DE2264433A1

DE2264433A1 - Geraet zur kolorimetrischen untersuchung von substanzen auf signifikante bestandteile

Info

Publication number: DE2264433A1
Application number: DE19722264433
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Phys Horak
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1972-11-11
Filing date: 1972-11-11
Publication date: 1974-05-16

Description

Gerät zur kolorimetrischen U ltersuchung von Substanzen auf signifikante Bestandteile Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur kolorimetrischen Untersuchung von Substanzen auf signifikante Bestandteile.
Geräte dieser Art arbeiten im allgemeinen in der Weise, daß Licht in die zu untersuchende Substanz eingestrahlt wird und die sich bei Durchstrahlung der Substanz oder Reflexion an der Substanz ergebenden Austrittsintensitätn von Licht einer ersten Wellenlänge, welches von dem zu erfassenden Bestandteil unabhängig von dessen prozentualem Anteil in der Substanz im wesentlichen immer gleich stark absorbiert bzw. reflektiert wird, sowie Licht einer dazu unterschiedlichen zweiten Wellenlänge, welches bei unterschiedlichen prozentualen Anteilswerten entsprechend unterschiedlich stark absorbiert bnw. reflektiert wird, ermittelt werden und die so ermittelten Aus trittsintensi täten schließlich als entsprechende elektrische Signale getrennt Mitteln zur Anzeige und/oder rechnerischen Weiterverarbeitung, insbesondere zur Verhältnisbildung, zugeleitet werden. Derartige Geräte werden insbesondere zur Untersuchung von Blut hinsichtlich des prozentualen Anteils von oxydiertem Hämoglobin am Gesamthämoglobin (Sauerstoffsättigung des Hämoglobins) und/oder künstlicher Farbstoffanteile ( Farbstof fk onzentration ) eingesetzt. Bei der Messung der Sauerstoffsättigung des Hämoglobins bietet sich dabei z.B. für die erste Wellenlänge ein Wert von 805 nm und für die zweite Wellenlänge ein Wert um 660 nm an, da bei 805 nm bekanntlich Oxyhämoglobin und reduziertes Hämoglobin im wesentlichen die gleiche Absorption bzw. Reflexion aufweisen, während für 660 nm die Absorption bzw. Reflexion für Oxyhämoglobin und reduziertes Hämoglobin in einem relativ starkem Maße unterschiedlich ist. Zur Messung der Farbstoffkonzentration im Blut, bei der üblicherweise "Cardiogreer.t als Indikatorsubstanz verwendet wird, und welche sich vorteilhaft zur Bestimmung des Hf f nutenvolumens bzw. des Herzschlagvolumens verwenden läßt, wird die zweite Wellenlänge z.B. zu einem Wert von 805 nm gewählt, da die Indikatorsubstanz "Cardiogreen" nur Wellenlängen um diesen Wert relativ stark absorbiert. Die erste Wellenlänge hingegen ist frei wählbar und kann z.B. gemäß üblicher Praxis zu 910 nm gewählt werden. Da die frei wählbare erste Wellenlange im allgemeinen auch von der Sauer stoff sättigung des Hämoglobins a#-hängt, sollte zur Vermeidung von Meßfehlern die Messung der Farbstoffkonzentration im arteriellen System (Aorta) erfolgen.
Durch die DAS 1 498 513 ist z.B. ein Gerät der eingangs genannten Art zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes von Blut vorbekannt, bei dem zur Einstrahlung des Lichtes ir die zu untersuchende Substanz, d.h. Blut, bzw. zum Empfang des von der Substanz kommenden Lichtes eine Lichtleitsonde mit einer Vielzahl von Lichtleitfasern verwendet ist, welche Lichtleitfasern in einzelne, auch am proximalen Sondenende voneinander getennte Sende-bzw. Empfangs stränge unterteilt sind.
