-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Blutsauerstoffsättigung des embryonalen Blutes.
-
Beschreibung und Einleitung des allgemeinen Gebietes der Erfindung
-
Ein Fötus oder Fetus ist ein frühes Stadium in der Individualentwicklung (Ontogenese) der amniotischen Wirbeltiere (Amniota) und insbesondere der höheren Säugetiere (Placentalia) einschließlich des Menschen. Es beginnt mit der Ausbildung der inneren Organe und endet mit dem Schlupf bzw. der Geburt. Das dazwischen liegende Entwicklungsstadium wird Embryo genannt, doch wird im Rahmen dieser Anmeldung aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung das gesamte vorgeburtliche Lebensstadium als Embryo bezeichnet.
-
Sauerstoff ist wichtig für das menschliche Leben, für den Erwachsenen, das Kind und den Embryo. Als Asphyxie wird allgemein ein Zustand in Sauerstoffverarmung des Blutes genannt, der zum Atemstillstand und zum Tod führt. Hypoxie ist ein Mangel an der die Gewebe erreichende Sauerstoffmenge. Hypoxie ist (häufig) nicht tödlich, sie kann jedoch schwere neurologische Schädigungen zur Folge haben.
-
Die Blutsauerstoffsättigung gibt die Beladung des roten Blutfarbstoffes (Hämoglobin) mit Sauerstoff an. Die Blutsauerstoffsättigung gibt an, welcher Anteil des roten Blutfarbstoffes (Hämoglobin) mit Sauerstoff beladen ist. Werte bei gesunden Menschen liegenzwischen 90 und 99 Prozent.
-
Dem Fachmann stehen zur Zeit zur Beurteilung des embryonalen Zustandes Verfahren zur Verfügung, die nichtinvasive Maßnahmen, beispielweise das Überwachen der Kontraktionsmuster der werdenden Mutter und das Überwachen der fetalen Herzschlages umfassen. Beim Vorliegen einer Hypoxie wird oft die Geburt künstlich eingeleitet oder ein Kaiserschnitt durchgeführt.
-
Aus diesem Grund ist es wichtig die Sauerstoffsättigung im Blut des Embryos sicher, präzise und zuverlässig messen zu können. Bei Erwachsenen und Kindern kann die Blutsauerstoffsättigung nichtinvasiv optisch am Finger gemessen werden. Bei Embryonen ist dies nicht so einfach möglich.
-
Stand der Technik
-
Es sind Verfahren bekannt, die Blutsauerstoffsättigung sowohl bei Neugeborenen als auch bei Erwachsenen über die Oxymetrie oder die Pulsoxymetrie, zu bestimmen. Die Oxymetrie ist in solchen Anwendungen ein anerkanntes Verfahren zur Messung der Blutsauerstoffsättigung, das in der klinischen Medizin seit einigen Jahren benutzt wird. Sie wird verwendet, um zu messen, ob die Blutsauerstoffsättigung des Patienten ausreichend ist, um rechtzeitig eine Beschädigung an Organen, beispielsweise Gehirn, Herz, Lungen und Nieren zu verhindern.
-
Üblicherweise erfolgt die Oxymetrie über eine optische Messung.
-
Das optische Messprinzip der Oxymetrie basiert auf dem Umstand, dass mit O2 beladenes Hämoglobin, sogenanntes oxygeniertes Hämoglobin (HbO2), bei sehr vielen optischen Wellenlängen einen deutlich anderen Absorptionsverlauf als desoxygeniertes Hämoglobin (Hb) - also Hämoglobin aufweist, dessen Transportplätze für O2 noch frei sind. So weist desoxygeniertes Hämoglobin bei einer Wellenlänge von ca. 680 nm - dies entspricht sichtbarem roten Licht - eine deutlich höhere Absorption auf als oxygeniertes Hämoglobin. Bei größeren Wellenlängen von ca. 800 nm aufwärts dreht sich dieses Verhältnis um: Bei ca. 900 nm - diese Wellenlänge entspricht unsichtbarer naher Infrarotstrahlung - ist die Absorption von HbO2 höher und die von Hb geringer.
