DE3711272A1 - Einrichtung zur messung eines gasgehaltes von einen koerperbereich eines lebewesens durchstroemendem blut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäss dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Derartige Einrichtungen werden zum Beispiel benutzt, um bei Patienten mit durch Krankheiten und/oder chirurgische Ope­ rationen verursachten Störungen der Sauerstoffversorgung und bei sportärztlichen Untersuchungen die Sauerstoffsättigung des Bluts auf nicht-invasive Weise, d.h. ohne die Haut oder sonsti­ ge Körperoberfläche durchdringende Instrumente zu ermitteln. Unter dem Begriff "Sauerstoffsättigung" versteht man den häu­ fig mit SA bezeichneten und in Prozent der maximalen Sätti­ gung angegebene Sättigungsgrad des Blutes mit sauerstoffhalti­ gem Hämoglobin oder, genauer gesagt, das Verhältnis zwischen der Konzentration des sauerstoffhaltigen Hämoglobins, d.h. des Oxyhämoglobins, und der gesamten Hämoglobin-Konzentration.

Das Verfahren zur optischen, nicht-invasiven Messung der Sauerstoffsättigung von Blut beruht darauf, dass das im Blut vorhandene, gebundenen Sauerstoff enthaltende Hämoglobin, das Oxyhämoglobin, und das sauerstofflose oder -arme Hämoglobin, das Desoxyhämoglobin, verschiedene Farben und dementsprechend verschiedene Absorptionsspektren haben. Zur Messung wird Licht mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen in Blutgefässe und insbesondere Kapillargefässe aufweisende Körperbereiche eingestrahlt und für die verschiedenen Lichtwellenlängen die Stärke des den betreffenden Körperbereich, zum Beispiel ein Ohrläppchen, die Zunge oder einen Finger, durchdringenden oder des aus dem betreffenden Körperbereich, insbesondere dessen Haut, zurückgestrahlten Lichts ermittelt.

Informationen über die allgemeinen Grundlagen des Mess­ prinzips sind zum Beispiel aus der Publikation "Noninvasive Transcutaneous Monitoring of Arterial Blood Gases" von Y. Mendelson und R. A. Peura, in IEEE Transactions on Bio­ medical Engineering, Vol. BME-31, No. 12, 1984, Seite 792, bekannt. Eine in dieser Publikation beschriebene Einrichtung besitzt einen zum Anordnen an einer Stelle der Körperober­ fläche bestimmten Messkopf, der Leuchtdioden zum Einstrahlen von rotem und infrarotem Licht in einen Körperbereich, eine Fotodiode zum Empfangen von aus dem Gewebebereich zurückge­ strahlten Licht und eine Heizvorrichtung mit einem Kupferring aufweist. Beim Messen der Sauerstoffsättigung liegt der Kupfer­ ring mit seiner einen Stirnfläche an der Hautoberfläche an und führt der Haut mit der Heizwicklung erzeugte Wärme zu. Durch Erwärmen eines Blutgefässe aufweisenden, für die opti­ sche Messung der Sauerstoffsättigung im Blut vorgesehenen Haut­ oder eventuell sonstigen Körperbereichs kann dessen Durchblu­ tung bis auf das Zwanzig- bis Dreissigfache verstärkt werden, was die Messgenauigkeit verbessert oder die Messung überhaupt ermöglicht. Aus der genannten Publikation geht ferner hervor, dass die Temperatur des bei der Messung benutzten Körperbe­ reichs etwa 41°C betragen sollte.

Es ist ferner bekannt, dass die Hautteile und insbeson­ dere deren Zellen sowie auch Zellen tiefer liegender Gewebe durch mehr als etwa 42°C betragende Temperaturen geschädigt werden, wobei die Überlebensdauer der Zellen oberhalb 42°C mit wachsender Temperatur stark abnimmt. Die aussen am Körper vorhandene Haut kann in die äussere Epidermis und die innere Dermis unterteilt werden, wobei erst die letztere Blutgefässe aufweist, während bei der Epidermis unter deren lebloser Hornhaut lebende Zellen, aber keine Blutgefässe vorhanden sind. Wenn die Blutgefässe aufweisende Dermis durch Wärmelei­ tung von der Hautoberfläche her erwärmt wird, entsteht in der Haut ein Temperaturgefälle von aussen nach innen. Zudem hat die Hornhaut bei den verschiedenen Körperstellen stark unter­ schiedliche, typischerweise ungefähr von 0,2 mm bis 2 mm ändernde Dicken, wobei die Hornhautdicke natürlich auch noch vom Alter und den Lebensverhältnissen der untersuchten Person abhängig ist. Man muss daher im allgemeinen anhängig von der Grösse der mit der Heizvorrichtung an der Hautoberfläche erzeugten Temperatur in Kauf nehmen, dass entweder die Blut­ gefässe aufweisende Hautgewebeschicht nicht bis auf eine günstige Messbedingungen ergebende Temperatur erwärmt wird oder gewisse Hautteile Schäden verursachende Temperaturen erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung zu schaffen, die ermöglicht, einen Blutgefässe auf­ weisenden Haut- und/oder eventuell andern Körperbereich eines Lebewesens auf eine für eine genaue Messung eines Gasgehaltes von diesen Körperbereich durchströmendem Blut, insbesondere von dessen Sauerstoffsättigung, ausreichende und günstige Tempera­ tur zu erwärmen, ohne den genannten Körperbereich und/oder die­ sem benachbarte Körperbereiche durch Überhitzung zu schädigen.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der einleitend genannten Art gelöst, wobei die Einrichtung erfindungsgemäss durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Die Einrichtung kann zum Beispiel mindestens einen Strah­ ler zum Einstrahlen von Lichtwellen, d.h. elektromagnetischen Wellen, oder mindestens einen Strahler zum Einstrahlen von Ultraschalwellen in den Körperbereich aufweisen, in dem der Gasgehalt des durchströmenden Blutes gemessen wird. Der Körperbereich kann durch die eingestrahlten Wellen auf eine die Durchblutung fördernde Temperatur erwärmt werden, ohne dass in ihm und/oder in ihn begrenzenden Bereichen schädliche Überhitzungen stattfinden.

Die Einrichtung kann, wie erwähnt, zur nicht-invasiven, optischen Messung der Sauerstoffsättigung von Blut dienen. In diesem Fall kann die Einrichtung mindestens einen Licht­ empfänger und Lichtstrahlungsmittel besitzen, mit denen zur Messung der Sauerstoffsättigung dienendes, mindestens zwei ver­ schiedene Wellenlängen aufweisendes Licht in den Körperbereich eingestrahlt wird.

Wenn der zum Erwärmen eines Körperbereichs dienende Strahler als Licht-Strahler ausgebildet ist, kann das von ihm eingestrahlte Licht entweder ausschliesslich zur Erwärmung dienen oder zusätzlich zur Messung der Sauerstoffsättigung verwertet werden. Im ersten Fall gehört also der Licht-Strah­ ler nicht zu den zur eigentlichen Messung dienenden Licht­ strahlungsmitteln, während er im letzteren Fall ebenfalls zu diesen gehört. Die Einrichtung kann einen Messkopf und vor­ zugsweise zwei Messköpfe aufweisen. Der bzw. jeder Messkopf besitzt vorzugsweise einen Support mit einem Mantel und be­ grenzt eine Kammer, die auf der beim Messen am Körper eines Lebewesens anliegenden Seite des Messkopfes offen ist. Die Lichtstrahlungsmittel können direkt in dieser Kammer des Mess­ kopfes angeordnete Lichtquellen besitzen, die vorzugsweise aus Leuchtdioden bestehen. Dem bzw. jedem Messkopf kann dann minde­ stens ein Strahler zugeordnet sein. Falls der bzw. jeder Strah­ ler als Ultraschall-Strahler ausgebildet ist, kann er eben­ falls in der Kammer des Messkopfes angeordnet sein. Wenn der bzw. jeder Strahler als Licht-Strahler ausgebildet ist, kann er im oder am Messkopf montiert und/oder zumindest optisch mit diesem verbunden sein.

