DE102005020022A1 - Determining constituents of pulsating body fluid such as SaCO in blood, by evaluating parameters to calibration transmission path between two light sources and photoreceiver - Google Patents

Determining constituents of pulsating body fluid such as SaCO in blood, by evaluating parameters to calibration transmission path between two light sources and photoreceiver Download PDF

Info

Publication number
DE102005020022A1
DE102005020022A1 DE200510020022 DE102005020022A DE102005020022A1 DE 102005020022 A1 DE102005020022 A1 DE 102005020022A1 DE 200510020022 DE200510020022 DE 200510020022 DE 102005020022 A DE102005020022 A DE 102005020022A DE 102005020022 A1 DE102005020022 A1 DE 102005020022A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light sources
photoreceiver
light
body fluid
transmission path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200510020022
Other languages
German (de)
Inventor
Klaus Dr. Forstner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Griefahn Joachim Dr De
Schoeller Bernd De
Original Assignee
Mcc Gesellschaft fur Diagnosesysteme In Medizin und Technik Mbh & Co KG
MCC Gesellschaft fur Diagnosesysteme in Medizin und Technik mbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mcc Gesellschaft fur Diagnosesysteme In Medizin und Technik Mbh & Co KG, MCC Gesellschaft fur Diagnosesysteme in Medizin und Technik mbH and Co KG filed Critical Mcc Gesellschaft fur Diagnosesysteme In Medizin und Technik Mbh & Co KG
Priority to DE200510020022 priority Critical patent/DE102005020022A1/en
Publication of DE102005020022A1 publication Critical patent/DE102005020022A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring 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
    • A61B5/14551—Measuring 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A61B5/7207—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts

Abstract

The method involves arranging a photoreceiver at a distance from two light sources disposed adjacent to body tissue containing the body fluid. The light sources generate light of different wavelengths. An evaluation unit evaluates specific parameters to enable calibration of the transmission path between light sources and the photoreceiver. The difference between the parameters may be evaluated. An independent claim is included for an apparatus for determining at least one constituent in a body fluid.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Inhaltsstoffes in einer pulsierenden Körperflüssigkeit, bei dem benachbart zu einem die Körperflüssigkeit enthaltenden Körpergewebe mindestens zwei Lichtquellen sowie beabstandet zu den Lichtquellen ein Photoempfänger angeordnet werden und bei dem von den Lichtquellen Licht unterschiedlicher Wellenlängen generiert wird und die Meßsignale des Photoempfängers einer Auswertungseinheit zugeführt werden.The The invention relates to a method for determining at least one Ingredient in a pulsating body fluid, adjacent to to a body fluid containing body tissue at least two light sources and spaced from the light sources a photoreceiver be arranged and in which light different from the light sources wavelength is generated and the measuring signals of the photoreceptor supplied to an evaluation unit become.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Inhaltsstoffes in einer Körperflüssigkeit, die mindestens zwei Lichtquellen zur Generierung von Licht relativ zueinander unterschiedlicher Wellen längen sowie einen beabstandet zu den Lichtquellen angeordneten Photoempfänger aufweist und bei der die Lichtquellen und der Photoempfänger mit einer Halteeinrichtung zur Positionierung im Bereich eines die Körperflüssigkeit enthaltenden Körpergewebes verbunden sind sowie bei der der Photoempfänger an eine Auswertungseinheit angeschlossen ist.The Invention relates to this In addition, a device for determining at least one ingredient in a body fluid, the at least two light sources for generating light relative lengths of different waves lengths and a distance to the light sources arranged photoreceiver and in which the Light sources and the photoreceiver with a holding device for positioning in the region of a body fluid containing body tissue are connected and in which the photoreceptor to an evaluation unit connected.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung werden in der DE-OS 102 13 692 für eine Anwendung zur Bestimmung von Inhaltsstoffen im Blut beschrieben. Als problematisch stellt sich derzeit bei diesem Stand der Technik noch eine genaue Bestimmung der Hämoglobinfraktion SaCO dar, da es sich hierbei in der Regel um eine kleine Größe im Bereich weniger Sättigungsprozente handelt. Auch die Bestimmung von weiteren Inhaltsstoffen mit kleinen Konzentrationen ist problematisch.One Such a method and such a device are described in the DE-OS 102 13 692 for an application for the determination of ingredients in the blood described. As problematic is currently in this state of the art still an accurate determination of the hemoglobin fraction SaCO, As this is usually a small size in the range less saturation percentages is. Also, the determination of other ingredients with small Concentrations are problematic.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß auch für kleine Meßwerte eine hohe Meßgenauigkeit bereitgestellt wird.task It is the object of the present invention to provide a method of the mentioned type to improve such that even for small measurements a high accuracy provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für eine Kalibration mindestens ein für den jeweiligen Übertragungsweg zwischen den Lichtquellen und dem Photoempfänger spezifischer Parameter ausgewertet wird.These Task is inventively characterized solved, that for a calibration at least one for the respective transmission path evaluated between the light sources and the photoreceiver specific parameters becomes.

