DE102009010955A1

DE102009010955A1 - Verfahren und Messgerät zur Bestimmung von Blutzuckerwerten

Info

Publication number: DE102009010955A1
Application number: DE200910010955
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Roß-Meßemer
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-02

Abstract

Um ein Verfahren und ein Messgerät zur verbesserten und genaueren Bestimmung von Blutwerten eines Menschen, insbesondere Blutzuckerwerten mittels der optischen Spektroskopie zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass ein optisches, monolithisches, miniaturisiertes Spektrometer als Implantat so in den Körper eines Menschen implantiert wird, dass eine in die Blutbahn eines Menschen eingebrachte und mit dem Mikrospektrometer verbundene als Messfaser (1) ausgebildete Messzelle ein remittiertes Absorptionsspektrum der Streustrahlung in der Blutbahn des Menschen aufnimmt, indem die Messfaser (1) mit einem Faserende (2) direkt in die Blutbahn eines Menschen einführbar ist, mit einer vom Blut ständig umspülten Ausnehmung (6), und die Messfaser (1) an einem gegenüberliegenden Faserende an einer Koppelstelle (8) mit einer lichtleitenden Scheibe (7) verbunden ist, wobei die lichtleitende Scheibe (7) nachfolgend einen Verbund mit einer Siliziumscheibe (15) aufweist, auf der eine Auswerteeinheit (20) angeordnet ist, die aus dem aufgenommenen Absorptionsspektrum den Blutzuckerwert und/oder andere Blutwerte bestimmt, und abschließend die ermittelten Messdaten auswertet, speichert oder die Messdaten telemetrisch direkt an eine extern vorgesehene Geräteeinheit, beispielsweise eine Insulinpumpe überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Messgerät zur Bestimmung von Blutwerten eines Menschen, insbesondere zur Bestimmung von Blutzuckerwerten in Form der Glukose- oder Fruktosebestimmung im Blut eines Menschen mittels der optischen Spektroskopie.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Einrichtungen zur Bestimmung von Glukose oder Fruktose durch spektroskopische Messungen und die Auswertung von Spektren in den verschiedenen IR-Spektralbereichen zur Bestimmung der Blutzuckerwerte bekannt, sowie der Einsatz von Spektrometern zur online-Vermessung von Blutzuckerwerten zur Steuerung von Insulinpumpen. In der DE 10 2004 064 983 A1 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum spektroskopischen Nachweis und zur Bestimmung von biologischen und chemischen Mitteln im nahen und mittleren Infrarotbereich beschrieben, wobei eine von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung nach Durchlauf einer Probe von einem Reflektor durch Reflexion an einem Mikrospiegel auf ein Beugungsgitter gelenkt und anschließend die gebeugte Strahlung durch Reflexion an dem Mikrospiegel und an dem Reflektor auf einen Detektor gelenkt wird. Es kann auch ein mikromechanischer Monochromator mit einem steuerbaren dispersen Element vorgesehen sein, das entweder in einem monolitischen Drehspiegel mit einem daran befestigten Beugungsgitter oder in einem monolithischen Torsionsgitter mit Ein- und Ausgangsschlitzen eingebaut ist. In der DE 198 53 754 A1 wird weiterhin ein simultanes Doppelgitterspektrometer mit Halbleiterzeilensensoren oder Photoelektronenvervielfachern beschrieben, bei dem zur Vergrößerung des verfügbaren Spektralbereiches und zur Optimierung der spektralen Auflösung unter Beibehaltung eines kompakten Spektrometeraufbaus zwei Dispersionsgitter auf einer gemeinsamen Fokalkurve (Rowlandkreis) in Paschen-Runge-Anordnung betrieben werden, wobei zwei konkave Dispersionsgitter mit gleichem Krümmungsradius derart angeordnet sind, dass die Fokalkreise der beiden Gitter deckungsgleich sind. Aus der DE 20 2006 016 176 U1 ist ein nicht invasives