DE102007014583B3 - Blood components concentration determination device for diagnosing micro-vascular damages, has computing device computing absorption of emitted measuring radiation based on measured reflected and transmitted radiation portions - Google Patents

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Abstract

The device (10) has a radiation source (12) e.g. LED, for emitting a measuring radiation (14) towards body parts (16) i.e. finger, to be examined. A receiver (18) receives radiation (20) reflected through the body parts, and another receiver (22) receives radiation (24) transmitted through the body parts. A computing device (26) connected with the two receivers computes absorption of the emitted measuring radiation based on the measured reflected and transmitted radiation portions. An independent claim is also included for a method for operating a device for determining concentrations of different blood components in a bloodstream.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln von Konzentrationen verschiedener Blutbestandteile, und Verfahren zum Betreiben einer solschen Vorrichtung. Für medizinische Zwecke ist es häufig notwendig die Konzentration des Hämoglobins im Blut festzustellen. Beispielsweise besteht menschliches Blut zu 38,5% aus Hämoglobin in der Trockenmasse (d. h. alles ungebundene Wasser wird entzogen) und ca. 15% in der Feuchtmasse (d. h. im physiologischen Normalzustand). Hämoglobin weist wiederum vier weitere Bestandteile auf:

  • – sauerstoffungesättigtes Hämoglobin (RHb)
  • – sauerstoffgesättigtes Hämoglobin (O2Hb)
  • – Carboxy-Hämoglobin (COHb)
  • – Methämoglobin (MetHb)
The invention relates to a device for determining concentrations of various blood constituents, and to methods of operating such a device. For medical purposes, it is often necessary to determine the concentration of hemoglobin in the blood. For example, 38.5% of human blood consists of hemoglobin in the dry matter (ie, all unbound water is withdrawn) and about 15% in wet mass (ie, normal physiological state). Hemoglobin again has four other constituents:
  • Oxygenated hemoglobin (RHb)
  • Oxygen-saturated hemoglobin (O 2 Hb)
  • - carboxy-hemoglobin (COHb)
  • - Methaemoglobin (MetHb)

Die Erfindung kann jedoch auch zur Bestimmung der Konzentration weiterer Blutbestandteile verwendet werden. Sämtliche im Zusammenhang mit Hämoglobin genannten Merkmale können somit auch zur Messung der Konzentration weiterer Blutbestanteile verwendet werden.The However, the invention can also be used to determine the concentration of others Blood components are used. All related to hemoglobin mentioned features thus also for measuring the concentration of further blood components be used.

Es ist bekannt zur Bestimmung des Hämoglobingehaltes im Blut einen Hb-Fotometer zu verwenden. Der Hb-Fotometer weist einen Kapillarspalt auf, der mit einer chemischen Reagenz gefüllt ist. Eine kleine Menge an Blut, beispielsweise ein Blutstropfen, wird diesem Kapillarspalt zugeführt und ändert seine Lichtdurchlässigkeit auf Grund der erfolgten chemischen Zersetzung. Die Veränderung der Lichtdurchlässigkeit kann fotometrisch erfasst werden.It is known to determine the hemoglobin content in the blood a Hb-Fotometer to use. The Hb photometer has a capillary gap, the filled with a chemical reagent is. A small amount of blood, for example a drop of blood, is fed to this capillary gap and changes its translucency due to the chemical decomposition. The change the translucency can be detected photometrically.

Eine derartige Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass dem Patienten zur Überprüfung des Hb-Wertes Blut abgenommen werden muss.A Such device has the disadvantage that the patient to review the Hb value blood must be taken.

US 5,297,548 beschreibt eine Vorrichtung zur nichtinvasiven Untersuchung von Blutparametern, wobei eine Messstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen in Richtung eines zu untersuchenden Körperteils emittiert wird. Auf der der Strahlungsquelle gegenüber liegenden Seite des Körperteils sind zwei übereinander angeordnete Strahlungsempfänger vorgesehen, die die durch das zu untersuchende Körperteil transmittierten Strahlung messen. US 5,297,548 describes a device for the noninvasive examination of blood parameters, wherein a measuring radiation with different wavelengths is emitted in the direction of a body part to be examined. On the side of the body part opposite the radiation source, two radiation receivers arranged one above the other are provided, which measure the radiation transmitted through the body part to be examined.

