WO2020070222A1 - Method and device for the non-invasive optical measurement of characteristics of living tissue - Google Patents

Method and device for the non-invasive optical measurement of characteristics of living tissue

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WO2020070222A1
WO2020070222A1 PCT/EP2019/076769 EP2019076769W WO2020070222A1 WO 2020070222 A1 WO2020070222 A1 WO 2020070222A1 EP 2019076769 W EP2019076769 W EP 2019076769W WO 2020070222 A1 WO2020070222 A1 WO 2020070222A1
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light
detector
intensity
light beam
tissue
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PCT/EP2019/076769
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Vera Herrmann
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Nirlus Engineering Ag
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    • A61B5/1455Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • GPHYSICS
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    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/4833Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures

Definitions

  • the invention relates to a method for the non-invasive optical measurement (or in vivo measurement) of properties of living tissue (including flowing blood) inside a (human) body, the body being illuminated with light by means of at least one light source with at least one light wavelength and wherein the light scattered back from the body is detected with at least one detector (for example placed on the body), which along a direction oriented parallel to the surface of the body (towards the body) at a predetermined (mean) distance from the light (in the body) is arranged.
  • Non-invasive measurement means e.g. B. the non-invasive measurement of the concentration of blood components in blood vessels, e.g. B. the measurement of hemoglobin concentration, oxygen saturation, blood sugar or the like.
  • the invention also includes measurement in tissue outside a bloodstream, e.g. B. in the course of in vivo tissue classification.
  • Light e.g. B. a laser light source is radiated into the body and by measuring and evaluating the backscattered scattered light, the parameters sought are determined in a variety of ways.
  • electromagnetic radiation e.g. laser light radiation
  • the backscattered light is measured under the influence of ultrasound radiation in order, for. B. to mark the location of the measurement with the ultrasound radiation.
  • a method for the optical measurement of properties of flowing blood by means of ultrasound localization is e.g. B. known from EP 1 601 285 B1.
  • the ultrasound radiation is focused on the interior of a central blood vessel and a light source and an adjacent detection unit for detecting the backscattered light on the skin surface are positioned above the blood vessel in such a way that the distance between the light source and the majority of the light receptors of the detection unit with the Depth of the examining blood tissue corresponds.
  • the target tissue is illuminated with at least two discrete light wavelengths and the backscattered light is measured.
  • the interaction with blood and tissue causes changes in the optical properties, in particular the reflectivity and scattering power, of the ultrasonic wave field.
  • DE 10 2006 036 920 B3 describes a method for the spectrometric determination of the blood glucose concentration in the pulsating flowing blood.
  • Implementation of this method for the non-invasive in vivo determination of the glucose concentration additionally requires a non-invasive determination of the temperature of the blood.
  • Such a method for non-invasive, optical determination of the temperature of a medium within a body is, for. B. is known from DE 10 2008 006 245 A1. Even with this optical temperature measurement, the location of the measurement inside a body, e.g. B. a bloodstream, are marked by means of pulsed ultrasound radiation.
  • the body is irradiated with ultrasound radiation to mark a blood vessel with ultrasound radiation, the body being illuminated by the blood vessel with light having at least one light wavelength and the backscattered light being detected by a detector, the part of the light reflected from the body outside the blood vessel also being included a frequency is modulated which corresponds to the ultrasound frequency.
  • the backscattered portion of light inside the blood vessel is modulated due to the Doppler effect in the flowing blood with a frequency shifted by the Doppler shift relative to the frequency of the ultrasound radiation.
  • the signal component modulated with the shifted frequency can be extracted from the detector signal measured at the detector.
  • This method ensures that only those light components of the backscattered light that actually are backscattered from the blood flow into the evaluation, since only these are modulated with a different modulation frequency than the light components backscattered from the adjacent tissue due to the Doppler effect. This makes it possible to mark the bloodstream precisely, regardless of whether or not focused ultrasound radiation is used.
  • the ultrasound radiation is not used to find the blood vessel, but the use of the Doppler effect also flows directly into the evaluation of the optical measurement.
  • DE 10 2007 020 078 A1 proposes a device for collecting scattered light scattered back on or in a specimen, light from at least one light source being irradiated at an irradiation point in the specimen and a plurality of collecting light guides being provided whose entry ends in the Area of the sample body are arranged on at least one substantially circular measuring surface with a predetermined radius, the irradiation point being arranged essentially in the center of the circle of the circular measuring surface.
  • This device consequently collects the scattered light relevant for the desired examination by means of a large number of optical waveguides which are arranged in a ring around the point of incidence. On the one hand, this results in a particularly efficient measurement, because the decisive scattered light is optimally used. On the other hand, this arrangement allows detection, so to speak, so that stray light from other depths is suppressed.
  • US 2006/0173255 A1 describes the monitoring of biological parameters with the aid of a compact analyzer based on a spectrometer, such an IR spectrometer in particular containing a grating and a detector array.
  • the invention is based on the technical problem of creating a method for the non-invasive optical measurement of properties of living tissue in the interior of a body which is versatile and yet can be used efficiently.
  • the invention teaches in a generic method of the type described at the outset that the irradiated light is not collimated or punctiformly irradiated into the body, but as a (widened) light beam which is applied to the surface of the body along the direction x which is the direction along which the detector is arranged at a distance from the point of incidence of the light source - has an extension d of more than 1 mm.
  • the incident light particularly preferably has an extent of more than 1.5 mm, preferably at least 2 mm, along the defined direction x.
  • the invention is based first of all on the fundamentally known finding that there is a statistical relationship between the depth of the scattering center or the tissue section from which the backscattered photon comes and the distance of the exit point from the tissue from the entry point of the incident light. This is because the photon paths on their way from the entry point into the tissue to the exit point or to the detector form a typical curved path, which is also referred to as a “banana shape” or “light banana”.
  • the photons that are irradiated into the tissue from a point-shaped laser light source or enter the tissue at a point-like entry point are also partially backscattered after multiple scattering events.
  • the starting point or the exit point from the tissue is related to the depth of the photon on its way through the tissue in such a way that the distance a of the exit point from the entry point (approximately) the depth T of the photon reached in the tissue corresponds.
  • the invention deliberately suggests a larger lighting area and consequently an irradiation of the light than
  • the invention therefore dispenses with a statistical assignment of the backscattered light to a specific depth of the scattering center, by deliberately registering photons from different scattering depths with a fixed detector, even then, if the detector itself has a very small detector area in relation to the direction x.
  • tissue areas can be analyzed at different depths within certain limits. This is e.g. B.
  • the properties of blood are to be determined based on a measurement in a bloodstream and if the depth of the bloodstream (or other tissue to be examined) varies within certain narrow limits.
  • a variable adaptation of the detector can be dispensed with.
  • a detector with a very small detector area or a small width c along the direction x this detector area preferably being less than 1 mm, particularly preferably less than 0.5 mm, e.g. B. is less than 0.1 mm.
  • This consideration is based on the knowledge that the use of a detector with a small detector area can be advantageous for various reasons, in particular when working with a high temporal resolution and consequently a detector is used which works correspondingly quickly.
  • z. B. useful when working with an ultrasound marker and the backscattered light is modulated with the frequency of the ultrasound radiation. Even if no runtime measurements or runtime evaluations are carried out, it is expedient because of the ultrasound radiation used to work with a detector with a high temporal resolution and consequently a small detector area. It can e.g. B. a diode detector with a width or a diameter of about 10 square meters to 100 square meters can be used.
  • the solution according to the invention with an enlarged irradiation area for utilizing a larger scattering depth or an enlarged depth range is particularly advantageous if either an exact localization of the depth is not required or the localization or marking is achieved by other technical means, e.g. B.
  • the method according to the invention is consequently used particularly preferably in combination with a fundamentally known ultrasound marking.
  • the invention consequently preferably relates to a method for the non-invasive optical measurement of properties of flowing blood in the interior of a living body, the blood path to be examined being marked by means of ultrasound radiation and wherein such signal components are extracted from the signals measured by the detector with a modulation frequency dependent on the ultrasound radiation will.
  • the invention can preferably be used in such processes that, for. B. in EP 1 601 285 B1 or WO 2015/177156 A1 or EP 3 170 446 A1.
  • the method according to the invention with the enlarged illumination area can also be implemented with unfocused ultrasound radiation or with ultrasound radiation with a relatively large focus, specifically when - as described in WO 2015/177156 A1 - the principle of the “echo blood optode” is used .
  • the body In order to mark the tissue to be examined (or a blood vessel), the body is irradiated with ultrasound radiation at an ultrasound frequency, the body being illuminated with light with at least one wavelength of light and the backscattered light is detected with the detector.
  • the proportion of light scattered back from the body outside the blood vessel is modulated with a frequency that corresponds to the frequency of the ultrasound radiation.
  • the back-scattered light component within the blood vessel is modulated with flowing blood at a frequency shifted by the Doppler shift due to the Doppler effect.
  • the signal components modulated with the shifted frequency can then be extracted from the detector signal measured at the detector.
  • the corresponding property of the blood for. B. the concentration of blood components or the temperature of the
  • the light source to be used according to the invention e.g. B. a laser
  • a laser preferably generates a (widened) light beam with a along the direction x over the extent d homogeneous intensity distribution.
  • the light bundle has an essentially identical intensity along the direction x over the entire extent d.
  • the light when entering the body can have an inhomogeneously distributed entry intensity over the extension along the direction x, this intensity decreasing with a reduced distance from the detector, preferably decreasing exponentially.
  • the invention in turn is based on the knowledge that the intensity of the backscattered light at the location of the detector depends on the depth in the tissue.
  • the exit location or the distance of the exit location from the point of incidence depends on the scattering depth
  • the backscattered intensity also decreases with increasing depth of the scattering center, since the light covers a longer path through the tissue. That means being more homogeneous across the entire area
  • the invention counteracts this effect in that the light enters the body with an inhomogeneously distributed entry intensity.
