4 mm, although the direct distance between the light emitter and light sensor less than this level, ie z. B. is less than 4 mm.

Es ist daher ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung, diese essentiellen Forschungsergebnisse in konstruktive und verfahrenstechnische Ausführungsformen und Merkmale umzusetzen, um die Messvorrichtung und das Verfahren zur Mes sung der Absorption von Licht durch das Blut des Feten mit einem vaginal einführbaren Sensorträger so zu optimieren, dass eine Messung der Sauerstoffsättigung des arteriellen Blutes überhaupt erst möglich wird.It is therefore an essential part of the invention, these essential Research results in constructive and procedural embodiments and implement features to the measuring device and the method measuring the absorption of light by the blood of the fetus a vaginally insertable sensor support to optimize so that a measurement of the oxygen saturation of the arterial blood at all only possible becomes.

Die Sensoreinrichtung muss also prinzipiell so ausgebildet sein, dass im invasiv eingesetzten Zustand der Sensoreinrichtung sich der Lichtemitter und der Lichtsensor in der gleichen Gewebetiefe und damit in der gleichen Gewebeschicht zu liegen kommen, insbesondere wenn die Sensoreinrichtung bis zum Anschlag am Sensorbasisteil an der Gewebeoberfläche positioniert bzw. eingeschraubt ist. Lichtemitter und Lichtsensor liegen dann bezüglich der Achse der Singlehelix oder auch Doppelhelix, auf der sie angeordnet sind, auf einander gegenüberliegenden, also zentral symmetrischen Positionen.The Sensor device must therefore be designed in principle so that in the invasively inserted state of the sensor device, the light emitter and the light sensor in the same tissue depth and therefore in the same Tissue layer come to rest, especially when the sensor device Positioned on the tissue surface as far as the stop on the sensor base part or screwed. Light emitter and light sensor are then in terms of the axis of the single helix or double helix on which they are arranged are, on opposite, So centrally symmetric positions.

Bei einer Doppelhelix, die symmetrisch ausgebildet ist, die also zwei gleiche Teilspiralen mit gleicher Steigung und gleichen Drehsinn aufweist, die um 180° versetzt angeordnet sind, wird dies einfach dadurch erreicht, dass sich Emitter und Sensor auf den analogen Positionen auf der beiden Teilspiralen befinden.at a double helix, which is symmetrical, that is two same part spirals with the same slope and the same direction of rotation having offset by 180 ° are arranged, this is achieved simply by being emitter and sensor are located on the analogous positions on the two sub-spirals.

Wenn Emitter und Sensor beide auf einer Singlehelix angeordnet sind, ist eine Anordnung axialsymmetrisch zwar möglich, jedoch in der Regel verbunden mit einem axialen Versatz vom Emitter zum Sensor. Um auch bei der Singlehelix Lichtemitter und Lichtempfänger in der selben Gewebstiefe positionieren zu können, kann man die Singlehelix z. B. so ausführen, dass sie keine durchgehend gleichmäßige Steigung aufweist, sondern in einem mittleren Bereich über wenigstens 180° überhaupt keine Steigung aufweist und sich Emitter und Sensor am Anfang bzw. Ende dieses steigungsfreien Abschnittes der Singlehelix befinden.If Emitter and sensor are both arranged on a single helix, is an arrangement axially symmetric indeed possible, but usually connected to an axial offset from the emitter to the sensor. Too too in the single helix light emitter and light receiver in the same tissue depth to be able to position can you use the single helix z. B. so that they are not continuous even slope but in a central region over at least 180 ° at all has no slope and emitter and sensor at the beginning or End of this pitch-free section of the single helix are located.

Ferner wird durch die Ausführung des Sensorträgers in Form einer Singlehelix und insbesondere in Form einer Doppelhelix sichergestellt, dass nach der Applilation des Sensors, d.h. der minimal-invasiven Applikation der Spirale(n) Emitter und Sensor mechanisch ortsfest im Gewebe des vorangehenden Teils (z.B. der Kopfschwarte des Feten) angeordnet sind und damit optisch konstante Ein- und Aus koppelungsbedingungen erzielt werden, die eine essentielle Voraussetzung für zuverlässige Messergebnisse sind.Further is through the execution of the sensor carrier in the form of a single helix and in particular in the form of a double helix ensures that after the application of the sensor, i. of the minimally invasive application of the spiral (s) emitter and sensor mechanically stationary in the fabric of the preceding part (e.g. Head of the fetus) are arranged and thus optically constant Coupling conditions that are essential requirement for reliable Measurement results are.

Beim Feten wird das Licht anders absorbiert bzw. moduliert als beim erwachsenen Menschen, sodass sich die Analyse der Signale vorzugsweise auf die Frequenzbereiche 0 bis 0,7 Hz sowie 0,7 bis 3 Hz fokussiert.At the In fetuses the light is absorbed or modulated differently than in adults People, so that the analysis of the signals preferably on the Frequency ranges 0 to 0.7 Hz and 0.7 to 3 Hz focused.

Um die Absorption durch die beiden (oder mehreren) Hämoglobin-Fraktionen ermitteln zu können, sollte das Messgerät zwei (oder mehrere) verschiedene Lichtemitter für Licht unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Spektralbereiche aufweisen, die insbesondere die Wellenlängen 730 nm und 880 nm enthalten.Around the absorption by the two (or more) hemoglobin fractions to be able to determine should the meter two (or more) different light emitters for light of different wavelengths or Have spectral ranges, in particular the wavelengths 730 nm and 880 nm.

Als Lichtemitter werden vorzugsweise entweder direkt lichtemittierende Halbleiterelemente, insbesondere Leuchtdioden verwendet, als Lichtempfänger direkt lichtempfindliche Halbleiter die jeweils in den Sensorträger integriert bzw. in eine hohlen Sensorträger eingesetzt werden. Alternativ können als Lichtemitter, bzw. Lichtempfänger auch die Enden von Lichtleitern dienen, an deren jeweils anderem Ende die entsprechenden optischen Komponenten positioniert sind.When Light emitters are preferably either directly light-emitting Semiconductor elements, in particular light-emitting diodes used as a light receiver directly photosensitive semiconductors which are integrated into the sensor carrier or in a hollow sensor carrier be used. Alternatively you can as light emitter, or light receiver also serve the ends of light guides, to each other's other End the corresponding optical components are positioned.

