WO2003086193A1 - Verfahren zur spektrometrischen bestimmung der sauerstoffsättigung von blut in gegenwart optischer störgrössen - Google Patents

Verfahren zur spektrometrischen bestimmung der sauerstoffsättigung von blut in gegenwart optischer störgrössen Download PDF

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WO2003086193A1
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measurement
corrected
oxyhemoglobin
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Dietrich Schweitzer
Martin Hammer
Eike Thamm
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Carl Zeiss Meditec Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for the spectrometric determination of the oxygen saturation of blood in the presence of optical disturbances, such as those which also form pigmented and light-scattering surrounding tissue and / or the blood vessel wall itself.
  • optical disturbances such as those which also form pigmented and light-scattering surrounding tissue and / or the blood vessel wall itself.
  • Pirtman and Duling have described a method that determines the oxygen saturation in whole blood from measurements carried out in transmission at the wavelength 555 n and at the isosbestic points at 522 nm and 546 nm (Pittman RN, Duling BR. A new
  • the invention is therefore based on the object of nevertheless determining the oxygen saturation in a method which is as simple and fast as possible with high accuracy.
  • transmission or reflection measurements in a measurement spectrum produce spectral measurement values at isosbestic wavelengths for hemoglobin and oxyhemoglobin and at least one other measurement value at a wavelength at which the reference values of hemoglobin and oxyhemoglobin differ, as well as with Compare known reference values of the reference spectra of hemoglobin and oxyhemoglobin by a) in the measurement spectrum at least two said spectral measurement values (Mn, M ⁇ ), at isosbestic wavelengths for hemoglobin and oxyhemoglobin ( ⁇ , ⁇ _ ⁇ ) and at least the other measurement value (M a ) at a wavelength ( ⁇ a ), at which the reference values of hemoglobin and oxyhemoglobin differ as far as possible in the reference spectra, are recorded, with at least two of the measured values (Mii_ M;) for isosbestic wavelengths ⁇ n > ⁇ ⁇ _) an auxiliary function (FH) is generated, b) in the reference spectrum ren from those
  • the spectral measured values and reference data are recorded logarithmically and the auxiliary and reference functions are each formed by a straight line on which two of the measured or reference values for isosbestic wavelengths lie.
  • the co-architecture function formed from a linear auxiliary and reference function gives rise to a likewise linear corrected auxiliary function of the corrected measurement spectrum.
  • the remaining spectral measurements i. H. the spectral measured value for the third isosbestic wavelength and the other measured value, at a wavelength at which the reference values of hemoglobin and oxyhemoglobin differ as widely as possible in the reference spectra, are applied with a constant multiplier, which is determined in such a way that the by this stretch corrected third isosbestic measured value of the corrected measurement spectrum corresponds to the corresponding reference value of the reference spectra.
  • the difference between the reference values for hemoglobin and oxyhemoglobin can be linearly scaled between 0 and 1.
  • the oxygen saturation of the blood is determined in relation to this scale from the other measured value converted to the corrected auxiliary function of the corrected measurement spectrum.
  • the proposed method allows the oxygen saturation of the blood to be determined with the same accuracy, but with considerably less effort (at least four Measured values required) for measurement, calculation and evaluation.
  • the procedure enables a two-dimensional location-dependent representation of the measurement results for clear and quick evaluation. It requires only a few measurements and only uses linear transformations. With these advantages of low effort and time-effective measurement evaluation, the proposed method is also suitable for screening and for routine or preventive examinations.
  • FIG. 2 Diagram with spectral reference values according to FIG. 1 with drawn-in linear reference function FR and with corrected measured values M ′.
  • FIG. 3 Diagram with spectral reference values 1 with the drawn in linear reference function FR, with corrected measured values M "and with scaling for reading the oxygen saturation
  • Measured as measurement value M a and with the reflection or transmission of Hemoglobin or whole blood with oxygen saturations of 0% and 100% at these wavelengths reference data R], R 2 , R 3 , R ° % and R 00% ) compared according to the following procedure:
  • All measurements and 'reference data is logarithmic. 1 shows the measurement and reference data in a logarithmic representation, in this example the reflection of a retinal vein (measurement data) and the transmission of a 0.1 mm thick layer
  • a linear auxiliary function FH of the wavelength is calculated in the measurement spectrum in such a way that its values at the isosbestic wavelengths ⁇ and ⁇ j 2 match the measurement data M »and Mj_> at these wavelengths.
