DE20221085U1

DE20221085U1 - Anordnung zur Messung von Schwellungen von Gewebestrukturen im Naseninnenraum

Info

Publication number: DE20221085U1
Application number: DE20221085U
Authority: DE
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2012-12-07

Abstract

Anordnung zur Messung von Schwellungen von Gewebestrukturen im Naseninnenraum, bestehend aus
– einem über den Nasenrücken legbaren, der anatomischen Form der Nase angepassten Applikationsteil (1 ),
– mit dem Applikationsteil (1) verbundenen Mitteln zur Fixierung des Applikationsteils (1) am Nasenrücken,
– wenigstens einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger (2,3) am Applikationsteil (1),
dadurch gekennzeichnet, dass
– an den distalen Enden des Applikationsteil (1) jeweils mindestens eine Lichtquelle (2) und ein Lichtempfänger (3) vorgesehen und Lichtquelle (2) und Lichtempfänger (3) voneinander getrennt angeordnet sind,
– die Lichtquellen (2) und Lichtempfänger (3) an den distalen Enden des Applikationsteils (1) so ansteuerbar sind, dass das von der Lichtquelle (2) ins Gewebe eingestrahlte Licht nach partieller Durchdringung schwellfähiger Gewebestrukturen im Naseninnenraum jeweils auf derselben Seite der Nase von dem zugeordneten Lichtempfänger (3) erfassbar ist,
– die empfangenen Signale einer Auswerteeinheit zuführbar sind, und
– von der Auswerteeinheit...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Schwellungen von Gewebestrukturen im Naseninnenraum nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1. Die Erfindung zeichnet sich durch eine nichtinvasive Applikation von außen sowie eine einfache Handhabung für den untersuchenden Arzt aus.
Aus medizinischer Sicht besteht ein Erfordernis für eine zeitkontinuierliche Messung des Verlaufes von Schwellungen der Nasenschleimhaut. So wird beispielsweise beim nasalen Provokationstest eine Schwellungsreaktion durch Einsprühen eines allergenen Stoffes in die Nase provoziert. Für diesen Test ist eine objektive Bewertung des Schwellungsverlaufes und der Schwellungsstärke erforderlich, um die Sensibilität des Organismus gegenüber der allergieverursachenden Substanz zu bewerten. Die Diagnostik einer allergischen Rhinitis erfolgt heutzutage durch das Erheben eines Symptomscores (Niesreiz, Sekretion, Fernsymptome wie Augentränen) sowie durch die Messung der nasalen Obstruktion nach Allergenprovokation mit Hilfe der Rhinomanometrie (Clement et al.: „Rhinomanometry – a review", ORL J. Otorhinolaryngol. Relat. Spec. 46, 173–91, 1984). Nachteil der Rhinomanometrie ist, dass die Messung nicht während der Allergenapplikation durchgeführt werden kann. Bei starker nasaler Obstruktion wird die Rhinomanometrie vom Patienten als sehr unangenehm empfunden. Fehlmessungen bei unkooperativen Patienten treten häufig auf.
Eine weitere Möglichkeit der Bestimmung des Schwellungszustandes der Nasenschleimhaut ist die akustische Rhinometrie (Fisher: „Acoustic rhinometry", Clin. Otolaryngol. 22, 307–17, 1997). Diese Messungen haben eine relativ große Streubreite der Ergebnisse. Eine ausreichende Genauigkeit wird nur für die vorderen Nasenabschnitte erreicht. Während der Messung kann keine Medikamenten- bzw. Allergenprovokation erfolgen. Eine kontinuierliche Messung ist auch bei diesem Verfahren nicht möglich.
Bei beiden Verfahren ist keine Aussage möglich, ob eine nasale Schwellung auf einer Änderung der Mikrozirkulation oder einer Ödembildung beruht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung anzugeben, mit der mit Hilfe eines Messverfahrens Schwellungen von Gewebestrukturen im Naseninnenraum, insbesondere der Nasenschleimhaut in den Nasenhöhlen kontinuierlich erfasst werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Schutzanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Gemäß der Erfindung wird das Nasengewebe beidseitig der Nase von außen jeweils mit einer geeigneten Lichtquelle bestrahlt und das von der Lichtquelle ins Gewebe eingestrahlte Licht nach partieller Durchdringung schwellfähiger Gewebestrukturen im Naseninnenraum jeweils auf derselben Seite der Nase von dem zugeordneten Lichtempfänger erfasst.
