DEA0015409MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 24. März 1952 Bekanntgemacht am 5. Juli 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die bekannten Meßverfahren zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes des Blutes, machen von, der Tatsache Gebrauch, daß die Lichtabsorption von oxydiertem und reduziertem Blut im monochromatischen Rotlicht von 6oo mmcr eine gleiche ist. Die Cuvettenmessung des Blutes ist bisher die einzig sichere, da sie nur zwei Faktoren enthält, nämlich den Gehalt an Sauerstoff und die Hämoglobinsättigung. Der Sauerstoffgehalt wird durch Rotlichtabsorption bestimmt, nachdem zuvor der Hämoglobingehalt durch Infrarotmessung festgestellt worden, ist.

Um zu einer unblutigem Messung zu kommen, wurden, Körperteile, wie Ohr oder Finger, direkt in, den Lichtweg eingebracht und durch den Grad der HellrO'tabsorption nach empirischer Eichung der O₂-Gehalt bestimmt. Diese Messung unterliegt großen, Abweichungen, da der Grad der Absorption ja nicht nur durch den O₂-Gehalt, sondern vor allem durch das Maß der Durchblutung bestimmt wird.

Um nun die Durchblutungsschwankungen möglichst zu kompensieren, wurde eine Hellrotzelle gegen eine Infrarotzelle geschaltet. Dadurch werden die Blutschwankungen, teilweise aufgehoben,

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teilweise deshalb, weil die Absorptionskurven von Hellrot und. Infrarot verschieden sind. Eine gewisse Eichung läßt sich bei diesen Geräten durchführen, wenn die Kompensation bei einem bestimmten

,5 Wert, und zwar bei einer normalen Sauerstaff-

'' Sättigung Von. 97% vorgenommen wird. Es wird dabei vorausgesetzt, daß jeder Mensch diesen Wert bei guter Durchatmung, eventuell mit Sauerstoff, erreicht. In pathologischen Fällen, ist das aber nicht gewährleistet.

Das bekannteste Verfahren dieser Art arbeitet mit Selenzellen verschiedener Oberflächengröße mit vorgesetztem Filter. Da aber die Empfindlichkeit der Selenzelle um mindestens eine Zehnerpotenz ge-

i,S ringer ist für Infrarot als für Hellrot, muß die Restkompensation außerhalb der Zelle mi ti verhältnismäßig niederohmigem Potentiometer erfolgen, was große Verluste zur Folge hat. Ein weiteres Verfahren, verwendet deshalb anstatt der wenig infrarotempfindlichen Selenzelle eine infrarotempfindliche Photozelle. Beide Verfahren unterliegen grundsätzlichen Fehlern. Zunächst behandeln, sie das Ohr, das sie zur Messung verwenden, als ein, homogenes Ganzes. Ferner verstoßen, sie gegen das photometrisehe Gesetz, das eine Division der beiden logarithmischen Meßwerte verlangt, während hier die arithmetischen Werte voneinander subtrahiert werden. Das erste Verfahren arbeitet mit einer Anzeigevorrichtung, die eine lineare Funktion der von den Photozellen abgegebenen Spannungen darstellt und deren Auswertung erst mittels einer logarithmischen Skala zu der gewünschten Ermittlung der Sättigungs'werte führt. Bei der Gegeneinanderschaltung beider Photozellen wird nicht die Differenz der Logarithmen der Photozellenspannungen,, sondern, die Differenz der Spannungen, selbst gebildet und dies ist der bekannte hauptsächliche Nachteil dieser Anordnung. Die Ablesung ermöglicht zwar für die Einzelwerte eine Ablesung im logarithmischen Maßstabe, bei einer Gegenein-' anderschaltung wird jedoch der Logarithmus der Differenz und nicht die Differenz der Logarithmen gebildet. Die Anzeige muß um so genauer werden, je niedriger die Sauerstoffsättigung ist. Eine weitere Fehlerquelle' besteht beim ersten Verfahren darin, daß sich ein großes· bestimmendes Blutgefäß ausschließlich im Lichtpfad einer der beiden. Wellenlängen befinden, kann, während bei dem zweiten, Verfahren dieser Fehler dadurch vermieden, wird, daß er durch einen teilverspiegelten Spiegel den Lichtpfad quantitativ teilt.

Bei einem dritten Verfahren wird der Weg des !einheitlichen optischen Lichtweges beschriften, indem er abwechselnd hell- und infrarotes Licht durch den' gleichen Pfad sendet und so· zwei Kurven gleichzeitig registriert, die eine genaue Vergleichsmöglichkeiit zwischen dem Verlauf der Sauerstoffsättigung' und der Blutfüllung ermöglichen. .
Weitere Verfahren gehen von der Tatsache aus, daß das Ohr meßtechnisch aus zwei im Verhältnis :völlig verschiedenen, Elementen besteht, und zwar erstens aus Grundstoffen, Geweben, Pigmenten usw., und zweitens aus dem eigentlichen Blut.