Die Einrichtung könnte statt zur Messung der Sauerstoff­ sättigung zur Messung des Gehaltes von einem anderen im Blut vorhandenen Gas, etwa Kohlendioxyd, ausgebildet sein. Eine sol­ che Messung könnte dann statt aufgrund eines optischen Verfah­ rens aufgrund eines anderen, nicht-invasiven Verfahrens durch geführt werden. Einige solcher Verfahren sind zum Beispiel auch in der bereits zitierten Publikation von Y. Mendelson und R. A. Peura beschrieben. Bei einer solchen Messung kann es ebenfalls vorteilhaft sein, die Durchblutung des Körperbe­ reichs, in dem der Gasgehalt gemessen wird, durch Einstrahlen von Wellen zu erhöhen.

Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt

die Fig. 1 einen Körperteil und eine schematisierte Ansicht einer Einrichtung zur Messung der Sauerstoffsättigung von Blut,

die Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein Haut­ stück und einen an diesem anliegenden Mess­ kopf der Einrichtung, in grösserem Mass­ stab,

die Fig. 3 eine Draufsicht auf die zum Anliegen an der Haut bestimmte Seite eines Messkopfes der Einrichtung, in kleinerem Massstab als die Fig. 2,

die Fig. 4 ein Blockschema der Einrichtung,

die Fig. 5 ein Diagrammm zur Veranschaulichung des zeitlichen Verlaufs der von einem Licht­ empfänger der Einrichtung für Licht mit einer bestimmen Wellenlänge erzeugten Signale,

die Fig. 6 einen Schnitt durch eine andere Halterungs­ vorrichtung,

die Fig. 7 einen Schnitt durch noch eine andere Hal­ terungsvorrichtung,

die Fig. 8 einen Schnitt durch eine weitere Halte­ rungsvorrichtung,

die Fig. 9 eine der Fig. 3 entsprechende Draufsicht auf eine Variante eines Messkopfes,

die Fig. 10 einen schematisierten Schnitt einer weiteren Variante eines Messkopfes und

die Fig. 11 einen schematisierten Schnitt durch noch einen anderen Messkopf.

In der Fig. 1 sind schematisch ein menschlicher Körper­ teil 1, etwa ein Ohrläppchen, und eine Einrichtung zum Messen der Sauerstoffsättigung von den Körperteil 1 durchströmendem Blut dargestellt. Zur Einrichtung gehört mindestens eine Halterungsvorrichtung 11, die als Hauptbestandteil einen gummielastischen Block 13 mit zwei zumindest ungefähr zuein­ ander parallelen, durchgehenden Löchern 13 a aufweist. In jedem von diesen steckt satt ein länglicher, armartiger, hohler, im Querschnitt viereckiger Träger, wobei auch noch die Einsteck­ tiefe festlegende Anschlagmittel vorhanden sein können. Der Block 13 hat zwischen den beiden Löchern 13 a in der Nähe seines einen Randes ein rechtwinklig zu den Löchern 13 a verlaufendes Durchgangsloch 13 b. Ein Verstellorgan 15 besitzt eine Schraube mit einem Kopf, einem das Durchgangsloch 13 b durchdringenden Schaft und eine auf den Gewindeteil der Schraube aufgeschraubte Mutter.

An dem der Halterungsvorrichtung 11 abgewandten Endab­ abschnitt jedes Trägers 21 ist ein auf dessen einer Längsseite herausragender Messkopf 23 befestigt. Die beiden Messköpfe sind zumindest im wesentlichen identisch ausgebildet und bei der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung einander abgewand­ ten Seiten des Körperteils 1 zugewandt. Der Block 13 kann mittels des Verstellorgans 15 mehr oder weniger stark zusam­ mengedrückt und deformiert werden, wobei die beiden bei un­ deformiertem Block beispielsweise parallel zueinander ver­ laufenden Träger 21 ihre Richtungen bezüglich einander ändern. Die Abstände der beiden Messköpfe 23 können daher mittels des Verstellorgans 15 innerhalb gewisser Grenzen an die Dicke des für die Durchführung einer Messung zwischen den beiden Mess­ köpfen anzuordnenden Körperteils 1 angepasst werden, so dass die beiden Messköpfe beim Messen auf einander abgewandten Seite des Körperteils 1 an diesen anliegen.

In der Fig. 2 ist schematisiert ein Stück der die äussere Bedeckung des Körperteils 1 bildenden, mehrere Schich­ ten aufweisenden Haut 3 mit einer Epidermis 5 und einer Dermis 7 ersichtlich. Die Epidermis besteht aus der sich zu äusserst befindenden, blutgefäss- und leblosen Hornhaut 5 a und der ebenfalls blutgefässlosen, aber lebende Zellen aufweisenden Keimschicht 5 b. Die Epidermis ist auf der Innenseite durch eine im Querschnitt wellenförmige Grenzfläche gegen die Dermis 7 abgegrenzt, die lebende Zellen und Blutgefässe 9, insbeson­ dere schleifenförmige Kapillaren besitzt. An die Dermis 7 schliesst innen ohne scharfe Abgrenzung das subcutane Gewebe an, das selbstverständlich auch lebende Zellen und Blutgefässe besitzt.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, besitzt der Messkopf 23 einen Support 25 mit einem plattenförmigen Teil und einem ringförmigen, nämlich kreiszylindrischen, formfesten Mantel 25 a. Dieser ist an seinem aus dem Träger 21 herausragenden Rand mit einer Dichtung 27 versehen, die etwa aus einem gummielastischen Material, zum Beispiel einem Schaumgummi besteht. Im zentralen Bereich des plattenförmigen Teils des Supports 25 ist an diesem eine zum Mantel 25 a koaxiale Hülse 29 befestigt, deren zylindrischer Mantel am freien Rand vor­ zugsweise ebenfalls mit einer Dichtung 31 versehen ist. Die freien Ränder der beiden Dichtungen 27, 31 liegen in der gleichen, zur Längsrichtung des Trägers 21 parallelen Ebene und können bei der Benutzung der Einrichtung zum dichten Anliegen an der Oberfläche der Haut 3 gebracht werden. In der Hülse 29 ist ein fotoelektrischer Lichtempfänger 33, zum Beispiel ein Silizium-Fotoelement oder eine Fotodiode, befe­ stigt. Im Innenraum der vom plattenförmigen Teil des Supports 25 und dem Mantel 25 a begrenzten Kammer sind in der Fig. 3 ersichtliche, zusammen Lichtstrahlungsmittel bildende Licht­ quellen 35, 37, nämlich Gallium-Aluminium-Arsenid-Leucht­ dioden, paarweise symmetrisch zur Achse des Mantels 25 a und des Lichtempfängers 33 angeordnet. Des weitern enthält der vom Mantel 25 a umschlossene Innenraum mindestens einen Ultra­ schall-Strahler 39, nämlich zwei symmetrisch zur Achse des Mantels 25 a des Lichtempfängers 33 angeordnete Ultraschall- Strahler 39, die in noch näher erläuterter Weise als Mittel zum Erwärmen eines Körperbereichs dienen. Jeder der Ultra­ schall-Strahler 39 besteht aus einem piezoelektrischen, plättchenförmigen, kreisrunden Element, das in einer am Support 25 befestigten Hülse 41 gehalten und mit einer ring­ förmigen Dichtung 43, einem O-Ring, abgedichtet ist. Der im Innenraum des Mantels 25 a zwischen dessen Innenfläche und der Hülse 29 und der der Haut 3 zugewandten Seite der Strahler 39 vorhandene Hohlraum ist mit einem Ultraschall-Übertrager 45 versehen, der aus einer für sichtbares und infrarotes Licht durchlässigen, gallertartigen, aus Polyäthylenglykol bestehen­ den Füllmasse besteht, die auch die beim Messen der Haut zuge­ wandten Abstrahlungsseiten der Lichtquellen 35, 37 bedeckt.

