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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2010/ 020 673 A2 ist ein Sensor der eingangs genannten Art bereits bekannt. Derartige Sensoren werden verwendet, um die Funktion und Leistung von Organen im menschlichen Körper zu erfassen.
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Hierzu werden in den menschlichen Körper fluoreszierende Flüssigkeiten, genannt Marker, injiziert, die von den zu untersuchenden Organen des Körpers eliminiert werden. Anhand der Abbaurate des Markers kann die Vitalität und Funktion der Organe überwacht werden.
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Je nach der Intensität des Fluoreszenzlichts kann auf die im Körper noch vorhandene Menge des fluoreszierenden Stoffs und damit die Leistung bzw. den Zustand des Organs geschlossen werden. Nicht invasive Messungen dieser Art werden als transkutane Messungen bezeichnet. Bei diesen Messungen wird durch die Haut hindurch gemessen.
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Bei dem aus der
WO 2010/020 673 A2 bekannten Sensor ist nachteilig, dass sich Antwortlicht mit Fremdlicht vermischen kann, welches durch Spalte oder Ritzen zwischen der menschlichen Haut und der Anlagefläche des Sensors eindringt. Des Weiteren können unerwünschte Reflexionen des Abfrage- oder Umgebungslichts entstehen.
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Insoweit ist eine transkutane Messung von klinisch relevanten Parametern häufig mit Fehlern behaftet, die mit der Einwirkung von unerwünschtem Fremdlicht oder unerwünschten Reflexionen des Abfragelichts einhergehen.
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Die Fehlerquote wird sogar noch erhöht, wenn sich die menschliche Haut bewegt, da hierbei die Intensitäten des eindringenden Fremdlichts sowie des Reflexionslichts sogar unregelmäßig variieren und das Antwortlicht verfälschen können.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Sensor zu realisieren, welcher bei einfachem Aufbau Organfunktionen des menschlichen Körpers zuverlässig erfassen kann und Einwirkungen von Fremdlicht und Lichtreflexionen des Abfragelichts im Wesentlichen kompensiert.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass ein Sensor, umfassend ein Gehäuse mit einer Anlagefläche, welche einem menschlichen oder einem tierischen Körper zuwendbar ist, mit einer Abfragelichtquelle und mit einem Detektor, wobei der Detektor erstes Antwortlicht detektiert, welches durch die Abfragelichtquelle erzeugbar ist, für transkutane Messungen eingesetzt werden kann. Darauf ist erkannt worden, dass ein Sensor, bei dem neben der Abfragelichtquelle eine Referenzlichtquelle vorgesehen ist, durch die zweites Antwortlicht erzeugbar ist, Einflüsse von Fremdlicht und Reflexionen kompensieren kann. Konkret ist erkannt worden, dass der Detektor dauerhaft den Strahlungshintergrund, nämlich Lichteinflüsse, erfassen kann, die nicht durch das erste Antwortlicht verursacht werden. Der Detektor kann erfindungsgemäß Blindmessungen durchführen, wobei nicht das erste Antwortlicht, welches vom Marker erzeugt wird, sondern zweites Antwortlicht erfasst wird, welches von der menschlichen oder tierischen Haut reflektiert wird. Eine dem Detektor nachgeschaltete Elektronikeinheit kann dann das erste und zweite Antwortlicht miteinander vergleichen und ermitteln, welcher Anteil des ersten Antwortlichts ausschließlich Fluoreszenzlicht ist und welcher Anteil durch eindringendes Fremdlicht oder Reflexionen auf der Haut verursacht ist. Insoweit ist ein Sensor realisiert, welcher bei einfachem Aufbau Organfunktionen des menschlichen Körpers zuverlässig erfassen kann und Einwirkungen von Fremdlicht und unkontrollierte Lichtreflexionen des Abfragelichts im Wesentlichen kompensiert.
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Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Der Sensor könnte eine Elektronikeinheit aufweisen, welche in periodischen Abständen abwechselnd die Abfragelichtquelle und die Referenzlichtquelle derart aktiviert, dass diese während eines jeweiligen Zeitintervalls ihr jeweiliges Licht abstrahlen. Hierdurch können zeitlich veränderliche Fremdlicht- und Reflexionseinflüsse kompensiert werden. Dabei ist konkret denkbar, dass die Abfragelichtquelle während eines Zeitintervalls von 70 Millisekunden ihr Licht abstrahlt und die Referenzlichtquelle ihr Licht in einem sich anschließenden Zeitintervall von 70 Millisekunden abstrahlt. Diese Zeitintervalle können einander abwechselnd abfolgen, wobei in einem Zeitintervall stets nur eine Lichtquelle leuchtet.
