DE10361556A1

DE10361556A1 - Meßanordnung und Verfahren zur Ermittlung nichterkannter verdeckter Diabetes

Info

Publication number: DE10361556A1
Application number: DE10361556A
Authority: DE
Inventors: Horst Ahlers
Original assignee: Ahlers, Horst, Dr.
Current assignee: AHLERS, HORST, DR., DE; ANDREAS THOMAS, DE; HORST AHLERS, DE; THOMAS, ANDREAS, DR., DE
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2004-07-29
Also published as: DE102004002933A1

Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit der Erkennung eines sogenannten verdeckten, d. h. nicht erkannten Diabetikers, mittels nichtinvasiv messender Anordnungen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß von Körperstellen, beispielsweise einer Hand, geometrische Linien und/oder elektrochemische Potentiale und/oder optoelektronische und/oder optochemische und/oder gaschemische Werte als Klassifizierungsmerkmale gemessen sind.

Description

Die Erfindung wird angewendet zur Erkennung des verdeckten Diabetikers. Der nichterkannte, verdeckte Diabetiker ist ein weltweites Problem. Im Jahr 2025 werden 300 Millionen Diabetiker erwartet, doppelt so viele wie heute.
Bei einer Untersuchung des Deutschen Diabetiker Bundes wurde festgestellt, daß nur jeder zehnte Diabetiker eine Vorsorgeuntersuchung absolvierte [Ostthüringer Zeitung vom 4. Oktober 2002]. Dadurch treten allein in Deutschland jährlich, verursacht durch Diabetes [Neue Apotheken Illustrierte Extra 5/2002, Erhebung von 1998, S. 19 und Prof. Dr. med. W. A. Scherbaum für Diabetes in NRW, 5.9.2000], weil zu spät erkannt, auf:

– 6.000 Erblindungen
– 8.300 Dialysefälle
– 27.000 Herzinfarkte
– 27.900 Amputationen Diabetischer Fuß
– 44.400 Schlaganfälle

