DE202023104307U1 - Arrangement for characterizing the cerebrospinal fluid - Google Patents
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Abstract
Anordnung (1) zur nicht-invasiven Charakterisierung des Liquor cerebrospinalis,
• mit einem Sensorkopf (7),
◯ der einen Emitter aufweist, welcher im Gebrauch eine Terahertz-Strahlung (T) aussendet,
◯ und der einen dazu komplementären Receiver aufweist, welcher im Gebrauch Reflexionen (R) der Terahertz-Strahlung empfängt,
◯ und der dazu bestimmt ist, im Gebrauch dem Schädel eines Patienten (3) in der Art anzuliegen, dass die Terahertz-Strahlung (T) in den Liquor cerebrospinalis einstrahlt,
• und mit einem Netzteil (4), welches primärseitig an eine Netzspannung anschließbar ist und sekundärseitig an den Sensorkopf (7) zu dessen elektrischer Energieversorgung anschließbar ist,
• und mit einer elektronischen Auswertungsschaltung,
◯ welche im Gebrauch anhand der vom Sensorkopf (7) ausgesendeten und empfangenen Strahlung (T, R) Messdaten berechnet,
◯ wobei die Auswertungsschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie automatisch anhand der ausgesendeten und der empfangenen Strahlung (T, R) die Extinktion verschiedener Wellenlängen ermittelt und daraus die Konzentration verschiedener Substanzen im Liquor cerebrospinalis berechnet,
• und mit einer Anzeige (8) zur optischen Darstellung der durch die Auswertungsschaltung berechneten Daten als Ergebnisse.
Arrangement (1) for the non-invasive characterization of the cerebrospinal fluid,
• with a sensor head (7),
◯ which has an emitter which emits terahertz radiation (T) when in use,
◯ and which has a complementary receiver, which receives reflections (R) of the terahertz radiation during use,
◯ and which is intended to lie against the skull of a patient (3) during use in such a way that terahertz radiation (T) radiates into the cerebrospinal fluid,
• and with a power supply unit (4), which can be connected to a mains voltage on the primary side and can be connected to the sensor head (7) on the secondary side to supply it with electrical energy,
• and with an electronic evaluation circuit,
◯ which calculates measurement data during use based on the radiation (T, R) emitted and received by the sensor head (7),
◯ where the evaluation circuit is designed in such a way that it automatically determines the extinction of different wavelengths based on the emitted and received radiation (T, R) and uses this to calculate the concentration of various substances in the cerebrospinal fluid,
• and with a display (8) for the visual representation of the data calculated by the evaluation circuit as results.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Charakterisierung der Hirn- und Rückenmarksflüssigkeit „Liquor cerebrospinalis“, nachfolgend kurz als „Liquor“ bezeichnet.The invention relates to an arrangement for characterizing the cerebrospinal fluid “cerebrospinal fluid”, hereinafter referred to as “cerebrospinal fluid”.
Aus der Praxis ist es bekannt, den Liquor invasiv zu untersuchen, beispielsweise mittels einer Lumbalpunktion oder intraoperativ mittels einer Ventrikelpunktion. Die Untersuchung dient zur Identifizierung von Krankheiten, insbesondere bei vielen neurologischen Krankheitsbildern, sie dient aber auch nach Unfällen zur Identifizierung von Schäden und zur Einschätzung des Ausmaßes von Traumata. Proben des Liquors werden dem Patienten entnommen und im Anschluss daran wird eine Probe laborchemisch analysiert und weitere Proben werden in ein Mikrobiologie-Labor zur Keimbebrütung versandt. So können beispielsweise die Konzentrationen von Blut, Eiweiß, Leukozyten und Laktat im Liquor bestimmt werden.In practice, it is known to examine the CSF invasively, for example using a lumbar puncture or intraoperatively using a ventricular puncture. The examination is used to identify illnesses, especially in many neurological diseases, but it is also used after accidents to identify damage and to assess the extent of trauma. Samples of the cerebrospinal fluid are taken from the patient and then a sample is analyzed chemically in the laboratory and further samples are sent to a microbiology laboratory for germ incubation. For example, the concentrations of blood, protein, leukocytes and lactate in the cerebrospinal fluid can be determined.
