DE4313011A1 - Vorrichtung zur nichtinvasiven Messung einer Farbstoffkonzentration - Google Patents

Vorrichtung zur nichtinvasiven Messung einer Farbstoffkonzentration

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DE4313011A1
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Burkhard Kuhls
Hartmut Dr Med Gehring
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur nichtinvasiven Bestimmung der Extinktion einer von mindestens einer Strahlungsquelle in einen peripheren Gefäßabschnitt eines Blutkreislaufs emittierten Strahlung, mit einem die Strahlung aufnehmenden Strahlungsempfänger, welcher ein der Strahlungsintensität proportionales Meßsignal liefert und mit einer das Meßsignal verarbeitenden Auswerteschaltung.
Eine Vorrichtung zur nichtinvasiven Messung der Sauerstoffsättigung im Blut ist aus der US 3, 998, 550 bekanntgeworden. Die bekannte Vorrichtung besitzt eine Strahlungsquelle, deren Strahlung das zu untersuchende, vom Blut durchströmte Gewebe durchdringt und zwei Strahlungsempfänger, welche auf unterschiedliche Wellenlängen abgestimmt sind. Die von den Strahlungsempfängern gelieferten, der Extinktion der Strahlung proportionalen Meßsignale werden an eine Auswerteschaltung weitergegeben, in welcher nach einer Signalaufbereitung mittels logarithmischer Funktionen und Abtrennung des Gleichspannungsanteils aus den Meßsignalen, aus dem Quotienten der Einzelsignale die Sauerstoffsättigung im Blut errechnet wird.
Die bekannte Vorrichtung gestattet die Analyse bestimmter Blutbestandteile für die Messung der Sauerstoffsättigung im Blut. Die Bestimmung der Konzentration eines dem Blut zugemischten Farbstoffes ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art derart zu verbessern, daß die Bestimmung der Konzentration eines in den Blutkreislaufeingebrachten Farbstoffes möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß dem Strahlungsempfänger ein Phasendetektor und ein differenzierendes Bauglied nachgeschaltet sind, und das differenzierende Bauglied als Ausgangsgröße die zwischen zwei aufeinanderfolgenden relativen Extrema des Meßsignals vorliegende, aus der Pulsation resultierende Steigung des Meßsignals bei einer vorgebbaren Phasenlage liefert, wobei die Ausgangsgröße als eine Blut-Kenngröße und das dazugehörige Meßsignal als ein Blut-Meßwert in der Auswerteeinheit gespeichert sind, und daß nach dem Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Farbstoffes in den Blutkreislauf eine Farb-Kenngröße und ein Farb-Meßwert mit gleicher Phasenlage zur Blut-Kenngröße und Blut-Meßwert in der Auswerteeinheit registriert sind, und daß in der Auswerteeinheit eine der Konzentration CF1 des Farbstoffes proportionale Größe aus dem Verhältnis des Produkts der Farb-Kenngröße mit dem Blut-Meßwert und der Blut-Kenngröße mit dem Farb-Meßwert gebildet ist.
Das von dem Strahlungsempfänger gelieferte Meßsignal ist im allgemeinen aus einem zeitlich unveränderlichen Anteil und einem zeitlich veränderlichen Anteil zusammengesetzt, wobei der zeitlich unveränderliche Anteil sich aus der Absorption der Meßstrahlung durch das Gewebe und das in den Blutgefäßen ständig befindliche Blutvolumen ergibt, während der zeitlich veränderliche Anteil auf die Durchmesserveränderung des Gefäßabschnitts aufgrund der Pulsation im Blutkreislauf zurückzuführen ist. Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß durch die Ermittlung von charakteristischen Kenngrößen der Meßsignale, wie z. B. der Steigung der Meßsignale vor und nach einer Farbstoffinjektion, jeweils bezogen auf die gleiche Phasenlage der Meßsignale, die nichtinvasive Bestimmung der Konzentration CF1 eines in den Blutkreislauf eingebrachten Farbstoffes möglich ist. Unter Farbstoff ist allgemein eine Substanz zu verstehen, welche eine Extinktion der in den Gefäßabschnitt emittierten Strahlung bewirkt. Bei der Substanz kann es sich einmal um einen reinen Farbstoff handeln, wie z. B. Indocyanin-grün (ICG), der als Bolus in den Blutkreislaufinjiziert wird, oder die Substanz liegt z. B. als ein im Blut befindlicher Medikamentenspiegel vor.
