DE19840452A1

DE19840452A1 - Verfahren und Vorrichtung zur nicht-invasiven Messung von Konzentrationen von Blutkomponenten

Info

Publication number: DE19840452A1
Application number: DE19840452A
Authority: DE
Inventors: Airat K Amerov; Kye-Jin Jeon; Yoen-Joo Kim; Gil-Won Yoon
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2018-09-05
Also published as: JP3875798B2; GB9818315D0; JPH11128209A; US6026314A; GB2329015B; FR2768043A1; DE19840452B4; FR2768043B1; GB2329015A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Konzentrationen von Blutkompo nenten und insbesondere auf ein nicht-invasives Verfahren und eine nicht-invasive Vorrichtung zur Messung von Konzen trationen von Blutkomponenten, wie Glukose, Cholesterin, Albumin, Hämoglobin und Bilirubin sowie einigen anderen Analyten, wie etwa Alkohol und Drogen, beruhend auf Spek troskopie.

Vorrichtungen zur Überwachung von Blutkomponentenkon zentrationen eines Patienten sind bekannt. Techniken, die diese Vorrichtungen benutzen, erfordern das Gewinnen einer kleinen Blutprobe durch Anstechen eines Fingers, die auf einen chemisch behandelten Träger angeordnet und in ein tragbares Gerät zur Messung von Blutkomponentenkonzentratio nen eingeführt wird. Dieses Anstechen des Fingers ist schmerzhaft und kann ein Problem sein, wenn Proben oftmals erforderlich sind. Obgleich die Kosten für diese Instrumente nicht bedeutend sind, sind die Kosten für die Einmalposten (Teststreifen, Lanzetten usw.) und die gesundheitlichen Gefahren, die mit einer offenen Wunde in Verbindung stehen, nicht wünschenswert. Ferner ist der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Blutprobe auf einem chemisch behandel ten Träger angeordnet wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der Träger in ein Gerät eingeführt wird, kritisch und eine Quel le von Ungenauigkeit. Dementsprechend gibt es eine weit ver breitete Nachfrage nach einer nicht-invasiven Bestimmung von Glukose bei Millionen von Diabetikern auf der ganzen Welt. Viele von diesen benötigen mehrere Glukose-Tests pro Tag, um eine korrekte Insulinüberwachung und Diät zu bekommen. Nicht-invasive Bilirubinmessungen sind nützlich für Neugebo rene mit Gelbsucht, und Cholesterinmessungen sind nützlich für Menschen, die an Artheriosklerose leiden.

Es sind verschiedene Schemata zur Messung von Blutkom ponentenkonzentrationen auf eine nicht-invasive Weise aus probiert worden. Von diesen benutzen US 4901728 und US 5009230 die optische Aktivität von Glukose, wobei der Drehwinkel der Polarisation gemessen wird, wenn ein polari siertes Lichtbündel einen von Gefäßen durchsetzten Teil des Körpers durchläuft. Die Meßgenauigkeit ist durch die geringe Absorption von Glukose im Bereich von 940-1000 nm und das Vorhandensein anderer Komponenten mit optischer Aktivität im Körper (beispielsweise einige Aminosäuren) beschränkt.

Eine weitere Technik verwendet nicht-invasive Sensorsy steme zur Glukoseüberwachung der Augenflüssigkeit auf der Grundlage von Polarisation (US 3958560) oder Raman-Spektro skopie (US 5243983). Eine solche Technik kann allerdings für den Patienten erheblich unangenehm sein, weil eine Vorrich tung auf seinem Auge angeordnet werden muß. Ein genaueres und weniger zudringliches System ist wünschenswert.

Ein weiterer spektroskopischer Ansatz beruht auf den Möglichkeiten von Absorptions- und Reflexionsspektroskopie im nahen Infraroten. Mehrere der oben erwähnten Patent schriften benutzen Absorptions- oder Reflexionsspektroskopie zur Messung dem Glukosekonzentration im menschlichen Blut. Das Grundprinzip besteht darin, Licht mehrerer Wellenlängen subkutan in Blut enthaltendes Gewebe zu senden und die In tensität des vom Gewebe reflektierten oder durchgelassenen Lichts festzustellen. Unter Verwendung wohlentwickelter mathematischer Algorithmen ist es möglich, die Glukosekon zentration anhand der Lichtintensitätswerte zu messen. Der nahe Infrarotbereich des Spektrums ist für eine nicht-inva sive Messung von Konzentrationen von Blutkomponenten wegen der verhältnismäßig guten Lichtdurchlässigkeit von Hautgewe be bei diesen Wellenlängen geeignet. Die Hauptnachteile dieses Ansatzes sind die niedrige Konzentration von Glukose im Gewebe im Verhältnis zu Wasser, das eine signifikante Absorption in diesem Bereich hat; eine Anzahl weiterer Kom ponenten im Gewebe, die sich hinsichtlich der Lichtabsorp tion mit Glukose störend beeinflussen; eine signifikant nicht-homogene Gewebestruktur und entsprechende Verteilung von Glukose im Gewebe; Lichtstreuungseigenschaften des Gewe bes beeinflussen die quantitativen Lichtabsorptionsmessun gen. Die richtige Wahl für die Messung des Spektralbereichs und die Regeln der Wellenlängenauswahl sind wichtig für die Schaffung von Genauigkeit bei der Glukosekonzentrationsbe stimmung.

Der Spektralbereich von 800-1850 nm ist eine Perspek tive für die Durchführung quantitativer Messungen, weil sich in diesem Bereich die Wasserabsorptionslinie bei 1450 nm nicht signifikant mit Absorptionslinien anderer Komponenten, wie etwa Protein, Fett, Hämoglobin, Oxy-Hämoglobin, über lappt und es gleichzeitig möglich ist, eine getrennte Glu koseabsorptionslinie im Bereich von 1600 nm auszuwählen.

