DE602004001075T2

DE602004001075T2 - Gerät zur nichtinvasiven Konzentrationsmessung einer Blutkomponente

Info

Publication number: DE602004001075T2
Application number: DE200460001075
Authority: DE
Inventors: Kye-jin Suwon-si Jeon; In-duk Suwon-si Hwang; Gil-Won Yoon; Sang-joon Mapo-gu Han
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2024-03-20
Also published as: KR20040082554A; CN1313051C; US20040186364A1; KR100580622B1; US7248911B2; DE602004001075D1; EP1459679B1; JP2004283585A; EP1665980A1; EP1459679A1; CN1550209A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine nichtinvasive Messung einer Konzentration einer Blutkomponente. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zur nichtinvasiven Messung einer Konzentration einer Blutkomponente unter Verwendung eines differentialen Absorptionsspektrums entsprechend einer Variation von Mengen an Blut und Zwischenraumfluid (Interstitialfluid) in einem Blutgefäß, wobei die Variation durch Variieren einer Dicke eines speziellen Weichgewebes eines Probanden erzeugt ist.
Mit den gesamten Verbesserungen der Lebensqualität und Lebensbedingungen hat das Interesse an der persönlichen Gesundheit zugenommen. Als Folge davon wurde eine breite Vielfalt an medizinischer Ausrüstung für den Hausgebrauch erforscht und entwickelt, die es Leuten ermöglicht, ihre persönliche Gesundheit zu überwachen. In einem normalen menschlichen Körper wird Körperflüssigkeit organisch im Kreislauf geführt und eingestellt, so dass eine Menge an Körperfluid in einem bestimmten Bereich gehalten wird. Körperfluide beinhalten Blut, Urin, Zwischenraumfluid, Schweiß und Speichel. Insbesondere Konzentrationen an Blut und Urin (Glucose und Protein) sind wesentliche Parameter bei der Bestimmung des Gesundheitszustands einer Person. Außerdem spielen Konzentrationen an Blutkomponenten wie Glucose, Hämoglobin, Bilirubin, Cholesterin, Albumin, Creatinin, Protein und Harnstoff eine bedeutende Rolle bei der Bewertung des Gesundheitszustands einer Person.
Wenn ein menschlicher Körper mit einer Krankheit infiziert ist, verändert sich die Zusammensetzung oder Menge einer Komponente eines Körperfluids, was zum Tode führen kann. Zum Beispiel beträgt die Glucosekonzentration im Blut bei einer normalen Person ungefähr 80 mg/dl vor einer Mahlzeit und ungefähr 120 mg/dl nach einer Mahlzeit. Um eine solche normale Glucosekonzentration einzuhalten, sondert die Bauchspeicheldrüse (Pankreas) des Menschen vor der nach der Mahlzeit eine geeignete Menge an Insulin ab, so dass Glucose in die Leber und Skelettmuskelzellen aufgenommen werden kann. Wenn jedoch der Pankreas aufgrund einer Erkrankung oder aus anderen Gründen, keine geeignete Menge an Insulin absondert, um eine normale Blutglucosekonzentration einzuhalten, ist eine übermäßige Menge an Glucose im Blut vorhanden, was zu einer Erkrankung des Herzens oder der Leber, Arteriosklerose, Hypertension (Hochdruck), Katarakt (grauer Star), Netzhautblutung, Nervenschädigung, Hörverlust oder Sehbeeinträchtigung führen kann, die alle ernste Probleme einschließlich den Tod verursachen können. Dementsprechend wird eine Technik zum Messen einer Veränderung in einem Körperfluid eines menschlichen Körpers als sehr wichtig angesehen.
Verfahren zum Messen der Konzentration einer Komponente eines Körperfluids beinhalten invasive Verfahren zum direkten Abnehmen einer Probe eines Zielmaterials und Durchführen von Messungen an der genommenen Probe des Zielmaterials und nichtinvasive Verfahren zum Durchführen von Messungen, ohne direkt ein Zielmaterial abzunehmen. Da invasive Verfahren viele Probleme bereiten, wurden kontinuierlich Techniken zum leichten Analysieren von Komponenten eines Körperfluids unter Verwendung eines nichtinvasiven Verfahrens erforscht und entwickelt. Beim herkömmlichen Messen einer Komponente eines Körperfluids, zum Beispiel Blutglucose, wird Blut abgenommen, mit einem Reagens umgesetzt und dann unter Verwendung eines klinischen Analysesystems analysiert oder eine Farbveränderung eines Teststreifens quantitativ ausgewertet. Wenn ein solcher Blutglucosetest jeden Tag durchgeführt wird, leidet der Patient Schmerz bei der direkten Blutabnahme und ist für Infektion anfällig. Da es außerdem schwierig ist, den Blutglucosespiegel kontinuierlich zu überwachen, ist es schwierig, einen Patienten in einer Notfallsituation richtig zu behandeln. Außerdem kann die Verwendung von Wegwerfstreifen und Reagenzien für den Patienten eine finanzielle Belastung darstellen. Ferner verursachen diese Wegwerfstreifen und Reagenzien Umweltverschmutzung, und erfordern deshalb Spezialbehandlung. Dementsprechend ist die Entwicklung einer Technik zum Messen einer Blutglucosekonzentration ohne Abnahme von Blut zum Überwachen und Einstellen eines Blutglucosespiegels bei einem Diabetiker oder Diagnose des Gesundheitszustands einer Person gewünscht. Es wurden viele Verfahren zum nichtinvasiven Messen der Blutglucose erforscht, aber es wurden keine Instrumente zur Anwendung dieser Verfahren auf den Markt gebracht.
Bei den meisten herkömmlichen spektroskopischen Verfahren zum Messen der Konzentration einer Blutkomponent in einem menschlichen Körper wird Licht in einem Wellenlängenbereich der sichtbaren Strahlung oder nahen Infrarotstrahlung (NIR) auf einen Teil des Körpers gestrahlt. Dann wird vom Körper reflektiertes oder durchgelassenes Licht erfasst. Bei solchen spektroskopischen Verfahren wird üblicherweise ein Spektrum gemessen, um die Konzentration einer Blutkomponenten zu messen. Hier ist eine Referenzlichtquelle mit einer Wellenlänge, die am besten auf eine zu messende Blutkomponente anspricht und eine Bandbreite, die einen Einfluss einer Interferenzsubstanz effektiv ausgleicht, erforderlich. Da außerdem die Konzentration einer zu messenden Komponente im Blut sehr gering sein kann und ein Lichtdiffusionseffekt größer ist als ein Lichtabsorptionseffekt in lebendem Gewebe und Blut, ist ein erfasstes Signal sehr schwach. Daher ist ein Verfahren zum Verstärken des Signals erforderlich. Da darüber hinaus organische Substanzen im Körper kontinuierlich strömen, kann eine Komponentenkonzentration nur genau gemessen werden, wenn die Messung schnell durchgeführt wird. Es ist außerdem anzumerken, dass eine auf einen menschlichen Körper eingestrahlte mittlere Energie einen Grenzwert nicht überschreiten sollte, die den menschlichen Körper schädigen könnte. Insbesondere ist in einem NIR-Wellenlängenbereich von ungefähr 700 bis 2500 nm ein Glucoseabsorptionsband breit gestreut und Glucoseabsorption ist im Vergleich zu einem großen Hintergrundspektrum des Wassers gering. Daraus folgt ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal to noise ratio), das genaue Messung sehr schwierig macht.