Das zugehörige Meßverfahren besteht darin, daß vor dem Einbringen eines Farbstoffes in den Blutkreislauf aus dem zeitlich veränderlichen Meßsignal zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extrema bei einer Phasenlage PHI 1 ein Blut-Meßwert Im1 und die zugehörige zeitliche Abteilung d I m1/dt als Blutkenngröße gemessen wird, und daß nach dem Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Farbstoffes in den Blutkreislauf bei der Phasenlage PHI1 + n × 2 × PI in gleicher Weise ein Farb-Meßwert IF1 und die zugehörige Ableitung d IF1/dt als Farb-Kenngröße gemessen wird, und daß die Konzentration CF1 des Farbstoffes im Blut nach der Berechnungsformel
gebildet ist. Darin bedeuten:
CF1: Farbstoffkonzentration im Blut,
CB: Konzentration von Hämoglobin und Oxyhämoglobin im Blut,
eB: Extinktionskoeffizient vom Blut,
eF: Extinktionskoeffizient des Farbstoffes,
Iml: Blut-Meßwert = gemessene Intensität ohne Farbstoff bei der Phasenlage PHI 1,
IFl: Farb-Meßwert = gemessene Intensität mit Farbstoff bei der Phasenlage
PHI 1 + n × 2 × PI (n = 1,2 . . . ),
dIml/dt: Blut-Kenngröße = zeitliche Ableitung der gemessenen Intensität ohne Farbstoff bei der Phasenlage PHI 1,
dIF1/dt: Farb-Kenngröße = zeitliche Ableitung der gemessenen Intensität mit Farbstoff bei der Phasenlage
PHI 1 + n × 2 × PI (n = 1,2 . . .).
Die Berechnungsformel für CF1 gilt strenggenommen für einen stationären Durchmischungszustand des Farbstoffes d. h. stationären Bedingungen für die Pulsfrequenz, den Blutdruck vor und nach der Farbstoffinjektion, sowie einer homogenen Verteilung des Farbstoffes im Blutkreislauf. Bei zeitlich veränderlichen Farbstoffkonzentrationen CF (t) gilt sie punktuell an den Stellen der relativen Extrema von CF (t), da hier die zeitliche Ableitung von CF (t) Null ist.
Die Größen CBS eB und eF sind bei der Messung konstante Faktoren, deren Zahlenwerte aus Labordaten entnehmbar sind.
Die Aufgabe wird für eine Vorrichtung mit einem die Strahlung bei einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge aufnehmenden Strahlungsempfänger dadurch gelöst, daß die Meßsignale jeweils an ein differenzierendes Bauglied geführt sind welches jeweils als eine erste Ausgangsgröße und eine zweite Ausgangsgröße die zwischen zwei aufeinanderfolgenden relativen Extrema des ersten - bzw. zweiten Meßsignals vorliegende, aus der Pulsation resultierende Steigung der Meßsignale liefert, und daß nach dem Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Farbstoffes in den Blutkreislauf aus der ersten Ausgangsgröße und dem ersten Meßsignal eine erste Kenngröße und ein erster Meßwert und aus der zweiten Ausgangsgröße und dem zweiten Meßsignal eine zweite Kenngröße und ein zweiter Meßwert bei jeweils gleicher Phasenlage der Meßsignale in der Auswerteeinheit gespeichert sind, und daß in der Auswerteeinheit eine der Konzentration CF₂ des Farbstoffes proportionale Größe aus dem Verhältnis der Produkte der ersten Kenngröße mit dem zweiten Meßwert und der zweiten Kenngröße mit dem ersten Meßwert gebildet ist, und daß die Wellenlängen derart ausgewählt sind, daß der Farbstoff bei einer der Wellenlängen keine Extinktion der Strahlung bewirkt.