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Der Detektor könnte zwischen der Abfragelichtquelle und der Referenzlichtquelle angeordnet sein. Hierdurch wird vermieden, dass das von der Abfragelichtquelle bzw. der Referenzlichtquelle unmittelbar erzeugte und abgestrahlte Licht auf den Detektor fällt. Durch die zwischengeschaltete Position des Detektors kann das erste und das zweite Antwortlicht auf diesen unter gleichen Winkeln geführt werden.
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Die Abfragelichtquelle, der Detektor und die Referenzlichtquelle könnten in Gehäusekanälen aufgenommen sein, wobei den Gehäusekanälen Wände zugeordnet sind, die eine unmittelbare Einstrahlung des Lichts der Abfragelichtquelle und der Referenzlichtquelle auf den Detektor verhindern. Die Gehäusekanäle erfüllen die Funktion von optischen Blenden. Hierdurch werden Störungen des Detektors vermieden. Der Detektor erfasst nur erstes oder zweites Antwortlicht, welches vom Marker als Fluoreszenzlicht durch die Haut nach außen emittiert wird bzw. von der menschlichen oder tierischen Haut kontrolliert reflektiert wird.
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Der Abfragelichtquelle, dem Detektor und der Referenzlichtquelle könnte jeweils ein Filter vorgeschaltet sein. Mit Hilfe der Filter können Wellenlängenbereiche so ausgewählt werden, dass von der Abfragelichtquelle nur ein gewisses Spektrum auf die Haut aufgestrahlt werden kann, zum Detektor nur ein gewisses Spektrum durchdringen kann und von der Referenzlichtquelle nur ein gewisses Spektrum auf die Haut aufgestrahlt werden kann. Die Wellenlängenbereiche können so optimal auf die Messempfindlichkeit des Detektors abgestimmt werden.
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Die Filter werden so auf ihren jeweiligen Auflageflächen angeordnet, dass Reflexionen im Randbereich der Folien der Filter vom Detektor nicht erfasst werden können. Diese optische Optimierung wird durch die geometrische Anordnung der Gehäusekanäle ergänzt.
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Vor diesem Hintergrund könnte die Abfragelichtquelle als blau leuchtende Diode ausgestaltet sein, der ein Filter vorgeschaltet ist, der für blaues Licht transparent ist. Blaues Licht regt vorteilhaft fluoreszierende Stoffe wie FITC(Fluorescein)-Sinistrin zur Abgabe von erstem Antwortlicht an. Vorteilhaft strahlt die blau leuchtende Diode Licht mit einer Wellenlänge im Bereich 400 bis 500 nm, bevorzugt mit einer Wellenlänge von 475 nm, ab.
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Die Referenzlichtquelle könnte als grün leuchtende Diode ausgestaltet sein, der ein Filter vorgeschaltet ist, der für grünes Licht transparent ist. Grünes Licht regt vorteilhaft den fluoreszierenden Stoff FITC-Sinistrin nicht zur Abgabe von erstem Antwortlicht an. Vorteilhaft strahlt die grün leuchtende Diode Licht mit einer Wellenlänge im Bereich 500 bis 550 nm, bevorzugt mit einer Wellenlänge von 525 nm, ab.
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Der Detektor könnte als grünselektive Fotodiode ausgestaltet sein, der ein Filter vorgeschaltet ist, der für grünes Licht transparent und für blaues Licht zumindest teilweise intransparent ist. Hierdurch erfasst der Detektor mit hoher Empfindlichkeit das erste Antwortlicht, nämlich grünes Fluoreszenzlicht, welches von dem fluoreszierenden Stoff FITC-Sinistrin abgegeben wird. FITC-Sinistrin ist besonders vorteilhaft, da bereits geringe Mengen im menschlichen oder tierischen Körper gute Signale liefern.
