DE102008049078A1

DE102008049078A1 - Verfahren und Messeinrichtung zur Erhebung spektrometrischer Messsignale aus vitalem Gewebe

Info

Publication number: DE102008049078A1
Application number: DE102008049078A
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Jungmann; Michael Dr. Schietzel
Original assignee: Mbr Optical Systems & Co GmbH; MBR OPTICAL SYSTEMS GmbH and CO KG
Current assignee: Mbr Optical Systems & Co GmbH; MBR OPTICAL SYSTEMS GmbH and CO KG
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-04-09
Also published as: WO2009043554A1; US20100298715A1; JP2011506915A; KR20100075553A; EP2198270A1

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Messeinrichtung zur Erhebung spektrometrischer Messsignale aus vitalem Gewebe. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche im Wege einer spektrometrischen Messung Messwerte generiert werden können, die gegenüber vorgenannten bisherigen Aufzeichnungsansätzen umfassendere Informationen liefern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Generierung von spektrometrischen Messsignalen bei welchem Licht in einen zu untersuchenden vitalen Gewebebereich eingekoppelt wird, Remissionslicht das als solches aus dem zu untersuchenden Gewebebereich austritt einer Spektrometereinrichtung zugeführt wird, und über die Spektrometereinrichtung Messsignale generiert werden die als solche die Intensität des Remissionslichtes unter Zuordnung zur Wellenlänge darstellen, wobei die Messung derart abgewickelt wird, dass sich diese über einen Zeitraum (T) hinweg erstreckt, und dass für diesen Zeitraum (T) Daten generiert werden die den zeitlichen Verlauf der Intensität der aufgelösten Wellenlänge abbilden. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, im Rahmen der Durchführung der spektrometrischen Messung Signale zu generieren, die als solche eine Zuordnung bestimmter Stoffe zu bestimmten Zonen des untersuchten Gewebebereichs ermöglichen.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Messeinrichtung zur Erhebung spektrometrischer Messsignale aus vitalem Gewebe.
Es sind Messverfahren bekannt, bei welchen eine Analyse von vitalem Gewebe bewerkstelligt wird, indem an einen entsprechenden Gewebebereich ein mobiles Spektrometer angesetzt wird, und über dieses mobile Spektrometer das Spektrum von aus dem Gewebe austretendem Remissionslicht aufgezeichnet wird. Anhand des so aufgezeichneten Spektrums können verschiedenste in dem untersuchten Gewebebereich vorhandene Substanzen erkannt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche im Wege einer spektrometrischen Messung Messwerte generiert werden können, die gegenüber vorgenannten bisherigen Aufzeichnungsansätzen umfassendere Informationen liefern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Generierung von spektrometrischen Messsignalen bei welchem:

