DE202007019341U1 - Device for non-invasive measurement of blood sugar - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur nicht invasiven Bestimmung von Blutbestandteilen, insbesondere zur Glukosebestimmung im Blut eines Patienten, gekennzeichnet durch • eine Öffnung für einen Körperteil mit Sensoreinheit (2), bestehend aus einer Sendeeinheit (8) für elektromagnetische Strahlung im roten und infraroten Spektralbereich sowie einer Empfangseinheit (9) für die elektromagnetische Strahlung • eine mit der Empfangseinheit (9) verbundene Einrichtung (6) zur spektrofotometrischen Messung der arteriellen partiellen Sauerstoffsättigung des Hämoglobins im roten sowie infraroten Spektralgebiet • ein mit der Einrichtung (6) verbundener Mikrocontroller (3) zur Auswertung der in der Einrichtung (6) gemessenen arteriellen partiellen Sauerstoffsättigung und der Bestimmung des zugehörigen Glukosewertes • eine Speichereinheit (7), welche eine Berechnungsvorschrift zur Bestimmung des Glukosewertes im Mikrocontroller (3) enthält • ein Tastenfeld (4) zur Korrektur des Zusammenhangs zwischen arterieller partieller Sauerstoffsättigung und Glukosewert • eine Anzeige (5) zur Darstellung des ermittelten GlukosewertesDevice for the non-invasive determination of blood components, in particular for the determination of glucose in the blood of a patient, characterized by • an opening for a body part with a sensor unit (2), consisting of a transmission unit (8) for electromagnetic radiation in the red and infrared spectral range and a receiving unit (9 ) for the electromagnetic radiation • a device (6) connected to the receiving unit (9) for the spectrophotometric measurement of the arterial partial oxygen saturation of the hemoglobin in the red and infrared spectral region • a microcontroller (3) connected to the device (6) for evaluating the in the Device (6) measured arterial partial oxygen saturation and the determination of the associated glucose value • a memory unit (7) which contains a calculation rule for determining the glucose value in the microcontroller (3) • a keypad (4) for correcting the relationship between arterial partial er oxygen saturation and glucose value • a display (5) to show the glucose value determined

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur nicht invasiven Bestimmung von Blutbestandteilen, insbesondere zur Glukosebestimmung im Blut eines Patienten.The invention relates to a device for the noninvasive determination of blood constituents, in particular for the determination of glucose in the blood of a patient.