-
Einfache, handelsübliche Pulsoxymeter messen die wellenlängenabhängige Absorption bei zwei verschiedenen und unveränderlichen Wellenlängen: Zur Lichterzeugung werden im Messgerät z.B. zwei monochromatische Leuchtdioden (LED) mit unterschiedlicher Wellenlänge eingesetzt. Eine rote Leuchtdiode bei 660 nm und eine Infrarot-LED mit 905 nm bis 920 nm, welche alternierend in Betrieb sind. Als Empfänger dient eine Fotodiode, deren Empfindlichkeit den kompletten Wellenlängenbereich umfasst. Alternativ können statt der beiden Leuchtdioden auch zwei Laserdioden, welche im Gegensatz zu den Leuchtdioden in der optischen Bandbreite schmäler sind, verwendet werden. Bei Laserdioden liegen die beiden verwendeten Wellenlängen aus fertigungstechnischen Gründen der Laserdioden und bei sonst identem Messprinzip, bei 750 nm und 850 nm.
-
Es gibt zwei Typen von Oxymetrieverfahren zur Bestimmung des Blutsauerstoffsättigung): (1) invasive Oxymetrie und (2) nichtinvasive Pulsoxymetrie.
-
Bei der invasiven Oxymetrie befinden sich Lichtstrahl und Detektoroptiken in Kontakt mit dem zu untersuchenden Blut. In der klinischen Medizin wird die Probenentnahmevorrichtung, typischerweise eine faseroptische Kathetersonde, in einem großen Blutgefäß im Körper angebracht, und die Messung wird an dem Blut vorgenommen, das durch den Katheter hindurchfließt.
-
In der nichtinvasiven (d.h. Puls-) Oxymetrie befinden sich Lichtstrahl und Detektoroptiken nicht in direkten Kontakt mit dem Blut. Die Störungen, die durch Gewebe und Knochen erzeugt werden, werden dabei entfernt, indem die Differenz zwischen den Daten von hohen und niedrigen Pulsdrücken bestimmt wird. Wenn nur arterielles Blut pulsiert, analysieren die nichtinvasiven Oxymeter nur arterielles Blut.
-
Invasive Messungen des Blutsauerstoffsättigung des embryonalen Blutes sind risikoreich, eine nichtinvasive Messung ist derzeitig nicht zuverlässig möglich.
-
Die Schrift
DE 10 2014 208 650 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung eines Synchronisationssignals für eine Bildgebungsvorrichtung. Dabei wird mit einer an einem Mutterleib angeordneten ersten Sensoreinheit der Herzrhythmus eines Fötus mittels vom fetalen Herzen ausgesandten Schallwellen als ein Rohsignal S1 erfasst. Dabei wird von dem Rohsignal S1 ein berechnetes und/oder ein gemessenes Störsignal Sstör abgezogen, und durch die Differenzbildung des Rohsignals S1 und des Störsignals Sstör ein der R-Zacke eines EKG des fetalen Herzens entsprechendes Synchronisationssignal Skorr_Fötus(t) ermittelt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildgebung eines fetalen Herzens mittels einer Bildgebungsvorrichtung, bei welchem ein entsprechend ermitteltes Synchronisationssignal Skorr_Fötus(t) zur Synchronisation der Bildgebungsvorrichtung mit einem fetalen Herzzyklus verwendet wird.
-
Die Schrift
US 10 238 362 B2 beschreibt ein tragbares Pflaster. Dieses umfasst vorzugsweise eine Ultraschallsensoranordnung und ein Übertragungssystem, das mit der Ultraschallsensoranordnung gekoppelt ist, um Signalinformationen für die Ultraschallübertragung in den Körper bereitzustellen. Weiterhin umfasst es ein Empfängersystem, das an die Ultraschallsensoranordnung gekoppelt ist, und geeignet ist Signalinformationen von dem vom Körper reflektierten Ultraschallsignal zu empfangen. Weiterhin umfasst das Pflaster ine Steuerschaltung, diese ist mit dem Übertragungssystem und dem Empfängersystem verbunden. Das Pflaster ist vorzugsweise mit einem drahtlosen Kommunikationssystem versehen, um eine externe Steuerung und / oder Kommunikation zu ermöglichen. Die Anwendungen reichen von Diagnostik und Überwachung bis hin zu Rehabilitation und Wundheilung.
