EP2129283A1 - Verfahren zum ermitteln mikrovaskulärer schädigungen - Google Patents
Verfahren zum ermitteln mikrovaskulärer schädigungenInfo
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- EP2129283A1 EP2129283A1 EP08718120A EP08718120A EP2129283A1 EP 2129283 A1 EP2129283 A1 EP 2129283A1 EP 08718120 A EP08718120 A EP 08718120A EP 08718120 A EP08718120 A EP 08718120A EP 2129283 A1 EP2129283 A1 EP 2129283A1
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Definitions
- the invention relates to a method for noninvasive determination of microvascular damage to the arteries and capillaries,
- intima innermost layer of the vessel wall
- stenosis the vessel diameter narrows
- fat and inflammatory cells initially accumulate on damaged vessel walls, resulting in the accumulation of further fats, lime scale and various cells, so-called plaques, which reduce the vessel diameter. Due to the reduced blood flow, there is a shortage of organs and consequent oxygen deficiency.
- Microangiopathy is caused by a change in sorbitol levels in patients with diabetes.
- An increase in the sorbitol concentration causes a swelling of the intima, which in turn leads to a narrowing of the vessel diameter and thus to a reduced blood flow.
- Both arteriosclerosis and diabetic microangiopathy cause microvascular damage, which must be diagnosed as early as possible.
- the following are some explanations of how a microvessel analysis, ie an analysis of the state of the capillaries to arterioles according to the prior art is performed.
- the microangiopathy can be non- or minimally invasive u.a. detect under the microscope or by mirroring the fundus. There are also indirect indicators that indicate microangiopathic changes, such as low protein loss via the kidney.
- Ocular fundus reflection - diabetic retinopathy (retinal microvascular angiopathy);
- the ophthalmologist can look at the inner surface of the eyeball. With the help of a magnifying glass, the ophthalmologist looks through the pupil into the eye. The eye must be illuminated with a light source. Basically, there are two techniques to examine the ocular fundus:
- Direct ophthalmoscopy The ophthalmologist uses an electric, hand-held ophthalmoscope. The light of this eye mirror is directed into the patient's eye so that the ophthalmologist can look inside. The examination is relatively easy to perform, but shows only a small section of the fundus due to the high magnification. For details in the middle of the retina such as optic nerve exit point, yellow spot (macula) and the central blood vessels can be particularly accurately assessed.
- Indirect ophthalmoscopy The doctor holds a magnifying glass in front of the patient's eye with his outstretched arm. He supports the lozenge-holding hand on the forehead of the patient, in the other hand he holds a light source. The image of the fundus appears in this technique in about 2.5x magnification and upside down.
- the advantage! Compared to the direct examination is the larger overview and an improved depth of field.
- the indirect technique requires a bit more practice from the ophthalmologist.
- the ophthalmoscope can also be installed in the ophthalmologist's central examination device, the slit lamp (examination microscope). This allows the assessment with both eyes of the examiner (binocular) and additionally increases the optical quality.
- peripheral microangiopathy can be detected and examined very well by means of nail bed capillary microscopy or better still nail bed video capillary microscopy.
- the capillary microscope is the only simple, non-invasive method that allows the direct examination and evaluation of the microcirculation of the skin and the appearance of the capillaries.
- video technology it is also possible to record dynamic processes in the capillaries.
- capillary microscopy the blood flow in the capillaries can be observed directly under the microscope.
- Capillary damage can be visualized using fluorescent dyes. This is possible at any point on the body surface, preferably at the nail fold. From the appearance and the spatial distribution of these smallest vessels as well as from the likewise recognizable Blutfiuß statements about disturbances of the microcirculation can be made.
- the wall of the fine blood vessels in the kidneys also consists of proteins, which form a very fine mesh for filtering.
- the saccharified proteins are incorporated into this wall, it swells up and The meshes become coarser, which reduces the filterability of the kidney. The coarser mesh allows larger molecules to escape into the urine.
- Albumin is one of the proteins that first enters the urine through the kidneys in the event of functional impairment. There they can be detected. There are today very fine measuring methods that can already detect small amounts.
- a tissue sample is removed from the body.
- the removed tissue is examined by the pathologist under the microscope. But also chemical analyzes belong to the investigation methods.
- the findings from a biopsy allow statements about the histological structure of the examined tissue.
- the transcutaneous oxygen partial pressure measurement is a non-invasive method for the determination of the oxygen partial pressure at the skin surface, whereby a (rough) assessment of the fürbiutungssituation can be made.
- this method should always be used in combination with another method to make a reliable diagnosis.
- Ultrasonic Vascular diagnostics using ultrasound can be divided into acoustic and imaging procedures.
- the acoustic methods are usually understood the so-called pocket duplicator.
- the blood flow is converted into an acoustic signal.
- the echo of a coupled-in sound wave scattered by the erythrocytes is detected, which is shifted by the Doppler frequency with respect to the input signal. Since vascular changes result in a change in blood flow, the acoustic signal also changes at the location above the vascular change.
- the imaging Doppler method is based on the same laws as the pocket doppler examination, with the difference that the registered freque ⁇ zverschobenen signal is not in acoustic signal, but a visual signal is converted.
- Angiography is a procedure for vascular diagnostics, which is based on the X-ray diagnostic representation of the vessels.
- the patient is injected with an X-ray contrast agent, which highlights the blood flow in an X-ray.
- X-ray contrast agent which highlights the blood flow in an X-ray.
- angiography is a complicated and not safe procedure.
- Coronary angiography is an angiography of the coronary arteries and thus a special form of X-ray examination in which the coronary arteries be made visible.
- the lumens of the coronary arteries are filled via a cardiac catheter with X-ray contrast agent, which is injected into the coronary vessels.
- the Kontraststoffitz is made visible by X-rays and documented on film material or nowadays mostly on digital storage media. It serves to diagnose the morphological conditions of the coronary arteries (coronary arteries) and to localize stenoses as well as their type and extent.
- Impedance plethysmography refers to the medical examinations based on the measurement of the electrical current resistance (impedance) of the tissue section to be examined.
- a current is fed into the tissue of the patient via two electrodes.
- an electric field is set up in the tissue section to be examined, which varies as a result of the arterial pulsation of the blood within the vessels.
- Impedance plethysmography is used to determine the pulse wave transit time and form analysis of the pulse wave, since pathological changes in the arterial vascular system have an impact on the arterial Incwelie and its waveform.
- the method is suitable only for the large vessels of the arms and legs, hardly for the smaller vessels (for example, fingers and acres),
- Photoplethysmography is usually described as the photometric measurement method in which the light absorption of a tissue section dependent on the pulsation of the blood is recorded.
- the diagnostic possibilities correspond to those of the
- the object of the invention is to provide a noninvasive method for the reliable detection of microvascular damage.
- a volume pulse course of a first blood component in a bloodstream is determined.
- a volume pulse course of a second blood constituent different from the first blood constituent is determined in a bloodstream.
- This second blood constituent may, for example, be the total hemoglobin in the blood.
- a prerequisite for the method according to the invention is that the second blood component is bound to a red blood cell, as for example in the case of a hemoglobin derivative of the FaI! is.
- the first blood constituent must differ significantly from the second blood constituent in terms of physical properties such as size, weight, density, etc.
- the first blood component is preferably water.
- other blood components such as lipids, free plasma proteins or the like, which are located in the plasma, can also be used.
- the inventive method is based on the fact that microvascular damage, inter alia, to a change in the Permeability of the blood vessels lead.
- there is a change in manutstrombahn for erythrocytes in the capillaries this is due to the fact that the erythrocytes are larger than the actual capillary diameter. Only a high elasticity of the vessels, but also the erythrocytes, as well as an undiminished cross section of the Biutstrombahn is a probiemlose movement of the erythrocytes and thus a sufficient oxygen transport guaranteed.