Der Vorteil dieser Meßmethode besteht darin, daß Störungen durch Artefakte, wie z. B. Husten, Atmung oder Bewegung durch das Einführen einer Referenzwellenlänge kompensiert werden und daß die Meßwerte ohne Farbstoff und mit Farbstoff zeitsynchron ermittelt werden können.
Das zugehörige Meßverfahren besteht darin, daß nach dem Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Farbstoffes in dem Blutkreislaufaus den zeitlich veränderlichen ersten und zweiten Meßsignalen jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden relativen Extrema der Meßsignale und bei jeweils gleicher Phasenlage PHI 1 aus dem ersten Meßsignal ein erster Meßwert I₁ mit der zugehörigen zeitlichen Abteilung dI₁/dt als eine erste Kenngröße und aus dem zweiten Meßsignal ein zweiter Meßwert I₂ mit der zugehörigen zeitlichen Ableitung dI₂/dt als eine zweite Kenngröße ermittelt werden und daß die Konzentration CF2 des Farbstoffes im Blut nach der Berechnungsformel
gebildet ist. Darin bedeuten
CF1: Farbstoffkonzentration im Blut,
CB: Konzentration von Hämoglobin und Oxyhämoglobin im Blut,
e₁: Extinktionskoeffizient des Farbstoffes bei der ersten Wellenlänge,
e₂: Extinktionskoeffizient des Blutes bei der zweiten Wellenlänge,
e₃: Extinktionskoeffizient des Blutes bei der ersten Wellenlänge
I₁: erster Meßwert = gemessene Intensität bei der ersten Wellenlänge mit Extinktion durch den Farbstoff,
I₂ : zweiter Meßwert = gemessene Intensität bei der zweiten Wellenlänge ohne Extinktion durch den Farbstoff,
dI₁/dt: erste Kenngröße = zeitliche Ableitung der gemessenen Intensität bei der ersten Wellenlänge
dI₂/dt: zweite Kenngröße = zeitliche Ableitung der gemessenen Intensität bei der zweiten Wellenlänge
Die Berechnungsformel für CF2 gilt für einen stationären Durchmischungszustand des Farbstoffes, d. h. unter der Voraussetzung einer homogenen Farbstoffverteilung im Blutkreislauf. Bei zeitlich veränderlichen Farbstoffkonzentrationen CF (t) gilt sie punktuell an den Stellen der relativen Extrema von CF (t), da hier die zeitliche Ableitung von CF (t) Null ist. Da die Messung bei den beiden Wellenlängen zeitsynchron durchgeführt wird, werden Artefakte, wie z. B. Blutdruck-Schwankungen und Änderung der Pulsfrequenz eliminiert. Die Größen CBS e₁, e₂ u. e₃ sind bei der Messung konstante Faktoren, deren Zahlenwerte aus Labordaten entnehmbar sind. Im vorliegenden Fall wird bei der ersten Wellenlänge die Extinktion sowohl durch den Farbstoff und das Blut verursacht, während bei der zweiten Wellenlänge nur eine Extinktion der Strahlung durch das Blut vorhanden ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In zweckmäßiger Weise ist zumindestens eine Wellenlänge des Strahlungssenders bzw. eine des zugehörigen Strahlungsempfängers auf den sog. isobestischen Punkt mit der Wellenlänge 805 Nanometer eingestellt, da hier die Extinktion der eingestrahlten Intensität unabhängig von der Sauerstoffsättigung ist. Für die Messung wird zweckmäßigerweise ein Farbstoff ausgewählt, der bei dieser Wellenlänge ein günstiges Absorptionsverhalten besitzt. Ein geeigneter Farbstoff ist beispielsweise Indocyanin-grün (ICG).