CA 2 221 968 beschreibt eine Vorrichtung zur nichtinvasiven Bestimmung von Blutbestandteilen in einer Blutbahn, wobei zwei in einem geringen Abstand nebeneinander angeordnete Strahlungsquellen vorgesehen sind. Koaxial um diese Strahlungsquellen herum angeordnet sind eine Vielzahl von Strahlungsempfängern. Beispielsweise um den Blutsauerstoffgehalt zu ermitteln, wird die von einem zu untersuchenden Körperteil reflektierte Strahlung gemessen. CA 2 221 968 describes a device for the non-invasive determination of blood components in a bloodstream, wherein two are provided at a small distance juxtaposed radiation sources. Coaxially disposed around these radiation sources are a plurality of radiation receivers. For example, to determine the blood oxygen content, the radiation reflected from a body part to be examined is measured.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum nichtinvasiven Ermitteln der Konzentrationen verschiedener Blutbestandteile sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung zu schaffen.task The invention is an apparatus for non-invasive detection the concentrations of various blood components as well as a procedure to provide for operating such a device.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 1 sowie des Verfahrensanspruchs 22.The solution The object is achieved according to the invention by the features of the device claim 1 and the method claim 22.

Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen nichtinvasiven Ermittlung von Konzentrationen verschiedener Blutbestandteile weist eine Strahlungsquelle zum Emittieren einer Messstrahlung in Richtung eines zu untersuchenden Körperteils, wie beispielsweise eines menschlichen Fingers, auf. Bei der Messstrahlung kann es sich um elektromagnetische Strahlung, wie beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, und/oder um Infrarotstrahlung im nahen Infrarotbereich handeln. Die Vorrichtung weist weiter einen ersten Strahlungsempfänger zum Empfangen von durch das zu untersuchende Körperteil reflektierter Strahlung auf. Weiterhin ist ein zweiter Strahlungsempfänger zum Empfangen von durch das zu untersuchende Körperteil transmittierter Strahlung vorgesehen. Die Vorrichtung weist ferner eine mit dem ersten und dem zweiten Strahlungsempfänger verbundene Berechnungseinrichtung zur Berechnung der durch das zu untersuchende Körperteil erfolgten Absorption der emittierten Strahlung auf Basis des gemessenen reflektierten und transmittierten Strahlungsanteils auf. Bei der Berechnungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Computer handeln. Die Berechung der durch das zu untersuchende Körperteil erfolgten Absorption der emittierten Strahlung kann insbesondere in der Berechnungseinrichtung derart stattfinden, dass eine Wechselwirkung der Berechnungseinrichtung mit dem zu untersuchenden Körperteil nicht erforderlich ist. Beispielsweise kann die Berechnungseinrichtung als ein Gerät ausgebildet sein, auf dem ein spezifisches Softwareprogramm abläuft.A Apparatus for continuous noninvasive determination of concentrations Different blood components have a radiation source for emitting a measuring radiation in the direction of a body part to be examined, such as a human finger. In the measuring radiation it can be electromagnetic radiation, such as Light in the visible range, and / or near infrared radiation Act infrared range. The device further has a first one Radiation receiver for Receiving radiation reflected by the body part to be examined on. Furthermore, a second radiation receiver for receiving by the body part to be examined provided transmitted radiation. The device also has a calculation device connected to the first and the second radiation receiver for the calculation of the absorption by the body part to be examined the emitted radiation based on the measured reflected and transmitted radiation component. At the calculation facility For example, it could be a computer. The calculation the part of the body to be examined in particular, absorption of the emitted radiation can take place take place in the computing device such that an interaction the calculation device with the body part to be examined is not required. For example, the calculation device as a device be trained on which runs a specific software program.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die verschiedenen Bestandteile des Blutes, beispielsweise das Hämoglobin und das Wasser, Strahlung in unterschiedlichem Ausmaß absorbieren. Insbesondere existieren bestimmte Wellenlängen der Strahlung, beispielsweise von Licht, bei denen sich der Absorptionsgrad der verschiedenen Blutbestandteile besonders signifikant unterscheidet. Eine Auswahl der Strahlungsquelle derart, dass sie eine solche Wellenlänge emittiert, kann die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessern. Bei einer Verwendung einer einzigen Wellenlänge kann an Stelle der Konzentrationen verschiedener Blutbestandteile lediglich ein Volumenpulsverlauf ermittelt werden.Of the Invention is based on the idea that the various components of the blood, for example the hemoglobin and the water, absorbing radiation to varying degrees. In particular, certain wavelengths of radiation exist, for example of light, where the absorption of the different Blood components particularly significantly different. A selection the radiation source emitting such a wavelength, can improve the results of the device according to the invention. When using a single wavelength, instead of the concentrations different blood components only a volume pulse course be determined.