Die Auswertung des spezifischen Parameters erfolgt unter Ausnutzung spezifischer konstruktiver Merkmale, insbesondere einer vorgegebenen Anordnung der Lichtquellen.The Evaluation of the specific parameter takes place under utilization specific constructive features, in particular a given Arrangement of the light sources.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine vergrößerte Meßgenauigkeit auch für kleine Meßwerte erreicht wird, wobei gleichzeitig eine verbesserte Unterdrückung von Störungen gewährleistet wird.Further Object of the present invention is to provide a device of Initially mentioned type to construct such that an increased accuracy of measurement also for small readings is reached, at the same time an improved suppression of disorders guaranteed becomes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auswertungseinrichtung einen Kalibrator aufweist, der eine Differenz der Werte von erfaßten Meßwertvariablen für den jeweiligen Übertragungsweg zwischen den Lichtquellen und dem Photoempfänger auswertet.These Task is inventively characterized solved, that the Evaluation device comprises a calibrator having a difference the values of captured Meßwertvariablen for the respective transmission path between the light sources and the photoreceiver evaluates.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung des Emitter-Separations-Effektes, einer Verwendung der Multi-Wellenlängen-Verstärkung, einer Meßwertvariablenvalidierung sowie einer differentiellen Lichtweganalyse. Dies wird im folgenden im Detail weiter erläutert.The inventive solution of Task is carried out in particular taking into account the emitter separation effect, a use of the multi-wavelength gain, a Meßwertvariablenvalidierung and a differential light path analysis. This will be below further explained in detail.

Durch die Berücksichtigung von Meßwertunterschieden zwischen den einzelnen Lichtquellen und dem Photoempfänger wird eine differenzielle pulsspektroskopische Kalibration bereitgestellt. Die Unterschiedlichkeit der Übertragungseigenschaften der einzelnen Lichtwege wird hierdurch nicht mehr als Störgröße betrachtet, die die jeweilige Meßgenauigkeit beeinträchtigt, sondern die Kalibration berücksichtigt definierte unterschiedliche Lichtwege. Jedem Lichtweg wird hierdurch eine spezifische Kalibrationsfunktion zugeordnet.By the consideration of measured value differences between the individual light sources and the photoreceiver provided a differential Pulsspektroskopische calibration. The diversity of transmission properties the individual light paths is no longer regarded as a disturbance the respective measurement accuracy impaired but the calibration is taken into account defined different light paths. Each light path is thereby assigned a specific calibration function.

Gemäß einem typischen Anwendungsbeispiel erfolgt die erfindungsgemäße Kalibration im Rahmen der Anwendung einer Mehrwellenlängen-Pulsspektroskopie für die Bestimmung von SaCO, SaMet, SaO2 sowie SaDe im Blut.According to one typical application example is the calibration of the invention in the context of the application of a multi-wavelength pulse spectroscopy for the determination SaCO, SaMet, SaO2 and SaDe in the blood.

Es werden insgesamt vier Fraktionen des Hämoglobins unterscheidbar gemacht, nämlich deoxygeniertes Hämoglobin, oxy geniertes Hämoglobin sowie Kohlenmonoxid-Hämoglobin und MetHämoglobin. Hierzu sind bis zu zehn Wellenlängen zu deren gemeinsamer Bestimmung erforderlich.It a total of four fractions of hemoglobin are made distinguishable, namely deoxygenated hemoglobin, oxygenated hemoglobin as well as carbon monoxide hemoglobin and methemoglobin. These are up to ten wavelengths necessary for their common purpose.

Das Meßverfahren nutzt bezüglich der Kalibration die virtuellen Extinktionskoeffizienten. Virtuelle Extintionen sind die realen, meßbaren Lichtschwächungswerte im biologischen Gewebe, welche vor allem aus den Photonen-prozessen Absorption und Streuung folgen. In der Realität überwiegt die Streuung jeweils die Absorption in angewandten Wellenlängenbereichen, nämlich im VIS- und NIR-A- sowie NIR-B- Bereich.The measurement methods uses with respect calibration the virtual extinction coefficients. virtual Extintions are the real, measurable ones Light attenuation values in biological tissue, which mainly consists of the photon processes Absorption and scattering follow. In reality, the dispersion prevails in each case the absorption in applied wavelength ranges, namely in VIS and NIR-A and NIR-B range.

Der Sachverhalt, daß bestimmte Hb-Frakionen nur als kleine Größe physiologisch vorhanden sind, sich nämlich bei wenigen Sättigungsprozenten bewegen, macht die Messung dieser Hämoglobinfraktionen bei der überwiegenden Mehrzahl der Anwendungen schwieriger als die Bestimmung der Hb-O2-Sättigung. Diese beginnt bei knapp unter 100 % und ist auch im pathologischen Fall noch mit signifikanten Hämoglobinmengen vorhanden.Of the Fact that certain Hb fractions physiological only as a small size are present, namely at a few saturation percentages move, the measurement of these hemoglobin fractions makes the most Majority of applications more difficult than determining Hb-O2 saturation. This starts at just below 100% and is even in the pathological case with significant Hemoglobin levels available.