Blutzuckermessgerät zur Glukosebestimmung im Blut eines Patienten bekannt, das unter Ausnutzung des Zusammenhangs zwischen arterieller, partieller Sauerstoffsättigung und dem Glukosespiegel die Glukose im Blut spektralfotometrisch bei zwei Wellenlängen an einem Finger des Patienten misst, und durch einen Mikrokontroller die Auswertung der Sauerstoffsättigung und Umrechung in den entsprechenden Blutzuckerwert erfolgt, der an dem Gerät angezeigt wird. Ein spektroskopischer Detektor und ein Verfahren zur Bestimmung von Blut und biologischen Markersubstanzen in Flüssigkeiten ist aus der DE 10 2006 029 899 A1 bekannt und aus der US 2007/0066877 A1 ein in einen Menschen implantiertes Mikrospektrometer mit einem Sensor zur Glukosemessung, wobei die Batterie zum Betrieb des Mikrocontrollers elektromagnetisch durch die Haut aufgeladen wird, wobei allgemein Batterien im Körper eines Menschen immer problematisch sind. Die Position des Spektrometers im Körper ist dabei im Bauchbereich des Menschen vorgesehen und das Insulin wird in der Nähe der Messstelle injiziert bzw. zugeführt, wobei das Spektrometer ein Absorptionsspektrum misst. Dies setzt voraus, dass der lichtemittierende Teil auf das Spektrometer justiert werden muss. In der US 2005 5009 658 A1 wird weiterhin ein System aus zwei oder mehreren Komponenten zur Glukosemessung und zur Regelung des Insulinbedarfs beschrieben, durch das zu vorgegebenen Zeiten geringe definierte Mengen eines Blutserums angesaugt werden und automatisch eine definierte Menge eines Indikators hinzugegeben wird, so dass daraus mittels einer elektronischen Messeinheit der Blutzuckerwert bestimmt wird und mittels eines Mikrocomputers eine bestimmte Menge Insulin berechnet wird, die den Blutzuckerwert in einen vorgegebenen Bereich bringt, wobei das Insulin mittels eines weiteren externen Gerätes, beispielsweise einer Insulinpumpe, zugeführt wird, die diese Daten von der Messstation erhält und prozessgesteuert aus einem Vorratsbehälter das Insulin injiziert.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Messgerät zur Bestimmung von Blutwerten eines Menschen, insbesondere zur Bestimmung von Blutzuckerwerten in Form der Glukose- oder Fruktosebestimmung mittels der optischen Spektroskopie im nahen und mittleren Infrarotbereich durch ein optisch sehr kleines und kompakt aufgebautes Spektrometer zu schaffen, das in den Körper eines Menschen implantierbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung von Blutzuckerwerten eines Menschen, insbesondere zur Bestimmung von Blutzuckerwerten mittels der optischen Spektroskopie vor, bei dem ein optisches, monolithisches, miniaturisiertes Spektrometer als Implantat so in den Körper eines Menschen implantiert wird, dass eine in die Blutbahn eines Menschen eingebrachte und mit dem Mikrospektrometer verbundene Messzelle ein remittiertes Absorptionsspektrum der Streustrahlung in der Blutbahn des Menschen aufnimmt, dass anschließend aus dem aufgenommenen Absorptionsspektrum der Blutzuckerwert und/oder andere Blutwerte bestimmt werden und dass abschließend die ermittelten Blutzuckerwerte und/oder andere Blutwerte ausgewertet, gespeichert oder die Messdaten telemetrisch als Messsignal an eine extern vorgesehene Geräteeinheit, beispielsweise eine Insulinpumpe übertragen werden. Da die meisten Diabetiker Probleme mit den Blutfettwerten haben, ist es von großem Vorteil, dass man erfindungsgemäß nur mit remittierten Absorptionsspektren der Streustrahlung direkt in der Blutbahn im menschlichen Körper arbeitet, um das Plaqueproblem, d. h. die Ablagerung durch Blutfettwerte besser kontrollieren zu können, so dass eine verbesserte und genauere Ermittlung der Blutzuckerwerte und andere Blutwerte erhalten wird.