Bestandteilabsorption in diesem Bereich ist größer als beispielsweise im Bereich von 600-1100 nm, der in US 5028787 verwendet wird, und folglich ist es möglich, die notwendige Genauigkeit bei der Glukosebestimmung unter Verwendung eines einfacheren Konzentrationsberechnungsalgorithmus zu schaf fen. Andererseits wird bei der Wellenlängenauswahl und dem entsprechenden Berechnungsalgorithmus die Referenzwellenlän ge so ausgewählt, daß das Reflexionsvermögen für das Licht im wesentlichen von der Konzentration einer Blutkomponente unbeeinflußt ist, und die Signalwellenlänge wird unter In frarotwellenlängen ausgewählt, bei welchen sich das Refle xionsvermögen mit der Konzentration einer Blutkomponente, die gerade gemessen wird, ändert. Ihr entsprechendes elek trisches Signalverhältnis ist für eine genaue Bestimmung der Blutglukosekonzentration nicht ausreichend, wenn man Blut- und Gewebekomponenten in Betracht zieht, die Licht in diesem Spektralbereich absorbieren. Man darf die Möglichkeit nicht vergessen, daß, wenn andere Komponenten (nicht Glukose) des Bluts ihre Konzentration ändern, dies eine Änderung des Reflexionsvermögens bei der für die Glukosemessung ausge wählten Wellenlänge bewirkt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß nur US 5313941 die Vor teile einer gepulsten Lichtquelle im nahen Infrarot für eine Blutglukosebestimmung betont. US 5313941 verwendet jedoch Breitbandimpulse von Infrarotlicht, die im Bereich von 2 bis 20 µm emittiert werden und mit Systole und Diastole des Herz zyklus des Patienten synchronisiert sind. Gleichzeitig ist es möglich, die offensichtlichen Vorteile einer gepulsten polychromatischen Lichtquelle, wie einer Xe-Blitzlampe, herauszustellen. Blitzlampen-Lichtquellen haben eine höhere Spitzenleistung als eine LED und im Vergleich zu bekannten Laser-Dioden besteht der Hauptvorteil darin, daß eine ge pulste Blitzlampe ein kontinuierliches Spektrum ist. Folg lich ist die Auswahl jeder benötigten Wellenlänge möglich, und natürlich sind sie nicht so teuer wie Laser-Dioden. Ferner können gepulste Blitzlampen bedeutend kleiner als polychromatische Lichtquellen, wie etwa Quarz-Halogen- oder Wolfram-Halogenlampen sein.

Dies macht es möglich, eine kompakte persönliche Über wachungsvorrichtung, beruhend auf einer gepulsten Blitzlam pe, zu entwickeln. Diese Art von Vorrichtung wurde in US 4267844 zur Messung der Bilirubinkonzentration unter Ver wendung eines Zweiwellenlängenalgorithmus (eine Wellenlänge wird als Signal entsprechend der Eigenabsorption von Biliru bin und die andere als Referenzsignal entsprechend der Hin tergrundabsorption ausgewählt) vorgeschlagen. Eine nicht- invasive Vorrichtung zur Cholesterinmessung ist aus US 5246004 bekannt, wo Licht einer Anzahl diskreter Wellen längen, die aus dem nahen Infrarotspektrum ausgewählt wer den, auf das Blut eingestrahlt wird und der oben erwähnte Algorithmus unter Verwendung des Verhältnisses des Signals und eines Hintergrundreferenzsignals verwendet wird.

Einer der Hauptnachteile bei biomedizinischen Anwendun gen der nahen Infrarotreflexionsspektroskopie, wie sie oben beschrieben wurde, sind Schwankungen der Grund-Spektralli nie. Beispielsweise hat sich bei neueren Untersuchungen, die auf die transkutane Glukoseüberwachung abzielten, herausge stellt, daß Schwankungen der Grundlinie im Spektrum die zur Glukoseabsorption gehörigen spektralen Merkmale zuschütten. Der Streukoeffizient von biologischem Gewebe hängt von vie len Strukturfasern und den Formen und Abmessungen der Zell strukturen ab. Um aus der Reflexionsspektroskopie im nahen Infraroten reproduzierbare Absorptionsdaten zu gewinnen, muß man die Auswirkungen von Änderungen des Streuhintergrunds minimieren.

Es besteht also ein großes Bedürfnis nach einem Ver fahren oder einer Vorrichtung zur nicht-invasiven Blutgluko sekonzentrationsmessung, die zuverlässige und genaue Ergeb nisse liefern.

Zur Lösung obiger Probleme ist es Aufgabe der vorlie genden Erfindung, ein praktisches, zuverlässiges und genaues Verfahren zur Messung von Blutglukosekonzentrationen in nicht-invasiver Weise zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer praktischen, zuverlässigen und genauen Vorrichtung zur Messung von Blutglukosekonzentrationen in einer nicht-inva siven Weise.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Messung von Blutkomponentenkonzentrationen gelöst, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
(a) Zuführen von Spannung an eine Lichtquelle, einen Mikro prozessor, Photodetektoren, Vorverstärker, Analog-Digital wandler und eine Anzeigevorrichtung, (b) Einstrahlen von Licht im nahen Infraroten in einem Spektralbereich von 800-1850 nm mit der Lichtquelle, (c) Fokussieren des Lichts im nahen Infraroten mit einem Reflektor und einem Kondensor zur Einstrahlung des fokussierten Lichts auf die Haut eines Probanden, (d) Empfangen von Information über die Blutkom ponentenkonzentration enthaltendem Licht im nahen Infraro ten, welches an Blut enthaltenden Geweben und Blutgefäßen zurückgestreut oder von diesen durchgelassen wurde, mit einer Anzahl von Richtungselementen, die auf spektralselek tive Elemente zu richten sind, (e) Selektives Ausgeben des Lichts wenigstens dreier Wellenlängen aus dem Licht im nahen Infraroten durch die spektralselektiven Elemente, (f) Um wandeln des von den spektralselektiven Elementen ausgewähl ten Lichts wenigstens dreier Wellenlängen in analoge elek trische Signale, (g) Verstärken der analogen elektrischen Signale durch Vorverstärker, (h) Umwandeln der verstärkten analogen elektrischen Signale in digitale Signale durch die Analog-Digitalwandler und Übertragen derselben auf den Mi kroprozessor, (i) Berechnen eines Verhältnisses D der digi talen Signale, das durch die Formel

dargestellt wird, wobei n die Anzahl ausgewählter Wellenlän gen ist, wobei für n = 3 D = (log1/T₁-log1/T₂)/(log1/T₂-log1/T₃) und für n = 4
D = (log1/T₁-log1/T₂)/(log1/T₂+log1/T₃-2log1/T₄).