US 5127406 offenbart ein Verfahren zum nichtinvasiven Messen der Konzentration von Substanzen im Blut. Licht in ersten und zweiten Wellenlängen wird durch ein pulsierendes lebendes Gewebe emittiert. Die Mengen an Licht der ersten und zweiten Wellenlänge, die durch das Gewebe geleitet werden, werden für erste und zweite unterschiedliche Dicken des Gewebes gemessen. Es wird dann eine Berechnung ausgeführt, um die Konzentration der bestimmten Substanz zu bestimmen, ausgehend von den erfassten Mengen an Licht der ersten und zweiten Wellenlänge, wenn das Gewebe die erste Dicke aufweist, den Mengen an Licht der ersten und zweiten Wellenlänge, wenn das Gewebe die zweite Dicke aufweist und Absorptionskoeffizienten der Substanz und Absorptionskoeffizienten von Wasser bei der ersten und zweiten Wellenlänge.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zur nichtinvasiven Messung einer Konzentration einer Blutkomponente zur Verfügung gestellt, umfassend: eine Lichtquelle, so angeordnet, dass sie Licht emittiert; ein Spektroskop, so angeordnet, dass es das von der Lichtquelle emittierte Licht in Komponenten unterschiedlicher Wellenlängen trennt; eine Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit zum Anbringen an einem Körperteil eines Probanden, so angeordnet, dass es das Licht vom Spektroskop auf den Körperteil ausstrahlt, durch den Körperteil geleitetes Licht einfängt, eine Dicke des Körperteils gemäß eines auf den Körperteil aufgebrachten Drucks verändert und den Körperteil sichert; eine Erfassungseinheit, so angeordnet, dass sie ein erstes bis viertes Absorptionsspektrum von dem von der Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit eingefangenen Licht erfasst; und einen Signalprozessor, so ange ordnet, dass er ein Signal für die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit erzeugt, um Druck zum Verändern der Dicke des Körperteils aufzubringen und die Konzentration einer Blutkomponente von einem zweiten Differentialabsorptionsspektrum, erhalten am Körperteil ausgehend von einem statistischen Modell der Blutkomponente abzuschätzen, wobei das statistische Modell unter Verwendung eines ersten Differentialabsorptionsspektrums zwischen dem ersten und zweiten Absorptionsspektrum gemessen von der Erfassungseinheit bei verschiedenen Dicken des Körperteils und einer tatsächlich gemessenen Konzentration der Blutkomponente erstellt ist.
In einer Ausführungsform des Geräts erzeugt der Signalprozessor Signale für zunehmend veränderte Dicke des Körperteils von einer Anfangsdicke zu einer ersten Dicke und dann einer zweiten Dicke entsprechend der tatsächlich gemessenen Konzentration, erhält eines von K ersten Differentialabsorptionsspektren zwischen dem ersten und zweiten Absorptionsspektrum, die entsprechend am Körperteil bei der ersten und zweiten Dicke gemessen sind, und führt multivariante statistische Analyse an den K ersten Differentialabsorptionsspektren und K tatsächlich gemessenen Konzentrationen durch, wodurch das statistische Modell für die Blutkomponente erstellt wird. Ferner erzeugt der Signalprozessor Signale für zunehmend veränderte Dicke des Körperteils von einer Anfangsdicke zur ersten Dicke und dann der zweiten Dicke, erhält das zweite Differentialabsorptionsspektrum zwischen dem dritten Absorptionsspektrum und dem vierten Absorptionsspektrum, die entsprechend am Körperteil bei der ersten und zweiten Dicke gemessen sind, und schätzt die Konzentration der Blutkomponente ausgehend vom statistischen Modell ab. Bevorzugt beträgt eine Variation zwischen der Anfangsdicke und der ersten Dicke weniger als 0,2 mm und eine Variation zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke liegt im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm.
In einer anderen Ausführungsform des Geräts erzeugt der Signalprozessor Signale für zunehmend veränderte Dicke des Körperteils von einer Anfangsdicke zu einer ersten Dicke entsprechend der tatsächlich gemessenen Konzentration, hält den Zustand für eine bestimmte Zeitspanne im Wartezustand, verändert zunehmend die Dicke des Körperteils von der ersten Dicke zu einer zweiten Dicke und dann einer dritten Dicke, erhält eines von K ersten Differentialabsorptionsspektren zwischen dem ersten und zweiten Absorptionsspektrum, die entsprechend am Körperteil bei der zweiten und dritten Dicke gemessen sind, und führt multivariante statistische Analyse an den K ersten Differentialabsorptionsspektren und K tatsächlich gemessenen Konzentrationen durch, wodurch das statistische Modell für die Blutkomponente erstellt wird. Ferner erzeugt der Signalprozessor Signale für zunehmend veränderte Dicke des Körperteils von der ersten Dicke zur zweiten Dicke und dann der dritten Dicke, erhält das zweite Differentialabsorptionsspektrum zwischen dem dritten Absorptionsspektrum und dem vierten Absorptionsspektrum, die am Körperteil bei der zweiten bzw. dritten Dicke gemessen sind, und schätzt die Konzentration der Blutkomponente ausgehend vom statistischen Modell ab. Bevorzugt liegt eine Variation zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm und eine Variation zwischen der zweiten Dicke und der dritten Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm.
Bei dem Gerät kann die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit einen Strahlführungsteil aufweisen, um paralleles Licht vom Spektroskop zu führen, einen Lichtempfänger zum Einfangen von Licht vom Körperteil, einen Drucksensor, der am Lichtempfänger angebracht ist, und ein Sicherungs/Kompressionsglied, das den Körperteil zwischen dem Strahlführungsteil und dem Lichtempfänger sichert und die Dicke des Körperteils durch Einstellen des auf den Körperteil aufgebrachten Drucks verändert.
Die vorliegende Erfindung stellt auf diese Weise ein Gerät zur nichtinvasiven Messung einer Konzentration einer Blutkomponente zur Verfügung, wobei ein Differentialabsorptionsspektrum verwendet wird, das einer Variation von Mengen an Blut und Zwischenraumfluid entspricht, wobei die Variation durch Verändern der Dicke eines speziellen Weichgewebes eines Probanden erzeugt ist.