Die elektrischen Elemente, d.h. die Lichtempfänger 33, die Lichtquellen 35, 37 und die Ultraschall-Strahler 39, haben zum Beispiel einen mit den metallischen Support- sowie Wan­ dungsteilen des Messkopfes 23 sowie Trägers 21 verbundenen, gemeinsamen Massenanschluss und sind elektrisch durch Leiter 47 und ein Kabel 49 mit dem schematisiert in der Fig. 1 dargestellten, elektronischen Gerät 61 verbunden, wobei die Kabel 49 vorzugsweise mindestens an einem Ende Stecker 51 aufweisen, so dass sie von den Messköpfen 23 bzw. den diese haltenden Trägern 21 und/oder dem Gerät 61 trennbar sind. Das Gerät 61 hat elektronische Schaltungsmittel, einen Anzeigeteil 63 zur digitalen Anzeige der Sauerstoffsättigung des Bluts, nämlich des prozentualen Sauerstoff-sättigungsgrads SA, und der Frequenz des Pulses P. Das Gerät besitzt ferner noch ver­ schiedene manuell betätigbare, zum Beispiel Drucktasten auf­ weisende Schalter, nämlich einen Ein/Aus-Schalter 65, einen zum Testen und Eichen des Geräts dienenden Test-Schalter 67, einen Alarm-Schalter 69 zum Aktivieren eines Alarmgebers und möglicherweise noch weitere, nicht dargestellte Schalter.

Gemäss dem in der Fig. 4 ersichtlichen Blockschema weisen die elektronischen Schaltungsmittel des Geräts 61 für jeden Lichtempfänger 33 einen Verstärker 81 auf, der den betreffenden Lichtempfänger 33 mit einer Auswerte-, Steuer­ und Regelvorrichtung 83 verbindet. Diese besitzt unter anderem Schaltungsmittel zur analogen Signalverarbeitung, Analog/Digi­ tal-Wandler zur Umwandlung der von den Verstärkern 81 kommen­ den, elektrischen Analog-Signale in digitale Signale, einen Taktgeber und einen digital arbeitenden Rechner, beispiels­ weise einen Mikroprozessrechner. Die die Lichtquellen 35 bildenden Leuchtdioden und die die Lichtquellen 37 bildenden Leuchtdioden sind mit entgegengesetzten Polaritäten parallel geschaltet und mit einer dem betreffenden Messkopf zugeordne­ ten Lichtquellen-Speisevorrichtung 85 verbunden, wobei anstelle der zwei separaten Speisevorrichtungen 85 eine für beide Messköpfe 21 gemeinsame Speisevorrichtung vorhanden sein könnte. Jeder Ultraschall-Strahler 39 ist mit einem Ultra­ schall-Generator 87 verbunden. Die Speisevorrichtungen 85 und Generatoren 87 sind mit der Auswerte-, Steuer- und Regelvor­ richtung 83 verbunden und in noch erläuterter Weise durch diese steuer- bzw. regelbar. Die Vorrichtung 83 ist ferner mit dem Anzeigeteil 63, den Schaltern 67, 69 und einem in das Gerät eingebauten, akustischen Alarmgeber 89 verbunden, wobei zusätzlich zum letzteren oder anstelle von diesem auch ein in das Gerät eingebauter optischer und/oder ein externer akusti­ scher und/oder optischer Alarmgeber vorhanden sein könnte. Das Gerät 61 besitzt ferner einen zur Erzeugung der von den verschiedenen elektronischen Schaltungen und Vorrichtungen des Geräts 61 benötigten, elektrischen Gleichspannungen dienenden, mit dem Ein/Aus-Schalter 65 verbundenen Spannungsversorgungs­ teil 91, der beispielsweise mit mindestens einer Batterie und/oder einen Netzanschluss versehen ist.

Nun soll die Arbeitsweise der Einrichtung erläutert werden, wobei angenommen wird, dass ein Körperteil 1, d.h. ein Ohrläppchen der Person, deren Blut-Sauerstoffsättigung zu messen ist, sich in der in der Fig. 1 dargestellten Weise zwischen den beiden Messköpfen 23 befindet, so dass diese mit den Dichtungen 27 und 31 an der Hautoberfläche anliegen. Wenn das Gerät 61 zur Durchführung einer Messung eingeschaltet ist, steuert die Vorrichtung 83 die Lichtquellen-Speisevorrichtun­ gen 85 derart, dass diese eine periodische, elektrische Impulsfolge erzeugen, deren Impulse abwechselnd verschiedene Polaritäten haben, so dass bei den einen elektrischen Impulsen die Lichtquellen 35 und bei den andern elektrischen Impulsen die Lichtquellen 37 Lichtsignale oder -impulse erzeugen. Die Frequenz der Lichtsignale oder -impulse soll wesentlich grösser sein als die menschliche Puls- bzw. Herzschlagfrequenz und zum Beispiel mindestens 70 Hz und höchstens 150 Hz betra­ gen. Die Frequenz der Lichtsignale soll dabei von der üblicher­ weise 50 oder 60 Hz betragenden Frequenz der im geographischen Anwendungsgebiet der Einrichtung vorhandenen Netz-Wechselspan­ nung und den ganzzahligen Vielfachen dieser Netz-Wechselspan­ nungsfrequenz verschieden sein, um Störungen durch die Netz- Wechselspannung und/oder durch das Licht von mit dieser gespiesenen Lampen gering zu halten. Im übrigen werden die beiden Speise-Vorrichtungen 85 beispielsweise derart gesteuert, dass die von ihnen erzeugten Impulsfolgen nicht nur synchron, sondern auch phasengleich zueinander sind, so dass jeweils alle Lichtquellen 35 beider Messköpfe gleichzeitig Lichtsig­ nale erzeugen und das Entsprechende auch für die Lichtquellen 37 gilt.

Das von den Lichtquellen 35, 37 erzeugte Licht ist sichtbares und/oder im nahen Infrarotbereich liegendes Licht. Die Lichtquellen 35 können zum Beispiel Licht erzeugen, dessen Wellenlänge in der Nähe des sogenannten isobestischen Punktes liegt, bei dem die Absorptionskurven von sauerstoffhaltigem und sauerstofflosem Hämoglobin einander kreuzen und die im folgenden als isobestische Wellenlänge bezeichnete Wellenlänge ungefähr 805 nm beträgt. Die anderen Lichtquellen 37 können beispielsweise Licht erzeugen, dessen Wellenlänge um beispiels­ weise 50 bis 300 nm grösser oder kleiner ist.

Wenn von einer der Lichtquellen 35, 37 erzeugtes Licht in den Körperteil 1 eindringt, kann Licht absorbiert oder in ver­ schiedene Richtungen, insbesondere ungefähr nach vorne oder hinten, gestreut werden, wobei ein Teil des Lichtes ohne Ablenkung gerade durch den Körperteil 1 hindurch dringen kann.

