DE60031551T2 - Vorrichtung zur überprüfung der genauigkeit eines spektralanalysators - Google Patents

Vorrichtung zur überprüfung der genauigkeit eines spektralanalysators Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung liegt in dem Gebiet der eingriffsfreien Spektralanalyse von Analyten in Geweben und bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung, die mit einem eingriffsfreien Kontrollsystem verwendet werden kann, das zur Bestimmung von Konzentrationen von verschiedenen Blutkomponenten verwendet wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es existieren bereits eingriffsfreie Vorrichtungen, die äußerlich verwendet werden, um entweder die Konzentration von Bestandteilen von durch den Körper aufgenommenen Gasen zu messen, oder die in einem Körperteil eines Patienten, beispielsweise einem Finger, enthaltenen Konzentrationen. In US 5,429,128 ist ein Fingerrezeptor beschrieben, der einen Finger eines Benutzers aufnimmt und für den Einsatz mit einer eingriffsfreien Kontrollvorrichtung ausgelegt ist. US 5,361,758 beschreibt solch eine Kontrollvorrichtung.
  • Im Verlauf der Benutzung einer Kontrollvorrichtung, die betriebsmäßig mit einem Fingerrezeptor gekoppelt ist, werden viele Benutzungen des Rezeptors und der Kontrollvorrichtung mit der Zeit zu Schwankungen bei den Lesungen aufgrund von interner Drift und anderen veränderlichen Aspekten solcher Kontrollvorrichtungen führen. Demgemäß ist es wünschenswert, ein Mittel zu haben, um schnell und leicht die Präzision und Genauigkeit solch einer Kontrollvorrichtung zu überprüfen.
  • Das US-Patent Nr. 5,166,517 offenbart eine Vorrichtung gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 zum Testen der Genauigkeit eines Puls-Oximeters. Die Vorrichtung umfaßt i) eine steife, transparente thermoplastische Röhre, ii) eine transparente, elastisch biegsame thermoplastische Röhre mit einer verschiebbaren Wand, die eine erste Flüssigkeit beinhaltet, und iii) ein elastisch biegsames Teil, das die erste Flüssigkeit enthält. Die biegsame thermoplastische Röhre ist innerhalb der steifen Röhre angeordnet, um einen ringförmigen Zwischenraum zu bilden, der eine zweite Flüssigkeit beinhaltet, welche eine wässrige Lösung einer Infrarotstrahlung-absorbierenden Verbindung sowie einer Sichtbare-Rotlichtstrahlung-absorbierenden Verbindung umfaßt.
  • Das US-Patent Nr. 5,166,517 offenbart auch eine manuell betreibbare Vorrichtung zum Überprüfen der Genauigkeit eines Puls-Oximeters, die ein Paar aus dünnen, rechteckig ausgebildeten Platten umfaßt, die aus einem Material gebildet sind, das für Infrarotstrahlung transparent ist. Ein elastisch biegsames Material trennt die rechteckig geformten Platten voneinander. Die Platten und das elastisch biegsame Material definieren ein Volumen, das von einer wässrigen Lösung einer Infrarotstrahlung-absorbierenden Verbindung und einer Sichtbare-Rotlichtstrahlung-absorbierenden Verbindung eingenommen wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfinder haben eine Vorrichtung entwickelt, die so ausgestaltet ist, daß sie an einen Rezeptor angepaßt ist, der betriebsmäßig mit einer eingriffsfreien Kontrollvorrichtung gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung geeignet ist, die Präzision und Genauigkeit der eingriffsfreien Kontrollvorrichtung zu überprüfen und sie eine photometrische Korrektur des Instruments ermöglicht.
  • Gemäß ihres breiten Aspekts stellt die Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 7 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bereit. Die Vorrichtung ist aus Materialien gefertigt, die Absorptionsspektren reproduzieren, die verschiedenen Körperteilen zugehörig sind, wenn derartige Teile einer Spektraluntersuchung unterzogen werden. Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Material, das die gleichen Lichtstreuungs- und -absorptionseigenschaften ausbildet, wie ein Körperteil, vorzugsweise ein Ohrläppchen, eine Lippe, eine Hautfalte oder ein Finger, am meisten bevorzugt, ein Finger.
  • Gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird ein künstliches Teil bereitgestellt, das eine oder zwei weitere Kammern definiert, wobei das künstliche Teil aus einem lichtstreuenden und lichtreflektierenden Material gefertigt ist und in der Form eines Körperteils ausgebildet ist, wobei das lichtstreuende und lichtreflektierende Material näherungsweise die Lichtstreuungs- und Lichtabsorptionseigenschaften des Körperteils aufweist und das künstliche Teil Mittel zur Abdichtung der einen oder mehr als einen Kammer(n) umfaßt.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel stellt die vorliegende Erfindung ein künstliches Teil bereit, das eine oder mehr als eine Kammer definiert, wobei das künstliche Teil aus einem lichtstreuenden und lichtreflektierenden Material hergestellt ist, das aus der Gruppe bestehend aus Teflon® (Polytetrafluoroethylen), Teflon® (Polytetrafluoroethylen) mit 25% Glasfasern, und FluorosintTM ausgewähhlt ist, wobei das künstliche Teil in der Form eines Körperteils ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise ist jede Kammer mit einem O-Cel-OTM-Material gefüllt, das die Lichtstreuungseigenschaften von Gewebe nachahmt. Vorzugsweise ist jede Kammer mit einem Gelmaterial gefüllt, das Amarant und Natriumbenzoat enthält und lichtstreuende und reflektierende Teilchen trägt, welche die Lichtstreuungseigenschaften von Gewebe nachahmen. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel umfassen die reflektierenden Teilchen Teflon-PTFE, Titandioxid (TiO2), oder sie sind Polystyrol-Nanokügelchen.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt das Teil ferner ein Stabilisierungsteil, das sich vom Außenteil aus erstreckt, um das künstliche Teil reversibel in Kontakt mit dem Meßrezeptor zu bringen. Vorzugsweise ist das Stabilisierungsteil so wie in 9 dargestellt.
  • Gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Überprüfen der Präzision und Genauigkeit einer eingriffsfreien Kontrollvorrichtung, das umfaßt:
    • a) Einführen des künstlichen Teils der Erfindung in einen Meßrezeptor, wobei der Meßrezeptor mit der eingriffsfreien Kontrollvorrichtung zusammenwirkt (bzw. betriebsfähig verknüpft ist);
    • b) Messen des Absorptionsspektrums des künstlichen Teils; und
    • c) Vergleichen des Absorptionsspektrums des künstlichen Teils mit einem Absorptionsspektrum, das von dem Körperteil erhalten wurde, wodurch die Präzision und Genauigkeit der eingriffsfreien Kontrollvorrichtung überprüft wird.
  • Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es sollte allerdings bemerkt sein, daß die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, nur zu Darstellungszwecken gegeben werden, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, für den Fachmann ausgehend von dieser detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nun wird die Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 Absorptionsspektren von 500–1380 nm für Globuline, Glukose, Harnstoff, Kreatinin, Cholesterin und humanes Serum Albumin mit Wasserverdrängungskompensation zeigt.
  • 2 2013 Absorptionsspektren von 585–1100 nm für den Finger von 32 Probanden zeigt.
  • 3 Absorptionsspektren (580–1100 nm) zeigt, für Wasser in einem Finger eines Probanden und einem künstlichen Teil der vorliegenden Erfindung.
  • 4 Absorptionsspektren von 580–1100 nm zeigt, für den Finger eines Probanden und für ein künstliches Teil, wie es in 3 gezeigt ist, sowie die Kurve, welche die Differenz der beiden ersten zwei Spektren darstellt.
  • 5 Absorptionsspektren von 580–1100 nm zeigt, für Wasser in einem Finger und in einem künstlichen Teil der Erfindung, wobei das Teil "Rosa Schwamm" bzw. "pink sponge" (SCOTCH BRIGHTTM) und Wasser enthält.
  • 6 Absorptionsspektren von 580–1100 nm zeigt, für Wasser in einem Finger und in einem künstlichen Teil der Erfindung, wobei das Teil Polystyrol-Nanokügelchen in Wasser und Gelatine plus Amarant und Natriumbenzoat als ein Konservierungsmittel enthält.
  • 7 eine isometrische Explosionsdarstellung eines künstlichen Teils gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Ausbildung zur Verwendung mit einem Fingerrezeptor ist.
  • 8 eine Seitenansicht des Teils aus 7 ist.
  • 9 eine isometrische Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines künstlichen Teils gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Ausbildung zur Verwendung mit einem Fingerrezeptor ist.
  • 10 eine Seitenansicht des Teils aus 9 ist.
  • 11 eine Seitenansicht eines montierten Teils aus 9 und 10 ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In seiner Verwendung hier bedeutet "Konzentration" oder "Konzentrationsgrad" die Menge oder Quantität eines Bestandteils in einer Lösung, ob die Lösung in-vito oder in-vivo ist.