Die Untersuchungen des Liquors bergen das Risiko einer Keimverschleppung. Bei nicht vollständig aseptischen Eingriffen können bei der Punktion Hautkeime in den Stichkanal verschleppt werden und eine gefährliche Komplikation einer Meningitis bzw. Ventrikulitis nach sich ziehen. Ein weiteres Risiko einer Liquorpunktion besteht in der Möglichkeit einer Liquorleckage, bei der es zur Undichtigkeit der harten Hirnhaut kommen kann. Ein weiteres Risiko sind Verletzungen der Rückenmarksgefäße, die zu einem intraspinalen oder epiduralen Hämatom mit Kompression bzw. Schädigung des Rückenmarks führen können. Schließlich birgt die Lumbalpunktion auch das Risiko, dass je nach Erfahrung des Untersuchers auch eine falsche Höhe der Punktion gewählt werden kann, was z. B. bei einer Punktion im höheren Lendenwirbelbereich für den Patienten im Falle einer Rückenmarksverletzung Lähmungserscheinungen, Gefühlsstörungen oder Blasen- / Mastdarmstörungen nach sich ziehen kann.Examinations of the cerebrospinal fluid carry the risk of spreading germs. If procedures are not completely aseptic, skin germs can be carried into the puncture canal during the puncture and result in a dangerous complication of meningitis or ventriculitis. Another risk of a CSF puncture is the possibility of a CSF leak, which can lead to leakage of the hard meninges. Another risk is injury to the spinal cord vessels, which can lead to an intraspinal or epidural hematoma with compression or damage to the spinal cord. Finally, the lumbar puncture also carries the risk that, depending on the experience of the examiner, the wrong height of the puncture can be chosen, which can occur, for example. B. a puncture in the higher lumbar region can result in symptoms of paralysis, sensory disorders or bladder/rectal disorders for the patient in the event of a spinal cord injury.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Charakterisierung des Liquor cerebrospinalis anzugeben, die eine für den Behandler und den Patienten möglichst einfache und risikoarme Untersuchung des Liquors ermöglicht.The invention is based on the object of specifying an arrangement for characterizing the cerebrospinal fluid, which enables an examination of the cerebrospinal fluid that is as simple and risk-free as possible for the practitioner and the patient.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This task is solved by an arrangement according to
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten eine Anordnung vor, die eine nicht-invasive Untersuchung des Liquor cerebrospinalis ermöglicht. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die mit der Untersuchung bislang verbundenen Risiken durch die invasive Art der Untersuchung bedingt sind, so dass sie mittels einer vorschlagsgemäßen Anordnung praktisch ausgeschlossen werden können. Zur Untersuchung des Liquors dient erfindungsgemäß die Bestrahlung des Liquors durch den Schädel hindurch mit einer elektromagnetischen Strahlung im Terahertz-Bereich.In other words, the invention proposes an arrangement that enables a non-invasive examination of the cerebrospinal fluid. The invention is based on the consideration that the risks previously associated with the examination are caused by the invasive nature of the examination, so that they can be practically excluded by means of an arrangement according to the proposal. According to the invention, the cerebrospinal fluid is examined by irradiating the cerebrospinal fluid through the skull with electromagnetic radiation in the terahertz range.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist daher erstens einen Sensorkopf auf der einerseits Emitter oder Sender aufweist, welche die Terahertz-Strahlung aussendet, und der andererseits einen Receiver oder Empfänger aufweist der Reflexionen der Terahertz-Strahlung empfängt.The arrangement according to the invention therefore firstly has a sensor head which, on the one hand, has an emitter or transmitter which emits the terahertz radiation, and which, on the other hand, has a receiver or receiver which receives reflections of the terahertz radiation.
Um die Strahlung zu erzeugen, wird der Sensorkopf mit elektrischer Energie versorgt. Die erfindungsgemäße Anordnung weist daher zweitens ein Netzteil auf, welches primärseitig an eine Netzspannung angeschlossen werden kann und sekundärseitig an den Sensorkopf, um diesen mit elektrischer Energie zu versorgen. Um Schäden an dem Sensorkopf sowie qualitativ gleichmäßig gute Messergebnisse zu erhalten, ist das Netzteil als stabilisiertes Netzteil mit einem Spannungsregler in der Art ausgestaltet, dass eine bestimmte Ausgangsspannung zuverlässig eingehalten und konstant bereitgestellt wird.To generate the radiation, the sensor head is supplied with electrical energy. The arrangement according to the invention therefore has, secondly, a power supply unit which can be connected to a mains voltage on the primary side and to the sensor head on the secondary side in order to supply it with electrical energy. In order to avoid damage to the sensor head and consistently good measurement results, the power supply is designed as a stabilized power supply with a voltage regulator in such a way that a specific output voltage is reliably maintained and constantly provided.