Gebiet der ErfindungField of the invention

Weltweit ist in den letzten Jahren die Zahl der an Diabetes erkrankten Menschen angewachsen mit steigender Tendenz. Sieben bis acht Prozent aller Erwachsenen in Deutschland haben Diabetes. Die Zuckerkrankheit (umgangssprachlich kurz: „Zucker”) oder der Diabetes mellitus (kurz: Diabetes) ist von anhaltend (chronisch) zu hohen Blutzuckerwerten gekennzeichnet. Für diesen zu hohen Blutzucker ist eine Störung im Blutzuckerregelkreis verantwortlich, die verschiedene Ursachen haben kann. Entsprechend dieser Ursachen wird diese Stoffwechselerkrankung in unterschiedliche Typen eingeteilt, wobei die beiden Formen Typ 1 und Typ 2 nahezu 99 Prozent der Fälle ausmachen. Diabetes betrifft Männer und Frauen in jedem Lebensalter. Bei nicht ausreichender Insulinproduktion oder fehlender Wirksamkeit des Insulins steigt der Blutzuckerspiegel an. Glukose wird dann vermehrt über die Nieren mit dem Urin ausgeschieden. Die Bezeichnung „Diabetes mellitus” (lat. „honigsüßer Durchfluss”) beschreibt dieses Symptom: Zucker im Urin. Die vermehrte Flüssigkeitsausscheidung hat häufiges Wasserlassen und mehr oder weniger starken Durst zur Folge. Außerdem tritt der Diabetes, abhängig von der Diabetes-Ursache, häufig mit anderen Erkrankungen wie Bluthochdruck oder Fettstoffwechselstörungen auf. Um Folgeerkrankungen durch den Diabetes zu vermeiden, ist eine frühzeitige, spezifische Behandlung unerlässlich. Die Hyperglykämie im allgemeinen Sinne ist ein Diagnosekriterium des Diabetes mellitus. Für die Entwicklung der Folgeerkrankungen (wie beispielsweise Herzerkrankungen, Erblindung, Schlaganfall, Nierenversagen) des Diabetes mellitus sind die durchschnittlichen Blutzuckerwerte über viele Jahre entscheidend. Bei einer normalen Person schwankt der Blutzuckerspiegel zwischen 60 und 130 Milligramm pro Deziliter, einer Schwankungsbreite von über 100%. Bei einem Diabetiker kann der Spiegel sogar zwischen 40 und 500 Milligramm pro Deziliter schwanken, was einer Schwankungsbreite von ungefähr 1000% bei Hyperglykämie entspricht. Diese großen Ausschläge des Glukosespiegels müssen vermieden werden, um die Symptome und Komplikationen der Krankheit zu vermeiden. Um die Ausschläge zu vermeiden, muss der Diabetiker in der Lage sein, seinen Blutzuckerspiegel komfortabel zu überwachen um dann möglichst rasch reagieren zu können, wenn sein Spiegel entweder über das Normalmaß ansteigt oder fällt. Gegenwärtig kann der Glukosespiegel durch eine chemische Reaktion, die an einer Blutprobe durchgeführt wird, bestimmt werden. Obwohl moderne Blutzuckermessgeräte sehr genau sind, ist die Verwendbarkeit dieser Geräte allein schon dadurch eingeschränkt, dass für jede Messung eine Blutprobe genommen werden muss. An Diabetes erkrankte Patienten führen in der Regel max. 4–5 Messungen am Tag durch und manche auch viel weniger. Da aber der Glukosespiegel eines Diabetikers um das Doppelte und mehr innerhalb einer Stunde fluktuieren kann, kann dieses invasive Verfahren nicht die nötige Rückkopplung für das Aufrechterhalten eines normalen Glukosespiegels innerhalb eines Tages leisten. Es ist wünschenswert, ohne die Entnahme und chemische Analyse von Blut auszukommen. Die handelsüblichen Geräte sind sehr von klimatischen Einflüssen abhängig. Bereits relativ geringe Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen, beispielsweise an nasskalten Wintertagen, können zu falschen Messergebnissen führen. Dagegen würde eine nicht invasive Blutzuckermesstechnik eine große Anzahl an täglichen Messungen, unabhängig von Temperaturschwankungen, erlauben, wodurch eine quasi kontinuierliche Kontrolle des Glukosespiegels möglich wäre. Es ist ein vorrangiger Gegenstand dieser Erfindung diesen Zweck zu erreichen.Worldwide, the number of people suffering from diabetes has increased in recent years with an upward trend. Seven to eight percent of all adults in Germany have diabetes. Diabetes (colloquially short: "sugar") or diabetes mellitus (short: diabetes) is characterized by persistent (chronic) high blood sugar levels. For this high blood sugar is a disorder in the blood sugar control loop responsible, which may have different causes. According to these causes, this metabolic disease is divided into different types, with the two forms type 1 and type 2 accounts for almost 99 percent of cases. Diabetes affects men and women of all ages. Insufficient insulin production or lack of insulin action causes blood sugar levels to rise. Glucose is then increasingly excreted in the urine via the kidneys. The term "diabetes mellitus" (lat. "Honey-sweet flow") describes this symptom: sugar in the urine. The increased fluid excretion leads to frequent urination and more or less strong thirst. In addition, diabetes, depending on the cause of diabetes, often occurs with other diseases such as high blood pressure or lipid metabolism disorders. To avoid complications from diabetes, early, specific treatment is essential. Hyperglycaemia in the general sense is a diagnostic criterion of diabetes mellitus. For the development of secondary diseases (such as heart disease, blindness, stroke, kidney failure) of diabetes mellitus, the average blood sugar levels over many years are crucial. In a normal person, the blood sugar level varies between 60 and 130 milligrams per deciliter, a variation of over 100%. In a diabetic, the level may even vary between 40 and 500 milligrams per deciliter, which corresponds to a fluctuation range of approximately 1000% in hyperglycemia. These large rashes of glucose levels must be avoided to avoid the symptoms and complications of the disease. To avoid the rashes, the diabetic must be able to comfortably monitor his blood sugar levels to be able to react as quickly as possible when his or her mirror either rises or falls above normal levels. At present, the level of glucose can be determined by a chemical reaction performed on a blood sample. Although modern blood glucose meters are very accurate, the usability of these devices is limited by the fact that a blood sample must be taken for each measurement. Patients with diabetes usually have a max. 4-5 measurements a day, and some less. However, since a diabetic's glucose level can fluctuate twofold and more within an hour, this invasive procedure can not provide the necessary feedback for maintaining a normal level of glucose within a day. It is desirable to get along without the removal and chemical analysis of blood. The commercially available devices are very dependent on climatic influences. Even relatively small changes in temperature or humidity, for example on wet, cold winter days, can lead to incorrect measurement results. In contrast, a non-invasive blood glucose measurement technique would allow a large number of daily measurements, regardless of temperature fluctuations, which would allow a quasi-continuous control of the glucose level. It is a primary object of this invention to achieve this purpose.