-
Die Schrift
US 10 278 581 B2 beschreibt eine Vorrichtung zum automatischen Erfassen eines Schwangerschaftsstatus einer Patientin. Diese Vorrichtung umfasst ein Pflaster zum Anhaften an der menschlichen Haut, einen Uteruskontraktionssensor wie Elektromyographie (EMG), der mit mindestens zwei Elektroden an das Pflaster gekoppelt ist, und einen Trägheitssensor zum Erfassen der Bewegung des Fötus oder FHR-Sensor (Fetal Heart Rate), wie z. B. Fetal EKG oder Doppler-Ultraschall. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine elektronische Schaltung. Die elektronische Schaltung ist mit dem Pflaster, dem EMG-Sensor und dem Trägheitssensor und / oder dem FHR-Sensor verbunden. Die Schaltung liefert eine Ausgabe basierend auf einem Uteruskontraktionssignal vom EMG-Sensor (oder Doppler-Ultraschall), das zeitlich mit einer fetalen Bewegung und / oder fetalen Herzfrequenz korreliert ist. Die Vorrichtung kann ein Thermometer enthalten, um zu helfen, automatisch einen Hinweis auf eine Schwangerschaftskomplikation oder einen Ovulationsstatus der Patientin basierend auf der Ausgabe bereitzustellen.
-
Die Schrift
US 2008 / 0 319 331 A1 beschreibt ein medizinisches Signalverarbeitungssystem zum Verarbeiten von medizinischen Signaldaten, die von einem menschlichen oder tierischen Herzen erhalten wurden, und Anzeigen einer grafischen Darstellung der verarbeiteten Daten zum Bereitstellen eines Alarms. Das System umfasst dabei Folgendes: eine medizinische Signaldateneingabe zum Eingeben eines oder mehrerer EKG-Signale; eine grafische Anzeige; und einen Signalprozessor, der mit dem Dateneingang und der Anzeige gekoppelt ist. Der Signalprozessor ist so konfiguriert um: medizinische Signaldaten einzugeben, die einer räumlichen Position in oder auf dem Organ zugeordnet sind; mindestens eine Messung in Bezug auf das Organ unter Verwendung der medizinischen Signaldaten durchzuführen, um Messdaten bereitzustellen; aus den Messdaten zu bestimmen, ob die Messung normal oder abnormal ist; und Anzeigen einer grafischen Anzeige einer Abnormalität an der räumlichen Position an einer Wand des Herzens, mit der die Signaldaten in Reaktion auf eine Abnormalität auf die Bestimmung verbunden sind, auf einer grafischen Darstellung des Herzens.
-
Aufgabe
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur sicheren, präzisen und zuverlässigen Bestimmung der Blutsauerstoffsättigung des embryonalen Blutes bereitzustellen.
-
Lösung der Aufgabe
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Zunächst erfolgt eine Definition, wie einige für das erfindungsgemäße Verfahren maßgebliche Begriffe im Rahmen dieser Erfindung zu verstehen sind:
- EKG:
- EKG steht für Elektrokardiographie und bezeichnet eine Untersuchungsmethode, bei der die elektrische Aktivität des Herzens auf der Körperoberfläche gemessen wird. Nerven- und Muskelzellen verständigen sich über elektrische und chemische Signale. Regelmäßige elektrische Impulse steuern auch den Herzschlag. Sie werden vom sogenannten Sinusknoten im rechten Vorhof des Herzens ausgelöst und breiten sich wie kleine Stromstöße über den Herzmuskel geordnet aus (Aktivierungswelle). Dadurch ziehen sich zuerst die Vorhöfe und dann die Herzkammern zusammen. Die Ausbreitung der elektrischen Reize im Herzmuskel ist auch auf der Haut messbar. Ein EKG misst diese elektrischen Potentialunterschiede an verschiedenen Stellen des Körpers und stellt diese als zeitabhängige Kurven dar (Amplituden-Zeit-Verlauf). Diese EKG-Kurven werden Elektrokardiogramm genannt.