Ebenso wird ein Verfahren, das dem obigen Gerät zugeordnet ist, zur nichtinvasiven Messung einer Konzentration einer Blutkomponente offenbart. Das Verfahren beinhaltet (a) Verändern der Dicke eines Körperteils eines Probanden, Messen von Absorptionsspektren bei unterschiedlichen Dicken des Körperteils, Ermitteln eines ersten Differentialabsorptionsspektrums zwischen den bei unterschiedlichen Dicken gemessenen Absorptionsspektren, tatsächlich Messen von Konzentrationen der Blutkomponente und Erstellen eines statistischen Modells unter Verwendung des ersten Differentialabsorptionsspektrums und der tatsächlich gemessenen Konzentrationen; und (b) Abschätzen der Konzentration der Blutkomponente unter Verwendung eines zweiten Differentialabsorptionsspektrums, das in Bezug auf den Körperteil erhalten ist, ausgehend vom statistischen Modell.
Beim Verfahren kann (a) beinhalten: (a1) Bestimmen einer Anfangsdicke des Körperteils des Probanden, (a2) Erhöhen der Dicke des Körperteils von einer Anfangsdicke auf eine erste Dicke und Messen eines ersten Absorptionsspektrums in Bezug auf den Körperteil, (a3) Erhöhen der Dicke des Körperteils von der ersten Dicke auf eine zweite Dicke und Messen eines zweiten Absorptionsspektrums in Bezug auf den Körperteil, (a4) Erzeugen eines von K ersten Differentialabsorptionsspektren zwischen dem ersten und zweiten Absorptionsspektrum, (a5) Ermitteln der K ersten Differentialabsorptionsspektren durch Wiederholen der Vorgänge (a2) bis (a4) K-mal entsprechend der K Konzentrationen der Blutkomponente, die tatsächlich beim Probanden gemessen wird, und (a6) Erstellen des statistischen Modells der Blutkomponente durch Durchführen multivarianter statistischer Analyse der K ersten Differentialabsorptionsspektren und tatsächlich gemessenen K Konzentrationen. Ferner kann der Vorgang (b) beinhalten: (b1) Erhöhen der Dicke des Körperteils von der Anfangsdicke auf die erste Dicke und Messen eines dritten Absorptionsspektrums in Bezug auf den Körperteil, (b2) Erhöhen der Dicke des Körperteils von der ersten Dicke auf die zweite Dicke und Messen eines vierten Absorptionsspektrums in Bezug auf den Körperteil, (b3) Erzeugen des zweiten Differentialabsorptionsspektrums zwischen dem dritten und vierten Absorptionsspektrum und (b4) Abschätzen der Konzentration der Blutkomponente unter Verwendung des zweiten Differentialabsorptionsspektrums, das im Vorgang (b3) erzeugt ist, und des statistischen Modells. Bevorzugt beträgt eine Variation zwischen der Anfangsdicke und der ersten Dicke weniger als ungefähr 0,2 mm und eine Variation zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke liegt im Bereich von ungefähr 0,1 bis 0,3 mm.
In einem alternativen Verfahren kann (a) beinhalten: (a1) Bestimmen einer Anfangsdicke des Körperteils des Probanden, (a2) Erhöhen der Dicke des Körperteils von der Anfangsdicke auf eine erste Dicke und Halten des Zustands in Wartestellung über eine bestimmte Zeitspanne, (a3) Erhöhen der Dicke des Körperteils von der ersten Dicke auf eine zweite Dicke und Messen eines ersten Absorptionsspektrums in Bezug auf den Körperteil, (a4) Erhöhen der Dicke des Körperteils von der zweiten Dicke auf eine dritte Dicke und Messen eines zweiten Absorptionsspektrums in Bezug auf den Körperteil, (a5) Erzeugen eines von K ersten Differentialabsorptionsspektren zwischen dem ersten und zweiten Absorptionsspektrum, (a6) Ermitteln der K ersten Differentialabsorptionsspektren durch Wiederholen der Vorgänge (a2) bis (a5) K-mal entsprechend der K Konzentrationen der Blutkomponente, die tatsächlich beim Probanden gemessen wird, und (a7) Ausbilden des statistischen Modells der Blutkomponenten durch Durchführen multivarianter statisti scher Analyse der K ersten Differentialabsorptionsspektren und tatsächlich gemessenen K Konzentrationen. Ferner kann der Vorgang (b) beinhalten: (b1) Erhöhen der Dicke des Körperteils von der Anfangsdicke auf die erste Dicke und Halten des Zustands in Wartestellung über die bestimmte Zeitspanne, (b2) Erhöhen der Dicke des Körperteils von der ersten Dicke auf die zweite Dicke und Messen eines dritten Absorptionsspektrums in Bezug auf den Körperteil, (b3) Erhöhen der Dicke des Körperteils von der zweiten Dicke auf die dritte Dicke und Messen eines vierten Absorptionsspektrums in Bezug auf den Körperteil, (b4) Erzeugen des zweiten Differentialabsorptionsspektrums zwischen dem dritten und vierten Differentialabsorptionsspektrum und (b5) Abschätzen der Konzentration der Blutkomponente unter Verwendung des zweiten Differentialabsorptionsspektrums, das im Vorgang (b4) erzeugt ist, und des statistischen Modells. Bevorzugt liegt die bestimmte Zeitspanne im Bereich von ungefähr 30 bis 180 Sekunden. Bevorzugt beträgt eine Variation zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke ungefähr 0,05 bis 0,2 mm und eine Variation zwischen der zweiten Dicke und der dritten Dicke ungefähr 0,1 bis 0,3 mm.
Die obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten besser ersichtlich durch ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines Geräts zur nichtinvasiven Messung einer Konzentration einer Blutkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2A bis 2C Form und detaillierte Struktur einer Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit von 1 darstellen;
3 ein Fließbild eines Verfahrens zur nichtinvasiven Messung einer Konzentration einer Blutkomponente ist;
4A und 4B zusammen ein Fließbild eines Verfahrens zur nicht-invasiven Messung einer Konzentration einer Blutkomponente sind;
5 ein detailliertes Fließbild der Vorgänge 311 und 411 ist, wie sie in den 3 bzw. 4 gezeigt sind;
6 ein Schaubild ist, das Variationen der Reaktionskräfte bei verschiedenen Dicken des Gewebes einer Hand mit der Zeit zeigt;
7 ein Schaubild ist, das Veränderungen in Reaktionskraft und Absorption eines Gewebes gegen Veränderungen der Dicke des Gewebes einer Hand zeigt;
8 ein Schaubild ist, das Beispiele eines Absorptionsspektrums und eines Differentialabsorptionsspektrums zeigt, wenn eine Dicke eines Handgewebes auf ungefähr 1,7 mm und 1,9 mm eingestellt ist;
9A und 9B Schaubilder sind, die Verteilungen von Abschätzungen von Glucosewerten in Bezug auf einen Referenzwert zeigen, wenn Kalibrierung und Kreuzvalidierung durchgeführt werden, wenn die erste und zweite Dicke ungefähr 1,5 mm und 1,7 mm betragen; und
10A und 10B Schaubilder sind, die Verteilungen von Abschätzungen von Glucosewerten in Bezug auf einen Referenzwert zeigen, wenn Kalibrierung und Kreuzvalidierung durchgeführt werden, wenn die erste und zweite Dicke ungefähr 1,7 mm und 1,9 mm betragen.
Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlicher mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch in verschiedenen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hier angeführten Ausführungen beschränkt betrachtet werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen so vorgesehen, dass ihre Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Fachleuten den Rahmen der Erfindung vollkommen übermitteln. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente.
Dreiundsiebzig Prozent (73%) des menschlichen Körpers bestehen aus Wasser, wovon 1/3 extrazelluläres Wasser sind und 2/3 intrazelluläres Wasser. Drei Viertel (3/4) des extrazellulären Wassers sind Zwischen raumfluid und 1/4 sind intravaskuläres Fluid. Eine Blutglucosekonzentration des menschlichen Körpers gibt eine Konzentration an Glucose im Blut an, aber eine Konzentration von Blutglucose in einem Kapillargefäß ist fast gleich einer Konzentration an Glucose im Zwischenraumfluid. Die vorliegende Erfindung beruht auf diesem Merkmal der Blutglucose, die im Zwischenraumfluid und im intravaskulären Fluid enthalten ist.
1 ist ein Blockdiagramm eines Geräts zur nichtinvasiven Messung einer Konzentration einer Blutkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist eine Lichtquelle 110, ein Spektroskop 120, eine Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130, eine Erfassungseinheit 140, einen Signalprozessor 150, eine Speichereinheit 160 und eine Anzeigeeinrichtung 170 auf. Die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130, die Erfassungseinheit 140, der Signalprozessor 150, die Speichereinheit 160 und die Anzeigeeinrichtung 170 oder einige dieser Komponenten, können in integrierter Form ausgeführt sein.
Mit Bezug zu 1 ist die Lichtquelle 110 zum Beispiel durch eine Halogenlampe implementiert, und emittiert Licht mit einem bestimmten Wellenlängenband. Das Spektroskop 120 trennt das von der Lichtquelle 110 emittierte Licht. Die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 strahlt das aufgespaltene Licht auf einen speziellen Teil eines Probanden, d.h. einen menschlichen Körper, nimmt das durch den menschlichen Körper durchgeleitete Licht auf und gibt das aufgenommene Licht zur Erfassungseinheit 140. Die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 ist an einem speziellen Körperteil angebracht, der gemessen werden soll und ist so konstruiert, dass die Dicke des speziellen Körperteils entsprechend einem Druck, der auf den speziellen Körperteil ausgeübt wird, variiert und sichert den speziellen Körperteil.
Die Erfassungseinheit 140 erfasst ein erstes bis viertes Absorptionsspektrum des vom gesicherten speziellen Körperteil aufgenommenen Lichts, das von der Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 eingestrahlt ist. Die Erfassungseinheit 140 gibt erste und zweite Absorptionsspektren und dritte und vierte Absorptionsspektren an den Signalprozessor 150. Der Signalprozessor 150 ist mit einem Programm zum Ausführen eines Verfahrens zum nichtinvasiven Messen der Konzentration einer Blutkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen und beinhaltet ein statistisches Modell, das vom Programm erstellt wird, um die Konzentration einer speziellen Blutkomponente zu berechnen. Der Signalprozessor 150 misst Absorptionsspektren aus dem Weichgewebe des speziellen Körperteils mit unterschiedlichen Dicken, die von der Erfassungseinheit 140 erfasst sind, erzeugt ein erstes und ein zweites Differentialabsorptionsspektrum entsprechend einer Dickenvariation und schätzt eine Konzentration eines speziellen Blutkomponente, die dem ersten Differentialabsorptionsspektrum entspricht, unter Verwendung des statistischen Modells.
Die Speichereinheit 160 speichert das Ergebnis der vom Signalprozessor 150 durchgeführten Verarbeitung. Die Anzeigeeinrichtung 170 zeigt die abgeschätzte Konzentration an, um einen Prüfer und/oder eine Testperson über das Ergebnis der Messung zu informieren.
Die 2A bis 2C stellen Form und detaillierte Struktur der Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 von 1 dar. Die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 weist eine Klemmstruktur auf, die so funktioniert, dass sie ein Weichgewebe komprimiert. Bevorzugt weist die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 eine Form auf, die ein Paar gegenüberliegender, zugewandter Flächen aufweist, wie in 2A gezeigt. Wie in 2B gezeigt ist, weist die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 ein Sicherungs/Kompressionselement 250 auf, das einen Be reich von Weichgewebe sichert und eine Dicke des Weichgewebes verändert.
Mit Bezug zu 2B weist die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 einen Strahlführungsteil 210 auf, der Licht vom Spektroskop 120 überträgt, einen Lichtempfänger 230, der Licht von einem Körperteil 220 aufnimmt, einen am Lichtempfänger 230 angebrachten Halter 240 und das Sicherungs/Kompressionselement 250. Das Sicherungs/Kompressionselement 250 sichert den Körperteil 220 zwischen dem Strahlführungsteil 210 und dem Lichtempfänger 230 und verändert die Dicke des Körperteils 220 durch Einstellen eines auf den Körperteil 220 ausgeübten Drucks.
Mit Bezug zu den 2B und 2C weist das Sicherungs/Kompressionselement 250 ein erstes Element 150a auf, das parallel zum Strahlführungsteil 210 installiert ist, ein zweites Element 250b, das mit dem Lichtempfänger 230 durch den Halter 240 verbunden ist, eine Befestigungsplatte 250c_1 eines dritten Elements 250c in Schraubverbindung mit dem ersten Elements 250a und eine bewegliche Platte 250c_2 eines dritten Elements 250c ist mit einem schraubenartigen Griff 240d gekoppelt und durch Schraubverbindung mit dem zweiten Element 250b gekoppelt. Durch Betätigen des schraubenartigen Griffs 240d, bewegt sich das mit der beweglichen Platte 250c_2 gekoppelte zweite Element 250b nach oben und unten, wodurch der auf den Körperteil 220 ausgeübte Druck eingestellt wird und die Dicke des Körperteils 220 eingestellt wird. Dieses Prinzip ist das selbe wie bei einem üblichen Linearmotor oder Gewindemotor.
3 ist ein Fließbild eines Verfahrens zur nichtinvasiven Messung der Konzentration einer Blutkomponente gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beinhaltet einen ersten Vorgang 310 zum Ausbilden eines statistischen Modells und einen an schließenden Vorgang 320 zum Messen einer Konzentration einer Blutkomponente.
