DE102020104266B3 - Device and method for analyzing blood - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vollblut-Spektroskopie-Vorrichtung umfassend die folgenden Bestandteile Lichtquelle (1) zur Emission von Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 450 bis 700 nm, Linse (2), Messküvette (4), Ulbrichtkugel (6), Spektrometer (8), Datenverarbeitungs- und Steuereinheit (9), Anzeigeeinheit (10), Pumpe (11), Ventil (12) zur Dosierung der Farbstofflösung (16) und von Referenz-Flüssigkeit (18), Ventil (14) zur Dosierung der Probe (5), Vorratsbehälter (15) für die Farbstofflösung (16) und für die Referenz-Flüssigkeit (18), Schlauchset (19), Probenport (20) und Behälter für aufgefangene Flüssigkeit (21).Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur spektroskopischen Bestimmung von Parametern in Vollblut.The invention relates to a whole blood spectroscopy device comprising the following components: light source (1) for emitting radiation in the wavelength range between 450 to 700 nm, lens (2), measuring cuvette (4), integrating sphere (6), spectrometer (8), data processing - and control unit (9), display unit (10), pump (11), valve (12) for metering the dye solution (16) and reference liquid (18), valve (14) for metering the sample (5), storage container (15) for the dye solution (16) and for the reference liquid (18), tubing set (19), sample port (20) and container for collected liquid (21). Furthermore, the invention relates to a method for the spectroscopic determination of parameters in whole blood .

Description

Die Erfindung betrifft eine auf dem Prinzip der Spektroskopie basierende Vorrichtung und eine Methode zur Analyse von Blutparametern, insbesondere von Blutparametern wie Gesamthämoglobin, Hämoglobinderivaten, Hämatokrit, Bilirubin und glykiertem Hämoglobin in Blut.The invention relates to a device based on the principle of spectroscopy and a method for analyzing blood parameters, in particular blood parameters such as total hemoglobin, hemoglobin derivatives, hematocrit, bilirubin and glycated hemoglobin in blood.

Über das Gesetz von Lambert-Beer I = I 0 e ε c d

Figure DE102020104266B3_0001
ist ein Zusammenhang zwischen der Konzentration c einer Substanz in einem Medium und der spektroskopisch messbaren Abschwächung der Intensität / gegenüber der Anfangsintensität I0 gegeben, wobei ε ein von der Substanz und der Wellenlänge abhängiger Koeffizient ist und d die optische Pfadlänge durch das Medium. Die Nutzung dieses Zusammenhangs zur Konzentrationsbestimmung wird aber durch einige Faktoren gestört und begrenzt.About the Lambert-Beer law I. = I. 0 e - ε c d
Figure DE102020104266B3_0001
there is a relationship between the concentration c of a substance in a medium and the spectroscopically measurable attenuation of the intensity / compared to the initial intensity I 0 , where ε is a coefficient dependent on the substance and the wavelength and d is the optical path length through the medium. However, the use of this relationship to determine the concentration is disturbed and limited by a number of factors.

So kommt es bei zu hohen Konzentrationen zu Abweichungen von diesem Gesetz, auch aufgrund von Sättigungseffekten. Bei sehr geringen Konzentrationen kann die Nachweisgrenze erreicht werden. Die spektrale Bandbreite und Abweichung der verwendeten Wellenlänge können das Ergebnis verfälschen. Eine besondere Herausforderung stellt die Vermessung von nicht homogenen Proben natürlichen Ursprungs dar, wie zum Beispiel Blut. Im Vollblut befindet sich der größte Teil des Hämoglobins und seiner Derivate in den roten Blutkörperchen. Das umgebende Blutplasma hat einen geringeren Brechungsindex, wodurch es zu Streueffekten an der Grenzschicht kommt. Daher werden Vollblutproben häufig vor der Bestimmung von Blutparametern wie Gesamthämoglobin, Hämoglobinderivaten, Hämatokrit, Bilirubin und glykiertem Hämoglobin einer Hämolyse zur Auflösung der roten Blutkörperchen unterzogen. Zur Hämolyse kommen dabei Ultraschall oder Reagenzien zum Einsatz. Die Notwendigkeit der Hämolyse wird als nachteilig gesehen, da es gegenüber der direkten Messung in Vollblut zu Zeitverlusten kommt und die Blutproben irreversibel verändert werden und so für weitere Messungen nicht mehr zur Verfügung stehen. Erfolgt die Hämolyse nicht vollständig, können weiter Streueffekte auftreten, die zu einem Fehler in der Bestimmung der Blutparameter führen. Ebenfalls nachteilig ist, dass zusätzliche Verbrauchsmittel (z.B. Reagenzien) und gegebenenfalls weitere Komponenten (z.B. Ultraschallerzeuger) für die Hämolyse benötigt werden, womit ein höherer Wartungsaufwand und zusätzliche Kosten verbunden sind.If the concentrations are too high, there are deviations from this law, also due to saturation effects. The detection limit can be reached at very low concentrations. The spectral bandwidth and the deviation of the wavelength used can falsify the result. The measurement of non-homogeneous samples of natural origin, such as blood, is a particular challenge. In whole blood, most of the hemoglobin and its derivatives are found in red blood cells. The surrounding blood plasma has a lower refractive index, which leads to scattering effects at the boundary layer. Therefore, whole blood samples are often subjected to hemolysis to dissolve red blood cells prior to the determination of blood parameters such as total hemoglobin, hemoglobin derivatives, hematocrit, bilirubin, and glycated hemoglobin. Ultrasound or reagents are used for hemolysis. The need for hemolysis is seen as a disadvantage, since compared to direct measurement in whole blood, time is lost and the blood samples are irreversibly changed and are therefore no longer available for further measurements. If the hemolysis does not take place completely, scattering effects can also occur, which lead to an error in the determination of the blood parameters. Another disadvantage is that additional consumables (e.g. reagents) and possibly other components (e.g. ultrasound generator) are required for the hemolysis, which means higher maintenance and additional costs.

Ein Verfahren, um Hämoglobinderivate ohne vorherige Hämolyse optisch bestimmen zu können, ist in US 6 262 798 B1 beschrieben. Dabei wird eine empirisch ermittelte Korrekturmatrix verwendet, um die bei 7 Wellenlängen gemessene Extinktion einer Vollblutprobe zu korrigieren und die Konzentrationen anschließend mittels Lambert-Beer bestimmen zu können. Hierfür müssen die verwendeten Einwegküvetten sehr präzise gefertigt werden, so dass deren optische Pfadlänge exakt bekannt ist. Die Probe wird anschließend zusammen mit der Küvette entsorgt und steht nicht für die Analyse weiterer Parameter zur Verfügung. Auch eine Erweiterung des Sensors um zusätzliche Parameter ist aufgrund des Messprinzips nicht ohne Modifikationen an der Hardware möglich.One method of being able to optically determine hemoglobin derivatives without prior hemolysis is in US 6 262 798 B1 described. An empirically determined correction matrix is used to correct the extinction of a whole blood sample measured at 7 wavelengths and then to be able to determine the concentrations using Lambert Beer. For this purpose, the disposable cuvettes used must be manufactured very precisely so that their optical path length is exactly known. The sample is then disposed of together with the cuvette and is not available for the analysis of other parameters. Due to the measuring principle, the sensor cannot be expanded to include additional parameters without modifications to the hardware.