Stand der TechnikState of the art

Es gibt eine weit verbreitete Nachfrage nach einer nicht-invasiven Bestimmung von Glukose beim Menschen. Es sind auch bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen worden, um die Konzentration von Glukose in vivo durch Spektroskopie-Techniken zu messen. Einige der vorgeschlagenen Verfahren basieren vornehmlich auf der Erkenntnis, dass die Konzentration von Glukose im Kammerwasser, das die vordere Flüssigkeitskammer zwischen der Hornhaut und der Linse des menschlichen Augapfels ausfüllt, eine hohe Korrelation bezüglich der Konzentration von Blutzucker aufweist unter Berücksichtigung, dass die Quantität der Korrelation von Person zu Person schwankt. Das U.S.-Patent mit der Nummer 3,958,560 beschreibt eine nicht-invasive Vorrichtung zum Erkennen von Glukose im Auge des Patienten. Dabei handelt es sich um eine Kontaktlinse mit einer Lichtquelle, die infrarotes Licht auf einer Seite der Korea ausgibt, und einer Gegenstelle – auf der anderen Seite der Korea – welche das empfangene Licht misst. Das Infrarotlicht geht durch das Kammerwasser hindurch und erreicht den Empfänger. Dieser konvertiert die Quantität des empfangenen Lichts zu einem elektrischen Signal, welches von einer Lesevorrichtung ausgewertet und angezeigt wird. Diese Messverfahren hat sich als nicht genau genug erwiesen. Das U.S.-Patent mit der Nummer 3,638,640 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Sauerstoff und anderen Substanzen im Blut und Gewebe. Es werden eine Lichtquelle und ein Detektor verwendet. Beispielsweise wird der Detektor am Ohr platziert, dann wird die Intensität des durch das Ohr hindurch tretenden Lichts gemessen, das reflektiert wird, nach dem es durch das Blut und die Hypoderma hindurch reflektiert worden ist. Die Anzahl der zu einem gegebenen Zeitpunkt verwendeten Wellenlängen beträgt 1 plus der Anzahl der Wellenlängen, die charakteristisch für Substanzen ist, welche an der geprüften Stelle existieren. Die detektierten Signale bei unterschiedlichen Wellenlängen werden von einem elektrischen Schaltkreis verarbeitet, so dass man quantitative Daten erhält, ohne dass eine Beeinflussung aufgrund von Fluktuationen der Messbedingungen auftritt, z. B. Abweichungen des Detektors, Abweichungen der Intensität und Schwankungen des Blutstroms an der untersuchten Stelle. Bei dieser und auch bei anderen Erfindungen wird die Qualität der spektroskopischen Daten, die von einem für den infraroten Bereich ausgelegten Spektrometer erzeugt werden, durch die Leistungsfähigkeit der Hardware eingeschränkt aufgrund von Rauschanteilen des Spektralsignals. Diese gilt es zu unterdrücken bzw. muss das Signal/Rauschverhältnis entsprechend groß sein, so dass die im Blut vorhandene absolute physiologische Konzentration von Glukose mit spektroskopisch praktikabler Präzision gemessen werden kann. Geräte mit einer hohen Leistungsfähigkeit sind auch entsprechend kostenintensiver. Daher ist diese Technik für die große Zahl an Diabetes erkrankten Menschen, da entsprechende Geräte in der Herstellung kostenintensiv sind, nicht geeignet. In DE 43 42 105 A1 wird ein Gerät zur nicht invasiven Bestimmung der Glukose im menschlichen Blut, unter Durchführung höchstgenauer Temperaturmessungen beschrieben. Dabei wird die Körpertemperatur durch einen Messfühler erfasst und durch einen Mikrokontroller ausgewertet und umgerechnet in die entsprechenden Glukosekonzentrationen. Eine Eingabeeinheit dient zur Kalibrierung des Gerätes, bestehend aus den gemessenen Körpertemperaturen und den entsprechenden Glukosekonzentrationen. Die berechnete Glukosekonzentration wird in einer Anzeige dargestellt. Nachteil dieser Vorrichtung ist die Anwendung eines sehr empfindlichen und daher auch kostenaufwendigen Temperaturühlers.In DE 196 09 387 C2 wird ein Blutzuckermessgerät zur nicht invasiven Bestimmung der Glukose im menschlichen Blut, unter Anwendung eines Pulsfühlers zur Messung der Herzfrequenz vorgestellt. Unter Ausnutzung der Erkenntnis eines Zusammenhanges zwischen Herzfrequenz und Blutzuckerspiegel wird mit dem Blutzuckermessgerät über die Messung des Pulses der Blutzuckerspiegel ermittelt. Da jeder Patient einen anderen Zusammenhang der entsprechenden Werte aufweist, werden dessen spezifische Werte in Form von Puls und den die entsprechenden Höhe des Blutzuckerwertes repräsentierenden Kalibrierung über eine Eingabeeinheit zur anfänglichen Einspeicherung als Eingabegrößen eingegeben. Jedoch hat sich dieses Verfahren, Bestimmung des Blutzuckerspiegels bei Diabetikern über die Messung der Herzfrequenz als zu ungenau erwiesen.There is a widespread demand for non-invasive determination of glucose in humans. Various methods and devices have also been proposed for measuring the concentration of glucose in vivo by spectroscopic techniques. Some of the proposed methods are based primarily on the finding that the concentration of glucose in the aqueous humor filling the anterior fluid chamber between the cornea and the lens of the human eyeball has a high correlation with the concentration of blood glucose, taking into account that the quantity of correlation varies from person to person. The U.S. Patent No. 3,958,560 describes a non-invasive device for detecting glucose in the eye of the patient. It is a contact lens with a light source that emits infrared light on one side of the Korea, and a counterpart - on the other side of the Korea - which measures the received light. The infrared light passes through the aqueous humor and reaches the receiver. This converts the quantity of received light into an electrical signal which is evaluated and displayed by a reading device. These measuring methods did not prove to be accurate enough. The U.S. Patent No. 3,638,640 describes a method and apparatus for measuring oxygen and other substances in the blood and tissues. A light source and a detector are used. For example, the detector is placed on the ear, then the intensity of the light passing through the ear is measured, which is reflected after it has been reflected by the blood and the hypoderma. The number of wavelengths used at a given time is 1 plus the number of wavelengths characteristic of substances existing at the site under test. The detected signals at different wavelengths are processed by an electrical circuit, so that one obtains quantitative data, without any influence due to fluctuations of the measurement conditions occurs, for. B. deviations of the detector, deviations of the intensity and fluctuations of the blood flow at the examined site. In this and other inventions, the quality of the spectroscopic data generated by a spectrometer designed for the infrared range is limited by the performance of the hardware due to noise of the spectral signal. This must be suppressed or the signal / noise ratio must be correspondingly large, so that the absolute physiological concentration of glucose present in the blood can be measured with spectroscopically practicable precision. High performance devices are also more costly. Therefore, this technique is not suitable for the large number of people suffering from diabetes because such devices are expensive to manufacture. In DE 43 42 105 A1 is a device for the non-invasive determination of glucose in human blood, described by performing highly accurate temperature measurements. The body temperature is detected by a sensor and evaluated by a microcontroller and converted into the corresponding glucose concentrations. An input unit is used to calibrate the device, consisting of the measured body temperatures and the corresponding glucose concentrations. The calculated glucose concentration is displayed. Disadvantage of this device is the application of a very sensitive and therefore costly Temperaturühlers.In DE 196 09 387 C2 is a blood glucose meter for the non-invasive determination of glucose in human blood, using a pulse sensor for measuring the heart rate presented. Taking advantage of the knowledge of a relationship between heart rate and blood sugar levels, the blood glucose level of the blood glucose meter is determined by measuring the pulse. Since each patient has a different relationship of the corresponding values, its specific values in the form of pulse and the calibration representing the corresponding level of blood glucose value are input via an input unit for initial storage as input variables. However, this method, determination of the blood sugar level in diabetics on the measurement of heart rate has proved to be too inaccurate.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit welcher die Blutzuckerbestimmung ohne Blutentnahme durch den Patienten selbst mit hinreichender Genauigkeit erfolgen kann, das einfach zu bedienen ist, weitestgehend unabhängig von Temperaturschwankungen arbeitet und kostengünstig hergestellt werden kann.The object of the invention is to develop a device with which the blood sugar determination can be done without blood collection by the patient himself with sufficient accuracy, which is easy to use, largely independent of temperature fluctuations works and can be produced inexpensively.

