DE102010004404A1 - Method for measuring concentration of clinical relevant substances in blood vessels of patient and contact-less transmitting measurement values to receiver device, involves supplying measurement value to arbitrary re-utilization - Google Patents

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Abstract

The method involves producing an electric signal according to mathematical function with concentration of a substance, determining sensitivity of sensor (S1, S2) on a precise defined substance, and converting the electrical signal to a digital measurement value by an analog-to-digital converter. The digitized measurement value is processed in form of a bit streams based on radio frequency identification (RFID) technology, and the bit streams are transmitting to a receiver. The measurement value is supplied to arbitrary re-utilization by the receiver. An independent claim is also included for a measurement device including sensors.

Description

Stand der TechnikState of the art

Im medizinischen Alltag besteht häufig die Anforderung, die Konzentration bzw. das Vorhandensein von medizinisch relevanten Substanzen in Körperflüssigkeiten zu ermitteln. Dabei kann es sich sowohl um körpereigene Substanzen mit indikativer Wirkung, wie auch um therapeutisch wirksame Substanzen handeln. Zu diesem Zweck müssen die betreffenden Körperflüssigkeiten dem Patienten entnommen und labortechnisch untersucht werden.In medical practice there is often the requirement to determine the concentration or the presence of medically relevant substances in body fluids. These may be both body-own substances with indicative effect, as well as therapeutically active substances. For this purpose, the relevant body fluids must be removed from the patient and laboratory-examined.

Nachteile heutiger VerfahrenDisadvantages of today's procedures

Heutige Verfahren beruhen darauf, dass die Körperflüssigkeiten mit Hilfe von Injektionsnadel entnommen werden, um diese dann extern labortechnisch zu untersuchen. Durch die Entnahmen mit Hilfe von Injektionsnadeln kommt es zwangsläufig zur Schädigung der Gefäßwände. Ebenso ist die Entnahmemenge begrenzt, da beispielsweise Blut nur in natürlichen Mengen nachgebildet wird. Das hat zur Folge, dass die Entnahmehäufigkeit wie auch Entnahmemenge von Körperflüssigkeiten natürlichen Limitierungen unterliegt. Die begrenzte Entnahmehäufigkeit und die zeitaufwendige Laboruntersuchung können in bestimmten klinischen Situationen zu Problemen bei der Überwachung von Patienten führen.Today's procedures are based on the fact that the body fluids are removed with the help of injection needle, in order to examine these then externally laboratory-technically. Removal with the help of hypodermic needles will inevitably damage the vessel walls. Likewise, the removal amount is limited because, for example, blood is replicated only in natural quantities. This has the consequence that the removal frequency as well as removal amount of body fluids is subject to natural limitations. The limited frequency of collection and time-consuming laboratory testing may cause problems in patient monitoring in certain clinical situations.

Beschreibungdescription

Die beschriebene Vorrichtung misst klinisch relevante Substanzen innerhalb der Gefäße und übermittelt die gewonnenen Daten kontaktlos an eine geeignete Empfangsvorrichtung. Die so gewonnenen Messdaten stehen durch die Empfangsvorrichtung für eine beliebige Weiterverarbeitung zur Verfügung.The device described measures clinically relevant substances within the vessels and transmits the data obtained without contact to a suitable receiving device. The measurement data thus obtained are available through the receiving device for any further processing.