Mit Bezug zu 3 beinhaltet der Vorgang 310 in Vorgang 311 Bestimmen einer Anfangsdicke entsprechend einem bestimmten Überdruck, der auf einen Körperteil eines Probanden ausgeübt wird, von dem die Konzentration einer Blutkomponente gemessen werden soll. Der Überdruck ist ein Maximaldruck, der auf den Körperteil ausgeübt wird, um die Anfangsdicke des Körperteils zu bestimmen. Die Anfangsdicke kann in Abhängigkeit von einer einzelnen Person und einem speziellen Körperteil, der komprimiert wird, schwanken. Der Vorgang 311 wird später ausführlich mit Bezug zu 5 beschrieben.
Beim Vorgang 312 wird die Dicke des Körperteils um einen bestimmten Wert von der Anfangsdicke erhöht, indem die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 gesteuert wird. Die erhöhte Dicke wird als erste Dicke angesetzt. Licht mit einem speziellen Wellenlängenband, das besonders auf eine spezielle Blutkomponente anspricht, wird dann auf den Körperteil eingestrahlt, und ein erstes Absorptionsspektrum wird aus dem durch den Körperteil geleiteten Licht gemessen. Der Körperteil kann das Gewebe einer Hand zwischen Daumen und Zeigefinger sein, wie es in 2A gezeigt ist, eine Ohrmuschel, ein Ohrläppchen, eine Nase oder eine Lippe, die alle Weichgewebe aufweisen. Das Wellenlängenband des auf den Körperteil eingestrahlten Lichts schwankt in Abhängigkeit von einer zu messenden Blutkomponente. Es ist bevorzugt, dass das Wellenlängenband ungefähr 1100 bis 2500 nm beträgt, wenn die zu messende Blutkomponente Glucose ist. Es ist bevorzugt, dass eine Variation zwischen der Anfangsdicke und der ersten Dicke ungefähr 0,2 mm nicht übersteigt.
Beim Vorgang 313 wird die Dicke des Körperteils erneut erhöht und als zweite Dicke angesetzt. Licht mit dem speziellen Wellenlängenband wird dann auf den Körperteil eingestrahlt und ein zweites Absorptionsspektrum aus dem durch den Körperteil geleiteten Licht gemessen. Es ist bevorzugt, dass eine Variation zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke ungefähr 0,1 bis 0,3 mm beträgt.
Beim Vorgang 314 wird ein erstes Differentialabsorptionsspektrum zwischen dem ersten Absorptionsspektrum und dem zweiten Absorptionsspektrum ermittelt. Das erste Differentialabsorptionsspektrum enthält kein Spektrum eines Elements, wie Wasser oder Fett des Gewebes, das die Messung der Konzentration der Blutkomponente stört oder beeinträchtigt. Insbesondere weisen das erste und zweite Absorptionsspektrum Fehler auf, die durch Faktoren bedingt sind, die nicht mit der speziellen zu messenden Blutkomponente in Zusammenhang stehen. Zum Beispiel beeinflussen Faktoren wie die Körpertemperatur des Probanden oder das Vorhandensein von Hydraten, Knochen, Knorpel und Kollagen eine optische Messung von Vitalkomponenten, sie stehen aber nicht direkt in Zusammenhang mit den Vitalkomponenten. Daher können diese Fehler durch Ausführen einer Subtraktion zwischen dem ersten und zweiten Absorptionsspektrum eliminiert werden.
8 ist ein Schaubild, das Beispiele des ersten und zweiten Absorptionsspektrums und des ersten Differentialabsorptionsspektrums zeigt, wenn die erste und zweite Dicke eines Körperteils auf ungefähr 1,7 (dargestellt durch Linie nd171, nd172 und nd173, die eine Stelle nahe dem Daumen, Gewebemitte, eine Stelle nahe dem Zeigefinger darstellen) und 1,9 mm (dargestellt durch Linie nd191, nd192 und nd193, die eine Stelle nahe dem Daumen, Gewebemitte, eine Stelle nahe dem Zeigefinger darstellen) an verschiedenen Teilen des Gewebes einer Hand eingestellt ist. Es ist bevorzugt, dass das erste Differentialabsorptionsspektrum unter Verwendung von MC (mean centering), MSC (multiple scattering correction) oder PS (partial smoothing) bearbeitet wird. Wenn PS verwendet wird, wird eine Glättung nur in einem speziellen Wellen längenbereich, zum Beispiel einem Wellenlängenbereich mit einer hohen Absorption, unter allen Daten des ersten Differentialabsorptionsspektrums vorgenommen, und alle ursprünglichen Daten außer dem speziellen Wellenlängenbereich werden ohne Modifizierung verwendet.
Nochmals mit Bezug zu 3 wird in Vorgang 315 ein statistisches Modell durch Vornehmen einer multivarianten statistischen Analyse von K Konzentrationen der speziellen Blutkomponente ausgebildet, die tatsächlich aus Blut gemessen wird, das direkt vom Probanden abgenommen ist, und K ersten Differentialabsorptionsspektren, die durch Wiederholen der Vorgänge 312 bis 314 erhalten sind. Dieser Vorgang wird unten ausführlich beschrieben.
Die K ersten Differentialabsorptionsspektren können durch Formel (1) ausgedrückt werden: Ai = (Aλi1, Aλi2, ..., Aλin), i = 1, ..., K (1)
Hier kann ein einzelnes erstes Differentialabsorptionsspektrum A_i als Matrix von Absorptionen A_λin bei n Wellenlängen λ_in im Messwellenlängenband ausgedrückt werden.
Danach wird ein statistisches Modell zum Berechnen einer Konzentration C der speziellen Blutkomponente des Probanden durch Formel (2) unter Verwendung von multivariater statistischer Analyse der K ersten Differentialabsorptionsspektren und der K tatsächlich gemessenen Konzentrationen ausgebildet, zum Beispiel Hauptkomponentenregression oder partielle Regression der kleinsten Quadrate. C = β1Aλi1 + β2Aλi2 + ... + βnAλin (2)
Insbesondere die Koeffizienten β₁ bis β_n der Absorption A_λin bei verschiedenen Wellenlängen werden durch die multivariate statistische Analyse unter Verwendung der Formel (2) erhalten. Das statistische Modell des Probanden wird im Signalprozessor 150 gespeichert.
Wenn die Konzentration der Blutkomponente im Vorgang 320 gemessen ist, wird in Vorgang 321 ein drittes Absorptionsspektrum vom Körperteil gemessen, der auf die erste Dicke eingestellt ist, in Vorgang 322 wird ein viertes Absorptionsspektrum vom Körperteil gemessen, der auf die zweite Dicke eingestellt ist und in Vorgang 323 wird ein zweites Differentialabsorptionsspektrum zwischen dem dritten und vierten Absorptionsspektrum ermittelt. Die Vorgänge 321 bis 323 werden auf eine im Wesentlichen gleiche Weise wie die Vorgänge 312 bis 314 durchgeführt.
