DE69634858T2

DE69634858T2 - Nichtinvasive blutuntersuchungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69634858T2
Application number: DE69634858T
Authority: DE
Inventors: Ken Takarazuka-shi Ishihara; Kaoru Kobe-shi Asano; Yasuhiro Nishi-ku KOUCHI; Hideo Kita-ku Kusuzawa
Original assignee: Ishihara Ken Takarazuka; Sysmex Corp
Current assignee: Ishihara Ken Takarazuka; Sysmex Corp
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2016-12-28
Also published as: KR100350022B1; DE69635174D1; US6061583A; EP0875201B1; BR9612293A; DE69634858D1; AU1153397A; EP0875201A1; KR19990076821A; CN1184929C; RU2177721C2; AU712853B2; JP3701031B2; CN1206339A; WO1997024066A1; EP1371323A1; EP0875201A4; TW521147B; DE69635174T2; EP1371323B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein nicht-invasives Blutanalysegerät. Das Analysegerät der vorliegenden Erfindung kann eine Menge eines Blutbestandteils, wie z.B. die Hämoglobinkonzentration oder den Hämatokrit, mit verbesserter Wiederholbarkeit in Echtzeit transkutan überwachen, ohne dass Blut von einem lebenden Körper entnommen werden muss.
STAND DER TECHNIK
Der Hämatologietest von Blut in einem peripheren Blutgefäß ist einer der wichtigsten und am häufigsten durchgeführten Tests bei der klinischen Untersuchung. Insbesondere sind die Hämoglobinkonzentration und der Hämatokrit Testgegenstände, die für die Diagnose im Fall einer Anämie essentiell sind. Der gegenwärtig durchgeführte Hämatologietest erfordert die Blutentnahme vom Patienten. Die häufige Blutentnahme bedeutet für die Patienten jedoch eine gewisse Belastung und stellt ein Infektionsrisiko aufgrund des unbeabsichtigten Einstechens einer Injektionsnadel dar.
In Anbetracht dessen sind Geräte für die transkutane (nicht-invasive) Messung der zuvor genannten Testgegenstände vorgeschlagen worden. Zum Beispiel offenbart die geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei-3-71135 ein Hämaglobinkonzentrationsmessgerät zum Messen des Bluthämoglobins auf der Grundlage einer Lichtintensitätsänderung aufgrund von Lichtpulsationen bei einer Vielzahl von Wellenlängen, die auf einen lebenden Körper projiziert werden. Auf ähnliche Weise offenbart das US-Patent Nr. 5,372,136 ein System und ein Verfahren zum Bestimmen von Hämatokrit in Blut unter Einsatz von Pulsationen und dergleichen.
Ein im Zusammenhang mit der Genauigkeit stehendes Problem begleitet jedoch diejenigen Kunstgriffe zum Bestimmen eines Absolutwertes, da das Blutvolumen, welches dem Testobjekt entspricht, nicht bestimmt ist. Ferner wird vorhergesehen, dass die Messungen in Abhängigkeit von dem Körperteil, an dem der Sensor angebracht ist, variieren können, was zu einer geringen Wiederholbarkeit führt.
Das US-Patent Nr. 4,998,533 offenbart ein Gerät zum Durchführen einer Messung an den zuvor genannten Testkategorien auf der Basis einer Abbildung eines Blutstroms in einer Blutkapillare, was jedoch eine großräumige Konstruktion erfordert. Obwohl darüber berichtet worden ist, dass eine transmittierte Lichtabbildung von Blutgefäßen in einem Teil eines lebenden Körpers, wie z.B. einem Finger, erhalten werden kann, so ist noch kein Versuch unternommen worden, eine quantitative Analyse an den zuvor genannten Testgegenständen durch Analysieren der transmittierten Lichtabbildung durchzuführen.
Die EP 0 712 602 offenbart ein nicht-invasives Gerät zum Messen der Hämoglobinkonzentration, wie dies in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht des voranstehend Beschriebenen sieht die vorliegende Erfindung ein Gerät und ein Verfahren vor, die derart ausgebildet sind, dass eine transmittierte Lichtabbildung eines Blutgefäßes in Gewebe eines lebenden Körpers, wie z.B. einem Finger, erhalten werden kann, und die transmittierte Lichtabbildung mit einer vereinfachten Konstruktion zum Durchführen der Messung an den zuvor genannten Testgegenständen mit einer verbesserten Wiederholbarkeit analysiert werden kann.
Falls Licht durch Körpergewebe, einschließlich eines Blutgefäßes, durchgelassen wird und ein transmittiertes Lichtbild aufgenommen wird, so ist ein Blutgefäßabschnitt des Bildes aufgrund von Lichtabsorption durch einen im Blut enthaltenen Blutbestandteil dunkel, und der andere Bildabschnitt ist hell, da der andere Teil des Körpergewebes das Licht transmittiert. Erfindungsgemäß wird die Konzentration eines Blutbestandteils (z.B. Hämoglobin) durch einen Vergleich der Bilddichten quantifiziert, und falls erforderlich, wird die bestimmte Konzentration auf der Basis der Tiefe, in der das Blutgefäß gelegen ist, korrigiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein nicht-invasives Blutanalysegerät vorgesehen mit: einer Lichtquelle zum Beleuchten eines Teils von Gewebe eines lebenden Körpers mit einem Blutgefäß; einem Bild-Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Bildes des beleuchteten Blutgefäßes und des Gewebes; und einem Analysebereich zum Analysieren des aufgenommenen Bildes; wobei der Analysebereich die Bilddichte des Blutgefäßes in dem aufgenommenen Bild analysiert, um eine Menge eines Blutbestandteils zu berechnen und ein Berechnungsergebnis auszugeben.
In der vorliegenden Erfindung steht der lebende Körper für Körper von Säugetieren einschließlich denen von Menschen, und der Teil des Gewebes des lebenden Körpers steht für einen Teil des Gewebes, wie er in dem lebenden Körper vorzufinden ist, z.B. ein Finger oder ein Ohrläppchen; er steht aber nicht für Gewebe, das von dem lebenden Körper getrennt worden ist.
In dem Analysegerät der vorliegenden Erfindung kann der Analysebereich einen Extraktionsbereich zum Extrahieren einer Bilddichteverteilung über das Blutgefäß hinweg in dem aufgenommenen Bild als ein Bilddichteprofil, einen Quantifizierungsbereich zum Quantifizieren von strukturmäßigen Charakteristika des Bilddichteprofils, einen Berechnungsbereich zum Berechnen der Menge des Blutbestandteils anhand der quantifizierten Charakteristika und einen Ausgabebereich zum Ausgeben eines Berechnungsergebnisses umfassen.
Das Analysegerät der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise ferner ein Befestigungselement zum Befestigen der Lichtquelle und des Bildaufnahmebereichs relativ zu dem Teil des lebenden Körpers, um so dem Bildaufnahmebereich zu gestatten, ein Bild eines erwünschten Abschnitts der Gewebe des lebenden Körpers aufzunehmen.
In der vorliegenden Erfindung kann das aufgenommene Bild entweder ein transmittiertes Lichtbild oder ein reflektiertes Lichtbild sein.