  • a linear reference function FR of the wavelength is calculated in the reference spectra such that its values at the isosbestic wavelengths ⁇ and ⁇ ; 2 agree with the reference data Rti and RQ at these wavelength lengths.
  • Fig. 2 shows again. the - reference data, the linear reference function FR of the wavelength and the corrected measurement data M '.
  • this correction compensates for extinctions whose spectra in the wavelength range 522 nm to 586 nm can be assumed or approximated as linear on a logarithmic scale. In the exemplary embodiment considered here, these are the absorptions of the melanin and the front eye media and the scatter in the blood and in the surrounding tissue.
  • the corrected measurement data M ' are stretched or compressed around the linear reference function FR such that they are at the isosbestic wavelength ⁇ ; 3 with the reference value
  • FIG. 3 shows the spread (in some cases also compression) of the corrected measurement data M ′ around the linear reference function FR, which is carried out in such a way that corrected measurement data and reference data at the isosbestic wavelength ⁇ -, 3
  • the scaled reading of the oxygen saturation (OS) between the values 0 and 1 is also shown in FIG. 3.
  • the oxygen saturation OS read is 0.69 in the exemplary embodiment.

Abstract

Ein Verfahren zur spektrometrischen Bestimmung der Sauerstoffsättigung von Blut in Gegenwart optischer Störgrössen wird beschrieben, in welchem Transmissions-bzw. Reflexionsmessungen bei mindestens zwei für Hämoglobin und Oxihämoglobin insosbestigschen Wellenlängen und mindestens einer weiteren Wellenlänge, bei welcher sich die Extinktion von Hämoglobin und Oxihämoglobin unterschieden, durchführt werden. Im Mess-Spektrum (M) und in Referenz-Spektren von Hämoglobin und Oxihämoglobin werden korrespondierende Hilfsfunktionen definiert auf welchen zumindest zwei der Messwerte, bzw. Zwei der Referenzwerte, für die isosbestischen Wellenlängen liegen. Mittels beider Hilfsfunktionen wird ein korrigiertes Mess-Spektrum (M") erzeugt. Aus dem Vergleich der veränderten Daten dieses korrigierten Mess-Spektrums (M") mit den Daten der Referenz-Spektren bei der weiteren Wellenlänge wird die Sauerstoffsättigung bestimmt.

Description

Beschreibung der Erfindung
Verfahren zur spektrometrischen Bestimmung der Sauerstoffsättigung von Blut in Gegenwart optischer Störgrößen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spektrometrischen Bestimmung der Sauerstoffsättigung von Blut in Gegenwart optischer Störgrößen, wie sie beispielsweise ebenfalls pigmentiertes sowie Licht streuendes Umgebungsgewebe und/oder auch die Blutgefäßwandung selbst bilden. Dieses Problem, Sauerstoffsättigung von Blut möglichst ohne den Einfluss dieser die Messgenauigkeit beeinflussenden Faktoren zu bestimmen tritt insbesondere bei nichtinvasiven in vivo- oder in vitro-Untersuchungen von Blutgefäßen auf, die vor, hinter bzw. in dem besagten pigmentierten und streuenden Gewebe liegen, beispielsweise bei der Untersuchung von Blutgefäßen des Augenhintergrundes .oder anderer Gewebebereiche des Körpers, wie der Haut und endoskopisch zugänglicher Organe.
Es ist allgemein bekannt, dass sich das Absorptionsspektrum des roten Blutfarbstoffes Hämoglobin mit der Sauerstoffsättigung ändert (beispielsweise van Assendelft O.W., Spectrophotometry of hea oglobin derivatives, Assen: Royal Nangorcum, 1970). Damit ist die Bestimmung der Sauerstoffsättigung einer Hämoglobinprobe durch den Vergleich des Spektrums der Probe mit den Spektren von vollständig oxygeniertem und vollständig reduziertem Hämoglobin möglich.