Vorzugsweise werden Lichtemitter und Lichtsensor an zentral symmetrischen Axialpositionen der beiden Teilspiralen einer Doppelhelix angeordnet bzw. an den radial gegenüberliegenden Positionen einer Singlehelix. Lichtemitter und Lichtsensor befinden sich entweder am freien Ende der beiden Teilspiralen der Doppelhelix, vorzugsweise jedoch zurückversetzt vom (geschliffenen) freien Ende um mindestens 1 mm bis 4 mm in Umlaufrichtung der Helix, das sind 0.5 mm bis 2 mm mehr als der Schlifflänge entspricht.Preferably, light emitter and light sensor are arranged at centrally symmetrical axial positions of the two sub-spirals of a double helix or at the radially opposite positions of a single helix. Light emitter and light sensor are located either at the free end of the two part spirals of the double helix, but preferably set back from the (ground) free end by at least 1 mm to 4 mm in the direction of rotation of the helix, the are 0.5 mm to 2 mm longer than the loop length corresponds.

Die beiden Teilspiralen der Doppelhelix sind an der gemeinsamen Sensoreinrichtung mit einem ihrer Enden befestigt. Vorzugsweise erstreckt sich jede der Teilspiralen der Doppelhelix über 0,5 bis 1,5 Umdrehungen, bzw. 1 bis 3 Umdrehungen bei einer Singlehelix, mit denen die Spirale(n) vollständig, d.h. bis zum Anschlag an der Stirnfläche des Sensor-Cups ins Gewebe eingeschraubt werden; dies entspricht einer gesamten Axialerstreckung von ca. 2 mm bis 4 mm, typisch etwa 3 mm. Die Dicke (Außendurchmesser) der Spirale(n) der Helix wird vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 1,2 mm gewählt, der Innendurchmesser der (Stahl-)Kanüle beträgt mit 60% bis 70% des Außendurchmessers.The Both partial spirals of the double helix are at the common sensor device attached with one of its ends. Preferably, each extends the partial spirals of the double helix over 0.5 to 1.5 turns, or 1 to 3 revolutions in a single helix, with which the spiral (s) Completely, i.e. up to the stop on the end face of the sensor cup into the tissue be screwed; this corresponds to a total axial extent from about 2 mm to 4 mm, typically about 3 mm. The thickness (outer diameter) the spiral (s) of the helix is preferably between 0.7 mm and 1.2 mm selected, the inner diameter of the (steel) cannula is 60% to 70% of the outer diameter.

Der Außendurchmesser der Windung der Helix beträgt 4 mm bis 10 mm, vorzugsweise 5 mm bis 7 mm.Of the outer diameter the turn of the helix is 4 mm to 10 mm, preferably 5 mm to 7 mm.

Als Lichtemitter werden in der Regel zwei separate Lichtemitter verwendet, z.B. lichtemittierender Halbleiter oder das emittierende Ende von Lichtleitern, in die das Licht jeweils eingespeist wurde, die Licht in unterschiedlichen Spektralbereichen abgeben, welche jeweils eine der gewünschten (Mittenwellenlängen der) Spektralbereiche (730 nm und 880 nm) beinhalten, also die Lichtemitter im Bereich von 400 nm bis 2000 nm, insbesondere von 600 nm bis 1000 nm, aussenden. Es kann statt zweier getrennter Lichtemitter auch ein einziger, z. B. eine weiße Leuchtdiode, verwendet werden, aus der dann mittels Filter die beiden unterschiedlichen gewünschten Spektralbereiche extrahiert werden müssen.When Light emitters are usually used two separate light emitters, e.g. light-emitting semiconductor or the emitting end of Light guides, in each of which the light was fed, the light deliver in different spectral ranges, each one the desired (Center wavelengths the) spectral ranges (730 nm and 880 nm), ie the light emitters in the range from 400 nm to 2000 nm, in particular from 600 nm to 1000 nm, send out. It can take two separate light emitters as well a single, z. B. a white LED, be used, then from the filter by means of the two different desired spectral ranges must be extracted.

Um trotz einer Obergrenze des Energieeintrages in das Gewebe eine hohe Energiedichte zu erzeugen, hat es sich als günstig erwiesen, das Licht vom Emitter in gepulster Form abzugeben, insbesondere mit einem Puls zu Pause-Verhältnis von mindestens 1:5, besser von mindestens 1:30.Around despite an upper limit of the energy input into the tissue a high To produce energy density, it has proven to be favorable to the light of Emitters in pulsed form, in particular with a pulse to break ratio of at least 1: 5, better of at least 1:30.

So ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung einen Temperatursensor umfasst, der vorzugsweise in der Nähe des Lichtemitters angeordnet ist, da hier der größte Anteil der Verlustleistung anfällt. Er erfasst die Temperatur des Emitters bzw. des emittierenden Sensorträgers und misst so die Temperatur des am stärksten thermisch belasteten Gewebes. Im Übrigen können über diesen Temperatursensor nicht nur die von der Sensoreinrichtung erzeugten Gewebeerwärmungen festgestellt werden, sondern auch eine Körpertemperatur des Feten, die seiner Körperkerntemperatur schon recht nahe kommt, wenn die elektrische Verlustleistung des Pulsoximetriesensors über eine gewisse Zeit entsprechend gering gehalten wird.So it is advantageous if the sensor device is a temperature sensor which is preferably arranged in the vicinity of the light emitter is, since here the largest portion the power loss is incurred. It detects the temperature of the emitter or the emitting sensor carrier and Measures the temperature of the most thermally stressed Tissue. Furthermore can about this Temperature sensor not only those generated by the sensor device tissue warming be detected, but also a body temperature of the fetus, the his body core temperature comes pretty close when the electrical power loss of Pulsoximetriesensors via a certain amount of time is kept correspondingly low.

Generell ist die Applikation eines Sensors beim ungeborenen Kind schwierig. Am besten hat sich die invasiver Verankerung einer kurzen Stahlspirale im Gewebe des Feten bewährt, entsprechend dem Verankerungsprinzip von Kopfschwartenelektroden.As a general rule it is difficult to apply a sensor to the unborn child. The best solution is the invasive anchoring of a short steel spiral proven in the tissue of the fetus, according to the anchoring principle of head skin electrodes.

Diese minimal invasive Gestaltung des Sensors ist in doppelter Hinsicht äußerst vorteilhaft:These minimally invasive design of the sensor is extremely advantageous in two ways:

1. hinsichtlich der Applikation1. with regard to the application

Die minimal invasive Applikation sorgt für sicheren Sitz und Halt im Gewebe, was die Bewegungsartefakte erheblich senkt.The minimally invasive application ensures a secure fit and hold in the Tissue, which significantly lowers the motion artifacts.