Beim Vorgang 324 wird eine Konzentration einer speziellen Blutkomponente unter Verwendung des zweiten Differentialabsorptionsspektrums, das im Vorgang 323 erhalten ist und dem in Vorgang 315 ausgebildeten statistischen Modell abgeschätzt. Insbesondere kann die Konzentration C durch Einsetzen der Werte A_λi1 bis A_λin, die aus dem zweiten Differentialabsorptionsspektrum erhalten sind, in Formel (2) erhalten werden.
Die erste und zweite Dicke werden erhalten, wenn Drücke unter dem Überdruck angewendet werden.
Die 4A und 4B sind ein Fließbild eines Verfahrens zur nichtinvasiven Messung der Konzentration einer Blutkomponente gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beinhaltet einen ersten Vorgang 410 zum Ausbilden eines statistischen Modells und einen anschließenden Vorgang 420 zum Messen der Konzentration einer Blutkomponente.
Mit Bezug zu 4A beinhaltet der Vorgang 410 in Vorgang 411 Bestimmen einer Anfangsdicke entsprechend einem bestimmten Überdruck, der auf einen Körperteil des Probanden ausgeübt wird.
Beim Vorgang 412 wird die Dicke des Körperteils um einen bestimmten Wert von der Anfangsdicke erhöht, indem die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 gesteuert wird. Die erhöhte Dicke wird als erste Dicke angesetzt und dieser Zustand wird über eine bestimmte Zeitspanne in Wartestellung gehalten. Es ist bevorzugt, dass ein Variation der Dicke ungefähr 0,2 mm und der Wartedauer zur Stabilisierung ungefähr 30 bis 180 Sekunden beträgt.
Beim Vorgang 413 wird die erste Dicke des Körperteils auf eine zweite Dicke erhöht. Licht mit einem speziellen Wellenlängenband wird dann auf den Körperteil eingestrahlt und ein erstes Absorptionsspektrum gemessen. Es ist bevorzugt, dass eine Variation der ersten und zweite Dicke ungefähr 0,05 bis 0,2 mm beträgt.
Beim Vorgang 414 wird die zweite Dicke des Körperteils auf eine dritte Dicke erhöht. Licht mit einem speziellen Wellenlängenband wird dann auf den Körperteil eingestrahlt und ein zweites Absorptionsspektrum gemessen. Es ist bevorzugt, dass eine Variation der zweiten und dritten Dicke ungefähr 0,1 bis 0,3 mm beträgt.
Beim Vorgang 415 wird ein erstes Differentialabsorptionsspektrum zwischen dem ersten Absorptionsspektrum und dem zweiten Absorptionsspektrum erhalten.
Beim Vorgang 416 wird auf die selbe Weise wie in der ersten Ausführungsform, ein statistisches Modell durch Durchführen multivarianter statistischer Analyse an K Konzentrationen der speziellen Blutkomponente ausgebildet, die tatsächlich aus direkt vom Probanden abgenom menem Blut gemessen sind, und K erste Differentialabsorptionsspektren durch Wiederholen der Vorgänge 412 bis 415 erhalten.
Mit Bezug zu 4B beinhaltet der Vorgang 420 in Vorgang 421 Einstellen der Dicke des Körperteils auf die erste Dicke und Halten des Zustands in Wartestellung über eine bestimmte Dauer, in Vorgang 422 Erhöhen der Dicke des Körperteils auf die zweite Dicke und Erhalten eines dritten Absorptionsspektrums vom auf die zweite Dicke eingestellten Körperteil, in Vorgang 423 Erhöhen der Dicke des Körperteils auf die dritte Dicke und Erhalten eines vierten Absorptionsspektrums vom auf die dritte Dicke gesetzten Körperteil und in Vorgang 424 Erhalten eines zweiten Differentialabsorptionsspektrums zwischen dem dritten und vierten Absorptionsspektrum.
Beim Vorgang 425 wird die Konzentration der speziellen Blutkomponente unter Verwendung des in Vorgang 424 erhaltenen zweiten Differentialabsorptionsspektrums und des in Vorgang 416 erstellten statistischen Modells ermittelt. Insbesondere kann die Konzentration C durch Einsetzen der Werte A_λi1 bis A_λin, die aus dem zweiten Differentialabsorptionsspektrum erhalten sind, in Formel (2) erhalten werden.
Die erste bis dritte Dicke sind Dicken, die erhalten werden, wenn Drücke unter dem Überdruck angewendet werden.
Wenn ein Wellenlängenbereich einer Lichtquelle bei den in 3 und 4 gezeigten Verfahren verändert wird, können andere Komponenten als Glucose, wie Hämoglobin, Cholesterin und Medikamente gemessen werden.
5 ist ein detailliertes Fließbild der in den 3 und 4 gezeigten Vorgänge 311 und 411. Zur leichteren Beschreibung wird angenommen, dass ein Körperteil mit Weichgewebe ein Gewebe der Hand ist.
Mit Bezug zu 5 wird beim Vorgang 511 unter der Kontrolle der Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit 130 die Dicke des Gewebes um einen bestimmten Wert, zum Beispiel ungefähr 0,1 mm, von einer ersten Dicke, zum Beispiel ungefähr 1,5 mm, auf eine zweite Dicke, zum Beispiel ungefähr 2,2 mm, verändert. Da der Körperteil elastisch ist, verändert sich seine Reaktionskraft in einem Anfangskompressionsschritt mit der Zeit schnell. Wenn die Kompression jedoch anhält, wird die Elastizität des Körperteils fast aufgehoben, und danach verändert sich die Reaktionskraft kaum noch. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass ein Druck auf den Körperteil über ungefähr 120 Sekunden ausgeübt wird. Die zu diesem Zeitpunkt vom Drucksensor 240 gemessene Dicke des Körperteils wird dem Signalprozessor 150 zugeführt.
Beim Vorgang 512 werden Variationen der Reaktionskräfte des Gewebes der Hand bei verschiedenen Dicken des Gewebes gemessen, die durch Erhöhen oder Senken eines auf das Gewebe für ungefähr 120 Sekunden ausgeübten Drucks eingestellt werden. Wenn die Dicke des Gewebes von ungefähr 1,5 mm (dargestellt durch Linie th151, th152, th153) auf ungefähr 2,2 mm (dargestellt durch Linie th221, th222, 5h223) verändert wird, sind die Variationen der Reaktionskräfte im Schaubild von 6 gezeigt.