In zweckmäßiger Weise ist für eine Vorrichtung mit zwei Wellenlängen die erste Wellenlänge auf 805 Nanometer und die zweite Wellenlänge auf etwa 940 Nanometer eingestellt. Wird als Farbstoff Indocyanin-grün (ICG) verwendet, so tritt bei der Wellenlänge von 805 Nanometer eine Extinktion durch den Farbstoff und das Blut auf, während bei der Wellenlänge von 940 Nanometer die Extinktion nur durch das Blut verursacht wird. Da sich die Extinktion des Blutes im Wellenlängenbereich von 805 bis 940 Nanometer kaum ändert, kann der Quotient e₃/e₂ in der Berechnungsformel näherungsweise mit 1 angesetzt werden.
Nach der Injektion eines Farbstoffes in einen Blutkreislauf stellt sich im allgemeinen eine oszillierende, zeitlich abklingende Farbverteilungsfunktion CF (t) für den im Blut gelösten Farbstoff ein, vergleichbar mit dem Amplitudenverlauf einer gedämpften Schwingung. Der abklingende Kurvenverlauf von CF (t) entsteht durch den Abbau des Farbstoffes durch bestimmte Organe, z. B. die Leber. Die Oszillation von CF (t) ist hingegen auf dynamische Durchmischungsvorgänge während der Zirkulation des Farbstoffes im Blutkreislauf zurückzuführen.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Bestimmung einer zeitveränderlichen Farbverteilungsfunktion CF (t) besteht darin, daß zunächst Blut-Meßwerte Im (t), bzw. I₂(t) und dann zumindestens Farb-Meßwerte IF(t), bzw. I₁(t) als Funktion der Zeit in der Auswerteschaltung abgespeichert werden, die Extremalstellen einer über die Pulshübe gemittelten Funktion IpF (t) aus IF(t) bzw. I₁(t) bestimmt werden, an den Extremalstellen Einzelwerte für die Farbstoffkonzentration CF1 bzw. CF2 errechnet werden, und daß aus den Einzel-Farbstoffkonzentrationswerten CF1, bzw. CF2 die Farbverteilungsfunktion CF (t) mittels einer die Einzelwerte CF1 verbindenden Extrapolationsfunktion bestimmt wird. Das Verfahren ist sowohl bei der Vorrichtung mit einer Wellenlänge als auch bei der mit zwei Wellenlängen anwendbar. Im ersten Fall wird vor der Farbstoffinjektion Im(t) und nach der Farbstoffinjektion IF(t) gemessen, im zweiten Fall werden I₁(t) und I₂(t) zeitsynchron nach dem Einbringen des Farbstoffes in den Blutkreislauf gemessen, da hier die Wellenlängen derart ausgewählt sind, daß nur bei der ersten Wellenlänge, also bei I₁(t) eine Extinktion durch den Farbstoff auftritt.
In einer zweckmäßigen Variante dieses Verfahrens ist vorgesehen, aus den Werten für CF1 bzw. CF2 mittels des Lambert-Beerschen-Gesetzes zunächst den Durchmesser d des für die Messung benutzten Gefäßabschnittes zu errechnen, und CF (t) dann unmittelbar mit dem Lambert-Beerschen-Gesetzes aus Im(t), IF(t) bzw. I₁(t), I₂(t) zu bestimmen.
Die Berechnungsformel für CF(t) mit Im(t), IF(t) ist:
CF(t) = (log Ipm/IpF (t))/d × eF × log e
Dabei bedeuten:
d: Durchmesser des vom Blut durchströmten Gefäßabschnittes,
Ipm: über die Pulshübe gemittelter Blut-Meßwert = gemessene mittlere Intensität ohne Farbstoff aus Im (t),
IpF: über die Pulshübe gemittelter Färb-Meßwert = gemessene mittlere Intensität mit Farbstoff aus IF (t).
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und im folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Messung mit einer Wellenlänge,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf gemessener Intensitätswerte mit und ohne Farbstoff für eine Vorrichtung nach der Fig. 1.