Der Spannungsregler kann körperlich von dem Netzteil getrennt ausgestaltet sein, er kann jedoch auch einen integralen Bestandteil des gesamten Netzteils bilden, der für eine Bedienperson unzugänglich ist. In einer Ausgestaltung kann der Spannungsregler von der Bedienperson betätigt werden und auf unterschiedliche Spannungswerte eingestellt werden, beispielsweise wenn der Sensorkopf der Anordnung auswechselbar ist und unterschiedliche Sensorköpfe mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden. Die unterschiedlichen Sensorköpfe können jeweils mit einem Schnellkupplungssystem ausgestattet sein, beispielsweise einer elektrischen Steckverbindung, so dass die Anordnung mit wahlweise einem von mehreren - wenigstens zwei - Sensorköpfen betrieben werden kann und ein schneller und komplikationsloser Wechsel zwischen den verschiedenen Sensorköpfen möglich ist.The voltage regulator can be physically separate from the power supply, but it can also form an integral part of the entire power supply that is inaccessible to an operator. In one embodiment, the voltage regulator can be operated by the operator and set to different voltage values, for example if the sensor head of the arrangement is replaceable and different sensor heads are operated with different voltages. The different sensor heads can each be equipped with a quick coupling system, for example an electrical plug connection, so that the arrangement can be operated with either one of several - at least two - sensor heads and a quick and easy change between the different sensor heads is possible.
Die vom Receiver des Sensorkopfs gelieferten Signale werden einer elektronischen Auswertungsschaltung zugeführt, die ebenfalls Teil der erfindungsgemäßen Anordnung ist. Die Auswertungsschaltung ermittelt automatisch anhand der ausgesendeten und der empfangenen Strahlung die Extinktion verschiedener Wellenlängen und berechnet daraus automatisch die Konzentration verschiedener Substanzen im Liquor.The signals supplied by the receiver of the sensor head are fed to an electronic evaluation circuit, which is also part of the arrangement according to the invention. The evaluation circuit automatically determines the extinction of different wavelengths based on the emitted and received radiation and automatically calculates the concentration of various substances in the cerebrospinal fluid.
Schließlich weist die erfindungsgemäße Anordnung auch eine Anzeige auf, auf der die Ergebnisse optisch dargestellt werden. Die Ergebnisse, nämlich die durch die Auswertungsschaltung berechneten Daten, können beispielsweise alphanumerisch dargestellt werden, z.B. in Form von Prozentwerten oder absoluten Werten der jeweils sensorisch erfassten und / oder aus den Sensordaten berechneten Menge der Substanzen. Eine andere Art der optischen Darstellung kann in Art eines Balkendiagramms vorgesehen sein, so dass für die unterschiedlichen Substanzen jeweils ein eigener Balken dargestellt wird, der die prozentuale oder absolute Menge der jeweiligen Substanz repräsentiert. In einem benachbarten Balken kann ein Standardwert derselben Substanz repräsentiert werden, oder innerhalb desselben Balkens kann durch unterschiedliche Farben oder Grauwerte ein Standardwert der betreffenden Substanz angezeigt werden, so dass jedenfalls bei dem erwähnten Balkendiagramm für jede Substanz unmittelbar ablesbar ist, in welcher Relation die sensorisch erfassten Messwerte zu den Standardwerken der jeweiligen Substanz stehen. Beide erwähnten Darstellungen können miteinander kombiniert werden, so dass die Darstellung der Ergebnisse in der Anzeige sowohl alphanumerisch als auch in Diagrammform erfolgen kann. Jedenfalls ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ergebnisse anders als bei einem bildgebenden Verfahren optisch dargestellt werden.Finally, the arrangement according to the invention also has a display on which the results nits are displayed visually. The results, namely the data calculated by the evaluation circuit, can, for example, be represented alphanumerically, for example in the form of percentage values or absolute values of the quantity of substances recorded by sensors and/or calculated from the sensor data. Another type of visual representation can be provided in the form of a bar chart, so that a separate bar is displayed for the different substances, which represents the percentage or absolute amount of the respective substance. A standard value of the same substance can be represented in an adjacent bar, or within the same bar a standard value of the substance in question can be displayed using different colors or gray values, so that in the case of the bar diagram mentioned, it is immediately possible to read for each substance the relationship in which the sensory detected substances relate Measured values for the standard works of the respective substance are available. Both representations mentioned can be combined with each other so that the results can be displayed on the display in both alphanumeric and diagram form. In any case, the invention provides that the results are displayed optically differently than with an imaging method.
Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine Untersuchung des Liquors im Cranium durchgeführt werden, indem der Sensorkopf außen an den Schädel eines Patienten angelegt wird, die Terahertzstrahlung ausgesendet wird und ihre Reflexionen empfangen werden, so dass sie anschließend ausgewertet werden können. Da diese Art der Untersuchung ausschließlich nicht-invasiv erfolgt, sind die mit einer invasiven Untersuchung verbundenen Risiken eliminiert.Using the arrangement according to the invention, an examination of the cerebrospinal fluid in the cranium can be carried out by placing the sensor head on the outside of a patient's skull, emitting the terahertz radiation and receiving its reflections so that they can then be evaluated. Since this type of examination is exclusively non-invasive, the risks associated with an invasive examination are eliminated.
Während der Emitter eine Terahertzstrahlung in einem bestimmten Frequenzbereich aussendet, empfängt der Receiver Reflexionen von den verschiedenen im Liquor enthaltenen Substanzen. Die Messmethode basiert auf Spektroskopie und dem Lambert Beer'schen Gesetz. Das mit der erfindungsgemäßen Anordnung durchgeführte Verfahren ermöglicht es, eine unbekannte Konzentration anhand der Absorption der emittierten Strahlen zu bestimmen. Ein Teil der elektromagnetischen Strahlung wird von Lösungen wie dem Hirnwasser absorbiert, während ein anderer Teil der Strahlung die Lösung durchdringt und bis zum Sensorkopf reflektiert wird.While the emitter emits terahertz radiation in a certain frequency range, the receiver receives reflections from the various substances contained in the liquor. The measurement method is based on spectroscopy and Lambert Beer's law. The method carried out with the arrangement according to the invention makes it possible to determine an unknown concentration based on the absorption of the emitted rays. Some of the electromagnetic radiation is absorbed by solutions such as brain water, while another part of the radiation penetrates the solution and is reflected to the sensor head.
Die reflektierte Strahlung wird von dem Receiver des Sensorkopfs erfasst und kann entweder für eine Datenübertragung zunächst zwischengespeichert werden, oder unmittelbar zu der Auswertungsschaltung übertragen werden.The reflected radiation is detected by the receiver of the sensor head and can either be temporarily stored for data transmission or be transmitted directly to the evaluation circuit.
Die Transmission T gibt Auskunft darüber, in welchem Maße die in den Liquor eingestrahlte Strahlungsintensität I0 bei einer bestimmten Wellenlänge durch den Liquor hindurchgeht. Das Verhältnis der Strahlungsintensität vor dem Eintritt in das Hirnwasser (I0) und nach dem Austritt (I) wird mit der Gleichung T = I / I0 beschrieben. Die Extinktion E hingegen beschreibt die Transmission bei einer spezifischen Wellenlänge:
Die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen mit ihren spezifischen Merkmalen wie Frequenz und Wellenlänge wird zur Identifizierung von Substanzen genutzt. Das Lambert Beer'sche Gesetz besagt, dass durch die Abnahme der Intensität beim Durchqueren eines Mediums die Absorption bestimmt werden kann. Die Absorbanz einer Wellenlänge wird anhand der Intensität definiert. Die Identifizierung dieser Absorption kann anhand des Verhältnisses zwischen der transmittierten Strahlungsintensität und der einfallenden Strahlungsintensität erfolgen. Dieser Prozess wird auch als Extinktion bezeichnet. Die Extinktion variiert in Abhängigkeit von der Konzentration der absorbierenden Substanz, der Wellenlänge der Strahlung in dem jeweiligen Material, das durchstrahlt wird, sowie dem dekadischen Extinktionskoeffizienten.