– Licht in einen zu untersuchenden vitalen Gewebebereich eingekoppelt wird,
– Remissionslicht das als solches aus dem zu untersuchenden Gewebebereich austritt einer Spektrometereinrichtung zugeführt wird, und
– über die Spektrometereinrichtung Messsignale generiert werden die als solche die Intensität des Remissionslichtes unter Zuordnung zur Wellenlänge darstellen,
– wobei die Messung derart abgewickelt wird, dass sich diese über einen Zeitraum (T) hinweg erstreckt, und dass für diesen Zeitraum (T) Daten generiert werden die den zeitlichen Verlauf der Intensität der aufgelösten Wellenlängen abbilden.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, im Rahmen der Durchführung der spektrometrischen Messung Signale zu generieren, die als solche eine Zuordnung bestimmter Stoffe zu bestimmten Zonen des untersuchten Gewebebereichs ermöglichen.
Insbesondere wird es auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes möglich, festzustellen, welche der in den aufgezeichneten Spektren auftauchenden Stoffe einer Vasomotion oder anderweitigen durch Vitalprozesse verursachten Einwirkung unterliegen. Diese Stoffen können anhand des durch die Folgen der Spektren aufgezeichneten kinematischen Profils einem Untersystem zugeordnet werden. Insbesondere wird es durch das erfindungsgemäße Konzept möglich, festzustellen, welche Stoffe in die Blutbahn und welche Stoffe im wesentlichen statisch in die, die Blutbahn umgebenden Gewebesysteme eingebunden sind.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs der Spektren indikativen Daten aufgezeichnet indem den spektrometrisch aufgelösten Wellenlängen die Daten zum zeitlichen Verlauf der Intensität zugeordnet werden. Diese Speicherung kann insbesondere erfolgen indem für die Aufzeichnung des Spektrums ein Datenfeld angelegt wird, das zu jedem aufgelösten Wellenlängenwert Daten enthält, die als solche die den zeitlichen Verlauf der Intensität, insbesondere die Intensitätsdynamik beschreiben. Diese Daten zur Intensitätsdynamik können insbesondere als Glieder einer Reihe, insbesondere FFT-Parameter abgelegt werden.
Anhand der so aufgezeichneten Dynamikmerkmale kann eine Zuordnung der in dem Summenspektrum enthaltenen Einzelspektren sowie der dadurch charakterisierten Stoffe zu bestimmten Gewebe-, Kapillar- oder Fluidsystemen bewerkstelligt werden.
Wie bereits angegeben ist es möglich, anhand der erfindungsgemäß generierten Dynamikmerkmale festzustellen, ob sich ein Stoff in der Blutbahn befindet. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es auch möglich, unter Verwertung der erfindungsgemäß erhobenen Dynamikmerkmale und anhand der zeitlichen Änderungen der Summenspektren eine Berechnung von Stoffkonzentrationen vorzunehmen. Diese Stoffkonzentrationen können dabei insbesondere auf Grundlage eines Ansatzes errechnet werden, der berücksichtigt, dass sich die Gesamtkonzentration eines über das Gesamtremissionslichtspektrum erfassten Stoffes aus den Teilkonzentrationen dieses Stoffes in den einzelnen Gewebesystemen, insbesondere den Gewebe-, Kapillar- oder Fluidsystemen ergibt.
Die erfindungsgemäß für die zeitliche Änderung des Remissionslichtspektrums generierten Dynamikmerkmale können gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch einem Auswertungsverfahren zugrunde gelegt werden, wobei über dieses Auswertungsverfahren Auswertungsergebnisse generiert werden, die als solche den physiologischen Zustand einer Person beschreiben oder typisieren.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Ansatzes zur Generierung einer Sequenz von Spektren und der Heranziehung der hierbei erfassten, durch Vitalprozesse verursachten dynamischen Spektrumsänderungen zur Zuordnung von Stoffen zu bestimmten Gewebe-, oder Kapillarsystemen.
Die Darstellung nach 1 dient als solche der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung von spektrometrischen Messsignalen.
Nach diesem Verfahren wird durch eine hier als Diode ausgeführte Lichtquelle 1 Licht L in einen zu untersuchenden Gewebebereich G eingekoppelt. Das aus diesem Gewebebereich G austretende Licht R wird einer, hier nur beispielhaft als Prisma angedeuteten, Spektrometereinrichtung 2 zugeführt. Über diese Spektrometereinrichtung 2 wird das aus dem zu untersuchenden Gewebebereich austretende Licht in seine Spektralanteile zerlegt. Im Wege dieser Spektralzerlegung werden Messsignale M generiert, die als solche die Intensität I (alternativ optische Dichte OD) des Remissionslichtes R unter Zuordnung zur Wellenlänge λ darstellen. Diese Messignale werden fortlaufend digital gespeichert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Messung derart abgewickelt wird, dass sich diese über einen Zeitraum T hinweg erstreckt und dass für diesen Zeitraum T Daten generiert werden, die den zeitlichen Verlauf der Intensität der aufgelösten Wellenlängen abbilden. Bei dem hier angedeuteten Messbeispiel beinhaltet das der Spektrometereinrichtung 2 zugeführte Remissionslicht R Licht aus verschiedenen Zonen des Gewebebereiches G. Insbesondere enthält dieses Licht Fraktionen, die beispielsweise durch Substanzen verursacht sind, die durch Kapillare K des Gewebebereiches G fließen. Weiterhin enthält das Remissionslicht R auch Spektralanteile von Substanzen, die aus Zonen H des Gewebebereiches stammen, in welchen keine besonderen dynamischen Änderungen von Stoffpräsenzen auftreten. Die Intensität der Spektren, die durch Substanzen verursacht sind, die als solche durch die Kapillaren K fließen, ändern sich bei dem hier gezeigten Beispiel nach Maßgabe eines durch Vasomotion verusachten Pulsmusters. Dieses Pulsmuster ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere für bestimmte Wellenspektralanteile im Bereich von 650 bis 900 Nanometern in dem hier erkennbaren Kennfeld ersichtlich.
Das erfindungsgemäße Konzept besteht darin, innerhalb eines Summenspektrums die Spektralbeiträge jener Substanzen zu erkennen deren Präsenz durch vitalmechanische Effekte alterniert. Dadurch wird es möglich das Spektrum einer pulsierenden Flüssigkeit in einem trüben Medium zu isolieren.
Bei belebtem Gewebe, insbesondere blutdurchflossener Haut entspricht die Temperatur des statischen Gewebes im wesentlichen der Temperatur der pulsierenden Flüssigkeit. Ist der Körper völlig durchlässig und absorbiert die Flüssigkeit charakteristisch (wie z. B. Blut), dann kann der pulsende Strom mit Hilfe spektroskopischer Methoden durch Absorptionsänderungen gemessen werden. Vorzugsweise erfolgt die Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs der Intensität mit einer Auflösung die auswertungsrelevante vitalkinematische Effekte je Intervall mit wenigstens mit fünf Messpunkten stützt.
Misst man nun an verschiedenen Wellenlängen, erhält man in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Absorption an unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedliche Pulsamplituden. Ordnet man die Amplitudendifferenzen den Wellenlängen zu, erhält man ein Spektrum der pulsenden Flüssigkeit. Dieses Differenzspektrum ist nicht von der Umgebungssubstanz gestört. Ist das Spektrum der Flüssigkeit bekannt, so können beigemischte Substanzen anhand der Absorptionsänderung gegenüber dem bekannten Spektrum detektiert werden.
Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes wird es insbesondere möglich, Blutinhaltsstoffe, wie Cholesterin und Zucker, auf optischem Wege zuverlässig zu erkennen.