Fig. 3 die schematische Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Messung mit zwei Wellenlängen,
Fig. 4 den Verlauf einer Farbverteilungsfunktion CF (t).
Fig. 1 zeigt eine erste Vorrichtung (1) zur Messung der Extinktion einer von einer Strahlungsquelle (2) in einen peripheren Gefäßabschnitt (3) eines in der Figur nicht dargestellten Blutkreislaufs emittierten Strahlung (4), welche von einem Strahlungsempfänger (5) aufgenommen wird. Dem Strahlungsempfänger (5) nachgeschaltet sind ein Phasendetektor (6), ein differenzierendes Bauglied (7), eine Auswerteschaltung (8) und eine Registrier- und Anzeigeeinheit (9). Mittels einer ersten Signalleitung (10) gelangt das vom Strahlungsempfänger (5) gelieferte Meßsignal zu dem Phasendetektor (6), welcher ein zur Phasenlage PHI 1 des Meßsignals gehöriges Phasensignal über eine zweite Signalleitung (11) an die Auswerteschaltung (8) leitet. Das dem Phasendetektor (6) nachgeschaltete differenzierende Bauglied (7) liefert als Ausgangsgröße über eine dritte Signalleitung (12) die zeitliche Ableitung des Meßsignals an die Auswerteschaltung (8).
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der mit der ersten Vorrichtung (1) ermittelten Meßsignale. Meßsignale ohne das Vorhandensein eines Farbstoffes im Blut sind im folgenden mit dem Index "m" gekennzeichnet und Meßsignale für Blut mit Farbstoff haben den Index "F". In einem ersten Abschnitt A der Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Meßsignale Im (t) und in einem zweiten Abschnitt der zeitliche Verlauf der Meßsignale IF (t) veranschaulicht. Für eine feste Phasenlage PHI1 bzw. PHI1 + n × 2 × PI sind die Meßsignale ein Blut-Meßwert Iml (13) und ein Farb-Meßwert IF1 (14). Bei den Phasenlagen PHI1 bzw. PHI1 + n × 2 × PI wird mittels des differenzierenden Bauglieds (6) eine Blut-Kenngröße (15) als zeitliche Ableitung des Blut-Meßwertes (13), und, nach der Injektion eines Farbstoffes, eine Farb-Kenngröße (16) als zeitliche Ableitung des Farb-Meßwertes (14) gebildet. Eine der Konzentration CF1 des Farbstoffes im Blut proportionale Größe wird in der Auswerteschaltung (8), Fig. 1, aus dem Verhältnis der Produkte der Farb-Kenngröße (16) mit dem Blut-Meßwert (13) und der Blut-Kenngröße (15) mit dem Farb-Meßwert (14) gebildet.
Die Oszillation der Kurven IF (t) und Im (t) entsteht durch die Veränderung des Durchmessers d des Gefäßabschnitts (3) aufgrund der Blutpulsation. Die Größen Ipm und IpF in der Fig. 2 sind über die Pulsfrequenz gemittelte Meßsignale von IF (t) und Im (t).
Fig. 3 zeigt eine zweite Vorrichtung (20) zur Messung der Extinktion einer von der Strahlungsquelle (2) in den peripheren Gefäßabschnitt (3) emittierten Strahlung (4), welche von einem ersten Strahlungsempfänger (17) und einem zweiten Strahlungsempfänger (18) aufgenommen wird. An dem ersten Strahlungsempfänger (17) entstehen erste Meßsignale (21) und an dem zweiten Strahlungsempfänger (18) zweite Meßsignale (22). Den Strahlungsempfängern (17, 18) sind differenzierende Bauglieder (7) nachgeschaltet, welche als Ausgangsgrößen eine erste Kenngröße (19) und eine zweite Kenngröße (191) aus den zeitlichen Ableitungen der ersten Meßsignale (21) und zweiten Meßsignale (22) bilden und diese an die Auswerteschaltung (8) weitergeben. Die Strahlungsempfänger (17, 18) sind mittels eines ersten Filters (23) und eines zweiten Filters (24) auf eine erste Wellenlänge und zweite Wellenlänge abgestimmt. Bei einem stationären Durchmischungszustand des Farbstoffes im Blut werden die Kenngrößen (19, 191) und die Meßsignale (21, 22) zeitsynchron gemessen und in der Auswerteschaltung (8) wird eine der Konzentration des Farbstoffes CF2 im Blut proportionale Größe aus dem Verhältnis der Produkte der ersten Kenngröße (19) mit dem zweiten Meßwert (22) und der zweiten Kenngröße (191) mit dem ersten Meßwert (21) gebildet.