In den Schriften US 10 088 360 B2 , US 10 088 468 B2 , US 10 151 630 B2 , US 2017 / 0 227 397 A1 , US 2019 / 0 017 993 A1 und US 2019 / 0 033 287 A1 werden diverse Aspekte, wie die Kompensation der thermischen Ausdehnung der achromatischen Linsen, sowie die kernelbasierten Algorithmen zur Auswertung der Daten und eines optischen Spektrometers zur Vollblutanalyse unter Schutz gestellt. Ein Nachteil dieses modular aufgebauten Systems ist, dass die zu verwendenden Küvetten aufgrund von Fertigungstoleranzen mit einer festen optischen Pfadlänge kodiert werden müssen, welche werksseitig zunächst für jede einzelne Küvette ermittelt und eingespeichert werden muss. Andere Küvetten können nicht verwendet werden, da diesen keine optische Pfadlänge zugeordnet ist.In the scriptures US 10 088 360 B2 , US 10 088 468 B2 , US 10 151 630 B2 , US 2017/0 227 397 A1 , US 2019/0 017 993 A1 and US 2019/0 033 287 A1 various aspects, such as the compensation of the thermal expansion of the achromatic lenses, as well as the kernel-based algorithms for evaluating the data and an optical spectrometer for whole blood analysis are placed under protection. A disadvantage of this modular system is that the cuvettes to be used have to be coded with a fixed optical path length due to manufacturing tolerances, which must first be determined and stored in the factory for each individual cuvette. Other cuvettes cannot be used because no optical path length is assigned to them.

In der Veröffentlichung REDMER, B. [et al.]: Determination of hemoglobin derivatives in unaltered whole blood samples using Support Vector regression in the spectral range from 450 to 700nm. Proceedings of SPIE, Vol. 11247, 14.02.2020 . DOI: 10.1117/12.2544806 wird die Anwendung von Support Vector Machines (SVM) zur Auswertung der diffusen Transmissions- und Reflektionsspektren im Wellenlängen-Bereich zwischen 450 nm und 700 nm bei der spektroskopischen Untersuchung von Vollblutproben zwecks Bestimmung von Blutparametern wie Hämoglobinderivaten und Hämatokrit vorgeschlagen.In the publication REDMER, B. [et al.]: Determination of hemoglobin derivatives in unaltered whole blood samples using Support Vector regression in the spectral range from 450 to 700 nm. Proceedings of SPIE, Vol. 11247, February 14, 2020 . DOI: 10.1117 / 12.2544806 suggests the use of support vector machines (SVM) for the evaluation of diffuse transmission and reflection spectra in the wavelength range between 450 nm and 700 nm for the spectroscopic examination of whole blood samples for the purpose of determining blood parameters such as hemoglobin derivatives and hematocrit.

Bei der Veröffentlichung VINCELY, V. [et al.]: Extracting broadband optical properties from uniform optical phantoms using an integrating sphere and inverse adding-doubling. Proceedings of SPIE, Vol. 10486, 19.02.2018 . DOI: 10.1117/12.2291950 wird die Verwendung einer UlbrichtKugel und die Anwendung von Inverse Adding-Doubling (IAD) Algorithmen zur Bestimmung der optischen Eigenschaften bei der Messung der Reflektions- und Transmissionsspektren beschrieben.When publishing VINCELY, V. [et al.]: Extracting broadband optical properties from uniform optical phantoms using an integrating sphere and inverse adding-doubling. Proceedings of SPIE, Vol. 10486, February 19, 2018 . DOI: 10.1117 / 12.2291950 describes the use of an integrating sphere and the application of Inverse Adding-Doubling (IAD) algorithms to determine the optical properties when measuring the reflection and transmission spectra.

In der EP 0 807 813 B1 wird eine Vorrichtung zur Bestimmung von Blutgaswerten insbesondere der Sauerstoffsättigung in extrakorporal gefördertem Vollblut vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst zwei monochromatische Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge und zwei ineinander ragende Hohlräume von denen der eine kugelförmig mit diffus hochreflektierender Oberfläche ist und der zweite die schlauchartig geführte Vollblutprobe aufnehmen kann. Das Licht der beiden Lichtquellen soll dabei im Wesentlichen nur auf die Oberfläche des die Vollblutprobe führenden Hohlraums auftreffen und von dort in den zweiten Hohlraum reflektiert, gegebenenfalls auch transmittiert und anschließend winkelunabhängig vermessen werden. In the EP 0 807 813 B1 A device is proposed for determining blood gas values, in particular oxygen saturation, in whole blood conveyed extracorporeally. The device comprises two monochromatic light sources of different wavelengths and two hollow spaces protruding into one another, one of which is spherical with a diffusely highly reflective surface and the second can accommodate the whole blood sample, which is guided like a tube. The light from the two light sources should essentially only impinge on the surface of the cavity carrying the whole blood sample and be reflected from there into the second cavity, possibly also transmitted and then measured independently of the angle.

Aufgrund der hier verwendeten monochromatischen Lichtquellen ist es mit diesem Verfahren nicht möglich, breitbandige Spektren der Probe aufzunehmen.Due to the monochromatic light sources used here, it is not possible to record broadband spectra of the sample with this method.

In der DE 699 10 006 T2 wird eine Probenzelle zur spektroskopischen Bestimmung von fluiden Proben insbesondere Vollblutproben beschrieben. Die Probenzelle umfasst zwei gegeneinander bewegliche Teilstücke, deren Stellung zueinander definierte Positionen zur Kalibration, Messung und Reinigung der Probenzelle ermöglicht. Der mit Hilfe von Toleranzplatten und Abstandshaltern eingestellte Oberflächenabstand der Teilstücke definiert dabei die optische Weglänge d innerhalb eines Intervalls. Durch Anpassung kann der Fließweg und damit die Fließgeschwindigkeit der Probe variiert und somit Proben unterschiedlicher optischer Dichte (lysiertes oder Vollblut) vermessen werden. Die Einstellung der optischen Pfadlänge durch die mechanische Veränderung der Probenzelle erfordert eine extrem hohe Präzision und damit einen erheblichen technischen Aufwand sowohl die Fertigung wie auch die Handhabung der notwendigen Toleranzplatten und Abstandshalter betreffend.In the DE 699 10 006 T2 describes a sample cell for the spectroscopic determination of fluid samples, in particular whole blood samples. The sample cell comprises two mutually movable parts, the position of which allows defined positions for calibration, measurement and cleaning of the sample cell. The surface distance of the sections, which is set with the aid of tolerance plates and spacers, defines the optical path length d within an interval. By adapting the flow path and thus the flow rate of the sample can be varied and thus samples of different optical density (lysed or whole blood) can be measured. The adjustment of the optical path length by the mechanical change of the sample cell requires an extremely high precision and thus a considerable technical effort regarding both the production and the handling of the necessary tolerance plates and spacers.