Folge der kleinen SaCO-Fraktionen ist eine steile Übertragungskurve der Kalibration. Die sich ergebende Kalibrationsfläche verknüpft den Meßwert SaCO mit sogenannten Meßwertvariablen, Ω23 und Ω13 genannt.episode The small SaCO fractions is a steep transmission curve of calibration. The resulting calibration surface combines the measured value SaCO with so-called Measured value variables, Ω23 and Ω13.

Im Rahmen der Pulsspektroskopie wird die Berechnung von relativen Substanz-Konzentrationen durch die Bildung von Messwert-Variablen durchgeführt.in the Pulse spectroscopy is used to calculate relative substance concentrations the formation of measured value variables performed.

Eine Messwertvariable Ω ist eine abgeleitete Größe, welche jeweils aus den Plethysmogrammen zweier Emissionswellenlängen μ und υ gebildet wird.A Measured value variable Ω is a derived size, which each formed from the plethysmograms of two emission wavelengths μ and υ becomes.

Es gilt:It applies:

Figure 00050001
Figure 00050001

Dabei ist

Iy(tx)
Die plethysmographische Signalstärke der Wellenlänge y zum Zeitpunkt tx
t1, t2
die der Berechnung von Omega zugrundeliegenden Zeitpunkte t1 und t2
Δt = t2 – t1
die der Berechnung zugrundeliegende Zeitdifferenz.
ΔIy = Iy(t2) – Iy(t1)
die Änderung der plethysmographischen Signalstärke der Wellenlänge y zwischen den Zeitpunkten t2 und t1
PPMy(Δt)
die partielle pulsmodulation der Wellenlänge y abhängig von Delta T.
It is
I y (t x )
The plethysmographic signal strength of the wavelength y at the time t x
t 1 , t 2
the times t 1 and t 2 underlying the calculation of omega
Δt = t 2 -t 1
the time difference underlying the calculation.
.DELTA.I y = I y (t 2) - I y (t 1)
the change in the plethysmographic signal strength of the wavelength y between the times t 2 and t 1
PPM y (Δt)
the partial pulse modulation of the wavelength y as a function of Delta T.

Die Berechnung von Omega geht in der Pulsspektroskopie von der Annahme aus, dass die emittierten Wellenlängen präzise denselben Lichtweg im biologischen Gewebe durchlaufen.The Calculation of omega is in the pulse spectroscopy of the assumption from that the emitted wavelengths precisely the same light path in the go through biological tissue.

Licht, welches durch biologisches Gewebe tritt, erfährt multipel sämtliche optischen Elementarprozesse: Absorption, Reflektion und Brechung. Es bildet sich durch die Vielzahl der elementaren Photonenwechselwirkungen Streulicht aus, welches eine charakteristische Winkelabhängigkeit aufweist ("Anisotropie-Faktor").Light, which passes through biological tissue undergoes multiple all optical elementary processes: absorption, reflection and refraction. It is formed by the multiplicity of elementary photon interactions Scattered light, which has a characteristic angle dependence ("anisotropy factor").

Biologisches Gewebe ist im Aufbau in der Regel inhomogen. An makroskopischen Strukturgrenzen finden sich optische Brechungsdifferenzen und das bevorzugte Auftreten von Reflektionen.biological Tissue is usually inhomogeneous in construction. At macroscopic Structural boundaries are optical refraction differences and the preferred occurrence of reflections.

Im Rahmen der Pulsspektroskopie soll die Strahlung der für die Berechnung der Messwertvariablen erforderlichen Wellenlängen dasselbe biologische Gewebsareal sequentiell durchlaufen. Dann kann aus der pulszyklischen Veränderung der arteriellen und postkapillären Bluträume auf Substanzkonzentrationen in derselben geschlossen werden.in the Pulse spectroscopy should be the radiation of the calculation the measured variables required wavelengths the same biological tissue area go through sequentially. Then, from the pulse cyclic change the arterial and postcapillary sinuses be closed on substance concentrations in the same.

Die angewandte Pulsspektroskopie ist eine Emissions-Spektroskopie. Dies bedeutet, dass die spektroskopische Wellenlängenbegrenzung nicht auf der Detektorseite durch ein Filter durchgeführt wird (bei Weißlicht), sondern die Emissions-Quellen selbst sind wellenlängenbegrenzt.The Applied Pulse Spectroscopy is an emission spectroscopy. This means that the spectroscopic wavelength limitation is not limited to the Detector side through a filter (in white light), but the emission sources themselves are wavelength limited.