Aufbau und FunktionsweiseStructure and operation

Das Verfahren beruht darauf, dass an der Oberfläche der Innenseite einer Gefäßprothese ( ) ein oder mehrere Sensoren (S1, S2) angebracht wird bzw. werden. Die Sensitivität der verwendeten Materialien beruht darauf, dass die Konzentration der zu messenden klinischen relevanten Substanz in der Körperflüssigkeit die elektrischen Eigenschaften des Sensormaterials beeinflusst. Ändert sich die die Konzentration der zu messenden klinisch relevanten Substanz in der Körperflüssigkeit, so hat dies eine Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensormaterials zur Folge. Die Sensitivität des eingesetzten Materials bezieht sich auf die Konzentration einer körpereigenen Substanz oder eines Stoffkomplexes mit indikativer Funktion. Ebenso kann die Sensitivität eines eingesetzten Sensor-Materials die Konzentration einer therapeutisch wirksamem Substanz bzw. eines therapeutisch wirksamen Stoffkomplexes messen. Die Anordnung der sensitiven Materialien (S1, S2) auf der Innenseite der Gefäßprothese (G) ist in bestimmten geometrischen Formen, beispielsweise Streifen gestaltet, wobei die Abmessungen durch die Größe der Gefäßprothese bestimmt werden. Durch die Kombination von mehreren unterschiedlichen Sensoren in einer Gefäßprothese, beispielsweise in Form mehrerer Streifen erhält man eine Messanordnung, mit der gleichzeitig mehrere unterschiedliche Substanzen gemessen werden können. Eine so konstruierte Gefäßprothese wird in das körpereigene Gefäß implantiert. Dadurch kommt es zu einem dauerhaften und direkten physischen Kontakt zwischen der Körperflüssigkeit und dem sensitiven Material. Der Kontakt der Körperflüssigkeit mit dem sensitiven Material bewirkt eine Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensors. Durch eine geeignete elektrische Verschaltung des Sensors mit elektronischen Komponenten erfolgt die Weiterverarbeitung der elektrischen Größen. Kernstück der elektronischen Komponenten ist ein RFID-Chip (IC1, auch RFID-Tag genannt). Dieser wird ergänzt durch einen A/D-Wandler und einen Analog-Multiplexer, bei Verwendung von mehreren Sensor-Elementen. Eine Steuerelektronik übernimmt die Steuerung der elektronischen Komponenten während des Messvorganges ( ). Der Sensor ist über eine Messbrücke (M1) mit dem A/D-Wandler verschaltet, so dass beim Messvorgang die vom Sensor gelieferte analoge elektrische Größe in einen digitalen Wert umgesetzt wird. Bei Verwendung von mehreren Sensoren sind diese jeweils über eine Messbrücke mit einem Eingang des Analog-Multiplexers verschaltet. Im Gegensatz zur Verwendung eines Sensor-Streifens hat in diesem Fall die Steuerelektronik die zusätzliche Aufgabe, während des Messvorganges die einzelnen Eingänge sequentiell mit dem A/D-Wandler zu verschalten, damit von jedem Sensor die analoge Messgröße in einen digitalen Messwert gewandelt wird. Die Initiierung des Messvorgang basiert auf dem Funktionsprinzip der RFID-Technologie. Bei Annäherung einer aktiven RFID-Antenne (Empfangsvorrichtung) an den RFID-Tag bzw. Aktivierung der RFID-Antenne in der Nähe des RFID-Tags wird durch einen Sendeimpuls der Messvorgang gestartet. In der ersten Stufe der Aktivierung wird durch die von der RFID-Antenne abgestrahlte Sendeenergie im RFID-Tag die Betriebsspannung aufgebaut. Alle elektronischen Komponenten der Messanordnung werden mit Betriebsspannung versorgt. Die eigentliche Messung beginnt, indem die über die Messbrücke anliegende elektrische Größe von dem A/D-Wandler in einen digitalen Messwert gewandelt wird. Dieser digitalisierte Messwert wird anschließend als Bit-Stream von dem RFID-Tag zur RFID-Antenne kontaktlos zurückgesandt. Die von der RFID-Antenne empfangenen Daten stehen nun