Es wäre sehr wünschenswert über ein spektroskopisches Messsystem zu verfügen, welches Vollblutanalysen unter Verwendung von Küvetten zulässt, die nicht vorher einzeln kodiert werden müssen, sondern bei denen die Kodierung über das Gerät erfolgt, in dem die Küvetten genutzt werden. Die EP 2 246 692 B1 hat die Kalibration und Charakterisierung einer Messküvette in Bezug auf mögliche Verunreinigungen durch Referenzmessung mit einer Farbstofflösung zum Inhalt.It would be very desirable to have a spectroscopic measuring system which allows whole blood analyzes using cuvettes that do not have to be individually coded beforehand, but in which the coding takes place via the device in which the cuvettes are used. The EP 2 246 692 B1 contains the calibration and characterization of a measuring cuvette with regard to possible contamination by reference measurement with a dye solution.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die spektroskopische Analyse von nicht hämolysierten Vollblutproben unter Verwendung von frei wählbaren Küvetten mit nicht vorherbestimmter optischer Pfadlänge zulässt.It is therefore the object of the invention to provide a device and a method which allows the spectroscopic analysis of non-hemolyzed whole blood samples using freely selectable cuvettes with an optical path length that is not predetermined.

Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die spektroskopische Analyse von nicht hämolysierten Vollblutproben zur Bestimmung der Parameter Gesamthämoglobin, Hämoglobinderivaten (z.B. oxygeniertem Hämoglobin (O2Hb), reduziertem Hämoglobin (HHb), Carboxyhämoglobin (COHb) und Methämoglobin (MetHb)), Hämatokrit, Bilirubin und glykiertem Hämoglobin unter Verwendung von frei wählbaren Küvetten mit nicht vorherbestimmter optischer Pfadlänge zulässt.In particular, it is the object of the invention to provide a device and a method which allow the spectroscopic analysis of non-hemolyzed whole blood samples to determine the parameters total hemoglobin, hemoglobin derivatives (e.g. oxygenated hemoglobin (O 2 Hb), reduced hemoglobin (HHb), carboxyhemoglobin (COHb ) and methemoglobin (MetHb)), hematocrit, bilirubin and glycated hemoglobin using freely selectable cuvettes with non-predetermined optical path lengths.

Die Erfinder haben nun festgestellt, dass sich Parameter in nicht hämolysiertem Vollblut unter Verwendung von frei wählbaren Küvetten, mit nicht vorherbestimmter optischer Pfadlänge bestimmen lassen, wenn die im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung und ein spektroskopisches Verfahren mit den folgenden Merkmalen verwendet wird.

  • • Verwendeter Spektralbereich 450 bis 700 nm (sichtbares Licht)
  • • Messen der im Transmissionsspektrum enthaltenen gestreuten und ungestreuten Anteile
  • • Erfassen der optischen Pfadlänge der Messküvette
  • • Erfassen von Verunreinigungen in der Messküvette
  • • Vermessung der nicht vorbehandelten Blutprobe in einer Messküvette
  • • Korrektur der gemessenen Spektren mit den Daten der Messküvette
  • • Extraktion eines Merkmalsvektors Vaus dem gemessenen Spektrum
  • • Erzeugung eines generierten Merkmalsvektors VR mit Hilfe von Mustererkennung nach dem Verfahren Support Vector Regression (SVR)
  • • Vergleich des Merkmalsvektors V mit dem generierten Merkmalsvektor VR aus einer Datenbank
The inventors have now found that parameters in non-hemolyzed whole blood can be determined using freely selectable cuvettes with an optical path length that has not been predetermined if the device according to the invention described below and a spectroscopic method with the following features are used.
  • • Spectral range used 450 to 700 nm (visible light)
  • • Measurement of the scattered and unscattered components contained in the transmission spectrum
  • • Acquisition of the optical path length of the measuring cuvette
  • • Detection of impurities in the measuring cuvette
  • • Measurement of the blood sample that has not been pretreated in a measuring cuvette
  • • Correction of the measured spectra with the data from the measuring cuvette
  • • Extraction of a feature vector V from the measured spectrum
  • • Generation of a generated feature vector V R with the help of pattern recognition according to the Support Vector Regression (SVR) method
  • • Comparison of the feature vector V with the generated feature vector V R from a database

Dabei stellte sich in so nicht zu erwartender Weise heraus, dass die Präzision, Genauigkeit und Robustheit des erfindungsgemäßen Verfahrens und der ebenfalls erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr als ausreichen, um Parameter in nicht hämolysiertem Vollblut unter Verwendung von frei wählbaren Küvetten, mit nicht vorherbestimmter optischer Pfadlänge zu bestimmen. Insbesondere stellte sich unerwarteter Weise heraus, dass bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung allein die Messung der Transmissionsspektren ausreichend ist.It turned out, in a way that was not to be expected, that the precision, accuracy and robustness of the method according to the invention and the device according to the invention are more than sufficient to determine parameters in non-hemolyzed whole blood using freely selectable cuvettes with an optical path length that has not been predetermined . In particular, it unexpectedly turned out that when using the method according to the invention and / or the device according to the invention, the measurement of the transmission spectra alone is sufficient.