Vergleichen des berechneten Verhältnisses D mit einer in einem Speicher gespeicherten Eichkurve und Berechnen der Blutkomponentenkonzentration mit dem Mikroprozessor und (j) Anzeigen der mit dem Mikroprozessor berechneten Blutkompo nentenkonzentration auf der Anzeige, wobei T_i = J_i/J_i0 mit i = 1, 2, . . ., n, J_i und J_i0 Intensitäten des rückgestreuten oder durchgelassenen Lichts und des einfallenden Lichts entspre chend der Wellenlänge i sind.

Im Schritt (b) wird das Licht im nahen Infraroten im Bereich von 800-1850 nm gleichzeitig auf die Blut enthalten den Gewebe und Blutgefäße durch die Haut während eines be stimmten Zeitimpulsintervalls eingestrahlt.

Ferner werden im Schritt (d) die Anzahl von Richtungs elementen geeignet orientiert und räumlich getrennt, um eine direkte Reflexion von der Hautoberfläche zu vermeiden und eine Minimierung der Wirkungen von Änderungen des Streuhin tergrunds zu schaffen.

Ferner sind in Schritt (e) mit der Annahme, daß A_ic mit i = 1, 2, . . ., n Absorptionswerte von Licht von n Wellenlängen für die bestimmende Blutkomponente und A_ij mit i = 1, 2,. . ., n Absorptionswerte für das Licht von n Wellenlängen für andere Komponenten mit Ausnahme der bestimmenden Blutkomponente sind, A_2C, A_3C, . . . A_nC vernachlässigbar verglichen mit A_1C, und das Licht von n Wellenlängen wird für andere Komponenten mit Ausnahme der bestimmenden Blutkomponente verwendet, wobei die Beziehung

d. h., für n = 3 A_1j- A_2j ≈ A_2j ≈ A_3j und für n = 4 A_1j ≈ A_2j ≈ A_2j + A_3j ≈ 2A_4j, erfüllt ist.

Zur Lösung der zweiten Aufgabe schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung von Blutkomponentenkonzentra tionen, die eine Lichtquelle im nahen Infraroten zur Abgabe von Licht im Spektralbereich von 800-1850 nm, einen Reflek tor zum Reflektieren des mit der Infrarot-Lichtquelle er zeugten Lichts im nahen Infraroten, einen Kondensor zum Sammeln und Fokussieren von Licht im nahen Infraroten und Einstrahlen desselben auf die Haut eines Probanden, Rich tungselemente für den Empfang des Information über Blutkom ponentenkonzentrationen enthaltenden Lichts im nahen Infra roten, welches von den Blut enthaltenden Geweben und Blutge fäßen zurückgestreut oder durchgelassen wurde, und Richten desselben in andere Richtungen, spektralselektive Elemente zum selektiven Ausgeben von Licht von wenigstens drei Wel lenlängen des Lichts aus dem nahen Infraroten, Photodetekto ren für den Empfang der von den spektralselektiven Elementen selektiv ausgegebenen optischen Signale und Umwandeln der optischen Signale in analoge elektrische Signale, Vorver stärker zum Verstärken der von den Photodetektoren ausgege benen analogen elektrischen Signale, Analog-Digitalwandler zum Umwandeln der verstärkten analogen elektrischen Signale in digitale Signale, einen Mikroprozessor zum Berechnen eines Verhältnisses D, welches durch eine bestimmte Formel,

wobei n die Anzahl der ausgewählten Wellenlängen ist, und für n = 3 D = (log1/T₁-log1/T₂)/(log1/T₂-log1/T₃) und für n = 4 D = (log1/T₁-log1/T₂)/(log1/T₂+log1/T₃-2log1/T₄) ist, darge stellt ist, Vergleichen desselben mit einem in einem Spei cher gespeicherten Eichwert und Berechnen von Blutkomponen tenkonzentrationen, eine Anzeige zum Anzeigen der durch den Mikroprozessor berechneten Blutkomponentenkonzentrationen und eine Spannungsquelle zum Liefern von Spannung an die Infrarotlichtquelle, den Mikroprozessor, die Photodetekto ren, die Vorverstärker, die Analog-Digitalwandler und die Anzeige enthält, wobei T_i = J_i/J_i0 mit i = 1, 2, . . ., n, J_i und J_i0 Intensitäten des rückgesteuerten oder durchgelassenen Lichts und des einfallenden Lichts entsprechend zur Wellenlänge i sind.

Die Lichtquelle für Licht im nahen Infraroten ist vor zugsweise eine Blitzlampe, welche die gleichzeitige Bestrah lung der Blut enthaltenden Gewebe und Blutgefäße durch die Haut während eines bestimmten Zeitimpulsintervalls liefert.

Ferner ist die Lichtquelle im nahen Infraroten vorzugs weise entweder eine Leuchtdiode oder eine Laser-Diode.

Ferner enthalten die Richtungselemente vorzugsweise geeignet orientierte und räumlich getrennte rechtwinklige Prismen zur Vermeidung einer Oberflächenreflexion an der Haut und Schaffung einer Minimierung der Effekte von Ände rungen des Streuhintergrunds.

Ferner enthalten die Richtungselemente vorzugsweise Bündel aus optischen Fasern.

Die Richtungselemente und die spektralselektiven Ele mente enthalten vorzugsweise Dispersionsprismen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, auf welchen

Fig. 1 ein Auftrag von Absorptionsspektren von Wasser, Glukose, Hämoglobin, Cholesterin, Albumin, Alkohol, Haut, Fett und Muskel im Spektralbereich von 800-1800 nm ist,

Fig. 2 ein Blockschaltbild ist, welches eine Vorrich tung zur Messung von Blutkomponentenkonzentrationen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und

Fig. 3 ein Flußdiagramm ist, welches ein Verfahren zur Messung von Blutkomponentenkonzentrationen gemäß der Aus führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Nachfolgend werden das Verfahren und die Vorrichtung für eine nicht-invasive Messung von Blutkomponentenkonzen trationen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen be schrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die Glukosekon zentration unter Verwendung von Licht dreier Wellenlängen gemessen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfah ren und eine Vorrichtung zur Feststellung und Quantifizie rung von Blutkomponentenkonzentrationswerten auf nicht-inva sive Weise durch Einstrahlung von Licht einer gepulsten polychromatischen Lichtquelle, die ein breites Spektrum von Licht, insbesondere im nahen infrarotbereich, abgibt, auf bzw. durch Körpergewebe.