  • this works. B. in that from an (originally) homogeneous intensity distribution of the light beam an inhomogeneously distributed entry intensity with the help of an optical element, for. B. is generated with an appropriately designed intensity filter.
  • the light generated by the light source and distributed homogeneously over a large area passes through a filter with an exponential filtering capacity or a radially exponentially decreasing filtering capacity before entering the tissue or the skin. This ensures that the intensities of the backscattered light are constant in the detector regardless of the depth to which the light is backscattered.
  • the filter therefore compensates for the effects of Lambert-Beer’s law in relation to the scattering depth.
  • the invention also relates to a device for non-invasive optical measurement or in-vivo measurement of properties of living tissue, including blood, inside a (human) body by a method of the type described.
  • the device has at least one light source, e.g. . B. a laser radiation source and at least one detector.
  • the detector is arranged at a fixed predetermined distance a from the incident light.
  • the geometry of the device with detector and radiation is consequently fixed and preferably not variably adjustable.
  • the incident light has an extension d of more than 1 mm, for. B. more than 1.5 mm, preferably at least 2 mm.
  • the light source and are particularly preferably
  • the detector is a structural unit with a common housing, this structural unit or the housing being placed on the body.
  • the light source can e.g. B. be designed as a laser that generates a collimated light beam.
  • this light beam can be expanded into a light bundle which, when placed on the body, has an extension of more than 1 mm in the described direction x at the entry into the body.
  • the device can, for. B. have an outlet panel and the specified extent refers to the expansion of the light beam in the area of this outlet panel, the housing with the outlet panel being placed on the body.
  • the optical element may e.g. B.
  • the light is coupled from the laser via an optical waveguide into the area of the body, this optical waveguide being arranged with its exit end at a predetermined distance from the exit point from the housing or from the body to be irradiated, so that the light beam expands in the manner according to the invention until it hits the body.
  • a lens can also be used to expand the light beam, in particular if there is no coupling by means of optical fibers.
  • the first optical element can initially be used to expand the light beam homogeneously to form a homogeneous light beam with a homogeneous intensity distribution.
  • the device can be an optical element, e.g. B.
  • a second optical element with which an inhomogeneously distributed entry intensity is generated on the surface of the body from a homogeneous intensity distribution of the light beam.
  • It can be z. B. can be a suitable filter with the (exponential) characteristics already described.
  • a laser light source is preferably used as the light source in the manner described.
  • several (laser) light sources with different wavelengths can be used, e.g. For example, to determine different properties of the tissue or if several wavelengths are required to determine one property. It is always advisable to use light from the visible spectrum and / or the infrared spectrum, e.g. B. Light with a wavelength of 500 nm to 2,000 nm. Regarding the wavelength typically to be used in practice, the prior art, for. B. EP 3 170 446 A1, EP 1 601 285 B1, WO 2015/177156 A1 or EP 2 046 190 B1 and EP 2 235 485 B1.
  • B. diode lasers or laser diodes are used, which are characterized by a compact design.
  • a detector z. B. a semiconductor detector or diode detector can be used.
  • Fig. 3 shows a modified embodiment of the device according to Fig. 2 and
  • Fig. 4 is a schematic representation of the filter characteristic of one in the
  • Embodiment according to Fig. 3 used intensity filter.
  • a device for non-invasive optical measurement of properties of living tissue e.g. B. blood, shown inside a (human) body 1.
  • the device has at least one light source 2, the z. B. is designed as a laser radiation source. Furthermore, the device has at least one detector 3.
  • Light source 2 and detector 3 can be combined to form a compact structural unit with a housing (not shown), this structural unit being placed on body 1 or on skin 4 of body 1.
  • the device z. B. the properties of the blood inside the body 1 are examined, for. B. the blood flowing in a blood vessel, but this is not shown in the figures.
  • the body or the tissue to be examined is illuminated with the light from the light source 2.
  • the light backscattered from the body is detected by the detector, this detector 3 being arranged at a predetermined (average) distance a from the incident light 5 along the direction x oriented parallel to the surface of the body.
  • the device can additionally z. B. be equipped with an ultrasound source, not shown, so that the tissue to be examined is marked with the ultrasound radiation, by extracting such signal components with a modulation frequency dependent on the ultrasound radiation from the signals measured with the detector.
  • an ultrasound marking is known from the prior art.
  • a fixed predetermined distance a between the point of incidence and the exit point is generally expedient.
  • Fig. 1 for a device according to the prior art.
  • the detector only or essentially reaches those photons that were scattered at a certain depth r.
  • the distance of the exit point from the point of incidence corresponds approximately to the depth of the scattering center. Photons that were scattered at a different or more inward depth reach the surface of the body at a greater distance, so that they do not hit the detector 3.
  • the distance a of the detector from the irradiation point P variable or adjustable in order to enable individual adaptation to the measurement at different depths.
  • the incident light does not enter the body in a punctiform manner in a very small area, but rather as a widened light beam 5 ′ on the surface of the body along the direction x, a relatively large extension d of more than 1 mm has, preferably more than 1.5 mm, e.g. B. at least 2 mm.
  • the detector 3 has a very small detector area with a width c along the direction x of significantly less than 1 mm, z. B. less than 0.1 mm.
  • the embodiment according to the invention means that the detector 3 is not only statistically considered
  • the invention takes advantage of the fact that the photon paths have a curved path with the shape of a “banana” in the case of scattering in the tissue and that the distance r correlates with the depth d.
  • Various photon paths are indicated by way of example in FIG. 1, and their illustration is omitted in FIG. 2.
  • FIG. 3 a modified embodiment is shown in which a filter 7 is additionally inserted into the radiation path of the light source 2, so that this filter 7 is used to distribute the homogeneous intensity distribution of the light beam 5 'into an inhomogeneously distributed entrance intensity and consequently an inhomogeneously distributed one Intensity of the light at the entry surface F of the body 1 and consequently on the skin 4 is converted.
  • the filter 7 has an exponential filter characteristic along the longitudinal direction x over the width d
  • I Io b + mr , where r is between dmin and dmax.
  • the filter characteristic is also shown schematically in simplified form in FIG. 4.
  • the transmission with an exponential course decreasing in the radial direction is indicated, the detector 3 being arranged in the center of this exponential filter capacity running in the radial direction.
  • the location of the irradiation and the expansion of the initially homogeneous light beam in the region of the entry into the tissue can also be seen, it being possible for an indicated diaphragm 8 to be arranged at this point.

Abstract

The invention relates to a method for the non-invasive optical measurement of characteristics of living tissue inside a body, wherein said body is exposed to light of at least one light wavelength by means of at least one light source, and the backscattered light from the body is sensed by at least one detector positioned, at a pre-defined distance a from the incident light, in a direction x running parallel to the surface of the body. The method is characterised in that the incident light in the form of a light bundle on the surface of the body has an extent d of more than 1 mm in the direction x.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur nichtinvasiven optischen Messung von  Method and device for non-invasive optical measurement of
Eigenschaften von lebendem Gewebe  Properties of living tissue
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nichtinvasiven optischen Messung (bzw. in-vivo-Messung) von Eigenschaften von lebendem Gewebe (einschließlich fließendem Blut) im Innern eines (menschlichen) Körpers, wobei der Körper mit Licht mittels zumindest einer Lichtquelle mit zumindest einer Lichtwellenlänge beleuchtet wird und wobei das aus dem Körper rückgestreute Licht mit zumindest einem (z. B. auf den Körper aufgesetzten) Detektor erfasst wird, der entlang einer parallel zur Oberfläche des Körpers orientierten Richtung (auf den Körper) in einem vorgegebenen (mittleren) Abstand zu dem (in den Körper) eingestrahlten Licht angeordnet ist. The invention relates to a method for the non-invasive optical measurement (or in vivo measurement) of properties of living tissue (including flowing blood) inside a (human) body, the body being illuminated with light by means of at least one light source with at least one light wavelength and wherein the light scattered back from the body is detected with at least one detector (for example placed on the body), which along a direction oriented parallel to the surface of the body (towards the body) at a predetermined (mean) distance from the light (in the body) is arranged.
Bei dem Körper handelt es sich folglich bevorzugt um einen menschlichen Körper. Nichtinvasive Messung meint z. B. die nichtinvasive Messung der Konzentration von Blutbestandteilen in Blutgefäßen, z. B. die Messung der Hämoglobinkonzentration, der Sauerstoffsättigung, des Blutzuckergehaltes oder dergleichen. Die Erfindung umfasst aber auch die Messung in Gewebe außerhalb einer Blutbahn, z. B. im Zuge der in-vivo-Gewebeklassifizierung. Dabei wird Licht, z. B. einer Laserlichtquelle in den Körper eingestrahlt und durch Messung und Auswertung des rückgestreuten Streulichtes werden die gesuchten Parameter auf verschiedenste Weise bestimmt. Dazu wird üblicherweise elektromagnetische Strahlung (z. B. Laserlichtstrahlung) aus dem sichtbaren Bereich und/oder dem Infrarotbereich verwendet, z. B. zwischen etwa 550 nm und 2.000 nm. Häufig wird zur Optimierung der Messmethoden
Figure imgf000004_0001
das rückgestreute Licht unter Einwirkung von Ultraschallstrahlung gemessen, um z. B. den Ort der Messung mit der Ultraschallstrahlung zu markieren.
The body is therefore preferably a human body. Non-invasive measurement means e.g. B. the non-invasive measurement of the concentration of blood components in blood vessels, e.g. B. the measurement of hemoglobin concentration, oxygen saturation, blood sugar or the like. The invention also includes measurement in tissue outside a bloodstream, e.g. B. in the course of in vivo tissue classification. Light, e.g. B. a laser light source is radiated into the body and by measuring and evaluating the backscattered scattered light, the parameters sought are determined in a variety of ways. For this purpose, electromagnetic radiation (e.g. laser light radiation) from the visible range and / or the infrared range is usually used, e.g. B. between about 550 nm and 2,000 nm. Often used to optimize the measurement methods
Figure imgf000004_0001
the backscattered light is measured under the influence of ultrasound radiation in order, for. B. to mark the location of the measurement with the ultrasound radiation.