Die erste Wellenlänge ist hierbei auf den sog. isobestischen Punkt von 805 Nanometer eingestellt und die zweite Wellenlänge beträgt 940 Nanometer. Als Farbstoff wird Indocyanin-grün (ICG) verwendet.
Fig. 4 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf der Farbstoff-Konzentration CF (t) im Blutkreislauf und ein Verfahren zur Extrapolation von CF (t) aus den in dem peripheren Gefäßabschnitt eines Blutkreislaufs mit der ersten Vorrichtung (1) nach den Fig. 1 und 2 gemessenen Farbstoff-Konzentrationswerten CF1. Auf der Abszisse des Koordinatensystems ist die Zeit t aufgetragen, auf der Ordinate die Farbstoff- Konzentration CF (t).
Das Verfahren wird folgendermaßen durchgeführt: Zum Zeitpunkt t=to wird eine vorgewählte Menge eines von den Organen des Blutkreislaufs abbaubaren Farbstoffes schlagartig in den Blutkreislauf eingebracht, z. B. durch Injektion in eine Vene. Die Farbstoff-Konzentration wird an einem von dem Injektionsort entfernt liegenden peripheren Gefäßabschnitt, z. B. einem Finger, in der Weise gemessen, daß in kurzen Zeitabständen bis zum Zeitpunkt to Blut-Meßwerte Im (t) und nach dem Zeitpunkt to Farb-Meßwerte IF (t) aufgenommen und in der Auswerteeinheit (8), Fig. 1, gespeichert werden. Während der sogenannten Erscheinungszeit EZ werden die Farb-Meßwerte IF(t) bzw. der Farbstoff-Konzentrationswert CF (t) auf den Ursprungswerten verharren, da der Farbstoff zunächst zu dem peripheren Körperteil gebracht werden muß.
Aus der Funktion IF (t) wird in der Auswerteschaltung (8) zunächst eine über die Pulshübe gemittelte Funktion IpF (t) bestimmt, und deren Extremalstellen berechnet. IpF(t) hat qualitativ bezüglich der Extremalstellen den gleichen Verlauf wie CF(t). Der besseren Übersicht wegen ist in der Fig. 4 nur CF(t) dargestellt. An den Extremalstellen werden aus IF (t) und Im (t) diskrete Werte für die Konzentration CF1 des Farbstoffes errechnet. Die Farbverteilungsfunktion CF (t) ist dann eine die Einzelwerte CF1 verbindende Extrapolationsfunktion.
Die Farbverteilungsfunktion CF (t) weist vom Zeitpunkt t=to an gesehen ein erstes Maximum C1max und ein zweites Maximum C2max auf. Die Zeit zwischen dem ersten Maximum C1max und dem zweiten Maximum C2max wird auch als Rezirkulationszeit RZ bezeichnet, in der sich der Farbstoffinnerhalb der Organe des Organkreislaufes verteilt. Parallel dazu wird der Farbstoff in bestimmten Organen wieder abgebaut, d. h. die Farbstoffmenge im Organkreislauf nimmt ab. Der momentane Farbstoff-Konzentrationswert CF (t) ist abhängig von der Farbstoff-Verteilung im Organkreislauf und von dem Grad des Farbstoff-Abbaus.
Für bestimmte Anwendungsfälle wird die fiktive Farbstoff Anfangskonzentration CW (to) eines zum Zeitpunkt t=to im Organkreislauf homogen verteilten Farbstoffes benötigt. Diese läßt sich folgendermaßen bestimmen.