Auf das Gewebe eingestrahltes Licht durchdringt das Gewebe insbesondere auch in die Blutgefäße, wo das Licht mit Glukosemolekülen wechselwirkt. Es ist zu beachten, daß Glu kose nicht nur im Blut, sondern auch in den umgebenden Blut gefäßgeweben konzentriert ist, weil die Glukosemoleküle mit ihrem niedrigen Molekulargewicht eindringen und diffundieren können. Natürlich ist die Glukosekonzentration in den Gewe ben proportional zur Glukosekonzentration im Blut. Aus die sem Grund ist es nicht erforderlich, den Transmissionskanal des Instruments in den Bereich um ein Blutgefäß herum zu lokalisieren. Das vom Blut und durch die umgebenden Blut enthaltenden Gewebe zurückgestreute Licht wird durch charak teristische Absorption in den Glukosemolekülen geschwächt und enthält Information über die Glukosekonzentration im Blut.

Die in der vorliegenden Erfindung enthaltene Analyseme thode kann als Algorithmus mit normiertem Verhältnis für mehrere Wellenlängen beschrieben werden, der berücksichtigt, daß viele Komponenten von Blut und Blut enthaltenden Gewe ben, die im nahen Infraroten absorbieren, vorhanden sind. Die Hauptkomponenten sind Wasser, Hämoglobin, Albumin, Cho lesterin, Haut, Fett, Muskel, Glukose usw. Spektren einiger dieser Komponenten und Bestandteile im nahen Infraroten sind in Fig. 1 gezeigt. Die Gesamtabsorption A_i des Lichts ist in diesem Fall die Summe von Absorptionswerten der Komponenten auf ausgewählten Wellenlängen, d. h.,

wobei i ein Index einer entsprechenden Wellenlänge und j ein Index von Blutkomponenten (Wasser, Hämoglobin, Cholesterin, Haut, Fett, Albumin und Glukose, etc.) ist.

Das einfachste Beispiel liegt für den Fall der Trans mission vor und sein Hauptprinzip gilt auch für Reflexion. Für n Wellenlängen ist es möglich, das Verhältnis D folgen dermaßen einzuführen:

für den Fall n = 3:

für den Fall n = 4:

wobei

mit A_ij ein Absorptionswert des Lichts der Komponente j für die Wellenlänge i und l eine Lichtweg länge in Blut enthaltenden Geweben und Blutgefäßen ist.

Obige Gleichungen 1 bis 3 liefern eine Minimalanzahl von ausgewählten Wellenlängen und gleichzeitig eine signifikante Kompensation für die Änderung des Werts D durch den Einfluß der Konzentrationsschwankungen der anderen Hauptblutkomponenten.

Eine Auswahl von drei Wellenlängen ist vernünftig im Hinblick auf die Minimalzahl von Empfangskanälen, und die Erfordernisse für die Wellenlängenauswahl sind folgende:

a) A_1g ist das Maximum von A_1g, A_2g und A_3g, wobei A_2g und A_3g verglichen mit A_1g vernachlässigbar sind; und
b) für andere Komponenten, mit Ausnahme von Glukose, muß die Beziehung A_1j-A_2j ≈ A_2j-A_3j erfüllt sein.

Eine Auswahl von vier Wellenlängen liefert eine signi fikantere Kompensation des Einflusses anderer Komponenten auf den Wert, wenn Schwankungen ihrer Konzentrationen vor liegen. Entsprechende Anforderungen für die Wellenlängen auswahl sind:

a) A_1g ist das Maximum von A_1g, A_2g, A_3g und A_4g, wobei A_2g, A_3g und A_4g verglichen mit A_1g vernachlässigbar sind; und
b) für andere Komponenten, mit Ausnahme von Glukose, muß die Beziehung A_1j-A_2j ≈ A_2j+A_3j-2A_4j erfüllt sein, um dominan te Blutkomponenten (Wasser, Hämoglobin) in Bezug auf den D- Wert zu kompensieren.

Im Falle der Auswahl von n Wellenlängen sind die Anfor derungen für die Wellenlängenauswahl folgendermaßen:

(a) A_1g ist das Maximum von A_1g, A_2g, . . ., A_ng, wobei A_2g, A_3g, . . ., A_ng im Vergleich zu A_1g vernachlässigbar sind;
(b) für andere Komponenten, mit Ausnahme von Glukose, muß die Beziehung
erfüllt sein, um dominante Blutkomponenten zu kompensieren.

Wegen dieser Bedingungen ist es nicht schwierig, die Glukosekonzentration C_g als folgende Formel zu schreiben:

C_g = K₀ + K₁D,

Für den Fall n = 3 gilt

und für den Fall n = 4

wobei K₀ und K₁ das Interzept und die Liniensteigung sind, wobei diese durch einen Eichvorgang bestimmt werden. In diesem Fall enthalten die Summen nicht die bestimmenden Komponente. Da ferner im realen Fall die Anforderungen (a) und (b) für die Wellenlängenauswahl nicht für alle Komponenten mit derselben Effizienz vorgesehen werden können, ist es manchmal vernünftig, drei oder vier Wellenlängenalgorithmen für unterschiedliche Blutkomponenten gleichzeitig unter Verwendung eines optimalen Satzes von Wellenlängen entsprechend jeder Komponente anzuwenden.