Als Lichtquelle kann in der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterlaser (im Anschluss als "LD" bezeichnet), eine LED oder eine Halogenlichtquelle verwendet werden. Der Teil des lebenden Körpers kann mit dem Licht entweder direkt oder über eine optische Faser beleuchtet werden. Die Wellenlänge des Lichts liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 400 und 950 nm, bei der das Licht durch das Körpergewebe hindurch verläuft und die Lichtabsorption durch Wasser eher gering ist. Zum Beispiel wird ein Bereich zwischen 600 und 950 nm für das transmittierte Lichtbild verwendet, während ein Bereich zwischen 400 und 950 nm für das reflektierte Lichtbild verwendet wird.
Insbesondere setzt sich die Lichtquelle vorzugsweise aus einer lichtemittierenden Vorrichtung zusammen, die dafür angepasst ist, Lichtstrahlen bei einer ersten und einer zweiten Wellenlänge oder Lichtstrahlen bei drei oder mehr Wellenlängen selektiv zu emittieren. Es ist erwünscht, dass die erste und die zweite Wellenlänge im Wesentlichen isobestisch für oxidierte und reduzierte Hämoglobine sind.
Zwei oder mehr Wellenlängen sind erforderlich für die Bestimmung einer Menge eines Blutbestandteils, d.h. der Hämoglobinkonzentration und von Hämatokrit. Lediglich eine Wellenlänge kann verwendet werden, falls nur einfach der Anämiezustand überwacht werden soll.
Der Bildaufnahmebereich kann ein optisches System aufweisen, das eine Linse und eine Bildaufnahmevorrichtung, wie z.B. eine CCD, umfasst.
Da der Bildaufnahmebereich einfach dafür angepasst ist, ein Bilddichteprofil über das Blutgefäß hinweg aufzunehmen, kann ein Lichtsensor oder eine Fotodiodenanordnung als die Bildaufnahmevorrichtung anstelle der CCD verwendet werden. Das Bilddichteprofil wird vorzugsweise entlang einer Linie senkrecht zu dem Blutgefäß aufgenommen.
Alternativ kann das Bilddichteprofil durch Bewegen einer einzelnen Fotodiode in einer Richtung quer zu dem Blutgefäß aufgenommen werden.
Das optische System des Bildaufnahmebereichs kann nur mit einer TV-Linse (z.B. BD1214D, erhältlich von der CISMICAR Inc.) aufgebaut sein.
Alternativ kann das optische System des Bildaufnahmebereichs sich aus einem Linsenpaar mit der gleichen numerischen Apertur oder der gleichen Brennweite und effektiven Linsendurchmesser zusammensetzen, wobei das Linsenpaar jeweils als Objektlinse und als Fokussierlinse dient, die entlang der gleichen optischen Achse derart angeordnet sind, dass der vordere Brennpunkt einer Linse mit dem hinteren Brennpunkt der anderen Linse übereinstimmt und dazwischen ein optischer Raumfilter mit unterschiedlichen Durchlässigkeiten in zwei Raumrichtungen angeordnet ist (solch ein optisches System wird im Anschluss als ein "konjugiertes optisches System" bezeichnet). Der hierin verwendete Raumfilter besitzt eine Variation in Bezug auf die zweidimensionale Durchlässigkeitsverteilung. Als Raumfilter kann eine lichtundurchlässige Platte mit einem Pinhole oder einem ringförmigen Schlitz und ein Flüssigkristallverschluss, der derart ausgebildet ist, dass seine Durchlässigkeitsverteilung durch ein elektrisches Signal verändert werden kann, verwendet werden.
Der Analysebereich umfasst den Extraktionsbereich, den Quantifizierungsbereich, den Berechnungsbereich und den Ausgabebereich, und er ist dafür angepasst, dass er anhand des erhaltenen Bilddichteprofils die Menge eines Blutbestandteils, wie z.B. die Hämoglobinkonzentration, Hämatokrit oder die Anämiebedingung berechnet und das Berechnungsergebnis ausgibt. Als Analysebereich kann ein kommerziell erhältlicher PC verwendet werden.
Der Extraktionsbereich des Analysebereichs extrahiert die Bilddichteverteilung über das Blutgefäß hinweg als ein Bilddichteprofil aus dem aufgenommenen Bild.
Der Quantifizierungsbereich kann das extrahierte Bilddichteprofil normalisieren und einen Spitzenwert h des normalisierten Bilddichteprofils berechnen.
Ferner kann der Quantifizierungsbereich eine Verteilungsbreite w entsprechend dem Durchmesser des Blutgefäßes in dem Bilddichteprofil bestimmen und den Höchstwert h anhand der Verteilungsbreite w korrigieren.
In den Fällen, in denen Bilder des gleichen Teils der Gewebe des lebenden Körpers bei der ersten und der zweiten Wellenlänge aufgenommen werden, um ein erstes bzw. ein zweites Profil mit Höchstwerten h1 und h2 und Verteilungsbreiten w1 und w2 vorzusehen, schätzt der Quantifizierungsbereich die subkutane Tiefe L des Blutgefäßes anhand dem Verhältnis der Verteilungsbreiten w1 und w2 ab und korrigiert die Höchstwerte h1 und h2. Der Berechnungsbereich kann so die Hämoglobinkonzentration und Hämatokrit anhand der korrigierten Höchstwerte berechnen.
In Fällen, in denen das konjugierte optische System eine lichtundurchlässige Platte mit einem ringförmigen Schlitz als Raumfilter einsetzt, wird der Einfallswinkel des Lichts von dem Körpergewebe auf die Objektlinse anhand der Konfiguration (Durchmesser oder Schlitzbreite) des ringförmigen Schlitzes bestimmt, so dass lediglich das Licht, das unter einem vorbestimmten Einfallswinkel eintritt, dazu dient, ein Streulichtbild des Blutgefäßes zu bilden. Das Streulichtbild gibt den Einfluss der Störung eines Blutgefäßbildes durch das Körpergewebe wieder. Durch Aufnehmen von Streulichtbildern unter einer Vielzahl von unterschiedlichen Streuwinkeln, indem der Durchmesser des ringförmigen Schlitzes verändert wird, kann deshalb der Quantifizierungsbereich den Einfluss der Körpergewebe quantifizieren, um die erfasste Konzentration des Blutbestandteils genauer zu korrigieren.
In diesem Fall, da das Streulichtbild empfindlich auf die Fokussierbedingung auf das Blutgefäß variiert, kann die Brennpunktposition merklich dadurch erfasst werden, dass der Brennpunkt des Bildaufnahmebereichs (Objektlinse) von der Oberfläche des Körpergewebes zu eine tieferen Position gescannt wird, wodurch der Quantifizierungsbereich direkt die Tiefe bestimmen kann, in der das Blutgefäß vorhanden ist. Deshalb können die zuvor genannten Berechnungsdaten anhand der so bestimmten Tiefe korrigiert werden.
Genauer wird eine Reihe von Streulichtbildern des Blutgefäßes unter einem vorbestimmten Lichteinfallswinkel dadurch erhalten, dass der Brennpunkt von der Oberfläche des Körpergewebes zu der tieferen Position bewegt wird. Anschließend bestimmt der Quantifizierungsbereich direkt die Tiefe L des Blutgefäßes anhand der Position des Brennpunktes, bei der das schärfste Streulichtbild erhalten wird, und die Höchstwerte h1 und h2 werden anhand der Tiefe L korrigiert.