Jede Wellenlänge hat spezifische optische Eigenschaften, die beim Durchgang durch verschiedenartige biologische Gewebe die resultierende Strahlungsenergie am Detektor ergeben. Die Kalibration pulsspektroskopischer Meßsysteme erfordert die Berücksichtigung der optischen Eigenschaften am selben Messort.each wavelength has specific optical properties when passing through different biological tissues the resulting radiant energy at the detector. The calibration of pulse spectroscopic measuring systems requires consideration the optical properties at the same location.

Da die Emissions-Spektroskopie bevorzugt durch einzelne Strahlungsquellen realisiert ist (z.B. Laser und LED), be finden sich diese jedoch an unterschiedlichen Orten auf der Immissions-Seite der Strahlung. Demzufolge kann der Lichtweg nicht präzise identisch sein.There the emission spectroscopy preferably by individual radiation sources is realized (for example, laser and LED), be there but these in different places on the immission side of the radiation. As a result, The light path can not be precise be identical.

Je höher der Abstand der diskreten Strahlungsquellen ist, desto höher ist die Unterschiedlichkeit des jeweiligen Lichtwegs, den die Strahlung annimmt. Bei unterschiedlichen Lichtwegen kommen aber zwei Effekte zum Tragen:
Zum einen ist eine Längen-Ungleichheit des Lichtwegs möglich. Dies hat zur Folge dass die Wellenlänge mit der höheren Lichtweglänge eine höhere Absorption und Streuung von Strahlung erfährt.The higher the distance of the discrete radiation sources, the higher the difference of the respective light path that the radiation assumes. With different light paths but two effects come into play:
On the one hand, a length inequality of the light path is possible. This has the consequence that the wavelength with the higher optical path length experiences a higher absorption and scattering of radiation.

Zum anderen können die Lichtwege biologisch inhomogen sein. Dies bedeutet zum Beispiel, dass der Grad der Kapillarisierung zwischen den Lichtwegen unterschiedlich sein kann. Folge ist ebenfalls eine zufällige und zusätzliche Absorptions-/Streuungs-Differenz zwischen beiden Lichtwegen.To the others can the light paths are biologically inhomogeneous. This means, for example, that the degree of capillarization differs between the light paths can be. Episode is also a random and additional Absorbance / scattering difference between both light paths.

Zusammenfassend gilt, dass die Messwertvariablen, welche sich bei räumlich getrennten Lichtwegen einstellen, nicht mehr definiert sind. Die Messwertvariablen sind aber wiederum Grundlage der Berechnung von Substanzkonzentrationen. Die Kalibration von pulsspektroskopischen Meßsystemen ist so bei hohen Emitter-Abständen nicht ohne weiteres durchführbar, der Effekt wird "Emissions-Separations-Effekt" (ESE) genannt.In summary is true that the measured value variables, which are spatially separated Set light paths, are no longer defined. The measured value variables But again they are the basis for the calculation of substance concentrations. The calibration of pulse spectroscopic measuring systems is thus at high Emitter intervals not easily feasible, the effect is called "emission separation effect" (ESE).

Befinden sich die Emissions-Dioden in einem Abstand S, ergeben sich die Licht-Weglängen d23 und d1. Im Falle der Transmissions-Pulsspektroskopie ergeben sich bei einer mechanischen Dicke des Applikationsorts dF entsprechend der Darstellung in 2 folgende Verhältnisse:

Figure 00080001
If the emission diodes are at a distance S, the light path lengths d 23 and d 1 result . In the case of transmission pulse spectroscopy, if the application site has a mechanical thickness, d F is as shown in FIG 2 following conditions:
Figure 00080001

Hierbei bedeuten:

η:
Kapillarisierungsfaktor
dF:
Fingerdicke
S:
Zensorabstand
l:
Photodiodepositionierung
Where:
η:
Kapillarisierungsfaktor
df :
finger thickness
S:
Zensorabstand
l:
Photodiode positioning

Wird zusätzlich noch ein Kapillarisierungsfaktor η eingebracht, welcher die unterschiedliche Perfusion in pulsatilen Gefäßen berücksichtigt, so ergeben sich die obigen Berechnungsbeziehungen. Dabei variiert das Pulsationsverhältnis γ13 artifiziell die pulsspektroskopische Kalibration.If, in addition, a capillarization factor η is introduced, which takes into account the different perfusion in pulsatile vessels, then the above calculation relationships result. In this case, the pulsation ratio γ 13 artificially varies the pulse spectroscopic calibration.

Im Falle der Zwei-Wellenlängen Pulsoximetrie gilt dann die folgende Berechnungsbeziehung bei Vorliegen zweier Wellenlängen λ1 und λ2:

Figure 00090001
In the case of two-wavelength pulse oximetry, the following calculation relationship applies if two wavelengths λ 1 and λ 2 are present :
Figure 00090001

Das Pulsationsverhältnis γ12 bestimmt die Abweichung der Kalibration. Im idealen Falle ist diese γ12 = 1.The pulsation ratio γ 12 determines the deviation of the calibration. In the ideal case, this γ 12 = 1.