Das Messgerät zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Blutzucker- und/oder anderer Blutwerte eines Menschen mittels der optischen Spektroskopie, das Mittel zur Auswertung, Speicherung, Übermittelung und Anzeige der Messdaten aufweist, umfasst ein mit einer Rowlandanordnung ausgebildetes Mikrospektrometer, das eine als Messfaser ausgebildete Messzelle aufweist, wobei die Messfaser mit einem Faserende direkt in die Blutbahn eines Menschen einführbar ist, mit einer vom Blut ständig umspülten Ausnehmung, und die Messfaser an einem gegenüberliegenden Faserende an einer Koppelstelle mit einer lichtleitenden Scheibe verbunden ist, wobei die lichtleitende Scheibe nachfolgend einen Verbund mit einer Siliziumscheibe aufweist, auf der einen Auswerteeinheit angeordnet ist, die die Messdaten auswertet, speichert oder die Messdaten telemetrisch direkt an eine Insulinpumpe oder eine Pulsmessuhr eines Patienten zur Ermittlung des Blutzuckerwertes überträgt, wobei die Weiterleitung der Messdaten mittels eines jeweils individuellen Datenschlüssel erfolgen muss, um Insulinunter- oder -überversorgungen auszuschließen. Das Mikrospektrometer ist dabei insbesondere im Armgelenk eines Menschen und nicht im Bauchbereich implantiert, um Fehlmessungen zu vermeiden, die dann entstehen können, wenn das Insulin in der Nähe der Messstelle injiziert bzw. zugeführt wird.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Messfaser als Gradientenindexfaser ausgebildet ist, die ihren Fokus im Bereich eines Rowlandkreises hat und in ihrer Länge so dimensioniert ist, dass sie mit dem Rowlandkreis formschlüssig verbunden ist. Das Faserende der Messfaser, das in eine Blutbahn eines Menschen eingeführt wird, ist als Retroreflektor mit einer abgerundeten Spitze zur Vermeidung von Verletzungen ausgebildet. Die in der Messfaser ausgebildete und vom Blut ständig umspulte Ausnehmung ist dabei vorteilhaft mindestens bis zur Fasermitte der Messfaser ausgebildet. Das Faserende der Messerfaser ist in weiteren Ausführungsformen zudem vorteilhaft als Paraboloid mit einem Freiformübergang ohne Unstetigkeitsstellen und ohne Aussparung ausgebildet, damit sich vorhandene Fettpartikel im Blut eines Menschen daran nicht absetzen können und damit die Funktion des Mikrospektrometers beeinflussen. Für spezielle Anwendungsfälle kann das Faserende der Messfaser zur besseren Strahllenkung und Reflektion auch eine Aussparung oder eine prismatische Ausformung aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass auf der mit der Messfaser verbundenen lichtleitenden Scheibe direkt auf der Rowlandanordnung LED's so angeordnet sind, dass die LED's an der Einkoppelstelle der Messfaser an die lichtleitende Scheibe in der –1. Ordnung Licht in die Messfaser einleiten und das rücklaufende Licht in der +1. Ordnung detektiert wird, so dass die Koppelstelle zwischen Messfaser und lichtleitender Scheibe damit eine Doppelfunktion erfüllt.
Vorteilhafterweise ist vor jeder LED eine Optik angeordnet, die nicht rotationssymetrisch sondern zur entsprechenden LED gerichtet flach ausgebildet ist, so dass auftretendes Falschlicht der LED reduziert wird. Die LED's sind insbesondere mittels Richtkitten auf die lichtleitende Scheibe aufgebracht, so dass eine optimale Einkopplung des Lichtes in die Messfaser erreicht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform wird darin gesehen, dass auf dem Rand der lichtleitenden Scheibe ein oder mehrere geeignete Gitter (Rowlandanordnung) angeordnet und so ausgebildet sind, dass das Licht dominant nur in ein Richtung gebeugt wird, wobei das gebeugte Licht über in der lichtleitenden Scheibe integrierte polierte Schrägen auf Detektorflächen der Siliziumscheibe totalreflektiert wird. Die auf den Detektorflächen der Siliziumscheibe vorgesehenen Detektorstrukturen bestehen aus einer Vielzahl von Einzeldetektoren, die vorzugsweise auf einem Kreisrandausschnitt angeordnet sind.