Wenn sich die beiden Messköpfe gemäss der Fig. 1 gegen­ überstehen, kann jeder Lichtempfänger 33 sowohl von den Licht­ quellen 35, 37 des ihn haltenden Messkopfes 23 erzeugtes und vom Körperteil 1 infolge Streuung zurück gestrahltes als auch von den Lichtquellen 35, 37 des jeweils andern Messkopfes 23 erzeugtes Licht empfangen, das den Körperteil 1 durchdrungen hat. Im folgenden wird das von den Lichtquellen des gleichen Messkopfes in einen Lichtempfänger gelangende Licht als Refle­ xionslicht und das von den Lichtquellen des jeweils anderen Messkopfes in den Lichtempfänger gelangende Licht als Trans­ missionslicht bezeichnet. Die die Lichtempfänger 33 umschlies­ senden Hülsen 29 und Dichtungen 31 stellen im übrigen sicher, dass jeder Lichtempfänger nur solches Reflexionslicht empfängt, das zumindest in die Haut 3 des Körperteils 1 eingedrungen war.

Die Lichtempfänger 33 erzeugen bei jedem vom Körperteil 1 her in sie eindringenden Lichtsignal ein elektrisches Signal, nämlich einen Spannungsimpuls, dessen Höhe ein Mass für die Lichtstärke gibt. Dabei addieren sich die Lichtstärken der gleichzeitig in einen Lichtempfänger gelangenden Reflexions­ und Transmissionslichtsignale, was relativ grosse Lichtstärken sowie Spannungsimpulse ergibt und sich günstig auf die Messge­ nauigkeit auswirkt. Die Vorrichtung 83 besitzt durch elektro­ nische Torschaltungen und/oder sonstige Mittel gebildete, elektronische Weichen, um die ihr von den Lichtempfängern 33 über die Verstärker 81 zugeführten Signale aufgrund ihres zeitlichen Eintreffens zu identifizieren, sortieren und den beiden Lichtwellenlängen zuzuordnen. Der Rechner der Vorrich­ tung 83 berechnet dann beispielsweise für jeden der beiden Lichtempfänger 33 aufgrund der von diesem kommenden Signalfol­ gen die Sauerstoffsättigung bildet den Mittelwert und führt dem Anzeigeteil 63 entsprechende Signale zu, sodass dieser den sich aus der Mittelwertbildung über beide Messkanäle ergebende Sauerstoffsättigung anzeigt. Eine solche Mittelwertbildung erhöht die Messgenauigkeit. Es kann jedoch auch vorgesehen werden, dass statt des Mittelwertes oder zusätzlich zu diesem abwech­ selnd oder eventuell sogar gleichzeitig die sich für jeden einzelnen Messkanal ergebenden Werte der Sauerstoffsättigung angezeigt werden oder dass mittels mindestens eines manuell betätigbaren Schalters eingestellt werden kann, ob die für die beiden Lichtempfänger und zugehörigen Messkanäle gemittelte Sauerstoffsättigung oder die aufgrund der vom einen oder anderen Lichtempfänger kommenden Signale ermittelte Sauerstoffsättigung angezeigt werden soll. Die zeitliche Auswahl der zur Ermitt­ lung der Sauerstoffsättigung benutzten Signale wird noch näher erläutert.

Es sei hierbei bemerkt, dass das Gerät 61 noch mindestens einen zusätzlichen, zum Wählen der Betriebsart dienenden Schalter, zum Beispiel zwei zusätzliche Tast-Schalter aufwei­ sen könnte, um festzulegen, ob die Einrichtung die Sauerstoff­ sättigung in der beschriebenen Weise aufgrund von gleichzeitig von den Lichtempfängern empfangenem Reflexions- und Transmis­ sionslicht oder nur aufgrund von Reflexionslicht oder nur auf­ grund von Transmissionslicht ermitteln soll. Falls eine der beiden Betriebsarten gewählt wird, bei der der Sauerstoffge­ halt entweder nur aufgrund von Reflexions- oder nur aufgrund von Transmissionslicht errechnet werden soll, kann die Vorrich­ tung 83 die Lichtquellen-Speisevorrichtungen 85 zumindest bei diesen beiden Betriebsarten derart steuern, dass die von den Lichtquellen des einen Messkopfes 23 erzeugten Lichtsignale in die Lücken fallen, die zwischen den von den Lichtquellen des anderen Messkopfes erzeugten Lichtsignalen vorhanden sind. Die Vorrichtung 83 kann dann mittels der bereits erwähnten oder und/oder zusätzlichen, elektronischen Weichen auch die durch Reflexionslicht erzeugten Lichtsignale von den durch Trans­ missionslicht erzeugten Signale aufgrund ihres zeitlichen Eintreffens unterscheiden und aussortieren.

Die in dem bei der optischen Messung erfassten Bereich des Körperteils 1 im Blut vorhandene Sauerstoffsättigung ändert im Takt des Pulses und erreicht jedes Mal, wenn ein Stoss frisches Blut zugeführt wird, ein Maximum. Die Absorption von zumindest ungefähr die isobestische Wellenlänge aufweisendem Licht ist mindestens näherungsweise unabhängig von dem im Takt des Pulses stattfindenden Schwankungen der Sauerstoffsättigung. Für Licht, dessen Wellenlänge stark von der isobestischen Wellenlänge abweicht und das dementsprechend durch sauerstoff­ haltiges und sauerstoffloses Hämoglobin verschieden stark absorbiert wird, variiert dagegen die Absorption im Takt des Pulses, so dass die Lichtstärke durch die Pulswellen moduliert wird. Je nach der Wellenlänge des Lichtes hat die Absorption dann bei jedem Stoss von frischem, eintreffendem Blut entweder ein Maximum oder ein Minimum und das durchdringende oder zurückgestreute Licht ein Minimum bzw. Maximum. Im folgenden wird angenommen, dass die Lichtquellen 35, wie bereits erwähnt, Licht mit einer in der Nähe der isobestischen Wellenlänge liegenden, zum Beispiel etwa 830 nm betragender Wellenlänge und die Lichtquellen 37 Licht mit einer deutlich unterhalb der isobestischen Wellenlänge liegenden, zum Beispiel etwa 670 nm betragender Wellenlänge erzeugen. Dieses von den Lichtquellen 37 erzeugte Licht wird dann von sauerstoffhaltigem Blut weniger stark absorbiert als das von den Lichtquellen 35 erzeugte Licht. Das in der Fig. 5 dargestellte Diagramm, in dem auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen ist, zeigt schema­ tisch den zeitlichen Verlauf der Spannung U der impulsförmi­ gen, elektrischen Signale, die einer der beiden Lichtempfänger 33 für dasjenige in ihn eindringende Licht erzeugt, das von den Lichtquellen 37 erzeugt wird. Die Hüllkurve der Signale oder Impulse hat für jede Welle des menschlichen Pulses, d.h. für jeden Herzschlag ein Maximum mit dem Spannungswert U _max und sinkt dazwischen auf ein mehr oder weniger plateauförmiges Minimum mit dem Spannungswert U _min ab. Die Periodendauer des Pulses ist in der Fig. 5 mit T bezeichnet. Die, wie bereits erwähnt, im Takt des Pulses variierende Sauerstoffsättigung hat einen ähnlichen zeitlichen Verlauf wie die in der Fig. 5 dargestelle Hüllkurve und hat bei den Werten U _max jeweils ein Maximum. Gemäss der üblichen Praxis soll der Anzeigeteil 63 dieses Maximum der Sauerstoffsättigung als Messergebnis anzei­ gen. Die Vorrichtung 83 weist daher in ihrem analog und/oder digital arbeitenden Teil Mittel auf, um die Signale mit den Spannungswerten U _max herauszusortieren und zur Berechnung der Sauerstoffsättigung zu verwerten. Die Vorrichtung 83 kann beispielsweise in der Art einer PLL-Regelschaltung, d.h. einer phasenverriegelten Regelschaltung arbeitende Schaltungsmittel aufweisen, die jeweils in den Zeitpunkten, in denen die Spannung U den Maximalwert U _max erreicht, vorübergehend ein elektronisches Tor öffnet. Die Vorrichtung 83 ist des weitern ausgebildet, um die Periodendauer T zu ermitteln, daraus die Pulsfrequenz zu errechnen und dem Anzeigeteil 63 entsprechen­ den Signale zuzuführen, sodass dieser die Pulsfrequenz an­ zeigt. Im übrigen führt die Vorrichtung 83 selbstverständlich eine gewisse Mittelung zum Ausgleichen von Schwankungen der Messwerte aus.