- the gas exchange in the capillaries is achieved by a very close contact and the largest possible surface contact between the erythrocytes and the vessel wall.
- information regarding the nature of the blood vessels can also be derived from the shape of the determined votum pulse course of the first blood component and of the volume pulse profile of the second blood component.
- Weather information can be obtained by measuring the course of the flow rates of the first and second constituents of the blood. Preferably, the measurement of the flow rates in the laser Doppler method.
- the deviations between the individual blood components may be temporal offsets, but also in particular characteristic contour differences in the course of the flow velocity (current pulse course) and / or in the volume pulse profile.
- Volume pulses are particularly preferably plethysmographically, current pulses are particularly preferably recorded by means of laser Doppler.
- the flow of blood and blood components is primarily caused by the contraction of the ventricles, ie by "squeezing out.” If there were no vascular resistance in an idealized way, there would be only one current pud It would be sycophenous after systole because of the sudden increase in volume
- the aorta has the task of distributing the blood to the periphery of the body and, on the other hand, it transforms the intermittent flow of blood at the start of the aorta into a balanced flow, which is called the wind-bowl function Blood flow or the Current pulse responsible for both ventricles as well as the vesicle function.
- the laser-duplex flow measurement can be used to determine the current pulse curve, from which the actual flow rate of the erythrocytes and other blood components in the vessels can be derived, ie how fast the particles move forward.
- a pressure or volume pulse In addition to the blood flow (current pulse) also creates a pressure or volume pulse, which can be registered as a pulse wave. Due to the real vascular resistance, i. The fact that blood can not flow freely after the ventricular contraction causes a local dilation of the vessels, which migrates from the aorta to the periphery in the form of a pulse wave.
- the pulse duration starts immediately after the ventricular contraction and is significantly faster than the blood flow (the mean flow velocity is about 5 to 20 cm / s), in each case a local pressure and volume increase, which can be measured for example by means of photo- or Impendanzplethysmographie.
- the mean Incwellengeschwi ⁇ dtechnik is ca, 600 - 1000 cm / s).
- the flow velocity and the pulse wave velocity are two different superimposed phenomena that can be independently detected and evaluated.
- the flow rate is usually shown as a function of time v (t), but is sometimes referred to as the finite pulse i (t).
- the measurement of the volume pulse course of the first blood component and the second blood component is preferably carried out by the following method.
- a radiation source wherein the emission of the measuring radiation can be carried out continuously, but in particular is effected sequentially.
- the light intensity is influenced by the wavelength-dependent absorption capacity of the water and of the other biological constituent.
- the pulsatile course of the measuring radiation for both wavelengths is recorded and stored.
- an averaging takes place over a plurality of pulsation cycles,
- the steps relevant to the invention takes place independently of the acquisition of the physical data on the body of the P crizn. For example, it is possible to perform a measurement to determine the absorption values at two wavelengths on the patient's body, whereupon these absorption values are stored for further processing.
- the stored absorption values can now be further processed at a different location or at a different time with the aid of the abovementioned steps essential to the invention.
- the processing of the determined values can, for example, take place on a computing device such as a PC which has no connection to the body of the patient.
- the execution of the essential steps of the method according to the invention is independent of the presence of a patient.
- the at least two wavelengths used are a first wavelength which is absorbed substantially only by the second blood constituent and not by the first constituent of the blood. This may be, for example, the wavelength in the range of about 500 to 600 nm. Radiation of this wavelength is absorbed essentially only by the hemoglobin in the blood, but not by the first blood constituent. Furthermore, it is preferable to use a second length of stay which is absorbed substantially only by the water and not by the second blood constituent.
- This wavelength is absorbed essentially only by the first blood constituent and not by the hemoglobin.
- the Volumenpuisverlauf the individual Blut istteiie corresponds to the measured intensity profile of the emitted radiation for each wavelength.
- the laser Doppler method for determining the flow velocity will be briefly described below.
- laser Doppler flow measurement laser light is radiated into the tissue. This light is to some extent incident on the moving erythrocytes, which shifts the frequency of the light due to the optical Doppler effect.
- the wave trains backscattered from the tissue interfere with the photodetector of the sensor. Based on the resulting photocurrent can then be determined Doppier frequency and thus a measure of the blood flow velocity.
- An examination of the shape of the measured volume pulse curves with respect to amplitude, maxima and minima, slopes etc. is particularly preferred. Furthermore, a study of the variability of the shape of the volume pulse curve between the individual periods of a wavelength can be carried out. It is also possible to examine the contour differences between the pulse curve for the first blood component and the pulse curve for the second blood component within a period. Based on the last two steps, an overall variability study can also be done. When examining the time differences between the two Voiumenpulskurven also minima can be used in addition to local maxima.
- Fig. 1 is a graphical representation of Volumenpulsverêtn of
- Fig. 2 is a schematic view of a suitable device for
- Fig. 4 is a graph of current pulse curves in the arterial
- Pulse waveform can be determined.
- a volume pulse profile of the water content of the blood in a bloodstream is determined by emitting a measuring radiation with a wavelength of about 1200 nm.
- the absorption of said wavelength by a body part to be examined, for example a human finger is determined over time. Since this wavelength is absorbed almost exclusively by the water content of the blood, but hardly by the hemoglobin, the volume pulse profile of the water content can be derived directly from the determined absorption curve. Accordingly, the volume pulse profile for the total hemoglobin is determined at a wavelength of about 500-600 nm, since at this wavelength only absorption by the hemoglobin, but negligibly by the water in the blood takes place.
- comparable reference points in this case local maxima, temporal differences and amplitude differences between prominent points of the respective intensity curve of the water component and in the intensity curve of the hemoglobin antinode, are determined. Subsequently, a time difference ⁇ t of the determined local maxima in the intensity profiles of the water content and the hemoglobin content is determined or the ratio of the time differences and amplitude ratios is calculated.
- Another parameter for comparing the intensity curves for different wavelengths is e.g. the ratio of time differences within the respective intensity curve.
- the time interval D1 or D2 of the two maxima of the intensity curves within a pulse period and the time ratio D1 / D2 to be formed by the dicrotia are of importance
- amplitude ratios can be compared with each other.
- the pulsatile amplitudes Al and A2 for the two different wavelengths, ie in each case set to 100%.
- the relative amplitude differences A Di and A D1 caused by dikrotism can be compared with the second main maximum of the pulse wave in relation to the maximum amplitude Al and A2 and these ratios A D1 / A1 and A D i / A2 compared with each other.
- the volume pulse courses of the individual blood components can be subdivided into individual periods (ai, bi, C 1 ,... A 2 , b 2 , C 2 ...), Wherein the individual periods of the volume pulse course of a blood component (a lf bi, Ci ..,) with regard to their variability. From the differences between the individual periods of a Volumenpuisverlaufs further information about the nature of the blood vessels can be derived. Further findings can be obtained from the differences between the shape of the volume pulse course of the water fraction (a x ) and the shape of the Voiumenpulsverlaufs the hemoglobin portion (a 2 ) of a same period. A combination of the last two mentioned Vergieichs Kunststoffe can also be used to obtain further results. For comparison of the different intensity curves for two wavelengths with respect to time differences, shape and amplitude ratios, generally no knowledge of the absolute intensity ratios is required since only relative changes of these parameters to the maximummodulatal intensity change are important.
- the flow velocity of the water and of the hemoglobin fraction can be determined, for example, by a laser Doppler method, which also reacts sensitively to the different blood components at different light frequencies, so that further information can be derived from the determined flow velocity.