Der Quantifizierungsbereich bestimmt ferner die Streuabsorptionscharakteristika der Körpergewebe anhand einer Vielzahl von unterschiedlichen Streulichtbildern, die bei dieser Brennpunktposition erhalten werden, indem die Durchlässigkeit des optischen Filters zweidimensional variiert wird und anschließend die Höchstwerte h1 und h2 und die Verteilungsbreiten w1 und w2 anhand der Streuabsorptionscharakteristika korrigiert werden.
Der Berechnungsbereich berechnet die Menge des Blutbestandteils, wie z.B. die Hämoglobinkonzentration und Hämatokrit anhand der quantifizierten, strukturmäßigen Charakteristika der Bilddichteprofile. Hämatokrit bedeutet hier ein Volumenverhältnis der Erythrozyten in Blut. Als Ausgabebereich können ein CRT, ein LCD und dergleichen verwendet werden.
Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein nicht-invasives Blutanalyseverfahren vorgesehen, mit den Schritten: Beleuchten eines Teils der Gewebe eines lebenden Körpers einschließlich eines Blutgefäßes; Aufnehmen eines Bildes der beleuchteten Körpergewebe; und Analysieren des aufgenommenen Bildes; wobei der Analyseschritt die Schritte umfasst: Extrahieren der Bilddichteverteilung über das Blutgefäß hinweg in dem aufgenommenen Bild als ein Bilddichteprofil, Quantifizieren der strukturmäßigen Charakteristika des Bilddichteprofils, Berechnen einer Menge eines Blutbestandteils anhand der quantifizierten Charakteristika und Ausgeben eines Berechnungsergebnisses.
Ebenso entsprechend der vorliegenden Erfindung kann das nicht-invasive Blutanalyseverfahren ferner die Schritte aufweisen: Gestattenlassen eines optischen Systems, Licht von den Körpergewebe unter einem vorbestimmten Einfallswinkel in Bezug auf eine optische Achse des optischen Systems aufzunehmen, Erhalten einer Reihe von Streulichtbildern des Blutgefäßes dadurch, dass ein Brennpunkt des optischen Systems von der Oberfläche der Körpergewebe zu einer tieferen Position bewegt wird; Erfassen der Tiefe des Blutgefäßes anhand der Position des Brennpunktes, bei dem das schärfste Streulichtbild der Reihe der Streulichtbilder erhalten wird; Bestimmen der Streu-/Absorptionscharakteristika der Körpergewebe anhand einer Vielzahl von Streulichtbildern, die an dieser Brennpunktposition durch Ändern der Einfallslichtwinkel erhalten werden; und Korrigieren der Charakteristika des Profils anhand der Streu-/Absorptionscharakteristika.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Blutanalysegeräts entsprechend der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild des Blutanalysegeräts der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt des Blutanalysegeräts der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist ein Flussdiagramm zum Erklären der Betriebsweise des Blutanalysegeräts der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Fotografie eines Bildes (ein Grauskalenbild, das auf einem CRT angezeigt wird), das von dem Blutanalysegerät der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufgenommen wurde;
6 ist eine grafische Repräsentation zum Erklären eines Bilddichteprofils, das von dem Blutanalysegerät der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
7 ist eine grafische Repräsentation zum Erklären eines Bilddichteprofils, das in dem Blutanalysegerät der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung normalisiert wurde;
8 ist eine Vorderansicht einer Lichtquelle des Blutanalysegeräts der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Diagramm zum Erklären einer beispielhaften Anzeige des Blutanalysegeräts der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Blutanalysegeräts gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
11 ist eine Querschnittsansicht, die die Hauptabschnitte des Blutanalysegeräts der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in 11;
13 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsweise des Blutanalysegeräts der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
14 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsweise des Blutanalysegeräts der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
15 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsweise des Blutanalysegeräts der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
16 ist eine Fotografie eines Bildes (eine Grauskalenanzeige, die auf einem CRT angezeigt wird), das von dem Blutanalysegerät der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung aufgenommen wurde;
17 ist eine grafische Repräsentation zum Erklären eines Bilddichteprofils, das von dem Blutanalysegerät der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
18 ist eine grafische Repräsentation zum Erklären eines Bilddichteprofils, das in dem Blutanalysegerät der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung normalisiert wurde;
19 ist eine grafische Repräsentation zum Erklären der Position eines Brennpunktes und der Breite einer Streuverteilung, die von dem Blutanalysegerät der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erfasst wurde;
20 ist eine Fotografie, die ein vergleichendes Beispiel in Bezug auf die 16 darstellt;
21 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Erfassungsbereichs entsprechend der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
22 ist eine Bodenansicht des Erfassungsbereichs.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird im Anschluss im Detail anhand von drei Ausführungsformen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsformen die Erfindung nicht einschränken.
Ausführungsform 1
Der Aufbau eines Blutanalysegeräts entsprechend der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau des Blutanalysegeräts darstellt. Wie gezeigt umfasst es in einem Erfassungs- bzw. Detektionsbereich 1 eine Lichtquelle 11 zum Beleuchten eines Teils der Gewebe eines lebenden Körpers einschließlich eines Blutgefäßes und einen Bildaufnahmebereich 12 zum Aufnehmen eines transmittierten Lichtbildes des beleuchteten Blutgefäßes und der Gewebe.
Ein Analysebereich 2 umfasst einen Extraktionsbereich 21 zum Extrahieren einer Bilddichteverteilung, die entlang einer Linie senkrecht zu dem Blutgefäß in dem von dem Bildaufnahmebereich 12 aufgenommenen Bild erhalten wurde, als ein Bilddichteprofil, einen Quantifizierungsbereich 22 zum Quantifizieren der strukturmäßigen Charakteristika des extrahierten Bilddichteprofils, einen Berechnungsbereich 23 zum Berechnen der Menge eines Blutbestandteils anhand der quantifizierten Charakteristika, und einen Ausgabebereich (CRT) 24 zum Ausgeben eines Berechnungsergebnisses. Der Analysebereich 2 kann sich aus einem PC zusammensetzen.
2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Analysegeräts. Die Lichtquelle 11 und der Bildaufnahmebereich 12, der in dem Detektionsbereich 1 enthalten ist, sind mit dem Analysebereich 2 über Signalkabel 3 verbunden.
3 ist eine Querschnittsansicht des Detektionsbereichs 1. Der Detektionsbereich 1 umfasst die Lichtquelle 11 und den Bildaufnahmebereich 12, der eine Linse 14 und eine Bildaufnahmevorrichtung 15 besitzt. Wenn ein Finger 16 in den offenen Hohlraum 13 eingeführt wird, beleuchtet die Lichtquelle 11 den Finger 16, und ein transmittiertes Lichtbild wird von der Bildaufnahmevorrichtung 15 über die Linse 14 aufgenommen. Der offene Hohlraum 13 nimmt graduell zur am weitesten innen gelegenen Position hin ab, an der sich der Finger befindet, so dass der eingeführte Finger 16 sich lose darin befindet und dabei ein Befestigungselement bildet.