Beim Vorgang 513 wird eine Dicke entsprechend dem Überdrück ausgehend vom in 6 gezeigten Schaubild bestimmt. Mit Bezug zu 6, wenn die Dicke des Gewebes ungefähr 1,5 bis 1,6 mm beträgt, das heißt, wenn ein Druck den Überdruck übersteigt, weist das Gewebe auch im Verlauf der Zeit eine konstante Reaktionskraft auf. Wenn jedoch die Dicke des Gewebes über ungefähr 1,6 mm ansteigt, das heißt, wenn ein ausgeübter Druck abnimmt, nimmt im Verlaufe der Zeit die Reaktionskraft des Gewebes ab oder wird fast null. Ein Druck oder eine Reaktionskraft eines menschlichen Körpers an einer Grenzdicke zwischen einer Dicke, die die Reaktionskraft konstant hält, und einer Dicke, bei der die Reaktionskraft abnimmt, ungefähr 1,6 mm in 6, wird als Überdruck bestimmt, und die Dicke beim Überdruck wird als die Anfangsdicke bestimmt.
7 ist ein Schaubild, das Veränderungen in Reaktionskraft und Absorption des Gewebes gegen Veränderungen in der Gewebedicke zeigt. Die Veränderungen in der Reaktionskraft werden verglichen, wenn die Anfangsdicke des Gewebes auf 2,0 mm gesetzt ist (dargestellt durch Linie th20), dann auf 1,6 mm abnimmt (dargestellt durch Linie th16) und dann auf 1,7 mm, 1,8 mm, 1,9 mm und 2,0 mm verändert wird (dargestellt durch die Linien th17, th18, th19 und th202). Die Veränderungen in der Absorption werden verglichen mit den Änderungen in der Absorption, wenn die Anfangsdicke des Gewebes auf 2,0 mm gesetzt ist (dargestellt durch Linie pre1s20) dann auf 1,6 mm abnimmt (dargestellt durch Linie pre1s16) und dann auf 1,7 mm, 1,8 mm, 1,9 mm und 2,0 mm verändert wird (dargestellt durch die Linien pre1s17, pre1s18, pre1s19 und pre1s20r).
Hier wird jede Dicke über 120 Sekunden gehalten, bevor sie verändert wird. Mit Bezug zu 7 verändert sich die Absorption fast linear, wenn die Dicke auf 1,7 mm, 1,8 mm, 1,9 mm und 2,0 mm über eine Dicke von 1,6 mm verändert wird, die dem Überdruck entspricht, während die Reaktionskraft sehr langsam wiederhergestellt wird. Insbesondere kann abgeleitet werden, dass wenn ein Körperteil mit Weichgewebe vom Druck befreit wird, ein extrazelluläres Fluid sich sehr schnell bewegt, aber das komprimierte Gewebe sich langsam erholt. Ausgehend von einem solchen Unterschied zwischen den beiden Bedingungen, kann nur ein Spektrum des extrazellulären Fluids abgetrennt wurden. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die Dicke in einem Bereich verändert wird, der nur solche Veränderungen im Fluid induzieren kann. Diese bevor zugten Dickenänderungen können durch Anwenden eines geringeren Drucks als der Überdruck erreicht werden.
Die 9A und 9B sind Schaubilder, die die Verteilung von Abschätzungen von Glucosewerten in Bezug auf einen Referenzwert zeigen, wenn Kalibrierung und Kreuzvalidierung durchgeführt sind, wenn die erste und zweite Dicke ungefähr 1,5 mm und 1,7 mm betragen. Eine Dicke von ungefähr 1,5 mm wird erhalten, wenn ein Druck von mehr als dem Überdruck auf das Gewebe ausgeübt wird. Es ist zu sehen, dass wenn Glucose unter Verwendung eines statistischen Modells gemessen wird, das erstellt ist, wenn die erste und zweite Dicke ungefähr 1,5 mm und 1,7 mm betragen, ein großer Fehler im statistischen Modell auftritt und die Linearität schlecht ist. Insbesondere ist als Folge der Kalibrierung ist der Standardfehler der Kalibrierung (SEC, standard error of calibration) = 38,83 mg/dl (zehn Faktoren) und R = 0,672. Als Folge der Kreuzvalidierung ist der Standardfehler der Kreuzvalidierung (SECV, standard error of cross-validation) = 45,764 mg/dl (drei Faktoren) und R = 0,429.
Die 10A und 10B sind Schaubilder, die Verteilungen von Abschätzungen von Glucosewerten in Bezug auf einen Referenzwert zeigen, wenn Kalibrierung und Kreuzvalidierung durchgeführt sind, wenn die erste und zweite Dicke ungefähr 1,7 mm und 1,9 mm betragen. Dicken von ungefähr 1,7 mm und 1,9 mm werden erhalten, wenn Drücke unter dem Überdruck auf das Gewebe ausgeübt werden. Es ist zu sehen, dass wenn Glucose unter Verwendung eines statistischen Modells gemessen wird, das erstellt ist, wenn die erste und zweite Dicke ungefähr 1,7 mm und 1,9 mm betragen, ein kleiner Fehler im statistischen Modell auftritt und die Linearität verbessert ist. Insbesondere ist als Folge der Kalibrierung der SEC = 23,876 mg/dl (zehn Faktoren) und R = 0,826. Als Folge der Kreuzvalidierung ist der SECV = 27,957 mg/dl (sie ben Faktoren) und R = 0,739. Auf diese Weise ist der Standardfehler signifikant verringert.
Die vorliegende Erfindung kann als Computerprogramm (Kode) ausgeführt sein, das auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist und von einem Computer gelesen werden kann. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann jegliche Art von Medium sein, auf dem Daten, die von einem Computersystem gelesen werden können, aufgezeichnet werden können, zum Beispiel ROM, RAM, CD-ROM, Magnetband, Floppy-Disk oder eine optische Datenspeichervorrichtung. Die vorliegende Erfindung kann auch als Trägerwellen ausgeführt sein (zum Beispiel durch das Internet übertragen). Alternativ können die computerlesbaren Aufzeichnungsmedien über Computersysteme verteilt sein, die durch ein Netzwerk verbunden sind, so dass die vorliegende Erfindung als Computerprogramm ausgeführt sein kann, das in den Aufzeichnungsmedien gespeichert ist und in den Computern gelesen und ausgeführt werden kann. Funktionsprogramme, Kodes und Kodesegmente zum Implementieren der vorliegenden Erfindung können von Programmierern im Fachbereich der vorliegenden Erfindung leicht abgeleitet werden.
Wie oben beschrieben wird bei der vorliegenden Erfindung ein statistisches Modell unter Verwendung eines ersten Differentialabsorptionsspektrums ausgebildet, das einer Variation der Mengen an extrazellulärem Fluid bei unterschiedlichen Dicken eines Körperteils mit Weichgewebe entspricht, die durch Ausüben geringeren Drucks als ein Überdruck auf den Körperteil eingestellt werden, und die Konzentration einer speziellen Blutkomponente kann unter Verwendung eines zweiten Differentialabsorptionsspektrums und des statistischen Modells abgeschätzt werden. Dementsprechend kann der Einfluss des extrazellulären Fluids erhöht werden und Faktoren, die die Messung der Konzentration der speziellen Blutkomponente stören oder beeinträchtigen, können elimi niert werden. Daher kann die Konzentration der speziellen Blutkomponente genauer abgeschätzt werden.
