DE3122409A1

DE3122409A1 - "geraet zur nichtinvasiven kontinuierlichen analyse des sauerstoffgehalts des blutes"

Info

Publication number: DE3122409A1
Application number: DE19813122409
Authority: DE
Inventors: Gerold Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 7772 Uhldingen Heine; Jürgen Dipl.-Ing. 7997 Immenstaad Scheiblich
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1981-06-05
Filing date: 1981-06-05
Publication date: 1982-12-23

Description

Gerät zur nichtinvasiven kontinuierlichen Analyse des Sauer-
stoffgehalts des Blutes Die Erfindung betrifft ein Gerät zur nichtinvasiven kontinuierlichen Analyse des Sauerstoffgehalts des Blutes.
Die Untersuchung des Blutes ist für den Arzt ein wertvolles Mittel zur Diagnose. Während bei Routineuntersuchungen nur die flüssigen und festen Bestandteile des Blutes registriert werden, müssen in kritischen Situationen z.B. bei der Narkoseüberwachung auch die Blutgaswerte überwacht werden. Hier ist es vor allem der Sauerstoffgehalt, der angibt, ob weitere Behandlungen, wie künstliche Beatmung, notwendig sind.
Bekannt ist die Analyse des Blutes durch Untersuchung von Blutproben. Die Entnahme einer Blutprobe ist ein Eingriff, der wegen seiner Risiken, wie Infektion oder innerer Verletzung, nur von geschultem Personal vorgenommen werden darf.
Die Blutprobe kann nur Aussagen über den Zustand des Patienten zur Zeit der Entnahme liefern, eine Parameteränderung, z.B.
ein Abfall des Sauerstoffgehalts nach der Entnahme wird nicht bemerkt.
Erwünscht ist ein Verfahren zur Blutgasanalyse das 1. unblutig vorgenommen werden kann und 2. eine kontinuierliche Uberwachung gestattet, was während Narkosen.und auf der Intensivstation notwendig und hilfreich sein kann.
Die Zeitschrift Anaesthesist 26 (1977), Seite 361" beschreibt ein Gerät (Oxymeter), welches den Sauerstoffgehalt des arteriellen Blutes ohne Eingriff und kontinuierlich mißt, und zwar durch Registrieren des Sauerstoffs, der aus einer erwärmten Hautstelle in eine Sonde eindringt.
Dieses Gerät hat folgende Nachteile: - der durch die Haut gemessene Sauerstoffgehalt weicht um mehrere Prozent von dem Wert ab, der aus einer arteriellen Blutprobe stammt; - 10-20 Minuten Anlaufzeit machen das Gerät unbrauchbar für unter Zeitdruck stehende Behandlungen (Unfallversorgung); - erst 15 sec nach dem Anlegen des Gerätes erfolgt eine zuverlässige Anzeige; - die Anzeigewerte driften innerhalb eines Tages um mehrere Prozent; - Die Haut wird lokal auf ca 430 C erwärmt.
Bleiben die Elektroden länger als einige Stunden an der selben Stelle der Haut, so können sich Blasen bilden.
Bekannt ist weiterhin, daß sich doe optischen Reflexionsspektren von Hämoglobin und Oxyhämoglobin in verschiedenen Wellenlängenbereichen unterscheiden. In der Zeitschrift "Proceedings of the IEEE 60 (1972), Seite 692" wird auf diesen Unterschied hingewiesen. In Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chemie 354 (1974), Seite 903 wird festgestellt, daß beim Übergang von Oxyhämoglobin zu Hämoglobin, d. h bei sich verringerndem Sauerstoffgehalt, zwei Minima des Reflexionsspektrums bei 542 und 578 nm zu einem Minimum bei 555 nm verschmelzen. Der Abstand der Minima ist eine Funktion der Sauerstoffsättigung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die den Sauerstoffgehalt es Elutes ohne Eingriff, kontinuierlich, ohne Anlaufzeit und ohne Belestung der Meßstelle registriert Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit einem Meßkopf, der auf die Hant gebrecht wird, diese beleuchtet und das reflektierte Licht spekbral zerlegt, und einer Auswertelektronik, die den abstand zesier Intensitätsminima im Reflexionsspekerum bestimmt und deraus den Sauerstoffgehalt des Blutes berechnet.
Die Erfindung bietet folgende Vorteile: - Messung des Blutsauerstoffgehalts ohne Eingriff - kontinuierliche Messung - keine Anlaufzeit - keine Belastung der Meßstelle auf der Haut - geringe Größe.
Weitere Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend näher erläutert: Fig. 1 zeigt das Reflexionsspektrum von Hämoglobin und Oxyhämoglobin, Fig. 2 zeigt den Abstand der Minima aus Fig. 1 als Funktion der Sauerstoffsättigung, Fig. 3 zeigt einen möglichen Meßkopf, Fig. 4 und 5 zeigen zwei mögliche Monochromatorausführungen.