  • In seiner Verwendung hier bedeutet "Bestandteil" eine Substanz oder einen Analyt, die/der in einem Gewebe vorzufinden ist, und umfaßt Kohlenhydrate wie beispielsweise Glukose, Bilirubin, ein Protein, beispielsweise Albumin oder Hämoglobin.
  • In seiner Verwendung hier bedeutet "flüssigkeitsfrei", daß keine nennenswerte Flüssigkeitsmenge vorliegt.
  • In seiner Verwendung hier bedeutet "Gewebe" jegliches Gewebe des Körpers eines Probanden umfassend beispielsweise Blut, außerzellulare Räume, und kann die gesamte Zusammensetzung eines Körperteils wie beispielsweise eines Fingers oder eines Ohrläppchens bedeuten.
  • In seiner Verwendung hier bedeutet "Proband" jegliches Mitglied des Tierreichs, umfassend, vorzugsweise, Menschen.
  • Wie oben dargelegt haben die Erfinder eine Vorrichtung ausgearbeitet, die in der Lage ist, in einen Rezeptor eingeführt zu werden, der zusammen mit einer eingriffsfreien Kontrollvorrichtung verwendet wird. Der Nutzen einer solchen Vorrichtung oder eines solchen künstlichen Teils besteht darin, den Nutzer einer solchen eingriffsfreien Kontrollvorrichtung in die Lage zu versetzen, schnell und einfach die Präzision und Genauigkeit der eingriffsfreien Kontrollvorrichtung zu überprüfen.
  • Spektrale Daten, die unter Verwendung eines Standardspektrometers erhalten wurden und bzgl. Wasserverdrängung kompensiert wurden, wurden aus in-vitro-Messungen einer Küvette erhalten, die Proben von verschiedenen Blutbestandteilen enthält, und sind in 1 dargestellt. Wie zu sehen ist, sind die mit den verschiedenen Bestandteilen verknüpften Spektren komplex. Im Gegensatz dazu ist das Spektrum für einen lebenden Finger relativ einfach, insbesondere im Bereich von 500–1100 nm. Dies kann in 2 gesehen werden. Messungen, die in diesem Bereich vorgenommen wurden, sind relativ konsistent, unabhängig davon, ob einzelne Messungen oder das Individuum gescannt wird. Diesbezüglich stellen die in 2 dargestellten Daten die kombinierten Spektren von 33 Menschen dar, von denen insgesamt 2,013 Messungen genommen wurden und gesammelt dargestellt sind. Demgemäß muß ein künstliches Teil in der Lage sein, ein Spektrum bereitzustellen, das vergleichbar ist zu jenen, die in 2 dargestellt sind, oder dem Absorptionsspektrum eines anderen Körperteils. Es ist einzusehen, daß, um ein vergleichbares künstliches Teil zu entwickeln, ein derartiges Teil die Situation nachahmen muß, bei der Licht auf ein Körperteil gerichtet wird. In den Körper eintretendes Licht wird gestreut und dieses Licht, das wieder austritt, strahlt in nahezu jegliche Richtung. Absorption beginnt an dem Punkt, an dem das Licht in das Gewebe eintritt. Im Falle einer Transmission wird, wenn das Licht durch das Gewebe läuft, mit zunehmender Weglänge mehr und mehr Licht absorbiert. Offensichtlich bleibt, falls die Weglänge zu groß ist, sehr wenig Licht zur Messung übrig und die Absorptionsberechnungen werden einem deutlichen Fehler aufgrund von Rauschen unterliegen. Diese Betrachtungen treffen auch hinsichtlich des künstlichen Teils zu. Demgemäß wird nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das künstliche Teil die gleichen Eigenschaften an Lichtstreuung, Reflexionsvermögen und Absorption ausbilden, wie sie von einem lebenden menschlichen Finger ausgebildet werden. Demgemäß ist ein künstliches Teil der vorliegenden Erfindung aus einem hochreflektiven Material hergestellt, wie beispielsweise Teflon, insbesondere Teflon-PTFE Neuware (wobei PTFE Polytetrafluoroethylen bedeutet). Zudem muß das künstliche Teil, um zutreffend vom Inneren des lebenden Körperteils stammende Streuung nachzuahmen, ein ausreichendes internes Reflexionsvermögen aufweisen, um ein vergleichbares Ergebnis zu erzielen. Diesbezüglich liegt in dem Teil eine Kammer oder ein Behälterraum vor, obgleich, abhängig von dem nachzuahmenden Körperteil, reflektierendes Material einen Teil der inneren Struktur der Kammer des Teils umfassen kann.