2. hinsichtlich der Lichtwegführung2. in terms of Lichtwegführung

Die minimal invasive Lichtwegführung sorgt für saubere, störungsfreie Verhältnisse und für eine zuverlässige Lichtein- und Lichtauskopplung, d.h. die Sprünge der Brechungsindizes sind klein und somit störungsarm.The minimally invasive light path guidance takes care of clean, trouble-free conditions and for a reliable one Light input and output, i. are the jumps of refractive indices small and thus trouble-free.

Mit der minimal invasiven Verankerung (Singlehelix oder Doppelhelix) und/oder auch mit anderen Maßnahmen wird erreicht, dass Emitter und Sensor unter optisch konstanten Ein- und Auskopplungsbedingungen in dem zu untersuchenden Gewebe des vorangehenden Teils angeordnet werden, beispielsweise in der Kopfschwarte des Feten, was insbesondere eine ortsfeste Anordnung bewirkt und eine wässrige Umgebung um Emitter und Sensor herum (Gewebswasser oder Plasma, Blut) gewährleistet.With minimally invasive anchoring (single helix or double helix) and / or with other measures is achieved that emitter and sensor under optically constant Coupling and decoupling conditions in the examined tissue of the preceding part are arranged, for example in the Kopfschwarte of the fetus, which in particular causes a fixed arrangement and a aqueous Surrounding the emitter and sensor (tissue water or plasma, Blood).

Bei einer eingeschraubten Singlehelix oder Doppelhelix ist eine Applikationsdrehung der Helix von 0,5 Umdrehungen Grundvoraussetzung, mehr als 1,5 Windungen sind nicht mehr sinnvoll. Auch ist die gesamte axiale Erstreckung auf 2 mm bis maximal 4 mm begrenzt, um keine Beschädigungen anderer Körperteile bewirken zu können. Ein vollständiges Eindrehen des Sensors auf Anschlag (Stirnfläche des Sensortöpfchens befindet sich im guten Kontakt mit dem Gewebe).at a screwed single helix or double helix is an application rotation the helix of 0.5 turns basic requirement, more than 1.5 turns are no longer useful. Also, the entire axial extent limited to 2 mm to a maximum of 4 mm, to avoid damage other body parts to be able to effect. A complete screwing of the sensor on stop (end face of the sensor pot is in good contact with the tissue).

Dennoch kann durch die Kontraktionen des Muttermundes durch die Geburtswehen und vor allem durch manuelle Untersuchung im Verlauf der Geburt usw. das über die Kopfhaut des Feten vorstehende Sensorbasisteil in Querrichtung mit Kraft beaufschlagt und verschoben oder herausgerissen werden.Yet can be due to the contractions of the cervix by the labor pains and especially by manual examination during childbirth etc. that over the scalp of the fetus projecting sensor base in the transverse direction be applied with force and moved or torn out.

Um dies zu verhindern, wird eine Fixiervorrichtung zum Fixieren der Sensoreinrichtung vorgesehen, die insbesondere aus einem Schutzring bestehen kann, dessen zentrale Bohrung genau auf das Basisteil passt und über dieses gestülpt werden kann.To prevent this, a fixing device for fixing the sensor device is provided, which may in particular consist of a guard ring whose central bore fits exactly on the base part and are slipped over this can.

Durch einen flach nach außen auslaufenden Rand dieser Fixiervorrichtung, die möglichst lückenlos auf der Haut aufliegen sollte, werden radial angenäherte Körperteile oder Gegenstände schräg nach oben abgelenkt und über das Basisteil hinweg geführt, ohne dass eine Verkippung oder Verkantung des Sensors stattfindet, was erheblich zur Reduzierung von Bewegungsartefakten beiträgt.By a flat outward expiring edge of this fixing device, the possible gapless should rest on the skin, become radially approximated body parts or objects aslant distracted upward and over guided the base part, without a tilting or jamming of the sensor takes place, which contributes significantly to the reduction of motion artifacts.

Die Sensoreinrichtung enthält entweder selbst eine Auswerteeinheit oder Anschlusseinrichtungen, um mit einer Auswerteeinheit verbunden zu werden.The Sensor device contains either itself an evaluation unit or connection devices, to be connected to an evaluation unit.

Bei der Vorgehensweise zum Benutzen der Sensoreinrichtung ist es wesentlich, dass im Betrieb der Sensoreinrichtung das vom Emitter ausgesandte und beim Sensor ankommende Licht möglichst viel, insbesondere ausschließlich arteriell perfundiertem Gewebe durchlaufen hat, denn nur dann ist das beim Sensor ankommende Licht höchstmöglich moduliert, und gibt so eine SaO2 mit kleiner Fehlerbreite ab. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang dass Sensor und Emitter relativ zueinander im Gewebe so angeordnet sein, dass sie sich in der gleichen Gewebeschicht befinden. Wichtig ist ferner das sie sich relative zur Haut (-oberfläche) in der gleichen Gewebetiefe befinden.at the procedure for using the sensor device is essential that during operation of the sensor device emitted by the emitter and the light arriving at the sensor as possible much, especially exclusively has undergone arterial perfused tissue, because only then is the highest possible modulates the light arriving at the sensor, and gives so a SaO2 with a small error width. It is essential in this Relation that sensor and emitter relative to each other in the tissue be arranged so that they are in the same tissue layer are located. It is also important that they relative to the skin (surface) in the same tissue depth.

Durch Einhalten eines Puls zu Pause-Verhältnisses des Lichtemitters von 1:5, besser von mindestens 1:30, wird die gewünschte hohe Intensität des Signals erreicht, ohne – bei den unvermeidbaren Verlustleistungen – das Gewebe kritisch zu erwärmen, was nahe an der Sensoreinrichtung regelmäßig oder kontinuierlich kontrolliert werden kann.By Maintaining a pulse to pause ratio of the light emitter from 1: 5, better of at least 1:30, will be the desired high Intensity of Signals reached without - at the unavoidable power losses - to critically warm the tissue, what controlled regularly or continuously close to the sensor device can be.

Um dennoch eine ausreichende Lichtmenge und damit eine ausreichend starkes Signal und insbesondere einen guten Signal/Rauschabstand zu erzielen, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die beiden einzelnen LED's eine Stromstärke von jeweils mindestens 100 mA aufweisen.Around nevertheless a sufficient amount of light and thus a sufficient strong signal and in particular a good signal-to-noise ratio To achieve, it has to be favorable proven when the two individual LEDs have a current of at least 100 mA.