-
Wenn das Herz gleichmäßig schlägt, ergibt sich das typische EKG-Muster: Der erste Ausschlag (P-Welle) zeigt, wie sich der elektrische Impuls (Erregung) über die Herzvorhöfe ausbreitet. Die Vorhöfe ziehen sich zusammen, leiten Blut in die Herzkammern und entspannen sich sofort wieder. Die Erregung erreicht dann die Herzkammern. Im EKG ist das als Q-, R- und S-Zacken sichtbar, dem sogenannten QRS-Komplex, der mit der Kontraktion der Herzkammern assoziiert ist. Danach zeigt die T-Welle an, dass sich die Erregung zurückbildet und sich die Herzkammern wieder entspannen. Sodann beginnt der Herzschlagzyklus erneut.
-
Die zeitlichen eingeordneten Daten des Erregungsablaufes des Herzes werden im Folgenden vereinfacht als EKG- (Mess-) daten bezeichnet.
-
Photoplethysmogramm (PPG)
-
Ein Photoplethysmogramm (PPG) ist ein optisch gewonnenes Plethysmogramm, mit dem Blutvolumenveränderungen im mikrovaskulären Gewebebett erkannt werden können. Ein PPG wird oft mit einem Pulsoxymeter erstellt, das die Haut beleuchtet und Veränderungen der Lichtabsorption misst. Ein herkömmliches Pulsoxymeter registriert die Durchblutung der Dermis und des subkutanen Gewebes der Haut.
-
Mit jedem Herzzyklus pumpt das Herz Blut in die Peripherie. Auch wenn dieser Druck-Impuls etwas gedämpft ist, wenn er die Haut erreicht, reicht er aus, um die Arterien und Arteriolen im Unterhautgewebe auszudehnen. Wenn das Pulsoximeter z.B. am Finger angebracht wird, ohne die Haut zu komprimieren, kann ein Druckpuls auch vom Venengeflecht aus als kleine sekundäre Spitze gesehen werden. Die durch den Druckimpuls hervorgerufene Volumenänderung wird erfasst, indem die Haut mit dem Licht einer Leuchtdiode (LED) beleuchtet und dann die Lichtmenge gemessen wird, die entweder durchgelassen oder zu einer Fotodiode reflektiert wird.
-
Ein Photoplethysmogramm (PPG) eines Embryos zur nichtinvasiven Messung der Blutsauerstoffsättigung des Embryos kann gewonnen werden, indem Licht auf den Bauch der schwangeren Frau projiziert, und das teilweise reemittierte Lichtsignal (Lichtremission, diffuse Reflexion von Lichtwellen) gemessen und ausgewertet wird. Diese reemittierten Lichtsignale werden dabei mit Sensoren, z.B. Photodioden, registriert. Bei diesen reemittierten Lichtsignalen handelt es sich um komplexe überlagerte Signale. Sie bestehen aus Komponenten, die die Blutsauerstoffsättigung des Embryos abbilden und Komponenten, die die Blutsauerstoffsättigung der Schwangeren abbilden. Die Trennung dieser überlagerten Signale von Schwangereren und Embryo ist jedoch mit den aktuell vorhandenen Verfahren nicht zuverlässig genug. Stehen die embryonalen Blutsauerstoffsättigungswerte im Fokus, so wird auch von einer transabdominalen nicht- invasiven embryonalen Pulsoxymetrie gesprochen. Das wird schematisch in gezeigt.
-
Die Funktionsweise eines PPG ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt, so beschreibt die
US 3 847 483 A eine nichtinvasive Vorrichtung, die zwei Wellenlängen des Lichtes verwendet, die von zwei abwechselnd Lichten aussendenden Dioden ausgehen um die Blutsauerstoffsättigung zu messen.
-
Verfahren:
-
Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine durch ein EKG-Signal getriggerte Mittelwertbildung von überlagerten PPG-Signalen.