  • Ein künstliches Teil muß in der Lage sein, leicht in einen Rezeptor eingeführt zu werden und aus ihm entfernt zu werden, der zur Messung der spektralen Eigenschaften von Bestandteilen in einem Körperteil verwendet wird. Diesbezüglich wird die Form (bzw. die Gestalt) des künstlichen Teils bestimmt durch die Form (bzw. die Gestalt) des Rezeptors. Im Falle eines Fingerrezeptors muß das künstliche Teil entsprechende Formen aufweisen, um sicherzustellen, daß von dem Punkt, an dem Licht an den Finger oder den künstlichen Finger gelenkt wird, und dem Punkt, an dem Licht den Finger oder ein künstliches Körperteil verläßt, eine konstante Weglänge vorliegt.
  • Der Fachmann wird einsehen, daß ein künstliches Teil der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit einem Meßrezeptor verwendet wird, der mit einer beliebigen eingriffsfreien Kontrollvorrichtung kombiniert wird, die auf dem Prinzip der Messung des Absorptionsvermögens (oder des Reflexionsvermögens) von Strahlung beruht, die durch ein Körperteil läuft (oder von ihm reflektiert wird). Diesbezüglich arbeiten derartige Vorrichtungen gemäß des Beer-Lambert-Gesetzes, d.h., daß die Konzentration von Bestandteilen proportional zu einer Proportionalitätskonstante (dem Extinktionskoeffizienten) ist, der Weglänge, und dem Absorptionsvermögen (LOG10[1/T], wobei T die Transmittanz ist, d.h. der Lichtanteil einer gegebenen Wellenlänge, der durch die Substanz hindurchtritt).
  • Durch Messung des Absorptionsvermögens bei einer Anzahl vorbestimmter Wellenlängen, von denen einige die Weglänge bestimmen werden, ist es möglich, die Konzentration eines gegebenen Bestandteils zu berechnen. Dieselben Meßprinzipien, die zur Bestimmung der Konzentration von Bestandteilen in Körperteilen mittels einer eingriffsfreien Vorrichtung angewendet werden, sind gleichermaßen anwendbar auf ein künstliches Teil der vorliegenden Erfindung. Während Wasser ein bevorzugter Bestandteil für Messungen und Genauigkeitstests mit einem künstlichen Teil ist, kann demgemäß jeder beliebige andere Bestandteil oder andere Bestandteile verwendet werden. Diesbezüglich ist einzusehen, daß die Bestandteile vorzugsweise im Teil gehalten werden, vorzugsweise in der Kammer oder den Kammern des Teils. In einigen Anwendungen kann es erforderlich sein, andere absorbierende oder reflektierende Materialien in die Kammer einzuführen oder mit der Verbindung des reflektierenden Materials zu vermischen.
  • Es sollte bemerkt sein, daß verschiedene Wege bestehen, um Absorptionsmessungen durchzuführen, und ohne daß der Schutzbereich oder die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung beschränkt wird, sind die zwei Verfahren: (1) Verwenden von Licht von einem durchstimmbaren Monochromator (bzw. Scan-Monochromator), Leiten des Lichts durch einen ausgewählten Teil des Körpers und Sammeln des hindurchtretenden Lichts auf einem Siliziumdetektor. Eine zweite Messung involviert eine Messung des in Abwesenheit von dem Körperteil hindurchtretenden Lichts. Aus diesen beiden Messungen kann die Transmittanz und damit das Absortionsvermögen berechnet werden; (2) Verwenden einer polychromen Lichtquelle, Leiten des Lichts durch das zu messende Körperteil, Sammeln des Lichts, Kollimieren des Lichts auf einem Beugungsgitter und Fokussieren der verschiedenen Lichtwellenlängen auf einem linearen Detektor-Array. Jedes Element des Arrays wird dann die Intensität von Licht für ein schmales Wellenlängenband messen. Eine vergleichbare Messung in Abwesenheit des Körperteils (Referenz-Scan) wird dann die Berechnung der Transmittanz für jedes Element erlauben. Da die verschiedenen Elemente des Arrays leicht unterschiedliche Dunkelleckströme aufweisen, ist es erforderlich, einen Dunkelstrom aufzuzeichnen und vor der Berechnung der Transmittanz und des Absorptionsvermögens von sowohl dem Proben-Scan als auch von dem Referenz-Scan zu subtrahieren.