Die Gitter auf dem Rand der lichtleitenden Scheibe sind dabei so ausgeführt, dass ein großes Gitter, vorzugsweise ein Metallgitter, hergestellt und nachträglich in Steifen geschnitten wird, die auf die lichtleitende Scheibe mittels geeigneter Applikationstechnik, vorzugsweise mittels eines Immersionsklebers, aufgebracht und justiert werden, so dass zur Falschlichtreduktion an den Detektoren auch Polarisationseffekte genutzt werden können. Alternativ ist auch ein einziges Gitter auf dem Rand der lichtleitenden Scheibe vorgesehen, welches bevorzugt als ein Sinusgitter oder ein sinusoides Gitter mit einer für den vorgesehenen Wellenlängenbereich optimierten Furchentiefe ausgebildet ist.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die auf den Detektorflächen der Siliziumscheibe vorgesehenen und aus einer Vielzahl von Einzeldetektoren bestehenden Detektorstrukturen entweder gemeinsam oder einzeln durch eine auf der Siliziumscheibe integrierte Auswerteeinheit, die in Form eines programmierbaren integrierten Schaltkreise ausgebildet ist, ausgewertet werden, wobei vorteilhaft zum Ausgleichen der Messunterschiede zwischen den verschiedenen Fasern die Kalibrierdaten im Speicherbereich der Auswerteeinheit auch im implantierten Zustand eingeschrieben werden können. Die Energieversorgung des Messgerätes erfolgt durch einen Doppelschichtkondensator, der durch eine auf die Siliziumscheibe aufgebrachte Sekundärspule aufgeladen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die lichtleitende Scheibe mit einem elektrisch nichtleitenden, körperverträglichen Kleber auf der Siliziumscheibe durch Richtkleben befestigt ist, wobei der Brechungsindex der Siliziumscheibe größer als der der lichtleitenden Scheibe ist. Alternativ ist vorgesehen, dass die lichtleitende Scheibe selbst einen bevorzugt parabolischen Brechzahlgradienten aufweist, mit dem erreicht wird, dass die Gitter lokal und parallel bestrahlbar vorgesehen sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematisch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Messfaser eines Messgerätes zur Bestimmung von Blutzuckerwerten;
2 eine Prinzipdarstellung des Messgerätes in Seitenansicht;
3 eine lichtleitende Scheibe des Messgerätes in Draufsicht;
4 eine Siliziumscheibe des Messgerätes in Draufsicht;
5 eine Anordnung von LED's auf einer lichtleitenden Scheibe.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Messfaser 1 eines Messgerätes zur Bestimmung von Blutwerten, insbesondere von Blutzuckerwerten eines Menschen. Das Messgerät, ein optisches, monolithisches, miniaturisiertes Spektrometer, wird als Implantat so in den Körper eines Menschen implantiert, dass die Messfaser 1 direkt in die Blutbahn eines Menschen eingebracht wird und in Verbindung mit dem Mikrospektrometer ein remittiertes Absorptionsspektrum der Streustrahlung in der Blutbahn aufnimmt und daraus mit bekannten Mitteln Blutzuckerwerte und/oder andere Blutwerte ermittelt und auswertet, wobei die Messdaten an vorgesehene Orte übertragen oder direkt anzeigt werden. Das Mikrospektrometer ist dabei insbesondere im Armgelenk eines Menschen implantiert, um Fehlmessungen zu vermeiden, die dann entstehen können, wenn das Insulin in der Nähe der Messstelle injiziert bzw. zugeführt wird.