Die Ultraschall-Generatoren 87 führen den piezolelek­ trischen Ultraschall-Strahlern 39 Energie zu, sodass diese mechanische Schwingungen mit zum Beispiel im Bereich von 0,8 bis 5 MHz liegenden Frequenzen ausführen und Ultraschallwellen abstrahlen. Die Generatoren 87 können zusammen mit dem zugehöri­ gen Strahler 39 einen mit der Resonanzfrequenz des letzteren schwingenden, elektrischen Oszillator bilden. Falls man wünscht, dass die von den zum gleichen Messkopf gehörenden Ultraschall-Strahlern erzeugten Ultraschallwellen zur Vermei­ dung von Interferenzen die gleichen Frequenzen und Phasenlagen haben, können die zugehörigen Generatoren 87 in entsprechender Weise durch die Vorrichtung 83 gesteuert und/oder direkt miteinander gekoppelt werden, wobei dann die Strahler 39 unter Umständen mit ein wenig von ihren Resonanzfrequenzen abweichen­ den Frequenzen schwingen. Im übrigen könnte man zur Reduktion von Interferenzen stattdessen oder zusätzlich die Hohlräume der Messköpfe 23, die die als Ultraschall-Überträger 45 dienende, gallertartige Füllmasse enthalten, durch Trennwände in je einem der Ultraschall-Strahler 39 zugeordnete Sektoren unterteilen.

Die von den Ultraschall-Strahlern 39 erzeugten Ultra­ schallwellen werden von den Ultraschall-Übertragern 45 auf den Körperteil 1 übertragen, wobei die Übertrager insbesondere auch zu Anpassung des Wellenwiderstandes des Strahlers an denjeni­ gen des Körperteils 1 dienen. Die Ultraschallwellen dringen in den Körperteil 1 ein und erwärmen diesen. Dadurch können die Blutgefässe besitzende Bereiche der Hautabschnitte, an denen die Messköpfe anliegen, und eventuell auch noch sich unter diesen Hautabschnitten befindende, Blutgefässe aufweisende Gewebeabschnitte auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden, ohne dass die äussersten, blutgefässlosen Hautschichten über die genannte Temperatur erwärmt werden und sogar im allgemei­ nen unter der letzteren liegende Temperaturen haben. Die Er­ wärmung der Blutgefässe aufweisenden Körperbereiche und Gewebe verstärkt deren Durchblutung, was wiederum die durch das Hämoglobin des Blutes verursachte Beeinflussung des in den Körperteil 1 eingestrahlten Lichts vergrössert.

Die elektronische Auswerte-, Steuer- und Regelvorrichtung 83 steuert nun die Generatoren 87 derart, dass diese impuls­ weise ein- und ausgeschaltet werden, und regelt die Zeitdauern oder die Breiten dieser Impulse. Die Strahler 39 strahlen die Ultraschallwelle dementsprechend impuls- oder paketweise ab. Die Frequenz dieser Ultraschallwellen-Impulse oder -Pakete ist wesentlich grösser als die Pulsfrequenz und wird durch die Vorrichtung 83 auf einem konstanten, zum Beispiel mindestens 300 Hz und höchstens 1400 Hz betragenden Wert gehalten. Die Vorrichtung 83 regelt die Impulsbreiten der Ultraschallwellen- Impulse und damit die von den Strahlern 39 abgestrahlte Lei­ stung derart, dass die Differenz zwischen den Spannungswerten U _max und U _min oder das Verhältnis zwischen dieser Differenz und dem Wert von U _min oder U _max gleich einem vorgegebenen Sollwert ist oder zumindest in einem Sollwertbereich liegt. Da ja die Lichtempfänger 33 beider Messköpfe elektrische Signale liefern, die Werte von U _max und U _min definieren, und die Werte U _max , U _min der beiden Messkanäle im allgemeinen voneinander abweichen, kann die Vorrichtung 83 zum Beispiel ausbildet sein, um die aus den von den Lichtempfängern der beiden Messköpfe stammenden Signalen ermittelten Differenzen (U _max - U _min ) bzw. die Verhältnisse zwischen diesen und U _min oder U _max zu mitteln. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 83 nur die von einem der beiden Messköpfe stammen­ den Spannungswert-Differenzen zur Regelung heranzieht. Des weitern besteht die Möglichkeit, das Gerät 61 mit mindestens einem Schalter zu versehen, mit dem einstellbar ist, ob die von beiden Messköpfen kommenden Signale oder nur die vom einen oder anderen Messkopf kommenden Signale zur Regelung der Ultraschall-Leistung herangezogen werden sollen. Im weiteren könnte die Regelung statt aufgrund der genannten Spannungs­ wert-Differenzen oder der genannten Verhältnisse auch aufgrund von andern damit verknüpften Grössen erfolgen, die ein Mass für die Grösse oder Stärke der durch den Puls bedingten Än­ derung von aus einem Körperbereich herausgestrahltem Refle­ xions- und/oder Transmissionslicht geben. Die Regelung könnte zum Beispiel aufgrund von Sauerstoffsättigung-Werten erfolgen, die für die Maxima der Pulswelle und dazwischen liegende Stellen errechnet werden. Falls man zur Regelung der Strahlen Licht mit einer oberhalb der isobestischen Wellenlänge liegen­ den Wellenlänge verwenden würde, hätte die der in der Fig. 5 dargestellten Hüllkurve entsprechende Kurve anstelle der durch den pulsbedingten, nach oben ragenden Spitzen nach unten ragende Spitzen.

Wie noch näher erläutert wird, kann die Einrichtung zum Messen der Sauerstoffsättigung an verschiedenen Körperteilen und für verschiedene Arbeitsweisen konzipiert werden. Man kann daher vorsehen, das Gerät 61 mit einem Einstellorgan auszurü­ sten, mit dem der für die Leistungsregelung benötigte Sollwert an die verschiedenen vorgesehenen Messstellen und Arbeitswei­ sen angepasst werden kann.

Die beschriebene Regelung der von den Ultraschall­ strahlern 39 abgestrahlten Leistung, ermöglicht die für die optische Messung benutzten Körperbereiche auf eine eine ausreichende Messgenauigkeit ergebende Temperatur zu erwärmen, die beispielsweise höchstens oder ungefähr 41°C betragen kann. Zur Vermeidung von Schädigungen der Zellen im Fall einer Störung des Regelvorganges kann das Gerät 61 mit Mitteln zur Begrenzung der Ultraschall-Leistung auf einen Grenzwert versehen werden.