Durch den Typ-2-Diabetes wurden in Deutschland im Jahr 1998 Kosten von 31,4 Mrd. DM verursacht [A. Liebl u.a.: Kosten des Typ-2-Diabetes in Deutschland, DMW 2001, 126 Jg., Nr. 20, S. 585–589]. Im Verlauf von 20 Jahren wird sich das noch verdoppeln, wenn es keine technische Lösung gibt, die den verdeckten Diabetiker rechtzeitig zu ermitteln gestattet.
Für die frühe Erkennung des Diabetikers werden derzeit folgende Lösungen verwendet:
Fragebögen
Die Fragebögen sind naturgemäß eine Verlegenheitslösung, da objektive meßtechnische Verfahren bisher fehlen [z.B. Diabetes-Risikotest des Deutschen Diabetes-Forschungsinstituts Düsseldorf, http://modul.diabetes.uni-duesseldorf.de/risiko-2 oder „Per Fragebogen rasch zur Diagnose". Ärzte-Zeitung Nr. 90, 15. Mai 2003, Deutsche Hochdruckliga].
Hautkollagene
Diese Methode geht von der Erkenntnis aus, daß sich bei hohem Blutzucker in der Haut zuckerhaltige Kollagene anreichern, die auf optischem Weg über Spektrometrie ermittelt werden [Apothekenrundschau vom 15.3.2002, Institut für Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie, Dortmund]. Naturgemäß funktioniert diese Methode erst, nachdem der Diabetes schon weit fortgeschritten ist. Außerdem ist er nur ein Indiz.
Palm Pattern
Dieses Vorgehen wird für eine Prädisposition verwendet und ist noch keine Entscheidung, ob Diabetes wirklich vorliegt [Prof. Bernard Richards at Manchester University's Institute of Science and Technology, BBC, 10.12.2001].
Fünf Meßwerte
In der Ärztezeitung vom 21.7.2003 wird eine Risiko-Erkennungsmethode vorgestellt, die fünf blutig zu bestimmende Meßwerte in ihrer Abweichung vom Normalwert zusammen betrachtet. Das erhöhte Diabetes-Risiko ist gegeben, wenn der Nüchternblutzucker höher als 110 mg/dl, der systolische Blutdruck ab 130 mm Hg oder der diastolische ab 85 mm Hg, Triglyzeride größer 150 mg/dl, HDL unter 40 mg/dl und der Body Mass Index (BMI) höher als 28,8 kg/m² betragen. Das ist ein hoher invasiver Meßaufwand und nicht breit praktikabel.
Antikörper
Patienten mit Juveniler Diabetes entwicklen Antikörper. Diese werden mit radioaktiv markierten Testkörpern detektiert. Bereits Jahre vor Ausbruch der Krankheit kann der Nachweis erfolgen [Fraunhofer Magazin 4/2002, S. 45]. Diese Methode ist invasiv.
Giucosetoleranztest
Ist durch die bisher beschriebenben Tests die Wahrscheinlichkeit eines Diabetes hoch, so erfolgt die Empfehlung der Verifizierung durch einen Arzt mittels des Glucosetoleranztests. Das erfolgt in jedem Fall blutig und ist der Goldstandard der Diabetologie. Er braucht hier nicht beschrieben werden. Dazu gibt es genug Publikationen [K. G. M. M. Alberti, P. Z. Zimmet: Definition, Diagnosis and Classification of Diabetes mellitus and ist Complications. Diabetic Medicine 1998, 15, S. 539–553 und T. Tankova, L. Dakovska, G. Kirilov, D. Koev: Intra-veneous glucose tolerance test and anti-GADGT antibodies in the diagnosis of the type of diabetes mellitus. Pract. Diab Int. 20(2003)1, S. 13–17] und tägliche Praxis.
Zu erkennen ist, daß nichtinvasive Diagnosegeräte zum schnellen objektiven Screening von Populationen nicht vorliegen. Daher erklärt sich auch der geringe Anteil von Diabetikern, die durch Vorsorgeuntersuchungen entdeckt wurden. Die meist zu späte Entdeckung eines Diabetikers verursacht hohe Kosten und zusätzliche Komplikationen wie beispielhaft aufgeführt.
Aufgabe der Erfindung ist, Meßanordnung und Verfahren für eine Früherkennung für verdeckte Diabetiker zu finden, die mit ausreichender Wahrscheinlichkeit eine Aussage zum Vorhandensein eines Diabetes gestattet. Diese muß ausreichend schnell, nichtinvasiv und für ein Screening breiter Bevölkerungskreise geeignet sein.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in drei Schritten vorgegangen wird, wobei jeder Schritt auch für sich allein einsetzbar ist.
1. HANDPRINT