- FIG. 4 shows current pulses in the arterial system, whereby the flow still pulsating at the entrance of the arterial system assumes more and more continuous character with increasing distance from the aortic valve (to the right in FIG. 4). In the KapiSlarge vessels, the current pulse is almost completely damped.
- FIG. 2 shows by way of example a suitable device with which the volume pulse courses of different blood components can be determined.
- the device comprises a radiation source 12 and a first reflective radiation receiver 18 in the form of a photodiode, which are accommodated in a first receiving element 28.
- the first receiving element 28 opposite a second receiving element 30 is arranged, in which a second radiation receiver is housed in the form of a photodiode 22.
- a receiving space 38 is formed, which is suitable for receiving a body part 16 to be examined, such as a human finger.
- the light source 12 preferably a sequential radiation of a measuring radiation 14 of about 500-600 nm and 1100-1300 nm takes place.
- a portion 20 of the measuring radiation 14 is in the direction the reflective photodiode 18 is reflected, while a further portion 24 of the measuring radiation 14 is transmitted in the direction of the transmitted photodiode 22. It may be advantageous to detect the measuring radiation with the longer wavelength in transmission, the shorter wavelength reflexively.
- the basis of the different absorption of the different blood constituents for the wavelengths used and thus the received intensities is the La mbert-Beerschen law. The calculation of the transmitted intensity takes place according to the formula
- I 0 incident intensity
- ⁇ molar extinction coefficient
- c concentration
- d layer thickness
- the Lambert-Beersche law describes how the radiation intensity behaves when passing through an absorbing material depending on the concentration of the substance.
- the diameter of the layer thickness d changes slightly as a result of the blood pulsation and thus causes a small intensity modulation which is almost linear with respect to the layer thickness change.
- the linearity of the dependence follows directly from a series expansion of the Lambert-Beer law, whereby already the linear member of the series expansion with a sufficient accuracy the connection between the Absorption and the layer thickness d describes.
- the layer thickness change corresponds to the volume pulse profile
- a suitable device for carrying out the method according to the invention is described in particular in patent application "Device for Determining Concentrations of Blood Components" filed by the Applicant If so, other suitable devices for determining arterial progress of different blood constituents may also be used also the use of a device for determining volume pulse courses of different blood components for determining microvascular damage,
- the determined absorption values for the two waves of the measuring radiation 14 used are stored, whereupon a renewed sequential emission of the two wavelengths of the measuring radiation 14 takes place.
- Each repetition of this irradiation of the measuring radiation 14 stores the determined absorption values for each wavelength, whereupon the stored absorption values are combined to form a representation of the time profile of the absorption for each wavelength of the measuring radiation 14 used. From these absorption curves the volume pulse courses of the water as well as of the total hemoglobin can be determined.
- Possible parameters that can be extracted from a pulse curve are shown by way of example in FIG. 5. These can be parameters from the volume pulse curve as well as from the flow velocity curve. Based on this striking Parameters, as already described, information about the state of the blood vessels can be obtained.
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Description
Verfahren zum Ermitteln mikrovaskulärer Schädigungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nichtinvasiven Ermittlung mikrovaskulärer Schädigungen der Arterioien und Kapillaren,
Diese können beispielsweise hervorgerufen werden durch eine Arteriosklerose oder eine diabetisch bedingte Mikroangiopathie,
A!s Arteriosklerose bezeichnet man eine chronische Erkrankung der Arterien, bei der die Intima (Intima = innerste Schicht der Gefäßwand) Fett einlagert, die Gefäßwände dann verkalken und damit ihre Elastizität verlieren (Sklerosierung) und sich schließlich der Gefäßdurchmesser verengt (Stenosierung), Nach dem derzeitigen Stand der Forschung lagern sich zunächst Fett- und Entzündungszellen an beschädigten Gefäßwänden an, woraus sich schließlich durch Einlagerung weiterer Fette, Kalksaize und verschiedener Zellen, sogenannte Plaques bilden, die den Gefäßdurchmesser verringern. Aufgrund der Minderdurchblutung kommt es zu einer Unterversorgung der Organe und daraus folgend zu einem Sauerstoffmangel.
Eine Mikroangiopathie entsteht durch eine Veränderung des Sorbithaushalts bei Patienten mit Diabetes. Eine Erhöhung der Sorbitkonzentration verursacht eine Schwellung der Gefäßinnenhaut (Intima), die wiederum zu einer Verengung des Gefäßdurchmessers und damit zu einer Minderdurchblutung fuhrt.
Sowohl eine Arteriosklerose als auch die diabetische Mikroangiopathie verursachen mikrovaskuläre Schädigungen, die möglichst frühzeitig diagnostiziert werden müssen. Es folgen einige Erläuterungen, wie eine Mikrogefäßanalyse, d.h. eine Analyse des Zustandes der Kapillaren bis Arteriolen gemäß dem bisherigen Stand der Technik durchgeführt wird.
Die Mikroangiopathie kann man nicht- bzw. minimalinvasiv u.a. unter dem Mikroskop oder durch Spiegelung des Augenhintergrundes erkennen. Daneben gibt es indirekte Indikatoren, die auf mikroangiopathische Veränderungen hinweisen, wie beispielsweise geringer Eiweißverlust über die Niere.
Spiegelung des Augenhintergrundes - diabetische Retinopathie (mikrovaskuläre Angiopathie der Netzhaut);
Bei der Untersuchung des Augenhintergundes (Ophthalmoskopie) kann der Augenarzt die innere Oberfläche des Augapfels betrachten. Mit Hilfe eines Vergrößerungsglases blickt der Augenarzt durch die Pupille ins Augeninnere. Das Auge muss mit einer Lichtquelle erhellt werden. Grundsätzlich gibt es zwei Techniken, um den Augenhintergrund zu untersuchen:
• Direkte Ophthalmoskopie: Der Augenarzt verwendet einen elektrischen, handgehaltenen Augenspiegel (Ophthalmoskop). Das Licht dieses Augenspiegels wird so in das Patientenauge gelenkt, dass der Augenarzt ins Innere blicken kann. Die Untersuchung ist relativ einfach durchzuführen, zeigt aber aufgrund der starken Vergrößerung nur einen kleinen Ausschnitt des Augenhintergrunds. Dafür lassen sich Einzelheiten in der Mitte der Netzhaut wie Sehnervenaustrittspunkt, gelber Fleck (Macula) und die zentralen Blutgefäße besonders exakt beurteilen.
• Indirekte Ophthalmoskopie: Mit dem ausgestreckten Arm hält der Arzt eine Lupe vor das Patientenauge. Die lupenhaitende Hand stützt er an der Stirn des Patienten ab, in der anderen Hand hält er eine Lichtquelle. Das Bild des Augenhintergrundes erscheint bei dieser Technik in etwa
2,5-facher Vergrößerung und auf dem Kopf stehend. Der Vortei! gegenüber der direkten Untersuchung ist die größere Übersicht und eine verbesserte Tiefenschärfe. Allerdings erfordert die indirekte Technik etwas mehr Übung vom Augenarzt. Das Ophthalmoskop kann auch in das zentrale Untersuchungsgerät des Augenarztes, die Spaltlampe (Untersuchungsmikroskop) eingebaut werden. Das ermöglicht die Beurteilung mit beiden Augen des Untersuchers (binokular) und erhöht die optische Qualität zusätzlich.
