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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.
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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.
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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.
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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.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.
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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.
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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.
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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.
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In der Figur ist mit 1 ein menschliches Blutgefäß bezeichnet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.