Das Pulsationsverhältnis γxy ist für jede räumliche Anordnung von Emittern x und y verschieden, d.h. bezüglich der Mehrwellenlängen-Kalibration von pulsspektroskopischen Meßsystemen liegt eine individuelle Kalibrationsverschiebung jeweils durch das spezifische Kalibrationsverhältnis vor.The pulsation ratio γ xy is different for each spatial arrangement of emitters x and y, ie with respect to the multi-wavelength calibration of pulse spectroscopic measuring systems, an individual calibration shift is present in each case by the specific calibration ratio.

Die Umgehung des Emitter-Separations-Effekts besteht darin, dass die Abstände zwischen den Emittern hinreichend klein gewählt werden müssen. Dies gilt für alle paarweisen Emitter Abstände in der Multi-Wellenlängen Pulsspektroskopie.The Avoiding the emitter separation effect is that the distances between the emitters must be chosen sufficiently small. This applies to all paired emitter distances in the multi-wavelengths Pulse spectroscopy.

Mit einem Abstand z.B. < 500 [μm] aller Emitterpaare können Transmissions-Messungen an realen biologischen Applikationsorten hinreichend unverfälscht durchgeführt werden.With a distance e.g. <500 [μm] of all Emitter pairs can Transmission measurements at real biological application sites sufficiently unadulterated carried out become.

Beim vorliegen von N Emittern ergeben sichAt the present from N emitters arise

Figure 00090002
Figure 00090002

Emitterpaarbeziehungen. Für alle diese Paarbeziehungen ergibt sich die Bestimmung einer Messwertvariable. Für jede dieser Paarbeziehung darf deshalb konstruktiv ein Grenzabstand, z.B. 500 [μm], nicht überschritten werden.Emitter couple relationships. For all These pair relationships result in the determination of a measured value variable. For every this pair relationship may therefore constructively limit e.g. 500 [μm], not exceeded become.

Der Einfluss des Emitter-Separationseffektes auf die Kalibration der 2-Wellenlängen Pulsspektroskopie ist in den 3 bis 5 gezeigt.The influence of the emitter separation effect on the calibration of the 2-wavelength pulse spectroscopy is in the 3 to 5 shown.

Im Rahmen der 2-Wellenlängen-Pulsoximetrie ist es vorgesehen, dass die analoge Signalverarbeitung der empfangenen Plethysmogramme innerhalb eines Verstärker und Filterglieds erfolgt, welches im Multiplexbetrieb sowohl die erste als auch die zweite Wellenlänge an die nachfolgende Analog-Digital-Wandler-Einheit weitergibt.in the Frame of 2-wavelength pulse oximetry it is envisaged that the analog signal processing of the received Plethysmograms are carried out within an amplifier and filter element, which in multiplex mode, both the first and the second wavelength to the subsequent analog-to-digital converter unit.

In bestimmten Fällen wird eine Trennung des Gleich- vom Wechselsignal vorgenommen, diese ist jedoch nicht obligat.In Certain cases a separation of the DC and the alternating signal is made, this is not mandatory.

Im Rahmen der Multi-Wellenlängen Pulsspektroskopie wird ein weiter Wellenlängenbereich für die Messstrahlung abgedeckt (VIS-N-IR B). Dabei wird der übliche Detektionsbereich von Si-Detektoren (6), Ge-Dioden (7) und InGaAs-Detektoren (8) bis in die Bereiche kleiner Detektions-Sensitivitäten herangezogen.As part of the multi-wavelength pulse spectroscopy, a wide range of wavelengths for the measuring radiation is covered (VIS-N-IR B). The usual detection range of Si detectors ( 6 ), Ge diodes ( 7 ) and InGaAs detectors ( 8th ) into the areas of small detection sensitivities.

Eine wellenlängenspezifische Signalaufbereitung wird aus zwei Gründen erforderlich:

  • 1. Die niederen Detektions-Sensitivitäten an den Randbereichen der jeweils gewählten Detektionstechnik erfordert eine spezifische Anhebung des Signal/Rausch-Verhältnisses in diesem Bereich. Die dort auftretenden, relativ geringen Signalamplituden müssen grundsätzlich sicher von Störsignalen getrennt werden.
  • 2. Die Signale müssen vor der Digitalisierung auf eine patientenindividuelle Signalamplitude verstärkt werden, wel che den jeweiligen Dynamik-Bereich einer nachfolgenden Digital-Analog-Wandler Einheit sinnvoll aussteuert.
Wavelength-specific signal conditioning is required for two reasons:
  • 1. The lower detection sensitivities at the edge regions of the respectively selected detection technique requires a specific increase in the signal-to-noise ratio in this region. The relatively small signal amplitudes occurring there must always be safely separated from interfering signals.
  • 2. The signals must be amplified before digitization to a patient-specific signal amplitude, wel che the meaningful controls the respective dynamic range of a subsequent digital-to-analog converter unit.