Das Licht durchdringt dabei die Haut- und Knochenstrukturen seitlich der Nase und migriert partiell durch die Gewebestrukturen der Nasenhöhlen, insbesondere durch die Gewebestrukturen der unteren und mittleren Nasenmuscheln. Die Nasenmuscheln und das Nasenseptum sind mit einer Schleimhautschicht überdeckt, welche von Schwellkörpern durchsetzt ist, die sich im Verlauf einer Schwellung mit Blut füllen. Das zuströmende Blut ist dabei vorrangig arteriellen Ursprungs und damit im Normalfall zu mindestens 95% mit Sauerstoff gesättigt. Weiterhin kommt es im Falle einer mit der Schwellung möglicherweise verbundenen Ödembildung zu einer Zunahme des Gewebewasservolumens.
Es ist vorteilhaft, die Durchstrahlung spektrometrisch durchzuführen, um die Volumenanteile des oxygenierten und desoxygenierten Hämoglobins sowie des Gewebewassers quantitativ getrennt erfassen zu können. Dies kann durch Verwendung von mehreren Lichtquellen mit diskreten Strahlungsspektren, wie LEDs oder Laserdioden, erfolgen.
Von Vorteil bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist, das quasi eine gleichzeitige seitengetrennte Messung der Lichtschwächung im Nasengewebe durchführen wird.
Damit kann eine Schwellung in ihrem zeitlichen Verlauf seitengetrennt erfasst werden. Dies ist von Bedeutung, wenn die Schwellungsreaktion in beiden Nasenhöhlen mit unterschiedlicher Stärke abläuft und dies bewertet werden soll, z. B. wenn bei einem nasalen Provokationstest ein allergener Stoff nur in eine Nasenhöhle appliziert wird.
Durch die seitengetrennte Messung wird die diagnostische Aussagekraft des optischen Messverfahrens gegenüber einer Transmissionsmessung durch die Gesamtnase verbessert, da globale hämodynamische Veränderungen, wie z. B. Schwankungen des Blutdrucks, in den Messkurven beider Seiten sichtbar werden und damit von einem lokalen Schwellungsprozess unterschieden werden können.
Die weitere Ausgestaltung der Anordnung ist dem Untersuchungszweck angepasst. Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Applikationsteil in Vorderansicht (a) und Ansicht von oben (b)
2 ein Applikationsteil und dessen Fixierung am Kopf
3 eine schematische Darstellung der Knochenstrukturen der Nasenhöhlen und approximative Lage der optischen Messvolumina
4 ein Zeitdiagramm einer Messsequenz bei Verwendung von 3 Lichtwellenlängen
5 eine schematische Darstellung der Extinktionsmesswerte im Verlauf einer Schwellung Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einem Applikationsteil welches sich während der Messung in direktem Kontakt mit dem Nasengewebe befindet, sowie einem hier nicht näher beschriebenen Grundgerät, dessen Elektronik die Ansteuerung der Lichtquellen 2 und die Erfassung der Daten der Lichtempfänger 3 realisiert.
Das Applikationsteil 1 ist der anatomischen Form der Nase angepasst und kann formschlüssig über den Nasenrücken mit seinen distalen Bereichen an die Nase angelegt werden. In den distalen Bereichen weist das Applikationsteil 1 jeweils einen Kontaktteil auf, auf dem zueinander jeweils eine Lichtquelle 2 sowie ein Lichtempfänger 3 in einem vorgegebenen Abstand parallel zum Nasenrücken angeordnet sind. Die Lichtquelle 2 ist dabei als diskreter spektraler Strahler mit mehreren, einzeln elektronisch an- und abschaltbaren Emissionswellenlängen, z. B. in Form eines LED-Arrays oder Laserarrays, ausgeführt. Lichtquellen 2 und Lichtempfänger 3 sind so auf dem Applikationsteil 1 angeordnet, dass deren optische Achsen in Richtung des Gewebes ausgerichtet sind.
Alternativ zu dieser Variante kann das Messlicht auch über Lichtleiter zwischen Applikationsteil 1 und Grundgerät geleitet werden. Dabei werden die distalen Enden der Lichtleiter jeweils an den Orten der Lichtsender und Lichtempfänger auf dem , Applikationsteil angeordnet. Durch entsprechende technische Mittel, wie z. B. die Anordnung von Umlenkprismen oder Spiegeln vor den Austrittsöffnungen der Lichtleiter, ist dann dafür zu sorgen, dass das Messlicht möglichst verlustarm am Gewebe ein- und ausgekoppelt wird.
Die Fixierung des Applikationsteils 1 erfolgt gemäß der 2 mit Hilfe eines am Kopf angebrachten Haltebandes 5. Dieses sorgt für eine feste Position des Applikationsteils 1 auf dem Nasenrücken während der Messung. Das Applikationsteil ist über einen Bügel 7 mit dem Halteband 5 verbunden. Die Verbindung ist so gestaltet, dass eine exakte Positionierung des Applikationsteils auf dem Nasenrücken, z. B. durch ein arretierbares Kugelgelenk 6 oder einen flexiblen Metallschlauch, möglich ist.
Weitere Varianten der erfindungsgemäßen Anordnung können wie folgt gestaltet sein:

– das Applikationsteil 1 wird an der Nase adhäsiv befestigt;
– das Applikationsteil 1 wird mit Hilfe eines elastischen bzw. im Umfang auf die Kopfgröße einstellbaren Bandes direkt an die Nase angepresst;
– das Applikationsteil 1 ist auf einem brillenähnlichen Gestell so angeordnet, dass es beim Aufsetzen des brillenähnlichen Gestells durch die Schwerkraft formschlüssig an das Nasengewebe angedrückt wird;
– eine Anordnung, bei der die Lichtquellen 2 und Lichtempfänger 3 jeweils auf zwei separaten Grundelementen (Pads) angeordnet sind, welche getrennt voneinander auf jeder Nasenseite adhäsiv befestigt werden.

Für eine genaue und reproduzierbare Messung ist neben der räumlich stabilen und bewegungsfreien Fixierung des Applikationsteils 1 an der Nase auch die Unterdrückung und/oder Herauskalibrierung von Fremdlichteinflüssen wesentlich. Daher ist es sinnvoll, den Messort während der Messung durch ein lichtundurchlässiges Material abzudecken, welches z. B. als Kunststoffkappe ausgeführt und mit am Trägerband 5 fixiert sein kann und bei Bedarf während der Untersuchung über das Messfeld geklappt wird.
Bei der Messung werden Lichtschwächungswerten (optische Dichte des Gewebes) bei einzelnen interessierenden Wellenlängen im Zeitverlauf erfasst. Dazu wird die Intensität I_D(λ,t) des aus dem Gewebe am Ort eines Lichtempfängers 3 austretenden Streulichts gemessen. Die Extinktion des Lichtes ist durch den mathematischen Zusammenhang
definiert, wobei I_S(λ,t) die durch die Lichtquelle 2 abgestrahlte Lichtintensität und I_D(λ,t) die am Lichtempfänger 3 ankommende Lichtintensität bei der Wellenlänge λ und zum Zeitpunkt t bezeichnen. Die Extinktion E(λ,t) ist im allgemeinen eine Funktion der Lichtstreuung und der Lichtabsorption in Gewebe und liefert damit einen Messwert für die geometrische und optische Veränderung des Gewebes.
Der Ablauf einer medizinischen Messung soll hier am Beispiel einer provozierten allergischen Reaktion (Provokationstest) erläutert werden.
Nach Vorbereitung der zu untersuchenden Person wird das Applikationsteil 1 auf dem Nasenrücken fixiert. Danach wird die Datenerfassung manuell durch den Bediener an einem mit dem Grundgerät verbundenen Messcomputer gestartet. Durch die Ansteuerelektronik des Grundgerätes werden die vorhandenen Lichtquellen 2, wie in der 4 dargestellt, sequentiell angeschaltet und zeitgleich werden die Detektormesswerte des der aktuellen Lichtquelle 2 zugeordneten linken bzw. rechten Lichtempfängers 3 erfasst. Durch technische Massnahmen, wie Abdunklung des Messfeldes, getrennte Messung des Umgebungslichtes (Dunkelsignal) bei ausgeschalteten Lichtquellen 2 oder durch Anwendung eines Modulationsmessverfahrens kann dafür gesorgt werden, dass nur das durch die Lichtquellen 2 erzeugte Licht und nicht das in die Messvorrichtung eventuell einfallende Umgebungslicht gemessen wird.
Die spektralen Lichtschwächungswerte im unprovozierten Zustand stellen die Grundlinie der Messung dar. Ist diese in einem ausreichend langen Zeitfenster (ca. 1 bis 2 Minuten) erfasst, wird ein allergener Stoff in eine oder beide Nasenhöhle(n) deponiert. Bei einer allergischen Reaktion beginnt dann eine Schwellung des Nasengewebes, welche eine nachweisbare Zunahme der spektralen Extinktion auf der provozierten Nasenseite bewirkt. Dies ist in 5 schematisch für die Messung an der provozierte Seite dargestellt, wobei hier die spektralen Extinktionswerte zum Anfangszeitpunkt t_P zur besseren Darstellung normiert wurden. Nach genügend langer Zeit erreicht die Schwellung zum Zeitpunkt t_E einen stationären Zustand. Erst nach einer Zeit t ≫ t_E – t_P klingt die Schwellung wieder ab. Diagnostisch verwertbare Informationen sind aus dem Zeitverlauf der spektralen Extinktionswerte bestimmbar. Zu diesen zählen insbesondere:

1. der Anstieg ΔE(λ)=E(λ,t_E)-E(λ,t_P) der Extinktion für eine Wellenlänge als Maß für die Stärke der Schwellung;
2. die Extinktionswertedifferenz ΔE(λ₁)-ΔE(λ₂) bei verschiedenen Wellenlängen als Maß für die Zunahme der Volumenanteile verschiedener Gewebekonstituenten relativ zueinander;
3. die zeitliche Differenz Δt=t_E-t_P der Reaktion vom Provokationszeitpunkt bis zum stationären Endzustand als Maß für die Schwellungsgeschwindigkeit sowie die Form der Kurven E(λ,t) als Indikator für den physiologischen Ablauf der Schwellung.

1: Applikationsteil
2: Lichtquelle
3: Lichtempfänger
4: stromführendes Kabel
5: Stirnträgerband
6: fixierbares Kugelgelenk
7: Befestigungsbügel
8: Messvolumen
9: mittlere Nasenmuschel
10: Nasenseptum
11: unter Nasenmuschel
12: Kiefernhöhle

Claims

Anordnung zur Messung von Schwellungen von Gewebestrukturen im Naseninnenraum, bestehend aus – einem über den Nasenrücken legbaren, der anatomischen Form der Nase angepassten Applikationsteil (1 ), – mit dem Applikationsteil (1) verbundenen Mitteln zur Fixierung des Applikationsteils (1) am Nasenrücken, – wenigstens einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger (2,3) am Applikationsteil (1), dadurch gekennzeichnet, dass – an den distalen Enden des Applikationsteil (1) jeweils mindestens eine Lichtquelle (2) und ein Lichtempfänger (3) vorgesehen und Lichtquelle (2) und Lichtempfänger (3) voneinander getrennt angeordnet sind, – die Lichtquellen (2) und Lichtempfänger (3) an den distalen Enden des Applikationsteils (1) so ansteuerbar sind, dass das von der Lichtquelle (2) ins Gewebe eingestrahlte Licht nach partieller Durchdringung schwellfähiger Gewebestrukturen im Naseninnenraum jeweils auf derselben Seite der Nase von dem zugeordneten Lichtempfänger (3) erfassbar ist, – die empfangenen Signale einer Auswerteeinheit zuführbar sind, und – von der Auswerteeinheit der zeitliche Verlauf der spektralen Extinktion der durch die Lichtquellen (2) erzeugten optischen Strahlung vor und während einer natürlichen oder provozierten Schwellung des inneren Nasengewebes aufgezeichnet und zur Anzeige gebracht wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (2) und die Lichtempfänger (3) so ansteuerbar sind, dass die Schwellungen von Gewebestrukturen im Naseninnenraum für jede Nasenhöhle getrennt erfassbar sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsteil (1) an einem brillenähnlichen Gestell so angeordnet ist, dass es beim Aufsetzen des brillenähnlichen Gestells durch die Schwerkraft formschlüssig an die Nase andrückbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsteil (1) durch eine justierbare mechanische Verbindung (6, 7) mit einem Halteband (5) verbunden ist, um für die Messdauer eine stabile Fixierung an der Nase zu gewährleisten.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsteil (1) Mittel zur adhäsiven Befestigung auf der Nase aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfeld durch eine an den Elementen (5, 6, 7) angebrachte lichtundurchlässige Kappe während der Messung von Umgebungslicht abschirmbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (2) Licht verschiedener Wellenlängen emittieren und jede Wellenlänge auf jeder Nasenseite einzeln erfassbar ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerelektronik die einzelnen Wellenlängen der linken und rechten Lichtquelle (2) nacheinander anschaltet und am Lichtempfänger (3) die ankommende Lichtintensität erfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messprozedur zusätzlich einen Dunkelwert bei ausgeschalteten Lichtquellen (2) zur Korrektur von Umgebungseinflüssen erfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messprozedur die Intensität der Lichtquellen (2) bei den einzelnen Emissionswellenlängen zeitgleich zur Transmissionsmessung aufzeichnet, um damit die in das Gewebe abgestrahlte optische Ausgangsleistung mit zu erfassen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (2) mit verschiedenen Trägerfrequenzen in ihrer Intensität sinusförmig moduliert werden und eine Detektorelektronik die Signale der gleichzeitig strahlenden Lichtquellen durch ein Frequenzdemultiplexingverfahren getrennt erfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor und während einer natürlichen oder provozierten Schwellung des inneren Nasengewebes die Signale seitengetrennt aufzeichenbar sind und daraus diagnostisch verwertbare Parameter errechnet und zur Darstellung gebracht werden.