Neuere Arbeiten zur Oximetrie am Augenhintergrund nach dem Lambert - Beerschen Gesetz, d. h. unter Berücksichtigung lediglich der Absorption, sind u. a. von Smith et al (Smith M.H., Denninghoff K.R., Lompado A., Hillman L.W., Effect of multiple Iight aths in retinal vessel oximetry, Appl. Opt. 39, 2000, 1183-1193) veröffentlicht worden. Zahlreiche patentrechtlich geschützte Anordnungen und Verfahren beruhen auf diesem Prinzip (beispielsweise US 4,485,820; US 5,119,814; US 5,308,919; US 4,253,744; US 4,305,398; US 5,776,060; US 5,935,076 DE 199 20 157 AI; US 5,318,022). Bei der in vivo-Messung liegt das Hämoglobin jedoch nicht isoliert vor, sondern es ist eingeschlossen in den Erythrozyten. Die Streuung des Lichtes an den Erythrozyten beeinflusst das Extii- onsspektrtrm des Blutes erheblich. Nach Ergebnissen der Multiple Scattering Theorie von Twersky (Twersky V., Absorption and multiple scattering by biological suspensions, J. Opt. Soc. Amer. 60, 1970, 1084-1093) lassen sich aber die
Einflüsse von Streuung und Absorption separieren. Auf dieser Grundlage haben Pirtman und Duling ein Verfahren beschrieben, das die Sauerstoffsättigung in Vollblut aus in Transmission ausgeführten Messungen bei der Wellenlänge 555 n sowie an den isosbestischen Punkten bei 522 nm und 546 nm bestimmt (Pittman RN, Duling BR. A new
• method for the measurement of percent oxyhemoglobin. J. Appl. Physiol. 38, 1975, 315-
320). Dieses Verfahren ist von Delori zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung in retinalen
Gefäßen verwandt worden (Delori F.C., Noninvasive technique for oximetry of blood in retimal.vessels.-4Rp/. Opt. 27, 1988, 113-1125).
Untersuchungen von Hammer et al (Hammer M., Leistritz S., Leistritz L., Schweitzer D., Light paths in retiaal vessel oxymetry, IEEE Trans Biomed Eng 48 (5), 2001, 592-8) zeigen jedoch, dass die auf retinalen Gefäßen gemessenen Reflexionsspektren nicht nur von der Absorption des Hämoglobins und der Streuung im Blut und dem die Gefäße umgebenden Gewebe beeinflusst werden, sondern auch von dem im retinalen Pigmentepithel und in der Aderhaut lokalisierten Melanin. Gleiches gilt auch für Gefäße in der Haut oder anderen pigmentierten Organen.
Die Korrelctur der Verfälschung der Hämoglobinspektren durch andere Chromophore und deren Korrektur für die spektroskopische Oximetrie ist in der bisherigen Literatur durch Normierung der auf einem Gefäß gemessenen Spektren auf Messungen neben dem Gefäß versucht worden (z. B. DE 19920 157 AI; US 5,935,076; Delori F.C., Noninvasive technique for oximetry of blood in retinal vessels. Appl. Opt. 27, 1988, 113-1125; Schweitzer D., Hammer M., Kraft J.. Thamm E., Königsdörffer E.s Strobel J., In Vivo Measurement of the Oxygen Saturationm at the Normal Human Eye, IEEE Trans. Biomed. Eng. 46, 1999, 1454-1465). Dieser Ansatz lässt jedoch die überaus komplizierten Verhältnisse (Hammer M., Leistritz S., Leistritz L., Schweitzer D., Light paths in retinal vessel oxymetry, IEEE Trans Biomed Eng 48(5), 2001, 592-8) der Strahlungsausbreitung im Blutgefäß und dem dieses umgebenden Gewebe außer Acht.