Dieser Schritt bedient sich der Möglichkeiten der Dermatoglyphik. Diese ist nichtinvasiv und gründet sich auf die Genetik [z.B. Trends in Dermatoglyphic Research. KUWER Academic Publisher, Dortrecht/Boston/London 1990 oder A.-G. Ziegler u.a.: Dermatoglyphics in Type 1 Diabetes Mellitus. Diabetic Medicine 10(1993), S. 720–724]. Insbesondere bei genetisch homogenen Populationen werden genetisch bedingte Krankheiten festgestellt. Deshalb müssen auch Modelle für den verdeckten Diabetes von dem Bevölkerungskreis ausgehen und aufgestellt werden, für den sie die sogenannte „statistische Grundgesamtheit" bilden. Mit anderen Worten, ein Modell mit Daten von Kirgisiern kann auf einen Kreis von Dänen nicht angewendet werden usw. Deshalb ist das Screening mit immer wieder neuen Erhebungen verbunden.
Bestimmt werden Merkmale mit einem Scanner. Die Bestimmungsmethode zerlegt beispielsweise eine Fingerkuppe in ein Feld von 10 × 10 Merkmalen und ermittelt jeweils die Linienstruktur. Es wurde gefunden, daß für einen Diabetiker diese Struktur mit großer Wahrscheinlichkeit anders als für einen Nichtdiabetiker ist. Gefunden wurde außerdem, daß bis 12 Merkmalunterschiede spezieller Konfigurationen für die Einordnung in eine der beiden Klassen Diabetiker oder Nichtdiabetiker ausreichend sind.
2. HAUTMILIEU
Der zweite Erkennungsschritt ermittelt Informationen nichtinvasiv auf und/oder über der Haut. Diese Informationen stellen Fingerprint-Merkmale (Merkmale für Objekterkennungsverfahren) dar und werden mittels der elektronischen Nachbildung menschlicher Sinne gewonnen. Zur Verfügung stehen die elektronische Nase und/oder die elektronische Zunge und/oder das elektronische Auge.
Die durch den Diabetes verursachten metabolischen Zustände in oder auf der Haut führen zu einem charakteristischen Geruch, einem charakteristischen elektrochemischen Milieu und einer optischen Modifizierung der Haut. Elektronische Nase und elektronische Zunge erreichen hohe Korrelationswerte und sind deshalb prädestiniert für den Einsatz bei der Erkennung des verdeckten Diabetes. Das elektronische Auge liegt im optischen Bereich darunter. Durch Zuzatz einer Farbreaktion wird daraus eine optochemische Meßanordnung.
Die nichtinvasiv auf bzw. über der Haut ermittelten Merkmale werden durch die metabolischen Zustände infolge des durch den Diabetes veränderten Stoffwechsels hervorgerufen. Beispielhaft sei hier die Merkmalsermittlung durch eine elektronische Zunge erläutert. Der Proband legt einen Finger oder eine andere geeignete Hautstelle auf eine Elektrodenanordnung mit speziellen elektrochemischen Oberflächeneigenschaften. Stromlos werden Hautpotentiale ermittelt. Aus den Werten werden Merkmale gebildet und für Diabetiker- und Nichtdiabetikergruppen getrennt eingetragen.
3. IMPULSREAKTION
Ein dritter Erkennungsschritt wird durch die Reaktion des menschlichen Körpers auf einen Impuls ermittelt und nichtinvasiv als Hautmilieuänderung mittels der elektronischen Nase und/oder der elektronischen Zunge und/oder des elektronischen Auges gemessen. Dieser Impuls muß den Glucose-Insulin-Regelkreis des Menschen anstoßen und in kybernetischer Methodologie gemessen werden. Ein gesunder Regelkreis reagiert dabei anders als ein durch Diabetes veränderter. Das dient zur Diskrimination. Üblicherweise wird als Impuls der Glucosetoleranztest mit Einnahme von 75 g Glucose angesehen. Die nichtinvasive Multigas-Messung der Körperreaktion auf diesen Impuls über etwa 2 Stunden ergibt in neuer Weise anstelle einer Blutentnahme und Blutglucosemessung die notwendige Information für die Zuordnung in eine der Klassen Diabetiker oder Nichtdiabetiker. Für einen schnellen Test dauert das aber viel zu lange. Nun zeigt allerdings eine neuere Veröffentlichung, daß bei Insulin- und Glucoseinjektion der Blutkreislauf innerhalb einer Minute bereits kurzfristig und charakteristisch eine Regelauslenkung vornimmt und erst dann in den allseitig bekannten Verlauf übergeht [T. Tankova, L. Dakovska, G. Kirilov, D. Koev: Intraveneous glucose tolerance test and anti-GADGT antibodies in the diagnosis of the type of diabetes mellitus. Pract. Diab Int. 20(2003)1, S. 13–17]. Das ist der Ausgangspunkt für die Suche nach schnellen Tests. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten, wenn die verkoppelten Regelkreise des Menschen betrachtet werden [Kleine Enzyklopädie LEBEN. Bibliographisches Institut Leipzig 1976, S. 433]. Nichtinvasive Eingriffe können sowohl über neurologische Impulse als auch hormonal-chemische Reize ausgelöst werden.