-
Die mütterliche Herzfrequenz (60-90 Schläge pro Minute) unterscheidet sich erheblich von der embryonalen Herzfrequenz (120-160 bpm). Das EKG-Signal und das PPG-Signal sind miteinander über den Herzschlag korreliert. Damit ist es möglich, das embryonale PPG-Signal aus dem gemischten PPG-Signal einer Schwangeren und Embryo zu extrahieren, wenn entweder das EKG-Signal der Schwangeren oder das embryonale EKG-Signal gemessen wurde.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
- I. Erstellung eines gemeinsamen Photoplethysmogramm (PPG) der Schwangeren mit Embryo, sodass ein Rohsignal Roh_oPPG des erfassten remittierten Lichts erzeugt wird, welches embryonale Signalkomponenten EoPPG und Signalkomponenten der Schwangeren SoPPG beinhaltet
- II. Dazu wird Licht wenigstens zweier unterschiedlicher Wellenlängen auf den Bauch der Schwangeren und den sich darin befindlichen Embryo projiziert. Das reemittierte Licht enthält Komponenten, die Aussagen über die Blutsauerstoffsättigung ermöglichen. Insbesondere enthält das reemittierte Licht, Signale der Blutsauerstoffsättigung der Schwangeren und Signale der Blutsauerstoffsättigung des Embryos. Diese Signalkomponenten liegen als Überlagerung vor, wobei die embryonalen Signale deutlich schwächer sind. Liegen Ergebnisse für zwei Wellenlängen vor, dann kann mittels üblicher Verfahren, z.B. Pulsoxymetrie die Blutsauerstoffsättigung berechnet werden. Das Ergebnis ist ein Rohsignal Roh_oPPG.Messung der EKG-Signale der Schwangeren und/oder des Embryos, wobei die Messung simultan zur Erstellung des Photoplethysmogramm (PPG) aus Schritt I erfolgt
-
Hierzu wird ein EKG der Schwangeren und/oder des Embryos erstellt. Das EKG Signal der Schwangeren ist - in der Regel - deutlich „stärker“ als das EGK des Embryos. Somit kann durch einfache Schwellwertsetzung die R-Zacke der S. extrahiert werden. Mit der Independent Component Analyses können S.- und Embryo-EKG zuverlässig getrennt werden, wenn mindestens zwei simultane EKG-Signale gemessen werden. Bekannte Verfahren sind bsw. in A PCA/ICA based Fetal ECG Extraction from Mother Abdominal Recordings by Means of a Novel Datadriven Approach to Fetal ECG Quality Assessment (A. Karimi Rahmati, S.K. Setarehdan, and B.N. Araabi (2017)) sowie Electrical Dipole Source Localization using Hybrid Least Squares Method in combination with ICA. Current Directions in Biomedical Engineering (Samann, Rausch, Schanze (2019)) beschrieben.
- III. Segmentweise Mittelwertbildung des Rohsignals aus Schritt I Die Signalkomponenten des Rohsignals des PPG der Schwangeren SoPPG und des Embryos EoPG beinhalten die Information über die Blutsauerstoffsättigung der Schwangeren und des Embryos. Diese Signalkomponenten sind an den sogenannten QRS- Komplex des jeweiligen EKG-Signals gekoppelt. So korrelieren die Signalkomponenten des Rohsignals des PPG der Schwangeren mit dem EKG-Signal der Schwangeren SoPPG und die Signalkomponenten des Rohsignals des PPG des Embryos EoPPG mit dem EKG-Signal des Embryos.