Die exakte Lichtausbreitung im biologischen Gewebe lässt sich noch immer nicht vollständig physikalisch beschreiben. Selbst Anstrengungen, diese Vorgänge zur Stör- größeneliminierung möglichst umfassend und realitätsnah nachzuempfinden (DE 199 20 157 AI) sowie die Optik des die Blutgefäße umgebenden lebenden oder toten biologischen Gewebes zu modellieren (DE 44 33 827 AI), haben nicht zu genaueren Messergebnissen als die vorgenannten Verfahren geführt, welche ohnehin schon relativ zeitaufwendig und rechenintensiv sind. Mit diesem Aufwand sind die Verfahren speziell für Routine- und Vorsorgeuntersuchungen lediglich bedingt geeignet. Insbesondere die für die klinische Praxis interessante Bestimmung der Sauerstoffsättigung an jedem Puiüct einer zweidimensionalen, bildhaften Aufnahme erfordert ein Verfahren, das einerseits schnell ist, aber andererseits optische und spektro etrische Störungen durch die Gefäßumgebung kompensiert.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, die Sauerstoffsättigung in einem möglichst einfachen und schnellen Verfahren dennoch mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung werden durch Transmissions- bzw. Reflexionsmes- sung in einem Mess-Spektrum spektrale Messwerte bei für Hämoglobin und Oxihämoglobin isosbestischen Wellenlängen und mindestens ein anderer Messwert bei einer Wellenlänge, bei welcher sich die Referenzwerte von Hämoglobin und Oxihämoglobin unterscheiden, erzeugt sowie mit bekannten Referenzwerten der Referenz-Spektren von Hämoglobin und Oxihämoglobin vergüchen, indem a) im Mess-Spektrum zumindest zwei besagte spektrale Messwerte (Mn, M^), bei für Hämoglobin und Oxihämoglobin isosbestischen Wellenlängen (λπ, λ_ι) und zumindest der andere Messwert (Ma) bei einer Wellenlänge (λa), bei welcher sich die Referenzwerte von Hämoglobin und Oxihämoglobin in den Referenz-Spektren möglichst weitgehend unterscheiden, erfasst werden, wobei zumindest aus zwei der Messwerte (Mii_ M; ) für isosbestische Wellenlängen λn> \γ_) eine Hüfsfunktion (FH) generiert wird, b) in den Referenz-Spektren aus den mit den für dieselben isosbestischen Wellenlängen (λji, λ;2) des Hämoglobins und Oxihämoglobins der im Mess-Spektrum ermittelten zumindest zwei Messwerte (Mπ, M;2) korrespondierenden Referenzwerten (Rπ,R-2) eine Referenzfunktion (FR) gleichen Typs generiert wird, c) aus der Hilfsfunlction (FH) des Mess-Spektrums, auf welcher die besagten zumindest zwei Messwerte (Mπ, MQ) für isosbestische Wellenlängen (λn, λi2) liegen und aus der Refererj-zftuύction (FR) der Referenz-Spektren, auf welcher die zu den zumindest zwei Messwerte (Mu, M&) korrespondierenden zumindest zwei Referenzwerte (Rπ,Ri2) liegen eine Ko-τekturfunktion (F ) gebildet wird, mit welcher in einem korrigierten Mess-Spektrum eine korrigierte Hilfsfunktion (FHI erzeugt wird, die mit der Referenz- ftinktion (FR) in den Referenz-Spektren identisch ist und d) die Sauerstoffsättigung des Blutes aus dem auf die korrigierte Hilfsfunktion (FHI ) des korrigierten Mess-Spektrums umgerechneten anderen Messwert (Ma") in Relation zu den Referenzwerten für Hämoglobin und Oxihämoglobin bei dieser Wellenlänge (λa) ermittelt wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die spektralen Messwerte und Referenzdaten logarithmisch erfasst werden und die Hilfs- sowie Referenzfunktion jeweils durch eine Gerade gebildet werden, auf welcher zwei der Mess- bzw. Referenzwerte für isosbestische Wellenlängen liegen.
Die aus linearer Hilfs- sowie Referenzfunktion gebildete Koirekturfunktion lässt eine ebenfalls lineare korrigierte Hilfsfunktion des korrigierten Mess-Spektrums entstehen. Die übrigen spektralen Messwerte, d. h. der spektrale Messwert für die dritte isosbestische Wellenlänge und der andere Messwert, bei einer Wellenlänge, bei welcher sich die Referenzwerte von Hämoglobin und Oxihämoglobin in den Referenz-Spektren möglichst weitgehend unterscheiden, werden mit einem konstanten Multiplikator beaufschlagt, welcher so bestimmt wird, dass der durch diese Streckung korrigierte dritte isosbestische Messwert des korrigierten Mess-Spektrums mit dem korrespondierenden Referenzwert der Referenz-Spektren übereinstimmt. In diesem speziellen Fall kann die Differenz der Referenzwerte für Hämoglobin und Oxihämoglobin linear zwischen 0 und 1 skaliert werden. Die Sauerstoffsättigung des Blutes wird aus dem auf die korrigierte Hilfsfur-ktion des korrigierten Mess-Spektrums umgerechneten anderen Messwert in Relation zu dieser Skala ermittelt.