Die Gesamtverlustleistung, die die Sensoreinrichtung produziert, sollte dabei 30 mW nicht überschreiten, wobei die elektrische, also innerhalb der Sensoreinrichtung in Wärme umgesetzte Energie ebenso dazuzählt wie der vom Gewebe absorbierte Anteil der ins Gewebe eingebrachten Lichtmenge.The Total power dissipation that the sensor device produces should be do not exceed 30 mW, wherein the electrical, that is converted into heat within the sensor device Energy is included as well like the percentage of tissue absorbed by the tissue Amount of light.

Das Ziel besteht darin, am Lichtsensor einen Fotostrom von 0,01 bis 0,1 μA zu erreichen, was mit den vorgenannten Ausgangswerten bei korrekter optischer Einkopplung möglich ist. Dann fällt am Lichtsensor eine Lichtleistung von etwa 60 nW auf der gesamten Sensorfläche an, wobei die Größe der Sensorfläche mindestens 0,5 mm2 betragen sollte, während eine Obergrenze durch die Bauform der Sensoreinrichtung und den Applikationsort vorgegeben wird.The aim is to achieve a photocurrent of 0.01 to 0.1 μA at the light sensor, which is possible with the aforementioned output values with correct optical coupling. Then, at the light sensor, a light output of about 60 nW is applied to the entire sensor surface, wherein the size of the sensor surface should be at least 0.5 mm 2 , while an upper limit is predetermined by the design of the sensor device and the application site.

Mittels der Sensoreinheit und einer damit zusammenarbeitenden Auswerteeinheit ist es in aller Regel möglich, Sauerstoffsättigung, Herzfrequenz, Atemfrequenz und/oder den Blutdruck in dem untersuchten Gewebe zu bestimmen.through the sensor unit and an evaluation unit cooperating therewith it is usually possible Oxygen saturation, Heart rate, respiratory rate and / or blood pressure in the examined To determine tissue.

Wenn durch ein oder mehrere zusätzliche, emitternahe Empfänger auch die Eingangs-Lichtintensität an der Durchstrahlungsstelle in ein oder mehreren Spektralbereichen bekannt ist, erschließen sich weitere, interessante Größen, u. a. auch absolute Konzentrationen von Komponenten des Gewebes oder des Blutes.If by one or more additional, nearer to the emitter receiver also the input light intensity at the radiation site in one or more spectral regions is known, open up further, interesting sizes, u. a. also absolute concentrations of components of the tissue or of the blood.

So ist durchaus denkbar, dass auf der Basis der erfindungsgemäßen Prinzipien eine Sensoreinheit entsteht, die eine Reihe wichtiger Parameter bestimmen kann, vom Blutdruck über Herzfrequenz bis hin zu Körpertemperatur und Wasserhaushalt.So It is quite possible that on the basis of the principles of the invention A sensor unit is created that has a number of important parameters can determine from blood pressure Heart rate up to body temperature and water balance.

Einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind anhand der Figuren beispielhaft dargestellt.Some embodiments according to the invention are shown by way of example with reference to the figures.

Es zeigen:It demonstrate:

1: Prinzipdarstellungen zur Pulsoximetrie, 1 : Schematic diagrams of pulse oximetry,

2: Darstellungen eines Doppelhelix-Sensors, und 2 : Representations of a double helix sensor, and

3: Darstellungen eines Single-Helix-Sensors. 3 : Representations of a Single Helix Sensor.

1a zeigt das Funktionsprinzip bei der Reflex-Pulsoximetrie, bei der mindestens zwei Lichtemitter 2 und eine Fotodiode als Lichtempfänger 3 auf der selben Seite der Haut, d.h. nebeneinander auf der Oberfläche der Haut aufgesetzt werden. 1a shows the principle of operation in reflex pulse oximetry, in which at least two light emitters 2 and a photodiode as a light receiver 3 on the same side of the skin, ie side by side on the surface of the skin.

Die Lichtemitter (LED) strahlen Licht bestimmter Spektralbereiche durch die Haut in das Gewebe ein. Dabei sind beliebig viele unterschiedliche Lichtverläufe denkbar (einige davon sind beispielhaft eingezeichnet), insbesondere Lichtverläufe 7 in oberflächennahen Hautschichten, die noch keine Arteriolen 5 passieren, und tiefe Lichtverläufe, in blutführenden Hautschichten, die auf dem Weg von Emitter zu Fotodiode 3 Arteriolen 5 passiert haben. Vereinfacht kann man sagen, dass das Licht der Lichtemitter 2 in der Hautschicht quasi „reflektiert" werden. Die 1A zeigt, dass bei der Reflex-Pulsoximetrie in ungünstiger Weise die oberflächennahen Lichtwege 7, die keine Arteriolen passiert haben und damit auch keine Absorption durch Hämoglobin erfahren haben, kürzer sind als diejenigen, die diese Information aufgenommen haben, und damit einen größeren Anteil am Gesamtsignal haben, der als Shuntlicht einen fehlerhaften Beitrag entspricht.The light emitters (LEDs) emit light of certain spectral ranges through the skin into the tissue. Any number of different light courses are conceivable (some of which are shown by way of example), in particular light profiles 7 in near-surface skin layers that are not yet arterioles 5 happen, and deep light trails, in blood-bearing skin layers, moving from emitter to photodiode 3 arterioles 5 have happened. Simplified, one can say that the light is the light emitter 2 in the skin layer are quasi "reflected" 1A shows that in reflex pulse oximetry unfavorably the near-surface light paths 7 who have not passed arterioles and have not experienced absorption by hemoglobin, are shorter than those who have taken this information, and thus have a greater share of the total signal, which corresponds to a faulty contribution as a shunt light.

1b zeigt in Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Form der Transmissions-Pulsoximetrie, bei der sowohl der Lichtemitter 2 als auch der Lichtsensor 3 in einer solchen Tiefe und Schichtdicke der Haut 33 eingebracht sind, das auch und gerade die kürzest möglichen Netto-Lichtwege 8 zwangsweise durch Hämoglobin in den Arteriolen 5 verlaufen. 1b shows a schematic representation of the inventive form of transmission pulse oximetry, in which both the light emitter 2 as well as the light sensor 3 in such a depth and thickness of the skin 33 the shortest possible net light paths 8th forcibly by hemoglobin in the arterioles 5 run.