Im Ergebnis wird praktisch ein Verstärkungsverlauf realisiert, welcher die spektrale Detektions-Empfindlichkeit des gewählten Empfängers ausgleicht.in the Result practically a gain curve is realized, which compensates for the spectral detection sensitivity of the selected receiver.

Mit dieser Methodik kann in bestimmten Fällen vorteilhaft der Einsatz von aufwendigen Hybrid-Detektoren vermieden werden.With This methodology can be beneficial in certain cases be avoided by consuming hybrid detectors.

Werden in einem pulsspektroskopischen System N Wellenlängen eingesetzt, so ergeben sich M = 0,5·N·(N – 1) Paarbeziehungen. Jede einzelne dieser Paarbeziehungen kann zur Berechnung einer Messwertvariablen angewandt werden. Die Zuordnung der Anzahl der Wellenlängen zur Anzahl der Meßwertvariablen ist nachstehend für einige Wellenlängenanzahlen angegeben.Become used in a pulse spectroscopic system N wavelengths, as shown M = 0.5 · N · (N - 1) pair relationships. Each of these pair relationships can be used to calculate a measured value variable be applied. The assignment of the number of wavelengths to Number of measured value variables below for some wavelengths specified.

Figure 00110001
Figure 00110001

Alle Messwertvariablen Omega werden aus den zugehörigen Intensitätswerte der Plethysmogramme gebildet. Es gilt dabei für beliebe Wellenlängen x, y und z:

Figure 00110002
All measured value variables Omega are formed from the associated intensity values of the plethysmograms. It applies to arbitrary wavelengths x, y and z:
Figure 00110002

Damit ist jede Messwertvariable entweder direkt aus den Plethysmogramm-Intensitäten berechenbar und/oder aus dem Verhältnis zweier Messwertvariablen, welche sich auf eine beliebige, weitere Wellenlänge beziehen.In order to each measurement variable is either directly calculable from the plethysmogram intensities and / or out of proportion two measured value variables, which are on any other, more Refer to wavelength.

Messwertvariablen werden nur zur Berechnung innerhalb einer pulsspektroskopischen Messung herangezogen, wenn diese von definierten Artefakt-Kriterien unterschiedlich sind.Reading variables are only for calculation within a pulse spectroscopic Measurement used when defined by artifact criteria are different.

Liegt eine Störung, z.B. ein Bewegungsartefakt vor, so kann dies zu einer besonders ausgeprägten Veränderung bestimmter Messwertvariablen führen.Lies a disorder, e.g. a movement artifact, this can be a special one pronounced change lead to certain measured value variables.

Dieser Sachverhalt kann automatisiert herangezogen werden, um die pulsspektroskopische Messstabilität während einer Messung automatisiert zu validieren. Dabei wird geprüft, ob charakteristische Abweichungen zwischen den Messwertvariablen vorhanden sind. Diese sind ein wichtiges Indiz für eine Artefaktüberlagerung der Messung.This Facts can be automatically used to the pulse spectroscopic measurement stability while automated validation of a measurement. It is checked if characteristic Deviations between the measured value variables are present. These are an important indication of an artifact overlay the measurement.

Ein typisches Beispiel während der Phase eines Bewegungsartefakts innerhalb einer 3-Wellenlängen Pulsspektroskopie ist in 9 gezeigt.A typical example during the phase of a motion artifact within 3-wavelength pulse spectroscopy is in FIG 9 shown.

Claims (16)

Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Inhaltsstoffes in einer pulsierenden Körperflüssigkeit, bei dem benachbart zu einen die Körperflüssigkeit enthaltenden Körpergewebe mindestens zwei Lichtquellen sowie beabstandet zu den Lichtquellen ein Photoempfänger angeordnet werden und bei dem von den Lichtquellen Licht unterschiedlicher Wellenlängen generiert wird und die Meßsignale des Photoempfängers einer Auswertungseinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Kalibration mindestens ein für den jeweiligen Übertragungsweg zwischen den Lichtquellen und dem Phototempfänger spezifischer Parameter ausgewertet wird.Method for determining at least one constituent in a pulsatile body fluid, in which at least two light sources are arranged adjacent to a body tissue containing the body fluid and a photoreceiver is spaced apart from the light sources and light of different wavelengths is generated by the light sources and the measurement signals of the photoreceiver of an evaluation device be supplied, characterized in that at least one specific for the respective transmission path between the light sources and the phototube receiver is evaluated for a calibration. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Parameterwerte für den jeweiligen Lichtweg ausgewertet werden.Method according to claim 1, characterized in that that the Difference of the parameter values for the respective light path are evaluated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inhaltsstoff im Blut bestimmt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized the existence Ingredient in the blood is determined. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Inhaltsstoff SaCO bestimmt wird.Method according to claim 3, characterized that as Ingredient SaCO is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei Lichtquellen verwendet werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that three Light sources are used. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtquellen Licht mit einer relativ zu den anderen beiden Lichtquellen unterschiedlichen Wellenlänge emittiert.Method according to claim 5, characterized in that that each the light sources light with a relative to the other two light sources different wavelength emitted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von lichtemittierenden Dioden generiert wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that this Light is generated by light-emitting diodes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenz der Werte von erfaßten Meßwertvariablen für den jeweiligen Übertragungsweg zwischen den Lichtquellen und dem Fotoempfänger ausgewertet werden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized that one Difference of the values of detected Meßwertvariablen for the respective transmission path be evaluated between the light sources and the photoreceiver. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswertung ein Kapillarisierungsfaktor berücksichtigt wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized that at the evaluation a capillarization factor is taken into account. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine wellenlängenspezifische Signalaufbereitung durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized that one wavelength-specific Signal conditioning performed becomes. Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Inhaltsstoffes in einer Körperflüssigkeit, die mindestens zwei Lichtquellen zur Generierung von Licht relativ zueinander unterschiedlicher Wellenlängen sowie einen beabstandet zu den Lichtquellen angeordneten Photoempfänger aufweist und bei der die Lichtquellen und der Photoempfänger mit einer Halteeinrichtung zur Positionierung im Bereich eines die Körperflüssigkeit enthaltenden Körpergewebes verbunden sind sowie bei der der Photoempfänger an eine Auswertungseinrichtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinrichtung einen Kalibrator aufweist, der eine Differenz der erfaßten Meßwertvariablen für den jeweiligen Übertragungsweg zwischen den Lichtquellen und dem Photoempfänger auswertet.Device for determining at least one ingredient in a body fluid, the at least two light sources for generating light relative mutually different wavelengths and a distance to the light sources arranged photoreceiver and in which the Light sources and the photoreceiver with a holding device for positioning in the region of a body fluid containing body tissue are connected and in which the photoreceiver connected to an evaluation device is, characterized in that the Evaluation device comprises a calibrator having a difference the captured Meßwertvariablen for the respective transmission path evaluates between the light sources and the photoreceiver. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß drei Lichtquellen verwendet sind.Device according to claim 11, characterized in that that three Light sources are used. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen als lichtemittierende Dioden ausgebildet sind.Device according to claim 11 or 12, characterized in that that the Light sources are designed as light-emitting diodes. Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Inhaltsstoffes in einer Körperflüssigkeit, die mindestens zwei Lichtquellen zur Generierung von Licht relativ zueinander unterschiedlicher Wellenlängen sowie einen beabstandet zu den Lichtquellen angeordneten Photoempfänger aufweist und bei der die Lichtquellen und der Photoempfänger mit einer Halteeinrichtung zur Positio nierung im Bereich eines die Körperflüssigkeit enthaltenden Körpergewebes verbunden sind sowie bei der der Photoempfänger an eine Auswertungseinrichtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand zwischen den Lichtquellen höchstens 500 μm beträgt.Device for determining at least one ingredient in a body fluid, the at least two light sources for generating light relative mutually different wavelengths and a distance to the light sources arranged photoreceiver and in which the Light sources and the photoreceiver with a holding device for positioning tion in the region of a body fluid containing body tissue are connected and in which the photoreceiver connected to an evaluation device is, characterized in that a Distance between the light sources is at most 500 μm. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunktabstand der Lichtquellen höchstens 500 μm beträgt.Device according to claim 14, characterized in that that the Center distance of the light sources is at most 500 microns. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Randabstand der Lichtquellen relativ zueinander höchstens 500 μm beträgt.Device according to claim 14, characterized in that the existence Edge distance of the light sources relative to each other at most 500 microns.
DE200510020022 2005-04-29 2005-04-29 Determining constituents of pulsating body fluid such as SaCO in blood, by evaluating parameters to calibration transmission path between two light sources and photoreceiver Withdrawn DE102005020022A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510020022 DE102005020022A1 (en) 2005-04-29 2005-04-29 Determining constituents of pulsating body fluid such as SaCO in blood, by evaluating parameters to calibration transmission path between two light sources and photoreceiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510020022 DE102005020022A1 (en) 2005-04-29 2005-04-29 Determining constituents of pulsating body fluid such as SaCO in blood, by evaluating parameters to calibration transmission path between two light sources and photoreceiver

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005020022A1 true DE102005020022A1 (en) 2006-11-09

Family

ID=37111325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200510020022 Withdrawn DE102005020022A1 (en) 2005-04-29 2005-04-29 Determining constituents of pulsating body fluid such as SaCO in blood, by evaluating parameters to calibration transmission path between two light sources and photoreceiver

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005020022A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007063934B3 (en) 2006-04-07 2019-07-11 Löwenstein Medical Technology S.A. Device for detecting biosignals