Diese Aufgaben wurden mit der vorliegenden Erfindung gelöst mittels einer Vorrichtung zur nicht invasiven Bestimmung von Blutbestandteilen, insbesondere zur Glukosebestimmung im Blut eines Patienten, gekennzeichnet durch

  • • eine Öffnung für einen Körperteil mit Sensoreinheit (2), bestehend aus einer Sendeeinheit (8) für elektromagnetische Strahlung im roten und infraroten Spektralbereich sowie einer Empfangseinheit (9) für die elektromagnetische Strahlung
  • • eine mit der Empfangseinheit (9) verbundene Einrichtung (6) zur spektrofotometrischen Messung der arteriellen partiellen Sauerstoffsättigung des Hämoglobins im roten sowie infraroten Spektralgebiet
  • • ein mit der Einrichtung (6) verbundener Mikrocontroller (3) zur Auswertung der in der Einrichtung (6) gemessenen arteriellen partiellen Sauerstoffsättigung und der Bestimmung des zugehörigen Glukosewertes
  • • eine Speichereinheit (7), welche eine Berechnungsvorschrift zur Bestimmung des Glukosewertes im Mikrocontroller (3) enthält
  • • ein Tastenfeld (4) zur Korrektur des Zusammenhangs zwischen arterieller partieller Sauerstoffsättigung und Glukosewert
  • • eine Anzeige (5) zur Darstellung des ermittelten Glukosewertes (1)
These objects were achieved with the present invention by means of a device for the noninvasive determination of blood constituents, in particular for the determination of glucose in the blood of a patient, characterized by
  • An opening for a body part with sensor unit ( 2 ), consisting of a transmitting unit ( 8th ) for electromagnetic radiation in the red and infrared spectral range and a receiving unit ( 9 ) for the electromagnetic radiation
  • • one with the receiving unit ( 9 ) ( 6 ) for the spectrophotometric measurement of arterial partial oxygen saturation of hemoglobin in the red and infrared spectral region
  • • one with the institution ( 6 ) connected microcontroller ( 3 ) for evaluation in the institution ( 6 ) measured arterial partial oxygen saturation and the determination of the associated glucose value
  • A storage unit ( 7 ), which contains a calculation rule for determining the glucose value in the microcontroller ( 3 ) contains
  • • a keypad ( 4 ) for correcting the relationship between arterial partial oxygen saturation and glucose value
  • • an ad ( 5 ) for displaying the determined glucose value ( 1 )

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der 1 hervor.Further details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the 1 out.