Für eine übersichtliche zweidi ensionale Darstellung der Sauerstoffsättigung des Blutes werden vier monochromatische Einzelbilder bei den besagten Wellenlängen erzeugt und die Sauerstoffsättigung für jeden Bildpunkt ermittelt.
Überraschend hat sich gezeigt, dass sich mit dem vorgeschlagenen Verfahren im Vergleich zu den eingangs genannten Untersuchungsmethoden die Sauerstoffsättigung des Blutes mit gleicher Genauigkeit, jedoch mit wesentlich geringerem Aufwand (minimal vier Messwerte erforderlich) für Messung, Berechnung und Auswertung, bestimmen lässt. Das Verf-ahren ermöglicht eine zweidimensionale ortsabhängige Darstellung der Messergebnisse zur übersichtlichen und schnellen Auswertbarkeit. Es benötigt nur wenige Messwerte und verwendet lediglich lineare Transformationen. Mit diesen Vorzügen des geringen Aufwandes und der zeiteffektiven Messauswertung ist die vorgeschlagene Methode auch zum Screening sowie für Routine- bzw. Vorsorgeuntersuchungen geeignet.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 : Diagramm mit spektralen Mess- und Referenzwerten in logarithmischer Darstellung im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 700 nm, einschließlich dreier isosbestischer Wellenlängen λii
Figure imgf000007_0001
586 nm, λj3 = 569 nm sowie der anderen Wellenlänge λa= 555 nm Fig. 2: Diagramm mit spektralen Referenzwerten gemäß Fig. 1 mit eingezeichneter linearer Referenz-Funktion FR sowie mit korrigierten Messwerten M' Fig. 3: Diagramm mit spektralen Referenzwerten gemäß Fig. 1 mit eingezeichneter linearer Referenz-Funktion FR, mit korrigierten Messwerten M" sowie mit Skalierung zur Ablesung der Sauerstoffsättigung
Die Reflexion oder die Transmission von Gewebe an einem Ort oder mit örtlicher Auflösung in einem Bild wird bei- drei isosbestischen Wellenlängen λπ, λa und λ_3 (λ;ι = 522 nm,
Figure imgf000007_0002
569 nm) als Messdaten Mπ, Mj2 und MB sowie bei einer anderen Wellenlänge λa (555 nm), bei der sich die Absorptionskoeffizienten von oxigeniertem und reduziertem Hämoglobin unterscheiden, .als Messwert Ma gemessen und mit der Reflexion oder Tr.ansmission von Hämoglobin oder Vollblut mit Sauerstoffsättigungen von jeweils 0% und 100% bei diesen Wellenlängen (Referenzdate R] , R2, R3, R°% und R 00% ) nach dem folgendem Verfahren verglichen:
1. Alle Meß- und 'Referenzdaten werden logarithmiert. Fig. 1 zeigt die Mess- und die Referenzdaten in logarithmischer Darstellung, in diesem Beispiel die Reflexion einer retinalen Vene (Messdaten) sowie die Transmission einer 0,1 mm dicken Schicht
Vollblut (Referenzdaten). Der Anschaulichkeit halber sind die vollständigen Spektren zwischen 400 nm und 700 nm dargestellt. Die in diesem Beispiel verwendeten Wellenlängen λπ=522 nm, λ;2=586nm, λ-3=569nm und λa=555nm sind eingezeichnet.
2. Eine lineare Hilfsfunlction FH der Wellenlänge wird im Mess-Spektrum so berechnet, dass ihre Werte bei den isosbestischen Wellenlängen λπ und λj2 mit den Messdaten M» und Mj_> bei diesen Wellenlängen übereinstimmen.
3. Eine lineare Referenzfunktion FR der Wellenlänge wird in den Referenzspektren so berechnet, dass ihre Werte bei den isosbestischen Wellenlängen λπ und λ;2 mit den Referenzdaten Rti und RQ bei diesen Wellenl.ängen übereinstimmen.
4. Die Messdaten werden bei j eder Wellenlänge um die Differenz der linearen Funktionen FH und FR additiv so korrigiert, dass sie bei den isosbestischen Wellenlängen λπ und λ;2 mit den Referenzdaten übereinstimmen: M = Mλ + FS -FH .