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Die Abfragelichtquelle könnte als im Nahinfraroten leuchtende Diode ausgestaltet sein, der ein Filter vorgeschaltet ist, der für nahinfrarotes Licht transparent ist. Hierbei ist vorteilhaft, dass Sinistrin mit einem Fluoreszenzmarker für den Nahinfrarotbereich nahezu hautfarbenunabhängig eingesetzt werden kann. Vorzugsweise strahlt die Abfragelichtquelle Licht aus dem Wellenlängenbereich 700 bis 800 nm ab.
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Die Referenzlichtquelle könnte als im Nahinfraroten leuchtende Diode ausgestaltet sein, der ein Filter vorgeschaltet ist, der für nahinfrarotes Licht transparent ist. Vorzugsweise strahlt die Referenzlichtquelle Licht aus dem Wellenlängenbereich 800 bis 900 nm ab.
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Der Detektor könnte als nahinfrarotselektive Fotodiode ausgestaltet sein, der ein Filter vorgeschaltet ist, der für nahinfrarotes Licht der Wellenläge 800 bis 900 nm transparent und für nahinfrarotes Licht der Wellenlänge 700 bis 800 nm zumindest teilweise intransparent ist.
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An der Anlagefläche könnte ein Gitter mit einem Strahlungsdurchgang angeordnet sein. Der Strahlungsdurchgang begrenzt ein klar definiertes Strahlungsfeld auf der menschlichen oder tierischen Haut. Das Gitter strafft die Haut. Es verhindert ein Auffalten oder Aufwölben der Haut derart, dass der Messabstand zwischen Haut und Detektor in nachteiliger Weise verändert wird. Des Weiteren glättet das Gitter die Haut derart, dass Perfusionsstörungen in den Kapillaren weitgehend vermieden werden.
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Das Gehäuse könnte aus einem Kunststoff gefertigt sein, welcher bei einer Materialstärke im Bereich 0,1 mm bis 5 mm, intransparent ist. Hierdurch ist vorteilhaft ein Sensor mit geringen Wandstärken herstellbar.
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Das Gehäuse könnte aus dem Werkstoff Schulamid (Markenname der Firma Schulman GmbH, Kerpen, DE) gefertigt sein. Schulamid ist ein Polyamid.
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Schulamid eignet sich als Gehäusematerial bzw. Blendenmaterial in besonderer Weise, da es überraschend schon bei geringer Materialstärke für Licht einer Wellenlänge von 200 bis 800 nm intransparent ist. Besonders überraschend ist Schulamid schon bei einer Materialstärke von 0,2 mm intransparent.
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Der hier beschriebene Sensor könnte Teil eines Pflasters sein. Hierdurch kann der Sensor problemlos auf den menschlichen oder tierischen Körper aufgeklebt oder aufgebunden werden und ambulant getragen werden. Die transkutanen Messungen sind daher zuverlässig nicht nur im Labor, sondern zu Hause und auch im Alltag mobil durchführbar.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung zeigen
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1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Sensors von unten,
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2 eine Draufsicht auf das Gitter des Sensors gemäß 1,
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3 eine Draufsicht auf den Schnitt längs der Schnittlinie A gemäß 2,
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4 eine Draufsicht auf einen Schnitt durch das Gehäuse eines weiteren Sensors,
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5 eine Draufsicht auf das Gehäuse des Sensors gemäß 4 von oben und
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6 eine Draufsicht auf das Gehäuse des Sensors gemäß 4 von unten.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt einen Sensor, umfassend ein Gehäuse 1 mit einer Anlagefläche 2, welche einem menschlichen oder einem tierischen Körper zuwendbar ist, einer Abfragelichtquelle 3 und einem Detektor 4, wobei der Detektor 4 erstes Antwortlicht detektiert, welches durch die Abfragelichtquelle 3 im menschlichen oder tierischen Körper erzeugbar ist. Neben der Abfragelichtquelle 3 ist eine Referenzlichtquelle 5 vorgesehen, durch die zweites Antwortlicht auf der Haut des menschlichen oder tierischen Körpers erzeugbar ist.
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Der Sensor enthält eine nicht gezeigte Elektronikeinheit, welche in periodischen Abständen abwechselnd die Abfragelichtquelle 3 und die Referenzlichtquelle 5 derart aktiviert, dass diese während eines jeweiligen Zeitintervalls von 70 Millisekunden ihr jeweiliges Licht abstrahlen. Dieser Vorgang kann während eines Zeitraums von zwei Stunden erfolgen. Hierdurch ist eine transkutane Messung auch zu Hause, mobil und nicht nur im Labor problemlos durchführbar.