Die 2 und 3 zeigen praktische Ausführungsformen eines entsprechenden Sensors 1.The 2 and 3 show practical embodiments of a corresponding sensor 1 ,

Dieser besteht jeweils aus einem Sensor-Grundkörper 11, von dessen Frontfläche ein Sensorträger 11 abragt und von dessen Rückseite sich das Kabel 13 zur Auswerteeinheit 4 erstreckt. Der Sensor-Grundkörper 11 dient sowohl als „Gehäuse" für elektrische und mechanische Zusatzkomponenten, als auch zum Anlegen eines Drehmomentes zum Einbringen des Sensorträgers mit dem Lichtemitter 2 und dem Lichtsensor 3 in die Haut, meist in der Kopfschwarte eines Feten.This consists of a sensor body 11 , from the front surface of a sensor carrier 11 protrudes and from the back of the cable 13 to the evaluation unit 4 extends. The sensor base body 11 serves both as a "housing" for electrical and mechanical additional components, as well as for applying a torque for introducing the sensor carrier with the light emitter 2 and the light sensor 3 into the skin, usually in the buttock of a fetus.

Bei der Lösung gemäß 2a ist der Sensorträger eine Doppelhelix 12, deren Teilspiralen 12a, b beispielsweise um 180° versetzt aus der Frontfläche des Grundkörper 11 mit einer axialen Richtung 10 der beiden Teilspiralen 12, die lotrecht zur Frontfläche des Grundkörpers 11 steht, vorstehen. Die beiden Teilspiralen 12 haben eine gemeinsame Axialrichtung 10.In the solution according to 2a the sensor carrier is a double helix 12 , their sub-spirals 12a , b offset for example by 180 ° from the front surface of the body 11 with an axial direction 10 the two sub-spirals 12 perpendicular to the front surface of the main body 11 stands, protrude. The two sub-spirals 12 have a common axial direction 10 ,

Jede der Teilspiralen erstreckt sich über mindestens 180°, besser mindestens 270° und ist mit einem schräg zur Verlaufsrichtung der Teilspirale scharf geschliffenem Kanülenschliff 16 als Spitze ausgestattet, um ein einfaches Einstechen und Einschrauben der Doppelhelix in die Kopfschwarte zu ermöglichen.Each of the partial spirals extends over at least 180 °, more preferably at least 270 °, and is provided with a sharpened cannula cut obliquely to the direction of the partial spiral 16 equipped as a point to allow easy insertion and screwing of the double helix in the head rind.

Der Außendurchmesser der gesamten Doppelhelix beträgt dabei zwischen 4 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 6 mm und 8 mm und die axiale Erstreckung liegt zwischen 1,5 und 5 mm.Of the outer diameter the total double helix is between 4 mm and 10 mm, preferably between 6 mm and 8 mm and the axial extent is between 1.5 and 5 mm.

Der Grundkörper 11 besitzt einen Durchmesser der vorzugsweise etwas größer ist als der Durchmesser der Doppelhelix und der Vorrichtungen vorsieht, um ein besseres Ergreifen und Drehen bewirken zu können.The main body 11 has a diameter which is preferably slightly larger than the diameter of the double helix and the devices provides to be able to effect a better gripping and turning.

Die axiale Erstreckung des Grundkörpers 11 beträgt mindestens 5 mm. Die Dicke der einzelnen Helixkanülen beträgt vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 1,2 mm beträgt, stehen bei einem minimalen Durchmesser der Gesamthelix von 4 mm nur ein mittiger, zylindrischer Freiraum mit einem Durchmesser von ca. 2 mm zur Verfügung.The axial extent of the body 11 is at least 5 mm. The thickness of the individual helical cannulas is preferably between 0.7 mm and 1.2 mm, are at a minimum diameter of the total helix of 4 mm only a central, cylindrical space with a diameter of about 2 mm available.

Emitter 2 und Sensor 3 sind in je einer der Teilspiralen 12a, b von deren freien Spitzenenden um 1 bis 4 mm in Umlaufrichtung zurückversetzt angeordnet, wodurch sichergestellt ist, dass beim Einschrauben der Doppelhelix in die Kopfschwarte bis zum Anschlag am Grundkörper 11 sich Emitter 2 und Sensor 3 in einer ausreichenden Mindesttiefe der Kopfschwarte befinden, in der bereits arteriell durchblutetes Gewebe vorliegt.emitter 2 and sensor 3 are each in one of the sub-spirals 12a , b arranged offset from the free tip ends by 1 to 4 mm in the direction of rotation, thereby ensuring that when screwing the double helix in the head scar to the stop on the body 11 Emitter 2 and sensor 3 are in a sufficient minimum depth of the head rind, in the already arterially perfused tissue is present.

Da eine Nettolichtweglänge von mindestens 3-4 mm besser 7 mm angestrebt wird, werden Emitter 2 und Lichtsensor 3 nicht auf der Innenseite der Helix einander zugewandt, auf um 180° bezüglich der Axialrichtung der Doppelhelix gegenüberliegenden Positionen angeordnet, sondern eine von beiden wird an der Teilspirale nach außen weisend angeordnet. Dadurch muss das Licht, um vom Emitter 2 zum Sensor 3 zu gelangen, nicht nur den Freiraum im Inneren der Doppelhelix durchqueren, sondern auch einen Bogen schlagen, um das außen liegende der beiden Elemente (Sensor oder Emitter) zu erreichen.Since a net optical path length of at least 3-4 mm is better aimed at 7 mm, emitters become 2 and light sensor 3 not on the inside of the helix facing each other, arranged on 180 ° with respect to the axial direction of the double helix opposing positions, but one of the two is arranged on the partial spiral pointing outward. This requires the light to go from the emitter 2 to the sensor 3 not only traverse the space inside the double helix, but also make a bow to reach the outside of the two elements (sensor or emitter).

Die Netto-Lichtweglänge könnte noch weiter vergrößert werden, indem beide Elemente nach außen weisend angeordnet werden. Allerdings ist darauf zu achten, dass dann nicht durch den längern Lichtweg die Lichtintensität am Lichtsensor 3 so gering wird, dass eine Auswertung der empfangenen Lichtanteile schwierig wird oder umgekehrt eine so hohe Lichtmenge vom Emitter 2 in das Gewebe hinein abgegeben werden muss, dass an der Einbringstelle Überhitzungsprobleme auftreten.The net light path length could be further increased by placing both elements facing outward. However, it must be ensured that the light intensity at the light sensor is not affected by the longer light path 3 is so low that an evaluation of the received light components is difficult or vice versa such a high amount of light from the emitter 2 must be discharged into the tissue that occur at the point of overheating problems.