in elektronischer Form zur Verfügung und können in geeigneter Weise angezeigt und/oder weiterverarbeitet werden.The method is based on the fact that on the surface of the inside of a vascular prosthesis ( ) one or more sensors (S1, S2) is attached or be. The sensitivity of the materials used is based on the fact that the concentration of the clinical relevant substance to be measured in the body fluid influences the electrical properties of the sensor material. If the concentration of the clinically relevant substance to be measured in the body fluid changes, this results in a change in the electrical properties of the sensor material. The sensitivity of the material used refers to the concentration of an endogenous substance or a substance complex with indicative function. Likewise, the sensitivity of a sensor material used to measure the concentration of a therapeutically active substance or a therapeutically active substance complex. The arrangement of the sensitive materials (S1, S2) on the inside of the vascular prosthesis (G) is designed in certain geometric shapes, for example strips, the dimensions being determined by the size of the vascular prosthesis. By combining several different sensors in a vascular prosthesis, for example in the form of multiple strips, a measuring arrangement is obtained with which several different substances can be measured simultaneously. A vascular prosthesis constructed in this way is implanted in the body's own vessel. This leads to a permanent and direct physical contact between the body fluid and the sensitive material. The contact of the body fluid with the sensitive material causes a change in the electrical properties of the sensor. By a suitable electrical connection of the sensor with electronic components, the further processing of the electrical variables. The core of the electronic components is an RFID chip (IC1, also called RFID tag). This is supplemented by an A / D converter and an analogue multiplexer, when using several sensor elements. Control electronics take over the control of the electronic components during the measuring process ( ). The sensor is connected to the A / D converter via a measuring bridge (M1), so that during the measuring process the analog electrical quantity supplied by the sensor is converted into a digital value. If several sensors are used, they are each interconnected via a measuring bridge to an input of the analog multiplexer. In contrast to the use of a sensor strip, in this case the control electronics have the additional task of sequentially interconnecting the individual inputs with the A / D converter during the measuring process so that the analog measured variable is converted into a digital measured value by each sensor. The initiation of the measurement process is based on the functional principle of RFID technology. When approaching an active RFID antenna (receiving device) to the RFID tag or activation of the RFID antenna in the vicinity of the RFID tag, the measurement process is started by a transmission pulse. In the first stage of activation, the operating voltage is built up by the transmission energy emitted by the RFID antenna in the RFID tag. All electronic components of the measuring arrangement are supplied with operating voltage. The actual measurement begins by converting the electrical quantity applied across the measuring bridge from the A / D converter into a digital measured value. This digitized measured value is then sent back as a bit stream from the RFID tag to the RFID antenna without contact. The data received by the RFID antenna are now available in electronic form and can be displayed and / or further processed in a suitable manner.