Fig. 2 zeigt wiederu . die - Refere zdaten, die lineare Referenzfunktion FR der Wellenlänge sowie die korrigierten Messdaten M'. Diese Korrektur kompensiert zusätzlich zur Absorption des Hämoglobins bestehende Extinktionen, deren Spektren im Wellenlängenbereich 522 nm bis 586 nm als linear im logarithmischen Maßstab angenommen bzw. approximiert werden können. Im hier betrachteten Ausführungsbeispiel sind dies die Absorptionen des Melanin und der vorderen Augenmedien sowie die Streuung im Blut und im umgebenden Gewebe.
5. Die korrigierten Messdaten M' werden so um die lineare Referenzfunktion FR gestreckt oder gestaucht, dass sie bei der isosbestischen Wellenlänge λ;3 mit dem Referenzwert
Rj3 übereinstimmen:
Figure imgf000008_0001
Fig. 3 zeigt die in M" resultierende Spreizung (ggf. auch Stauchung) der korrigierten Messdaten M' um die lineare Referenzfimktion FR, die so vorgenommen wird, dass korrigierte Messdaten und Referenzdaten bei der isosbestischen Wellenlänge λ-,3
(569 nm) übereinstimmen. Diese Korrektur kompensiert unterschiedliche Absolutwerte der Mess- und Referenzdaten, die durch unterschiedliche Beleuchtungs- und Meßbedingungen entstehen.
6. Die Lage von M"a auf einer linear zwischen R°% und R 0% aufgespannten Skala gibt die Sauerstoffsättigung OS an:
Figure imgf000009_0001
Die skalierte Ablesung der Sauerstoffsättigung (OS) zwischen den Werten 0 und 1 ist ebenfalls in Fig. 3 dargestellt. Die abgelesene Sauerstoffsättigung OS beträgt im Ausführungsbeispiel 0,69.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
M - Messdaten
M' - durch Addition der korrigierten Hilfsfunktion korrigierte Messdaten
M" - durch Beaufschlagung mit einem Faktor korrigierte Messdaten M'
FR - Referenzfunktion
OS - Sauerstoffsättigung λ - Wellenlänge

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung von Blut in Gegenwart optischer Störgrößen, insbesondere durch ein das Blutgefäß umgebendes biologisches Gewebe und/oder des Blutes bzw. des Blutgefäßes selbst, bei dem durch Transmissions- bzw. Reflexionsmessung in einem Mess-Spektrum spektrale Messwerte (M;) bei für Hämoglobin (Hb) und Oxihämoglobin (HbO2) isosbestischen Wellenlängen und mindestens ein anderer Messwert (Ma) bei einer Wellenlänge, bei welcher sich die Referenzwerte von Hämoglobin und Oxihämoglobin unterscheiden, erzeugt sowie mit bekannten Referenzwerten der Referenz-Spektren von Hämoglobin und Oxihämoglobin verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, a) dass in dem Mess-Spektrum zumindest zwei besagte spektrale Messwerte (Mπ, Mj2), bei für Hämoglobin und Oxihämoglobin isosbestischen Wellenlängen (λπ, λ;2) und zumindest der andere Messwert (Ma) bei einer Wellenlänge (λa), bei welcher sich die Referenzwerte von Hämoglobin und Oxihämoglobin in den Referenz-Spektren möglichst weitgehend unterscheiden, erfasst werden, wobei zumindest aus zwei der Messwerte (Mπ. M;2) für isosbestische Wellenlängen (λπ, λ;2) eine Hilfsfunktion (FH) generiert wird, b) dass in den Referenz-Spektren aus den mit den für dieselben isosbestischen Wellenlängen (λπ. λ;2) des Hämoglobins und Oxihä oglobins der im Mess-Spektrum ermittelten zumindest zwei Messwerte (Mπ, Mt2) korrespondierenden Referenzwerten (Rπ, R;2) eine Referenzfunktion (FR) gleichen Typs generiert wird, c) dass aus der Hilfsfunktion (FH) des Mess-Spektrums, auf welcher die besagten zumindest zwei Messwerte (Mπ, M;2) für isosbestische Wellenlängen (λπ, λi_>) hegen und aus der Referenzfunlction (FR) der Referenz-Spektren, auf welcher die zu den zumindest zwei Messwerte (Mπ, M__) korrespondierenden zumindest zwei Referenzwerte (Rπ,R-2) liegen eine Korrekturfunktion (FR) gebildet wird, mit welcher in einem korrigierten Mess-Spektrum eine korrigierte Hüfsfunktion (FHI ) erzeugt wird, die mit der Referenzfunktion (FR) in den Referenz-Spektren identisch ist und d)' dass die Sauerstoffsättigung des Blutes aus dem auf die korrigierte Hilfsfunktion (FHIC) des korrigierten Mess-Spektrums umgerechneten anderen Messwert (Ma") in Relation zu den Referenzwerten für Hämoglobin und Oxihämoglobin bei dieser Wellenlänge (λa) ermittelt wird.