  • Es gibt verschiedene typische Teile des Körpers von denen Messungen genommen werden können, wobei der Finger, die Lippe, das Ohrläppchen, einen Hautwulst am Bauch, das Gewebe zwischen dem Daumen und dem Zeigefinger und das Gewebe zwischen den Zehen umfaßt sind. Demgemäß umfaßt die vorliegende Erfindung künstliche Teile, die jedes dieser replizieren.
  • Eines der Probleme, die sich bei der Messung des Absorptionsvermögens im Gewebe stellen, besteht in der spektralen Veränderlichkeit von einem Instrument zum anderen aufgrund physikalischer Unterschiede bei der Lichttransmission und -sammlung. Da der Phantomfinger ausgelegt ist, um die Veränderlichkeit der Spektralantwort und der physischen Platzierung in dem Fingerrezeptor zu minimieren, kann er verwendet werden, um die spektrale Differenz zwischen Instrumenten zu quantifizieren. Bei einer sorgfältigen Wellenlängenkalibrierung kann die Differenz in der Spektralantwort des Phantomfingers zwischen einem Instrument und einem anderen verwendet werden, um das Spektrum des zweiten Instruments auf jenes des ersten zu korrigieren, indem die Spektraldifferenz dem zweiten Instrument addiert wird. Dies wird als photometrische Korrektur bezeichnet und ist mit einer geeigneten Wellenlängengenauigkeit verbunden und ist die Basis, auf der Algorithmen von einem Instrument zu einem anderen übertragen werden können.
  • BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden wir nun zwei nicht einschränkende beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als Erstes wird unter Bezugnahme auf die 7 und 8 ein künstliches Teil gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Insbesondere ist das künstliche Teil dazu vorgesehen, einen künstlichen Finger zur Verwendung in Zusammenhang mit einem Fingerrezeptor darzustellen, der betriebsmäßig mit einer eingriffsfreien Kontrollvorrichtung wie beispielsweise einem Spektrophotometer gekoppelt ist.
  • Der künstliche Finger umfaßt einen Griff, der aus Aluminium oder einem beliebigen anderen steifen Material bereitet sein, das Festigkeitseigenschaften aufweist. Der Griff bei 20 hat eine Spitze 30, die verwendet wird, um den Griff mit einem Haltering 40 zu verbinden. Der Haltering wird verwendet, um ein großes Greifmittel bereitzustellen, sowie eine Dichtungsabdeckung für den hochreflektiven und lichtstreuenden Teil des künstlichen Fingers 80. Der Haltering 40 besteht aus schwarzem Kunststoff (DELRIN); allerdings ist auch jedes beliebige andere minimal reflektierende oder nicht-reflektierende Kunststoffmaterial akzeptabel. Der Haltering paßt mittels einer Preßpassung über das künstliche Teil 80. Das künstliche Teil 80 umfaßt ein Material, das einen Streueffekt bewirkt, der ähnlich ist zu Gewebe, wie beispielsweise der Haut oder einem Finger, nämlich Teflon-PTFE; allerdings ist auch ein beliebiges anderes Material wie beispielsweise FluorosintTM (DSM Engineering Plastic Products, Inc.) oder Teflon-PTFE mit 25% Glasfasern geeignet, das in der Lage ist, einen derartigen Streueffekt zu bewirken. Dieses Teil hat einen hohlen oder kammerartigen Bereich, der die Stärke der internen Streuung auf Grundlage des die Kavität ausfüllenden Materials bestimmt. Die exakten Abmessungen dieser Kammer werden so gewählt, daß ein Absorptionsspektrum erzielt wird, das demjenigen ähnlich ist, das bei einem natürlichen Finger beobachtet wird. Es kann auch mehr als eine Kammer verwendet werden. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist die Kammer, wie sie in 7 gezeigt ist, in zwei Bereiche, 90 und 100, aufgeteilt, wenngleich ähnliche Ergebnisse auch mit mehreren Kammern erzielt werden können. Die Kammern 90 und 100 wirken als Behältnisse, um Wasser oder beliebige andere Lösungen aufzunehmen, die als Bestandteil des künstlichen Teils verwendet werden. Auch werden zum Zwecke der Replizierung des Absorptionsvermögens eines Fingers O-cello-Materialien in das künstliche Teil gegeben, die gewöhnlich als Schwamm (SCOTCH BRIGHTTM) verfügbar sind, und die so geformt sind, daß sie in die Behältnisse 90 oder 100 passen. Die Kammer kann auch mit Gelmaterialien gefüllt sein, die lichtstreuende Materialien tragen, wie beispielsweise Titandioxid (TiO2) oder Polystyrol-Nanokügelchen.