Nagelbettmikroskopie - vorrangig diabetisch bedingte Mikroangiopathie der Akren:
Besonders in frühen Stadien der Erkrankung kann die periphere Mikroangiopathie sehr gut mittels Nagelbett-Kapillarmikroskopie oder besser noch Nagelbett-Videokapillarmikroskopie erkannt und untersucht werden. Die Kapillarmikroskopϊe erlaubt als einzige einfache, nicht beiastende Methode die direkte Untersuchung und Beurteilung der Mikrozirkulation der Haut und das Aussehen der Kapillaren. Bei Verwendung von Videotechnik bei der Untersuchung ist zusätzlich die Erfassung dynamischer Vorgänge in den Kapillaren möglich. Mit der Kapillarmikroskopie kann der Bfutfluß in den Kapillaren direkt unter dem Mikroskop beobachtet werden. Kapillarschäden lassen sich unter Verwendung von Fluoresenzfarbstoffen darstellen. Dies gelingt an jeder Stelle der Körperoberfläche, bevorzugt am Nagelfalz, Aus dem Aussehen und der räumlichen Verteilung dieser kleinsten Gefäße sowie aus dem ebenfalls erkennbaren Blutfiuß lassen sich Aussagen über Störungen der Mikrozirkulation treffen.
Mikroalbumin im Urin - diabetische Nephropathie (Mikroangiopathie der
Nierengefäße) :
Ist der Blutzucker langfristig erhöht, so werden alle Eiweiße, die sich im Körper befinden, verstärkt verzuckert. Die Wand der feinen Blutgefäße in den Nieren, besteht ebenfalls aus Eiweißen, die ein sehr feines Netz zur Filterung bilden.
Werden in diese Wand die verzuckerten Eiweiße eingebaut, quillt sie auf und
die Maschen werden gröber wodurch die Filterfähigkeit der Niere sinkt. Durch die gröberen Maschen können größere Moleküle in den Harn austreten. Albumin ist eines der Eiweiße, die bei einer Funktionseinschränkung als erstes über die Nieren in den Urin gelangen. Dort können sie nachgewiesen werden. Es gibt heute sehr feine Meßmethoden, die schon kleine Mengen nachweisen können.
Biopsie (minimalinvasiv) :
Bei einer Biopsie wird eine Gewebeprobe aus dem Körper entnommen. Das entnommene Gewebe wird vom Pathologen unter dem Mikroskop untersucht. Aber auch chemische Analysen gehören zu den Untersuchungsmethoden, Die Erkenntnisse aus einer Biopsie lassen Aussagen zum feingeweblichen Aufbau (der Histologie) des untersuchten Gewebes zu.
Transkutane Sauerstoffpartialdruckmessung :
Die transkutane Sauerstoffpartialdruckmessung ist ein nichtinvasives Verfahren zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdrucks an der Hautoberfläche, wodurch eine (grobe) Einschätzung der Durchbiutungssituation vorgenommen werden kann. Diese Untersuchungsmethode sollte aber immer in Kombination mit einer anderen Methode erfolgen, um eine sichere Diagnose zu stellen.
Im Folgenden wird kurz beschrieben, wie die Makrogefäßanalyse, d.h. eine Analyse des Zustandes der größeren Arteriolen gemäß dem bisherigen Stand der Technik durchgeführt wird.
Es kann mittels Gefäßdoppler und anderer angiologisch-radiologischer sowie plethysmographischer Methoden der Zustand der größeren Gefäße beurteilt werden, Diese sind aber eher im Bereich der Diagnose der Makroangiopathien anzusiedeln, die aber wiederum nicht zwängend auf eine Mikroangiopathie schließen lassen:
Ultraschall:
Die Gefäßdiagnostik mittels Ultraschall lässt sich in akustische und bildgebende Verfahren einteilen. Unter den akustischen Verfahren versteht man meist die sog. Taschendoppler. Dabei wird unter Ausnutzung des Doppler-Effekts der Blutfluss in ein akustisches Signal umgewandelt. Dazu wird das von den Erythrozyten gestreute Echo einer eingekoppelten Schallwelle detektiert, welches um die Dopplerfrequenz gegenüber dem Eingangssignal verschoben ist. Da Gefäßveränderungen in einer Veränderung des Blutflusses resultieren, ändert sich auch das akustische Signal an der Steile über der Gefäßveränderung, Das bildgebende Doppler-Verfahren beruht auf den selben Gesetzmäßigkeiten wie die Untersuchung mittels Taschendoppler, mit dem Unterschied, dass das registrierte frequeπzverschobenen Signal nicht in ein akustisches Signal, sondern ein visuelles Signal umgewandelt wird.
Mit Hilfe der Ultraschalldiagnostik lassen sich Stenosierungen und Sklerosierungen jedoch grundsätzlich nur in den großen Arterien erkennen (d>3mm). Kleinere Gefäße sind per Ultraschall kaum darstellbar, noch weniger etwaige Veränderungen derer. Beim Erkennen einer Stenosieruπg der großen Gefäße ist aber das irreversible Stadium der Arteriosklerose schon erreicht,
Angiographie:
Die Angiographie ist ein Verfahren zur Gefäßdϊagnostik, welches auf der röntgendiagnostischen Darstellung der Gefäße beruht. Hierzu wird dem Patienten ein Röntgenkontrastmittel injiziert, welches den Blutfluss in einer Röntgenaufnahme hervorhebt. Mit diesem Verfahren lassen sich selbst kleine Gefäße (Durchmesser bis ca. lmm) darstellen, womit auch eine Früherkennung arteriosklerotischer Veränderungen möglich ist. Die Angiographie ist jedoch ein aufwendiges und nicht ungefährliches Verfahren.
Koronarangiographie:
Die Koronarangiographie ist eine Angiographie der Herzkranzgefäße und damit eine spezielle Form der Röntgenuntersuchung, bei der die Koronararterien
sichtbar gemacht werden. Die Lumen der Herzkranzgefäße werden über einen Herzkatheter mit Röntgenkontrastmittel gefüllt, das in die Koronargefäße injiziert wird. Die KontrastmittelfüHung wird mittels Röntgenstrahlen sichtbar gemacht und auf Filmmaterial oder heutzutage meist auf digitalen Speichermedien dokumentiert. Sie dient zur Diagnostik der morphologischen Verhältnisse der Herzkranzgefäße (Koronararterien) und zur Lokalisierung von Stenosen sowie deren Art und Ausmaß.
Plethysmographie:
Als Impedanzplethysmographie werden die medizinischen Untersuchungen bezeichnet, die auf der Messung des elektrischen Wechseistromwiderstandes (Impedanz) des zu untersuchenden Gewebesbschnittes beruhen. Bei diesem Verfahren wird über zwei Elektroden ein Strom ins Gewebe des Patienten eingespeist. Durch den eingespeisten Strom wird im zu untersuchenden Gewebeabschnitt ein elektrisches Feld aufgebaut, welches durch die arterielle Pulsation des Blutes innerhalb der Gefäße variiert. Die Impedanzplethysmographie wird zur Bestimmung der Pulswellenlaufzeit und zur Formanalyse der Pulswelle angewandt, da pathologische Änderungen im arteriellen Gefäßsystem einen Einfluss auf die arterielle Puiswelie und deren Kurvenform haben. Das Verfahren eignet sich jedoch nur für die großen Gefäße der Arme und Beine, kaum für die kleineren Gefäße (z.B. Finger und Akren),
Als Photoplethysmographie wird meist die photometrische Meßmethode beschrieben, bei der die von der Pulsation des Blutes abhängige Lichtabsorption eines Gewebeabschnittes aufgezeichnet wird. Die diagnostischen Möglichkeiten entsprechen denen der
Impedanzplethysmographie, mit dem Unterschied, dass dieses Verfahren auch akral für die kleinen Gefäße angewandt werden kann. Die diagnostische Aussage zum Vorliegen einer Arteriosklerose ist aber bei geringeren Ausprägungsstufen nicht signifikant und nur beim Vorliegen einer
ausgeprägten und nicht mehr reversiblen Form diagnostisch etwas zuverlässiger.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein nichtinvasives Verfahren zur zuverlässigen Ermittlung mikrovaskulärer Schädigungen zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1,
Bei dem Verfahren zum nichtinvasiven Ermitteln mikrovaskulärer Schädigungen wird ein Volumenpulsverlauf eines ersten Blutbestandteils in einer Blutbahn ermittelt. Außerdem wird ein Volumenpulsverlauf eines zweiten vom ersten Blutbestandteil verschiedenen Biutbestandteüs in einer Blutbahn ermittelt. Bei diesem zweiten Blutbestandteil kann es sich beispielsweise um das Gesamthämoglobin im Blut handeln. Anschließend werden vergleichbare Referenzpunkte, wie beispielsweise lokale Maxima in dem Volumenpulsverlauf des ersten Biutbestandteils sowie in dem Voiumenpulsverlauf des zweiten Blutbestandteits ermittelt. Anschließend erfolgt ein Ermitteln einer zeitlichen Differenz der ermittelten Differenzpunkte in den Volumenpulsveriäufen des ersten Blutbestandteils und des zweiten Blutbestandteils.
Voraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass der zweite Blutbestandteil an einen Erythrozyten gebunden ist, wie es beispielsweise bei einem Hämoglobinderivat der FaI! ist. Der erste Blutbestandteil muss sich von dem zweiten Blutbestandteil hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise Größe, Gewicht, Dichte usw., signifikant unterscheiden. Bei dem ersten Blutbestandteil handelt es sich bevorzugt um Wasser. Jedoch können auch weitere Blutbestaπdteile, wie beispielsweise Lipide, freie Plasmaproteine o.Ä,, verwendet werden, die sich im Plasma befinden.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Tatsache, dass mikrovaskuläre Schädigungen unter anderem zu einer Veränderung der
Durchlassfähigkeit der Blutgefäße führen. Insbesondere kommt es zu einer Veränderung der DurchSassfähigkeit für Erythrozyten in den Kapillaren, Dies liegt darin begründet, dass die Erythrozyten größer sind als der eigentliche Kapiilardurchmesser. Nur doch eine hohe Elastizität der Gefäße, aber auch der Erythrozyten, sowie durch einen unverminderten Querschnitt der Biutstrombahn ist eine probiemlose Bewegung der Erythrozyten und damit ein ausreichender Sauerstofftransport gewährleistet. Der Gasaustausch in den Kapillaren kommt dabei durch einen sehr engen Kontakt und eine möglichst große Oberflächenberührung zwischen den Erythrozyten und der Gefäßwand zustande. Bei einer Veränderung der Durchlassfähigkeit für die Erythrozyten in den Kapillaren kommt es zu einer zeitlichen Differenz, beispielsweise zwischen dem Hämogiobinvolumenpuls und dem Wasservolumenpuls im Blut, die sich bis in die Arteräolen fortpflanzt, da die viel kleineren Wassermoleküie sich schneller durch eine Engstelle bewegen können, bzw. ihre Geschwindigkeit unabhängig von der Elastizität der Gefäßwand ist. Aus der ermittelten zeitlichen Differenz in den Volumenpulsverläufen des ersten Biutbestandteils und des zweiten Blutbestandteils, z. B. des Hämoglobins, können Informationen bezuglich der Beschaffenheit der Blutgefäße abgeleitet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass eine mikrovaskuläre Schädigung diagnostiziert wird, wenn der Betrag der zeitlichen Differenz zwischen dem Volumenpuls des ersten Blutbestandteils und dem Volumenpuls des zweiten Biutbestandteils einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Die Festlegung eines geeigneten Schwellenwertes kann dabei anhand von diagnostischen Gesichtspunkten erfolgen.
Neben einer zeitlichen Differenz zwischen dem Wasservolumenpuis und dem Volumenpuls des zweiten Blutbestandteils kommt es häufig zu einer Veränderung der Form der Volumenpulsverläufe, sofern eine mikrovaskuiäre Schädigung vorliegt. Somit können aus der Form des ermittelten Votumenpulsverlaufs des ersten Blutbestandteiis und des Volumenpulsverlaufs des zweiten Blutbestandteils ebenfalls Informationen bezüglich der Beschaffenheit der Blutgefäße abgeleitet werden.
Wettere Informationen können durch Messen des Verlaufs der Strömungsgeschwindigkeiten des ersten Biutbestandteiis sowie des zweiten Blutbestandteils gewonnen werden. Bevorzugt erfolgt die Messung der Strömungsgeschwindigkeiten im Laserdopplerverfahren.
Hintergrund der bisher beschriebenen Verfahrensschritte ist, dass verschiedene Blutbestandteile auf Grund von Mikroangiopathie unterschiedlich gut bzw. unterschiedlich schnell das Kapillarsystem passieren. Somit kommt es innerhalb eines systolischen Zyklus zu kurzen Konzentrations- und Geschwindigkeitsänderungen der einzelnen Blutbestandteile zueinander vor den Kapillaren. Diese Änderungen setzen sich rückwärts bis hin zu den Arteriolen fort. Dies hat zur Folge, dass die vorzugsweise simultan registrierten Volumen- und/oder Strompulse der einzelnen Blutbestandteile voneinander abweichen. Als Strompulse werden die
Strömungsgeschwindigkeiten der Blutbestandteile bezeichnet. Die Abweichungen zwischen den einzelnen Blutbestandteilen können zeitliche Versätze sein, aber auch insbesondere charakteristische Konturenunterschiede in dem Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit (Strompulsverlauf) und/oder in dem Volumenpulsverlauf. Volumenpulse werden insbesondere bevorzugt plethysmographisch, Strompulse werden besonders bevorzugt mittels Laser- Doppler aufgezeichnet.
Die Strömung von Blut und Blutbestandteilen wird primär durch die Kontraktion der Ventrikel, also durch das „Auspressen" verursacht. Gäbe es idealisiert keinen Gefäßwiderstand, gäbe es nur einen Strompuis. Durch die plötzliche Volumenzunahme und durch den realen Gefäßwiderstand wird nach der Systole zunächst der iinksventrikuläre Ausflusstrakt (Aorta) aufgedehnt. Die Aorta hat zum einen die Aufgabe, das Blut auf die Körperperipherie zu verteilen, zum anderen verwandelt sie in Folge ihrer Elastizität die stoßweise Blutströmung am Aortenanfang in eine ausgeglichene Strömung. Diesen Effekt nennt man Windkesselfunktion. Somit sind für die Blutströmung bzw. den
Strompuls sowohl Ventrikel wie auch die Windkesselfunktion verantwortlich. Zum Beispiel durch die Laser-Doppier-Flussmessung kann man die Strompulskurve ermitteln, aus der sich die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit der Erythrozyten und anderer Blutbestandteile in den Gefäßen ableiten lässt, also wie schnell sich die Teilchen voranbewegen.
Neben der Blutströmung (Strompuls) entsteht auch ein Druck- bzw. Volumenpuls, der als Pulswelle registriert werden kann. Durch den realen Gefäßwiderstand, d.h. dadurch, dass Blut nach der Ventrikeikontraktion nicht ungehindert abfließen kann, wird eine lokale Ausweitung der Gefäße bewirkt, die von der Aorta bis in die Peripherie in Form einer Pulswelle wandert. Damit verbunden ist jeweils ein lokaler Druck- und Volumenanstieg, welcher beispielsweise mittels Photo- oder Impendanzplethysmographie gemessen werden kann, Die Pulsweile startet unmittelbar nach der Ventrikelkontraktion und ist wesentlich schneller als die Blutströmung (die mittlere Strömungsgeschwindigkeit beträgt ca. 5 - 20 cm/s, die mittlere Puiswellengeschwiπdigkeit beträgt ca, 600 - 1000 cm/s).