Ein Verfahren zur optischen Messung von Eigenschaften von fließendem Blut mittels Ultraschalllokalisierung ist z. B. aus der EP 1 601 285 B1 bekannt. Die Ultraschallstrahlung wird auf das Innere eines zentralen Blutgefäßes fokussiert und es werden außerdem eine Lichtquelle sowie eine benachbarte Detektionseinheit zum Erfassen des rückgestreuten Lichtes auf die Hautoberfläche über dem Blutgefäß derart positioniert, dass der Abstand zwischen Lichtquelle und der Mehrheit der Lichtrezeptoren der Detektions- einheit mit der Tiefe des untersuchenden Blutgewebes korrespondiert. Das Zielgewebe wird mit wenigstens zwei diskreten Lichtwellenlängen beleuchtet und das rückgestreute Licht wird gemessen. Das Ultraschallwellenfeld verursacht durch Wechselwirkung mit Blut und Gewebe Änderungen der optischen Eigenschaften, insbesondere des Reflexions- und Streuvermögens. Dies führt zu einer Modulation des rückgestreuten Lichtes mit der Frequenz der Ultraschallstrahlung, so dass sich im Zuge der Auswertung der modulierte Anteil extrahieren lässt. Im Zusammenhang mit der Bestimmung der Blutglukosekonzentration wird in der DE 10 2006 036 920 B3 ein Verfahren zur spektrometrischen Bestimmung der Blutglukosekonzentration im pulsierend fließenden Blut beschrieben. Eine Umsetzung dieses Verfahrens zur nichtinvasiven in-vivo-Bestimmung der Glukosekonzentration setzt ergänzend eine nichtinvasive Bestimmung der Temperatur des Blutes voraus. Ein solches Verfahren zur nichtinvasiven, optischen Bestimmung der Temperatur eines Mediums innerhalb eines Körpers ist z. B. aus der DE 10 2008 006 245 A1 bekannt. Auch bei dieser optischen Temperaturmessung kann der Ort der Messung im Innern eines Körpers, z. B. einer Blutbahn, mittels gepulster Ultraschallstrahlung markiert werden. A method for the optical measurement of properties of flowing blood by means of ultrasound localization is e.g. B. known from EP 1 601 285 B1. The ultrasound radiation is focused on the interior of a central blood vessel and a light source and an adjacent detection unit for detecting the backscattered light on the skin surface are positioned above the blood vessel in such a way that the distance between the light source and the majority of the light receptors of the detection unit with the Depth of the examining blood tissue corresponds. The target tissue is illuminated with at least two discrete light wavelengths and the backscattered light is measured. The interaction with blood and tissue causes changes in the optical properties, in particular the reflectivity and scattering power, of the ultrasonic wave field. This leads to a modulation of the backscattered light with the frequency of the ultrasound radiation, so that the modulated portion can be extracted in the course of the evaluation. In connection with the determination of the blood glucose concentration, DE 10 2006 036 920 B3 describes a method for the spectrometric determination of the blood glucose concentration in the pulsating flowing blood. Implementation of this method for the non-invasive in vivo determination of the glucose concentration additionally requires a non-invasive determination of the temperature of the blood. Such a method for non-invasive, optical determination of the temperature of a medium within a body is, for. B. is known from DE 10 2008 006 245 A1. Even with this optical temperature measurement, the location of the measurement inside a body, e.g. B. a bloodstream, are marked by means of pulsed ultrasound radiation.
2
Figure imgf000005_0001
2nd
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Eine Modifikation der beschriebenen Verfahren, die auf der Ultraschall lokal isierung basieren, ist aus der WO 2015/177156 A1 bekannt. Auch dort wird der Körper zur Markierung eines Blutgefäßes mit Ultraschallstrahlung mit einer Ultraschallfrequenz bestrahlt, wobei der Körper mit dem Blutgefäß mit Licht mit zumindest einer Lichtwellenlänge beleuchtet und das rückgestreute Licht mit einem Detektor erfasst wird, wobei der außerhalb des Blutgefäßes aus dem Körper rückgestrahlte Lichtanteil mit einer Frequenz moduliert ist, welche der Ultraschallfrequenz entspricht. Der innerhalb des Blutgefäßes rückgestreute Lichtanteil ist aufgrund des Dopplereffektes im fließenden Blut mit einer um die Dopplerverschiebung gegenüber der Frequenz der Ultraschallstrahlung verschobenen Frequenz moduliert. Mit einer Auswerteeinheit kann aus dem an dem Detektor gemessenen Detektorsignal der mit der verschobenen Frequenz modulierte Signalanteil extrahiert werden. Bei diesem Verfahren ist gewährleistet, dass tatsächlich nur solche Lichtanteile des rückgestreuten Lichtes in die Auswertung einfließen, die tatsächlich aus dem Blut rückgestreut werden, da nur diese aufgrund des Dopplereffektes mit einer anderen Modulationsfrequenz moduliert sind, als die aus dem angrenzenden Gewebe rückgestreuten Lichtanteile. Damit ist eine präzise Markierung der Blutbahn möglich, und zwar unabhängig davon, ob mit fokussierter Ultraschallstrahlung gearbeitet wird oder nicht. Im Gegensatz zu dem aus der EP 1 601 285 B1 bekannten Verfahren wird bei dem aus WO 2015/177156 A1 bekannten Verfahren die Ultraschallstrahlung nicht zur zum Auffinden des Blutgefäßes verwendet, sondern die Ausnutzung des Dopplereffektes fließt auch unmittelbar in die Auswertung der optischen Messung ein. A modification of the described methods, which are based on ultrasound localization, is known from WO 2015/177156 A1. Here too, the body is irradiated with ultrasound radiation to mark a blood vessel with ultrasound radiation, the body being illuminated by the blood vessel with light having at least one light wavelength and the backscattered light being detected by a detector, the part of the light reflected from the body outside the blood vessel also being included a frequency is modulated which corresponds to the ultrasound frequency. The backscattered portion of light inside the blood vessel is modulated due to the Doppler effect in the flowing blood with a frequency shifted by the Doppler shift relative to the frequency of the ultrasound radiation. With an evaluation unit, the signal component modulated with the shifted frequency can be extracted from the detector signal measured at the detector. This method ensures that only those light components of the backscattered light that actually are backscattered from the blood flow into the evaluation, since only these are modulated with a different modulation frequency than the light components backscattered from the adjacent tissue due to the Doppler effect. This makes it possible to mark the bloodstream precisely, regardless of whether or not focused ultrasound radiation is used. In contrast to the method known from EP 1 601 285 B1, in the method known from WO 2015/177156 A1 the ultrasound radiation is not used to find the blood vessel, but the use of the Doppler effect also flows directly into the evaluation of the optical measurement.
Im Übrigen ist es grundsätzlich bekannt, dass der Ort des rückgestreuten Lichtes unter statistischen Gesichtspunkten von der Tiefe des Streuzentrums innerhalb des Gewebes abhängt. Das rückgestreute Licht tritt folglich umso In addition, it is generally known that the location of the backscattered light depends on the depth of the scattering center within the tissue from a statistical point of view. The backscattered light therefore occurs all the more
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weiter entfernt aus dem Gewebe aus, je tiefer es im Gewebe gestreut wird. Bei der Untersuchung eines Körpers bzw. des Gewebes wird folglich statistisch betrachtet Streulicht mit besonders hoher Intensität in einem bestimmten Abstand vom Einstrahlpunkt ermittelt. Es ist grundsätzlich bekannt, sich diesen Umstand zunutze zu machen. So wird in der DE 10 2007 020 078 A1 eine Vorrichtung zum Sammeln von an bzw. in einem Probenkörper rückgestreutem Streulicht vorgeschlagen, wobei Licht zumindest einer Lichtquelle an einem Einstrahlpunkt in dem Probenkörper eingestrahlt wird und wobei eine Vielzahl von Sammellichtleitern vorgesehen ist, deren Eintrittsenden im Bereich des Probenkörpers auf zumindest einer im Wesentlichen kreisringförmigen Messfläche mit vorgegebenem Radius angeordnet sind, wobei der Einstrahlpunkt im Wesentlichen im Kreismittelpunkt der kreisringförmigen Messfläche angeordnet ist. Diese Vorrichtung sammelt folglich das für die gewünschte Untersuchung maßgebliche Streulicht mittels einer Vielzahl von Lichtwellenleitern, die kreisringförmig um den Einstrahlpunkt herum angeordnet sind. Dadurch wird einerseits eine besonders effiziente Messung erreicht, denn das maßgebliche Streulicht wird optimal ausgenutzt. Andererseits lässt diese Anordnung gleichsam eine Detektion zu, so dass Streulicht aus anderen Tiefen unterdrückt wird.
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farther away from the tissue, the deeper it is scattered in the tissue. When examining a body or tissue, scattered light with a particularly high intensity is consequently determined at a certain distance from the point of incidence. It is generally known to take advantage of this fact. For example, DE 10 2007 020 078 A1 proposes a device for collecting scattered light scattered back on or in a specimen, light from at least one light source being irradiated at an irradiation point in the specimen and a plurality of collecting light guides being provided whose entry ends in the Area of the sample body are arranged on at least one substantially circular measuring surface with a predetermined radius, the irradiation point being arranged essentially in the center of the circle of the circular measuring surface. This device consequently collects the scattered light relevant for the desired examination by means of a large number of optical waveguides which are arranged in a ring around the point of incidence. On the one hand, this results in a particularly efficient measurement, because the decisive scattered light is optimally used. On the other hand, this arrangement allows detection, so to speak, so that stray light from other depths is suppressed.