Das Blut ,selbst ist nach zwei Gesichtspunkten, zu bewerten, die sein Verhalten in/hellrotem Licht bestimmen, nämlich nach dem Hämoglobingehalt oder der Dichte und dem Gehalt an Sauerstoff. Die Werte für Grundstoffe und Hämoglobingehalt können für jedes einzelne. Ohr als feste Werte angenommen, werden, und gehen, in jede O₂-Messung als Konstanten, ein, die aber irgendwie eliminiert werden müssen. Aus diesem Gesichtspunkt heraus messen, diese Verfahren den Absorptionswert des blutleeren Ohres und verwenden, die so erhaltene Konstante in, einem Kurvenblatt, das nach, Erhalt des Instrumentenwertes des blutgefüllten Ohres eine absolute Feststellung des O₂-Gehaltes gewährleistet. .Abgesehen, von der Umständlichkeit dieses 'Verfahrens ' bewifkt es 'einen grundsätzlichen Fehler, indem¹ zur Korrektur des Endwertes nur 8o' der Wert der Infrarotmessung verwendet wird, um die Rechnung zu vereinfachen, während in Wirklichkeit doch auch der Hellrotwert in die Messung eingeht. Darüber hinaus zeigt auch hier das Ausgangsinstrument als Endergebnis der Messung den Differenzwert der beiden Zellenwerte, aber nicht, wie es erforderlich wäre, den Quotientenwert ihrer Logarithmen an.

Die nachfolgend beschriebene Erfindung vermeidet alle diese Fehler und erledigt alle Zusatzrechnungeii durch ihren Aufbau in mathematisch richtiger Form, so daß das Ableseergebnis der einmal empirisch geeichten Skala für j edes Ohr unabhängig von Dicke, Farbe und Hämoglobingehalt den tatsächlichen O₂-Wert direkt abzulesen und somit auch zu registrieren, gestattet. Die Grundformel für Vergleichsmessungen, von Absorptionen in zwei monochromatischen Lichtbändern für blut- gefüllte Organe lautet:

Sauerstoffsättigung 5 =

oR

ι log I_IR—logI₀,

Hierin ist I_oR die Intensität im Rotbereich bei blutleerem Ohr, 1% die Intensität im Rotbereich mit blutgefülltem Ohr, I_olR. die Intensität im Infrarotbereich bei blutleerem Ohr und I_iR die Intensität im Infrarotbereich bei blutgefülltem Ohr.

Erfindungsgemäß lassen sich die beschriebenen Fehler dadurch vermeiden, daß zunächst, z. B. mittels logarithmischer Verstärker, die Logarithmen der Infrarot- und Rotintensität am blutleeren Ohr gemessen, darauf die Einzelmeßwerte z. B. durch Verstellung der Verstärkung oder Zellensaugspannungen gleichgemacht und sodann, die beiden nunmehr gleichen Werte durch eine Gegenspannung auf Null gebracht werden und, daß mit dem so eingestellten Meßgerät nun das blutgefüllte Ohr hinsichtlich Rot- und. Infrarotintensität ge- messen wird. Auf diese Weise wird eine echte BiI-dung des Logarithmuswertes sowohl für die Rotwiei für die Infrarötmessung vorgenommen, und es wird durch Bildung des Quotienten der Differenzen je zweier Logarithmen eine unmittelbare Anzeige , , des Sauerstoff wertes erzielt, die exakt und frei von mathematischen Vereinfachungen ist. ■■■.■ .-..-, ·■-

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■ Die Erfindung_: sei an einem Ausführungsbeispiel in einer Abbildung veranschaulicht: Das dargestellte Meßgerät besteht im wesentlichen aus einer Zellenkombination mit, einer hellrotempfindlichen Zelle ι und einer infrarotenipfindlichen Zelle 2, zwei logarithmischen Verstärkern 3, 4 mit je einem Ausgangsspannungsanzeiger 5, 6 und einem Quotientenmeßwerk 7.

Als lichtempfindliche Zellen können Selenzellen mit vorgesetzten Filtern, oder Photozellen verschiedener Farbempfindlichkeit oder eine Kombination von beiden verwendet werden. Geeignet sind solche Anordnungen, bei denen insbesondere die beiden Zellen 1 und 2 im gleichen Lichtpfad liegen.

Zur Verstärkung, können in, Verbindung mit einer gleichmäßig starken Lichtquelle, logarithmische Gleichstromverstärker, in. Verbindung mit einer intermittierenden Lichtquelle Wechselstromverstärker mit anschließender Gleichrichtung verwendet werden. Von, den beiden Verstärkern wird zweckmäßig einer eichbar ausgebildet, um Kontrollmessungen der Lichtintensität durchzuführen, die für ein bestimmtes Gerät immer gleichbleiben muß. Auch der Abstand zwischen, Lichtquelle und. Lichtzelle muß gleichbleibend sein. Der andere Verstärker ist ebenfalls regelbar, um die beiden Ausgangsspannungen auf den gleichen Wert bringen zu können, was ebensoi erreicht werden kann durch Veränderung der Saugspannung an einer der beiden Zellen oder durch unterschiedliche Beeinflussung der die Zellen, treffenden Lichtintensitäten durch Blenden od. dgl.