Die Anwendung derartiger Lichtleitsonden mit auch am proximalen Sonden ende getrennt angeordneten Sende- bzw. Empfangssträngen bei Geräten der eingangs genannten Art hat den Nachteil, daß sich aufgrund von von Ort zu Ort schwankender Verteilung des zu erfassenden Substanzbestandteiles eventuelle Meßfehler ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Gerät der eingangs genannten Art zur Einstrahlung des Lichtes in die Substanz bzw. zum Empfang des von der Substanz kommenden Lichtes eine Lichtleitsonde aus einer Vielzahl von am proximalen Sondenende statistisch gemischten und zum distalen Ende hin in einen Sendestrang bzw. in einzelne Empfangsstränge aufgeteilten Lichtleitfasern verwendet ist.
Eine derartige Lichtleitsonde bringt gegenüber herkömmlichen Lichtleitsonden, bei denen die einzelnen Sende- bzw. Empfangsstränge auch am proximalen Sondenende getrennt angeordnet sind (z.B. DAS 1 498 513), den Vorteil, daß die Einstrahlung von Licht in die Substanz über den gesamten proximalen Sondenquerschnitt statistisch verteilt erfolgt und entsprechend auch das z.B. an der Substanz reflektierte Licht ebenso über den gesamten Querschnitt verteilt wieder empfangen wird, so daß die Messung der Lichtintensität bei den gewünschten Wellenlängen demnach immer am gleichen Ort gleichzeitig erfolgt und eventuelle Meßfehler aufgrund von von Ort zu Ort schwankender Verteilung des zu erfassenden Substanzbestandteiles damit von vornherein vermieden werden.
Anhand einer Figur wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und seine Wirkungsweise erläutert: Die Figur zeigt ein Gerät nach der Erfindung im Prinzipschaltbild. Dieses Gerät dient insbesondere zum Messen des Sauerstoffgehaltes von Blut und zum gleichzeitigen Erfassen der "Cardiogreen"-Farbstoffkonzentration im Blut zum Zwecke der Bestimmung des Herzminutenvolumens bzw. des Herzschlagvolumens.
In der Figur ist mit 1 ein menschliches Blutgefäß bezeichnet.
In das Blutgefäß 1 ist eine Lichtleitsonde 2 eingeführt. Die Lichtleitsonde 2 besteht dabei aus einer Vielzahl von Lichtleitfasern, z.B. Glasfiberfasern, welche am proximalen Sondenende 3 statistisch gemischt und erst in einem gewissen Abstand vom proximalen Sondenende in einen Sendestrang 4 sowie in insgesamt drei Empfangsstränge 5, 6 und 7 aufgeteilt sind.
Am Eingang des Sendestranges 4 befindet sich ein Lichterzeuger 8, welcher aus einer mit 12 V bei 50 Hz betriebenen 100 Watt-Glühlampe geringer thermischer Trägheit und mit eingebautem ellipU-schen Spiegelkondensor besteht.
Die distalen Enden der Empfangsstränge 5 bis 7 wiederum stehen in optischer Verbindung mit Lichtempfängern 9 bis 11, die jeweils aus einem Foto detektor (vorzugsweise epitaxialer Si-Fototransistor mit nachfolgender FET-Stufe) und vorgeschalteten Frequenzfiltern für die Aussiebung der Wellenlängen 805 Nznometer, 660 Nanometer sowie 910 Nanometer aus dem empfangenen Licht bestehen. Jedem Empfangsglied 9 bis 11 sind ferner in Serie nachgeschaltet elektrische Verstärker 12 bis 14 für die Ausgangssignale der Fotodetektoren, aktive Bandfilter 15 bis 17 mit einer Nittenfrequenz von 100 IIz sowie einer Bandbreite von 20 Hz (vorzugsweise integrierte Operationsverstärker mit einem I)oppel-T-Netzwerk aus RC-Elementen im Rückkoppelkreis), iräzisions-Zweiweg-Gleichrichter 18 bis 20, sowie 10 Hz-Tiefpässe 21 bis 23. Ferner sind zwei Dividierglieder 24 und 25 vorgesehen zur Bildung des Quotienten IR (805 (660) aus den Ausgawigssignalen IR (805) und 1R (660) der Tiefpässe 21, 22 einerseits und des Quotienten IR (910)/IR (805) aus den Ausgangssignalen IR (910) und 1R (660) der Tiefpässe 23 und 21 an#ererseits. Die Ausgangssignale der Dividierglieder 24 bzw. 25 können mittels eines Umschalters 26 separat an einem Anzeigegerät 27 angezeigt werden.
Die Dividierglieder 24 und 25 sind so ausgelegt, daß sie Eingangsspannungen im Bereich von 1 bis 10 V mit einer Genauigkeit von + 1 % verarbeiten. Ein Schwellwertdetektor 28 signalisiert an einer Anzeige lampe 29 Eingangsspannungen der Dividierglieder außerhalb dieses Bereiches. In diesem Fall kann zur Vermeidung von fehlerhaften Meßergebnissen die Verstärkung in den drei Kanälen gleichzeitig um einen bestImmten, konstanten Betrag erhöht oder erniedrigt werden.
Mit dem Gerät nach der Figur läßt sich der Sauerstoffgehalt des Blutes bzw. die "Cardiogreen"-Farbstoff-Verteilung im Blut wie folgt ermitteln: Vor Beginn der Messung wird das proximale Sondenende 3 in das zu untersuchende Blutgefäß eingeführt. Anschließend wird die Lampe 8 eingeschaltet und somit ununterbrochen über das Ende 3 der Sonde 2 Licht mit einer Wechsellichtkomponente von 100 Hz in das Blut eingestrahlt. Der im Blut reflektierte Teil des eingestrahlten Lichtes wird zom Ende 3 der Sonde 2 wieder aufgenommen und ebenso ununterbrochen über die einzelnen Empfangsstränge 5 bis 7 dem jeweiligen Empfangsglied 9 bis 11 zur optischen Ausfilterung der 805, 660 und 910 nm Wellenlängen und deren Intensitätsmessung zugeleitet.
Die sich am Ausgang der einzelnen Empfangsglieder 9 bis 11 ergebenden elektrischen Signale (Ausgangssignale der Fotodetektoren ) werden nach Verstärkung in den Verstärkern 12 bis 14 den 100 Hz-Bandfiltern 15 bis 17 zugeführt. Die am Ausgang dieser Bandfilter anfallenden Signale werden mittels der Glieder 18 bis 23 in der Amplitude demoduliert und die amplitudendemodulierten Signale dann auf die Dividierglieder 24 bzw. 25 gegeben.
Da die Intensität IR (660) der reflektierten 660 Nanometer-Lichtwelle unmittelbar ein Maß für den Oxyhämoglobingehalt, die Intensität IR (805) hingegen ein Maß für den Gesamthämoglobingehalt im untersuchten Blut darstellt, stellt somit das husgangssignal IR (805)/IR (6GO) des Dividiergliedes 24 ein Maß für die Sauerstoffsättigung des untersuchten Blutes dar. Entsprechend ergibt sich bei Einführung des Meßendes 3 der Sonde 2 in ein Blutgefäß des arteriellen Systems, z.B. Aorta, in.welches "Cardiogreen" injiziert wurde, am Ausgang des Divi 8;f ngliedes 25 ein Signal, welches ein unmittelbares Maß für die Konzentratiors der "Cardiogreen"-Indikatorsubstanz in diesem Blutgefäß darstellt.

Claims

Patentanspruch

Gerät zur kolorimetrischen Untersuchung von Substanzen auf signifikante Bestandteile, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Einstrahlung des Lichtes in die Substanz bzw. zum Empfang des von der Substanz kommenden Lichtes eine Lichtleitsonde (2) aus einer Vielzahl von am proximalen Sondenende (3) statistisch gemischten und zum distalen Ende hin in einen Sendestrang (4) bzw. in einzelne Empfangsstränge (Z.B.

5 bis 7) aufgeteilten Lichtleitfasern verwendet ist.

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