Das emittierte Messlicht tritt in das Gewebe, in dem unterschiedliche Wechselwirkungen stattfinden:

  • 1. Absorption
  • 2. Transmission
  • 3. Reflexion
The emitted measuring light enters the tissue in which different interactions take place:
  • 1. absorption
  • 2. Transmission
  • 3. Reflection

Dabei ergibt sich aus der Summe der drei optischen Gradienten immer 100% oder 1, nach folgender Formel: 1 = τ + α + φ (1)wobei

Figure 00050001
The sum of the three optical gradients is always 100% or 1, according to the following formula: 1 = τ + α + φ (1) in which
Figure 00050001

Theoretische Grundlage der Erfindung bildet das Lambert-Beersche Gesetz:

Figure 00050002
wobei:

E
= Extinktion
I
= austretende/durchgelassene Intensität
I0
= einfallende Intensität
ε
= molarer Extinktionskoeffizient
c
= Konzentration
d
= Schichtdicke
The theoretical basis of the invention is the Lambert-Beer law:
Figure 00050002
in which:
e
= Absorbance
I
= leaking / transmitted intensity
I 0
= incident intensity
ε
= molar extinction coefficient
c
= Concentration
d
= Layer thickness

Das Lambert-Beersche Gesetzt beschreibt, wie sich die Strahlungsintensität beim Durchgang durch einen absorbierenden Stoff in Abhängigkeit von der Konzentration des Stoffes verhält. Dabei ergibt sich die Extinktion aus dem Verhältnis des transmittierten zum einfallenden Licht.The Lambert-Beer's law describes how the radiation intensity in the passage through an absorbent depending on the concentration the substance behaves. The extinction results from the ratio of the transmitted to the incident light.

Erfindungsgemäß wird somit durch den ersten Strahlungsempfänger Strahlung gemessen, die durch das zu untersuchende Körperteil reflektiert wird. Weiterhin wird durch den zweiten Strahlungsempfänger Strahlung gemessen, die durch das zu untersuchende Körperteil transmittiert wird. Anschließend wird mit Hilfe der Berechnungseinrichtung, die mit dem ersten und dem zweiten Strahlungsempfänger verbunden ist, die Absorption der emittierten Strahlung auf Basis des gemessenen reflektierten und transmittierten Strahlungsanteils berechnet.Thus, according to the invention through the first radiation receiver Radiation measured by the body part to be examined is reflected. Furthermore, by the second radiation receiver radiation measured, which is transmitted through the body part to be examined. Subsequently is calculated with the help of the calculation device that works with the first and the second radiation receiver connected, based on the absorption of the emitted radiation the measured reflected and transmitted radiation component calculated.

Da die verschiedenen Blutbestandteile, wie eingangs erwähnt, bestimmte Wellenlängen einer Strahlung unterschiedlich stark absorbieren, kann bei geeigneter Wahl der verwendeten Wellenlänge auf Grund des gemessenen Absorptionsgrades mit Hilfe weiterer Berechnungen die Konzentration verschiedener Blutbestandteile ermittelt werden. Bevorzugt ist die Verwendung einer Strahlungsquelle, durch die Strahlungen verschiedener Wellenlängen emittierbar sind.Since the various blood components, as mentioned above, absorb different wavelengths of radiation different degrees, with appropriate choice of the wavelength used on the basis of the measured absorbance with the help of further calculations, the concentration of different Blutbe components are determined. Preference is given to the use of a radiation source through which radiations of different wavelengths can be emitted.