In einem Aspekt wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch eine spektroskopische Vorrichtung zur Vermessung von Vollblut, welche die folgenden Bestandteile umfasst: Lichtquelle (1) zur Emission von Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 450 bis 700 nm, Linse (2), Messküvette (4), Ulbrichtkugel (6), Spektrometer (8), Datenverarbeitungs- und Steuereinheit (9), Anzeigeeinheit (10), Pumpe (11), Ventil (12) zur Dosierung von Farbstofflösung (16) und von Referenz-Flüssigkeit (18), Ventil (14) zur Dosierung der Vollblut-Probe (5), Vorratsbehälter (15) für die Farbstofflösung (16) und für die Referenz-Flüssigkeit (18), Schlauchset (19), Probenport (20) und Behälter für aufgefangene Flüssigkeit (21).In one aspect, the object of the invention is achieved by a spectroscopic device for measuring whole blood, which comprises the following components: light source ( 1 ) for the emission of radiation in the wavelength range between 450 and 700 nm, lens ( 2 ), Measuring cuvette ( 4th ), Integrating sphere ( 6th ), Spectrometer ( 8th ), Data processing and Control unit ( 9 ), Display unit ( 10 ), Pump ( 11 ), Valve ( 12th ) for dosing dye solution ( 16 ) and from reference liquid ( 18th ), Valve ( 14th ) for dosing the whole blood sample ( 5 ), Storage container ( 15th ) for the dye solution ( 16 ) and for the reference liquid ( 18th ), Hose set ( 19th ), Sample port ( 20th ) and container for collected liquid ( 21 ).

In einer besonderen Ausführungsform der spektroskopischen Vorrichtung sind Referenz-Flüssigkeit (18) und Farbstofflösung (16) in zwei getrennten Vorratsbehältern (15) und (17) untergebracht und werden über zwei Ventile separate Ventile (12, 13) zudosiert. Eine schematische Darstellung findet sich in .In a special embodiment of the spectroscopic device, reference liquids ( 18th ) and dye solution ( 16 ) in two separate storage containers ( 15th ) and ( 17th ) and are housed via two valves separate valves ( 12th , 13th ) metered in. A schematic representation can be found in .

In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Linse (2) eine Kollimationslinse und eine Lochblende (3) vor der Kollimationslinse angebracht. Dieses ist in dargestellt.In a further special embodiment, the lens ( 2 ) a collimation lens and a pinhole ( 3 ) attached in front of the collimation lens. This is in shown.

In einer weiteren Ausführungsform kann ein Lichtwellenleiter (7) zwischen der Ulbrichtkugel (6) und dem Spektrometer (8) angebracht sein.In a further embodiment, an optical waveguide ( 7th ) between the integrating sphere ( 6th ) and the spectrometer ( 8th ) to be appropriate.

Bei der breitbandigen Lichtquelle (1), welche den Spektralbereich 450 bis 700 nm realisiert, kann es sich beispielsweise um eine Wolfram-Halogen-Lampe, Xenon-Lampe oder weiße LED handeln.With the broadband light source ( 1 ), which realizes the spectral range 450 to 700 nm, it can be, for example, a tungsten-halogen lamp, xenon lamp or white LED.

Bei der Referenz-Flüssigkeit kann es sich um eine Spüllösung handeln, welche beispielsweise Proteinentferner enthält. Weiterhin kann die Spüllösung zusätzlich einen Farbstoff mit bekanntem Absorptionseigenschaften enthalten.The reference liquid can be a rinsing solution that contains protein remover, for example. Furthermore, the rinsing solution can additionally contain a dye with known absorption properties.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur spektroskopischen Bestimmung von Parametern in Vollblut umfassend die folgenden Schritte:

  1. i. Bestimmung eines Referenzspektrums I0 im Rahmen einer Transmissionsmessung
  2. ii. Bestimmung des Spektrums eines Farbstoffs IF im Rahmen einer Transmissionsmessung
  3. iii. Ermittlung eines Korrekturfaktors für eine Messküvette (4), wobei die Funktion der Messküvette derart ist, dass Farbstoff, Referenz-Flüssigkeit als auch Vollblut-Probe in die Messküvette injiziert und dort jeweils optisch mittels einer Vollblut-Spektroskopie-Vorrichtung untersucht werden
  4. iv. Bestimmung eines Vollblut-Probenspektrums IP im Rahmen einer Transmissionsmessung
  5. v. Korrektur des gemessenen Vollblut-Probenspektrums IP mit dem Korrekturfaktor der Messküvette aus Schritt iii
  6. vi. Extraktion eines Merkmalsvektors Vaus dem korrigierten gemessenen Vollblut-Probenspektrum IP
  7. vii. Vergleich des Merkmalsvektors V mit einem generierten Merkmalsvektor VR aus einer Datenbank, wobei aus dem Vergleich die Parameter des Vollbluts bestimmt werden.
In a further aspect, the object of the invention is achieved by a method for the spectroscopic determination of parameters in whole blood comprising the following steps:
  1. i. Determination of a reference spectrum I 0 as part of a transmission measurement
  2. ii. Determination of the spectrum of a dye I F as part of a transmission measurement
  3. iii. Determination of a correction factor for a measuring cuvette ( 4th ), the function of the measuring cuvette being such that dye, reference liquid and whole blood sample are injected into the measuring cuvette and are each examined there optically by means of a whole blood spectroscopy device
  4. iv. Determination of a whole blood sample spectrum I P as part of a transmission measurement
  5. v. Correction of the measured whole blood sample spectrum I P with the correction factor of the measuring cuvette from step iii
  6. vi. Extraction of a feature vector V from the corrected measured whole blood sample spectrum I P
  7. vii. Comparison of the feature vector V with a generated feature vector V R from a database, the parameters of the whole blood being determined from the comparison.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Bestimmung von I0 (Schritt i) und IF (Schritt ii) mit einer Messung.In a preferred embodiment of the method according to the invention, I 0 (step i) and I F (step ii) are determined with a measurement.

In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können falsche Messergebnisse verursacht von starker Verschmutzung und/oder minderwertiger und/oder nicht originaler Messküvette (4) und/oder Referenz-Flüssigkeit (18) und/oder Farbstofflösung (16) über die Ermittlung der optischen Pfadlänge d angezeigt werden.In a special embodiment of the method according to the invention, incorrect measurement results can be caused by severe contamination and / or inferior and / or non-original measuring cuvette ( 4th ) and / or reference liquid ( 18th ) and / or dye solution ( 16 ) can be displayed by determining the optical path length d.

Idealerweise absorbiert und fluoresziert der verwendete Farbstoff nicht innerhalb des für die Bestimmung der Blutparameter genutzten Spektralbereichs. Auf diese Weise kann der Farbstoff in der Referenz-Flüssigkeit (18) enthalten sein und beeinflusst nicht die Aufnahme des Referenzspektrums I0. Ist dies nicht der Fall, so muss zunächst ein Kalibrierspektrum IF mit Farbstofflösung (16) in der Messküvette (4) aufgenommen werden, welches anschließend mit dem hinterlegten Extinktionskoeffizienten ε, der Konzentration der Farbstofflösung (16) c und der für die Messküvette (4) ermittelten optischen Pfadlänge d unter Anwendung des Gesetzes von Lambert-Beer korrigiert wird, um die ursprüngliche Charakteristik der Lichtquelle (1), das Referenzspektrum I0, wiederherzustellen.Ideally, the dye used does not absorb or fluoresce within the spectral range used to determine the blood parameters. In this way the dye in the reference liquid ( 18th ) and does not affect the recording of the reference spectrum I 0 . If this is not the case, a calibration spectrum I F with dye solution ( 16 ) in the measuring cuvette ( 4th ), which is then recorded with the stored extinction coefficient ε, the concentration of the dye solution ( 16 ) c and the one for the measuring cuvette ( 4th ) determined optical path length d is corrected using Lambert-Beer's law in order to obtain the original characteristic of the light source ( 1 ) to restore the reference spectrum I 0.