- Eλ
- Extinktion für eine bestimmte Wellenlänge λ
- I
- transmittierendes Licht in W/m2
- I0
- einfallendes Licht in W/m2
- C
- Konzentration in mol/m3
- d
- Wellenlänge in cm, und
- eλ
- Extinktionskoeffizient für die bestimmte Wellenlänge λ
- Eλ
- Extinction for a certain wavelength λ
- I
- transmitted light in W/m 2
- I0
- incident light in W/m 2
- C
- Concentration in mol/m 3
- d
- Wavelength in cm, and
- eλ
- Extinction coefficient for the specific wavelength λ
Der Liquor wird erfindungsgemäß im Schädel sowie mittels Strahlung im Terahertzbereich des elektromagnetischen Wellenspektrums untersucht. Diese Strahlung besitzt die Eigenschaft, den Schädel durchdringen und bis in die Hirnflüssigkeit gelangen zu können. Um der potentiellen Gefahr zu begegnen, Schäden am Gewebe des menschlichen Körpers zu verursachen, die durch die Strahlung verursacht werden könnten, kann einerseits die Strahlungsintensität des Emitters so gering wie möglich eingestellt werden, und andererseits kann die Strahlung ähnlich wie bei einer optischen Linse gebündelt werden, so dass sie über eine größere Fläche verteilt das Gewebe durchdringt, mit einer dementsprechend geringen Flächenintensität, und so dass erst im Liquor die Strahlung im Bereich ihres Fokus die gewünschte Intensität erreicht. Um eine unerwünscht hohe Strahlungsintensität zu vermeiden und zudem mehr Reflexionen zu erzeugen, was ggf. die Untersuchungsgenauigkeit positiv beeinflussen kann, kann bei einer alternativen Ausgestaltung der Anordnung die Strahlung bewusst nicht gebündelt werden, sondern als paralleles oder sogar divergierendes Strahlenbündel ausgesendet werden. Je nach Ausgestaltung des Emitters kann dies unter Verzicht auf eine Linse erfolgen oder durch eine in den Strahlengang geschaltete Zerstreuungslinse.According to the invention, the liquor is examined in the skull and using radiation in the terahertz range of the electromagnetic wave spectrum. This radiation has the property of being able to penetrate the skull and reach the cerebrospinal fluid. In order to counter the potential danger of causing damage to the tissue of the human body that could be caused by the radiation, on the one hand the radiation intensity of the emitter can be set as low as possible and on the other hand the radiation can be focused in a similar way to an optical lens , so that it penetrates the tissue over a larger area, with a correspondingly low area intensity, and so that only in CSF the radiation reaches the desired intensity in the area of its focus. In order to avoid an undesirably high radiation intensity and also to generate more reflections, which may have a positive influence on the examination accuracy, in an alternative design of the arrangement the radiation can deliberately not be bundled, but rather be emitted as a parallel or even diverging beam of rays. Depending on the design of the emitter, this can be done without a lens or by means of a diverging lens connected to the beam path.
Die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung müssen nicht in einem Gerät zusammengefasst sein. Beispielsweise kann das Netzteil ein eigenes Gehäuse aufweisen, und der Sensorkopf kann über ein Kabel mit dem Netzteil verbunden und dementsprechend begrenzt frei beweglich sein. Die Auswertungsschaltung kann in demselben Gehäuse wie das Netzteil angeordnet sein, z. B. als auf einem Tisch aufstellbares Gerät. Das Kabel dient in diesem Fall dazu, Energie zum Sensorkopf zu übertragen sowie zur Signalübertragung der Messsignale vom Sensorkopf zur Auswertungsschaltung.The individual components of the arrangement according to the invention do not have to be combined in one device. For example, the power supply can have its own housing, and the sensor head can be connected to the power supply via a cable and can therefore be freely movable to a limited extent. The evaluation circuit can be arranged in the same housing as the power supply, e.g. B. as a device that can be placed on a table. In this case, the cable is used to transmit energy to the sensor head and to transmit the measurement signals from the sensor head to the evaluation circuit.
Im Sensorkopf kann ein Verstärker angeordnet sein, der die vom Receiver abgegebenen Messsignale verstärkt, bevor sie drahtlos oder per Kabel weitergeleitet werden.An amplifier can be arranged in the sensor head, which amplifies the measurement signals emitted by the receiver before they are forwarded wirelessly or by cable.
Die Auswertungsschaltung kann je nach Platzbedarf in dem Sensorkopf selbst untergebracht sein, so dass elektrische Signale vom Receiver des Sensorkopfs möglichst verlust- und störungsarm verarbeitet werden können. Das erwähnte Kabel kann in diesem Fall neben der Energieübertragung zum Sensorkopf zur Signalübertragung der von der Auswertungsschaltung berechneten Daten dienen.Depending on the space required, the evaluation circuit can be accommodated in the sensor head itself, so that electrical signals from the receiver of the sensor head can be processed with as little loss and interference as possible. In this case, the cable mentioned can serve, in addition to transmitting energy to the sensor head, for signal transmission of the data calculated by the evaluation circuit.
Die Anzeige kann in demselben Gehäuse wie das Netzteil angeordnet sein, z. B. als Monitor in dem bereits erwähnten Tischgerät. Sie kann aber auch als ein separater Monitor ausgestaltet sein, der an einer Wand oder an einer eigenen Halterung befestigt ist. Mittels eines Kabels können die Bildsignale zu der Anzeige übertragen werden. Innerhalb des Netzteil-Gehäuses kann eine Videoschaltung angeordnet sein, welche aus den von der Auswertungsschaltung berechneten Daten Bildsignale erzeugt, die an die Anzeige übermittelt werden.The display can be arranged in the same housing as the power supply, e.g. B. as a monitor in the table device already mentioned. However, it can also be designed as a separate monitor that is attached to a wall or to its own holder. The image signals can be transmitted to the display using a cable. A video circuit can be arranged within the power supply housing, which generates image signals from the data calculated by the evaluation circuit, which are transmitted to the display.