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19612425C2 (en) * 1995-03-31 2000-08-31 Nihon Kohden Corp Apparatus for measuring hemoglobin concentration
US6149588A (en) * 1998-12-25 2000-11-21 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Blood sugar value measuring method and apparatus
US6151518A (en) * 1998-03-03 2000-11-21 Fuji Photo Film Co., Ltd. Instrument for measuring concentrations of constituent parts of blood
DE10015622A1 (en) * 2000-03-29 2001-10-11 Harald Behrens Non-invasive optical system and method for continuous timely triggered measuring of blood flow parameters and determining of blood components and vol. parts (blood plasma and haematocrit) etc.
DE19651690C2 (en) * 1995-12-13 2001-12-13 Bernreuter Peter Measuring method for determining blood oxygen saturation
DE10213692A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-09 Mcc Ges Fuer Diagnosesysteme I Method for controlling a device and device for measuring constituents in the blood

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19612425C2 (en) * 1995-03-31 2000-08-31 Nihon Kohden Corp Apparatus for measuring hemoglobin concentration
DE19651690C2 (en) * 1995-12-13 2001-12-13 Bernreuter Peter Measuring method for determining blood oxygen saturation
US6151518A (en) * 1998-03-03 2000-11-21 Fuji Photo Film Co., Ltd. Instrument for measuring concentrations of constituent parts of blood
US6149588A (en) * 1998-12-25 2000-11-21 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Blood sugar value measuring method and apparatus
DE10015622A1 (en) * 2000-03-29 2001-10-11 Harald Behrens Non-invasive optical system and method for continuous timely triggered measuring of blood flow parameters and determining of blood components and vol. parts (blood plasma and haematocrit) etc.
DE10213692A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-09 Mcc Ges Fuer Diagnosesysteme I Method for controlling a device and device for measuring constituents in the blood

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007063934B3 (en) 2006-04-07 2019-07-11 Löwenstein Medical Technology S.A. Device for detecting biosignals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69830629T2 (en) Method for determining the glucose concentration in a sample by means of near infrared spectroscopy
DE19651690C2 (en) Measuring method for determining blood oxygen saturation
DE60310286T2 (en) Apparatus and method for the non-invasive determination of the concentrations of biological fluids by means of photoacoustic spectroscopy
DE2049716C3 (en) Method and device for measuring absorption in blood
EP0726729B1 (en) Process and device for determining the glucose concentration in a biological matrix
DE69918401T2 (en) Apparatus and method for measuring living body information and body fat and program recording media
DE10213692B4 (en) Method for controlling a device and device for measuring ingredients in the blood
DE69932485T2 (en) Blood vessel imaging system
DE10163972B4 (en) Method and device for determining a light transport parameter and an analyte in a biological matrix
DE112004002988B4 (en) Instrument for non-invasive measurement of blood sugar level
DE4330460C2 (en) Device for examining tissue with light of different wavelengths
EP2246692B1 (en) Method for detecting impurities in an optical measuring cuvette
DE4445683A1 (en) Method for examining a scattering medium with intensity-modulated light
WO1994010901A1 (en) Process and device for glucose determination in a biological matrix
EP2135059A2 (en) Measuring device and method for optically determining the concentration of blood sugar and/or lactate in biological systems
EP0774658A2 (en) Method and apparatus for obtaining analytical data on the interior of a scattering medium
DE19840452A1 (en) Method and device for the non-invasive measurement of concentrations of blood components
DE602004001794T2 (en) Method and device for in vitro or in vivo measurement of the concentration of a substance
DE102013010611A1 (en) Measuring device and measuring method for measuring raw data for determining a blood parameter, in particular for noninvasive determination of the D-glucose concentration
EP2853869A1 (en) Method and gas analyser for measuring the concentration of a gas component in a gas to be measured
DE69925930T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE INNER PROPERTIES OF A SPREADING ABSORBENT
DE60129332T2 (en) SYSTEM AND METHOD FOR A NON-INVASIVE SELF-CALIBRATING SENSOR
DE69735565T2 (en) Optical measuring device with wavelength-selective light source
DE10321338A1 (en) Method and device for determining blood components using the method of ratiometric absolute pulse spectroscopy
DE60301764T2 (en) Apparatus and method for detecting circular dichroism in the infrared range

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: WEINMANN DIAGNOSTICS GMBH & CO. KG, 22525 HAMB, DE

R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20120305

R016 Response to examination communication
R082 Change of representative
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: GRIEFAHN, JOACHIM, DR., DE

Free format text: FORMER OWNER: WEINMANN DIAGNOSTICS GMBH & CO. KG, 22525 HAMBURG, DE

Effective date: 20130603

Owner name: SCHOELLER, BERND, DE

Free format text: FORMER OWNER: WEINMANN DIAGNOSTICS GMBH & CO. KG, 22525 HAMBURG, DE

Effective date: 20130603

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20141101