Es wurde überraschend gefunden, dass ein biologischer Zusammenhang zwischen arterieller, partieller Sauerstoffsättigung (pSO2) und dem Glukosespiegel im Blut besteht. Dieser wird über die Messung der arteriellen, partiellen Sauerstoffsättigung ermittelt. Bei empirischen Untersuchungen wurde festgestellt, dass ein Zusammenhang zwischen Sauerstoffsättigung und dem Blutzuckerspiegel besteht. Steigt beispielsweise der Blutzuckerspiegel an, nimmt die Sauerstoffsättigung ab. Dieser biologische Zusammenhang wird erstmalig zur Messung des Blutzuckers ausgenutzt. Die Vorrichtung weist in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein Pulsoxymeter zur Bestimmung der partiellen Sauerstoffsättigung auf. Die partielle Sauerstoffsättigung wird allgemein bei Anwendung der Pulsoxymetrie auf folgende bekannte Weise berechnet

Figure 00070001

  • O2Hb = Oxygeniertes Hämoglobin
  • HHB = Desoxygeniertes Hämoglobin
It has surprisingly been found that there is a biological relationship between arterial, partial oxygen saturation (pSO2) and the blood glucose level. This is determined by measuring the arterial, partial oxygen saturation. Empirical research has found an association between oxygen saturation and blood sugar levels. For example, if the blood sugar level rises, the oxygen saturation decreases. This biological relationship is used for the first time for the measurement of blood sugar. In a preferred embodiment of the invention, the device has a pulse oximeter for determining the partial oxygen saturation. Partial oxygen saturation is generally calculated using pulse oximetry in the following known manner
Figure 00070001
  • O2Hb = oxygenated hemoglobin
  • HHB = deoxygenated hemoglobin

Die Pulsoxymetrie ist ein Verfahren zur unblutigen Ermittlung der partiellen Sauerstoffsättigung mittels Ermittlung der Lichtabsorption bei Durchleuchtung der Haut. Partiell wird die Ermittlung deshalb genannt, da nur 2 Wellenlängen verwendet werden, nämlich im roten sowie im infraroten Spektralgebiet. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Lichtabsorption im Bereich von 660 nm sowie von 940 nm gemessen. Technische Einzelheiten über Pulsoxymetrie können beispielsweise über http://www.de.wikipedia.org/wiki/Pulsoxymetrie oder aus den Patentschriften DE69631698T2 oder DE69727243T2 entnommen werden.Pulse oximetry is a procedure for the non-bloody determination of the partial oxygen saturation by determining the absorption of light by fluoroscopy of the skin. In part, the determination is called because only 2 wavelengths are used, namely in the red and in the infrared spectral region. In a preferred embodiment of the invention, the light absorption in the range of 660 nm and 940 nm is measured. For technical details about pulse oximetry, for example http://www.de.wikipedia.org/wiki/Pulsoxymetrie or from the patents DE69631698T2 or DE69727243T2 be removed.

Ein Pulsoxymeter kann Dyshämoglobine (COHb, MetHb) oder eine Anämie nicht erfassen. Da derartige Störungen eher selten vorkommen, werden Pulsoxymeter trotzdem in Krankenhäusern, bspw. in der Notfallambulanz, erfolgreich zur Erkennung von Lungenfunktionsstörungen eingesetzt. Die Messung erfolgt meist mit einem aufsteckbaren Sättigungsnehmer an einem leicht zugänglichen Körperteil, vorzugsweise an einem Finger oder am Ohrläppchen.A pulse oximeter can not detect dyshemoglobin (COHb, MetHb) or anemia. Since such disorders rarely occur, however, pulse oximeters are still used successfully in hospitals, for example in the emergency room, for the detection of pulmonary disorders. The measurement is usually carried out with an attachable saturation recipient on an easily accessible body part, preferably on a finger or earlobe.

Die Technik der nicht invasiven Pulsoximetrie beruht auf 2 Prinzipien. Zum einen wird die durch die Sauerstoffsättigung beeinflusste Bluthelligkeit auf den 2 Wellenlängenbereichen Rot und Infrarot bestimmt (Spektrofotometrie). Die Änderung der Bluthelligkeit ist zurückzuführen auf die optischen Eigenschaften des Hämoglobinmoleküls. Das Hämoglobin übernimmt den Transport des Sauerstoffs im Blut durch die Oxygenierung (O2Hb). Der Sauerstoff kann wieder abgegeben werden, d. h. das Blut wird desoxygeniert (HHB) und die Helligkeit ändert sich.The technique of non-invasive pulse oximetry is based on 2 principles. On the one hand, the blood brightness influenced by the oxygen saturation is determined on the two wavelength ranges red and infrared (spectrophotometry). The change in blood brightness is due to the optical properties of the hemoglobin molecule. Hemoglobin takes over the transport of oxygen in the blood through oxygenation (O2Hb). The oxygen can be released again, d. H. the blood is deoxygenated (HHB) and the brightness changes.