Das Mikrospektrometer arbeitet dabei in einem bestimmten Wellenlängenbereich von beispielsweise 780 bis 1060 nm mit einem ausgewählten Detektor, der in diesem Wellenlängenbereich empfindlich ist. Die Messgenauigkeit der spektroskopischen Auswertung beträgt etwa 20 bis 30 mg/dl, wobei Störgrößen, die beispielsweise durch periodische Blutwertschwankungen auftreten, sehr groß sind, so dass man in diesem Wellenlängenbereich im Anwendungsfall individuelle Kalibrierungen vornehmen muss, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen. Um die Detektorgenauigkeit zu steigern, werden spezielle Lichtleitfasern eingesetzt. Die als Messfaser 1 ausgebildete Messzelle des Mikrospektrometers wird mit einem Faserende 2 direkt in die Blutbahn eines Menschen einführt und weist eine vom Blut ständig umspülte Ausnehmung 6 auf, wobei die Messfaser 1 in Verbindung mit dem miniaturisierten, implantierten Mikrospekrometer ein remittiertes Absorptionsspektrum der Streustrahlung in der Blutbahn des Menschen aufnimmt. Die Messfaser 1 ist dazu in ihrer Länge so dimensioniert, dass sie, wenn sie als Gradientenindexfaser ausgebildet ist und ihren Fokus im Bereich eines Rowlandkreises hat sowie mit dem Rowlandkreis formschlüssig verbunden ist. Der Vorteil einer Gradientenindexfaser besteht darin, dass die Ein- und Auskoppelbedingungen des Lichtes, beispielsweise von LED's 23 aus dem Mikrospektrometer heraus und in das Mikrospektrometer hinein besser gewährleistet sind. Das Faserende 2 der Messfaser 1, dass direkt in die Blutbahn eines Menschen eingeführt wird, ist als ein Retroreflektor 3 mit einer abgerundeten Spitze 4 ausgeführt, so dass keine unnötigen Verletzungen der Blutgefäße auftreten können. In der Messfaser 1 ist kurz vor den jeweiligem Faserende 2 mindestens eine bis zu einer Fasermitte 5 reichende Ausnehmung 6 ausgebildet. Diese Ausnehmung 6 wird zur Messung vom Blut ständig umspült und repräsentiert die eigentliche Messzelle. Die Ausbildung des Faserendes 2 der Messfaser 1, das direkt in die Blutbahn eines Menschen einführt wird, ist für die Messung von großer Bedeutung, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Faserende 2 vorzugsweise nahezu als Paraboloid mit einem Freiformübergang oder einer strukturierten Freiformfläche ohne Unstetigkeitsstellen und ohne Aussparung ausgebildet, damit sich vorhandene Fettpartikel im Blut eines Menschen daran nicht absetzen können und dann die Funktion des Mikrospektrometers beeinflussen, so dass häufigere Eingriffe notwendig wären und die Gefahr einer Überzuckerung besteht. Das Faserende 2 kann auch in Abhängigkeit von der Strahllenkung und der zu erreichenden Reflektion eine Aussparung, beispielsweise in Form eines Schlitzes oder eine prismatische Ausformung aufweisen.
Die 2, 3, 4 und 5 zeigen das Messgerät auf Basis des optischen, monolithischen, miniaturisierten Mikrospektrometers mit der als Messzelle ausgebildeten Messfaser 1, deren eines Faserende 2 direkt in die Blutbahn des Menschen einführbar ist und an einem gegenüberliegenden Faserende an einer Koppelstelle 8 mit einer lichtleitenden Scheibe 7 verbunden ist, wobei die lichtleitende Scheibe 7 nachfolgend einen Verbund mit einer Siliziumscheibe 15 aufweist, auf der eine Auswerteeinheit 20 angeordnet ist, die die Messdaten auswertet, speichert oder die Messdaten telemetrisch oder direkt an eine an eine nicht dargestellte Insulinpumpe überträgt. Die Weiterleitung der Daten bedarf dabei eines individuellen Datenschlüssels, um Insulinunter- oder -überversorgung auszuschließen.