Über T = I I 0 = e ε c d

Figure DE102020104266B3_0002
und I 0 = 1 T I F
Figure DE102020104266B3_0003
ist dabei der Zusammenhang zwischen dem gemessenen Kalibrierspektrum IF und dem erforderlichen Referenzspektrum I0 gegeben, wobei T die Transmission ist.over T = I. I. 0 = e - ε c d
Figure DE102020104266B3_0002
and I. 0 = 1 T I. F.
Figure DE102020104266B3_0003
the relationship between the measured calibration spectrum I F and the required reference spectrum I 0 is given, where T is the transmission.

Es ist aus zwei Gründen vorteilhaft, einen Farbstoff mit Anregungsmaximum im nahinfraroten Spektralbereich (NIR) zu wählen: Aufgrund des Emissionsspektrums der verwendeten Lichtquelle sowie der Sensitivität des halbleiterbasierten Detektors ergibt sich im NIR ein für die Messung besonders vorteilhaftes hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Außerdem ist das von angeregten Farbstoffen emittierte Licht (Fluoreszenz) zu höheren Wellenlängen hin verschoben und würde bei einer zu niedrigen Anregungswellenlänge den für die Messungen genutzten Spektralbereich überlagern. In Frage kommen beispielsweise Farbstoffe aus der Gruppe der Cyanine, wie Cyanin 7 oder Indocyaningrün, wobei die genauen optischen Eigenschaften von dem verwendeten Lösungsmittel abhängig sind.It is advantageous to choose a dye with an excitation maximum in the near-infrared spectral range (NIR) for two reasons: Due to the emission spectrum of the light source used and the sensitivity of the semiconductor-based detector the result in the NIR is a particularly advantageous high signal-to-noise ratio (SNR) for the measurement. In addition, the light emitted by excited dyes (fluorescence) is shifted to higher wavelengths and would overlap the spectral range used for the measurements if the excitation wavelength is too low. For example, dyes from the group of cyanines, such as cyanine 7 or indocyanine green, come into consideration, the exact optical properties depending on the solvent used.

Die Konzentration des Farbstoffs c ist so gewählt, dass eine lineare Aussteuerung des Spektrometers (8) gewährleistet ist und die Änderung der Transmission ΔT durch eine vom angestrebten Wert abweichende optische Pfadlänge Δd maximal wird. Dies ist der Fall, wenn der Absorptionskoeffizient µa der Farbstofflösung, der das Produkt von molarem Extinktionskoeffizienten ε und Konzentration c ist, so gewählt wird, dass die Transmission T bei der angestrebten Pfadlänge d von 100 µm zwischen 30 % und 45 %, bevorzugt zwischen 35 % und 42 %, besonders bevorzugt zwischen 36 % und 41 %, ganz besonders bevorzugt bei 36,8 % (1/e) liegt. Bei einer maximal zu erwartender Abweichung der optischen Pfadlänge Δd von 10 µm ist die Änderung in der Transmission ΔT am größten und liegt ungefähr zwischen 3,5 % und 4 %. Dadurch kann die optische Pfadlänge d besonders präzise bestimmt werden. Dieser Zusammenhang ist in zu sehen. Es ist der Zusammenhang zwischen Signalhub und Transmission für die maximal zu erwartende Abweichung der optischen Pfadlänge Δd von 10 µm bei einer angestrebten Pfadlänge d von 100 µm, resultierend in einer optischen Pfadlänge d von 90 µm und 110 µm, dargestellt.The concentration of the dye c is chosen so that a linear modulation of the spectrometer ( 8th ) is guaranteed and the change in transmission ΔT becomes a maximum due to an optical path length Δd deviating from the desired value. This is the case when the absorption coefficient μ a of the dye solution, which is the product of the molar extinction coefficient ε and concentration c, is chosen so that the transmission T at the desired path length d of 100 μm is between 30% and 45%, preferably between 35% and 42%, particularly preferably between 36% and 41%, very particularly preferably 36.8% (1 / e). With a maximum expected deviation of the optical path length Δd of 10 μm, the change in the transmission ΔT is greatest and lies approximately between 3.5% and 4%. As a result, the optical path length d can be determined particularly precisely. This connection is in to see. The relationship between signal deviation and transmission is shown for the maximum expected deviation of the optical path length Δd from 10 μm with a desired path length d of 100 μm, resulting in an optical path length d of 90 μm and 110 μm.

Hat das Spektrometer (8) einen Analog-Digital-Wandler (ADC) mit 16-Bit Auflösung und wird die maximale Aussteuerung auf 90 % des Wertebereichs begrenzt, so ändert sich das detektierte Signal dabei um circa 216 · 0,9 . 0,035 ≈ 2064 Zählereignisse. Das bedeutet, dass das Rauschen des Detektors für die angestrebte Genauigkeit von 1 µm ungefähr 206 Zählereignisse betragen darf. Moderne Spektrometer (8) haben ein SNR von 300:1 und besser, wodurch dies gewährleistet ist (216 · 0,9 / 300 ≈ 197).Does the spectrometer ( 8th ) an analog-to-digital converter (ADC) with 16-bit resolution and if the maximum modulation is limited to 90% of the value range, the detected signal changes by approximately 2 16 · 0.9. 0.035 ≈ 2064 counts. This means that the noise of the detector may amount to approximately 206 counts for the desired accuracy of 1 µm. Modern spectrometers ( 8th ) have an SNR of 300: 1 and better, which guarantees this (2 16 · 0.9 / 300 ≈ 197).

Für eine präzise Vorhersage der Blutparameter sollte die optische Pfadlänge d der Messküvette (4) auf etwa 1 µm genau bekannt sein. Abweichungen führen zu Änderungen im Transmissionsverhalten der Probe (5) und müssen daher rechnerisch berücksichtigt werden. Bei der Fertigung optischer Kunststoffteile im Spritzgussverfahren sind Toleranzen von bis zu ±10 µm zu erwarten. Entscheidend für eine genaue absorptionsspektroskopische Bestimmung der optischen Pfadlänge d ist die geschickte Wahl des Farbstoffs und seiner Konzentration c.For a precise prediction of the blood parameters, the optical path length d of the measuring cuvette ( 4th ) must be known to an accuracy of about 1 µm. Deviations lead to changes in the transmission behavior of the sample ( 5 ) and must therefore be taken into account arithmetically. When manufacturing optical plastic parts by injection molding, tolerances of up to ± 10 µm are to be expected. Decisive for an exact absorption spectroscopic determination of the optical path length d is the skillful choice of the dye and its concentration c.