Somit handelt es sich bei der Strömungsgeschwindigkeit und der Pulswellengeschwindigkeit um zwei verschiedene, sich überlagernde Phänomene, die unabhängig voneinander erfasst und ausgewertet werden können. Die Strömungsgeschwindigkeit wird meist als eine Funktion der Zeit v(t) dargestellt, wird jedoch gelegentlich auch als Fiusspuls i(t) bezeichnet.
Die Messung des Volumenpulsverlaufs des ersten Blutbestandteils und des zweiten Blutbestandteils erfolgt bevorzugt durch das folgende Verfahren. Zunächst erfolgt ein Ausstrahlen von mindestens zwei Messstrahlungen mit zwei verschiedenen Wellenlängen durch eine Strahlungsquelle, wobei das Ausstrahlen der Messstrahlungen kontinuierlich erfolgen kann, insbesondere aber sequentiell erfolgt. Ein durch ein zu untersuchendes Körperteil, beispielsweise einen menschlichen Finger, reflektierter bzw. transmittierter Anteil der Messstrahlung jeder Wellenlänge wird durch einen bzw. mehrere
Lichtempfänger, beispielsweise Fotodioden empfangen. Die Lichtintensität wird dabei durch das wellenlängenabhängϊge Absorptionsvermögen des Wassers und des anderen Biutbestandteils beeinflusst. Der pulsatile Verlauf der Messstrahlungen für beide Wellenlängen wird erfasst und gespeichert. Vorzugsweise erfolgt eine Mittelung über mehrere Pulsationszyklen,
Die erfindungsrelevanten Schritte wie das Ermitteln der Volumenpulsverläufe des ersten Blutbestandteils und des weiteren Blutbestandteils aus dem Intensitätsverlauf für die zwei verwendeten Wellenlängen, weiterhin das Ermitteln von vergleichbaren Referenzpunkten in den Volumenpulsverläufen, sowie das Ermitteln einer zeitlichen Differenz der ermittelten Differenzpunkte erfolgt unabhängig vom Erfassen der physikalischen Daten am Körper des Pattenten. Beispielsweise ist es möglich, eine Messung zur Ermittlung der Absorptionswerte bei zwei Wellenlängen am Körper des Patienten durchzuführen, woraufhin diese Absorptionswerte zur weiteren Bearbeitung gespeichert werden. Die gespeicherten Absorptionswerte können nun mit Hilfe der oben genannten erfindungswesentlichen Schritte an einem anderen Ort oder zu einer anderen Zeit weiterverarbeitet werden. Die Verarbeitung der ermittelten Werte kann beispielsweise auf einer Berechnungseinrichtung wie einem PC stattfinden, der keine Verbindung zum Körper des Patienten aufweist Somit ist die Durchführung der wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens unabhängig von der Anwesenheit eines Patienten.
Eine geeignete Vorrichtung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens ist beispielsweise in der von der Anmelderin eingereichten Patentanmeldung „Vorrichtung zum Ermitteln von Konzentrationen von Blutbestandteilen" beschrieben. Die Verwendung anderer geeigneter Vorrichtungen zum Ermitteln von Volumenpulsveriäufen verschiedener Blutbestandteile ist ebenfalls möglich.
Es ist besonders bevorzugt, dass es sich bei den mindestens zwei verwendeten Wellenlängen um eine erste Wellenlänge handelt, die im Wesentlichen nur durch den zweiten Blutbestandteil und nicht durch den ersten Biutbestandteil absorbiert wird. Dabei kann es sich beispielsweise um die Wellenlänge im Bereich von ca. 500 bis 600 nm handeln. Eine Strahlung dieser Wellenlänge wird im Wesentlichen nur durch das Hämoglobin im Blut absorbiert, nicht aber durch den ersten Blutbestandteil. Weiterhin wird bevorzugt eine zweite Weilenlänge verwendet, die im Wesentlichen nur durch das Wasser und nicht durch den zweiten Blutbestandteil absorbiert wird. Dabei kann es sich beispielsweise um die Wellenlänge im Bereich von etwa 1100 - 1300 nm handein. Diese Wellenlänge wird im Wesentlichen nur von dem ersten Blutbestandteil und nicht von dem Hämoglobin absorbiert. Durch die Verwendung solcher geeigneter Wellenlängen ist es möglich, auf einfache Weise einen Volumenpulsverlauf des ersten Blutbestandteils und des Volumenpulsverlaufs des zweiten Blutbestandteils zu ermitteln. Der Volumenpuisverlauf der einzelnen Blutbestandteiie entspricht hierbei dem gemessenen Intensitätsverlauf der emittierten Strahlung für jede Wellenlänge.
Im Folgenden wird das Laserdopplerverfahren zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit kurz beschrieben.
Bei der Laser-Doppler-Flussmessung wird Laserlicht in das Gewebe eingestrahlt. Dieses Licht trifft zu einem gewissen Teil auf die sich bewegenden Erythrozyten, wodurch sich die Frequenz des Lichts aufgrund des optischen Doppler-Effekts verschiebt. Die aus dem Gewebe zuruckgestreuten Wellenzüge interferieren auf dem Fotodetektor des Sensors. Auf Basis des resultierenden Fotostroms kann dann die Doppier-Frequenz und damit ein Maß für die Blutflussgeschwindigkeit ermittelt werden.
Auch bei dem Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit, die im Laserdopplerverfahren gemessen wird, kann eine Formanalyse der ermittelten
Kurve analog zu der Formanalyse der Voiumenpulskurven durchgeführt werden.
Besonders bevorzugt erfoigt eine Untersuchung der Form der gemessenen Volumenpulskurven im Hinblick auf Ampiitudenveriauf, Maxima- und Minima, Anstiege usw. Weiterhin kann eine Untersuchung der Variabilität der Form der Volumenpulskurve zwischen den einzelnen Perioden einer Wellenlänge erfolgen. Ebenfalls ist es möglich, die Konturenunterschiede zwischen der Pulskurve für den ersten Blutbestandteil und der Pulskurve für den zweiten Blutbestandteil innerhalb einer Periode zu untersuchen. Basierend auf den letzten beiden Schritten kann ebenfalls eine Untersuchung der Gesamtvariabilität erfolgen. Bei der Untersuchung der zeitlichen Differenzen zwischen den zwei Voiumenpulskurven können neben lokalen Maxima ebenfalls Minima verwendet werden.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung von Volumenpulsverläufen von
Wasser und Hämoglobin,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer geeigneten Vorrichtung zum
Ermitteln von Volumenpulsverläufen verschiedener
Blutbestandteile,
Fig. 3 Darstellung der Absorptionskoeffizienten von Wasser und
Hämogiobinbestandteilen,
Fig. 4 eine grafische Darstellung von Strompulskurven im arteriellen
System, und
Fig. 5 eine grafische Darstellung von Parametern, die anhand einer
Pulskurvenform ermittelt werden können.
Ein Volumenpulsverlauf des Wasseranteils des Blutes in einer Blutbahn wird durch Aussenden einer Messstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 1200 nm ermittelt. Dafür wird die Absorption der genannten Wellenlänge durch ein zu untersuchendes Körperteil, beispielsweise einen menschlichen Finger, über die Zeit ermittelt. Da diese Wellenlänge fast ausschließlich von dem Wasseranteil des Blutes, kaum jedoch von dem Hämoglobin absorbiert wird, kann aus dem ermittelten Absorptionsverlauf direkt der Volumenpulsverlauf des Wasseranteiis abgeleitet werden. Entsprechend wird der Volumenpulsverlauf für das Gesamthämoglobin bei einer Wellenlänge von etwa 500-600 nm ermittelt, da in dieser Wellenlänge lediglich eine Absorption durch das Hämoglobin, aber in vernachlässigbarer Weise durch das Wasser im Blut stattfindet.