Claims

Verfahren zur Generierung von spektrometrischen Messsignalen bei welchem: – Licht in einen zu untersuchenden vitalen Gewebebereich eingekoppelt wird, – Remissionslicht das als solches aus dem zu untersuchenden Gewebebereich austritt einer Spektrometereinrichtung zugeführt wird, und – über die Spektrometereinrichtung Messsignale generiert werden die als solche die Intensität des Remissionslichtes unter Zuordnung zur Wellenlänge darstellen, – wobei die Messung derart abgewickelt wird, dass sich diese über einen Zeitraum (T) hinweg erstreckt, und dass für diesen Zeitraum (T) Daten generiert werden die den zeitlichen Verlauf der Intensität der aufgelösten Wellenlängen beschreiben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Zeitraums (T) eine Vielzahl von Spektren aufgezeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs der Intensität der aufgelösten Wellenlängen indikativen Daten unter Zuordnung zu den Wellenlängen gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufzeichnung des Spektrums ein Datenfeld angelegt wird, das zu jedem aufgelösten Wellenlängenwert Daten enthält die als solche den Intensitätsverlauf oder die Intensitätsdynamik beschreiben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zur Intensitätsdynamik als FFT-Parameter abgelegt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von Dynamikmerkmalen eine Zuordnung von Spektren zu Gewebe-, Kapillar-, und/oder Fluidsystemen bewerkstelligt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Dynamikmerkmale festgestellt wird, ob ein Stoff sich in der Blutbahn befindet.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis , dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwertung der Dynamikmerkmale eine Berechnung von Stoffkonzentrationen erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwertung der Dynamikmerkmale eine Berechnung der Stoffkonzentrationen der Stoffe im jeweiligen Gewebe-, Kapillar-, und/oder Fluidsystem erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamikmerkmale einem Auswertungsverfahren zugrunde gelegt werden, wobei über dieses Auswertungsverfahren Auswertungsergebnisse generiert werden die als solche den physiologischen Zustand einer Person beschreiben.
Verfahren zur Generierung eines für den vasomotorischen Zustand einer Person indikativen Signales bei welchem Licht in einen Gewebebereich eingekoppelt wird, das aus dem Gewebebereich austretende Licht spektral zerlegt wird, und anhand des zeitlichen Verlaufs der Intensität bestimmter Wellenlängen ein den vasomotorischen Zustand der Person typisierendes Auswertungsergebnis generiert wird.
Mobiles Spektrometer mit einer Speichereinrichtung und einer Auswertungsschaltung, wobei dieses Spektrometer derart konfiguriert ist, dass durch dieses eine Messung durchführbar ist bei welcher: – Licht in einen zu untersuchenden vitalen Gewebebereich eingekoppelt wird, – Remissionslicht das als solches aus dem zu untersuchenden Gewebebereich austritt einer Spektrometereinrichtung zugeführt wird, und – über die Spektrometereinrichtung Messsignale generiert werden die als solche die Intensität des Remissionslichtes unter Zuordnung zur Wellenlänge darstellen, – wobei die Messung derart abgewickelt wird, dass sich diese über einen Zeitraum (T) hinweg erstreckt, und dass für diesen Zeitraum (T) Daten generiert werden die den zeitlichen Verlauf der Intensität der aufgelösten Wellenlängen beschreiben.