Falls die ermittelte optische Pfadlänge d außerhalb eines festgelegten Konfidenzintervalls liegt, kann dies auf eine besonders starke Verschmutzung oder eine minderwertige, möglicherweise nicht originale Messküvette (4) oder Referenz-Flüssigkeit (18) oder Farbstofflösung (16) hinweisen. Um falsche Ergebnisse zu vermeiden, kann die Messung in diesem Fall unterbunden und dem Anwender eine Warnung angezeigt werden.If the determined optical path length d is outside a specified confidence interval, this can indicate particularly severe contamination or an inferior, possibly non-original measuring cuvette ( 4th ) or reference liquid ( 18th ) or dye solution ( 16 ) Clues. In order to avoid incorrect results, the measurement can be stopped in this case and a warning can be displayed to the user.

Im Folgenden soll exemplarisch die Allgemeinheit der Lehre nicht einschränkend das Vorgehen beschrieben werden.In the following, the generality of the teaching is to be described as an example and the procedure is not restricted.

Der Messvorgang wird vom Benutzer initiiert, indem die Probe (5) auf den Probenport (20) gesetzt und das Bedienelement „Start“ betätigt wird. Die breitbandige Lichtquelle (1), beispielsweise eine Wolfram-Halogen-Lampe, Xenon-Lampe oder weiße LED, wird eingeschaltet und ein Referenzspektrum I0 bzw. Spektrums eines Farbstoffs IF gemessen, bevor die Probe die Messküvette (4) erreicht. Anschließend werden Probenspektren im Spektralbereich von 450 bis 700 nm gemessen, bis die Probe (5) die Messküvette (4) vollständig passiert hat. Aus dem stabilen Plateau, welches sich bei vollständig gefüllter Messküvette (4) und konstantem Volumenstrom herausbildet, wird ein Probenspektrum Ip ausgewählt.The measurement process is initiated by the user by taking the sample ( 5 ) to the sample port ( 20th ) is set and the "Start" control is operated. The broadband light source ( 1 ), for example a tungsten-halogen lamp, xenon lamp or white LED, is switched on and a reference spectrum I 0 or spectrum of a dye I F is measured before the sample reaches the measuring cuvette ( 4th ) reached. Then sample spectra in the spectral range from 450 to 700 nm are measured until the sample ( 5 ) the measuring cuvette ( 4th ) completely happened. From the stable plateau, which occurs when the measuring cuvette is completely filled ( 4th ) and constant volume flow, a sample spectrum I p is selected.

Die Lichtquelle (1) wird ausgeschaltet und Dunkelspektren bei den Integrationszeiten aufgenommen, die für die Messung des Referenzspektrums I0 bzw. des Kalibrierspektrums IF und Probenspektrums Ip verwendet wurden. Von allen Spektren wird das zugehörige Dunkelspektrum abgezogen und die Werte auf Zählereignisse pro Sekunde normiert. Wurde das Kalibrierspektrum IF bestimmt, so wird dieses wie zuvor beschrieben korrigiert und daraus das Referenzspektrum I0 berechnet.The light source ( 1 ) is switched off and dark spectra are recorded at the integration times that were used for measuring the reference spectrum I 0 or the calibration spectrum I F and sample spectrum I p. The associated dark spectrum is subtracted from all spectra and the values are normalized to counting events per second. If the calibration spectrum I F has been determined, it is corrected as described above and the reference spectrum I 0 is calculated from it.

Anschließend wird der Quotient aus Probenspektrum IP und Referenzspektrum I0 gebildet, der die normierte Transmission darstellt. Diese wird auf dem Fachmann bekannte Art und Weise um nichtlineare Effekte korrigiert, die durch die Verwendung der Ulbrichtkugel (6) auftreten [Prahl2011 Scott A. Prahl, „Everything I think you should know about Inverse Adding-Doubling“, Handbuch, 2011.] Der Korrekturfaktor ist durch die Geometrie der Ulbrichtkugel (6) bestimmt, dem Verhältnis von einer der Probe zugewandten kreisförmigen Öffnung und ihrem Durchmesser. Dabei ist die gemessene Transmission größer als ihr tatsächlicher Wert. Der daraus resultierende Merkmalsvektor V dient als Eingabe für die im Gerät hinterlegten Regressionsmodelle für die zu bestimmenden Blutparameter, jedes davon repräsentiert durch einen aus einer Datenbank generierten Merkmalsvektor VR. Diese liefern anschließend die Werte für die Blutparameter, welche das Gerät schließlich dem Benutzer anzeigt. Das gemessene Probenspektrum IP wird mittels einer in der Datenverarbeitungs- und Steuereinheit (9) hinterlegten Korrekturfunktion abhängig von der zuvor bestimmten optischen Pfadlänge d korrigiert. Die Funktion kann im einfachsten Fall ein für alle Wellenlängen konstanter Faktor sein, jedoch sind auch wellenlängenabhängige Funktionen möglich.The quotient of the sample spectrum I P and the reference spectrum I 0 is then formed, which represents the standardized transmission. This is corrected in a manner known to the person skilled in the art for non-linear effects caused by the use of the integrating sphere ( 6th ) occur [Prahl2011 Scott A. Prahl, "Everything I think you should know about Inverse Adding-Doubling", handbook, 2011.] The correction factor is determined by the geometry of the integrating sphere ( 6th ) determines the ratio of a circular opening facing the sample and its diameter. The measured transmission is greater than its actual value. The feature vector V resulting therefrom serves as input for the regression models stored in the device for the blood parameters to be determined, each of which is represented by a feature vector V R generated from a database. These then supply the values for the blood parameters, which the device finally displays to the user. The measured The sample spectrum I P is determined by means of a device in the data processing and control unit ( 9 ) stored correction function is corrected depending on the previously determined optical path length d. In the simplest case, the function can be a constant factor for all wavelengths, but wavelength-dependent functions are also possible.