-
Dies wird zur Trennung der Signalkomponenten genutzt. Dazu werden die mit dem EKG-Signal die Zeitpunkte der QRS-Komplexe der Schwangeren und/oder des Embryos simultan gemessen und zur Bestimmung der jeweiligen Signalkomponente(n) genutzt. Anschließend werden in Schritt III die Zeitpunkte der sogenannten R-Zacken, die aus den in Schritt II simultan registrierten EKG-Signalen detektiert wurden, bestimmt. Anhand dieser Zeitpunkte wird das registrierte remittierte Lichtsignal in Abschnitte - um diese Zeitpunkte - segmentiert. Die Mittelung wird immer durch die R-Zacke des EKGs ausgelöst. Je eine R-Zacke bildet den Mittelpunkt eines Zeitabschnitts. Dabei wird die Signalfensterbreite (d.h. der Zeitabschnitt über den die Mittelung erfolgt) der jeweiligen Segmente so gewählt, dass mind. eine Schlagperiode der Schwangeren und/oder des Embryos überdeckt wird, wobei eine Schlagperiode durch den Abstand zweier benachbarter R-Zacken im EKG-Signal definiert wird. Sodann werden die Messwerte über die Länge dieser Segmente gemittelt. Dies wird als getriggerte Mittelwertbildung bezeichnet.
-
Hierzu gibt es drei Möglichkeiten den Verfahrensschritt III durchzuführen:
- IIIa) Wenn ein EKG des Embryos vorliegt, werden Signalabschnitte des Rohsignals Roh_oPPG anhand des EKG-Signals des Embryos gemittelt. Dabei wird die-Signalfensterbreite (d.h. der Zeitabschnitt über den die Mittelung erfolgt) so gewählt, dass mind. eine Schlagperiode überdeckt wird. Die Mittelung wird immer durch die R-Zacke des EKGs des Embryos ausgelöst.
- IIIb) Wenn ein EKG der Schwangeren vorliegt, werden Signalabschnitte des Rohsignals Roh_oPPG anhand des EKG-Signal der Schwangeren gemittelt. Dabei wird die Signalfensterbreite (d.h. der Zeitabschnitt über den die Mittelung erfolgt) so gewählt, dass mind. eine Schlagperiode überdeckt wird. Die Mittelung wird immer durch die R-Zacke des EKGs der Schwangeren ausgelöst.
- IIIc) Wenn ein EKG des Embryos und ein EKG der Schwangeren vorliegt, dann kann das überlagerte Rohsignal Roh_oPPG mit den jeweiligen R-Zacken-Mittelungen gezielt separiert werden.
-
Durch die Mittelung werden auch Artefakte, z.B. infolge von Bewegungen, reduziert.
- IV. Extraktion der embryonalen Signalkomponenten aus dem Rohsignal aus Schritt I mittels der Mittelwerte aus Schritt III und Bestimmung der Blutsauerstoffsättigung des embryonalen Blutes aus den erhaltenen embryonalen Signalkomponenten
-
Die Extraktion der embryonalen Signalkomponenten aus den gemessenen Rohdaten der PPG aus Schritt I kann auf drei Wegen geschehen, je nachdem ob ein embryonales EKG-Signal oder ein EKG-Signal der Schwangeren vorliegt.
- IVa. Wenn ein embryonales EKG-Signal aus Schritt III vorliegt so werden aus den Rohdaten die Signalkomponenten des Embryos extrahiert und entsprechend werden auch die relevanten Signalkomponenten des Embryos bestimmt.
- IVb. Wenn ein EKG-Signal der Schwangeren aus Schritt II vorliegt, so werden aus den Rohdaten die Signalkomponenten der Schwangeren, extrahiert und entsprechend werden auch die relevanten Signalkomponenten der Schwangeren bestimmt. Anschließend werden die Signalkomponenten der Schwangeren vom Rohsignal geeignet abgezogen, um aus dem resultierenden Signal die embryonalen Komponenten zu extrahieren. Das in Schritt IIIb gemittelte Signal wird für eine definierte Anzahl von Schwangeren R-Zacken aus dem EKG-Signal der Schwangeren mittels dieser R-Zacken um jede R-Zacke gelegt. Es entsteht ein Signal, das in guter Näherung die gemittelten Signalkomponenten mS_oPPG der Schwangeren darstellt. Dieses Signal wird dann vom Rohsignal Roh_oPPg abgezogen, das Ergebnis die die Signalkomponenten des Embryos EoPPG,
EoPPG(t-t_SRZacke)=Roh_oPPG(t--t_SRZacke)-mSoPPG(t-t_SRZacke)
Hierbei ist SRZacke der Zeitpunkt der R-Zacke aus dem EKG-Signal der Schwangeren.