Um die beiden Volumenpuisverläufe miteinander vergleichen zu können, werden vorzugsweise vergleichbare Referenzpunkte, in diesem Fall lokale Maxima, zeitliche Differenzen sowie Amplttudenverhältnisse zwischen markanten Punkten der jeweiligen Intensitätskurve des Wasseranteils sowie in der Intensitätskurve des Hämogiobinanteiis ermittelt. Anschließend wird eine zeitliche Differenz Δt der ermittelten lokalen Maxima in den Intensitätsverläufen des Wasseranteils und des Hämoglobinanteils ermittelt bzw. das Verhältnis der zeitlichen Differenzen sowie Amplitudenverhältnisse berechnet.
Wie aus der Fig. 1 deutlich wird, eilt der Volumenpuisverlauf des Wassers dem Volumenpulsverlaufs des Hämoglobinanteils um den Wert Δt voraus. Das bedeutet, dass der Hämoglobinanteil im Blut durch bestimmte Veränderungen der Blutgefäße verzögert wird. Aus dem Ausmaß der Verzögerung (Betrag von Δt) können Informationen bezüglich der Beschaffenheit der Blutgefäße
abgeleitet werden. Insbesondere ist es hierbei möglich, mikrovaskuiäre Schädigungen nichtinvasiv, schnell und einfach zu diagnostizieren.
Ein weiterer Parameter zum Vergleichen der Intensitätskurven für verschiedene Wellenlängen ist z.B. das Verhältnis von Zeitdifferenzen innerhalb der jeweiligen Intensitätskurve. So ist der Zeitabstand Dl bzw. D2 der durch die Dikrotie verursachten beiden Maxima der Iπtensitätskurven innerhalb einer Puisperiode und das daraus zu bildende Zeitverhältnis D1/D2 von Bedeutung,
Weiterhin können Amplitudenverhältnisse miteinander verglichen werden. Dafür ist es zweckmäßig, die pulsatilen Amplituden Al und A2 für die zwei verschiedenen Wellenlängen aufeinander abzugleichen, d.h. jeweils auf 100% zu setzen. Dann können die durch Dikrotie verursachten relativen Amplitudendifferenzeπ ADi und AD1 gegenüber dem 2. Hauptmaxϊmum der Pulswelle ins Verhältnis zur Maximalamplitude Al und A2 gesetzt und diese Verhältnisse AD1/A1 und ADi/A2 miteinander verglichen werden.
Weiterhin können die Volumenpulsverläufe der einzelnen Blutbestandteile in einzelne Perioden (ai, bi, C1,,..; a2, b2, C2...) unterteilt werden, wobei die einzelnen Perioden des Volumenpulsverlaufs eines Blutbestandteils (al f bi, Ci..,) im Hinblick auf ihre Variabilität untersucht werden. Aus den Unterschieden zwischen den einzelnen Perioden eines Volumenpuisverlaufs können weitere Informationen über die Beschaffenheit der Blutgefäße abgeleitet werden. Weitere Erkenntnisse können aus den Unterschieden zwischen der Form des Volumenpulsverlaufs des Wasseranteils (ax) und der Form des Voiumenpulsverlaufs des Hämoglobinanteils (a2) einer gleichen Periode gewonnen werden. Eine Kombination der letzten beiden genannten Vergieichsschritte kann ebenfalls zur Gewinnung von weiterführenden Ergebnissen genutzt werden.
Zum Vergleich der verschiedenen Intensitätskurven für zwei Wellenlängen im Hinblick auf Zeitdifferenzen, Form sowie Amplitudenverhältnisse ist im Allgemeinen keine Kenntnis der absoluten Intensitätsverhältnisse erforderlich, da es lediglich auf relative Änderungen dieser Parameter zur maximalen puisatilen Intensitätsänderung ankommt.
In einem weiteren Schritt kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers und des Hämoglobinanteils beispielsweise mit einem Laserdopplerverfahren, das ebenfalls bei verschiedenen Lichtfrequenzen sensibel auf die verschiedenen Blutbestandteiie reagiert, ermittelt werden, so dass aus der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit weitere Informationen abgeleitet werden können.
Fig. 4 stellt dabei Strompulse im arteriellen System dar, wobei die am Eingang des arteriellen Systems noch pulsierende Strömung mit zunehmender Entfernung von der Aortenklappe {in der Fig. 4 nach rechts) immer mehr kontinuierlichen Charakter annimmt. In den KapiSlargefäßen ist der Strompuls fast völlig gedämpft.
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine geeignete Vorrichtung, mit der Volumenpulsverläufe verschiedener Blutbestandteile ermittelt werden können. Die Vorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle 12 sowie einen ersten reflexiven Strahlungsempfänger 18 in Form einer Fotodiode, die in einem ersten Aufnahmeelement 28 untergebracht sind. Dem ersten Aufnahmeelement 28 gegenüberliegend ist ein zweites Aufnahmeelement 30 angeordnet, in dem ein zweiter Strahlungsempfänger in Form einer Fotodiode 22 untergebracht ist. Zwischen dem ersten 28 und dem zweiten Aufnahmeelement 30 ist ein Aufnahmeraum 38 ausgebildet, der zur Aufnahme eines zu untersuchenden Körperteils 16, wie beispielsweise eines menschlichen Fingers geeignet ist. Durch die Lichtquelle 12 erfolgt ein vorzugsweise sequentielles Ausstrahlen einer Messstrahlung 14 von etwa 500- 600 nm und 1100-1300 nm. Ein Teil 20 der Messstrahlung 14 wird in Richtung
der reflexiven Fotodiode 18 reflektiert, während ein weiterer Teil 24 der Messstrahlung 14 in Richtung der transmittierten Fotodiode 22 transmittiert wird. Es kann von Vorteil sein, die Messstrahlung mit der längeren Wellenlänge in Transmission zu erfassen, die kürzere Wellenlänge reflexiv. Grundlage der unterschiedlichen Absorption der verschiedenen Blutbestandteile für die verwendeten Wellenlängen und damit die empfangenen Intensitäten stellt das La mbert-Beerschen -Gesetz dar. Die Berechnung der transmittierten Intensität erfolgt nach der Formel
/o
wobei
E = Extinktion
I = austretende/ durchgelassene Intensität
I0 = einfallende Intensität ε = molarer Extinktionskoeffizient c = Konzentration d = Schichtdicke
ist. Das Lambert-Beersche-Gesetz beschreibt, wie sich die Strahlungsintensität beim Durchgang durch einen absorbierenden Stoff in Abhängigkeit von der Konzentration des Stoffes verhält. Dabei ergibt sich die Extinktion aus dem Verhältnis des transmittierten zum einfallenden Lichtanteil, Im vorliegenden Fall ändert sich der Durchmesser der Schichtdicke d infolge der Blutpulsation geringfügig und verursacht damit eine kleine, sich fast linear zur Schichtdickenänderung verhaltende Intensitätsmodulation. Die Linearität der Abhängigkeit folgt unmittelbar aus einer Reihenentwicklung des Lambert- Beerschen Gesetzes, wobei bereits das lineare Glied der Reihenentwicklung mit einer hinreichenden Genauigkeit den Zusammenhang zwischen der
Absorption und der Schichtdicke d beschreibt. Die Schichtdickenänderung wiederum entspricht dem Volumenpulsverlauf,
Im übrigen ist insbesondere bei der Beurteilung von Zettdifferenzen markanter Punkte der aufgezeichneten Intensitätsverläufe ein Ünearer Zusammenhang zwischen der Distanz d und der Intensität I gar nicht erforderlich.