Im Übrigen wird in der US 2006/0173255 A1 die Überwachung von biologischen Parametern mit Hilfe eines kompakten Analysators auf Basis eines Spektrometers beschrieben, wobei ein solches IR-Spektrometer insbesondere ein Gitter und ein Detektor-Array enthält. In addition, US 2006/0173255 A1 describes the monitoring of biological parameters with the aid of a compact analyzer based on a spectrometer, such an IR spectrometer in particular containing a grating and a detector array.
Ausgehend von den beschriebenen Überlegungen liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur nichtinvasiven optischen Messung von Eigenschaften von lebendem Gewebe im Innern eines Körpers zu schaffen, welches vielseitig und dennoch effizient anwendbar ist. On the basis of the considerations described, the invention is based on the technical problem of creating a method for the non-invasive optical measurement of properties of living tissue in the interior of a body which is versatile and yet can be used efficiently.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren der eingangs beschriebenen Art, dass das eingestrahlte Licht nicht kollimiert bzw. punktförmig in den Körper eingestrahlt wird, sondern als (aufgeweitetes) Lichtbündel, welches an der Oberfläche des Körpers entlang der Richtung x - bei der es sich um die Richtung handelt, entlang derer der Detektor mit Abstand zu dem Einstrahlpunkt der Lichtquelle angeordnet ist— eine Ausdehnung d von mehr als 1 mm aufweist. Besonders bevorzugt weist das eingestrahlte Licht entlang der definierten Richtung x eine Ausdehnung von mehr als 1 ,5 mm, vorzugsweise zumindest 2 mm, auf. To achieve this object, the invention teaches in a generic method of the type described at the outset that the irradiated light is not collimated or punctiformly irradiated into the body, but as a (widened) light beam which is applied to the surface of the body along the direction x which is the direction along which the detector is arranged at a distance from the point of incidence of the light source - has an extension d of more than 1 mm. The incident light particularly preferably has an extent of more than 1.5 mm, preferably at least 2 mm, along the defined direction x.
Die Erfindung geht dabei zunächst einmal von der grundsätzlich bekannten Erkenntnis aus, dass ein statistischer Zusammenhang zwischen der Tiefe des Streuzentrums bzw. des Gewebeabschnittes, aus dem das rückgestreute Photon kommt, und dem Abstand des Austrittspunktes aus dem Gewebe von dem Eintrittspunkt des eingestrahlten Lichtes besteht. Denn die Photonenpfade bilden auf ihrem Weg von dem Eintrittspunkt in das Gewebe zu dem Austrittspunkt bzw. zu dem Detektor eine typische kurvenförmige Bahn, die auch als„Bananenform“ bzw.„Lichtbanane“ bezeichnet wird. Die Photonen, die aus einer punktförmigen Laserlichtquelle in das Gewebe eingestrahlt werden bzw. an einem punktförmigen Eintrittspunkt in das Gewebe eintreten, werden nach mehrfachen Streuungsereignissen auch teilweise rückgestreut. Der Aus- gangsort bzw. der Austrittsort aus dem Gewebe steht statistisch gesehen derart in Verbindung mit der erreichten Tiefe des Photons auf seinem Weg durch das Gewebe, dass der Abstand a des Austrittspunktes vom Eintrittspunkt (in etwa) der erreichten Tiefe T des Photons im Gewebe entspricht. The invention is based first of all on the fundamentally known finding that there is a statistical relationship between the depth of the scattering center or the tissue section from which the backscattered photon comes and the distance of the exit point from the tissue from the entry point of the incident light. This is because the photon paths on their way from the entry point into the tissue to the exit point or to the detector form a typical curved path, which is also referred to as a “banana shape” or “light banana”. The photons that are irradiated into the tissue from a point-shaped laser light source or enter the tissue at a point-like entry point are also partially backscattered after multiple scattering events. From a statistical point of view, the starting point or the exit point from the tissue is related to the depth of the photon on its way through the tissue in such a way that the distance a of the exit point from the entry point (approximately) the depth T of the photon reached in the tissue corresponds.
Ausgehend von diesen Überlegungen schlägt die Erfindung ganz bewusst eine größere Beleuchtungsfläche und folglich eine Einstrahlung des Lichtes als Based on these considerations, the invention deliberately suggests a larger lighting area and consequently an irradiation of the light than
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aufgeweitetes Lichtbündel mit einer verhältnismäßig großen Ausdehnung vor. Bei einer festen Anordnung des Detektors und folglich einem fest vorgegebenen Abstand des Detektors entlang der Richtung x relativ zu dem eingestrahlten Licht bzw. der Lichtquelle wird erreicht, dass den Detektor statistisch gesehen Photonen erreichen, die in unterschiedlichen Tiefen gestreut werden. Die Erfindung verzichtet folglich - in Abkehr von den Überlegungen aus dem Stand der Technik - auf eine statistische Zuordnung des rückgestreuten Lichtes zu einer bestimmten Tiefe des Streuzentrums, indem ganz bewusst mit einem fest angeordneten Detektor Photonen aus unterschiedlichen Streutiefen registriert werden, und zwar auch dann, wenn der Detektor selbst eine sehr kleine Detektorfläche bezogen auf die Richtung x besitzt. Damit lassen sich trotz fest geometrischer Anordnung zwischen Detektor und Lichtquelle bzw. eingestrahltem Licht Gewebebereiche in einer in gewissen Grenzen unterschiedlichen Tiefe analysieren. Dieses ist z. B. dann interessant, wenn die Eigenschaften von Blut anhand einer Messung in einer Blutbahn bestimmt werden sollen und wenn die Tiefe der Blutbahn (oder auch eines sonstigen zu untersuchenden Gewebes) in gewissen engen Grenzen variiert. Insbesondere kann auf eine variable Anpassung des Detektors verzichtet werden.
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expanded light beam with a relatively large expansion. With a fixed arrangement of the detector and consequently a fixed predetermined distance of the detector along the direction x relative to the incident light or the light source, it is achieved that the detector statistically seen photons that are scattered at different depths. In contrast to the considerations from the prior art, the invention therefore dispenses with a statistical assignment of the backscattered light to a specific depth of the scattering center, by deliberately registering photons from different scattering depths with a fixed detector, even then, if the detector itself has a very small detector area in relation to the direction x. Despite the fixed geometric arrangement between the detector and the light source or incident light, tissue areas can be analyzed at different depths within certain limits. This is e.g. B. interesting if the properties of blood are to be determined based on a measurement in a bloodstream and if the depth of the bloodstream (or other tissue to be examined) varies within certain narrow limits. In particular, a variable adaptation of the detector can be dispensed with.
Dieses gelingt auch ohne Vergrößerung der aktiven Detektorfläche, d. h. es kann in bevorzugter Weiterbildung mit einem Detektor mit einer sehr kleinen Detektorfläche bzw. einer kleinen Breite c entlang der Richtung x gearbeitet werden, wobei diese Detektorfläche vorzugsweise weniger als 1 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,5 mm, z. B. weniger als 0,1 mm beträgt. Diese Überlegung geht von der Erkenntnis aus, dass die Verwendung eines Detektors mit kleiner Detektorfläche aus verschiedenen Gründen vorteilhaft sein kann, insbesondere wenn mit hoher zeitlicher Auflösung gearbeitet wird und folglich ein Detektor verwendet wird, der entsprechend schnell arbeitet. Dieses This is also possible without enlarging the active detector area, i. H. In a preferred development, it is possible to work with a detector with a very small detector area or a small width c along the direction x, this detector area preferably being less than 1 mm, particularly preferably less than 0.5 mm, e.g. B. is less than 0.1 mm. This consideration is based on the knowledge that the use of a detector with a small detector area can be advantageous for various reasons, in particular when working with a high temporal resolution and consequently a detector is used which works correspondingly quickly. This
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ist z. B. dann zweckmäßig, wenn mit einer Ultraschallmarkierung gearbeitet wird und das rückgestreute Licht mit der Frequenz der Ultraschallstrahlung moduliert ist. Auch wenn insoweit keine Laufzeit-Messungen bzw. Laufzeit- Auswertungen erfolgen, so ist es aufgrund der verwendeten Ultraschall- Strahlung zweckmäßig, mit einem Detektor mit hoher zeitlicher Auflösung und folglich einer kleinen Detektorfläche zu arbeiten. Es kann z. B. ein Diodendetektor mit einer Breite oder einem Durchmesser von etwa 10 qm bis 100 qm verwendet werden. Die erfindungsgemäße Lösung mit einer vergrößerten Einstrahlfläche zur Ausnutzung einer größeren Streutiefe bzw. eines vergrößerten Tiefenbereichs ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn entweder eine exakte Lokalisierung der Tiefe nicht erforderlich ist oder die Lokalisierung bzw. Markierung mit anderen technischen Mitteln erreicht wird, z. B. durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Ultraschall-Markierung. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt folglich besonders bevorzugt in Kombination mit einer grundsätzlich bekannten Ultraschall-Markierung zum Einsatz. Die Erfindung betrifft folglich bevorzugt ein Verfahren zur nichtinvasiven optischen Messung von Eigenschaften von fließendem Blut im Innern eines lebenden Körpers, wobei die zu untersuchende Blutbahn mittels Ultraschallstrahlung markiert wird und wobei aus den mit dem Detektor gemessenen Signalen solche Signalanteile mit einer von der Ultraschallstrahlung abhängigen Modulationsfrequenz extrahiert werden. Dabei kann die Erfindung bevorzugt bei solchen Verfahren zum Einsatz kommen, die z. B. in der EP 1 601 285 B1 oder der WO 2015/177156 A1 oder EP 3 170 446 A1 beschrieben werden.