Da außerdem eine Dicke entsprechend einem Überdruck für jede Person bestimmt wird, und ein statistisches Modell auf Grundlage der Dicke ausgebildet wird, können Messbedingungen für jede Person numerisch ausgedrückt werden. Da darüber hinaus nur ein Einfluss eines Fluids abgetrennt werden kann, kann eine Konzentration genau abgeschätzt werden. Da vorwiegend das Fluid, nicht das Gewebe durch Senken des auf Weichgewebe ausgeübten Drucks bewegt wird, ist die Reproduzierbarkeit der Messung des Spektrums zufriedenstellend.
Es wurden hier bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart, und obwohl spezifische Ausdrücke eingesetzt sind, sind sie nur in einem generischen und beschreibenden Sinne verwendet und zu interpretieren und nicht zum Zwecke der Einschränkung. Dementsprechend versteht es sich für die Fachleute, dass verschiedene Veränderungen in Form und Details vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den folgenden Ansprüchen angegeben ist.

Claims

Gerät zur nichtinvasiven Messung einer Konzentration einer Blutkomponente umfassend: eine Lichtquelle (110), so angeordnet, dass sie Licht emittiert; ein Spektroskop (120), so angeordnet, dass es das von der Lichtquelle (110) emittierte Licht in Komponenten unterschiedlicher Wellenlängen trennt; eine Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit (130) zum Anbringen an einem Körperteil eines Probanden, so angeordnet, dass es das Licht vom Spektroskop (120) auf den Körperteil ausstrahlt, durch den Körperteil geleitetes Licht einfängt, eine Dicke des Körperteils gemäß eines auf den Körperteil aufgebrachten Drucks verändert und den Körperteil sichert; eine Erfassungseinheit (140), so angeordnet, dass sie ein erstes bis viertes Absorptionsspektrum von dem von der Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit (130) eingefangenen Licht erfasst; und einen Signalprozessor (150), so angeordnet, dass er ein Signal für die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit erzeugt, um Druck zum Verändern der Dicke des Körperteils aufzubringen und die Konzentration einer Blutkomponente von einem zweiten Differentialabsorptionsspektrum zwischen dem dritten und vierten Absorptionsspektrum, erhalten am Körperteil ausgehend von einem statistischen Modell der Blutkomponente abzuschätzen, wobei das statistische Modell erstellt ist unter Verwendung eines ersten Differentialabsorptionsspektrums zwischen dem ersten und zweiten Absorptionsspektrum gemessen von der Erfassungseinheit (140) bei verschiedenen Dicken des Körperteils und einer tatsächlich gemessenen Konzentration der Blutkomponente.
Gerät wie in Anspruch 1 beansprucht, worin der Signalprozessor (150) so angeordnet ist, dass er Signale erzeugt für zunehmend veränderte Dicke des Körperteils von einer Anfangsdicke zu einer ersten Dicke und dann einer zweiten Dicke entsprechend der tatsächlich gemessenen Konzentration, eines von K ersten Differentialabsorptionsspektren zwischen dem ersten und zweiten Absorptionsspektrum erhält, die entsprechend am Körperteil bei der ersten und zweiten Dicke gemessen sind, wo K eine positive ganze Zahl ist und multivariante statistische Analyse an den K ersten Differentialabsorptionsspektren und K tatsächlich gemessenen Konzentrationen durchführt, wodurch das statistische Modell für die Blutkomponente erstellt wird.
Gerät wie in Anspruch 2 beansprucht, worin der Signalprozessor (150) so angeordnet ist, dass er Signale erzeugt für zunehmend veränderte Dicke des Körperteils von einer Anfangsdicke zur ersten Dicke und dann der zweiten Dicke, das zweite Differentialabsorptionsspektrum zwischen dem dritten Absorptionsspektrum und dem vierten Absorptionsspektrum erhält, die entsprechend am Körperteil bei der ersten und zweiten Dicke gemessen sind, und die Konzentration der Blutkomponente ausgehend vom statistischen Modell abschätzt.
Gerät wie in Anspruch 2 oder 3 beansprucht, worin eine Variation zwischen der Anfangsdicke und der ersten Dicke weniger als 0,2 mm beträgt.
Gerät wie in einem der Ansprüche 2 bis 4 beansprucht, worin eine Variation zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm liegt.
Gerät wie in Anspruch 1 beansprucht, worin der Signalprozessor (150) so angeordnet ist, dass er Signale erzeugt für zunehmend veränderte Dicke des Körperteils von einer Anfangsdicke zu einer ersten Dicke entsprechend der tatsächlich gemessenen Konzentration, den Zustand für eine bestimmte Zeitspanne im Standby hält, die Dicke des Körperteils von der ersten Dicke zu einer zweiten Dicke und dann einer dritten Dicke zunehmend verändert, eines von K ersten Differentialabsorptionsspektren zwischen dem ersten und zweiten Absorptionsspektrum erhält, die entsprechend am Körperteil bei der zweiten und dritten Dicke gemessen sind, wo K eine positive ganze Zahl ist, und multivariante statistische Analyse an den K ersten Differentialabsorpti onsspektren und K tatsächlich gemessenen Konzentrationen durchführt, wodurch das statistische Modell für die Blutkomponente erstellt wird.
Gerät wie in Anspruch 6 beansprucht, worin der Signalprozessor (150) so angeordnet ist, dass er Signale erzeugt für zunehmend veränderte Dicke des Körperteils von der ersten Dicke zur zweiten Dicke und dann der dritten Dicke, das zweite Differentialabsorptionsspektrum zwischen dem dritten Absorptionsspektrum und dem vierten Absorptionsspektrum erhält, die am Körperteil bei der zweiten bzw. dritten Dicke gemessen sind, und die Konzentration der Blutkomponente ausgehend vom statistischen Modell abschätzt.
Gerät wie in Anspruch 6 oder 7 beansprucht, worin eine Variation zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm liegt.
Gerät wie in einem der Ansprüche 6 bis 8 beansprucht, worin eine Variation zwischen der zweiten Dicke und der dritten Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm liegt.
Gerät wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht, worin die Körper-Maschine-Schnittstelleneinheit (130) umfasst: einen Strahlführungsteil (210), so angeordnet, dass er paralleles Licht vom Spektroskop (120) führt; einen Lichtempfänger (230), so angeordnet, dass er Licht vom Körperteil einfängt; einen Halter (240), der am Lichtempfänger (230) angebracht ist; und ein Sicherungs- und Kompressionsglied (250), so angeordnet, dass es den Körperteil zwischen dem Strahlführungsteil (210) und dem Lichtempfänger (230) sichert und die Dicke des Körperteils durch Einstellen des auf den Körperteil aufgebrachten Drucks verändert.