Die Bildaufnahmevorrichtung 15 besteht aus einer CCD. 8 ist eine Vorderansicht der Lichtquelle 11, die die LEDs 11a und 11b umfasst.
Bei dieser Ausführungsform verwendet die LED 11a eine VSF665M1 (erhältlich von OPTRANS Co.) mit einer mittleren Wellenlänge von 660 nm und einer Halbwärtsbreite von 40 nm, und die LED 11b verwendet eine L2656 (erhältlich von Hamamatsu Photonics Co.) mit einer mittleren Wellenlänge von 890 nm und einer Halbwärtsbreite von 50 nm.
Unter Bezugnahme auf das in 4 gezeigte Flussdiagramm wird nun ein Analyseverfahren beschrieben, das durch den Analysebereich 2 des Blutanalysegeräts in einer solchen Konstruktion durchgeführt wird.
(1) Berechnung der Hämoglobinkonzentration und des Hämatokrit
Wird der Finger bei einer Wellenlänge der LED 11a (im Anschluss als die "erste Wellenlänge" bezeichnet) (Schritt 1) und ein transmittiertes Lichtbild aufgenommen, wird ein Bild eines Blutgefäßes (Vene), die sich in der Nähe der Haut an der Seite der CCD 15 befindet, erhalten, wie es in 5 gezeigt ist. An Stellen, an denen das Blutgefäß einen Durchmesser von ungefähr 1 mm besitzt, können quantitative Ergebnisse mit einer verbesserten Wiederholbarkeit erhalten werden.
In diesem Fall, bei dem eine höchst kohärente LD als Lichtquelle verwendet wird, kann ein Bild ohne Flecken, wie in 5 gezeigt ist, erhalten werden, da das Licht von dem Gewebe gestreut wird. In dem Bild wird nach einem Bereich, in dem das Blutgefäß in schärfstem Kontrast steht, gesucht (Schritt 1a) und in einer vierseitigen Konfiguration, wie in 5 gezeigt ist, eingeschlossen, die als analytischer Bereich verwendet wird (Schritt 2).
Auf diese Weise kann ein Blutgefäß bei im Wesentlichen konstanter subkutaner Tiefe analysiert werden.
Ein Bilddichteprofil (6) entlang einer Linie senkrecht zu dem Blutgefäß in diesem Bereich wird erhalten (Schritt 3).
Anschließend wird das Bilddichteprofil anhand einer Basislinie normalisiert. Die Basislinie wird anhand eines Abschnittes des Bilddichteprofils, der dem Gewebe mit Ausnahme des Blutgefäßes entspricht, durch das Verfahren der kleinsten Quadrate bestimmt. So ist das Bilddichteprofil der 6 normalisiert, wie in 7 gezeigt ist (Schritt 4).
Das so erhaltene Bilddichteprofil ist unabhängig von der Menge des einfallenden Lichts. Eine Spitzenhöhe h1 und eine Halbwärtsbreite (Verteilungsbreite bei einer Höhe von 1/2 h1) w1 werden anhand des normalisierten Bilddichteprofils bestimmt (7) (Schritt 5).
Die so erhaltene maximale Höhe h1 ist indikativ für das Verhältnis der Bilddichte des Blutgefäßes (d.h. einem Abschnitt, in dem das Blut vorhanden ist) zur Bilddichte des anderen Abschnittes, in dem Blut nicht vorhanden ist. Der Parameter, der einem Parameter entspricht, welcher durch das Avaskularisationsverfahren (das dafür angepasst ist, Blut anhand des Verhältnisses der Bilddichte, die erhalten wird, wenn Blut vorhanden ist, zu der Bilddichte, die erhalten wird, wenn die Blutzufuhr unterbunden ist, zu analysieren) oder durch die Pulsationsspektrometrie erhalten wird (die dafür angepasst ist, Signalkomponenten synchron mit der Pulsation eines Blutflusses zu erhalten und eine Signalkomponente zu extrahieren, die indikativ für den pulsierenden Blutfluss für die Blutanalyse ist, d.h. anhand des Prinzips eines Puls-Oxyometers), kann ohne Einsatz der Pulsation oder der Avaskularisation bestimmt werden.
Speziell wird der Streufaktor S1 und der Absorptionsfaktor A1 des Bluts bei der ersten Wellenlänge, falls das Beer'sche Gesetz gilt, folgendermaßen ausgedrückt: log(1 – h1) = k(S1 + A1)w1 (1)wobei k eine Proportionalitätskonstante ist.
Es ist in Betracht gezogen worden, dass der Streufaktor S1 und die Absorption A1 direkt proportional zu dem Hämatokrit HCT und der Hämoglobinkonzentration HGB wie folgt sind: S1 = σ1·HCT, A1 = σ2·HGB (2)
Deshalb ergibt sich log(1 – h1) = –(kσ1·HCT + kσ2·HGB)·w1 (3)
Die voranstehende Verfahrensabfolge wird dahingehend durchgeführt, dass eine Wellenlänge der LED 11b (im Anschluss als die "zweite Wellenlänge" bezeichnet) zur Bestimmung einer Maximalhöhe h2 und einer Verteilungsbreite w2 verwendet wird (Schritte 6 bis 10).
Auf ähnliche Weise werden der Streufaktor S2 und der Absorptionsfaktor A2 wie folgt bestimmt: log(1 – h2) = –k(S2 + A2)·w2 = –(kσ3·HCT + kσ4·HGB)·w2 (4)
Da die Konstanten k, σ1, σ2, σ3 und σ4 experimentell bestimmt werden, werden die HGB und HCT durch h1, h2, w1 und w2 bestimmt.
In der Praxis ist das Bild durch Gewebe verschwommen, das sich zwischen dem Blutgefäß und dem Detektionsbereich befindet, und daher sind die beobachteten Maximalwerte geringer als in dem Fall, bei dem sich kein Gewebe dazwischen befindet.
Deshalb wird die Beziehung der voranstehenden Faktoren wie folgt ausgedrückt: log(1 – h) = –k(S + A)w + T (5)wobei S gleich dem Streufaktor des Bluts, A gleich dem Absorptionsfaktor des Bluts ist und T einem Faktor entspricht, der den Einfluss des Verwischens bzw. der Unschärfe anzeigt und eine Funktion der Dicke L der Gewebe ist (oder der Tiefe, in der sich das Blutgefäß befindet; im Anschluss einfach als die "Tiefe" bezeichnet).
Es hat sich experimentell herausgestellt, dass der Faktor T in der Tat konstant gehalten werden kann, indem ein Messbereich richtig ausgewählt wird, so dass das Blutgefäßbild in maximalem Kontrast in dem erhaltenen Bild steht. Deshalb ergibt sich kein praktisches Problem, falls der Faktor T als eine Konstante bei der Anwendung bei einer Anämieüberprüfung angesehen wird.
(2) Korrektur der berechneten Hämoglobinkonzentration und des Hämatokrit
Um die Genauigkeit der Berechnung der Hämoglobinkonzentration und des Hämatokrit zu verbessern, wird eine Korrektur wie folgt durchgeführt.