Die Übertragung von Signalen kann kabellos erfolgen, z. B. können Messsignale vom Sensorkopf zur Auswertungsschaltung, und / oder von der Auswertungsschaltung berechnete Daten zu der Anzeige oder einer vorgeschalteten Videoschaltung, und / oder Bilddaten von Videoschaltung zu der Anzeige kabellos übermittelt werden.Signals can be transmitted wirelessly, e.g. B. measurement signals from the sensor head to the evaluation circuit, and / or data calculated by the evaluation circuit to the display or an upstream video circuit, and / or image data from the video circuit to the display can be transmitted wirelessly.
Die Terahertzstrahlung wird durch den Emitter auf die Hirnflüssigkeit gerichtet, wobei ein Teil der Strahlung von dem Liquor absorbiert wird. Der verbleibende Teil, der durch den Liquor hindurchgeht, reflektiert wird und durch den Liquor zurück bis zum Sensorkopf gelangt, wird mittels des im Sensorkopf befindlichen Receivers empfangen. Die einzelnen Parameter werden anhand der Absorption bestimmt und analysiert. Durch die charakteristischen Eigenschaften der Absorptionsbanden werden die Parameter identifiziert. Erfindungsgemäß wird eine Terahertzstrahlung im Bereich von 0,1 bis 10 Terahertz des elektromagnetischen Spektrums verwendet. Anhand der einzelnen Peaks lässt sich ablesen, wie stark die Absorption in diesem Bereich ist. Die Zuordnung der charakteristischen Eigenschaften zu diesen Peaks kann genutzt werden, um die Konzentration der Substanzen im Liquor zu bestimmen.The terahertz radiation is directed through the emitter onto the cerebrospinal fluid, with part of the radiation being absorbed by the cerebrospinal fluid. The remaining part, which passes through the CSF, is reflected and returns through the CSF to the sensor head, is received by the receiver located in the sensor head. The individual parameters are determined and analyzed based on the absorption. The parameters are identified through the characteristic properties of the absorption bands. According to the invention, terahertz radiation in the range from 0.1 to 10 terahertz of the electromagnetic spectrum is used. The individual peaks show how strong the absorption is in this area. The assignment of the characteristic properties to these peaks can be used to determine the concentration of the substances in the cerebrospinal fluid.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Anordnung ist diese so ausgestaltet, dass eine Terahertzstrahlung im Bereich von 0,3 bis 3 Terahertz verwendet wird. Dieser Frequenzbereich des so genannten „Fingerprint“ zeichnet sich durch eine einzigartige Wellenlängensignatur aus, ähnlich einem Fingerabdruck, und ermöglicht die Identifizierung der Parameter anhand von Referenzwerten. Dieser Fingerprint-Bereich wird verwendet, um Schwingungsspektren zu identifizieren. Die vom Sensorkopf gelieferten Messwerte geben die individuellen Wellenmuster wie einen Fingerabdruck wieder. Der Fingerprintbereich ist daher insbesondere gut geeignet bei der Anwendung niedriger Strahlungsintensitäten, die z. B. bevorzugt zum Einsatz kommen können, um eine möglichst weitgehende Schonung des Patienten zu gewährleisten. Der Fingerprint-Bereich kann sehr gut zur Konzentrationsbestimmung und zur Zuordnung der einzelnen Parameter genutzt werden, so dass auch mittels einer nicht-invasiven Untersuchung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung z. B. die Konzentrationen von Blut, Eiweiß, Leukozyten und Laktat in dem Liquor bestimmt werden können. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine genaue Analyse und Messung von im Liquor enthaltenen Substanzen, wodurch eine Verbesserung der medizinischen Diagnose und Behandlung erzielt wird. Insbesondere vor der Implantation von Fremdmaterial, z. B. Ventrikuloperitoneal- oder Ventrikuloatrial-Shunts, ist die genaue Analyse des Liquors von hoher Bedeutung.In a preferred embodiment of the arrangement, it is designed such that terahertz radiation in the range of 0.3 to 3 terahertz is used. This frequency range of the so-called “fingerprint” is characterized by a unique wavelength signature, similar to a fingerprint, and allows the parameters to be identified using reference values. This fingerprint area is used to identify vibrational spectra. The measured values provided by the sensor head reflect the individual wave patterns like a fingerprint. The fingerprint area is therefore particularly suitable for the use of low radiation intensities, e.g. B. can preferably be used to ensure the greatest possible protection for the patient. The fingerprint area can be used very well to determine the concentration and to assign the individual parameters, so that, for example, by means of a non-invasive examination using the arrangement according to the invention. B. the concentrations of blood, protein, leukocytes and lactate in the cerebrospinal fluid can be determined. This approach enables precise analysis and measurement of substances contained in the CSF, thereby improving medical diagnosis and treatment. In particular before the implantation of foreign material, e.g. B. Ventriculoperitoneal or ventriculoatrial shunts, precise analysis of the CSF is of great importance.