Dadurch wird die Absorption des roten Lichts stärker und die des infraroten Lichts schwächer beeinflusst. Zur Bestimmung der arteriellen Sauerstoffsättigung wird auch das Pulsieren des arteriellen Blutflusses genutzt, das während der Systole und der Diastole das Blutvolumen verändert und damit auf die Lichtabsorption einwirkt (Plethysmographie). Da nur die Veränderung der Lichtabsorption ausgewertet wird, haben nicht pulsierende absorbierende Stoffe wie Gewebe, Knochen und venöses Blut keine Auswirkung auf die Messung. Über eine in der Vorrichtung vorgesehene Sensoreinheit für elektromagnetische Strahlung und einer Pulsoxymetereinheit erfolgt eine spektrofotometrische Messung der partiellen Sauerstoffsättigung an einem Körperteil. Die ermittelten Sättigungswerte werden an einen in der Vorrichtung angeordneten Mikrokontroller übertragen, der auf Basis der in der Speichereinheit hinterlegten Berechnungsvorschrift die finale Umrechnung in den entsprechenden Blutzuckerwert realisiert.This makes the absorption of the red light stronger and that of the infrared light less affected. To determine the arterial oxygen saturation, the pulsation of the arterial blood flow is also used, which changes the blood volume during systole and diastole and thus acts on the light absorption (plethysmography). Since only the change in light absorption is evaluated, non-pulsatile absorbent substances such as tissue, bone and venous blood have no effect on the measurement. By means of a sensor unit for electromagnetic radiation provided in the device and a pulse oximeter unit, a spectrophotometric measurement of the partial oxygen saturation takes place on a body part. The determined saturation values are transmitted to a microcontroller arranged in the device, which realizes the final conversion into the corresponding blood sugar value on the basis of the calculation rule stored in the storage unit.

Die in der Speichereinheit hinterlegte Berechnungsvorschrift für den Blutzuckerwert kann der Tabelle „Berechnungsvorschrift” entnommen werden. Tabelle ,Berechnungsvorschrift': pSO2 in % in Blutzucker mmol/l 98 6 97 7 96 8 95 9 94 10 93 11 92 12 91 13 The calculation instructions for the blood sugar value stored in the storage unit can be found in the table "Calculation instructions". Table, calculation rule ': pSO 2 in% in blood sugar mmol / l 98 6 97 7 96 8th 95 9 94 10 93 11 92 12 91 13

Jedem Sättigungswert pSO2 (Spalte 1) ist genau ein Blutzuckerwert in der Einheit mmol/l (Spalte 2) zugewiesen. Da nicht bei jedem Patienten der gleiche Zusammenhang zwischen Sättigungswert und Blutzuckerwert vorliegt, kann der Patient über die an der Vorrichtung befindlichen Eingabeeinheit Korrekturen vornehmen. Die in der Tabelle „Berechungsvorschrift” aufgeführten Zusammenhänge sind für die meisten Diabetespatienten anwendbar. Dieses Ergebnis lieferten empirische Untersuchungen an Probanden. Aus diesem Grund werden die Wertepaare aus der Tabelle „Berechnungsvorschrift” zur Grundeinstellung der Vorrichtung verwendet.Each saturation value pSO 2 (column 1) is assigned exactly one blood glucose value in the unit mmol / l (column 2). Since not every patient has the same relationship between saturation value and blood glucose value, the patient can make corrections via the input unit located on the device. The relationships listed in the Calculation Table are applicable to most diabetic patients. This result provided empirical studies on subjects. For this reason, the value pairs from the "Calculation rule" table are used for the basic setting of the device.

Ergeben sich beim Patienten trotzdem Messungenauigkeiten bei Anwendung der Berechnungsvorschrift, so muss eine Korrektur durch den Patienten vorgenommen werden. Dieser Vorgang kann beliebig oft und unabhängig von Zeit und Ort durchgeführt werden. Bei der Korrektur werden immer alle Wertepaare aus der Tabelle Berechnungsvorschrift verändert. Alle Wertepaare zusammen ergeben eine Kennlinie im 1. Quadranten des kartesischen Koordinatensystems, wenn auf der Abszisse die Sauerstoffsättigungswerte und auf der Ordinate die Blutzuckerwerte aufgetragen werden. Diese Kennlinie wird bei Korrektur um einen Korrekturwert nach oben oder unten korrigiert. Der Korrekturwert ergibt sich aus der Differenz des invasiv gemessenen Blutzuckerwertes (beispielsweise mit einem handelsüblichen Blutzuckermessgerät) und dem mit der Vorrichtung gemessenen Blutzuckerwert. Zur Eingabe des Korrekturwertes ist ein entsprechendes Tastenfeld vorgesehen. Die Korrektur kann vom Patienten selbst vorgenommen werden.If the patient still experiences measurement inaccuracies when applying the calculation instructions, a correction must be made by the patient. This process can be performed as often as desired, regardless of time and place. During the correction, all value pairs are always changed from the table Calculation rule. All value pairs together result in a characteristic in the 1st quadrant of the Cartesian coordinate system, if the abscissa represents the oxygen saturation values and the ordinate the blood sugar values. This characteristic is corrected for correction by a correction value up or down. The correction value results from the difference between the invasively measured blood sugar value (for example, with a commercially available blood glucose meter) and the blood sugar value measured with the device. To enter the correction value, a corresponding keypad is provided. The correction can be made by the patient himself.