Die Vorteile des Verfahrens bestehen darin, dass keine Entnahme von Körperflüssigkeiten erforderlich ist, da die Messung im Gefäß selbst erfolgt. Der Messvorgang kann beliebig oft wiederholt werden, was eine kontinuierliche und kontaktlose Überwachung des Patienten gestattet. Aufgrund der verwendeten RFID-Technologie benötigt die in der Gefäßprothese angebrachte Messanordnung keine Spannungsversorgung in Form einer Batterie, da die erforderliche Energie für die Zeitdauer des Messvorganges von außen kontaktlos zugeführt wird.The advantages of the method are that no removal of body fluids is required because the measurement takes place in the vessel itself. The measuring process can be repeated as often as required, which allows continuous and contactless monitoring of the patient. Due to the RFID technology used, the measuring arrangement mounted in the vascular prosthesis does not require a voltage supply in the form of a battery, since the energy required for the duration of the measuring procedure is supplied without contact from the outside.

Claims (2)

Verfahren zur Messung der Konzentration von klinisch relevanten Substanzen in menschlichen Gefäßen und kontaktlose Übertragung der Messwerte an eine externe Empfangsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass – die Messvorrichtung (2) durch die Implantierung in das Gefäß in dauerhaften und direkten physischen Kontakt mit der Körperflüssigkeit steht, dadurch gekennzeichnet, dass – die in der Körperflüssigkeit enthaltene klinisch relevante und zu messende Substanz durch den in der Messvorrichtung angebrachten Sensor in ein elektrisches Signal gewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – von Sensor erzeugt elektrische Signal nach einer mathematischen Funktion mit der Konzentration der zu messenden Substanz korreliert, dadurch gekennzeichnet, dass – die Empfindlichkeit eines Sensors auf eine genau definierte Substanz festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die so gewonnene elektrische Größe mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers in einen digitalen Messwert umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der digitalisierte Messwert basierend auf der RFID-Technologie in Form eines Bit-Streams zu einer externen Empfangsvorrichtung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Empfangsvorrichtung den Messwert für eine beliebige Weiterverwendung zur Verfügung stellt.Method for measuring the concentration of clinically relevant substances in human vessels and contactless transmission of the measured values to an external receiving device, characterized in that - the measuring device (2) is in permanent and direct physical contact with the body fluid as a result of the implantation into the vessel in that - the clinically relevant substance to be measured contained in the body fluid is converted into an electrical signal by the sensor mounted in the measuring device, characterized in that - sensor generates electrical signal according to a mathematical function with the concentration of the substance to be measured correlated, characterized in that - the sensitivity of a sensor is set to a well-defined substance, characterized in that - the electrical quantity thus obtained by means of an analog / digital converter in a digital measurement umg is converted, characterized in that - the digitized measured value is transmitted based on the RFID technology in the form of a bit stream to an external receiving device, characterized in that - the receiving device provides the measured value for any further use. Messvorrichtung in Form einer Gefäßprothese ( ), die als Träger der sensitiven Materialien und der elektronischen Komponenten dient, dadurch gekennzeichnet, dass – ein oder mehrere Sensoren (S1, S2) auf der Oberfläche der Innenseite einer Gefäßprothese (G) angebracht sind und so nach einer Implantation einen dauerhaften und direkten materiellen Kontakt zu der Körperflüssigkeit haben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Sensoren aus sensitiven Materialien bestehen, die die Konzentration jeweils einer Substanz in der Körperflüssigkeit in eine messbare elektrische Größe umwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass – bei Verwendung mehrerer Sensoren quasi gleichzeitig Messwerte zu mehreren, unterschiedlichen, klinisch relevanten Substanzen gewonnen werden können, dadurch gekennzeichnet, dass – die Sensoren in geeigneter Weise mittels Messbrücke, Analog-Multiplexer und AD-Wandler mit dem RFID-IC verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die von den Sensoren gelieferten elektrischen Größen während der Aktivierungsphase des RFID-ICs (IC1) durch einen A/D-Wandler digitalisiert und als Bit-Stream kontaktlos zu einer Empfangsvorrichtung übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die elektronischen Komponenten der Messvorrichtung während der Aktivierungsphase durch eine geeignete Steuerungs- und Verarbeitungslogik gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spannungsversorgung der elektronischen Komponenten (IC1) der Messvorrichtung durch den RFID-IC während der Aktivierungsphase erfolgt und deshalb keine eigene Energieversorgung beispielsweise in Form eine Batterie erforderlich ist.Measuring device in the form of a vascular prosthesis ( ), which serves as a carrier of the sensitive materials and the electronic components, characterized in that - one or more sensors (S1, S2) on the surface of the inside of a vascular prosthesis (G) are mounted and so after implantation a permanent and direct material Have contact with the body fluid, characterized in that - the sensors consist of sensitive materials that convert the concentration of each substance in the body fluid into a measurable electrical variable, characterized in that - when using multiple sensors quasi simultaneously measured values to several, different , clinically relevant substances can be obtained, characterized in that - the sensors are connected in a suitable manner by means of measuring bridge, analog multiplexer and AD converter with the RFID-IC, characterized in that - the electrical quantities supplied by the sensors during the Aktivieru Phase of the RFID IC (IC1) digitized by an A / D converter and transmitted as a bit stream contactless to a receiving device, characterized in that - the electronic components of the measuring device are controlled during the activation phase by a suitable control and processing logic , characterized in that - the voltage supply of the electronic components (IC1) of the measuring device is performed by the RFID-IC during the activation phase and therefore no own power supply, for example in the form of a battery is required.
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