Auf der mit der Messfaser 1 verbundenen lichtleitenden Scheibe 7 sind auf einer Rowlandanordnung LED's 23 so angeordnet, dass die LED's 23 an der Koppelstelle 8 des Rowlandkreises an die lichtleitende Scheibe 7 in der –1. Ordnung Licht in die Messfaser 1 einleiten und das rücklaufende Licht in der +1. Ordnung detektiert wird. Die Koppelstelle 8 zwischen Messfaser 1 und lichtleitender Scheibe 7 hat damit eine Doppelfunktion. Vor jeder LED 23 ist eine Optik 24 angeordnet, die nicht rotationssymetrisch, sondern zur LED 23 gerichtet flach ausgebildet ist, so dass das auftretende Falschlicht der LED 23 reduziert wird. Die LED's 23 werden vorzugsweise mittels Richtkitten auf die lichtleitende Scheibe 7 so aufgebracht, dass eine optimale Einkopplung des Lichtes in die Messfaser 1 erreicht wird.
Auf dem Rand der lichtleitenden Scheibe 7 sind mehrere geeignete Gitter 9, 10 angeordnet (Rowlandanordnung), die so angeordnet sind, dass das Licht dominant nur in ein Richtung gebeugt wird. Zwei Gitter 9, 10 haben den Vorteil, dass man einen größeren Spektralbereich abdecken kann. Es ist dabei vorteilhaft, ein großes Gitter, vorzugsweise ein Metallgitter, herzustellen und nachträglich in Steifen zu schneiden, die auf die lichtleitende Scheibe 7 mittels geeigneter Applikationstechnik, vorzugsweise mittels eines Immersionsklebers, aufgebracht und justiert werden. Mit dieser Technik kann man Gitter in sub-Lambda-Technologie erzeugen, so dass zur Falschlichtreduktion an den Detektoren auch Polarisationseffekte genutzt werden können. Wird anstatt der beiden Gitter 8, 9 ein einziges Gitter verwendet, so ist dies vorzugsweise als ein Sinusgitter oder ein sinusoides Gitter mit einer für den vorgesehenen Wellenlängenbereich optimierten Furchentiefe ausgebildet. Das gebeugte Licht wird über in der lichtleitenden Scheibe 7 integrierte polierte Schrägen 11, 12 auf Detektorflächen 13, 14 der Siliziumscheibe 15 totalreflektiert. Auf die Detektorflächen 13, 14 sind lithographisch Detektorstrukturen 16, 17 aufgebracht. Die Detektorstrukturen 16, 17 sind dabei nicht, wie üblich, auf einer gestreckten Linie, sondern auf einer gekrümmten Linie, vorzugsweise auf einem Kreisrandausschnitt 18 angeordnet und bestehen aus einer Vielzahl von Einzeldetektoren 19. Die Anzahl der Einzeldetektoren 19 sollte dabei vorzugsweise größer als 255 sein. Die Einzeldetektoren 19 werden entweder gemeinsam oder einzeln durch eine auf der Siliziumscheibe 15 integrierte Auswerteeinheit 20 ausgewertet. Die Auswerteeinheit 20 übermittelt die Daten vorzugsweise telemetrisch. Das Auswerteprogramm kann umgekehrt auch nachträglich in der Auswerteeinheit 20 verändert werden. Die Energieversorgung des Messgerätes erfolgt mittels eines Doppelschichtkondensators 21, der durch eine lithographisch auf die Siliziumscheibe 15 aufgebrachte Sekundärspule 22 aufgeladen wird. Der Doppelschichtkondensator 21 wirkt dabei gleichzeitig gegen mögliche Störfelder. Durch polierte Goldkontakte, die chemisch gegenüber dem umgebenden Gewebe resistent sind, werden außerdem Plaqueablagerungen vermieden. Die lichtleitende Scheibe 7 wird mit einem elektrisch nichtleitenden, körperverträglichen Kleber auf der Siliziumscheibe 15 durch Richtkleben befestigt, wobei der Brechungsindex der Siliziumscheibe 15 größer als der der lichtleitenden Scheibe 7 ist. In einer besonderen Ausführungsform weist die lichtleitende Scheibe 7 selbst einen bevorzugt parabolischen Brechzahlgradienten auf, mit dem erreicht wird, dass die Gitter 9, 10 lokal und parallel bestrahlt werden.