Demgemäß sind in 2a und 2b jeweils beispielhaft mehrere mögliche Lichtwege 8 dargestellt, wobei die Netto-Lichtweglänge der kürzeste denkbare dieser Wege von Emitter 2 zum Sensor 3 ist.Accordingly, in 2a and 2 B each exemplifies several possible light paths 8th shown, where the net optical path length of the shortest conceivable of these paths of emitters 2 to the sensor 3 is.

In der annähernd axialen Aufsicht der 2c sind diese Lichtwege aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.In the approximately axial supervision of 2c these light paths are omitted for reasons of clarity.

3 zeigt eine zweite Bauform, bei der als Sensorträger eine Single-Helix 14 verwendet wird, die wiederum am Grundkörper 11 angeordnet ist und von diesem abragt. 3 shows a second design, in which as a sensor carrier a single helix 14 is used, in turn, on the main body 11 is arranged and protrudes from this.

Auch hier sind Emitter 2 und Sensor 3 auf einander um etwa 180° gegenüberliegenden Positionen bezüglich der Axialrichtung 10 angeordnet, wie am besten in der annähernden Aufsicht der 3c zu erkennen ist.Again, these are emitters 2 and sensor 3 on opposite positions about 180 ° with respect to the axial direction 10 arranged as best in the approximate supervision of the 3c can be seen.

Dadurch befinden sich Emitter 2 und Sensor 3 jedoch in der Regel in einem unterschiedlichen axialen Abstand zum Grundkörper 11 und damit – im Zustand eingeschraubt bis zur Anlage an dem Grundkörper 11 – in einer unterschiedlichen Gewebetiefe.There are emitters 2 and sensor 3 however, usually in a different axi alen distance to the main body 11 and thus - screwed in the state until it rests against the body 11 - in a different tissue depth.

Solange diese Gewebetiefe so groß ist, dass beide Elemente sich in arteriell durchblutetem Gewebe befinden, ist dies akzeptabel. Zusätzlich kann diese Differenz des axialen Abstandes minimiert werden, in dem die Single-Helix 14 im Bereich zwischen Emitter 2 und Sensor 3 eine verringerte Steigung oder überhaupt keine Steigung besitzt, also nur in den Bereichen davor und danach die Helixsteigung besitzt.As long as this tissue depth is so great that both elements are in arterially perfused tissue, this is acceptable. In addition, this difference in axial distance can be minimized in which the single helix 14 in the area between emitters 2 and sensor 3 has a reduced slope or no slope at all, so only in the areas before and after has the helical pitch.

Auch bei dieser Lösung ist von den beiden Elementen (Emitter 2 und Sensor 3) eines der beiden in das Innere der Helix gerichtet und das andere nach Außen.Also in this solution is of the two elements (emitter 2 and sensor 3 ) one of the two directed into the interior of the helix and the other to the outside.

11
Sensor, Teil der MessvorrichtungSensor, Part of the measuring device
22
Lichtemitter/LEDLight emitter / LED
33
Lichtsensor/FotodiodeLight sensor / photodiode
44
Auswerteeinheitevaluation
55
Arteriolen/BlutgefäßeArterioles / blood vessels
77
ShuntlichtShunt
88th
Netto-LichtweglängeNet light path length
99
Fixiervorrichtungfixing
1010
axiale Richtungaxial direction
1111
Sensor-GrundkörperSensor main body
1212
Doppelhelixdouble helix
12a, b12a, b
Teilspiralepartial helix
1313
Kabelelectric wire
1414
Single-HelixSingle-helix
1616
Kanülenschliffcannula cut
1717
Windungs-AußendurchmesserCrinkle outer diameter
1818
Außendurchmesser Helix-Kanüleouter diameter Helix cannula
1919
Temperatursensortemperature sensor
2020
DickenmessvorrichtungThickness measuring device
2121
Plausibilitäts-KontrollvorrichtungPlausibility control device
2222
Bewegungssensormotion sensor
22'22 '
Beschleunigungssensoraccelerometer
2626
Schichtdickelayer thickness
3333
Hautskin
33a33a
Hautoberflächeskin surface
3434
DurchstrahlungsrichtungRadiation direction

Claims (36)