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is z. B. useful when working with an ultrasound marker and the backscattered light is modulated with the frequency of the ultrasound radiation. Even if no runtime measurements or runtime evaluations are carried out, it is expedient because of the ultrasound radiation used to work with a detector with a high temporal resolution and consequently a small detector area. It can e.g. B. a diode detector with a width or a diameter of about 10 square meters to 100 square meters can be used. The solution according to the invention with an enlarged irradiation area for utilizing a larger scattering depth or an enlarged depth range is particularly advantageous if either an exact localization of the depth is not required or the localization or marking is achieved by other technical means, e.g. B. by an ultrasound marking known from the prior art. The method according to the invention is consequently used particularly preferably in combination with a fundamentally known ultrasound marking. The invention consequently preferably relates to a method for the non-invasive optical measurement of properties of flowing blood in the interior of a living body, the blood path to be examined being marked by means of ultrasound radiation and wherein such signal components are extracted from the signals measured by the detector with a modulation frequency dependent on the ultrasound radiation will. The invention can preferably be used in such processes that, for. B. in EP 1 601 285 B1 or WO 2015/177156 A1 or EP 3 170 446 A1.
Es ist z. B. möglich, das zu untersuchende Gewebe mit fokussierter Ultraschallstrahlung zu bestrahlen und die Ultraschallstrahlung auf die Blutbahn zu fokussieren, so dass ausschließlich oder zumindest überwiegend das It is Z. B. possible to irradiate the tissue to be examined with focused ultrasound radiation and to focus the ultrasound radiation on the bloodstream, so that exclusively or at least predominantly that
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fließende Blut mit der Ultraschallstrahlung moduliert wird und folglich ausschließlich oder überwiegend das aus der Blutbahn rückgestreute Licht mit der Ultraschallfrequenz moduliert ist. Bei Verwendung von fokussierter Ultraschallstrahlung ist folglich der modulierte Anteil des Lichtes, der außerhalb der Blutbahn rückgestreut wird, gering, so dass in der erfindungsgemäßen Weise mit einer vergrößerten Beleuchtungsfläche gearbeitet werden kann und folglich statistisch auch solche Photonen den Detektor erreichen, die nicht aus dem Bereich der Blutbahn rückgestreut werden, da diese nicht mit der Frequenz der fokussierten Ultraschallstrahlung moduliert sind und deshalb bei der Auswertung„eliminiert“ werden.
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flowing blood is modulated with the ultrasound radiation and consequently exclusively or predominantly the light scattered back from the bloodstream is modulated with the ultrasound frequency. When using focused ultrasound radiation, the modulated portion of the light that is scattered back outside the bloodstream is consequently low, so that it is possible to work with an enlarged illumination area in the manner according to the invention, and consequently statistically also those photons that do not reach the detector are scattered back into the bloodstream because they are not modulated with the frequency of the focused ultrasound radiation and are therefore “eliminated” during the evaluation.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit der vergrößerten Beleuchtungsfläche lässt sich aber auch mit nicht fokussierter Ultraschallstrahlung oder mit Ultraschallstrahlung mit einem verhältnismäßig großen Fokus realisieren, und zwar dann, wenn - so wie in WO 2015/177156 A1 - beschrieben mit dem Prinzip der „Echoblutoptode“ gearbeitet wird. Dabei wird der Körper zur Markierung des zu untersuchenden Gewebes (bzw. eines Blutgefäßes) mit Ultraschallstrahlung mit einer Ultraschallfrequenz bestrahlt, wobei der Körper mit dem Blutgefäß mit Licht mit zumindest einer Lichtwellenlänge beleuchtet und das rückgestreute Licht mit dem Detektor erfasst wird. Der außerhalb des Blutgefäßes aus dem Körper rückgestreute Lichtanteil ist mit einer Frequenz moduliert, die der Frequenz der Ultraschallstrahlung entspricht. Demgegenüber ist der innerhalb des Blutgefäßes rückgestreute Lichtanteil aufgrund des Dopplereffektes mit fließendem Blut mit einer um die Dopplerverschiebung verschobenen Frequenz moduliert. Mit einer Auswerteeinheit lassen sich dann aus dem an dem Detektor gemessenen Detektorsignal die mit der verschobenen Frequenz modulierten Signalanteile extrahieren. Aus diesem Signalanteil wird dann wiederum die entsprechende Eigenschaft des Blutes, z. B. die Konzentration von Blutbestandteilen oder auch die Temperatur des However, the method according to the invention with the enlarged illumination area can also be implemented with unfocused ultrasound radiation or with ultrasound radiation with a relatively large focus, specifically when - as described in WO 2015/177156 A1 - the principle of the “echo blood optode” is used . In order to mark the tissue to be examined (or a blood vessel), the body is irradiated with ultrasound radiation at an ultrasound frequency, the body being illuminated with light with at least one wavelength of light and the backscattered light is detected with the detector. The proportion of light scattered back from the body outside the blood vessel is modulated with a frequency that corresponds to the frequency of the ultrasound radiation. In contrast, the back-scattered light component within the blood vessel is modulated with flowing blood at a frequency shifted by the Doppler shift due to the Doppler effect. With an evaluation unit, the signal components modulated with the shifted frequency can then be extracted from the detector signal measured at the detector. The corresponding property of the blood, for. B. the concentration of blood components or the temperature of the
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Blutes bestimmt. Bei dieser Verfahrensvariante hängt der Erfolg folglich nicht von der Fokussierung der Ultraschallstrahlung ab, da ganz gezielt eine Auswertung des mit der „verschobenen“ Ultraschallfrequenz modulierten Lichtanteiles erfolgt. Auch bei dieser Variante kann folglich Licht mit einer verhältnismäßig großen Fläche bzw. ein Lichtbündel mit verhältnismäßig großer Fläche eingestrahlt werden, so dass dem Detektor statistisch betrachtet Photonen aus einem bestimmten Tiefenbereich erreichen. Da jedoch die Lokalisierung mit Hilfe der Ultraschallstrahlung unterstützt wird, kann eine Rückstreuung aus einem verhältnismäßig großen Tiefenbereich, der gegebenenfalls auch Bereiche außerhalb der Blutbahn betrifft, in Kauf genommen werden. Blood determined. With this method variant, the success therefore does not depend on the focusing of the ultrasound radiation, since the light component modulated with the “shifted” ultrasound frequency is evaluated in a very targeted manner. In this variant too, light with a relatively large area or a light bundle with a relatively large area can consequently be irradiated, so that, statistically speaking, the detector reaches photons from a certain depth range. However, since the localization is supported with the aid of ultrasound radiation, backscattering from a relatively large depth range, which may also affect areas outside the bloodstream, can be accepted.
Die erfindungsgemäß einzusetzende Lichtquelle, z. B. ein Laser, erzeugt bevorzugt ein (aufgeweitetes) Lichtbündel mit einer entlang der Richtung x über die Ausdehnung d homogenen Intensitätsverteilung. Das bedeutet, dass das Lichtbündel entlang der Richtung x über die gesamte Ausdehnung d eine im Wesentlichen identische Intensität aufweist. Es kann jedoch zweckmäßig sein, das Licht mit einer inhomogen verteilten Eintrittsintensität in den Körper einzustrahlen. Dazu kann das Licht bei Eintritt in den Körper über die Ausdehnung entlang der Richtung x eine inhomogen verteilte Eintrittsintensität aufweisen, wobei diese Intensität mit zum Detektor reduziertem Abstand abnimmt, vorzugsweise exponentiell abnimmt. Dabei geht die Erfindung wiederum von der Erkenntnis aus, dass die Intensität des rückgestreuten Lichtes am Ort des Detektors von der Tiefe im Gewebe abhängt. Unabhängig von dem Umstand, dass statistisch gesehen der Austrittsort bzw. der Abstand des Austrittsortes von dem Einstrahlpunkt von der Streutiefe abhängt, reduziert sich auch die rückgestreute Intensität mit zunehmender Tiefe des Streuzentrums, da das Licht einen längeren Weg durch das Gewebe zurücklegt. Das bedeutet, dass bei über die gesamte Fläche homogener The light source to be used according to the invention, e.g. B. a laser, preferably generates a (widened) light beam with a along the direction x over the extent d homogeneous intensity distribution. This means that the light bundle has an essentially identical intensity along the direction x over the entire extent d. However, it may be expedient to radiate the light into the body with an inhomogeneously distributed entry intensity. For this purpose, the light when entering the body can have an inhomogeneously distributed entry intensity over the extension along the direction x, this intensity decreasing with a reduced distance from the detector, preferably decreasing exponentially. The invention in turn is based on the knowledge that the intensity of the backscattered light at the location of the detector depends on the depth in the tissue. Regardless of the fact that, statistically speaking, the exit location or the distance of the exit location from the point of incidence depends on the scattering depth, the backscattered intensity also decreases with increasing depth of the scattering center, since the light covers a longer path through the tissue. That means being more homogeneous across the entire area
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Einstrahlung des Lichtes in den Körper am Detektor für unterschiedliche Streutiefen unterschiedliche Intensitäten gemessen werden. Irradiation of light into the body at the detector for different scattering depths different intensities can be measured.