Wenn der analytische Bereich in dem gleichen Bereich bestimmt ist, wie er unter Verwendung der ersten Wellenlänge bestimmt ist, so sind die Halbwärtsbreiten w1 und w2 gleich, falls der Einfluss der Unschärfe vernachlässigbar ist. Ein Unterschied zwischen der Halbwärtsbreite w1 und w2 nimmt jedoch zu, wenn der Einfluss der Unschärfe zunimmt (die Halbwärtsbreite nimmt mit zunehmendem Grad der Unschärfe zu).
Deshalb kann die Tiefe L anhand des Verhältnisses zwischen den Halbwärtsbreiten w1 und w2 aus der folgenden Gleichung bestimmt werden (Schritt 11). L = f(w2/w1) (6)wobei f eine Funktion ist, die experimentell bestimmt wird.
Die Maximalhöhen h1 und h2 und die Halbwärtsbreite w1 werden anhand der Tiefe L durch die folgende Gleichung zur Bestimmung der Korrekturwerte H1, H2 und W korrigiert (Schritt 12). H1 = g1(h1, L) (7) H2 = g2(h2, L) (8) W = g3(w1, L) (9)wobei g1, g2 und g3 Funktionen sind, die experimentell bestimmt werden.
Die Hämoglobinkonzentration HGB und der Hämatokrit HCT werden auf die voranstehend genannte Weise anhand der korrigierten Werte H1, H2 und W berechnet (Schritt 13).
In dem Analysebereich 2 führt der Extraktionsbereich 21 die Schritte 2, 3, 7 und 8, der Quantifizierungsbereich 22 die Schritte 4, 5, 9 und 10 und der Berechnungsbereich 23 die Schritte 11 bis 14 aus.
Die so erhaltenen Ergebnisse werden in dem Ausgabebereich (CRT) 24 angezeigt, wie in 9 gezeigt ist.
In 9 entsprechen die Bilder D1, D2 und D3 den 5, 6 bzw. 7. "LED1" und "LED2" entspricht der LED 11a bzw. LED 11b. "Maximalwert" und "Breite" entsprechen den Maximalhöhen h1, h2 bzw. den Halbwärtsbreiten w1, w2.
Obwohl sich die Bildaufnahmevorrichtung 5 in dieser Ausführungsform aus der CCD zusammensetzt, kann ein Liniensensor stattdessen eingesetzt werden. In solch einem Fall kann das Dichteprofil direkt bei den Schritten 3 und 8 erhalten werden, wie in 4 gezeigt ist. Eine spezielle Betrachtung ist jedoch erforderlich, z.B. sollte ein Liniensensor mit zwei Linienelementen verwendet werden, da der Liniensensor nicht immer senkrecht zum Blutgefäß angeordnet ist.
Während die Berechnung der Hämoglobinkonzentration und des Hämatokrit zuvor beschrieben wurde, kann das Analysegerät gemäß dieser Ausführungsform ebenso als ein Anämie-Überprüfungsgerät verwendet werden. Da die Hämoglobinkonzentration und das Hämatokrit zueinander korrelieren, kann die grobe Überprüfung des Anämieausmaßes (Anämie-Überprüfung) dadurch durchgeführt werden, dass ein Teil des Verfahrensablaufs (Schritte 1 bis 5) in 4 unter Verwendung von einer der beiden Wellenlängen ausgeführt wird.
In dem Fall, in dem ein Blutgefäß in einer konstanten Tiefe von Interesse ist, kann der Schritt für die Tiefenkorrektur weggelassen werden. Eine grobe Tiefenkorrektur kann dadurch erzielt werden, dass nach einem Bildbereich mit dem besten Kontrast wie in Schritt 1a der 4 gesucht wird.
Ausführungsform 2
Zunächst wird der Aufbau eines Blutanalysegeräts gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform sind der Bildaufnahmebereich 12 und der Analysebereich 2 für eine genauere Korrektur modifiziert, als dies mit dem Korrekturverfahren der Ausführungsform 1 möglich ist.
10 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau des Analysegeräts der Ausführungsform 2 darstellt, in der gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile wie in 1 hinweisen. Ein Detektionsbereich 1a umfasst eine Lichtquelle 11 zum Beleuchten eines Teils der Gewebe eines lebenden Körpers einschließlich eines Blutgefäßes und einen Bildaufnahmebereich 12a mit einem konjugierten optischen System.
11 ist eine Querschnittsansicht des Detektionsbereichs 1a. Die Lichtquelle 11 besitzt den gleichen Aufbau wie in der Ausführungsform 1, und eine Erklärung derselben wird deshalb an dieser Stelle weggelassen.
Der Bildaufnahmebereich 12a umfasst ein Verfahrgestell 19a, das in Richtung der Pfeile A und B bewegbar ist, und eine Objektlinse 14a und eine Fokussierlinse 14b, die beide die gleiche numerische Apertur besitzen, eine Bildaufnahmevorrichtung 15, einen Raumfilter 18, einen Filterverfahrbereich 19b und einen Spiegel 17.
Der hintere Brennpunkt der Linse 14a fällt mit dem vorderen Brennpunkt der Linse 14b zusammen. Diese Linsen 14a und 14b sind derart angeordnet, dass sie einen gemeinsamen Brennpunkt besitzen, an dem der Raumfilter 18 angeordnet ist. Die Bildaufnahmevorrichtung 15 ist an dem hinteren Brennpunkt der Linse 14b angeordnet. Wie in der Ausführungsform 1 wird eine CCD oder dergleichen als Bildaufnahmevorrichtung 15 verwendet.
Wie in 11 gezeigt ist das Gestell 19a auf einem Verschiebemechanismus 31 befestigt, der in Richtung der Pfeile A und B durch den Antrieb eines Steppermotors M1 bewegt wird. Die Position des Brennpunktes F der Linse 14a kann so eingestellt werden.
12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in 11. Der Filterverfahrbereich 19b besitzt einen Verschiebebereich 34, der eine Filterbefestigungsplatte 33 stützt, die verschiebbar in Richtung der Pfeile C und D ist. Da ein Ritzel 33b des Steppermotors M2 in Eingriff mit einer Zahnstange 33 tritt, die in dem oberen Abschnitt der Filterbefestigungsplatte 33 vorgesehen ist, so verschiebt sich die Filterbefestigungsplatte 33 in Richtung der Pfeile C und D, wenn der Steppermotor M2 angetrieben wird.
Die Raumfilter 18, 18a, 18b und 18c sind an der Filterbefestigungsplatte 33 befestigt. Die Raumfilter 18, 18a und 18b sind lichtundurchlässige Platten, die jeweils ringförmige Lichttransmissionsschlitze 32, 32a und 32b mit unterschiedlichen Durchmessern besitzen. Der Raumfilter 18c ist eine lichtundurchlässige Platte mit einem runden Lichttransmissionsfenster 32c. Deshalb kann ein beliebig ausgewählter Raumfilter 18, 18a, 18b und 18c an dem gemeinsamen Brennpunkt mit Hilfe des Filterverfahrbereichs 19b platziert werden. Eine Situation, in der in der Tat kein Filter platziert ist, kann dadurch erzeugt werden, dass der Raumfilter 18c an dem gemeinsamen Brennpunkt platziert wird.