In diesem Falle ist eine Interferenzkompensation wegen der Möglichkeit, Daten zu verwenden, die aus einem anderen Komponentensatz und entsprechender Gleichung gewonnen sind, wirkungsvoller. Beispielsweise macht es die Auswahl unter schiedlicher Wellenlängensätze für Cholesterin, Albumin und Hämoglobin und die Bestimmung ihrer Konzentrationen möglich, neue Konzentrationsdaten für die Bestimmung der Glukosekon zentration auf der Basis des nächsten entsprechenden Gluko sewellenlängensatzes anzuwenden (Gleichung 5).

wobei Δx_j = Δc_j/C_jo das Relativverhältnis der Anfangskonzentra tion C_jo beim Berechnungsvorgang und deren Konzentrations variation Δ_cj und d_j die Liniensteigung im Bezug auf jede Konzentrationsvariation ist. Es ist möglich, die Anzahl der Gleichungen (Wellenlängensatz) gleich der Anzahl von unbe kannten Variablen (Δx_j) vorzusehen, um alle Konzentrationen von Blutkomponenten mit einer Absorption im nahen Infrarot bereich aufzufinden. Gleichzeitig ist es möglich, einige Komponenten unter Verwendung geeignet ausgewählter Wellen längenalgorithmen von der Berücksichtigung auszunehmen.

Gemäß dem oben beschriebenen Algorithmus kann Infrarot licht von drei Wellenlängen, wie etwa 1625 nm, 1364 nm und 1200 nm verwendet werden, und das Infrarotlicht von vier Wellenlängen, wie etwa 1625 nm, 1364 nm, 1200 nm und 1300 nm, kann für Messungen von Glukose verwendet werden. Ferner wird gemäß Gleichung 5 Infrarotlicht des Wellenlängensatzes 1164 nm, 1225 nm, 1300 nm zuerst zur Bestimmung der Hämoglo binkonzentration verwendet und danach kann das Infrarotlicht der Wellenlängensätze {1718 nm, 1364 nm, 1300 nm, 1164 nm} und {1739 nm, 1364 nm, 1300 nm, 1164 nm} zur Bestimmung der Konzentrationen von Cholesterin und Albumin unter Verwendung der bestimmten Hämoglobinkonzentration verwendet werden, und am Ende kann der Infrarotwellenlängensatz 1625 nm, 1364 nm, 1225 nm und 1164 nm zur Bestimmung der Blutglukosekonzen tration unter Verwendung der bestimmten Konzentrationen von Hämoglobin, Cholesterin und Albumin verwendet werden.

Der obige Satz optimaler Wellenlängen ist jedoch nur ein Beispiel, nicht beschränkt auf die im vorhergehenden Absatz beschriebenen Wellenlängen. Abhängig von den Unter suchungen von Absorptionsspektren für die zugehörigen Blut komponenten können die Wellenlängenwerte unterschiedlich sein.

Wie in Fig. 2 gezeigt, enthält die Vorrichtung für eine nicht-invasive Messung von Blutkomponentenkonzentrationen eine Nahinfrarot-Lichtquelle 1 zur Abgabe von Licht im Spek tralbereich von 800-1850 nm, einen optischen Reflektor 2 zum Reflektieren des mit der Infrarotlichtquelle 1 erzeugten Lichts im nahen Infraroten, einen Kondensor 3 zum Sammeln und Fokussieren des Nahinfrarotlichts und Einstrahlen des selben auf die Haut eines Probanden, erste bis dritte Rich tungselemente 4.1, 4.2 und 4.3 für den Empfang des die In formation über die Blutglukosekonzentration enthaltenden Nahinfrarotlichts, das von den Blut enthaltenden Geweben und Blutgefäßen zurückgestreut worden ist, und Richten desselben in andere Richtungen, erste bis dritte spektralselektive Elemente 5.1, 5.2 und 5.3 zur selektiven Ausgabe von Licht dreier Wellenlängen aus dem Nahinfrarotlicht, erste bis dritte Photodetektoren 6.1, 6.2 und 6.3 für den Empfang der betreffenden optischen Signale von den ersten bis dritten spektralselektiven Elementen 5.1, 5.2 und 5.3 und Umwandeln der optischen Signale in analoge elektrische Signale, erste bis dritte Vorverstärker 7.1, 7.2 und 7.3 zur Verstärkung der von den ersten bis dritten Photodetektoren 6.1, 6.2 und 6.3 ausgegebenen analogen elektrischen Signale, erste bis dritte Analog-Digital-(A/D-)Wandler 8.1, 8.2 und 8.3 zur Umwandlung der verstärkten analogen elektrischen Signale in digitale Signale, einen Mikroprozessor 9 zur Berechnung eines durch eine bestimmte Formel dargestellten Verhältnis ses (D), Vergleichen desselben mit einer in einem Speicher 10 gespeicherten Eichkurve und Berechnung der Blutglukose konzentration, eine Anzeigevorrichtung 11 zur Anzeige der mit dem Mikroprozessor 9 berechneten Blutglukosekonzentra tion und eine Spannungsquelle 12 zur Versorgung der Infra rotlichtquelle 1, des Mikroprozessors 9, der ersten bis dritten Photodetektoren 6.1, 6.2 und 6.3, der ersten bis dritten Vorverstärker 7.1, 7.2 und 7.3, der ersten bis drit ten Analog-Digital-(A/D-)Wandler 8.1, 8.2 und 8.3 und der Anzeigevorrichtung 11 mit Spannung.

Die Nahinfrarotlichtquelle 1 ist eine polychromatische Lichtquelle, die Licht in einer großen Bandbreite, die den nahen Infrarotbereich enthält, abgibt. Die Spannung kann durch eine stabilisierte Spannungsquelle, wie etwa eine Gleichspannungsquelle, oder durch eine Batterie geliefert werden. Die Spannungsquelle 12 zur Lieferung von Spannung an die Infrarotlichtquelle 1, den Mikroprozessor 9, die ersten bis dritten Photodetektoren 6.1, 6.2 und 6.3, die ersten bis dritten Vorverstärker 7.1, 7.2 und 7.3, die ersten bis drit ten Analog-Digital-(A/D-)Wandler 8.1, 8.2 und 8.3 und die Anzeigeeinrichtung 11 sind elektrisch miteinander verbunden.