-
Somit werden die R-Zacken der Schwangeren dazu genutzt werden, dass mittlere Signalkomponenten der Schwangeren der PPG Messung mSoPPG je vom Rohsignal Roh_oPPG der PPG-Messung abzuziehen.
-
Dies kann mehrfach (iterativ) erfolgen, so dass immer weniger Komponenten des von der Schwangeren resultierenden Signals enthalten sind.
-
Es erfolgt eine gleitende Mittelwertbildung, da das Rohsignal Roh_oPPG zeitabhängig sein kann (instationär).
-
IVc. Liegen sowohl EKG-Signale des Embryos als auch der Schwangeren vor, Liegen beide EKGs vor, dann können sowohl die Signalkomponenten der Schwangeren, als auch die Signalkomponenten des Embryo auf zwei Arten bestimmt werden.
-
Und zwar gemäß Verfahrensschritt IVa oder IVb. Weiterhin können beide Vorgehensweisen kombiniert werden um besonders zuverlässige Daten für die Blutsauerstoffsättigung des Embryos zu erhalten.Zur Bestimmung der Blutsauerstoffsättigung wird das erfindungsgemäße Verfahren für simultane Messungen mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen eingesetzt.
-
Ausführungsbeispiel
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Blutsauerstoffsättigung des embryonalen Bluts wurde mittels einer einfachen Anordnung simuliert.
-
Dabei legen zwei Probanden jeweils einen Finger auf ein speziell entworfenes PPG-Gerät. Person A agiert als Ersatz für die Schwangere, Person B als Ersatz für den Embryo. Das Gerät hat zwei LEDs mit einer Spitzenwellenlänge von 700 nm und eine Anordnung von vier Silizium-Fotodioden durch einen nachgelagerten parallelgeschalteten Transformator. Das Licht geht innerhalb der Finger von der LED zu den Fotodioden, so dass die Messung einer Transmissionsmessung entspricht. Zusätzlich zu diesem überlagerten PPG sind die EKGs die für beide Personen aufgezeichnet wurden, sowie eine Referenz-PPG für die „Mutter“. Die in der Regel höhere Herzfrequenz des Embryos wird simuliert, indem Person B vor der Messung ein sportliches Training absolviert, um den Puls zu erhöhen.
-
Aufgrund der starken Abhängigkeit zwischen EKG und PPG können die R-Spitzen der QRS-Komplexe im EKG-Signal als Auslöser verwendet werden, um den Durchschnitt der überlagerten PPG zu bestimmen. Die R-Spitze hat einen markanten Peak und kann mit konventionellen Peakfindern wie in MatLab oder Python bspw. über den Tompkins-Algorithmus leicht bestimmt werden. Die Ergebnisse dieser Simulation sind in Abbildung 3 gezeigt.
-
Figurenliste
-
- 1 Schematische Darstellung des Aufbaus zur Erstellung eines Photoplethysmogramms eines durchblutenden Gewebes G
- 2 Schematische Darstellung des Aufbaus zur Erstellung eines Photoplethysmogramms einer Schwangeren S und eines Embryos E
- 3 Ergebnisse der Simulation an zwei Probanden an jeweils einem Finger
- a) EKG der „Schwangeren“
- b) EKG des „Embryos“
- c) überlagertes Rohsignal des PPG der „Schwangeren“ und des „Embryos“
- d) Referenz-PPG Signal der „Embryos“
- e) Ergebnis der Mittelwertbildung des Referenz-PPG Signals des „Embryos“
-
Das Zeitfenster der Mittelwertbildung ist auf die Länge von 3 „embryonalen“ Herzschlägen eingestellt. Die vertikalen Linien zeigen die Fläche einer PPG-Periode an.
-
Bezugszeichenliste
-
- LED
- Leuchtdiode
- PD
- Photodiode
- A
- Arterie
- V
- Vene
- G
- Gewebe
- K
- Kapillaren
- S
- Schwangere
- E
- Embryo