Verfahren zur Messung der Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mittels eines invasiv eingebrachten Lichtemitters (2) und eines Lichtsensors (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren so durchgeführt wird, dass beide Modulationstiefen (pulsatiler Anteil AC zum nicht-pulsatilen Anteil DC) mindestens 0,0005 besser 0,001, betragen.Method for measuring the absorption of light from two different spectral regions by living tissue by means of an invasively introduced light emitter ( 2 ) and a light sensor ( 3 ), characterized in that the method is carried out such that both modulation depths (pulsatile component AC to the non-pulsatile component DC) are at least 0.0005, better than 0.001. Verfahren zur Messung der Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mittels eines invasiv eingebrachten Lichtemitters (2) und eines Lichtsensors (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (3) relativ zum Lichtemitter (2) so angeordnet ist, dass das beim Lichtsensor (3) ankommende Licht des Lichtsensors (3) möglichst viel, insbesondere ausschließlich arteriell perfundiertes Gewebe durchlaufen hat.Method for measuring the absorption of light from two different spectral regions by living tissue by means of an invasively introduced light emitter ( 2 ) and a light sensor ( 3 ), characterized in that the light sensor ( 3 ) relative to the light emitter ( 2 ) is arranged so that the light sensor ( 3 ) incoming light of the light sensor ( 3 ) has passed through as much as possible, in particular exclusively arterially perfused tissue. Verfahren zur Messung der Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mittels eines invasiv eingebrachten Lichtemitters (2) und eines Lichtsensors (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung so invasiv eingesetzt wird, dass der Lichtemitter (2) und der Lichtsensor (3) in der gleichen Gewebetiefe, insbesondere der gleichen Gewebeschicht, zu liegen kommen.Method for measuring the absorption of light from two different spectral regions by living tissue by means of an invasively introduced light emitter ( 2 ) and a light sensor ( 3 ), characterized in that the sensor device is inserted so invasively that the light emitter ( 2 ) and the light sensor ( 3 ) come to rest in the same tissue depth, in particular the same tissue layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Emitter (2) und Sensor (3) unter optisch konstanten Ein- und Auskoppelungsbedingungen, insbesondere ortsfest, insbesondere in der Kopfschwarte des Feten angeordnet werden.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that emitter ( 2 ) and sensor ( 3 ) are arranged under optically constant coupling and decoupling conditions, in particular stationary, in particular in the head of the fetus. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption in wenigstens zwei verschiedenen Spektralbereichen ermittelt wird, von denen insbesondere der eine Spektralbereich die Wellenlänge von 730 nm und der andere die Wellenlänge von 880 nm beinhaltet.Method according to one of the preceding method claims, characterized characterized in that the absorption in at least two different Spectral ranges is determined, of which in particular the one Spectral range the wavelength of 730 nm and the other the wavelength of 880 nm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter jeweils gepulstes Licht abgeben mit einem Puls zu Pause Verhältnis von mindestens 1:5, besser mindestens 1:30.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that the light emitters each emit pulsed light with a pulse to break ratio at least 1: 5, better at least 1:30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwärmung des an der Sensoreinrichtung benachbarten Gewebes auf über 43°C verhindert wird.Method according to one of the preceding method claims, characterized characterized in that the overheating of the on the sensor device adjacent tissue is prevented to over 43 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe des Emitters (2) die Temperatur auf der Kontaktfläche der Haut des Benutzers, an welcher der Emitter (2) anliegt, gemessen wird.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that in the vicinity of the emitter ( 2 ) the temperature on the contact surface of the user's skin where the emitter ( 2 ), is measured. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit in der Lage ist, die Sauerstoffsättigung, die Herzfrequenz, die Atemfrequenz und/oder den Blutdruck aus den von der Sensoreinrichtung ermittelten Daten zu bestimmen.Method according to one of the preceding method claims, characterized characterized in that the evaluation unit is capable of monitoring the oxygen saturation, the heart rate, the respiratory rate and / or the blood pressure from the To determine determined by the sensor device data. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) in der Lage ist unter Verwertung der gemessenen Eingangs-Lichtintensität (I0) an der Durchstrahlungsstelle absolute Konzentrationen von Komponenten des Gewebes oder Blutes zu bestimmen.Method according to one of the preceding Method claims, characterized in that the evaluation unit ( 4 ) is able to determine absolute concentrations of components of the tissue or blood by utilizing the measured input light intensity (I 0 ) at the transmission site. Sensoreinrichtung für die Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mit – wenigstens einem Sensorträger, – der wenigstens einen Lichtemitter (2) und wenigstens einen Lichtsensor (3) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Nettolichtwegslänge so gewählt wird, dass beide Modulationstiefen (pulsatiler Anteil AC zum nicht-pulsatilen Anteil DC) mindestens 0,0005 besser 0,001, betragen.Sensor device for the absorption of light of two different spectral ranges by living tissue with - at least one sensor carrier, - the at least one light emitter ( 2 ) and at least one light sensor ( 3 ), characterized in that the net effective optical path length is chosen such that both modulation depths (pulsatile fraction AC to non-pulsatile fraction DC) are at least 0.0005, better 0.001. Sensoreinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Lichtemitter (2) zum Lichtsensor (3) mindestens zurückzulegende Nettolichtwegslänge mindestens 3 mm, insbesondere mindestens 4 mm, beträgt.Sensor device according to claim 11, characterized in that the light emitter ( 2 ) to the light sensor ( 3 ) at least to be covered net light path length at least 3 mm, in particular at least 4 mm. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Lichtemitter (2) oder der Lichtsensor (3), insbesondere beide, in eine von dem jeweils anderen Element wegweisende Richtung ausgerichtet ist.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that at least the light emitter ( 2 ) or the light sensor ( 3 ), in particular both, is oriented in a direction pointing away from the respective other element. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Lichtemitter oder nur der Lichtsensor radial in Richtung auf das jeweils andere Element hin ausgerichtet sind.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that only the light emitter or only the light sensor aligned radially in the direction of the other element are. Sensoreinrichtung für die Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mit – wenigstens einem Sensorträger, – der wenigstens einen Lichtemitter (2) und wenigstens einen Lichtsensor (3) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung so ausgebildet ist, dass im invasiv eingesetzten Zustand der Sensoreinrichtung der Lichtemitter (2) und der Lichtsensor (3) in der gleichen Gewebetiefe, insbesondere der gleichen Gewebeschicht, zu liegen kommen, und insbesondere Lichtemitter (2) und Lichtsensor (3) zentral-symmetrisch auf einer Single-Helix oder den beiden Teilspiralen einer Doppelhelix als Sensorträger angeordnet sind.Sensor device for the absorption of light of two different spectral ranges by living tissue with - at least one sensor carrier, - the at least one light emitter ( 2 ) and at least one light sensor ( 3 ), characterized in that the sensor device is designed such that in the invasively inserted state of the sensor device the light emitter ( 2 ) and the light sensor ( 3 ) in the same tissue depth, in particular the same tissue layer, come to lie, and in particular light emitter ( 2 ) and light sensor ( 3 ) are arranged centrally symmetrically on a single helix or the two sub-spirals of a double helix as a sensor carrier. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption von Licht, insbesondere die durch die arterielle Durchblutung hervorgerufene, pulsatile Modulation von Licht, in den Frequenzbereichen von 0 bis 0,7 Hz sowie 0,7 bis 4,0 Hz (fetal) bzw. 0-0,5 Hz sowie 0,5 bis 3,0 Hz (adult) – der jeweils zweite Frequenzbereich entsprechend der niedrigsten bzw. höchsten Herzfrequenz – durchgeführt wird.