Wie erwähnt, kann es sich beim Körperteil 1 zum Beispiel um ein Ohrläppchen handeln. Die Einrichtung kann auch verwen­ det werden, um in analoger Weise die Sauerstoffsättigung vom Blut in anderen Körperteilen, zum Beispiel, der Zunge, der Nase, einer Wange, einem Finger oder einer Zehe zu messen. Da die Dicken dieser Körperteile unter Umständen ausserhalb des Bereiches liegen, in dem der Abstand der einander zugewandten Stirnseiten der beiden Messköpfe 23 mit der Halterungsvorrich­ tung 11 variiert werden kann, oder weil es sonst vorteilhaft ist, für andere Körperteile andere Halterungsvorrichtungen vorzusehen, kann die Einrichtung mit verschiedenen Abmessungen und/oder Formen aufweisenden Halterungsvorrichtungen ausgerü­ stet werden, an denen die Träger 21 wahlweise lösbar befestigt werden können. In den Fig. 6 und 7 ist beispielsweise als Körperteile 101 bzw. 121 ein Finger dargestellt, auf dem eine Halterungsvorrichtung 111 bzw. 131 gesteckt ist. Diese besteht im wesentlichen aus einer fingerhutartigen, eventuell mit Längsschlitzen versehenen, und ein wenig federnd ausgebilde­ ten, zum Beispiel aus Kunststoff bestehenden Kappe. An den Halterungsvorrichtungen 111, 131 können die Träger 21 derart lösbar befestigt werden, dass die zur Lichtabstrahlung und -aufnahme dienenden Stirnseiten der Messköpfe 23 einander analog wie bei der Anordnung gemäss der Fig. 1 zugewandt sind. Dementsprechend kann die Messung bei den Anordnungen gemäss den Fig. 6 und 7 ähnlich erfolgen, wie es für die Anordnung gemäss der Fig. 1 erklärt wurde.

Die Halterungsvorrichtung 151 gemäss der Fig. 8 ist zumindest im wesentlichen durch einen beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Block mit einem Durchgangsloch ge­ bildet, in das die im Querschnitt viereckigen Träger 21 derart satt hineinsteckbar sind, dass ihre den aus ihnen herausragen­ den Messkopfteilen abgewandten Rückseiten aneinander anliegen. Die zum Ausstrahlen und Aufnehmen von Licht dienenden Stirn­ seiten der Messköpfe 23 sind dementsprechend einander abge­ wandt. Die in solcher Weise angeordneten Träger 21 und Mess­ köpfe können beispielsweise verwendet werden, um eine Messung im Innern einer Körperöffnung durchzuführen. Die Messköpfe können zum Beispiel in den Mund zwischen die Unterseite der Zunge und den sich unter dieser befindenden Mundbodenbereich oder in den Darmausgang eingeführt werden. Bei einer solchen Anordnung der Messköpfe kann beim Messen selbstverständlich kein Transmissionslicht, sondern nur Reflexionslicht aus den untersuchten Körperbereichen in die Lichtempfänger der Mess­ köpfe gelangen. Die beiden parallel zueinander arbeitenden Messköpfe ergeben aber auch in diesem Fall noch bessere und genauere Messresultate, als es mit einem einzelnen Messkopf der Fall wäre.

Des weiteren besteht noch die Möglichkeit, mit den beiden Messköpfen gleichzeitig an verschiedenen, verhältnismässig weit von einander entfernten Körperstellen, zum Beispiel am Ober- und am Unterarm, Messungen durchzuführen. Solche Messun­ gen geben Information über die Ausbreitung der Pulswellen und dem damit verbundenen Sauerstofftransport. Ferner kann man natürlich auch nur einen der beiden Messköpfe an irgend einem Körperteil anordnen, um dort die Sauerstoffsättigung zu messen. Für derartige Anwendungen sollte der Anzeigeteil dann, wie weiter vorne als Möglichkeit erwähnt wurde, anstelle der für die zwei Lichtempfänger gemittelten Sauerstoffsättigung die für einen oder jeden Lichtempfänger einzeln ermittelte Sauerstoffsättigung anzeigen.

Die beiden Messköpfe 23 können ebenfalls durch modi­ fizierte Messköpfe ersetzt werden. Zum Beispiel können wie beim in der Fig. 9 dargestellten Messkopf 223 sechs gleich­ mässig auf einem Kreis um einen Lichtempfänger 233 herum verteilte Lichtquellen vorhanden sein, von denen drei Licht­ quellen 235 Licht mit einer bestimmten Wellenlänge und die drei Lichtquellen 237 Licht mit einer anderen Wellenlänge erzeugen. Man könnte jedoch die sechs Lichtquellen auch in drei Paare aufteilen, von denen jedes Licht einer anderen Wellenlänge erzeugt, so dass also Licht mit drei verschiedenen Wellenlängen erzeugt wird. Die elektronische Auswerte-, Steuer- und Regelvorrichtung könnte in diesem Fall dahingehend modifiziert werden, dass sie die Sauerstoffsättigung aus den Lichtstärken von Lichtsignalen mit drei verschiedenen Wellen­ längen ermittelt. Der Messkopf 223 besitzt nur einen einzigen Ultraschall-Strahler 239, der durch ein kreisringförmiges, piezoelektrisches Plättchen gebildet ist, das den Lichtempfän­ ger 233 und die sechs Lichtquellen 235, 237 umschliesst. Der Strahler 239 kann in ähnlicher Weise geregelt werden, wie es für die Strahler 39 erläutert worden ist.

Die Messköpfe könnten statt eines kreisförmigen Umrisses auch eine längliche Form haben, wobei der Lichtempfänger, zwei oder drei Paar Lichtquellen und ein Paar Ultraschall-Strahler eine gerade Reihe bilden könnten, in deren Mitte sich der Lichtempfänger befindet.

In der Fig. 10 sind ein Stück Haut 301 und ein an dieser anliegender, beispielsweise einen kreisrunden Umriss besitzen­ der Messkopf 323 ersichtlich. Dieser gehört zu einer noch ei­ nen zweiten, identisch ausgebildeten Messkopf besitzenden Ein­ richtung. Der Messkopf 323 weist einen Support 325 mit einem zylindrischen Mantel 325 a auf, der an seinem hautseitigen Ende mit einer etwa aus flüssigkeitsdichtem Schaumgummi bestehenden Dichtung 327 versehen ist. Im Zentralbereich des Supports 325 ist eine Hülse 329 befestigt, die bei ihrem hautseitigen Ende mit einer vorzugsweise ebenfalls flüssigkeitsdichten Dichtung 331 versehen ist und einen Lichtempfänger 333 enthält. Der Messkopf 323 weist ferner Lichtquellen 335 und Ultraschall- Strahler 339 auf, die zum Beispiel ähnlich angeordnet sein können, wie beim Messkopf 23. Der Messkopf 323 unterscheidet sich jedoch vom Messkopf 23 dadurch, dass er anstelle eines gallertartigen Ultraschall-Übertragers einen durch eine durchsichtige Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, gebildeten Ultraschall-Übertrager 345 aufweist. Die Flüssigkeit kann nach dem flüssigkeitsdichten Anordnen des Messkopfes 323 an der Haut 301 mit einer Pumpe 355 in den an die Haut angrenzenden Hohlraum des Messkopfes hineingepumpt und kontinuierlich durch eine die Flüssigkeitstemperatur konstant haltende Temperatur­ regelvorrichtung 357 hindurch umgewälzt werden. Wenn die inneren, Blutgefässe aufweisende Bereiche der Haut und even­ tuell der unter dieser vorhandenen Gewebe während einer Messung durch Einstrahlen von Ultraschallwellen erwärmt werden, kann die Hautoberfläche mittels der durch den genann­ ten Hohlraum gepumpten Flüssigkeit gekühlt und auf einer unterhalb der Temperatur der innern, Blutgefässe aufweisenden und durch Ultraschallwellen erwärmten Körperbereiche liegen­ den, zum Beispiel ungefähr der normalen Körpertemperatur ent­ sprechenden Temperatur gehalten werden.