Besonders bevorzugt ist es, die Strahlungsquelle und den ersten Strahlungsempfänger zum Empfangen von durch das zu untersuchende Körperteil reflektierter Strahlung auf der gleichen Seite des zu untersuchenden Körperteils anzuordnen. Der zweite Strahlungsempfänger zum Empfangen der transmittierten Strahlung kann dann dem ersten Strahlungsempfänger gegenüber liegend auf einer zweiten Seite des zu untersuchenden Körperteils angeordnet sein.Especially it is preferred that the radiation source and the first radiation receiver for Receiving radiation reflected by the body part to be examined on the same side of the body part to be examined. The second radiation receiver for receiving the transmitted radiation can then the first radiation receiver across from lying on a second side of the body part to be examined be arranged.

Um eine genauere Messung der Hämoglobinkonzentration im Blut zu ermöglichen und/oder um eine Messung der Konzentration von Hämoglobin- Derivaten zu ermöglichen, ist es weiterhin bevorzugt, dass die Strahlungsquelle mehrere Einzelstrahlungsquellen verschiedener Wellenlängen aufweist. Die Einzelstrahlungsquellen können beispielsweise als LEDs, Laserdioden oder Weißlicht-LEDs mit Filter, ausgebildet sein. Dieses Merkmal ist besonders vorteilhaft, da verschiedene Hämoglobin-Derivate bei bestimmten Wellenlängen besonders markante Unterschiede bezüglich des Absorptionsgrades der emittierten Strahlung aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, zur Messung diese Wellenlängen zu verwenden, bei denen der Unterschied im Absorptionsgrad verschiedener Hämoglobin-Derivate bzw. weiterer Blutbestandteile, wie beispielsweise Wasser, besonders groß ist.Around a more accurate measurement of hemoglobin concentration to allow in the blood and / or to allow a measurement of the concentration of hemoglobin derivatives, it is further preferred that the radiation source several individual radiation sources different wavelength having. The individual radiation sources can be used, for example, as LEDs, Laser diodes or white light LEDs with filter, be formed. This feature is particularly advantageous because different hemoglobin derivatives at certain wavelengths particularly striking differences in the degree of absorption having the emitted radiation. It is particularly advantageous to measure these wavelengths to use in which the difference in the degree of absorption of different Hemoglobin derivatives or other blood components, such as water, especially is great.

Die Verwendung von Einzelstrahlungsquellen zum Emittieren verschiedener Wellenlängen ermöglicht eine besonders genaue Messung der Konzentration verschiedener Blutbestandteile, da eine Messung genau bei denjenigen Wellenlängen vorgenommen werden kann, bei denen besonders markante Unterschiede bezüglich der Absorption auftreten. Als besonders vorteilhaft haben sich beispielsweise zur Messung der Hämoglobin-Derivate folgende Wellenlängen herausgestellt:

  • • 540 nm ± 5 nm, 562 nm ± 5 nm, 573 ± 5 nm zur Unterscheidung von Carboxyhämoglobin von oxygeniertem Hämoglobin
  • • 623 ± 5 nm zur Unterscheidung von Methämoglobin von oxygeniertem Hämoglobin
  • • 660 nm ± 10 nm zur Unterscheidung aller Hämoglobinderivate voneinander, da bei dieser Wellenlänge alle Bestandteile unterschiedliche Absorptionsgrade aufweisen
  • • 805 nm ± 10 nm zur Unterscheidung von Gesamthämoglobin von Wasser, da bei dieser Wellenlänge nur Hämoglobin absorbiert, nicht aber Wasser
  • • 950 nm ± 10 nm als Referenzpunkt, da hier alle Bestandteile einen gleichen Absorptionsgrad aufweisen (isosbestischer Punkt)
  • • 1200 nm ± 50 nm zur Unterscheidung von Wasser von Gesamthämoglobin, da bei dieser Wellenlänge nur Wasser absorbiert, nicht aber Hämoglobin Zur Berechnung der Konzentrationen der fünf Blutbestandteile (vier Hämoglobinderivate, Wasser) wären eigentlich nur fünf Wellenlängen notwendig. Es ist jedoch bevorzugt, die oben genannten acht Wellenlängen zu verwenden.
The use of single radiation sources to emit different wavelengths enables a particularly accurate measurement of the concentration of various blood components, since a measurement can be made precisely at those wavelengths in which particularly striking differences in absorption occur. For example, the following wavelengths have proven to be particularly advantageous for measuring the hemoglobin derivatives:
  • • 540 nm ± 5 nm, 562 nm ± 5 nm, 573 ± 5 nm to distinguish carboxyhemoglobin from oxygenated hemoglobin
  • • 623 ± 5 nm for distinguishing methemoglobin from oxygenated hemoglobin
  • • 660 nm ± 10 nm to distinguish all hemoglobin derivatives from each other, since at this wavelength all components have different degrees of absorption
  • • 805 nm ± 10 nm to distinguish total hemoglobin from water, as only hemoglobin absorbs at this wavelength, but not water
  • • 950 nm ± 10 nm as reference point, since all components have the same absorption coefficient (isosbestic point)
  • • 1200 nm ± 50 nm to differentiate water from total hemoglobin since only water absorbs at this wavelength, but not hemoglobin. To calculate the concentrations of the five blood components (four hemoglobin derivatives, water), only five wavelengths would actually be needed. However, it is preferable to use the above-mentioned eight wavelengths.