Die Nahinfrarotlichtquelle 1 ist in Bezug auf den opti schen Reflektor 2 und den optischen Kondensor 3, der ein Satz von speziell ausgewählten und justierten Linsen zur Schaffung einer wirkungsvollen Fokussierung des Lichtbündels ist, optisch verbunden und justiert. Das Licht der Nahinfra rotlichtquelle 1 wird vom optischen Reflektor 2 reflektiert und auf den Kondensor 3 gerichtet. Der Kondensor 3 fokus siert das Lichtbündel auf die Oberfläche der Haut. Irgendein Teil des menschlichen Körpers kann als der Gegenstand ver wendet werden, beispielsweise Finger, Handgelenk oder Ohr. Von Blut enthaltenden Geweben rückgestreutes Licht wird durch drei Richtungselemente 4.1, 4.2 und 4.3 jeweils auf die spektralselektiven Elemente 5.1, 5.2 und 5.3 gerichtet. Gleichzeitig wird das von der Hautoberfläche reflektierte Licht durch die Anordnung und Orientierung des ersten bis dritten Richtungselements 4.1, 4.2 und 4.3 nicht auf das erste bis dritte spektralselektive Element 5.1, 5.2 und 5.3 gerichtet. Prismen, Faserbündel, Zerstreuungselemente können als das erste bis dritte Richtungselement 4.1, 4.2 und 4.3 verwendet werden. Der Abstand (2/d, d beträgt üblicherweise 2-5 mm) zwischen dem Rand der Richtungselemente und dem Brennpunktsort ist ausreichend, eine direkte Reflexion von der Hautoberfläche zu vermeiden und ist gleichzeitig optimal dafür, eine Minimierung der Effekte von Änderungen des Stre uhintergrunds zu liefern. Das erste bis dritte spektralse lektive Element 5.1, 5.2 und 5.3 geben selektiv schmales spektrales Licht aus dem nahen Infrarotbereich aus. Das von den ersten bis dritten spektralselektiven Elementen 5.1, 5.2 und 5.3 ausgegebene Licht wird dem ersten bis dritten Photo detektor 6.1, 6.2 und 6.3 eingegeben, die im nahen Infraro ten empfindlich sind. Germanium-Photodioden können hierbei als die Photodetektoren verwendet werden.

Das Verfahren und die Vorrichtung für eine nicht-inva sive Messung von Blutkomponentenkonzentrationen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben.

Wenn die Spannungsquelle 12 an die einzelnen Teile im Schritt 30 Spannung liefert, strahlt die Nahinfrarotlicht quelle 1 im Schritt 32 Licht im nahen Infraroten ab. Im Schritt 34 wird das vom optischen Reflektor 2 reflektierte Infrarotlicht fokussiert und dann auf die Haut des Probanden eingestrahlt. Im Schritt 36 wird das Information über die Blutglukosekonzentration enthaltende Nahinfrarotlicht, das von den Blut enthaltenden Geweben und Blutgefäßen rückge streut worden ist, mit den ersten bis dritten Richtungsele menten 4.1, 4.2 und 4.3 empfangen und auf die ersten bis dritten spektralselektiven Elemente 5.1, 5.2 und 5.3 über tragen.

Im Schritt 38 wird Licht dreier Wellenlängen aus dem Nahinfrarotlicht durch die ersten bis dritten spektralselek tiven Elemente 5.1, 5.2 und 5.3 ausgewählt und dann auf die ersten bis dritten Photodetektoren 6.1, 6.2 und 6.3 ausgege ben. In Schritt 40 wird das von den ersten bis dritten Pho todetektoren 6.1, 6.2 und 6.3 eingegebene Licht in analoge elektrische Signale umgewandelt. In Schritt 42 werden die jeweiligen analogen elektrischen Signale durch die ersten bis dritten Vorverstärker 7.1, 7.2 und 7.3, die mit den ersten bis dritten Photodetektoren 6.1, 6.2 und 6.3 verbun den sind, verstärkt. Im Schritt 44 werden die vom ersten bis dritten Vorverstärker 7.1, 7.2 und 7.3 ausgegebenen analogen elektrischen Signale durch erste bis dritte A/D-Wandler 8.1, 8.2, und 8.3 in digitale Signale umgewandelt. Im Schritt 46 werden von den ersten bis dritten A/D-Wandlern 8.1, 8.2 und 8.3 ausgegebene Daten dem Mikroprozessor 9 eingegeben. Der Mikroprozessor 9 berechnet ein Verhältnis (D) der Digitalsi gnale, das durch die oben beschriebene Formel (1) darge stellt wird, vergleicht das berechnete Verhältnis (D) mit einer in dem Speicher 10 gespeicherten Eichkurve und berech net die Blutglukosekonzentration. Hierbei können in Schritt 46 die Konzentrationen von Blutkomponenten auch gemäß der chemometrischen Analyse berechnet werden. In Schritt 48 wird die berechnete Blutglukosekonzentration auf einer mit dem Mikroprozessor 9 verbundenen Anzeige angezeigt.

Die Nahinfrarotlichtquelle 1 kann eine Blitzlampe sein. Es ist auch möglich, irgendeine andere Lichtquelle, die ausreichend intensiv ist und Licht auf ausgewählten Wellen längen emittiert, wie entsprechende LEDs, Laser-Dioden, zu verwenden. Auch kann der Mikroprozessor 9 ein Einchipmikro computer, der einen Analog-Digitalwandler und einen Speicher enthält, sein.

Es ist klar, daß die oben vorgeschlagene Beschreibung für den Fall eines Vierwellenlängenalgorithmus oder eine Kombination aus einem Vierwellenlängen- und einem Dreiwel lenlängenalgorithmus oder allgemein für den Fall eines n- Wellenlängenalgorithmus angewandt werden kann. Es ist auch klar, daß die Erfindung auf die Messung von Konzentrationen von Cholesterin, Albumin, Hämoglobin und Bilirubin und eini ger anderer Analyten, wie Alkohol und Drogen, sowie die Kon zentration von Blutglukose angewendet werden kann.