Der Analysebereich 2b umfasst einen Extraktionsbereich 21 zum Extrahieren eines Profils aus dem aufgenommenen Bild, einen Quantifizierungsbereich 22 zum Quantifizieren des Profils, einen Berechnungsbereich 23 zum Berechnen der Hämoglobinkonzentration und des Hämatokrit anhand der so quantifizierten Parameter, einen Ausgabebereich (CR) 24 zum Anzeigen der Berechnungsergebnisse, und einen Steuerbereich 25 zum Antreiben der Steppermotoren M1 und M2, um die Position des Brennpunkts und das Einführen der Raumfilter zu steuern.
In dem Detektionsbereich 1a, wie in 11 gezeigt ist, kann das von der Lichtquelle 11 emittierte Licht durch einen Finger 16 verlaufen, anschließend mit Hilfe des Spiegels 17 um 90° gedreht und mit Hilfe der Linsen 14a und 14b auf die Bildaufnahmevorrichtung 15 fokussiert werden.
Wenn der Raumfilter 18 (12) sich an der Position des gemeinsamen Brennpunkts befindet, wird lediglich Licht, das unter einem bestimmten Winkel durch Gewebe des Fingers 13 gestreut wird, auf die Bildaufnahmevorrichtung 15 fokussiert. Der bestimmte Winkel wird durch den Durchmesser des Schlitzes 32 bestimmt.
Indem das Verfahrgestell 19a entlang der optischen Achse (in Richtung der Pfeile A oder B) bewegt wird, kann ferner der Brennpunkt F an eine erwünschte Position in dem Gewebe des Fingers 16 gebracht werden.
Ein Analyseverfahren, das von dem Analysebereich 2b des Blutanalysegeräts mit einem solchen Aufbau auszuführen ist, wird nun unter Bezugnahme auf ein in 13 gezeigtes Flussdiagramm beschrieben.
(1) Berechnung der Hämoglobinkonzentration und des Hämatokrit
Zunächst wird der Raumfilter 18 von der Position des gemeinsamen Brennpunkts durch das Filterverfahrmittel 19b entfernt (Schritt S0). Der Bildaufnahmebereich hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Bildaufnahmebereich der Ausführungsform 1. Da das Verfahren zum Berechnen der Hämoglobinkonzentration und des Hämatokrit, das entsprechend den nachfolgenden Schritten 1a bis 10 ausgeführt wird, das Gleiche ist wie das der in 4 gezeigten Ausführungsform 1, wird eine Erklärung dessen hier weggelassen.
(2) Korrektur der berechneten Hämoglobinkonzentration und des Hämatokrit
Da diese Ausführungsform durch ein Korrekturverfahren im Schritt 12a charakterisiert ist, wird das Korrekturverfahren im Anschluss detaillierter unter Bezugnahme auf die in den 14 und 15 gezeigten Flussdiagramme beschrieben.
Der Raumfilter 18 wird an der Position des gemeinsamen Brennpunkts mit Hilfe des Filterverfahrbereichs 19b gebracht (Schritt 21).
In diesem Zustand befindet sich der Brennpunkt F an der Hautoberfläche des Fingers (Schritt 23). Die anfängliche Position des Brennpunkts F ist vorbestimmt, da die Fingereinführposition vorläufig fixiert ist.
Anschließend wird ein Bild aufgenommen (Schritt 24).
Der Bildaufnahmeschritt unterscheidet sich vom Schritt 1 (4). Das aufgenommene Bild wird aus Licht gebildet, das innerhalb eines bestimmten Winkels gestreut wird, und es wird im Anschluss als das "Streubild" der Klarheit wegen bezeichnet.
Das Streubild ist in 16 gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass lediglich Umfangsabschnitte des Blutgefäßes in dem Streubild eine große Helligkeit besitzen, da das Streubild nur aus dem Streulicht gebildet ist. Zum Vergleich ist ein Bild des gleichen Objekts, das in Schritt 1 der 4 erhalten wird, in 20 gezeigt.
In dem Extrahierbereich 21 wird ein Profil innerhalb des analytischen Bereichs, der in Schritt 2 bestimmt wird (4), aus dem Streubild erhalten (Schritt 25). Dieses Profil wird als "Streuprofil" zur Unterscheidung desselben von dem Bilddichteprofil, das in Schritt 3 erhalten wird (4), bezeichnet. Ein beispielhaftes Streuprofil ist in 17 gezeigt.
Der Quantifizierungsbereich 22 bestimmt ferner eine Basislinie BL des Streuprofils, und anschließend wird eine Maximalhöhe sh und eine Verteilungsbreite sw des Streuprofils bestimmt, wie in 18 gezeigt ist (Schritt 26).
Die Maximalhöhe und die Verteilungsbreite werden im Anschluss als die "Streumaximalhöhe sh" bzw. die "Streuverteilungsbreite sw" bezeichnet, um so etwaige Verwirrungen zu vermeiden. Ein Wert der so bestimmten Streuverteilungsbreite sw wird einmal als Minimalwert abgespeichert (Schritt 27).
Der Brennpunkt F wird um einen vorbestimmten Abstand ΔF nach innen von dem Finger 13 bewegt (Schritt 28).
Der Abstand ΔF liegt im Bereich von 0,1 mm.
In diesem Zustand wird die Verfahrensabfolge der Schritte 24 bis 26 zur Bestimmung der Streumaximalhöhe sh und der Streuverteilungsbreite sw wiederholt.
Die so bestimmte Streuverteilungsbreite sw wird mit dem zuvor abgespeicherten Minimalwert verglichen. Falls die Streuverteilungsbreite sw geringer als der abgespeicherte Wert ist, wird die Streuverteilungsbreite als ein neuer Minimalwert verwendet (Schritt 27).
Die Verfahrensabfolge der Schritte 24 bis 27 wird so lange wiederholt, bis der Brennpunkt eine vorbestimmte Tiefe erreicht (Schritt 28).
Die vorbestimmte Tiefe kann ungefähr 2 mm betragen, da das Blutgefäß sich typischerweise in einer subkutanen Tiefe von 1 bis 2 mm befindet.
Die so erhaltenen Streuverteilungsbreiten SW werden gegenüber der Position des Brennpunkts aufgetragen, wie in 19 gezeigt ist. Die Streuverteilungsbreite ist gleich dem Minimum, wenn sich der Brennpunkt bei der Tiefe befindet, in der das Blutgefäß vorhanden ist. Dies bedeutet, dass das Streulichtbild am schärfsten ist, wenn der Brennpunkt des Bildaufnahmesystems mit der Position des Blutgefäßes übereinstimmt.
Deshalb entspricht die Position des Brennpunkts, an der ein Blutgefäßbild mit der minimalen Breite erhalten wird, der subkutanen Tiefe L' des Blutgefäßes, wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform 1 beschrieben wurde (Schritt 29). Die subkutane Tiefe kann genauer bestimmt werden. Eine Streumaximalhöhe SH1 und eine Streuverteilungsbreite SW1 werden in diesem Zustand erhalten (Schritt 30).