Um verschiedene Parameter der Blutzusammensetzung bezüglich Hämoglobin bestimmen zu können, müssen mehrere diskrete Wellenlängen quasiparallel in das Gewebe gestrahlt werden. Die Wahl der Wellenlängen begründet sich, wie bereits teilweise beschrieben, durch folgende Abhängigkeiten:

  • 1. Absorptionseigenschaften der Hämoglobin-Derivate
  • 2. Absorptionseigenschaften des Wassers
  • 3. Eindringtiefe bzw. Durchlässigkeit der Haut für bestimmte Wellenlängen
  • 4. Isosbestische(r) Punkt(e) im Absorptionsspektrum der unterschiedlichen Derivate
In order to be able to determine various parameters of the blood composition with respect to hemoglobin, several discrete wavelengths must be irradiated quasi-parallel into the tissue. The choice of the wavelengths is based, as already partially described, by the following dependencies:
  • 1. Absorption properties of hemoglobin derivatives
  • 2. Absorption properties of water
  • 3. Penetration depth or permeability of the skin for specific wavelengths
  • 4. Isosbestic point (s) in the absorption spectrum of the different derivatives

5. Technische Möglichkeiten der Strahlungsquellen5. Technical possibilities the radiation sources

Besonders bevorzugt wird bei der Auswahl der verwendeten Wellenlängen das optische Fenster für die Haut berücksichtigt. Dies liegt bei menschlicher Haut in einem Wellenlängenbereich von ca. 350 nm bis 1650 nm.Especially the selection of the wavelengths used is preferred optical windows for the Skin considered. This is due to human skin in a wavelength range from about 350 nm to 1650 nm.

Im Folgenden werden weitere bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.in the Below are further preferred features of the device according to the invention described.

Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass der erste und der zweite Strahlungsempfänger einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlungsempfänger ein Aufnahmeraum zur Aufnahme des zu untersuchenden Körperteils ausgebildet ist. Die Strahlungsquelle und der erste Strahlungsempfänger können dabei in einer Ebene angeordnet sein.Especially Preferably, the device is designed such that the first and the second radiation receiver opposite each other are arranged, so that between the first and the second radiation receiver, a receiving space is designed for receiving the body part to be examined. The Radiation source and the first radiation receiver can be arranged in a plane be.

Besonders bevorzugt ist es, die Strahlungsquelle als Lichtquelle, beispielsweise durch LEDs auszubilden und den ersten und zweiten Strahlungsempfänger als Lichtempfänger, beispielsweise als Fotodioden auszubilden.Especially it is preferred that the radiation source as a light source, for example formed by LEDs and the first and second radiation receiver as Light receiver, for example, form as photodiodes.

Die LEDs können, insbesondere kreisförmig um den ersten Lichtempfänger herum, auf der ersten Seite des Aufnahmeraums angeordnet sein.The LEDs can, in particular circular around the first light receiver be arranged on the first side of the receiving space.

Eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung des zu untersuchenden Körperteils kann dadurch erzielt werden, dass die Strahlungsquelle mindestens jeweils zwei Einzellichtquellen der gleichen Wellenlänge aufweist, die diametral angeordnet sind. Falls auf Grund einer großen Anzahl verwendeter Wellenlängen konstruktionsbedingt nicht die Möglichkeit besteht, zwei Einzellichtquellen der gleichen Wellenlänge diametral anzuordnen kann auch mit jeweils einer Einzellichtquelle pro Wellenlänge gearbeitet werden. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, die von dem ersten Lichtempfänger weg weisende Seite der Einzellichtquellen insbesondere um einen Winkel von 15° anzuheben, so dass sich die emittierte Strahlung der Einzellichtquellen an einem Punkt trifft, an dem sich das zu untersuchende Körperteil, wie beispielsweise ein menschlicher Finger, befindet.A particularly uniform illumination of the body part to be examined can be achieved in that the radiation source at least each having two individual light sources of the same wavelength, which are arranged diametrically. If due to a large number used wavelengths design-wise not the possibility consists of two single light sources of the same wavelength diametrically to arrange can also work with a single light source per wavelength become. It is particularly preferred in this context, the of the first light receiver away-facing side of the individual light sources in particular by one Raise angle of 15 °, so that the emitted radiation of the individual light sources a point at which the body part to be examined, such as a human finger, is located.

Um Detektionsunterschiede zu vermeiden, sind der erste und der zweite Lichtempfänger insbesondere vom gleichen Typ und können beispielsweise als Fotodetektoren ausgebildet sein. Um den relativ breiten Wellenlängenbereich von beispielsweise 400 nm bis 1650 nm abzudecken, wird bevorzugt ein Two-Color-Detektor verwendet. Dieser weist zum Beispiel eine Silicium-Empfängerfläche mit einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1100 nm, sowie zum Beispiel eine Indium-Gallium-Arsenid-Empfängerfläche mit einem Wellenlängenbereich von 1000 nm bis 1700 nm auf. Es kann aber auch ein Detektor mit beispielweise drei Empfängerflächen unterschiedlichen Materials verwendet werden. Wichtig ist, dass der Gesamtbereich von 350 nm bis 1650 nm erfasst werden kann.Around To avoid detection differences are the first and the second light receiver in particular of the same type and can, for example, as photodetectors be educated. To the relatively broad wavelength range of, for example 400 nm to cover 1650 nm, a two-color detector is preferably used. This includes, for example, a silicon receiver surface a wavelength range of 400 nm to 1100 nm, and, for example, an indium gallium arsenide receiver surface with a wavelength range from 1000 nm to 1700 nm. But it can also be a detector with For example, three receiver surfaces different Materials are used. It is important that the total area from 350 nm to 1650 nm.

Um zu verhindern, dass direktes Streulicht (Shuntlicht) auf den ersten Lichtempfänger trifft, ist die Lichtquelle von dem ersten Lichtempfänger durch eine Trennvorrichtung, insbesondere durch eine lichtundurchlässige innere und äußere Hülse, getrennt. Die Innenwand der äußeren Hülse ist mit einer weißen Beschichtung versehen, um das auszusendende Licht zu homogenisieren. Die Hülse kann konisch geformt sein, so dass die Strahlung auf eine definierte Fläche (entspricht ca. der Fläche einer Fingerbeere) eingestrahlt werden kann. Es ist weiterhin denkbar, dass insbesondere der Reflexionssensor zwei dicht nebeneinander liegende Empfänger aufweist, um so Störfaktoren, die sich aus der Differenz der beiden erhaltenen Signale ableiten lassen (Gewebe, Streuung usw.) zu berücksichtigen.Around to prevent direct stray light (shunt light) at first light receiver meets, the light source from the first light receiver through a separating device, in particular by an opaque inner and outer sleeve, separated. The inner wall of the outer sleeve is with a white one Coating provided to homogenize the light to be emitted. The sleeve can be conically shaped so that the radiation is at a defined level area (corresponds approximately to the area a finger berry) can be irradiated. It is still conceivable that in particular the reflection sensor two close together lying receiver so as to confound, which can be derived from the difference between the two signals obtained (Tissue, scattering, etc.).