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that the absorption of light, in particular the pulsatile due to the arterial circulation Modulation of light, in the frequency ranges from 0 to 0.7 Hz as well as 0.7 to 4.0 Hz (fetal) or 0-0.5 Hz and 0.5 to 3.0 Hz (adult) - the each second frequency range corresponding to the lowest or highest Heart rate - is performed. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (3) relativ zum Lichtemitter (2) so angeordnet ist, dass das beim Lichtsensor (3) ankommende Licht pulsatil von arteriellem Blut durchströmtes Gewebe des Kopfes des Feten durchlaufen hat.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that the light sensor ( 3 ) relative to the light emitter ( 2 ) is arranged so that the light sensor ( 3 ) incoming light has passed pulsately through tissue of the head of the fetus through which arterial blood flows. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtemitter (2) lichtemittierende Halbleiter, insbesondere Leuchtdioden, direkt oder indirekt eingekoppelt mittels Lichtleitern, verwendet werden.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that as light emitter ( 2 ) light-emitting semiconductors, in particular light-emitting diodes, directly or indirectly coupled by means of light guides can be used. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (3) die empfangene Lichtintensität detektiert.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that the light sensor ( 3 ) detects the received light intensity. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger als Helix, insbesondere als Singlehelix oder symmetrische Doppelhelix, ausgebildet ist.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that the sensor carrier as a helix, in particular is designed as a single helix or symmetric double helix. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger die Form einer Doppelhelix aufweist und Lichtemitter (2) sowie Lichtsensor (3) an jeweils einer Teilspirale der Doppel-Helix angeordnet sind, insbesondere an den gleichen Axialpositionen der beiden Teilspiralen.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that the sensor carrier has the shape of a double helix and light emitter ( 2 ) and light sensor ( 3 ) are each arranged on a partial spiral of the double helix, in particular at the same axial positions of the two partial spirals. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung Anschlusseinrichtungen zur Verbindung mit einer Auswerteeinheit (4) aufweist und insbesondere eine Auswerte-Einheit (4) mit umfasst.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that the sensor device connection means for connection to an evaluation unit ( 4 ) and in particular an evaluation unit ( 4 ) with. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Helix-Kanüle zwischen 0,7 mm und 1,2 mm beträgt.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that the outer diameter of the helix cannula between 0.7 mm and 1.2 mm. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Windungs-Außendurchmesser der Helix 4-10 mm, insbesondere 6-8 mm, beträgt.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that the coil outer diameter of the helix 4-10 mm, in particular 6-8 mm. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Doppelhelix als Sensorträger die Teilspiralen axial über 0,5-2,5 Windungen aus dem Sensor-Basisteil vorstehen und insbesondere Lichtemitter (2) und Lichtsensor (3) von der Spitze des Kanülenschliffes der Teilspiralen um 1-4 mm in Umlaufrichtung zurückversetzt sind.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that in a double helix as the sensor carrier the partial spirals protrude axially over 0.5-2.5 turns from the sensor base part and in particular light emitter ( 2 ) and light sensor ( 3 ) are set back from the tip of the cannula cut of the part spirals by 1-4 mm in the direction of rotation. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) so ausgelegt ist, dass am Lichtsensor (3) ein Fotostrom von mindestens 0,01 μA bis 0,1 μA durch den Empfang des vom Lichtemitter (2) ausgesendeten Lichts anfällt.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that the measuring device ( 1 ) is designed so that the light sensor ( 3 ) a photocurrent of at least 0.01 μA to 0.1 μA by receiving the light emitter ( 2 ) emitted light is obtained. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) so ausgelegt ist, dass am Lichtsensor (3) eine Lichtleistung von 60 nW auf der gesamten Sensorfläche auftritt und insbesondere die Sensorfläche zwischen 0,1 und 100 mm2, insbesondere zwischen 0,4 bis 1,5 mm2 beträgt.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that the measuring device ( 1 ) is designed so that the light sensor ( 3 ), a light output of 60 nW on the entire sensor surface occurs and in particular the sensor surface between 0.1 and 100 mm 2 , in particular between 0.4 to 1.5 mm 2 . Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtemitter mindestens zwei Leuchtdioden (LEDs) verschiedener Spektralbereiche verwendet werden, von denen insbesondere der eine Spektralbereich die Wellenlänge von 730 nm und der andere die Wellenlänge von 880 nm beinhaltet.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that at least two light emitting diodes as a light emitter (LEDs) of different spectral ranges are used, of which In particular, the one spectral range is the wavelength of 730 nm and the other the wavelength of 880 nm. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei einzelnen LEDs als Lichtemitter diese eine Stromstärke von jeweils mindestens 10 mA aufweisen.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that at two individual LEDs as a light emitter this one amperage each of at least 10 mA. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lichtemitter (2a, b) in fester Relation zueinander insbesondere an der gleichen Spirale, angeordnet sind.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that the two light emitters ( 2a , b) are arranged in fixed relation to one another, in particular on the same spiral. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamt-Verlustleistung der Sensoreinrichtung maximal 100 mW, insbesondere 30 mW beträgt, also einschließlich der elektrischen, innerhalb der Sensorein richtung in Wärme umgesetzten Energie sowie der vom Gewebe absorbierten Lichtmenge.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that the total power dissipation of the sensor device maximum 100 mW, in particular 30 mW, including the electrical, within the Sensorein direction converted into heat Energy and the amount of light absorbed by the tissue. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fixiervorrichtung (9) zum Fixieren von Emitter (2) und Sensor (3) an einer vorbestimmten Stellen der Kopfschwarte des Feten vorhanden ist, insbesondere in Form eines Schutzringes (9a) mit einer zentralen Bohrung (9b) zum Überstülpen über das Sensorbasisteil, mit nach außen abnehmender, insbesondere gegen Null abnehmender, Dicke (9c) des Ringes.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that a fixing device ( 9 ) for fixing emitter ( 2 ) and sensor ( 3 ) is present at a predetermined locations of the head of the fetus, in particular in the form of a protective ring ( 9a ) with a central bore ( 9b ) for slipping over the sensor base part, with outwardly decreasing, in particular to zero decreasing, thickness ( 9c ) of the ring. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter (2a, b) Licht der Wellenlängen 400 nm bis 2.000 nm, insbesondere 600-1.000 nm, aussenden.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that the light emitters ( 2a , b) emit light of wavelengths 400 nm to 2,000 nm, in particular 600-1,000 nm. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtemitter eine weiße Leuchtdiode verwendet wird, aus der mittels optischen Elementen, insbesondere Filtern zwei unterschiedliche Spektralbereiche an Licht extrahiert werden.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that a white light emitting diode as a light emitter is used, from the means of optical elements, in particular Filter two different spectral regions of light extracted become. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Temperatursensor (19), insbesondere in der Nähe des Lichtemitters (2), umfasst.Sensor device according to one of the preceding device claims, characterized in that the sensor device comprises a temperature sensor ( 19 ), in particular in the vicinity of the light emitter ( 2 ). Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter jeweils gepulstes Licht abgeben mit einem Puls zu Pause Verhältnis von mindestens 1:5, besser mindestens 1:30.Sensor device according to one of the preceding Device claims, characterized in that the light emitters each pulsed light give up with a pulse to break ratio of at least 1: 5, better at least 1:30.
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