Von einer weiteren, zwei identisch ausgebildete Messköpfe aufweisenden Einrichtung ist in der Fig. 11 ein beim Messen an einer Haut 401 anliegender, einen kreisförmigen Umriss aufweisender Messkopf 423 mit einem Support 425 ersichtlich, der einen Lichtempfänger 433 und durch Leuchtdioden gebildete, um diesen herum verteilte Lichtquellen 435, 437 hält, wobei beispielsweise drei Licht einer bestimmten Wellenlänge erzeu­ gende Lichtquellen 435 und drei Licht einer anderen Wellen­ länge erzeugende Lichtquellen 437 vorhanden sind. Eine Gallium- Aluminium-Arsen-Laserdiode zur Erzeugung von Licht mit einer mindestens 600 nm, vorzugsweise mindestens 800 nm, höchsten 1600 nm und vorteilhafterweise höchstens 1200 mm betragenden Wellenlänge bildet einen Licht-Strahler 439, nämlich einen Infrarotlicht-Strahler, der entweder direkt am oder im Mess­ kopf 423 befestigt oder über einen Lichtleiter optisch mit diesem verbunden ist. Der Messkopf ist des weiteren mit einem elektrischen Motor 457, und zwar einen Mikromotor, versehen, der eine zur Mittelachse des Messkopfes koaxiale Hohlwelle 459 besitzt, in die der Strahler 439 von der der Haut 401 abgewand­ ten Seite her über einen Strahlaufweiter 455 Licht einstrahlen kann. Am sich näher bei der Haut 401 befindenden Ender der Hohlwelle ist ein von dieser weg radial nach aussen ragender, armförmiger Lichtumlenker 461 befestigt. Dieser ist bei seinen Enden mit je einem Reflektor 465 bzw. 467 versehen. Mit diesen Reflektoren 465, 467 kann das vom Strahler 439 durch die Hohlwelle 459 hindurch gestrahlte Licht zuerst radial von der Hohlwelle 459 weg nach aussen und zur Oberfläche der Haut 401 umgelenkt werden. Wenn der Motor 457 den Lichtumlenker 461 beim Messen mit einer vorzugsweise mindestens 100 Umdrehungen pro Minute und beispielsweise mindestens 300 Umdrehungen pro Minute betragenden Drehzahl dreht, trifft das vom Strahler 439 kommende, durch die Reflektoren 465, 467 umgelenkte Licht­ bündel auf einen kreisringförmigen Flächenabschnitt der Hautoberfläche und dringt durch die letztere hindurch in die innere, Blutgefässe aufweisende Hautschicht und die darunter liegenden Gewebe ein. Die Epidermis ist für Infrarotlicht mit Wellenlängen von 800 nm bis 1600 nm verhältnismässig gut durchlässig. Dagegen absorbiert Blut solches Licht relativ stark, wodurch das Blut im bestrahlten Körperbereich leitende Kapillaren sowie sonstige Blutgefässe und damit auch deren nähere Umgebung erwärmt werden. Der zweite Messkopf der Einrichtung kann selbstverständlich identisch ausgebildet sein.

Das vom Licht-Strahler 439 von jedem der beiden Messköpfe erzeugte Licht hat vorteilhafterweise eine andere Wellenlänge als das von den Lichtquellen 435 und das von den Lichtquellen 437 erzeugte Licht. Die elektronische Auswerte-, Steuer- und Regelvorrichtung des dem Gerät 61 entsprechenden, elektro­ nischen Gerätes kann die Lichtquellen 435, die Lichtquellen 437 und die Licht-Strahler 439 der beiden Messköpfe impuls­ weise und zyklisch abwechselnd einschalten. Die Frequenz dieser Impulsfolgen kann im gleichen Bereich liegen, wie er für die Lichtquellen 35, 37 angegeben wurde oder grösser sein und zum Beispiel im gleichen Frequenzbereich liegen, wie er für die Ultraschall-Impulse angegeben wurde. Der Lichtem­ pfänger jedes Messkopfes empfängt zusätzlich zu dem von den Lichtquellen 435, 437 stammenden Lichtsignalen auch noch Reflexions-Lichtsignale und, bei entsprechender Anordnung der beiden Messköpfe, Transmissions-Lichtsignale, die vom Licht-Strahler 439 des Messkopfes bzw. der Messköpfe erzeugt werden. Die Auswerte-, Steuer- und Regelvorrichtung kann nun die Sauerstoffsättigung entweder nur aus den von den Licht­ quellen 435 und 437 stammenden Lichtsignalen ermitteln oder zusätzlich auch noch diejenigen Lichtsignale dazu verwerten, die vom Licht-Strahler 439 bzw. den Licht-Strahlern der beiden Messköpfe stammen.

Im übrigen könnte man vorsehen, um den Lichtempfänger 433 herum nur eine einzige Art von als Lichtquellen dienenden Leuchtdioden anzuordnen, die alle Licht mit derselben Wellen­ länge erzeugen. Die Sauerstoffsättigung könnte in diesem Fall aufgrund der zwei verschiedene Wellenlängen aufweisenden Lichtsignalen ermittelt werden, die von den Lichtquellen und dem Licht-Strahler 439 stammen.

Die Auswerte-, Steuer- und Regelvorrichtung regelt die vom Licht-Strahler 439 jedes Messkopfes in Form von Infra­ rotwellen abgestrahlte Leistung durch Impulsbreitenregelung in analoger Weise, wie es für die Regelung der Ultraschall­ wellen-Strahlungsleistung beschrieben wurde.

Um einen Körperbereich mit Infrarotlicht-Strahlung für die Messung ausreichend erwärmen zu können, ist der Laserdiode beispielsweise eine über die Impulsfolge gemittelte, elektri­ sche Leistung in der Grösse von 0,5 ± 0,2 W/cm² zuzuführen. Wenn der Messkopf einen Durchmesser von ungefähr 2 cm hat und dementsprechend eine in der Grösse von 3 cm² liegende Hautober­ fläche bedeckt, ist also etwa eine Leistung von 1 bis 2 mW erforderlich. Man kann als Infrarotlicht-Strahler 439 beispiels­ weise eine Laserdiode verwenden, deren Nennleistung bei Dauerbetrieb mindestens 5 mW und beispielsweise mindestens oder ungefähr 10 mW beträgt und die Breiten der erzeugten lnfrarotlicht-Impulse dann eben so regeln, dass die über die Impulsfolge gemittelte Leistung den für eine ausreichende Erwärmung des Gewebes erforderlichen Wert hat.

Es sei hiezu noch bemerkt, dass natürlich auch die durch konventionelle, d.h. inkohärentes Licht erzeugenden Leuchtdio­ den gebildeten Lichtquellen 435, 437 Energie in Form von elektromagnetischen Wellen in die Haut hineinstrahlen. Die üblicherweise für die optische Messung der Sauerstoffsättigung dienenden Leuchtdioden haben jedoch typischerweise Nenn­ leistungen von weniger als 0,1 mW wobei der tatsächliche, mittlere, elektrische Leistungsverbrauch wegen des impuls­ weisen Betriebs dann noch kleiner ist, so dass diese Licht­ strahlung praktisch keine merkbare Erwärmung des Gewebes bewirkt. Man kann jedoch anstelle des aus einer Laserdiode bestehenden Licht-Strahlers 439 und den Mitteln zur Umlenkung des von diesem erzeugten Lichtbündels auch mehrere ausreichend leistungsstarke Laserdioden oder konventionelle, gewöhnliche, inkohärentes Licht erzeugende Leuchtdioden um den Licht­ empfänger herum anordnen und deren Leistung dann durch Im­ pulsbreitenregelung regeln. Abhängig von der Anzahl vorhande­ ner Laser- oder Leuchtdioden könnte dann jede von diesen bei Dauerbetrieb eine zum Beispiel mindestens etwa 1 mW betragende Nennleistung haben, so dass die über die Impulsfolgen gemit­ telte Leistung der Gesamtheit der Dioden bezogen auf die vom Messkopf bedeckte Körperoberfläche mindestens etwa 0,5 mW/cm² beträgt. Die von diesen Laserdioden oder gewöhnlichen Dioden erzeugten Lichtimpulse könnten dann gleichzeitig zur Messung des Sauerstoffsättigung dienen.