Der Sensorkopf wird nicht invasiv gehandhabt, sondern lediglich von außen an den Schädel des Patienten angelegt. Dies kann manuell durch eine als „Behandler“ bezeichnete Person erfolgen oder auch automatisch durch einen Handhabungsroboter. In einer Ausgestaltung der Anordnung ist der Sensorkopf in einem Stirnband, einer Kappe, Mütze oder ähnlichen Halter angeordnet, der auf den Kopf des Patienten aufgezogen werden kann, wobei die verschiedenen unterschiedlichen Ausführungsarten gemeinsam und vereinfachend als Halter bezeichnet werden. Der Halter stellt sicher, dass während der Untersuchung der Sensorkopf seine Position am Schädel beibehält, ohne dass der Sensorkopf dazu eigens - z. B. durch die erwähnte Behandler-Person - gehalten werden muss.The sensor head is not handled invasively, but is simply placed on the patient's skull from the outside. This can be done manually by a person called a “handler” or automatically by a handling robot. In one embodiment of the arrangement, the sensor head is arranged in a headband, a cap, cap or similar holder, which can be pulled onto the patient's head, the Various different types of designs are collectively and simply referred to as holders. The holder ensures that the sensor head maintains its position on the skull during the examination, without the sensor head having to be moved specifically - e.g. B. by the mentioned treating person - must be maintained.
Um zuverlässige Ergebnisse zu liefern, wird die erfindungsgemäße Anordnung zunächst kalibriert. Die Kalibrierung basiert auf einer herkömmlichen Untersuchung des Liquors im Labor, um die entsprechenden Werte zu ermitteln. Zudem wird derselbe Liquor mit der erfindungsgemäßen Anordnung charakterisiert. Die Messung der Extinktion für die bekannten Konzentrationen ist von großer Bedeutung für die Funktionalität des Geräts. Anschließend werden die Ergebnisse in einem Graphen dargestellt, in dem die Extinktion in Abhängigkeit von der Konzentration aufgetragen wird. Dabei erfolgt die Ermittlung der Lösung der allgemeinen linearen Gleichung
Die Gleichung kann nach der Konzentration C umgestellt werden:
Durch Anwendung des Lambert'schen Gesetzes und der Berechnung der Extinktion Eλ = log10 (I/I0) kann die Konzentration der Parameter bestimmt werden:
Im Falle von Hämoglobin und Hämatokrit können die Werte anhand der sensorisch erfassten Messwerte wie folgt berechnet werden:
Das Ergebnis dieser Gleichungen dient als Basis für die Entwicklung eines als Auswertungsschaltung bezeichneten Software-Programms, das in der Lage ist, die Konzentration aus den vom Sensorkopf gelieferten Messwerten zu bestimmen und diese Daten zur Darstellung auf einem Display auszugeben. In einer Weiterentwicklung kann die Auswertungsschaltung diese Daten auch automatisch statistisch analysieren. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung besteht die Möglichkeit, auch Glukose, Leukozyten, Eiweiß und Laktat in der Hirnflüssigkeit zu untersuchen. Um dies zu erreichen, werden die einzelnen Parameter im Frequenzbereich von 0,1 bis 3 Terahertz analysiert, indem ihre Absorptionsbanden gemessen werden und ihre charakteristischen Eigenschaften für die Kalibrierung in die Konzentrationsformel zur Berechnung der Extinktion einfließen.The result of these equations serves as the basis for the development of a software program called an evaluation circuit, which is able to determine the concentration from the measured values provided by the sensor head and output this data for display on a display. In a further development, the evaluation circuit can also automatically statistically analyze this data. Using the arrangement according to the invention it is possible to also examine glucose, leukocytes, protein and lactate in the cerebrospinal fluid. To achieve this, the individual parameters are analyzed in the frequency range from 0.1 to 3 terahertz by measuring their absorption bands and incorporating their characteristic properties for calibration into the concentration formula for calculating the extinction.