Die Regressionsmodelle wurden zuvor aus einer großen Anzahl von Blutproben ermittelt. Für das optische Verhalten relevante Einflussgrößen, wie beispielsweise der Hämatokrit, die Hämoglobinderivate O2Hb, HHb, COHb und MetHb und die osmotische Konzentration, wurden dabei gezielt eingestellt und über den klinisch relevanten Bereich variiert. Anschließend wurde die totale Transmission jeder Probe in einem Laboraufbau gemessen und die zugehörigen Referenzwerte der Blutparameter bestimmt. Das Gesamthämoglobin (ctHb) sowie die Anteile der Hämoglobinderivate O2Hb, COHb und MetHb wurden mit einem Radiometer OSM 3 Hämoximeter bestimmt. Dabei wurde der Mittelwert aus zwei Messungen gebildet. HHb wurde als Differenz der Summe der sonstigen Derivate zu 100 % berechnet. Der Hämatokrit wurde mittels Zentrifugation von Glaskapillaren nach DIN 58933-1 bestimmt. Als Algorithmus kam Support Vector Regression (SVR) zum Einsatz. Gegenüber einigen anderen Verfahren, wie z.B. neuronalen Netzen, bietet SVR Vorteile für biologische Proben:

  1. 1. Nicht-lineare Zusammenhänge können über einen Kernel-Trick transformiert werden
  2. 2. Nur eine überschaubare Anzahl an Hyperparametern muss optimiert werden
  3. 3. Bereits eine relativ kleine Anzahl an Beobachtungen führt zu stabilen Modellen
The regression models were previously determined from a large number of blood samples. Influencing variables relevant to the optical behavior, such as the hematocrit, the hemoglobin derivatives O 2 Hb, HHb, COHb and MetHb and the osmotic concentration, were specifically set and varied over the clinically relevant range. The total transmission of each sample was then measured in a laboratory setup and the associated reference values of the blood parameters were determined. The total hemoglobin (ctHb) and the proportions of the hemoglobin derivatives O 2 Hb, COHb and MetHb were determined with an OSM 3 hemoximeter radiometer. The mean value was formed from two measurements. HHb was calculated as the difference between the sum of the other derivatives and 100%. The hematocrit was determined by centrifugation of glass capillaries according to DIN 58933-1. Support Vector Regression (SVR) was used as the algorithm. Compared to some other methods, such as neural networks, SVR offers advantages for biological samples:
  1. 1. Non-linear relationships can be transformed using a kernel trick
  2. 2. Only a manageable number of hyperparameters needs to be optimized
  3. 3. Even a relatively small number of observations leads to stable models

Für jeden Blutparameter wurde ein eigenes Regressionsmodell erstellt. Dieser Vorgang wird Training genannt. Dabei beeinflussen mehrere sogenannte Hyperparameter die Anpassung der Modelle. Ihre optimalen Werte wurden in einem iterativen Prozess ermittelt und der Vorhersagefehler der Modelle dadurch minimiert. Um eine Über- bzw. Unteranpassung zu vermeiden wurde zudem eine 5-fache Kreuzvalidierung durchgeführt. Beispielhaft für einen Test-Datensatz aus 38 Proben von 8 Individuen, die nicht Bestandteil des zum Training verwendeten Datensatzes waren, sind die Ergebnisse in den und für die vorhergesagten Werte gegenüber ihren Referenzwerten für die Blutparameter O2Hb, HHb, COHb, MetHb, ctHb und Hämatokrit dargestellt.A separate regression model was created for each blood parameter. This process is called training. Several so-called hyperparameters influence the adaptation of the models. Their optimal values were determined in an iterative process and the prediction errors of the models were thereby minimized. In order to avoid over- or under-fitting, a 5-fold cross-validation was also carried out. An example of a test data set made up of 38 samples from 8 individuals that were not part of the data set used for training are the results in the and for the predicted values versus their reference values for the blood parameters O 2 Hb, HHb, COHb, MetHb, ctHb and hematocrit.

Die Performance der Regressionsmodelle wurde mit den im maschinellen Lernen geläufigen Metriken Korrelationskoeffizient (R2), mittlere quadratische Abweichung (RMSE) und mittlere absolute Abweichung (MAE) bewertet. Der Korrelationskoeffizient R2 ist für alle Blutparameter größer als 0,975 und bestätigt die hervorragende Korrelation von Vorhersage und Referenz. Der Fehler in der Vorhersage ist mit einem MAE von stets kleiner 1,97 % über den gesamten klinisch relevanten Bereich ausreichend klein. Die Querempfindlichkeiten zwischen den einzelnen Parametern sind hinreichend gering.The performance of the regression models was assessed using the metrics common in machine learning: correlation coefficient (R 2 ), mean square deviation (RMSE) and mean absolute deviation (MAE). The correlation coefficient R 2 is greater than 0.975 for all blood parameters and confirms the excellent correlation between prediction and reference. The error in the prediction is sufficiently small with an MAE of always less than 1.97% over the entire clinically relevant range. The cross-sensitivities between the individual parameters are sufficiently low.

FigurenlisteFigure list

  • : Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit Kollimationslinse als Linse (2) und Lochblende (3). : Schematic representation of the device according to the invention, with a collimation lens as a lens ( 2 ) and pinhole ( 3 ).
  • : Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit zwei getrennten Vorratsbehältern (15) und (17) für Referenz-Flüssigkeit (18) und Farbstofflösung (16) und separaten Ventilen (12, 13) für die Dosierung von Referenz-Flüssigkeit (18) und Farbstofflösung (16). : Schematic representation of the device according to the invention, with two separate storage containers ( 15th ) and ( 17th ) for reference liquid ( 18th ) and dye solution ( 16 ) and separate valves ( 12th , 13th ) for dosing reference liquid ( 18th ) and dye solution ( 16 ).
  • : Zusammenhang zwischen Signalhub und Transmission der Farbstofflösung mit Δd gleich 10 µm. : Relationship between signal deviation and transmission of the dye solution with Δd equal to 10 µm.
  • : Vorhergesagte fraktionelle Anteile von (a) oxygeniertem Hämoglobin (O2Hb), (b) reduziertem Hämoglobin (HHb), (c) Carboxyhämoglobin (COHb) und (d) Methämoglobin (MetHb). Jedes Kreuz entspricht einer Blutprobe aus dem Testdatensatz. Die perfekte Vorhersage ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Der lineare Fit der Messdaten ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. : Predicted fractional proportions of (a) oxygenated hemoglobin (O 2 Hb), (b) reduced hemoglobin (HHb), (c) carboxyhemoglobin (COHb), and (d) methemoglobin (MetHb). Each cross corresponds to a blood sample from the test data set. The perfect prediction is shown by a solid line. The linear fit of the measurement data is shown by a dashed line.
  • : Vorhergesagte Werte für (a) Gesamthämoglobin und (b) Hämatokrit. : Predicted values for (a) total hemoglobin and (b) hematocrit.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
LichtquelleLight source
22
Linselens
33
LochblendePinhole
44th
MessküvetteMeasuring cuvette
55
Probesample
66th
UlbrichtkugelIntegrating sphere
77th
Lichtwellenleiteroptical fiber
88th
Spektrometerspectrometer
99
Datenverarbeitungs- und SteuereinheitData processing and control unit
1010
AnzeigeeinheitDisplay unit
1111
Pumpepump
1212th
VentilValve
1313th
VentilValve
1414th
VentilValve
1515th
VorratsbehälterStorage container
1616
FarbstofflösungDye solution
1717th
VorratsbehälterStorage container
1818th
Referenz-FlüssigkeitReference liquid
1919th
SchlauchsetHose set
2020th
ProbenportSample port
2121
AuffangbehälterCollecting container