Des weitern wäre es möglich, jeden Messkopf mit mehr als einem Lichtempfänger auszurüsten. Man könnte beispielsweise jeden Messkopf mit zwei je nur in einem schmalen Wellenlängen­ bereich lichtempfindlichen Fotodioden versehen, wobei dann die eine Fotodiode auf Licht mit der von der einen Gruppe Licht­ quellen erzeugten Wellenlänge und die andere Fotodiode auf Licht mit der von der anderen Gruppe Lichtquellen erzeugten Wellenlänge ansprechen würde.

Ferner könnte man eventuell jeden Messkopf für jede zum Messen zu erzeugende Licht-Wellenlänge nur mit einer einzigen Lichtquelle ausrüsten.

Zudem könnte man mit den beschriebenen Einrichtungen nicht nur die im Blut von Menschen, sondern auch die im Blut von Tieren vorhandene Sauerstoffsättigung messen.

Falls eine Einrichtung ausschliesslich für Messungen mit Reflexionslicht vorgesehen ist, könnte man sie ferner auch nur mit einem einzigen Messkopf ausrüsten.

Claims (17)

1. Einrichtung zur Messung eines Gasgehaltes von einen Körperbereich eines Lebewesens durchströmendem Blut, insbe­ sondere zur optischen Messung von dessen Sauerstoffsättigung, mit zum Erwärmen des Körperbereichs dienenden Mitteln, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel mindestens einen Strahler (39, 239, 339, 439) zum Einstrahlen von Wellen in den genann­ ten Körperbereich aufweisen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. mindestens ein Strahler als Licht-Strahler (439) ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der bzw. mindestens ein Strahler (439) als Infrarotlicht-Strahler ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Licht-Strahler (439) eine Laserdiode aufweist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, gekenn­ zeichnet durch einen Motor (457) und einen durch diesen drehbaren Lichtumlenker (461), um ein vom Licht-Strahler (439) erzeugtes Lichtbündel umzulenken und entlang einer Kreisbahn gegen einen Körperteil zu strahlen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, mit Lichtstrahlungsmitteln (435, 437) zum Einstrahlen von ver­ schiedene Wellenlängen aufweisendem Licht in den genannten Körperbereich, mit mindestens einem Lichtempfänger (433) zum Empfangen von mit den Lichtstrahlungsmitteln (435, 437) erzeugtem und wieder aus dem Körperbereich herauskommendem Licht und mit elektronischen Schaltungsmitteln, die mit dem mindestens einen Lichtempfänger (433) verbunden sind, um von diesem gelieferte, elektrische Signale zu verarbeiten und daraus die Sauerstoffsättigung zu ermitteln, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Lichtstrahlungsmittel (435, 437) zum Einstrahlen des zum Messen der Sauerstoffsättigung dienenden Lichts und der mindestens eine Licht-Strahler (439) separate Lichterzeugungsmittel, beispielsweise Dioden, besitzen und dass der mindestens eine Licht- Strahler (439) zur Erzeugung von Licht ausgebildet ist, dessen Wellenlänge von den Wellen­ längen des von den Lichtstrahlungsmitteln (435, 437) erzeug­ baren und zur optischen Messung der Sauerstoffsättigung dienenden Lichts verschieden ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, mit Lichtstrahlungsmitteln (435, 437, 439) zum Einstrahlen von verschiedene Wellenlängen aufweisendem Licht in den genannten Körperbereich, mit mindestens einem Lichtempfänger (433) zum Empfangen von mit den Lichtstrahlungsmitteln (435, 437) erzeugtem und wieder aus dem Körperbereich herauskommendem Licht und mit elektronischen Schaltungsmitteln, die mit dem mindestens einen Lichtempfänger (433) verbunden sind, um von diesem gelieferte, elektrische Signale zu verarbeiten und daraus die Sauerstoffsättigung zu ermitteln, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Licht-Strahler (439) zusätzlich zur Erwär­ mung des genannten Körperbereichs auch als Teil der Strah­ lungsmittel (435, 437, 439) dient und die Schaltungsmittel ausgebildet sind, um auch vom Licht-Strahler (439) erzeugtes und aus dem Körperbereich in den mindestens einen Lichtempfän­ ger (433) gelangendes Licht zur Messung der Sauerstoffsätti­ gung zu verwerten.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. mindestens ein Strahler als Ultraschall-Strahler (39, 239, 339) ausgebildet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit min­ destens einem Messkopf (423), der Lichtstrahlungsmittel (435, 437) zum Einstrahlen von verschiedene Wellenlängen besitzen­ dem, zur Messung der Sauerstoffsättigung dienendem Licht in den genannten Körperbereich und/oder mindestens einen Licht­ empfänger (433) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (223) auf seiner beim Messen an einem Körperteil anliegenden Seite zusammen mit diesem einen Hohlraum begrenzt und dass eine Pumpe (355) zum Hindurchpumpen einer Flüssigkeit durch den Hohlraum vorhanden ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (355) und der Hohlraum einen Kreislauf bilden.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Temperaturregelvorrichtung (357) zum Regeln der Flüssigkeitstemperatur.

12. Einrichtung nach Anspruch 8 und mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. mindestens ein Ultraschall-Strahler (339) und der Hohlraum derart angeordnet sind, dass sich beim Messen mindestens ein Teil des Hohlraums zwischen dem Ultraschall-Strahler (339) und dem genannten Körperteil befindet und sich im Hohlraum befindende Flüssigkeit durch von dem bzw. mindestens einem Ultraschall-Strahler (339)zeugte Ultraschallwellen auf den Körperteil übertragen und vorzugsweise auch zur Anpassung des Wellenwiderstands des Ultraschall-Strahlers (339) an denje­ nigen des Körperteils dienen kann.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel zum impulswei­ sen Betrieb des bzw. mindestens eines Strahlers (39, 239, 339, 439) ausgebildet sind.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung (83) zum Regeln der Leistung der von dem bzw. mindestens einem Strahler (39, 239, 339, 439) abgestrahlten Wellen.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Regelvorrichtung (83) zur Impulsbreiten­ regelung ausgebildet ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei zur optischen Messung der Sauerstoffsättigung mindestens ein Lichtempfänger (33, 233, 333, 433) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (83) ausgebildet ist, um den mindestens einen Strahler (39, 239, 339, 439) derart zu regeln, dass eine ein Mass für die durch den Puls eines Lebewesens, an dem die Messung durchgeführt wird, verursachten Änderungen der Stärke von aus dem genannten Körperbereich heraus gestrahltem und vom Lichtempfänger (33, 233, 333, 433) aufgenommenen Licht gebende Grösse in einem Sollwertbereich liegt, oder zum Beispiel sogar gleich einem Sollwert ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zur optischen Messung der Sauerstoffsättigung, gekennzeichnet durch zwei mit elektronischen Schaltungsmitteln verbundene Messköpfe (23, 223, 323, 423), von denen jeder mindestens einen Lichtempfänger (33, 233, 333, 433), Lichtstrahlungsmit­ tel (35, 37, 235, 335, 435, 437) zum Einstrahlen von zur Mes­ sung der Sauerstoffsättigung dienendem Licht in den Körperbe­ reich und mindestens einen Strahler (39, 239, 339, 439) der genannten Art aufweist.