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Der Detektor 4 ist zwischen der Abfragelichtquelle 3 und der Referenzlichtquelle 5 angeordnet. Die Abfragelichtquelle 3, der Detektor 4 und die Referenzlichtquelle 5 sind in Gehäusekanälen 6 aufgenommen, wobei den Gehäusekanälen 6 Wände 7 zugeordnet sind, die eine unmittelbare Einstrahlung des Lichts der Abfragelichtquelle 3 und der Referenzlichtquelle 5 auf den Detektor 4 verhindern. Die Wände 7 sind Teil eines im Querschnitt trapezförmigen Bauteils 7a, welches in das Gehäuse 1 einsetzbar ist.
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Der Abfragelichtquelle 3, dem Detektor 4 und der Referenzlichtquelle 5 ist jeweils ein Filter 3a, 4a, 5a vorgeschaltet. Die Filter 3a, 4a, 5a werden so auf ihren jeweiligen Auflageflächen angeordnet, dass Reflexionen im Randbereich der Folien der Filter 3a, 4a, 5a vom Detektor 4 nicht erfasst werden können. Die Reflexionen im Randbereich der Folien werden von den Wänden 7 für den Detektor 4 ausgeblendet. Diese optische Optimierung wird durch die geometrische Anordnung der Gehäusekanäle 6 ergänzt.
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Die Abfragelichtquelle 3 ist als blau leuchtende Diode ausgestaltet, der ein Filter 3a vorgeschaltet ist, der für blaues Licht transparent ist.
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Die Referenzlichtquelle 5 ist als grün leuchtende Diode ausgestaltet, der ein Filter 5a vorgeschaltet ist, der für grünes Licht transparent ist.
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Der Detektor 4 ist als grünselektive Fotodiode ausgestaltet, der ein Filter 4a vorgeschaltet ist, der für grünes Licht transparent und für blaues Licht zumindest teilweise intransparent ist.
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An der Anlagefläche 2 ist ein Gitter 8 mit einem Strahlungsdurchgang 9 angeordnet. Der Strahlungsdurchgang 9 ist quaderförmig ausgestaltet und bildet eine Anstrahlfläche für die Abfragelichtquelle 3 bzw. die Referenzlichtquelle 5.
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Das Gehäuse 1 ist aus dem Werkstoff Schulamid gefertigt. Das Gehäuse 1 könnte auch aus einem Kunststoff eines anderen Herstellers gefertigt sein, welcher ähnliche optische Eigenschaften aufweist.
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Der hier beschriebene Sensor könnte Teil eines Pflasters sein.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Gitter 8 gemäß 1. An der Anlagefläche 2 ist das Gitter 8 mit einem Strahlungsdurchgang 9 angeordnet. Der Strahlungsdurchgang 9 ist quaderförmig ausgestaltet und bildet eine Anstrahlfläche für die Abfragelichtquelle 3 bzw. die Referenzlichtquelle 5.
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3 zeigt eine Draufsicht auf den Schnitt längs der Schnittlinie A aus 2. Das Gehäuse 1 weist einen im Querschnitt trapezförmigen Bereich 1a auf. Die Gehäusekanäle 6, in denen die Abfragelichtquelle 3 und die Referenzlichtquelle 5 aufgenommen sind, schließen mit dem Gehäusekanal 6, in dem der Detektor 4 aufgenommen ist, jeweils den gleichen Winkel alpha ein.
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4 zeigt ein weiteres, vereinfachtes Gehäuse 1' mit einem trapezförmigen Querschnitt und einstückig mit dem Gehäuse 1' ausgebildeten Wänden 7'. Die Gehäusekanäle 6' sind derart angeordnet, dass in diesen aufgenommene nichtgezeigte Abfragelichtquellen 3 bzw. Referenzlichtquellen 5 nicht unmittelbar auf den Detektor 4 strahlen würden.
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5 zeigt eine Ansicht auf das Gehäuse 1' gemäß 4 von oben. 6 zeigt eine Ansicht auf das Gehäuse 1' gemäß 4 von unten.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die Schutzansprüche verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/020673 A2 [0002, 0005]