Nach der Rezirkulation des Farbstoffes, also nach dem zweiten Maximum C2max, ist die Farbstoffkonzentrations­ funktion CF (t) nur noch abhängig vom Grad des Farbstoffabbaus, d. h. nur abhängig von einem Parameter und eine Rückextrapolation auf einen fiktiven Farbstoff Anfangskonzentrationswert CW (to) zum Zeitpunkt to ist möglich. Hierzu werden nach dem zweiten Maximum C2max die Wendepunkte CW (i) (i=1,2 . . . ) der Funktion CF (t) errechnet und durch die Wendepunkte CW (i) eine Ausgleichsfunktion CW (t), z. B. eine Exponentialfunktion, gelegt. Die Rückextrapolation auf den Zeitpunkt t=to ergibt den Farbstoff-Anfangskonzentrationswert CW (to). Mit diesem Wert CW (to) ist z. B. das Flüssigkeitsvolumen d. h. das Blutvolumen, des Organkreislaufes bestimmbar, da sowohl das Volumen des injizierten Farbstoffes als auch die Farbstoffkonzentration CW (to) bekannt sind.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur nichtinvasiven Bestimmung der Extinktion einer von mindestens einer Strahlungsquelle in einen peripheren Gefäßabschnitt eines Blutkreislaufs emittierten Strahlung, mit einem die Strahlung aufnehmenden Strahlungsempfänger, welcher ein der Strahlungsintensität proportionales Meßsignal liefert und mit einer das Meßsignal verarbeitenden Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strahlungsempfänger (5) ein Phasendetektor (6) und ein differenzierendes Bauglied (7) nachgeschaltet sind, und das differenzierende Bauglied (7) als Ausgangsgröße die zwischen zwei aufeinanderfolgenden relativen Extrema des Meßsignals vorliegende, aus der Pulsation resultierende Steigung des Meßsignals bei einer vorgebbaren Phasenlage liefert, wobei die Ausgangsgröße als eine Blut-Kenngröße (15) und das dazugehörige Meßsignal als ein Blut-Meßwert (13) in der Auswerteeinheit (8) gespeichert sind, und, daß nach dem Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Farbstoffes in den Blutkreislauf, eine Farb-Kenngröße (16) und ein Farb-Meßwert (14) mit gleicher Phasenlage zur Blut-Kenngröße (15) und zum Blut-Meßwert (13) in der Auswerteeinheit (8) registriert sind, und daß in der Auswerteeinheit (8) eine der Konzentration CF1 des Farbstoffes proportionale Größe aus dem Verhältnis der Produkte der Farb-Kenngröße (16) mit dem Blut-Meßwert (13) und der Blut-Kenngröße (15) mit dem Farb-Meßwert (14) gebildet ist.
2. Verfahren zur nichtinvasiven Bestimmung der Extinktion einer von mindestens einer Strahlungsquelle in einen peripheren Gefäßabschnitt eines Blutkreislaufs emittierten Strahlung mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen eines Farbstoffes in den Blutkreislauf aus dem zeitlich veränderlichen Meßsignal zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extrema bei einer Phasenlage PHI1 ein Blut-Meßwert Im₁ und die zugehörige zeitliche Abteilung dIm₁/dt als Blut Kenngröße bestimmt wird, und daß nach dem Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Farbstoffes in den Blutkreislauf bei der Phasenlage PHI + n × 2 × PI in gleicher Weise ein Farb-Meßwert IF1 und die zugehörige zeitliche Ableitung dIF1/dt als Farb-Kenngröße gemessen wird, und daß die Konzentration CF1 des Farbstoffes im Blut nach der Berechnungsformel gebildet ist.