Abgesehen davon, dass aufgrund der erfindungsgemäß möglichen, nicht-invasiven Untersuchungsweise in der neurologischen Behandlung für die Patienten schmerzhafte Nadelstiche im Kopfbereich vermieden werden können, liegt ein wesentlicher Vorteil dieser nicht-invasiven Untersuchung liegt in der Minimierung potenzieller Komplikationen wie Blutungen, Infektionen und Narbenbildungen. Im Vergleich zu invasiven Verfahren bietet die nicht-invasive Methode daher eine erhöhte Sicherheit. Darüber hinaus profitieren die Patienten von einer verkürzten Erholungszeit. Weiterhin ermöglicht die nicht-invasive Untersuchung den Ärzten, schneller zu handeln, was nicht nur zu einer erheblichen Zeit- und Kostenersparnis führt, sondern sich in akuten Notfallsituationen lebensrettend auswirken kann.Apart from the fact that painful needle pricks in the head area can be avoided for patients in neurological treatment due to the non-invasive examination method possible according to the invention, a significant advantage of this non-invasive examination is the minimization of potential complications such as bleeding, infections and scarring. Compared to invasive procedures, the non-invasive method therefore offers increased safety. In addition, patients benefit from a shortened recovery time. Furthermore, the non-invasive examination enables doctors to act more quickly, which not only leads to significant time and cost savings, but can also have a life-saving effect in acute emergency situations.
Die erfindungsgemäße Anordnung wird nachfolgend anhand der rein schematischen Darstellung näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 den Aufbau einer Anordnung zur Charakterisierung des Liquor cerebrospinalis in Art eines Blockschaltbildes.
-
1 the structure of an arrangement for characterizing the cerebrospinal fluid in the form of a block diagram.
Die stabilisierte Ausgangsspannung wird vom Spannungsregler 6 einem Sensorkopf 7 der Anordnung 1 zugeführt, wobei in dem Sensorkopf 7 ein Emitter für Terahertzstrahlung sowie ein Receiver für reflektierte, zum Sensorkopf 7 gelangende Anteile der emittierten Terahertzstrahlung angeordnet sind. Die vom Sensorkopf 7 ausgestrahlte Terahertzstrahlung ist durch einen Pfeil T symbolisiert. Sie dringt in den Schädel des Patienten 1 ein und trifft dort auf den Liquor sowie auf im Liquor enthaltene Substanzen. Die reflektierte Strahlung, die zum Receiver des Sensorkopfes 7 gelangt, ist in
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Messsignale, die vom Receiver des Sensorkopfs 7 ausgegeben werden, unmittelbar im Sensorkopf 7 in einer Auswertungsschaltung verarbeitet werden. Hierzu ist ein Chip im Sensorkopf 7 angeordnet, auf dem ein Softwareprogramm läuft, welches die Auswertungsschaltung darstellt. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die vom Receiver des Sensorkopfs 7 ausgegebenen Messsignale vom Sensorkopf 7 zu einer davon entfernten Auswertungsschaltung übertragen werden, entweder unverändert, oder mittels eines im Sensorkopf 7 angeordneten Signalverstärkers als verstärkte Signale. Jedenfalls gelangen Signale, die durch Signalpfeile S symbolisiert sind, in unveränderter oder in aufbereiteter Form zu einer Anzeige 8, wo die Untersuchungsergebnisse optisch dargestellt werden. Spätestens unmittelbar vor der Anzeige 8 werden die Signale zu Bildsignalen aufbereitet, um die gewünschte optische Darstellung zu ermöglichen.In the exemplary embodiment shown, it is provided that the measurement signals that are output by the receiver of the
Getrennt dargestellte Komponenten der Anordnung 1 können zu einem einzigen Gerät zusammengefasst sein, beispielsweise können das Netzteil 4 und der Spannungsregler 6 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, oder ein Tischgerät kann das Netzteil 4, den Spannungsregler 6 und auch die Anzeige 8 enthalten.Components of the
Bezugszeichen:Reference symbol:
- 11
- Anordnungarrangement
- 22
- CraniumCranium
- 33
- Patientpatient
- 44
- Netzteilpower adapter
- 55
- NetzsteckerPower plug
- 66
- SpannungsreglerVoltage regulator
- 77
- SensorkopfSensor head
- 88th
- AnzeigeAdvertisement
- EE
- elektrische Energieelectrical power
- TT
- TerahertzstrahlungTerahertz radiation
- RR
- reflektierte Strahlungreflected radiation
- SS
- Signalsignal
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