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere in der von der Anmelderin eingereichten Patentanmeldung „Vorrichtung zum Ermitteln von Konzentrationen von Blutbestandteilen" beschrieben. Sofern weitere geeignete Vorrichtungen zum Ermitteln von Volurnenpuisverläufen verschiedener Blutbestandteile existieren, können diese ebenfalls verwendet werden. Die Erfindung betrifft somit auch die Verwendung einer Vorrichtung zum Ermitteln von Volumenpulsverläufen verschiedener Blutbestandteile zum Ermitteln mikrovaskulärer Schädigungen,
Die ermittelten Absorptionswerte für die beiden verwendeten Wellen der Messstrahlung 14 werden gespeichert, woraufhin ein erneutes sequentielles Ausstrahlen der zwei Wellenlängen der Messstrahlung 14 erfolgt. Bei jedem Wiederholen dieses Ausstrahlens der Messstrahiung 14 werden die ermittelten Absorptionswerte für jede Wellenlänge gespeichert, woraufhin ein Zusammenfassen der gespeicherten Absorptionswerte zu einer Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Absorption für jede verwendete Wellenlänge der Messstrahlung 14 erfolgt. Aus diesen Absorptionsverläufen können die Volumenpulsverläufe des Wassers sowie des Gesamthämoglobins bestimmt werden.
Mögliche Parameter, die aus einer Pulskurve extrahiert werden können, sind beispielhaft in Fig. 5 dargestellt. Hierbei kann es sich sowohl um Parameter aus der Volumenpulskurve als auch aus der Verlaufskurve für die Strömungsgeschwindigkeit handeln. Basierend auf diesen markanten
Parametern können, wie bereits beschrieben, Informationen über den Zustand der Blutgefäße gewonnen werden.
Claims
1. Verfahren zum Ermitteln mikrovaskulärer Schädigungen mit den Schritten:
a) Ermitteln eines Volumenpulsverlaufs eines ersten Blutbestandteils in einer Blutbahn,
b) Ermitteln eines Volumenpulsverlaufs eines zweiten vom ersten Blutbestandteil verschiedenen Blutbestandteils in einer Blutbahn,
c) Ermittein von vergleichbaren Referenzpunkten in dem Volumenpuisverlauf des ersten Blutbestandteils sowie in dem Volumenpulsverlauf des zweiten Blutbestandteils
d) Ermitteln einer zeitlichen Differenz (Δt) der ermittelten Referenzpunkte in den Volumenpulsverläufen des ersten Blutbestandteils und des zweiten Blutbestandteiis und/oder Ermitteln von Amplituden- bzw. Zeitdifferenzen zwischen den Referenzpunkten in dem Volumenpulsverlauf des ersten Blutbestandteits sowie in dem Volumenpuisverlauf des zweiten Blutbestandteils mit anschließender Berechnung der Verhältnisse der ermittelten Amplituden- bzw. Zeitdifferenzen zwischen den Volumenpulsverläufen des ersten Blutbestandteils und des zweiten Blutbestandteils.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Volumenpulsverlaufs des ersten Blutbestandteils und des zweiten Blutbestandteils gemäß Schritt a) und b) die Schritte umfasst:
• Ausstrahlen von mindestens zwei Messstrahlungen mit zwei verschiedenen Wellenlängen durch eine Strahlungsqueile (12), • Empfangen der durch ein zu untersuchendes Körperteil (16) ausgesandten Messstrahlung der verschiedenen Wellenlängen durch einen oder mehrere Lichternpfänger {18; 22),
• Ermitteln des durch die Blutpulsationen und die damit einhergehenden pulsatiien Absorptionsvariationen bedingten pulsatiien Anteils der empfangenen Intensität,
• ein- oder mehrmaliges Ausführen der letzten drei Verfahrensschritte, wobei die jeweiligen pulsatüen Intensitätsverläufe für jede Wellenlänge der Messstrahlung (14) für jeden Wiederholungszyklus gespeichert werden,
• Zusammenfassen der gespeicherten pulsatiien ϊntensitätsverläufe zu einer Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Intensität für jede verwendete Wellenlänge der Messstrahlung (14),
• Ermitteln der Volumenpulsverläufe des ersten Blutbestandteils sowie des zweiten Blutbestandteils auf Basis der ermittelten ϊntensitätsverläufe der verschiedenen Wellenlängen der Messstrahlen (14).
3, Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstrahlungen (14) insbesondere kontinuierlich ausgestrahlt werden und der Empfang dieser Messstrahiungen durch mindestens 2 Lichtempfänger (18;22) erfolgt, wobei durch die Lichtempfänger (18;22) entweder konstruktiv bedingt oder durch einen Filtervorsatz jeweils eine der verwendeten Wellenlängen erfassbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messstrahiungen (14) getaktet ausgesandt werden und der oder die Lichtern pfänger (18; 22) in diesem Taktregime aktiviert werden, so dass eine quasikontinuierüche Intensitätskurve für jede der beiden Wellenlängen ermittelt werden kann.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Lichtempfänger (18; 22) zur Erfassung entweder der reflektierten (20) oder der transmittierten (24) oder beider Anteile der vom zu untersuchenden Körperteil (16) ausgesandten Messstrahlung (14) ausgelegt sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den mindestens zwei verwendeten Wellenlängen um eine erste Wellenlänge handelt, die im Wesentlichen nur durch den zweiten Blutbestandteil und nicht durch den ersten Blutbestandtei! absorbiert wird und um eine zweite Wellenlänge, die im Wesentlichen nur durch den ersten Blutbestandteil und nicht durch den zweiten Blutbestandteil absorbiert wird,
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den vergleichbaren Referenzpunkten in den Volumenpulsveriäufen des ersten Blutbestandteils und des zweiten Blutbestandteils um lokale Maxima oder Minima handelt,
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Blutbestandteil um das Gesamthämoglobin im Blut handelt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Blutbestandteil um den Wasseranteil im Blut handelt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Betrag der zeitlichen Differenz (Δt) oder aus dem Verhältnis von Amplituden- und Zeitdifferenzen zwischen den Volumenpulsveriäufen des ersten und des zweiten Blutbestandteiis Informationen bezuglich der Beschaffenheit der Blutgefäße abgeleitet werden,
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine mikrovaskuläre Schädigung festgestellt wird, wenn der Betrag der zeitlichen Differenz (Δt) einen Schwellenwert überschreitet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 11, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:
Messen der Strömungsgeschwindigkeit des ersten Blutbestandteils sowie des zweiten Blutbestandteiis.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei aus den gemessenen Strömungsgeschwindigkeiten des ersten Blutbestandteils sowie des zweiten Blutbestandteifs Informationen bezüglich der Beschaffenheit der Blutgefäße abgeleitet werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Form des ermittelten Volumenpulsverlaufs des ersten Blutbestandteils und des Volumenpulsverlaufs des zweiten Blutbestandteils Informationen bezuglich der Beschaffenheit der Blutgefäße abgeleitet werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Form des Verlaufs der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit des ersten Blutbestandteils und des zweiten Blutbestandteils Informationen bezüglich der Beschaffenheit der Blutgefäße abgeleitet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit des ersten Blutbestandteils sowie des zweiten Blutbestandteiis im Laserdopplerverfahren erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des VoSumenpulsveriaufs des ersten Blutbestandteiis insbesondere ausschließlich durch eine Transmissionsmessung und das Ermitteln des Volumenpulsverlaufs des zweiten Biutbestandteils insbesondere ausschließlich durch eine Reflexionsmessung erfolgt, wobei der Volumenpulsverlauf des ersten Blutbestandteils durch eine Strahlung mit größerer Wellenlänge relativ zur Strahlung für den zweiten Blutbestandteil ermittelt wird.
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