Die Fig. 1 und 2 stammen aus den oben genannten Zeitschriften 0 IEEE 60 und Physial. Chemie 354.
Fig. 3 zeigt einen Meßkopf, der aus einem Gehäuse 4 mit einer ebenen Unterseite besteht, welches eine Lichtquelle 6 und einen Monochromator 7 bis 10 enthält, dessen Bestandteile in Fig. 4 dargestellt sind.
Fig. 5 zeigt einen alternativen Monochromator mit LCD-Scheibe 11, Sammellinse 12 und Photodiode 13.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist im folgenden erklärt: Der Meßkopf (Fig. 3) wird auf die Haut 5 gesetzt. Die Lichtquelle 6 beleuchtet die Haut. Von dort wird das Licht 14 diffus zurückreflektiert. Durch die Streuscheibe 7 gelangt das Licht auf den Verlauflinienfilter 8. Dort wird es spektral zerlegt und trifft je nach Wellenlänge auf eine andere Diode 15, 16 der Photodiodenreihe 9, die auf einer Trägerplatine 10 befestigt ist. Da die Photodioden 15, 16 eine endliche Ausdehnung haben, können ihre Mittelpunkte nicht beliebig nah nebenein-.
anderstehen. Auf jede Diode fällt daher das Licht eines bestimmten Wellenlängenreichs z.B. mit der Breite 8 = 0,5 nm, wobei sich dieser Wert aus der Dispersion des Verlauflinienfilters 8 ergibt. Das auffallende Licht erzeugt an jeder Diode eine Ladungs- oder Spannungsänderung.
Die Auswertelektronik fragt nun nacheinander die an den Dioden liegenden Spannungen ab, die proportional zur Intensität des Lichts des entsprechenden Wellenlängenbereichs sind.
Nun werden die Spannungen jeder Diode mit denen ihrer beiden Nachbarn verglichen. Diejenigen zwei Dioden, an denen eine niedrige Spannung als an beiden Nachbarn liegt, werden registriert. Die ihren entsprechenden Wellenlängenbereiche geben die Intensitätsminima 1, 2 des Lichts an.
Die Elektronik berechnet die Zahl der dazwischenliegenden Dioden und damit den entsprechenden Wellenlängenabstand.
Nach der in Fig. 2 gezeigten Abhängigkeit wird dem Wellenlängenabstand ein Sauerstoffgehalt zugeordnet. Dieser wird vom Gerät angezeigt.
Eine Ausführung, bei der nicht nur eine Reihe von Dioden, sondern mehrere Reihen, also ein ganzes Feld benutzt werden, ist möglich.
Der Monochromator kann auch einen anderen Aufbau haben, z.B.
den in Fig. 5 gezeigten. Das reflektierte Licht gelangt durch die Streuscheibe 7 und wird vom Verlauflinienfilter 8 nach Wellenlängen zerlegt. Dann trifft es auf eine LCD-Scheibe 11, die als Blende dient. Solche durchsichtigen Scheiben, die durch Anlegen kleiner Spannungen zonenweise unddurchsichtig werden, sind als Anzeigen für Digitaluhren bekannt. Die Auswertelektronik macht die Scheibe überall undurchsichtig und läßt nur einen schmalen Streifen 17 durchsichtig.
Damit läßt sie nur Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durch. Dieses Licht wird dann von einer Sammellinse 12 auf eine Photodiode 13 gelenkt. Diese registriert die Intensität in dem entsprechenden Wellenlängenbereich. Die Elektronik verschiebt nun den durchsichtigen Streifen 17 über die ganze Scheibe 11 und erhält von der Photodiode 13 die Intensitäten in allen Wellenlängenbereichen zwischen 500 und 600 nm. Die Elektronik sucht die Minima und ordnet deren Abstand einen Sauerstoffgehalt gemäß der Abhängigkeit von Fig. 2 zu. Dieser wird vom Gerät angezeigt.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: Vorrichtung zur nichtinvasiven, kontinuierlichen Erfassung des Sauerstoffgehalts des Blutes, gekennzeichnet durch einen Meßkopf, der auf die Haut gebracht wird, die Haut beleuchtetund das reflektierte Licht spektral zerlegt, und durch eine Auswertelektronik, die den Abstand zweier Intensitätsminima (1, 2) im Reflexionsspektrum bestimmt, und daraus den Sauerstoffgehalt des Blutes berechnet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf zwei Lichtleitfasern enthält, von denen eine die Haut beleuchtet und die andere das reflektierte Licht aufnimmt und einem Monochromator zuführt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von einem Monochromator spektral zerlegt wird, der aus einer Streuscheibe (7), einem Verlauflinienfilter (8) und einem ein- oder mehrreihigen Diodenfeld (9) besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Monochromator aus einer Streuscheibe (7), einer LCD-Blende (11), einer Sammellinse (12) und einer Photodiode (13) besteht.