  • Ein aus Gummi oder einem anderen geeigneten Material hergestellter Pfropfen ist ausgelegt, um so einzupassen, daß er das obere offene Ende der Behältnisse 90 und 100 abdichtet, über die der Haltering 40 platziert ist. Diese Teile und deren Zusammenwirken sind besser ersichtlich in 8, die eine Seitenansicht des künstlichen Fingers bietet, und die zusammengefügten Komponenten darstellt. In der isometrischen Explosionsdarstellung in 6 kann als Gegenstand 110 die Form des künstlichen Teils erkannt werden, die eine Schnittstelle zwischen dem künstlichem Teil und dem Rezeptor bereitstellt, wodurch ein Minimum an Veränderlichkeit und ein Maximum an Wiederholbarkeit erzielt wird, während der Durchtritt des Lichts durch das künstliche Teil ermöglicht wird, wodurch die Weglänge und deren Veränderlichkeit zwischen Messungen mit dem künstlichen Teil optimiert wird. Diese Form wird von einem künstlichen Teil zum anderen variieren, abhängig vom Rezeptor, für den das künstliche Teil erzeugt wurde, und abhängig von der Vorrichtung, in der das künstliche Teil verwendet wird, um die Genauigkeit des Spektralanalysegeräts zu verifizieren.
  • Bezugnehmend auf die 9, 10 und 11 wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel eines künstlichen Teils gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere soll dieses künstliche Teil ebenfalls einen künstlichen Finger zur Verwendung in Zusammenhang mit einem Fingerrezeptor darstellen, der betriebsmäßig mit einer eingriffsfreien Kontrollvorrichtung wie beispielsweise einem Spektrophotometer gekoppelt ist.
  • Der künstliche Finger (200) der 9, 10 und 11 umfaßt einen Griff, der aus Aluminium oder einem beliebigen anderen steifen Material hergestellt sein kann, das Festigkeitseigenschaften aufweist. Der Griff bei 290 hat eine Spitze 300, die verwendet wird, um den Griff des künstlichen Teils 210 bei 230 zu verbinden. Das künstliche Teil umfaßt ein Material, das einen Streueffekt bewirkt, der ähnlich ist zu Gewebe, wie beispielsweise der Haut oder einem Finger, nämlich Teflon-PTFE; allerdings ist auch ein beliebiges anderes Material wie beispielsweise FluorosintTM oder Teflon-PTFE mit 25% Glasfasern geeignet, das in der Lage ist, einen derartigen Streueffekt zu bewirken. Dieses Teil hat einen hohlen oder kammerartigen Bereich 220, der die Stärke der internen Streuung auf Grundlage des die Kavität ausfüllenden Materials bestimmt. Die exakten Abmessungen dieser Kammer werden so gewählt, daß ein Absorptionsspektrum erzielt wird, das demjenigen ähnlich ist, das bei einem natürlichen Finger beobachtet wird. Es kann auch mehr als eine Kammer verwendet werden. Die Kammer 220 wirken als Behältnis, um Wasser oder beliebige andere Lösungen aufzunehmen, die als Bestandteil des künstlichen Teils 210 verwendet werden. Auch werden zum Zwecke der Replizierung des Absorptionsvermögens eines Fingers O-cell-o-Materialien in das künstliche Teil gegeben, die gewöhnlich als Schwamm 260 (SCOTCH BRIGHTTM) verfügbar sind, und das so geformt ist, daß es in das Behältnis 220 paßt. Die Kammer 220 kann auch mit Gelmaterialien gefüllt sein, die lichtstreuende Materialien tragen, wie beispielsweise Titandioxid (TiO2) oder Polystyrol-Nanokügelchen. Ein aus Gummi oder einem anderen geeigneten Material hergestellter Pfropfen 270 ist ausgelegt, um so einzupassen, daß er das obere offene Ende des Behältnisses 220 abdichtet. Der Pfropfen 270 kann eingefügt oder entfernt werden, indem der für diesen Zweck vorgesehene Stutzen 280 gegriffen wird. Ein Stempel oder "Stabilisierungsteil" 240 hergestellt aus 303 rostfreiem Stahl oder einem anderen Material, das steif ist und Festigkeitseigenschaften aufweist, wird in den Kopf des künstlichen Teils in die zugehörige Öffnung 250 eingepaßt und durch eine Preßpassung zwischen den zwei Teilen an seinem Ort gehalten. Der Zweck des Stellstempels 240 besteht darin, eine exakte Platzierung und Halterung des künstlichen Teils zu bewirken, wenn es in einen Fingerrezeptor eingeführt wird, der betriebsmäßig mit einer eingriffsfreien Kontrollvorrichtung gekoppelt ist. Wenn das künstliche Teil in den Fingerrezeptor eingeführt wird, stimmt das Stabilisierungsteil 240 mit einem entsprechenden Loch überein, das genau für diesen Zweck in dem Fingerrezeptor platziert ist, wodurch eine genaue Platzierung des künstlichen Teils 210 erreicht wird, jedes Mal wenn es in den Fingerrezeptor eingeführt wird. Diese Teile und ihr Zusammenwirken sind besser in 11 ersichtlich, welche eine Seitenansicht des künstlichen Fingers liefert, und welche die zusammengefügten Komponenten zeigt.