Entsprechend diesem Flussdiagramm wird lediglich der Minimalwert der Streuverteilungsbreite abgespeichert. Alternativ können sämtliche Streumaximalhöhen SH und Streuverteilungsbreiten SW, die dadurch erhalten werden, dass die Position des Brennpunktes verändert wird, abgespeichert werden und anschließend zu einer geeigneten Funktion zur Bestimmung des Minimalwertes angepasst werden.
Der Brennpunkt des Bildaufnahmesystems wird dann in die subkutane Tiefe L' bewegt (Schritt 31), und der gegenwärtig verwendete Raumfilter wird durch den Raumfilter 18a ausgetauscht und mit Hilfe des Filterverfahrbereichs 19b befestigt.
Der Raumfilter 18a unterscheidet sich hinsichtlich des Durchmessers von dem Raumfilter 18. Das bedeutet, dass der Winkelbereich des Streulichts für die Bildformation verändert ist.
Ein Streulichtbild wird unter Verwendung des Raumfilters 18a aufgenommen (Schritt 33), und die Extraktion (Schritt 34) und die Quantifizierung (Schritt 35) eines Streuprofils werden auf die gleiche, zuvor beschriebene Weise durchgeführt. Anschließend werden eine Streumaximalhöhe SH2 und eine Streuverteilungsbreite SW2 bestimmt (Schritt 36). Ferner wird im Wesentlichen der gleiche Verfahrensablauf, der zuvor beschrieben wurde, unter Verwendung des Raumfilters 18b durchgeführt (Schritte 37 bis 41).
Die Streumaximalhöhen SH1 bis SH3 und die Streuverteilungsbreiten SW1 bis SW3, die so erhalten werden, geben die optischen Charakteristika wieder, d.h. den Streufaktor und den Absorptionsfaktor der Gewebe des lebenden Körpers. Genauer nimmt die Streumaximalhöhe mit zunehmendem Absorptionsfaktor des lebenden Körpers ab. Mit zunehmenden Streufaktor nimmt die Streumaximalhöhe ab, und die Streuverteilungsbreite nimmt zu. Deshalb geben diese Parameter den Streufaktor und den Absorptionsfaktor der Gewebe des lebenden Körpers wieder.
Wie in Ausführungsform 1 beschrieben wurde, wird das Bilddichteprofil durch die Störung der Körpergewebe beeinflusst. Die Korrektur für diese Störung wird anhand des Verhältnisses zwischen den Verteilungsbreiten der Bilddichteprofile in der Ausführungsform 1 durchgeführt.
In der Ausführungsform 2 können, da die Störung durch die Körpergewebe direkt anhand der zuvor genannten Parameter quantifiziert werden kann, genauere Ergebnisse erhalten werden. Genauer werden die Maximalhöhe h1 und die Verteilungsbreite w1 in der Gleichung (4) durch die folgende Gleichung zur Bestimmung einer korrigierten Maximalhöhe H1 und einer korrigierten Verteilungsbreite W korrigiert (Schritte 42 und 43). H1' = g1'(h1, L', SH1, SH2, SH3, SW1, SW2, SW3) (10) W' = g3'(w1, L', SH1, SH2, SH3, SW1, SW2, SW3) (11)
Die Funktionen g1' und g3' können experimentell oder, alternativ, theoretisch bestimmt werden.
Zur Messung bei der zweiten Wellenlänge (Schritt 44) werden der Austausch des Raumfilters, das Aufnehmen eines Streufilters, die Extraktion eines Streuprofils, die Berechnung der Streuparameter SH1' bis SH3' und SW1' bis SW2' durchgeführt (Schritt 45), und anschließend wird die Maximalhöhe h2 in der Gleichung (4) zur Bestimmung einer korrigierten Maximalhöhe H2' wie folgt korrigiert (Schritte 44 und 45). H2' = g2'(h2, L', SH1', SH2', SH3', SW1', SW2', SW3') (12)
Eine Funktion g2' wird auf die gleiche Weise wie die Funktion g1' bestimmt. Anschließend kehrt die Routine zum Schritt 13a in 13 zurück. Die Hämoglobinkonzentration HGB und der Hämatokrit HCT werden anhand von H1', H2' und W' bestimmt (Schritt 13a).
Ausführungsform 3
Die Blutanalysegeräte, die in den Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben wurden, sind Blutanalysegeräte vom Transmissionstyp, bei denen die Konzentration eines Blutbestandteils anhand eines transmittierten Lichtbildes berechnet wird. Andererseits verwendet die Ausführungsform 3 ein Blutanalysegerät des Reflektionstyps, bei dem die Konzentration eines Blutbestandteils anhand eines reflektierten Lichtbildes berechnet wird.
Während der Messort für das Blutanalysegerät vom Transmissionstyp auf Finger und Ohrläppchen beschränkt ist, durch die Licht transmittiert werden kann, ist das Blutanalysegerät vom Reflektionstyp vorteilhaft dahingehend, dass es auf einen weiten Bereich von Körperabschnitten, wie z.B, einer Sohle, einem Backen und einem Bauch, angewendet werden kann. Deshalb ist das Blutanalysegerät vom Reflektionstyp wirkungsvoll an Personen, wie z.B. einem Kind und einem Baby, deren Finger nicht auf einfache Weise fixiert und gehalten werden können.
Ebenso kann das in dieser Ausführungsform verwendete reflektierte Licht in einem kürzeren Wellenlängenbereich, nämlich 400 nm bis 950 nm, liegen. Da das eine kürzere Wellenlänge besitzende Licht durch Hämoglobin stärker absorbiert wird, ist es möglich, eine genauere Messung durchzuführen.
Der Aufbau des Blutanalysegeräts gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung wird nun im Anschluss beschrieben. 21 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Detektionsbereichs 1b gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. 22 ist eine Bodenansicht des Detektionsbereichs 1b. Das Blutanalysegerät der Ausführungsform 3 ist das gleiche wie das Blutanalysegerät der Ausführungsform 1, außer dass der Detektionsbereich modifiziert ist und deshalb eine Erklärung der anderen Elemente an dieser Stelle weggelassen wird.
Wie in den 21 und 22 gezeigt ist, ist der Detektionsbereich 1b kompakt aufgebaut, indem eine Bildaufnahmevorrichtung 15a und eine Linse 14b in einem mittleren Abschnitt eines rohrförmigen Gehäuses 41 untergebracht werden, und indem die LEDs 11c und 11d im Umfangsbereich desselben als eine Lichtquelle angeordnet werden. Die Lichtquelle kann Laserdioden umfassen oder kann von außerhalb durch Einsatz einer Ringfaser eingeführt werden. Falls eine größere Lichtmenge in dem Blutanalysegerät vom Reflektionstyp als in dem Blutanalysegerät vom Transmissionstyp erforderlich ist, kann die Anzahl der Lichtquellen, d.h. die LEDs 11c und 11d erhöht werden, um das Erfordernis in dieser Ausführungsform zu erfüllen.