Wie oben beschrieben, kann bei dem Verfahren und der Vorrichtung für eine nicht-invasive Messung von Konzentra tionen von Blutkomponenten gemäß der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung ohne Unbequemlichkeit für den Patienten verwendet werden, wobei sie auch nur minimale Kosten erfor dert. Es ist auch möglich, eine Blutkomponentenkonzentration schnell zu Hause zu messen. Gemäß der Erfindung lassen sich Schmerzen für den Patienten wie die Gefahr einer Infektion infolge häufiger Blutabnahme vermeiden. Ferner können bei der vorliegenden Erfindung zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung des Reflexionsvermögens im nahen Infraroten bei Hu mankörpergeweben die Wirkungen von Änderungen des Rückstreu untergrunds minimiert werden. Ferner sind zur Vermeidung einer Reflexion von der Hautoberfläche in die Empfangskanäle Transmissions- und Empfangskanäle räumlich voneinander ge trennt. Eine Minimierung der Effekte von Änderungen des Rückstreuuntergrunds kann erzielt werden, indem Messungen in einem bestimmten Abstand, üblicherweise 2-5 nm vom Einstrah lungspunkt vorgenommen werden. Dies läßt sich verwirklichen, indem Faserbündel oder rechtwinklige Prismen beispielsweise, die räumlich getrennt sind, verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Messung von Konzentrationen von Blut komponenten, wie Glukose, Cholesterin, Albumin, Hämoglobin und einige andere Analyten, wie Alkohol und Drogen, mit folgenden Verfahrensschritten:

(a) Zuführen von Spannung an eine Lichtquelle, einen Mikroprozessor, Photodetektoren, Vorverstärker, Analog-Digi talwandler und eine Anzeigeeinrichtung,
(b) Erzeugen von Licht im nahen Infraroten im Spektral bereich von 800-1850 nm mit der Lichtquelle,
(c) Fokussieren des Nahinfrarotlichts mit einem Reflek tor und einem Kondensor zur Einstrahlung des fokussierten Lichts auf die Haut eines Probanden,
(d) Empfangen des Information über die Blutkomponenten konzentration enthaltenden Nahinfrarotlichts, das von Blut enthaltenden Geweben und Blutgefäßen zurückgestreut oder von diesen durchgelassen worden ist, mit einer Anzahl von Rich tungselementen zur Richtung auf spektralselektive Elemente,
(e) Selektives Ausgeben von Licht von wenigstens drei Wellenlängen aus dem Nahinfrarotlicht mit den spektralse lektiven Elemente,
(f) Umwandeln des von den spektralselektiven Elementen ausgegebenen Lichts wenigstens dreier Wellenlängen in analo ge elektrische Signale,
(g) Verstärken der analogen elektrischen Signale mit Vorverstärkern,
(h) Umwandeln der verstärkten analogen elektrischen Signale in digitale Signale durch die Analog-Digitalwandler und Übertragen derselben auf den Mikroprozessor,
(i) Berechnen eines Verhältnisses D der digitalen Si gnale, dargestellt durch die Formel
Vergleichen des berechneten Verhältnisses D mit einer in einem Speicher gespeicherten Eichkurve und Berechnen der Blutkomponenten konzentration mit dem Mikroprozessor, und
(j) Anzeigen der mit dem Mikroprozessor berechneten Blutkomponentenkonzentration auf der Anzeigeeinrichtung, wobei T_i = J_i/J_i0 mit i = 1, 2, . . . n, und J_i und J_i0 Intensitäten des rückgestreuten oder durchgelassenen Lichts und des einfal lenden Lichts entsprechend der Wellenlänge i sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (b) das Nahinfrarotlicht im Bereich von 800-1850 nm gleichzeitig auf die Blut enthaltenden Gewebe und Blutgefäße über die Haut während eines bestimmten Zeitimpulsintervalls eingestrahlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (d) die Richtungselemente geeignet orientiert und räumlich getrennt sind, um eine direkte Reflexion von der Hautoberfläche zu vermeiden und eine Minimierung der Effekte von Änderungen des Streuhintergrunds zu schaffen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (e), unter der Annahme, daß A_ic, i = 1, 2,. . ., n, Absorptionswerte von Licht von n Wellenlängen der gerade bestimmten Blutkomponen te und A_ij i = 1, 2, . . ., n, Absorptionswerte des Lichts von n Wellenlängen für Komponenten, die von der gerade bestimmten Blutkomponente verschieden sind, A_2C, A_3C, . . ., A_nC verglichen mit A_1C vernachlässigbar sind, und das Licht von n Wellenlän gen für Komponenten die von der gerade bestimmten Blutkom ponente verschieden sind, verwendet wird, wobei die Bezie hung
erfüllt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (e) die spektralselektiven Elemente selektiv das Licht von drei Wellenlängen aus dem Nahinfrarotlicht ausgeben und in Schritt (f) die Photodetektoren das Licht der drei von den spektralselektiven Elementen ausgegebenen Wellenlängen in analoge elektrische Signale umwandeln und im Schritt (i) der Mikroprozessor ein Verhältnis D der digitalen Signale be rechnet, das durch die Formel D = (log1/T₁-log1/T₂)/(log1/T₂-log1/T₃) dargestellt wird, das berechnete Verhältnis D mit einer in einem Speicher gespei cherten Eichkurve vergleicht und die Blutkomponentenkonzen trationen berechnet, wobei T_i = J_i/J_i0 mit i = 1, 2, 3, J_i und J_i0 Intensitäten des rückgestreuten oder durchgelassenen Licht und des einfallenden Lichts entsprechend der Wellenlänge i sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (e) unter der Annahme, daß A_ic, i = 1, 2, 3, Absorptionswerte von Licht dreier Wellenlängen 1, 2 und 3 für die bestimmende Blutkomponente und A_ij, i = 1, 2, 3, Absorptionswerte des Lichts von drei Wellenlängen 1, 2 und 3 für Komponenten, die von der gerade bestimmten Blutkomponente verschieden sind, sind, A_2C, A_3C verglichen mit A_1C vernachlässigbar sind, und das Licht von drei Wellenlängen 1, 2 und 3 für Komponenten ver wendet wird, die von der gerade bestimmten Blutkomponente verschieden sind, wobei die Beziehung A_1j-A_2j ≈ A_2j-A_3j erfüllt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Wellenlängen 1, 2 und 3 1625 nm, 1364 nm und 1200 nm sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (e) die spektralselektiven Elemente selektiv das Licht von vier Wellenlängen aus dem Nahinfrarotlicht ausgeben und in Schritt (f) die Photodetektoren das Licht von vier von den spektralselektiven Elementen ausgegebenen Wellenlängen in analoge elektrische Signale umwandeln und im Schritt (i) der Mikroprozessor ein Verhältnis D der digitalen Signale be rechnet, das durch die Formel D = (log1/T₁-log1/T₂)/(log1/T₂+log1/T₃-2log1/T₄) dargestellt wird, das berechnete Verhältnis D mit einer in einem Spei cher gespeicherten Eichkurve vergleicht und die Blutkompo nentenkonzentration berechnet, T_i = J_i/J_i0, i = 1, 2, 3, 4, J_i und J_i0 Intensitäten des rückgestreuten oder durchgelassenen Lichts und des einfallenden Lichts entsprechend der Wellenlänge i sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (e) unter der Annahme, daß A_ic, i = 1, 2, 3, 4, Absorptionswerte von Licht von vier Wellenlängen 1, 2, 3 und 4 für die bestimmen de Blutkomponente und A_ij, i = 1, 2, 3, 4, Absorptionswerte des Lichts von vier Wellenlängen 1, 2, 3 und 4 für andere Kom ponenten mit Ausnahme der bestimmenden Blutkomponente sind, A_2C, A_3C und A_4C verglichen mit A_1C vernachlässigbar sind, und Licht von vier Wellenlängen 1, 2, 3 und 4 für Komponenten verwendet werden, die von der gerade bestimmten Blutkomponen te verschieden sind, wobei die Beziehung A_1j-A_2j ≈ A_2j+A_3j-2A_4j erfüllt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Wellenlängen 1, 2, 3 und 4 1625 nm, 1364 nm, 1200 nm und 1300 nm sind.

11. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Schritte (a) bis (j) auf die Bestimmung von Konzentrationen von anderen Blutkomponenten unter Verwendung eines Wellenlängensatzes, der dem optimalen Wellenlängensatz für die Blutkomponente entspricht, angewandt werden und alle bestimmten Konzentra tionen auf eine genauere Bestimmung von abschließend be stimmten Blutkomponentenkonzentrationen angewandt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Wellenlängen satz 1164 nm, 1225 nm, 1300 nm für die Bestimmung der Hämo globinkonzentration und danach die Wellenlängensätze 1718 nm, 1364 nm, 1300 nm, 1164 nm und 1739 nm, 1364 nm, 1300 nm, 1164 nm zur Bestimmung von Cholesterin- und Albuminkonzen trationen unter Verwendung der bestimmten Hämoglobinkonzen tration und abschließend der Wellenlängensatz 1625 nm, 1364 nm, 1225 nm, 1164 nm zur Bestimmung der Blutglukosekonzen tration unter Verwendung der bestimmten Konzentrationen von Hämoglobin, Cholesterin und Albumin verwendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 4, wobei in Schritt (i) eine chemometrische Analyse auf die Berechnung der Blutkom ponentenkonzentrationen angewandt wird.

14. Vorrichtung zur Messung von Blutkomponentenkonzen trationen, welche aufweist:
eine Nahinfrarotlichtquelle zur Abgabe von Licht im Spektralbereich von 800-1850 nm,
einen Reflektor zum Reflektieren des mit der Infrarot lichtquelle erzeugten Lichts im nahen Infraroten,
einen Kondensor zum Sammeln und Fokussieren von Nah infrarotlicht und Einstrahlen desselben auf die Haut eines Probanden,
Richtungselemente für den Empfang von Information über Blutkomponentenkonzentrationen enthaltendem Infrarotlicht,
welches von Blut enthaltenden Geweben und Blutgefäßen rück gestreut oder durchgelassen worden ist, und Richten dessel ben in andere Richtungen,
spektralsensitive Elemente zum selektiven Ausgeben des Lichts von wenigstens dreier Wellenlängen aus dem Nahinfra rotlicht,
Photodetektoren für den Empfang der von den spektralse lektiven Elementen ausgegebenen betreffenden optischen Si gnalen und die Umwandlung der optischen Signale in analoge elektrische Signale,
Vorverstärker zum Verstärken der von den Photodetekto ren ausgegebenen analogen elektrischen Signale,
Analog-Digitalwandler zur Umwandlung der verstärkten analogen elektrischen Signale in digitale Signale,
einen Mikroprozessor zur Berechnung eines Verhältnisses D das gegeben ist durch
Vergleichen des Verhältnisses mit einer in einem Speicher gespeicherten Eichkurve und Berechnen von Blutkomponentenkonzentrationen,
eine Anzeige zum Anzeigen der mit dem Mikroprozessor berechneten Blutkomponentenkonzentrationen, und
eine Spannungsquelle zur Lieferung von Spannung an die Infrarotlichtquelle, den Mikroprozessor, die Photodetekto ren, die Vorverstärker, die Analog-Digitalwandler und die Anzeige, wobei T_i = J_i/J_i0 mit i = 1, 2, . . ., n, J_i und J_i0 Intensitä ten des rückgestreuten oder durchgelassenen und einfallenden Lichts entsprechend der Wellenlänge i sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Mikropro zessor ein Verhältnis D der digitalen Signale, das durch die Formel D = (log1/T₁-log1/T₂)/(log1/T₂- log1/T₃) dargestellt wird, berechnet, das berechnete Verhältnis D mit einer in einem Speicher gespeicherten Eichkurve vergleicht und die Blutkomponentenkonzentrationen berechnet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Mikropro zessor ein Verhältnis D der digitalen Signale, das durch die Formel D = (log1/T₁-log1/T₂)/(log1/T₂+log1/T₃-2log1/T₄) darge stellt wird, berechnet, das berechnete Verhältnis D mit einer in einem Speicher gespeicherten Eichkurve vergleicht und die Blutkomponentenkonzentrationen berechnet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Nahinfra rotlichtquelle eine Blitzlampe ist, die gleichzeitig eine Bestrahlung der Blut enthaltenden Gewebe und Blutgefäße durch die Haut während eines bestimmten Zeitimpulsintervalls liefert.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Nahinfra rotlichtquelle eine Leuchtdiode ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Nahinfra rotlichtquelle eine Laser-Diode ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Richtungs elemente geeignet orientierte und räumlich getrennte recht winklige Prismen zur Vermeidung einer Oberflächenreflexion an der Haut und Minimierung der Effekte von Änderungen des Streuhintergrunds aufweisen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Richtungs elemente optische Faserbündel enthalten.

22. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Richtungs elemente und die spektralselektiven Elemente Dispersions prismen enthalten.