2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass drei besagte spektrale Messwerte (Mπ, M-2, MB) bei für Hämoglobin und Oxihämoglobin isosbestischen Wellenlängen (λπ, λj2, λj3) und ein anderer Messwert (Ma) bei einer Wellenlänge (λa), bei welcher sich die Referenzwerte von Hämoglobin und Oxihämoglobin in den Referenz-Spektren möglichst weitgehend unterscheiden, logarithmisch erfasst werden, wobei aus zwei log,arithmischen Messwerten (Mπ, MQ) für isosbestische Wellenlrägen (λπ, λß) eine lineare Hilfsfunktion (FH) generiert wird, b) dass in den Referenz-Spektren aus den mit den für dieselben isosbestischen Wellenlängen (λπ, λa) des Hämoglobins und Oxihämoglobins der im Mess-Spektrum ermittelten Messwerte (Mπ, Mj2) korrespondierenden Referenzwerten (R^ RQ) eine ebenfalls lineare Referenzf-inktion (FR) generiert wird, c) dass aus der Hilfsfunktion (FH) des Mess-Spelctrums und aus der Referenzfunktion (FR) der Referenz-Spektren eine lineare Korrekturfunktion (FK) gebildet wird, mit welcher im korrigierten Mess-Spektrum eine ebenfalls lineare korrigierte Hüfsftmktion (Fπk) erzeugt wird, die mit der linearen Referenzfunktion (FR) in den Referenz-Spektren identisch ist, d) dass die übrigen korrigierten spektralen Messwerte, d. h. der dritte spektrale Messwert (Mi3') bei für Hämoglobin und Oxihämoglobin isosbestischer Wellenlänge (λa) und der .andere Messwert (Ma) bei einer Wellenlänge (λa), bei welcher sich die Referenzwerte von Hämoglobin und Oxihämoglobin in den Referenz-Spektren möglichst weitgehend unterscheiden, mit einem konstanten Multiplikator beaufschlagt werden, welcher so bestimmt wird, dass der hierdurch korrigierte dritte spektrale Messwert (MB") des korrigierten Mess-Spektrums mit dem korrespondierenden Referenzwert der Referenz- Spektren übereinstimmt und e) dass die Sauerstoffsättigung des Blutes an dem auf die korrigierte Hilfsfunktion (FHIC) des korrigierten Mess-Spelctrums umgerechneten anderen Messwert (Ma") auf einer durch die Referenzwerte für Hämoglobin und Oxihämoglobin bei dieser
Wellenlänge (λa) aufgespannten Skala von 0 bis 1 abgelesen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur zweidimensionalen Darstellxmg der Sauerstoffsättigimg des Blutes vier monochromatische Einzelbilder der spektralen Messwerte (Mi, Ma) erzeugt werden und dass die Sauerstoffsättigung gemäß der Schritte a) bis d) für jeden Bildpunlct ermittelt wird.