Reizung des Sympathikus
Als Reizimpuls für einen schnellen Test kommen optische Hell-Dunkel-Sensationen, akustische Evozierung, Wärme-Kälte-Impulse oder Inhalation von Insulin usw. in Frage. Entscheidend ist, daß der Insulin-Glucose-Regelkreis angestoßen wird. Dessen Anfangsreaktion oder die mit diesen verknüpften und beeinflußten weiteren Regelkreise, die ebenfalls eine Anfangsreaktion zeigen und mit dem Insulin-Glucose-Regelkreis verbunden sind, werden nichtinvasiv gemessen. Dazu werden Multigas- sowie opto- und elektrochemische Meßinformationen herangezogen, die nichtinvasiv auf oder über der Haut gewonnen werden.
Hormonale Impulsauslösung
Diese auf den Stoffwechsel wirkenden oralen Antibiotika oder Insulininhalationen haben durchaus einen raschen Wirkungseintritt und sind deshalb als „ultima ratio" anzusehen. Sie sind aber noch stark in der Forschung und oft für den Gebrauch noch nicht zugelassen [G. Blass: Hoffnung für Diabetiker. BioTech 1-2/2003, S. 30–31 und www.probiodrug.de].
Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft erläutert werden.
1 zeigt einen handelsüblichen Scanner (1), der optional eine Handschablone (2) erhält, auf welche die Hand aufgelegt wird. Mit dem Scanner (1) werden die Hand oder Teile davon abgescannt und die Daten an einen Computer (3) geschickt. Dieser kann am Meßort oder über eine Telemetrieeinrichtung angekoppelt sein. Mit dem Gerät (4), welches eine elektrochemische Potentiale messende Elektrodenanordnung (5) mit verschiedenen Oberflächenmaterialien und optional noch eine optoelektronisch aus Lumineszenz- oder Laserdioden sowie Halbleiterempfängern oder eine optochemisch messende Anordnung (6) enthält, werden von einem Finger durch Auflegen Informationen gewonnen. Auch diese Daten werden an einen Computer (3) geschickt.
Die Klassifizierung in die Klassen Diabetiker oder Nichtdiabetiker erfolgt dadurch, daß aus Modellpopulationen von Diabetikern und Modellpopulationen von Nichtdiabetikern Merkmale mittels der genannten Geräte (1) und (4) gebildet werden. Diese dienen in einer Anlernphase zur Modellaufstellung. Nachdem diese Modellaufstellung erfolgt ist, wird mit mathematischen Methoden bei einer Neumessung festgestellt, zu welcher Klasse zuzuordnen ist. Das ist die Erkennungsphase einer Objekterkennung.
Jede dieser drei nichtinvasiv messenden, als Sensoren eingesetzten Anordnungen kann auch für sich allein Klassifikationsmerkmale ermitteln und zur Modellbildung herangezogen werden. Die Gewinnung von Merkmalen ist beispielhaft zu verstehen. Auch andere Körperstellen sind zulässig für die Merkmalsgewinnung. Zusätzlich ist eine gasmessende Anordnung wie bei einer elektronischen Nase oberhalb der Haut zur Gewinnung von Klassifikationsmerkmalen geeignet.

Claims

Anordnung und Verfahren zur nichtinvasiven Ermittlung von Körpermerkmalen zur Klassifizierung in die beiden Klassen Diabetiker und Nichtdiabetiker dadurch gekennzeichnet, daß aus Körperstellen wie beipspielsweise einer Hand geometrische Linien und/oder elektrochemische Potentiale und/oder optoelektronische und/oder optochemische und/oder gaschemische Werte als Klassifizierungsmerkmale gemessen sind.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Klassifizierungsmerkmale durch einen angeschlossenen Computer zur Modellbildung bzw. Klassifikation verwendet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Klassifizierungsmerkmale für eine Telemetrieeinrichtung erfaßt sind.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung der geometrischen Linien ein Scanner, für die elektrochemischen Potentiale Elektroden mit verschiedenen Oberflächenmaterialien, für die optoelektronischen Werte Lumineszenz- oder Laserdioden und Halbleiterempfänger und für die optochemischen Werte zusätztlich zur optoelektronisch messenden Anordnung eine chemische Farbreaktion sowie für die gaschemische Anordnung eine elektronische Nase eingesetzt sind.