Diesem Effekt wirkt die Erfindung in bevorzugter Weiterbildung dadurch entgegen, dass das Licht mit einer inhomogen verteilten Eintrittsintensität in den Körper eintritt. Dies gelingt technisch z. B. dadurch, dass aus einer (ursprünglich) homogenen Intensitätsverteilung des Lichtbündels eine inhomogen verteilte Eintrittsintensität mit Hilfe eines optischen Elementes, z. B. mit einem entsprechend ausgestalteten Intensitätsfilter erzeugt wird. Das von der Lichtquelle erzeugte, homogen großflächig verteilte Licht tritt vor Eintritt in das Gewebe bzw. in die Haut durch einen Filter mit einem exponentiellen Filtervermögen bzw. einem radial exponentiell abfallenden Filtervermögen. Dadurch wird erreicht, dass die Intensitäten des rückgestreuten Lichtes unabhängig von der Tiefe, auf dem das Licht rückgestreut wird, im Detektor konstant sind. Der Filter gleicht folglich die durch das Lambert-Beer’sche Gesetz entstehenden Effekte bezogen auf die Streutiefe aus. Dazu wird auch auf die Figurenbeschreibung verwiesen. In a preferred further development, the invention counteracts this effect in that the light enters the body with an inhomogeneously distributed entry intensity. Technically, this works. B. in that from an (originally) homogeneous intensity distribution of the light beam an inhomogeneously distributed entry intensity with the help of an optical element, for. B. is generated with an appropriately designed intensity filter. The light generated by the light source and distributed homogeneously over a large area passes through a filter with an exponential filtering capacity or a radially exponentially decreasing filtering capacity before entering the tissue or the skin. This ensures that the intensities of the backscattered light are constant in the detector regardless of the depth to which the light is backscattered. The filter therefore compensates for the effects of Lambert-Beer’s law in relation to the scattering depth. Reference is also made to the description of the figures.
Gegenstand der Erfindung ist im Übrigen eine Vorrichtung zur nichtinvasiven optischen Messung bzw. in-vivo-Messung von Eigenschaften von lebendem Gewebe, einschließlich Blut, im Innern eines (menschlichen) Körpers nach einem Verfahren der beschriebenen Art. Die Vorrichtung weist zumindest eine Lichtquelle, z. B. eine Laserstrahlungsquelle und zumindest einen Detektor auf. Der Detektor ist in einem fest vorgegebenen Abstand a zu dem eingestrahlten Licht angeordnet. Die Geometrie der Vorrichtung mit Detektor und Einstrahlung ist folglich fest vorgegeben und bevorzugt nicht variabel einstellbar. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das eingestrahlte Licht eine Ausdehnung d von mehr als 1 mm aufweist, z. B. mehr als 1 ,5 mm, vorzugsweise zumindest 2 mm. Besonders bevorzugt bilden die Lichtquelle und The invention also relates to a device for non-invasive optical measurement or in-vivo measurement of properties of living tissue, including blood, inside a (human) body by a method of the type described. The device has at least one light source, e.g. . B. a laser radiation source and at least one detector. The detector is arranged at a fixed predetermined distance a from the incident light. The geometry of the device with detector and radiation is consequently fixed and preferably not variably adjustable. According to the invention it is provided that the incident light has an extension d of more than 1 mm, for. B. more than 1.5 mm, preferably at least 2 mm. The light source and are particularly preferably
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der Detektor eine bauliche Einheit mit einem gemeinsamen Gehäuse, wobei diese bauliche Einheit bzw. das Gehäuse auf den Körper aufgesetzt wird. Innerhalb des Gehäuses bzw. innerhalb der Vorrichtung sind die Lichtquelle und der Detektor geometrisch in fester Anordnung zueinander positioniert. Die Lichtquelle kann z. B. als Laser ausgebildet sein, der einen kollimierten Lichtstrahl erzeugt. Mit Hilfe zumindest eines ersten optischen Elementes kann dieser Lichtstrahl zu einem Lichtbündel aufgeweitet werden, das im auf dem Körper aufgesetzten Zustand am Eintritt in den Körper eine Ausdehnung von mehr als 1 mm in der beschriebenen Richtung x aufweist. So kann die Vorrichtung z. B. eine Austrittsblende aufweisen und die angegebene Ausdehnung bezieht sich auf die Ausdehnung des Lichtbündels im Bereich dieser Austrittsblende, wobei das Gehäuse mit der Austrittsblende auf den Körper aufgesetzt wird. Bei dem optischen Element kann es sich z. B. um einen Lichtwellenleiter handeln, d. h. das Licht wird aus dem Laser über einen Lichtwellenleiter in den Bereich des Körpers eingekoppelt, wobei dieser Lichtwellenleiter mit seinem Austrittsende in einem vorgegebenen Abstand von dem Austrittspunkt aus dem Gehäuse bzw. von dem zu bestrahlenden Körper angeordnet ist, so dass sich der Lichtstrahl in der erfindungsgemäßen Weise bis zum Auftreffen auf den Körper aufweitet. Ergänzend oder alternativ kann zum Aufweiten des Lichtstrahls auch eine Linse zum Einsatz kommen, und zwar insbesondere dann, wenn auf eine Einkopplung mittels Lichtwellenleiter verzichtet wird. Jedenfalls kann zunächst über das erste optische Element eine homogene Aufweitung des Lichtstrahls zu einem homogenen Lichtbündel mit homogener Intensitätsverteilung erfolgen. Die Vorrichtung kann alternativ oder ergänzend ein optisches Element, z. B. ein zweites optisches Element, aufweisen, mit dem aus einer homogenen Intensitätsverteilung des Lichtbündels eine inhomogen verteilte Eintrittsintensität an der Oberfläche des Körpers erzeugt wird. Dabei kann es sich z. B. um einen geeigneten Filter mit der bereits beschriebenen (exponentiellen) Charakteristik handeln.
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the detector is a structural unit with a common housing, this structural unit or the housing being placed on the body. Within the housing or within the device, the light source and the detector are geometrically positioned in a fixed arrangement to one another. The light source can e.g. B. be designed as a laser that generates a collimated light beam. With the help of at least one first optical element, this light beam can be expanded into a light bundle which, when placed on the body, has an extension of more than 1 mm in the described direction x at the entry into the body. So the device can, for. B. have an outlet panel and the specified extent refers to the expansion of the light beam in the area of this outlet panel, the housing with the outlet panel being placed on the body. The optical element may e.g. B. act as an optical waveguide, ie the light is coupled from the laser via an optical waveguide into the area of the body, this optical waveguide being arranged with its exit end at a predetermined distance from the exit point from the housing or from the body to be irradiated, so that the light beam expands in the manner according to the invention until it hits the body. In addition or as an alternative, a lens can also be used to expand the light beam, in particular if there is no coupling by means of optical fibers. In any case, the first optical element can initially be used to expand the light beam homogeneously to form a homogeneous light beam with a homogeneous intensity distribution. Alternatively or in addition, the device can be an optical element, e.g. B. have a second optical element with which an inhomogeneously distributed entry intensity is generated on the surface of the body from a homogeneous intensity distribution of the light beam. It can be z. B. can be a suitable filter with the (exponential) characteristics already described.
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Als Lichtquelle wird in der beschriebenen Weise bevorzugt eine Laserlichtquelle verwendet. In der Praxis können auch mehrere (Laser-)Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen zum Einsatz kommen, z. B. um unter- schiedliche Eigenschaften des Gewebes zu bestimmen oder wenn zur Bestimmung einer Eigenschaft mehrere Wellenlängen erforderlich sind. Stets ist es zweckmäßig, Licht aus dem Bereich des sichtbaren Spektrums und/oder des infraroten Spektrums zu verwenden, z. B. Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 2.000 nm. Bezüglich der in der Praxis typischerweise einzusetzenden Wellenlänge kann auf den Stand der Technik, z. B. die EP 3 170 446 A1 , die EP 1 601 285 B1 , die WO 2015/177156 A1 oder auch die EP 2 046 190 B1 und die EP 2 235 485 B1 verwiesen werden. A laser light source is preferably used as the light source in the manner described. In practice, several (laser) light sources with different wavelengths can be used, e.g. For example, to determine different properties of the tissue or if several wavelengths are required to determine one property. It is always advisable to use light from the visible spectrum and / or the infrared spectrum, e.g. B. Light with a wavelength of 500 nm to 2,000 nm. Regarding the wavelength typically to be used in practice, the prior art, for. B. EP 3 170 446 A1, EP 1 601 285 B1, WO 2015/177156 A1 or EP 2 046 190 B1 and EP 2 235 485 B1.
In der Praxis werden z. B. Diodenlaser bzw. Laserdioden eingesetzt, die sich durch eine kompakte Bauform auszeichnen. Als Detektor kann z. B. ein Halbleiterdetektor bzw. Diodendetektor zum Einsatz kommen. In practice, e.g. B. diode lasers or laser diodes are used, which are characterized by a compact design. As a detector z. B. a semiconductor detector or diode detector can be used.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen The invention is explained in more detail below on the basis of a drawing illustrating only one exemplary embodiment. Show it
Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung, 1 a device known from the prior art in a highly simplified, schematic representation,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung, 2 shows a device according to the invention in a highly simplified schematic representation,
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 2 und Fig. 3 shows a modified embodiment of the device according to Fig. 2 and
12
Figure imgf000015_0001
12th
Figure imgf000015_0001
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Filtercharakteristik eines in der Fig. 4 is a schematic representation of the filter characteristic of one in the
Ausführungsform nach Fig. 3 verwendeten Intensitätsflters.  Embodiment according to Fig. 3 used intensity filter.