Um die beiden Ausgangsspannungen an den Instrumenten 5 und 6 nach ihrer Gleichmachung auf Null bringen zu können, sind zwei Kompensationsspannungsquellen 8 und 9 vorgesehen, mit Hilfe deren über je einen Spannungsteiler 10, 11 die beiden, gleichgemachten Ausgangsspannungen auf Null zurückgebracht werden können.

Das Quotientenmeßwerk ist unmittelbar in, O₂-Werten geeicht.

Die Sauerstoffmessung wird auf folgende Weise durchgeführt:

Vor der eigentlichen. Messung werden Verstärker und Lichtquelle geeicht. Die Eichung der Verstärker erfolgt durch Anlegen einer Eichspannung. Mit dem so^ geeichten Verstärker wird der Ausschlag gemessen, den das Licht einer Zelle erzeugt. Bei den späteren Messungen kann dann der SO' ermittelte Wert als Vergleichswert dienen. Die Eichung der O₂-Skala am Quotientenmeßwerk 7 erfolgt auf empirischem Wege.

Mit dem so> geeichten Gerät werden, die einzelnen, Messungen auf folgende Weise durchgeführt:

Zunächst werden bei blutleergemachtem Ohr die beiden Meßwerte an den Instrumenten 5 und 6 abgelesen und durch Verstellung des nicht geeichten Verstärkers, vorzugsweise des Infrarotverstärkers 4, der Ausschlag am Instrument 6 auf den gleichen Wert gebracht wie der Ausschlag am Instruments. Dies kann, statt durch Verstärkungsregelung auch durch Veränderung der Saugspannung der Infrarotzelle geschehen, Die so¹ gleichgemachten Spannungswerte werden dann durch Einstellung des Doppelpotentiometers 10,. 11 auf Null zurückgebracht. Damit-ist das Gerät für den betreffenden.Patienten für die eigentliche Sauerstoffmessung so eingestellt, daß der Einfluß ,des Grundstoffes .ausgeschaltet ist, und bei der nun folgenden Messung mit blutgefülltem Ohr am Quo-tientenmeßwerk 7 unmittelbar der O₂-Gehalt abgelesen werden, kann.

Das oben angegebene Verfahren stellt eine exakte meßtechnische Lösung der angegebenen Gleichung für die Sauerstoffsättigung dar. Gegenüber der idealisierten Durchstrahlung planparälleler Küvetten mit streng monochromatischem Licht sind in der praktischen Anwendung noch Abweichungen der Meßwerte gegenüber der Formel möglich, die durch Annahme zusätzlicher korrigierender Glieder berücksichtigt werden können. Man, kann, die Messung ζ. B. dadurch verfeinern, daß man auf Grund einer Zwischenbestimmung des Hämpglobingehaltes eine Korrektion, vornimmt. Hierzu kann eine Mehrzahl von Skalen am Anzeigeinstrument vorgesehen sein, deren Wahl durch, die Infrarothilfsmessung bestimmt wird.

■ Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und. auch andere AusführungsfoT-men möglich.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur unblutigen Oximetrie des Blutes durch Absorptionsmessung im roten und im infraroten Lichtband am blutleeren und anschließend am blutgefüllten Ohr, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst, z. B. mittels logarithmischer Verstärker, die Logarithmen, der Infrarot- und Rotintensität am blutleeren Ohr gemessen, daraufhin die Einzelmeßwerte, ζ. Β. durch Verstellung der Verstärkung oder Zellensaugspannungen, gleichgemacht und sodann die beiden nunmehr gleichen, Werte durch, eine Gegen spannung auf Null gebracht werden, und daß mit dem so· eingestellten Meßgerät nun das blutgefüllte Ohr hinsichtlich Rot- und Infra,-rotintensität gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den, gebildeten Differenzen der logarithmischem Werte der Lichtintensitäten durch, Anwendung eines entsprechenden Meßwerkes der Quotientenwert gebildet und, als Maß für die Sauerstoff Sättigung benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hämoglobingehalt zur Verfeinerung der Messung nach. Füllung des Ohres gesondert über die Infrarotzelle gemessen, wird, und daß für verschiedene Hämoglobinwerte getrennte Skalen benutzt werden.

4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach. Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Infrarot- und eine Rotzelle über getrennte logarithmische Verstärker mit einer Anzeigevorrichtung verbunden sind.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge^ kennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden logarithmischen Verstärker an Einzelinstrumente zur Kontrolle der Gleichmachung und Nullkompensation der Einzelmeßwerte und diese wiederum mit einem Quotientenmeßwerk verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2358992, 2439857.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen