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GEBIET DER
ERFINDUNG
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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.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nun
wird die Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 Absorptionsspektren
von 500–1380 nm
für Globuline,
Glukose, Harnstoff, Kreatinin, Cholesterin und humanes Serum Albumin
mit Wasserverdrängungskompensation
zeigt.
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2 2013
Absorptionsspektren von 585–1100
nm für
den Finger von 32 Probanden zeigt.
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3 Absorptionsspektren
(580–1100
nm) zeigt, für
Wasser in einem Finger eines Probanden und einem künstlichen
Teil der vorliegenden Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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7 eine
isometrische Explosionsdarstellung eines künstlichen Teils gemäß der vorliegenden Erfindung
in einer Ausbildung zur Verwendung mit einem Fingerrezeptor ist.
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8 eine
Seitenansicht des Teils aus 7 ist.
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9 eine
isometrische Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines künstlichen
Teils gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer Ausbildung zur Verwendung mit einem Fingerrezeptor
ist.
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10 eine
Seitenansicht des Teils aus 9 ist.
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11 eine
Seitenansicht eines montierten Teils aus 9 und 10 ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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In
seiner Verwendung hier bedeutet "flüssigkeitsfrei", daß keine
nennenswerte Flüssigkeitsmenge
vorliegt.
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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.
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In
seiner Verwendung hier bedeutet "Proband" jegliches Mitglied
des Tierreichs, umfassend, vorzugsweise, Menschen.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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BESCHREIBUNG
VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
folgenden nicht einschränkenden
Beispiele dienen der Erläuterung
der vorliegenden Erfindung.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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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.
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Beispiel 2
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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.
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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.
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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.
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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.