Claims (11)

Vollblut-Spektroskopie-Vorrichtung umfassend die folgenden Bestandteile: Lichtquelle (1) zur Emission von Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 450 bis 700 nm, Linse (2), Messküvette (4), Ulbrichtkugel (6), Spektrometer (8), Datenverarbeitungs- und Steuereinheit (9), Anzeigeeinheit (10), Pumpe (11), Ventil (12) zur Dosierung von Farbstofflösung (16) und von Referenz-Flüssigkeit (18), Ventil (14) zur Dosierung der Vollblut-Probe (5), Vorratsbehälter (15) für die Farbstofflösung (16) und für die Referenz-Flüssigkeit (18), Schlauchset (19), Probenport (20) und Behälter für aufgefangene Flüssigkeit (21).Whole blood spectroscopy device comprising the following components: light source (1) for emitting radiation in the wavelength range between 450 to 700 nm, lens (2), measuring cuvette (4), integrating sphere (6), spectrometer (8), data processing and control unit (9), display unit (10), pump (11), valve (12) for dosing dye solution (16) and reference liquid (18), valve (14) for dosing the whole blood sample (5), storage container ( 15) for the dye solution (16) and for the reference liquid (18), tubing set (19), sample port (20) and container for the collected liquid (21). Vollblut-Spektroskopie-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für die Referenz-Flüssigkeit (18) ein separaten Vorratsbehälter (17) und ein weiteres Ventil (13) aufweist.Whole blood spectroscopy device according to Claim 1 , characterized in that the device for the reference liquid (18) has a separate storage container (17) and a further valve (13). Vollblut-Spektroskopie-Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) eine Kollimationslinse und eine Lochblende (3) vor der Kollimationslinse ist.Whole blood spectroscopy device according to one or more of the preceding Claims 1 and 2 , characterized in that the lens (2) is a collimation lens and a pinhole (3) in front of the collimation lens. Vollblut-Spektroskopie-Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtwellenleiter (7) zwischen der Ulbrichtkugel (6) und dem Spektrometer (8) vorhanden ist.Whole blood spectroscopy device according to one or more of the preceding Claims 1 to 3 , characterized in that an optical waveguide (7) is present between the integrating sphere (6) and the spectrometer (8). Verfahren zur spektroskopischen Bestimmung von Parametern in Vollblut umfassend die folgenden Schritte: i. Bestimmung eines Referenzspektrums I0 im Rahmen einer Transmissionsmessung ii. Bestimmung eines Spektrums eines Farbstoffs IF im Rahmen einer Transmissionsmessung iii. Ermittlung eines Korrekturfaktors für eine Messküvette (4), wobei die Funktion der Messküvette derart ist, dass Farbstoff, Referenz-Flüssigkeit als auch Vollblut-Probe in die Messküvette injiziert und dort jeweils optisch mittels einer Vollblut-Spektroskopie-Vorrichtung untersucht werden iv. Bestimmung eines Vollblut-Probenspektrums IP im Rahmen einer Transmissionsmessung v. Korrektur des gemessenen Vollblut-Probenspektrums IP mit dem Korrekturfaktor der Messküvette (4) aus Schritt iii vi. Extraktion eines Merkmalsvektors V aus dem korrigierten gemessenen Vollblut-Probenspektrum IP vii. Vergleich des Merkmalsvektors V mit einem generierten Merkmalsvektor VR aus einer Datenbank, wobei aus dem Vergleich die Parameter des Vollbluts bestimmt werden.A method for the spectroscopic determination of parameters in whole blood comprising the following steps: i. Determination of a reference spectrum I 0 as part of a transmission measurement ii. Determination of a spectrum of a dye I F as part of a transmission measurement iii. Determination of a correction factor for a measuring cuvette (4), the function of the measuring cuvette being such that dye, reference liquid and whole blood sample are injected into the measuring cuvette and each examined there optically by means of a whole blood spectroscopy device iv. Determination of a whole blood sample spectrum I P as part of a transmission measurement v. Correction of the measured whole blood sample spectrum I P with the correction factor of the measuring cuvette (4) from step iii vi. Extraction of a feature vector V from the corrected measured whole blood sample spectrum I P vii. Comparison of the feature vector V with a generated feature vector V R from a database, the parameters of the whole blood being determined from the comparison. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung von I0 (Schritt i) und IF (Schritt ii) mit einer Messung erfolgt.Procedure according to Claim 5 , characterized in that I 0 (step i) and I F (step ii) are determined with a measurement. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission der Farbstofflösung bei einer optischen Pfadlänge d von 100 µm zwischen 30 % und 45 %, bevorzugt zwischen 35 % und 42 %, besonders bevorzugt zwischen 36 % und 41 %, ganz besonders bevorzugt bei 36,8 % (1/e) liegt.Method according to one or more of the preceding Claims 5 to 6th , characterized in that the transmission of the dye solution at an optical path length d of 100 µm is between 30% and 45%, preferably between 35% and 42%, particularly preferably between 36% and 41%, very particularly preferably 36.8% ( 1 / e). Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff ein Anregungsmaximum im nahinfraroten Spektralbereich (NIR) aufweist.Method according to one or more of the preceding Claims 5 to 7th , characterized in that the dye has an excitation maximum in the near-infrared spectral range (NIR). Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff ein Cyanin-Farbstoff ist.Method according to one or more of the preceding Claims 5 to 8th , characterized in that the dye is a cyanine dye. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff Cyanin 7.5 und/oder Indocyaningrün ist.Method according to one or more of the preceding Claims 5 to 9 , characterized in that the dye is cyanine 7.5 and / or indocyanine green. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass falsche Messergebnisse verursacht von starker Verschmutzung und/oder minderwertiger und/oder nicht originaler Messküvette (4) und/oder Referenz-Flüssigkeit (18) und/oder Farbstofflösung (16) über die Ermittlung der optischen Pfadlänge d angezeigt werden.Method according to one or more of the preceding Claims 5 to 10 , characterized in that incorrect measurement results caused by severe contamination and / or inferior and / or non-original measuring cuvette (4) and / or reference liquid (18) and / or dye solution (16) are displayed by determining the optical path length d.
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