Ein Beispiel: Misst der Patient mit der Vorrichtung einen Blutzuckerwert von 7 mmol/l und bei einer nahezu zeitgleichen Messung mit einem invasiven Gerät beträgt sein Blutzuckerwert 8 mmol/l. Dann kann der Patient über die Eingabeeinheit eine Korrektur um genau einen Blutzuckerwert in mmol/l durchführen. Durch diese Korrektur werden alle Wertepaare um genau einen Blutzuckerwert in mmol/l nach oben korrigiert. Dann würde dem Sauerstoffsättigungswert 97% in der Berechnungsvorschrift der Blutzuckerwert 8 mmol/l zugeordnet werden und auch allen weiteren Wertepaaren würde ein um 1 mmol/l höherer Blutzuckerwert zugewiesen werden. For example, if the patient measures a blood glucose reading of 7 mmol / L with the device, and his blood sugar reading is 8 mmol / L when measured almost simultaneously with an invasive device. Then the patient can perform a correction by exactly one blood sugar value in mmol / l via the input unit. This correction corrects all value pairs upwards by exactly one blood sugar value in mmol / l. Then the blood glucose value 8 mmol / l would be assigned to the oxygen saturation value 97% in the calculation rule and also all other value pairs would be assigned a blood sugar value which is 1 mmol / l higher.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung misst die Glukose im Blut wie bereits geschildert spektralfotometrisch bei zwei Wellenlängen, besonders bevorzugt kontinuierlich in vivo am Finger. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass eine einfache, kostengünstige und von klimatischen Einflüssen unabhängige Möglichkeit für den Patienten geschaffen wird, die es ermöglicht, den Blutzuckerwert schnell selbst und auf einfache, schmerzfreie Art zu bestimmen. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und der zugehörigen 1 näher erläutert. In der 1 wird eine mögliche Variante der konstruktiven Gestaltung der Vorrichtung dargestellt.The device according to the invention measures the glucose in the blood as already described spectrophotometrically at two wavelengths, particularly preferably continuously in vivo on the finger. The main advantage of the solution according to the invention is that a simple, cost-effective and independent of climatic influences possibility for the patient is created, which makes it possible to quickly determine the blood sugar itself and in a simple, painless way. The invention will be described below with reference to an embodiment and the associated 1 explained in more detail. In the 1 a possible variant of the structural design of the device is shown.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Vorrichtung weist eine Fingeröffnung mit Sensoreinheit 2 auf, bestehend aus einer Sendeeinheit 8 für elektromagnetische Strahlung und einer Empfangseinheit 9 für elektromagnetische Strahlung. Angrenzend befindet sich eine Einrichtung zur Ermittlung der partiellen Sauerstoffsättigung in Form eines Pulsoxymeters 6, welches im Gehäuse 1 angeordnet ist. Dieses misst über ein spektrofotometrisches Verfahren die partielle Sauerstoffsättigung. Das Pulsoxymeter ist mit einem im Gehäuse 1 angeordneten Mikrokontroller 3 verbunden, der die Auswertung der gemessenen partiellen Sauerstoffsättigung und die Bestimmung des zugehörigen Blutzuckerwertes, auf Basis der Berechnungsvorschrift, die in der Speichereinheit 7 hinterlegt ist, durchführt. Die Korrektur der Zusammenhänge zwischen Sättigungswerten und Blutzuckerwerten erfolgt über das Tastenfeld 4, welches am Gehäuse 1 angeordnet ist. Dazu müssen über das Tastenfeld 4 die Wertepaare eingegeben werden. Am Gehäuse 1 befindet sich eine Anzeige 5 zur Darstellung des ermittelten Blutzuckerwertes in Milligramm (mg) oder Millimol (mmol), zur optionalen Anzeige des Sauerstoffsättigungswertes. Außerdem kann die Anzeige die Signalqualität des Pulsoxymeters (0 bis 100%) darstellen. Die Umschaltung zwischen den genannten Anzeigemodi erfolgt über das Tastenfeld 4. Die Signalqualität ist abhängig von der Pulsation und den vorhandenen Bewegungsartefakten. Je höher der Wert ist, desto besser ist die Bestimmungsleistung für die gemessene Sauerstoffsättigung und damit auch für den ermittelten Blutzuckerwert. Über das Tastenfeld 4 kann die Anzeige des Blutzuckerwertes zwischen Millimol (mmol) und Milligramm (mg) umgeschaltet werden. Die Umrechnung von Milligramm (mg) in Millimol (mmol) und umgekehrt, wird durch den Mikrokontroller 3 realisiert.The device has a finger opening with sensor unit 2 on, consisting of a transmitting unit 8th for electromagnetic radiation and a receiving unit 9 for electromagnetic radiation. Adjacent there is a device for determining the partial oxygen saturation in the form of a pulse oximeter 6 which is in the housing 1 is arranged. This measures the partial oxygen saturation via a spectrophotometric method. The pulse oximeter is equipped with a housing 1 arranged microcontroller 3 connected to the evaluation of the measured partial oxygen saturation and the determination of the associated blood sugar value, based on the calculation rule, in the storage unit 7 is deposited. The correlation between saturation values and blood glucose values is corrected via the keypad 4 , which on the housing 1 is arranged. To do this you need to use the keypad 4 the value pairs are entered. At the housing 1 there is an ad 5 to display the determined blood glucose value in milligrams (mg) or millimoles (mmol), for the optional display of the oxygen saturation value. In addition, the display can show the signal quality of the pulse oximeter (0 to 100%). Switching between the above display modes via the keypad 4 , The signal quality depends on the pulsation and the existing motion artifacts. The higher the value, the better the determination performance for the measured oxygen saturation and thus also for the determined blood sugar value. About the keypad 4 The display of the blood sugar value can be switched between Millimol (mmol) and Milligramm (mg). The conversion from milligrams (mg) to millimoles (mmol) and vice versa, is done by the microcontroller 3 realized.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Blutzuckermessgerates wird es dem Patienten ermöglicht, kontinuierlich seine Blutzuckerwerte ohne eine separate Blutentnahme zu ermitteln. Die vorliegende Erfindung misst den Glukoseanteil im Blut spektralfotometrisch bei zwei Wellenlängen kontinuierlich in vivo am Finger. Das erfindungsgemäße Blutzuckermessgerät liefert hinreichend genaue Blutzuckerwerte, ist klein und handlich, netzunabhängig und kann kostengünstig hergestellt werden, da handelsübliche Bauelemente verwendet werden, womit die vorstehend genannten Aufgaben durch die vorliegende Erfindung vollständig gelöst wurden.With the help of the blood glucose meter according to the invention, it is possible for the patient to continuously determine his blood sugar values without a separate blood sampling. The present invention measures the glucose level in the blood spectrophotometrically at two wavelengths continuously in vivo on the finger. The blood glucose meter according to the invention provides sufficiently accurate blood sugar, is small and handy, independent of the mains and can be produced inexpensively, since commercially available components are used, whereby the above-mentioned objects were completely solved by the present invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (4)