Um Messunterschiede zwischen den verschiedenen Fasern aus Fertigungsgründen auszugleichen, können Kalibrierdaten im Speicherbereich der Auswerteeinheit 20 auch im implantierten Zustand eingeschrieben werden, in Analogie zur Herzschrittmachertechnologie.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das Ausführungsbeispiel, sondern ist in der Ausgestaltung des Mikrospektrometers und der Ausbildung der Messfaser 1 variabel.

1: Messfaser
2: Faserende
3: Retroreflektor
4: abgerundete Spitze
5: Fasermitte
6: Ausnehmung in Messfaser
7: lichtleitende Scheibe
8: Koppelstelle der Messfaser
9: Gitter
10: Gitter
11: Schräge
12: Schräge
13: Detektorfläche
14: Detektorfläche
15: Siliziumscheibe
16: Detektorstruktur
17: Detektorstruktur
18: Kreisrandausschnitt
19: Einzeldetektor
20: Auswerteinheit
21: Doppelschichtkondensator
22: Sekundärspule
23: LED
24: Optik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004064983 A1 [0002]
- DE 19853754 A1 [0002]
- DE 202006016176 U1 [0002]
- DE 102006029899 A1 [0002]
- US 2007/0066877 A1 [0002]
- US 20055009658 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Blutwerten eines Menschen, insbesondere zur Bestimmung von Blutzuckerwerten in Form der Glukose- oder Fruktosebestimmung im Blut eines Menschen mittels der optischen Spektroskopie, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches, monolithisches, miniaturisiertes Spektrometer als Implantat so in den Körper eines Menschen implantiert wird, dass eine in die Blutbahn eines Menschen eingebrachte und mit dem Mikrospektrometer verbundene Messzelle ein remittiertes Absorptionsspektrum der Streustrahlung in der Blutbahn des Menschen aufnimmt, dass anschließend aus dem aufgenommenen Absorptionsspektrum der Blutzuckerwert und/oder andere Blutwerte bestimmt werden, und dass abschließend die ermittelten Blutzuckerwerte und/oder andere Blutwerte ausgewertet, gespeichert oder die Messdaten telemetrisch direkt an eine extern vorgesehene Geräteeinheit übertragen werden.
Messgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, zur Bestimmung von Blutzucker- und/oder anderer Blutwerte eines Menschen mittels der optischen Spektroskopie und Mittel zur Auswertung, Speicherung, Übermittelung und Anzeige der Messdaten, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrospektrometer eine als Messfaser (1) ausgebildete Messzelle aufweist, wobei die Messfaser (1) mit einem Faserende (2) direkt in die Blutbahn eines Menschen einführbar ist, mit einer vom Blut ständig umspülten Ausnehmung (6), und die Messfaser (1) an einem gegenüberliegenden Faserende an einer Koppelstelle (8) mit einer lichtleitenden Scheibe (7) verbunden ist, wobei die lichtleitende Scheibe (7) nachfolgend einen Verbund mit einer Siliziumscheibe (15) aufweist, auf der eine Auswerteeinheit (20) angeordnet ist, die die Messdaten auswertet, speichert oder die Messdaten telemetrisch direkt an eine Insulinpumpe oder eine Pulsmessuhr eines Menschen überträgt.
Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfaser (1) insbesondere als Gradientenindexfaser ausgebildet ist und ihren Fokus im Bereich eines Rowlandkreises aufweist, wobei die Messfaser (1) in ihrer Länge so dimensioniert ist, dass sie mit dem Rowlandkreis formschlüssig verbunden ist.
Messgerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Blutbahn eines Menschen eingeführt Faserende (2) der Messfaser (1) als Retroreflektor (3) mit einer abgerundeten Spitze ausgebildet ist, wobei die vom Blut ständig umspülte Ausnehmung (6) der Messfaser (1) mindestens bis zu einer Fasermitte (5) der Messfaser (1) ausgebildet ist.
Messgerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserende (2) der Messfaser (1) als Paraboloid mit einem Freiformübergang ohne Unstetigkeitsstellen und ohne Aussparung ausgebildet ist.
Messgerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserende (2) der Messfaser (1) insbesondere eine Aussparung oder eine prismatische Ausformung aufweist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der mit der Messfaser (1) verbundenen lichtleitenden Scheibe (7) direkt auf der Rowlandanordnung LED's (23) so angeordnet sind, dass die LED's (23) an der Einkoppelstelle (8) des Rowlandkreises an die lichtleitende Scheibe (7) in der –1. Ordnung Licht in die Messfaser (1) einleiten, und wobei das rücklaufende Licht in der +1. Ordnung detektierbar ist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor jeder LED (23) eine Optik (24) angeordnet ist, die zur entsprechenden LED (23) gerichtet flach ausgebildet ist, wobei auftretendes Falschlicht der LED (23) reduzierbar ist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die LED's (23) zur optimale Einkopplung des Lichtes in die Messfaser (1) insbesondere mittels Richtkitten auf die lichtleitende Scheibe (7) aufgebracht sind.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Rand der lichtleitenden Scheibe (7) insbesondere zwei Gitter (9, 10) angeordnet und so ausgebildet sind, dass das Licht nur in eine Richtung gebeugt wird, wobei das gebeugte Licht über in der lichtleitenden Scheibe (7) integrierte Schrägen (11, 12) auf Detektorflächen (13, 14) der Siliziumscheibe (15) totalreflektierbar ist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitter (9, 10) insbesondere als Metallgitter ausgebildet und in Steifen geschnitten auf die lichtleitende Scheibe (7) mittels Applikationstechnik, vorzugsweise stoffschlüssig, aufgebracht und justierbar vorgesehen sind.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung eines Gitters auf dem Rand der lichtleitenden Scheibe (7) das Gitter insbesondere als ein Sinusgitter oder ein sinusoides Gitter mit einer für den vorgesehenen Wellenlängenbereich optimierten Furchentiefe ausgebildet ist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Detektorflächen (13, 14) der Siliziumscheibe (15) vorgesehenen Detektorstrukturen (16, 17) auf einer gekrümmten Linie, vorzugsweise auf einem Kreisrandausschnitt (18), angeordnet sind, wobei die Detektorstrukturen (16, 17) eine Vielzahl von Einzeldetektoren (19) aufweisen.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldetektoren (19) sowohl gemeinsam als auch einzeln mittels der auf der Siliziumscheibe (7) integrierten Auswerteeinheit (20) auswertbar vorgesehen sind, wobei die Auswerteeinheit (20) als programmierbarer, integrierter und auswertbarer Schaltkreis ausgebildet ist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Scheibe (7) stoffschlüssig, insbesondere mit einem elektrisch nichtleitenden, körperverträglichen Kleber auf der Siliziumscheibe (15) befestigt ist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Scheibe (7) einen insbesondere parabolischen Brechzahlgradienten aufweist, wobei die Gitter (9, 10) lokal und parallel bestrahlbar vorgesehen sind.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Energieversorgung des Messgerätes insbesondere ein als Doppelschichtkondensator (21) ausgebildetes Bauelement vorgesehen ist, wobei der mit insbesondere Goldkontakten vorgesehene Doppelschichtkondensator (21) mittels einer auf die Siliziumscheibe (15) aufgebrachten Sekundärspule (22) aufladbar ist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der Messunterschiede zwischen den verschiedenen Fasern der Messfaser (1) die Kalibrierdaten im Speicherbereich der Auswerteeinheit (20) auch im implantierten Zustand einschreibbar sind.
Messgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrospektrometer insbesondere im Armgelenk eines Menschen implantiert ist.