In den Figuren ist jeweils eine Vorrichtung zur nichtinvasiven optischen Messung von Eigenschaften von lebendem Gewebe, z. B. Blut, im Innern eines (menschlichen) Körpers 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist zumindest eine Lichtquelle 2 auf, die z. B. als Laserstrahlungsquelle ausgebildet ist. Ferner weist die Vorrichtung zumindest einen Detektor 3 auf. Lichtquelle 2 und Detektor 3 können zu einer kompakten Baueinheit mit einem nicht dargestellten Gehäuse zusammengefasst sein, wobei diese Baueinheit auf den Körper 1 bzw. auf die Haut 4 des Körpers 1 aufgesetzt wird. Mit der Vorrichtung können z. B. die Eigenschaften des Blutes im Innern des Körpers 1 untersucht werden, z. B. des in einem Blutgefäß fließenden Blutes, das jedoch in den Figuren nicht dargestellt ist. Der Körper bzw. das zu untersuchende Gewebe wird mit dem Licht der Lichtquelle 2 beleuchtet. Das aus dem Körper rückgestreute Licht wird mit dem Detektor erfasst, wobei dieser Detektor 3 entlang der parallel zur Oberfläche des Körpers orientierten Richtung x in einem vorgegebenen (mittleren) Abstand a zu dem eingestrahlten Licht 5 angeordnet ist. Die Vorrichtung kann zusätzlich z. B. mit einer nicht dargestellten Ultraschallquelle ausgerüstet sein, so dass mit der Ultraschallstrahlung das zu untersuchende Gewebe markiert wird, indem aus den mit dem Detektor gemessenen Signalen solche Signalanteile mit einer von der Ultraschallstrahlung abhängigen Modulationsfrequenz extrahiert werden. Eine solche Ultraschallmarkierung ist aus dem Stand der Technik bekannt. A device for non-invasive optical measurement of properties of living tissue, e.g. B. blood, shown inside a (human) body 1. The device has at least one light source 2, the z. B. is designed as a laser radiation source. Furthermore, the device has at least one detector 3. Light source 2 and detector 3 can be combined to form a compact structural unit with a housing (not shown), this structural unit being placed on body 1 or on skin 4 of body 1. With the device z. B. the properties of the blood inside the body 1 are examined, for. B. the blood flowing in a blood vessel, but this is not shown in the figures. The body or the tissue to be examined is illuminated with the light from the light source 2. The light backscattered from the body is detected by the detector, this detector 3 being arranged at a predetermined (average) distance a from the incident light 5 along the direction x oriented parallel to the surface of the body. The device can additionally z. B. be equipped with an ultrasound source, not shown, so that the tissue to be examined is marked with the ultrasound radiation, by extracting such signal components with a modulation frequency dependent on the ultrasound radiation from the signals measured with the detector. Such an ultrasound marking is known from the prior art.
Es besteht ein Zusammenhang zwischen dem Abstand a des Austrittspunktes des rückgestreuten Streulichtes 6 von dem Einstrahlpunkt P einerseits und der Tiefe r des Streuzentrums, an dem das Licht in dem Gewebe zurückgestreut wird. Das rückgestreute Streulicht 6 tritt umso weiter vom Einstrahlpunkt P There is a connection between the distance a of the exit point of the backscattered scattered light 6 from the irradiation point P on the one hand and the depth r of the scattering center at which the light is scattered back in the tissue. The backscattered scattered light 6 passes further from the point of incidence P.
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Figure imgf000016_0001
entfernt aus dem Gewebe aus, je tiefer es im Gewebe gestreut wird. Das bedeutet, dass für die Untersuchung von Gewebe in einer ganz bestimmten Tiefe innerhalb des Körpers grundsätzlich ein fest vorgegebener Abstand a zwischen Einstrahlpunkt und Austrittspunkt zweckmäßig ist. Dieses ist in Fig. 1 für eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik dargestellt. Es erfolgt eine im Wesentlichen punktuelle Beleuchtung mit einem kollimierten Laserstrahl. Den Detektor erreichen aufgrund des vorgegebenen Abstandes a nur bzw. im Wesentlichen solche Photonen, die in einer bestimmten Tiefe r gestreut wurden. Der Abstand des Austrittspunktes vom Einstrahlpunkt entspricht in etwa der Tiefe des Streuzentrums. Photonen, die in einer anderen bzw. weiter innen liegenden Tiefe gestreut wurden, erreichen die Oberfläche des Körpers mit einem größeren Abstand, so dass sie nicht auf den Detektor 3 treffen. Im Stand der Technik ist daher darüber nachgedacht worden, den Abstand a des Detektors zum Einstrahlpunkt P variabel bzw. verstellbar auszugestalten, um eine individuelle Anpassung an die Messung in unterschiedlichen Tiefen zu ermöglichen.
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Figure imgf000016_0001
removed from the tissue the deeper it is scattered in the tissue. This means that for the examination of tissue at a very specific depth within the body, a fixed predetermined distance a between the point of incidence and the exit point is generally expedient. This is shown in Fig. 1 for a device according to the prior art. There is essentially spot lighting with a collimated laser beam. Because of the predetermined distance a, the detector only or essentially reaches those photons that were scattered at a certain depth r. The distance of the exit point from the point of incidence corresponds approximately to the depth of the scattering center. Photons that were scattered at a different or more inward depth reach the surface of the body at a greater distance, so that they do not hit the detector 3. In the prior art it has therefore been considered to make the distance a of the detector from the irradiation point P variable or adjustable in order to enable individual adaptation to the measurement at different depths.
Erfindungsgemäß ist nun gemäß Fig. 2 vorgesehen, dass das eingestrahlte Licht nicht in einem sehr kleinen Bereich punktförmig in den Körper eintritt, sondern als aufgeweitetes Lichtbündel 5‘ an der Oberfläche des Körpers entlang der Richtung x eine verhältnismäßig große Ausdehnung d von mehr als 1 mm aufweist, vorzugsweise mehr als 1 ,5 mm, z. B. zumindest 2 mm. Demgegenüber weist der Detektor 3 eine sehr kleine Detektorfläche mit einer Breite c entlang der Richtung x von deutlich weniger als 1 mm auf, z. B. weniger als 0,1 mm. Der Detektor 3 einerseits und die Lichtquelle 2 bzw. deren Lichtbündel 5‘ sind bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Fig. 2 fest zueinander angeordnet, d. h. mit einem festen, mittleren Abstand zwischen Detektor 3 einerseits und Lichtbündel 5‘ andererseits. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt dazu, dass dem Detektor 3 statistisch betrachtet nicht nur According to the invention, it is now provided according to FIG. 2 that the incident light does not enter the body in a punctiform manner in a very small area, but rather as a widened light beam 5 ′ on the surface of the body along the direction x, a relatively large extension d of more than 1 mm has, preferably more than 1.5 mm, e.g. B. at least 2 mm. In contrast, the detector 3 has a very small detector area with a width c along the direction x of significantly less than 1 mm, z. B. less than 0.1 mm. The detector 3 on the one hand and the light source 2 or its light bundle 5 'are arranged fixed to one another in the embodiment according to the invention according to FIG. H. with a fixed, average distance between detector 3 on the one hand and light bundle 5 'on the other. The embodiment according to the invention means that the detector 3 is not only statistically considered
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Figure imgf000017_0001
überwiegend Photonen erreichen, die aus einer einzigen, lokalen Streutiefe gestreut werden, sondern Photonen, die einem bestimmten Tiefenbereich D entsprechen, der der Ausdehnung d des aufgeweiteten Lichtbündels 5‘ entspricht. Dieses führt dazu, dass mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung bei fester Anordnung von Detektor 3 und Lichtquelle 2 Untersuchungen des Gewebes nicht nur an einer einzigen, lokalen Tiefe, sondern über einen verhältnismäßig großen Tiefenbereich D durchgeführt werden können. Dieses ist z. B. dann zweckmäßig, wenn die Tiefe der (nicht dargestellten) Blutbahn über einen gewissen Tiefenbereich variiert, da in diesem Fall ohne Anpassung der Geometrie der Vorrichtung eine zuverlässige Messung erfolgen kann.
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mainly reach photons that are scattered from a single, local scattering depth, but photons that correspond to a specific depth range D, which corresponds to the extent d of the expanded light beam 5 '. This leads to the fact that with the configuration according to the invention with a fixed arrangement of detector 3 and light source 2, investigations of the tissue can be carried out not only at a single, local depth, but over a relatively large depth range D. This is e.g. B. useful if the depth of the bloodstream (not shown) varies over a certain depth range, since in this case a reliable measurement can be made without adjusting the geometry of the device.
Die Erfindung nutzt dabei die Tatsache aus, dass die Photonenpfade im Falle der Streuung im Gewebe eine kurvenförmige Bahn mit der Form einer„Banane“ aufweisen und dass der Abstand r mit der Tiefe d korreliert. Verschiedene Photonenpfade sind beispielhaft in Fig. 1 angedeutet, in Fig. 2 ist auf deren Darstellung verzichtet. The invention takes advantage of the fact that the photon paths have a curved path with the shape of a “banana” in the case of scattering in the tissue and that the distance r correlates with the depth d. Various photon paths are indicated by way of example in FIG. 1, and their illustration is omitted in FIG. 2.
Dabei ist in Fig. 2 erkennbar, dass durch die breite Einstrahlung mit einem verhältnismäßig breiten Lichtbündel 5‘ Photonen aus unterschiedlichen Tiefenbereichen den Detektor 3 erreichen und dass die einzelnen Einstrahlpunkte innerhalb des Lichtbündels 5‘ unterschiedliche Streutiefen repräsentieren. Die Intensitäten des rückgestreuten Lichtes im Detektor 3 werden folglich statistisch gesehen für jeweils eine entsprechende Tiefe maximal. Es ist jedoch auch erkennbar, dass insgesamt die rückgestreute Intensität mit zunehmender Streutiefe abnimmt, und zwar exponentiell nach dem Lambert-Beer’schen Gesetz: It can be seen in FIG. 2 that the broad irradiation with a relatively wide light bundle 5 ″ photons from different depth ranges reach the detector 3 and that the individual irradiation points within the light bundle 5 ″ represent different scattering depths. The intensities of the backscattered light in the detector 3 are consequently statistically maximum for a corresponding depth. However, it can also be seen that the backscattered intensity decreases with increasing scattering depth, exponentially according to Lambert-Beer’s law:
Io q mG Io q mG
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Figure imgf000018_0001
15
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, mit r = d, wobei der Radius r in etwa der Tiefe des jeweils rückgestreuten Lichtes entspricht. , with r = d, the radius r corresponding approximately to the depth of the backscattered light.