  • Die folgenden nicht einschränkenden Beispiele dienen der Erläuterung der vorliegenden Erfindung.
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1
  • Ein künstlicher Finger hergestellt aus Teflon-PTFE wurde entwickelt, wenngleich, wie gerade erläutert, auch ein beliebiges anderes hochreflektives und lichtstreuendes Material verwendet werden kann. Der künstliche Finger hat einen hohlen Bereich, der im Inneren eine weitere reflektierende Fläche umfaßt, die auch aus Teflon-PTFE hergestellt ist. Wenn er mit Wasser gefüllt ist, so stellt der künstliche Finger ein Spektrum bereit, das etwas ähnlich ist zu jenem, das bei einem normalen Finger beobachtet wird (siehe 3). Allerdings fehlt merkbar der Peak hoher Absorptionsfähigkeit, der in dem 580 nm-Bereich bei einem normalen Finger zu beobachten ist. Die verschiedenen Aspekte des künstlichen Fingers und eines normalen Fingers sind in 4 dargestellt. Wie zu sehen ist, besteht der einzige signifikante Unterschied in dem Teil des Spektrum-Peaks in dem 580 nm-Bereich. Um den Mangel der Absorptionsspektren zu beheben, wurden verschiedene Materialien ausprobiert; allerdings haben die Erfinder festgestellt, daß Schwammpolster (zum Beispiel SCOTCH BRIGHTTM) oder ein anderes ähnliches Material in der Lage ist, ein Absorptionsspektrum bereitzustellen, wie dasjenige von Amarant, das vergleichbar ist zur Absorption in einem normalen menschlichen Finger. Dies kann am deutlichsten in 5 gesehen werden. Dieser künstliche Finger kann verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit einer beliebigen eingriffsfreien Kontrollvorrichtung zu überprüfen, die verwendet wird, um die Konzentrationen von verschiedenen Komponenten der Körperteile eines Probanden zu kontrollieren.
  • Beispiel 2
  • Ein künstlicher Finger hergestellt aus Teflon-PTFE wurde entwickelt, wenngleich, wie gerade erläutert, auch ein beliebiges anderes hochreflektives und lichtstreuendes Material verwendet werden kann. Der künstliche Finger hat einen hohlen Bereich, der im Inneren eine weitere reflektierende Fläche umfaßt, die auch aus Teflon-PTFE hergestellt ist. Wenn er mit Wasser gefüllt ist, so stellt der künstliche Finger ein Spektrum bereit, das etwas ähnlich ist zu jenem, das bei einem normalen Finger beobachtet wird (siehe 3). Allerdings fehlt merkbar der Peak hoher Absorptionsfähigkeit, der in dem 580 nm-Bereich bei einem normalen Finger zu beobachten ist. Die verschiedenen Aspekte des künstlichen Fingers und eines normalen Fingers sind in 4 dargestellt. Wie zu sehen ist, besteht der einzige signifikante Unterschied in dem Teil des Spektrum-Peaks in dem 580 nm-Bereich. Um den Mangel der Absorptionsspektren zu beheben, wurden verschiedene Materialien ausprobiert; allerdings haben die Erfinder festgestellt, daß Schwammpolster (zum Beispiel SCOTCH BRIGHTTM) oder ein anderes ähnliches Material in der Lage ist, ein Absorptionsspektrum bereitzustellen, wie dasjenige von Amarant, das vergleichbar ist zur Absorption in einem normalen menschlichen Finger. Dies kann am deutlichsten in 5 gesehen werden.