PCT/EP2003/004024 2002-04-17 2003-04-17 Verfahren zur spektrometrischen bestimmung der sauerstoffsättigung von blut in gegenwart optischer störgrössen WO2003086193A1 (de)

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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7449339B2 (en) * 1999-11-23 2008-11-11 Nir Diagnostics Inc. Spectroscopic method and apparatus for total hemoglobin measurement
CA2559900A1 (en) * 2004-03-19 2005-10-06 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College A method for evaluating relative oxygen saturation in body tissues
US20080221416A1 (en) * 2007-03-09 2008-09-11 Nellcor Puritan Bennett Llc System and method for detection of macular degeneration using spectrophotometry
DE102007053074A1 (de) * 2007-08-03 2009-05-14 Carl Zeiss Meditec Ag Verfahren und Messeinrichtung zur Fluoreszenzmessung am Auge
US8437822B2 (en) 2008-03-28 2013-05-07 Covidien Lp System and method for estimating blood analyte concentration
WO2017100685A1 (en) 2015-12-10 2017-06-15 Bioxytech Retina, Inc. Methods and apparatus for measuring blood oxygenation of tissue
WO2017117668A1 (en) * 2016-01-05 2017-07-13 Vasile Diaconu On line and real time optic nerve blood oxygenation mapping
JP6755831B2 (ja) * 2016-08-09 2020-09-16 花王株式会社 肌状態の評価方法
DE102017210548A1 (de) * 2017-06-22 2018-12-27 Zf Friedrichshafen Ag Dickenunabhängige spektroskopische Analyse von Betriebsstoffen
IL295373A (en) * 2022-08-04 2024-03-01 Spring Vision Ltd Optical system and method for monitoring the state of biological tissue

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3245939A1 (de) * 1982-12-11 1984-06-14 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Vorrichtung zur erzeugung eines bildes des augenhintergrundes
WO2000009004A2 (en) * 1998-08-13 2000-02-24 Whitland Research Limited Optical device

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5493890A (en) * 1977-12-30 1979-07-25 Minolta Camera Kk Eyeeground oximeter
JPS54147690A (en) * 1978-05-12 1979-11-19 Minolta Camera Kk Eyeground photometry optical system
US4485820A (en) * 1982-05-10 1984-12-04 The Johns Hopkins University Method and apparatus for the continuous monitoring of hemoglobin saturation in the blood of premature infants
US5119814A (en) * 1990-07-25 1992-06-09 Minnich Thomas E Method and apparatus for monitoring blood loss via retinal venous oxygen saturation
US5318022A (en) * 1991-03-01 1994-06-07 John Taboada Method and apparatus for determining hemoglobin oxygenation such as in ocular and other vascular beds
US5308919A (en) * 1992-04-27 1994-05-03 Minnich Thomas E Method and apparatus for monitoring the arteriovenous oxygen difference from the ocular fundus
DE4433827C2 (de) * 1994-09-22 1999-01-07 Zeiss Carl Jena Gmbh Anordnung und Verfahren zur Messung von Stoffparametern in Schichten von Medien, insbesondere zur eichungsfreien in vivo Messung der Sauerstoffsättigung in optisch zugängigen Blutgefäßen
US5935076A (en) 1997-02-10 1999-08-10 University Of Alabama In Huntsville Method and apparatus for accurately measuring the transmittance of blood within a retinal vessel
US5776060A (en) * 1997-02-20 1998-07-07 University Of Alabama In Huntsville Method and apparatus for measuring blood oxygen saturation within a retinal vessel with light having several selected wavelengths
DE19920157A1 (de) * 1999-04-29 2000-11-02 Univ Schiller Jena Verfahren zur Bestimmung von Stoffparametern in Medien, insbesondere zur zweidimensionalen Bestimmung der Sauerstoffsättigung in lebenden biologischen Geweben
US6501974B2 (en) * 2001-01-22 2002-12-31 Datex-Ohmeda, Inc. Compensation of human variability in pulse oximetry
US6711425B1 (en) * 2002-05-28 2004-03-23 Ob Scientific, Inc. Pulse oximeter with calibration stabilization

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3245939A1 (de) * 1982-12-11 1984-06-14 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Vorrichtung zur erzeugung eines bildes des augenhintergrundes
WO2000009004A2 (en) * 1998-08-13 2000-02-24 Whitland Research Limited Optical device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DELORI F C: "NONINVASIVE TECHNIQUE FOR OXIMETRY OF BLOOD IN RETINAL VESSELS", APPLIED OPTICS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA,WASHINGTON, US, vol. 27, no. 6, 15 March 1988 (1988-03-15), pages 1113 - 1125, XP002061910, ISSN: 0003-6935 *

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Publication number Publication date
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DE10217543A1 (de) 2003-11-06
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US20080194931A1 (en) 2008-08-14

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