3. Vorrichtung zur nichtinvasiven Bestimmung der Extinktion einer von mindestens einer Strahlungsquelle in einen peripheren Gefäßabschnitt eines Blutkreislaufs emittierten Strahlung, mit mindestens einem die Strahlung bei einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge aufnehmenden Strahlungsempfänger, welcher jeweils ein der Strahlungsintensität bei der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge proportionales erstes Meßsignal und zweites Meßsignal liefert und mit einer die Meßsignale verarbeitenden Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale jeweils an ein differenzierendes Bauglied geführt sind welches jeweils als eine erste Ausgangsgröße und eine zweite Ausgangsgröße die zwischen zwei aufeinanderfolgenden relativen Extrema des ersten Meßsignals bzw. des zweiten Meßsignals vorliegende, aus der Pulsation resultierende Steigung der Meßsignale liefert, und daß nach dem Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Farbstoffes in den Blutkreislauf die erste Ausgangsgröße und das erste Meßsignal als eine erste Kenngröße (19) und ein erster Meßwert (21) und die zweite Ausgangsgröße und das zweite Meßsignal als eine zweite Kenngröße (191) und ein zweiter Meßwert (22) bei jeweils gleicher Phasenlage der Meßsignale in der Auswerteeinheit gespeichert sind, und daß in der Auswerteeinheit eine der Konzentration CF2 des Farbstoffes proportionale Größe aus dem Verhältnis der Produkte der ersten Kenngröße (19) mit dem zweiten Meßwert (22) und der zweiten Kenngröße (191) mit dem ersten Meßwert (21) gebildet ist, und daß die Wellenlängen derart ausgewählt sind, daß der Farbstoff bei einer der Wellenlängen keine Extinktion der Strahlung bewirkt.
4. Verfahren zur nichtinvasiven Bestimmung der Extinktion einer von mindestens einer Strahlungsquelle in einen peripheren Gefäßabschnitt eines Blutkreislaufs emittierten Strahlung mit einer Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Farbstoffes in dem Blutkreislauf aus dem zeitlich veränderlichen ersten Meßsignal und zweiten Meßsignal jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden relativen Extrema der Meßsignale und bei jeweils gleicher Phasenlage PHI 1, aus dem ersten Meßsignal ein erster Meßwert I₁ mit der zugehörigen zeitlichen Abteilung dI₁/dt als eine erste Kenngröße und aus dem zweiten Meßsignal ein zweiter Meßwert I₂ mit der zugehörigen zeitlichen Ableitung dI₂/dt als eine zweite Kenngröße ermittelt werden, und daß die Konzentration CF2 des Farbstoffes im Blut nach der Berechnungsformel gebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dgd die Wellenlänge auf den isobestischen Punkt mit 805 Nanometer eingestellt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dgd die erste Wellenlänge 805 Nanometer beträgt und die zweite Wellenlänge in der Umgebung von 940 Nanometer liegt, und daß der Farbstoff Indocyanin-grün (ICG) ist.
7. Verfahren zur Bestimmung einer zeitveränderlichen Farbverteilungsfunktion CF (t) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - vor dem Einbringen eines Farbstoffes in den Blutkreislauf bis zu einem Zeitpunkt t o Blut-Meßwerte Im (t), I₂(t) und nach dem Zeitpunkt to nach dem Einbringen eines Farbstoffes zumindestens Farb-Meßwerte IF (t), I₁(t) als Funktion der Zeit in der Auswerteeinheit registriert werden,
  • - die Extremalstellen einer über die Pulshübe gemittelten Funktion IpF (t) aus IF (t) bzw. I₁(t) bestimmt werden,
  • - an den Extremalstellen von IpF (t) Einzelwerte CF1 bzw. CF2 für die Farbstoffkonzentration errechnet werden,
  • - und die Farbverteilungsfunktion CF (t) aus einer die Einzelwerte CF1 bzw. CF2 verbindenden Extrapolationsfunktion gebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Einzelwerten CF1 bzw. CF2 zunächst der Durchmesser d des Gefäßabschnittes und dann CF(t) aus Im(t), IF1(t) bzw. I₁(t), I₂(t) jeweils mit dem Lambert Beer′schen Gesetz errechnet wird.
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