  • Ein künstlicher Finger hergestellt aus Teflon-PTFE wurde entwickelt, wenngleich, wie gerade erläutert, auch ein beliebiges anderes hochreflektives und lichtstreuendes Material verwendet werden kann. Der künstliche Finger hat einen hohlen Bereich, der im Inneren eine weitere reflektierende Fläche umfaßt, die auch aus Teflon-PTFE hergestellt ist. Wenn er mit Wasser gefüllt ist, so stellt der künstliche Finger ein Spektrum bereit, das etwas ähnlich ist zu jenem, das bei einem normalen Finger beobachtet wird (siehe 3), und der einzige signifikante Unterschied besteht in dem Teil des Spektrum-Peaks in dem 580 nm-Bereich. Um den Mangel der Absorptionsspektren zu beheben, wurden Polystyrol-Nanokügelchen in Wasser und Gelatine plus Amarant und Natriumbenzoat als Konservierungsmittel verwendet. Die Ergebnisse sind in 6 dargestellt.
  • Wie leicht aus obiger Darstellung ersichtlich ist kann dieser künstliche Finger verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit einer beliebigen eingriffsfreien Kontrollvorrichtung zu überprüfen, die verwendet wird, um die Konzentrationen von verschiedenen Komponenten der Körperteile eines Probanden zu kontrollieren.
  • Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf das beschrieben wurde, was momentan als die bevorzugten Ausführungsbeispiele betrachtet wird, soll darauf hingewiesen sein, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele beschränkt ist. Im Gegenteil soll die Erfindung verschiedene Modifikationen im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche umfassen.

Claims (8)

  1. Künstliches Teil (80, 200, 210), das das Absorptionsspektrum eines Körperteils nachahmt und Spektralkomponenten von Blutbestandteilen aufweist, wobei das künstliche Teil wenigstens eine Kammer (90, 100, 220) definiert, wobei das Teil eingerichtet ist, um reproduzierbar von einem Meßrezeptor aufgenommen zu werden, und wobei das künstliche Teil in der Form eines Körperteils ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil aus einem lichtstreuenden und lichtreflektierenden Material besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Teflon® (PTFE), Teflon® (PTFE) mit 25% Glasfasern, und FluorosintTM.
  2. Künstliches Teil (80, 200, 210) nach Anspruch 1, bei dem das Körperteil ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Finger, einer Lippe, einem Ohrläppchen, einer Hautfalte am Bauch, Gewebe zwischen dem Daumen und dem Zeigefinger, und Gewebe zwischen Zehen.
  3. Künstliches Teil (80, 200, 210) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die wenigstens eine Kammer (90, 100, 220) gefüllt ist mit Wasser, O-Cel-OTM, oder einem Gelmaterial, das Amarant, Natriumbenzoat und lichtstreuende und reflektierende Teilchen enthält.
  4. Künstliches Teil (80, 200, 210) nach Anspruch 3, bei dem die lichtstreuenden und reflektierenden Teilchen Teflon® (Polytetrafluoroethylen), Titandioxid (TiO2) oder Polystyrol Nanokügelchen umfassen.
  5. Künstliches Teil (80, 200, 210) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das künstliche Teil zwei oder mehr als zwei Kammern (90, 100, 220) definiert.
  6. Künstliches Teil (80, 200, 210) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner eine entfernbare Dichtung umfaßt, um die wenigstens eine Kammer (90, 100, 220) abzudichten.
  7. Künstliches Teil (80, 200, 210) nach Anspruch 5, das ferner eine entfernbare Dichtung umfaßt, um die zwei oder mehr als zwei Kammern (90, 100, 220) abzudichten.
  8. Verfahren zur Überprüfung der Präzision und Genauigkeit einer eingriffsfreien Kontrollvorrichtung, umfassend: a) Einführen des künstlichen Teils (80, 200, 210) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einen Meßrezeptor, wobei der Meßrezeptor mit der eingriffsfreien Kontrollvorrichtung zusammenwirkt; b) Messen des Absorptionsspektrums des künstlichen Teils (80, 200, 210); und c) Vergleichen des Absorptionsspektrums des künstlichen Teils (80, 200, 210) mit einem Absorptionsspektrum, das von dem Körperteil erhalten wurde, wodurch die Präzision und Genauigkeit der eingriffsfreien Kontrollvorrichtung überprüft wird.
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