Ein glockenförmiger Gummisitz 42 ist in dem Umfangsbereich des Gehäuses 41 zum stabilen Haltern des Detektionsbereichs 1b auf einem körperlichen Abschnitt 16a vorgesehen. Hier emittieren die LEDs 11c und 11d Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen, die der ersten und der zweiten Wellenlänge in der Ausführungsform 1 entsprechen. Die von dem Detektionsbereich 1b erhaltenen Bilder werden auf die gleiche Weise bearbeitet, wie es im Zusammenhang mit der Ausführungsform 1 bereits erklärt wurde.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die gewerbliche Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:

(1) eine transkutane Blutanalyse kann ohne Einsatz des Avaskularisationsverfahrens oder der Sphygmo-Spektrometrie realisiert werden;
(2) eine transkutane und nicht-invasive Bestimmung der Hämoglobinkonzentration und des Hämatokrit kann mit einem einfachen Aufbau realisiert werden;
(3) da ein bestimmtes Messobjekt (ein bestimmtes Blutgefäß von Interesse) bestimmt werden kann, können Ergebnisse mit verbesserter Wiederholbarkeit erhalten werden;
(4) die Hämoglobinkonzentration und das Hämatokrit können kontinuierlich überwacht werden;
(5) Ergebnisse können mit einer verbesserten Wiederholbarkeit mittels einer Bildbearbeitung erhalten werden;
(6) ein Blutanalysegerät mit verringerter Größe kann zu geringeren Kosten realisiert werden; und
(7) das Blutanalysegerät kann als Anämie-Überprüfungselement verwendet werden.

Claims

Nichtinvasives Blutanalysegerät, mit: einer Lichtquelle (11) zum Beleuchten eines Teils von Geweben eines lebenden Körpers mit einem Blutgefäß; einem Bild-Aufnahmebereich (12; 12a) zum Aufnehmen eines Bildes des beleuchteten Blutgefäßes und der Gewebe; und einem Analysebereich (2; 2b) zum Analysieren des aufgenommenen Bildes, wobei der Analysebereich (2) folgendes aufweist: einen Extraktionsbereich (21) zum Extrahieren einer Bilddichteverteilung in dem aufgenommenen Bild; einen Quantifizierungsbereich (22) zum Quantifizieren von Gestaltungscharakteristika der Bilddichteverteilung; einen Berechnungsbereich (23) zum Berechnen einer Menge eines Blutbestandteils anhand der quantifizierten Charakteristika; und einen Ausgabebereich (24) zum Ausgeben der berechneten Menge, dadurch gekennzeichnet, dass der Quantifizierungsbereich (22) dafür angepasst ist, die Gestaltungscharakteristika auf Basis eines Bilddichteprofils entlang einer Linie zu quantifizieren, die das Blutgefäß kreuzt.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Blutbestandteils die Hämoglobinkonzentration und/oder der Hämatokritwert ist.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (11) eine Lichtausgabevorrichtung aufweist, die dafür angepasst ist, selektiv Lichtstrahlen einer ersten und einer zweiten Wellenlänge auszugeben, die im Wesentlichen isosbestisch für oxidierte und reduzierte Hämoglobine sind.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Extraktionsbereich (21) dafür angepasst ist, nach einem Bereich in dem Bild zu suchen, wo ein Bild eines Blutgefäßes in dem schärfsten Kontrast steht, und die Bilddichteverteilung aus dem so gesuchten Bereich zu extrahieren.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quantifizierungsbereich (22) dafür angepasst ist, das Bilddichteprofil zu normalisieren, und einen Höchstwert (h) und eine Verteilungsbreite (w), die dem Durchmesser des Blutgefäßes entspricht, aus dem normalisierten Bilddichteprofil zu berechnen.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lichtquelle (11) eine Lichtausgabevorrichtung aufweist, die dafür angepasst ist, selektiv Lichtstrahlen einer ersten und einer zweiten Wellenlänge auszugeben; – der Quantifizierungsbereich (22) dafür angepasst ist, Höchstwerte (h1 und h2) und Verteilungsbreiten (w1 und w2) von ersten bzw. zweiten Profilen zu berechnen, die jeweils dadurch erhalten werden, dass Bilder des gleichen Teiles der Körpergewebe bei der ersten und zweiten Wellenlänge aufgenommen werden; und – der Berechnungsbereich (23) dafür angepasst ist, die Konzentration von Hämoglobin und den Hämatokritwert auf der Basis der berechneten Höchstwerte (h1 und h2) und Verteilungsbreiten (w1 und w2) zu berechnen.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Quantifizierungsbereich (22) dafür angepasst ist, eine Tiefe (L) zu schätzen, bei der das Blutgefäß angeordnet ist, und zwar auf der Basis der Verteilungsbreiten (w1 und w2) der ersten und zweiten Bilddichteprofile, die dadurch erhalten werden, dass Bilder des gleichen Teils der Körpergewebe bei der ersten und zweiten Wellenlänge aufgenommen werden, und die Höchstwerte (h1 und h2) auf Basis der Tiefe (L) zu korrigieren.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bild-Aufnahmebereich (12a) eine Objektlinse (14a), eine Fokussierungslinse (14b), einen Raumfilter (18), der zwischen den Linsen angeordnet ist und zweidimensional variable Durchlässigkeiten aufweist, und Filtersteuerungsmittel zum zweidimensionalen Variieren der Durchlässigkeit des Raumfilters aufweist.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bild-Aufnahmebereich (12a) ferner Anpassmittel zum Anpassen der Position eines Brennpunktes der Objektlinse (14a) bezüglich des Blutgefäßes aufweist.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Quantifizierungsbereich (22) dafür angepasst ist, das Bilddichteprofil zu normalisieren, und einen Höchstwert (h) und eine Verteilungsbreite (w), die dem Durchmesser des Blutgefäßes entspricht, aus dem normalisierten Bilddichteprofil zu berechnen.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Quantifizierungsbereich (22) dafür angepasst ist, eine Tiefe (L) zu berechnen, die zwischen einer Oberfläche der Körpergewebe und dem Blutgefäß definiert ist, und zwar auf Basis der Position des Brennpunktes der Objektlinse (14a), der durch die Anpassmittel derart angepasst wird, dass das schärfste Bild aufgenommen wird, und den Höchstwert (h) und die Verteilungsbreite (w) auf Basis der Tiefe (L) zu korrigieren.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Quantifizierungsbereich (22) dafür angepasst ist, das Bilddichteprofil zu normalisieren, und den Höchstwert (h) und die Verteilungsbreite (w), die dem Durchmesser des Blutgefäßes entspricht, aus dem normalisierten Bilddichteprofil zu berechnen.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Quantifizierungsbereich (22) dafür angepasst ist, den Höchstwert (h) und die Verteilungsbreite (w) auf Basis von mehreren Bildern zu korrigieren, die jedes Mal, wenn die Durchlässigkeit des Abstandsfilters zweidimensional variiert wird, aufgenommen werden.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner ein Befestigungselement zum Befestigen des lebenden Körpers bezüglich der Lichtquelle (11) und des Bild-Aufnahmebereichs (12; 12a) aufweist.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bild-Aufnahmebereich (12, 12a) dafür angepasst ist, ein Bild des Blutgefäßes und der Gewebe auf der Basis von transmittiertem Licht aufzunehmen.
Nichtinvasives Blutanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bild-Aufnahmebereich (12; 12a) dafür angepasst ist, ein Bild des Blutgefäßes und der Gewebe auf der Basis von reflektiertem Licht aufzunehmen.