Davon ausgehend ist in Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform dargestellt, bei der zusätzlich ein Filter 7 in den Strahlungsweg der Lichtquelle 2 eingesetzt ist, so dass über diesen Filter 7 die homogene Intensitätsverteilung des Lichtbündels 5‘ in eine inhomogen verteilte Eintrittsintensität und folglich eine inhomogen verteilte Intensität des Lichtes an der Eintrittsfläche F des Körpers 1 und folglich auf der Haut 4 umgewandelt wird. Der Filter 7 weist entlang der Längsrichtung x über die Breite d eine exponentielle Filtercharakteristik gemäß Based on this, a modified embodiment is shown in FIG. 3, in which a filter 7 is additionally inserted into the radiation path of the light source 2, so that this filter 7 is used to distribute the homogeneous intensity distribution of the light beam 5 'into an inhomogeneously distributed entrance intensity and consequently an inhomogeneously distributed one Intensity of the light at the entry surface F of the body 1 and consequently on the skin 4 is converted. The filter 7 has an exponential filter characteristic along the longitudinal direction x over the width d
I = Io b+m r auf, wobei r zwischen dmin und dmax liegt. Der Einsatz eines solchen Filters führt folglich dazu, dass die„Ausleuchtung“ des Detektors 3 durch die rückgestreuten Photonen unabhängig von der Tiefe der jeweiligen Streuzentren wird. I = Io b + mr , where r is between dmin and dmax. The use of such a filter consequently means that the “illumination” of the detector 3 by the backscattered photons is independent of the depth of the respective scattering centers.
Die Filtercharakteristik ist schematisch vereinfacht auch in Fig. 4 dargestellt. Es ist die in radialer Richtung nach außen abnehmende Transmission mit exponentiellem Verlauf angedeutet, wobei der Detektor 3 im Zentrum dieses in radialer Richtung verlaufenden exponentiellen Filtervermögens angeordnet ist. Erkennbar ist auch der Ort der Einstrahlung und die Ausdehnung des zunächst homogenen Lichtbündels im Bereich des Eintrittes in das Gewebe, wobei an dieser Stelle eine angedeutete Blende 8 angeordnet sein kann. The filter characteristic is also shown schematically in simplified form in FIG. 4. The transmission with an exponential course decreasing in the radial direction is indicated, the detector 3 being arranged in the center of this exponential filter capacity running in the radial direction. The location of the irradiation and the expansion of the initially homogeneous light beam in the region of the entry into the tissue can also be seen, it being possible for an indicated diaphragm 8 to be arranged at this point.
16 16

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Verfahren zur nichtinvasiven optischen Messung von Eigenschaften von lebendem Gewebe im Innern eines Körpers (1 ), wobei der Körper (1 ) mit Licht mittels zumindest einer Lichtquelle (2) mit zumindest einer Lichtwellenlänge beleuchtet wird und wobei das aus dem Körper (1 ) rückgestreute Licht (6) mit zumindest einem Detektor erfasst wird, der entlang einer parallel zur Oberfläche des Körpers orientierten Richtung (x) in einem vorgegebenen Abstand (a) zu dem eingestrahlten Licht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestrahlte Licht als Lichtbündel (5‘) an der Oberfläche des Körpers (1 ) entlang der Richtung (x) eine Ausdehnung (d) von mehr als 1 mm aufweist. 1. A method for the non-invasive optical measurement of properties of living tissue in the interior of a body (1), the body (1) being illuminated with light by means of at least one light source (2) with at least one wavelength of light, and the body (1) backscattered light (6) is detected with at least one detector which is arranged along a direction (x) oriented parallel to the surface of the body at a predetermined distance (a) from the incident light, characterized in that the incident light as a light beam (5 ') on the surface of the body (1) along the direction (x) has an extent (d) of more than 1 mm.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das eingestrahlte Lichtbündel (5‘) entlang der Richtung (x) eine Ausdehnung (d) von mehr als 1 ,5 mm, vorzugsweise zumindest 2 mm, z. B. 1 ,5 bis 3 mm aufweist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the incident light beam (5 ') along the direction (x) an extent (d) of more than 1.5 mm, preferably at least 2 mm, z. B. 1, 5 to 3 mm.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the
Detektor (3) eine Detektorfläche mit einer Breite (c) entlang der Richtung (x) von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,1 mm aufweist. Detector (3) has a detector area with a width (c) along the direction (x) of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, particularly preferably less than 0.1 mm.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (3) in festem Abstand zur Lichtquelle (2) auf die Oberfläche des Körpers (1 ), z. B. auf die Haut (4), aufgesetzt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the detector (3) at a fixed distance from the light source (2) on the surface of the body (1), for. B. is placed on the skin (4).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Lichtquelle (2) ein Lichtbündel (5‘) mit einer entlang der Richtung (x) über die Ausdehnung (d) homogenen Intensitätsverteilung erzeugt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the light source (2) is used to generate a light beam (5 ″) with an intensity distribution which is homogeneous along the direction (x) over the extent (d).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht (5‘) bei Eintritt in den Körper (1 ) über die Ausdehnung (d) entlang der Richtung (x) eine inhomogen verteilte Eintrittsintensität aufweist, wobei die Intensität mit zum Detektor (3) reduziertem Abstand abnimmt, vorzugsweise exponentiell abnimmt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the light (5 ') on entry into the body (1) over the extent (d) along the direction (x) has an inhomogeneously distributed entry intensity, the intensity decreases with a reduced distance from the detector (3), preferably decreases exponentially.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die inhomogen verteilte Eintrittsintensität aus der homogenen Intensitätsverteilung des Lichtbündels mit einem optischen Element, z. B. einem Intensitätsfilter (7) erzeugt wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that the inhomogeneously distributed entry intensity from the homogeneous intensity distribution of the light beam with an optical element, for. B. an intensity filter (7) is generated.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu untersuchende Gewebe mittels Ultraschallstrahlung markiert wird und dass aus den mit dem Detektor (3) gemessenen Signalen solche Signalanteile mit einer von der Ultraschallstrahlung abhängigen Modulationsfrequenz extrahiert werden. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the tissue to be examined is marked by means of ultrasound radiation and that such signal components are extracted from the signals measured with the detector (3) with a modulation frequency dependent on the ultrasound radiation.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu untersuchende Gewebe mit fokussierte Ultraschallstrahlung markiert wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that the tissue to be examined is marked with focused ultrasound radiation.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Markierung eines Blutgefäßes dieses mit Ultraschallstrahlung bestrahlt wird, wobei der außerhalb des Blutgefäßes rückgestreute Lichtanteil mit der Frequenz der Ultraschallstrahlung moduliert ist und wobei der innerhalb des Blutgefäßes rückgestreute Signalanteil mit einer um die Dopplerverschiebung gegenüber der Ultraschallfrequenz verschobenen Frequenz moduliert ist, wobei aus dem Detektorsignal der mit der verschobenen Frequenz modulierte Signalanteil extrahiert wird. 10. The method according to claim 8, characterized in that for marking a blood vessel it is irradiated with ultrasound radiation, the light portion scattered back outside the blood vessel being modulated with the frequency of the ultrasound radiation and wherein the signal portion backscattered inside the blood vessel having a Doppler shift relative to the Ultrasound frequency shifted frequency is modulated, the signal portion modulated with the shifted frequency is extracted from the detector signal.
11. Vorrichtung zur nichtinvasiven optischen Messung von Eigenschaften von lebendem Gewebe im Innern eines Körpers (1 ) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit zumindest einer Lichtquelle (2), z. B. einer Laserstrahlungsquelle und zumindest einem Detektor (3), wobei der Detektor (3) in einem fest vorgegebenen Abstand zu dem eingestrahlten Licht (5, 5‘) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestrahlte Licht als Lichtbündel (5‘) eine Ausdehnung von mehr als 1 mm aufweist, z. B. mehr als 1 ,5 mm, vorzugsweise zumindest 2 mm. 11. Device for the non-invasive optical measurement of properties of living tissue inside a body (1) according to a method according to one of claims 1 to 10, with at least one light source (2), for. B. a laser radiation source and at least one detector (3), the detector (3) being arranged at a fixed predetermined distance from the incident light (5, 5 '), characterized in that the incident light as a light beam (5') Has an extent of more than 1 mm, for. B. more than 1.5 mm, preferably at least 2 mm.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) und der Detektor (3) eine bauliche Einheit mit einem gemeinsamen Gehäuse bilden, die auf den Körper (1 ) aufsetzbar ist. 12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the light source (2) and the detector (3) form a structural unit with a common housing, which can be placed on the body (1).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die13. The apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the
Lichtquelle (2) als Laser ausgebildet ist, dessen Lichtstrahl mit zumindest einem ersten optischen Element, z. B. einem Lichtwellenleiter und/oder einer Linse zu einem Lichtbündel (5‘) aufgeweitet ist, das eine Ausdehnung d von mehr als 1 mm aufweist. Light source (2) is designed as a laser, the light beam with at least a first optical element, for. B. an optical waveguide and / or a lens to a light bundle (5 '), which has an extension d of more than 1 mm.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine auf den Körper (1 ) aufsetzbare Blende (8) aufweist, deren Breite entlang der Richtung (x) die Ausdehnung (d) des Lichtbündels begrenzt. 14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the device has an aperture (8) which can be placed on the body (1) and whose width along the direction (x) limits the extent (d) of the light beam.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element derart ausgebildet und/oder derart relativ zu der Blende (8) positioniert wird, dass die Blende (8) homogen ausgeleuchtet wird. 15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the first optical element is formed and / or is positioned relative to the diaphragm (8) such that the diaphragm (8) is homogeneously illuminated.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein optisches Element, z. B. ein zweites optisches Element, aufweist, das z. B. als Intensitätsfilter (7) ausgebildet ist und mit dem aus einer homogenen Intensitätsverteilung des Lichtbündels (5‘) eine inhomogen verteilte Eintrittsintensität an der Oberfläche des Körpers (1 ) erzeugt wird. 16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the device is an optical element, for. B. has a second optical element, the z. B. is designed as an intensity filter (7) and with which an inhomogeneously distributed entrance intensity is generated on the surface of the body (1) from a homogeneous intensity distribution of the light beam (5 ').
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