Vorrichtung zur nicht invasiven Bestimmung von Blutbestandteilen, insbesondere zur Glukosebestimmung im Blut eines Patienten, gekennzeichnet durch • eine Öffnung für einen Körperteil mit Sensoreinheit (2), bestehend aus einer Sendeeinheit (8) für elektromagnetische Strahlung im roten und infraroten Spektralbereich sowie einer Empfangseinheit (9) für die elektromagnetische Strahlung • eine mit der Empfangseinheit (9) verbundene Einrichtung (6) zur spektrofotometrischen Messung der arteriellen partiellen Sauerstoffsättigung des Hämoglobins im roten sowie infraroten Spektralgebiet • ein mit der Einrichtung (6) verbundener Mikrocontroller (3) zur Auswertung der in der Einrichtung (6) gemessenen arteriellen partiellen Sauerstoffsättigung und der Bestimmung des zugehörigen Glukosewertes • eine Speichereinheit (7), welche eine Berechnungsvorschrift zur Bestimmung des Glukosewertes im Mikrocontroller (3) enthält • ein Tastenfeld (4) zur Korrektur des Zusammenhangs zwischen arterieller partieller Sauerstoffsättigung und Glukosewert • eine Anzeige (5) zur Darstellung des ermittelten GlukosewertesDevice for the non-invasive determination of blood components, in particular for the determination of glucose in the blood of a patient, characterized by an opening for a body part with sensor unit ( 2 ), consisting of a transmitting unit ( 8th ) for electromagnetic radiation in the red and infrared spectral range and a receiving unit ( 9 ) for the electromagnetic radiation • one with the receiving unit ( 9 ) ( 6 ) for the spectrophotometric measurement of the arterial partial oxygen saturation of hemoglobin in the red and infrared spectral region • one with the device ( 6 ) connected microcontroller ( 3 ) for evaluation in the institution ( 6 ) measured arterial partial oxygen saturation and the determination of the associated glucose value • a memory unit ( 7 ), which contains a calculation rule for determining the glucose value in the microcontroller ( 3 ) contains • a keypad ( 4 ) to correct the relationship between arterial partial oxygen saturation and glucose value • an indicator ( 5 ) for displaying the determined glucose value Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Messeinheiten sowie Einrichtungen (2) bis (9) in einem Gehäuse (1) befinden.Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring units and devices ( 2 ) to ( 9 ) in a housing ( 1 ) are located. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (6) ein Pulsoxymeter ist.Device according to claim 1, characterized in that the device ( 6 ) is a pulse oximeter. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige (5) umschaltbar auch die Signalqualität des Pulsoxymeters (6) angibtDevice according to claim 1 and 3, characterized in that the display ( 5 ) switchable also the signal quality of the pulse oximeter ( 6 ) indicates
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