Aus Hygienegründen und zur besseren Handhabung können die Hülsen mit der Lichtquelle und dem ersten Lichtempfänger fest verklebt sein. Weiterhin können die zwischen den Hülsen liegenden Hohlräume mit einem, insbesondere transparenten, kratzfesten, harten und/oder biokompatiblen Klebstoff ausgefüllt sein. Der Klebstoff kann leicht nach innen gewölbt (konkav) mit der Hülse abschließen. Dieser Anordnung gegenüberliegend ist der transmittive Strahlungsempfänger angeordnet.Out hygiene, and for better handling the pods be glued firmly to the light source and the first light receiver. Farther can between the pods lying cavities with a, in particular transparent, scratch-resistant, hard and / or biocompatible adhesive filled be. The adhesive can be slightly curved inwards (concave) with the sleeve. This Opposite arrangement the transmittive radiation receiver is arranged.

Die Vorrichtung kann ein erstes und ein zweites Aufnahmeelement aufweisen, die den Aufnahmeraum auf seiner ersten und zweiten Seite jeweils begrenzen. Dabei können das erste und das zweite Aufnahmeelement durch eine Klemmmechanik derart miteinander verbunden sein, dass ein Anbringen der Vorrichtung an dem zu untersuchenden Körperteil, wie beispielsweise an einem Finger, erfolgen kann.The Device may have a first and a second receiving element, the recording room on its first and second page respectively limit. It can the first and the second receiving element by a clamping mechanism be connected to each other such that attaching the device on the body part to be examined, as on a finger, can be done.

Besonders bevorzugt ist es, den ersten und den zweiten Strahlungsempfänger schwimmend zu lagern, so dass ein optimaler Kontakt mit dem zu untersuchenden Körperteil gewährleistet und ein gleichbleibender reproduzierbarer Anpressdruck erzielt werden kann. Insbesondere ist zu beachten, dass der erste und der zweite Strahlungsempfänger unmittelbar an dem zu untersuchenden Körperteil bzw. am Koppelmedium anliegen.Especially it is preferred to float the first and the second radiation receiver store so that optimal contact with the to be examined body part guaranteed and a consistent reproducible contact pressure can be achieved can. In particular, it should be noted that the first and the second radiation receiver directly on the body part to be examined or on the coupling medium issue.

Besonders bevorzugt ist es, ein Glasfaserkabel zur optischen Kopplung zwischen den LEDs und der Haut bzw. zwischen der Haut und den Empfängerflächen einzusetzen, um das Licht auf ein möglichst kleines Messareal zu fokussieren.Especially it is preferred to use a fiber optic cable for optical coupling between to use the LEDs and the skin or between the skin and the recipient surfaces, to get the light on as possible to focus on a small measuring area.

Zur Verbesserung der Signalqualität kann die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet sein, dass eine automatische kontinuierliche Nachführung der Strahlungsintensität der Strahlungsquellen, beispielsweise der Sende-LEDs, pro verwendetem Kanal stattfindet. Bei einem zu kleinen bzw. zu großen Ausgangssignal wird die Sendeleistung automatisch verstärkt bzw. gedämpft. Dieser Faktor muss quantitativ reproduzierbar sein, um ihn in die Auswertung des Signals einbeziehen zu können. Dasselbe Prinzip kann auch auf die Intensität der Strahlungsempfänger, insbesondere der Two-Colour-Detektoren, angewandt werden. Es können somit beispielsweise acht Nachführungen für die verwendeten acht LEDs (acht Wellenlängen) und vier Nachführungen für die verwendeten Detektoren (transmittiv und reflexiv, jeweils für zwei Empfängerflächen) stattfinden.To improve the signal quality, the device according to the invention can be designed such that an automatic continuous tracking of the radiation intensity of the radiation sources, for example the transmission LEDs, takes place per channel used. If the output signal is too small or too large, the transmission power is automatically amplified or attenuated. This factor must quantitatively reproduce be able to be included in the evaluation of the signal can. The same principle can also be applied to the intensity of the radiation receiver, in particular the two-color detectors. Thus, for example, eight readings for the eight LEDs used (eight wavelengths) and four readjustments for the detectors used (transmittive and reflective, in each case for two receiver surfaces) can take place.

Sämtliche Merkmale, die in der vorliegenden Anmeldung bezüglich der erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben werden, kann auch die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweisen und umgekehrt.All Features described in the present application with respect to the inventive methods can also be the device of the invention and have vice versa.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise ist eine Verwendung der beschriebenen Vorrichtung zur kontinuierlichen nichtinvasiven Bestimmung der Hämoglobinkonzentration möglich. Weiterhin ist eine Verwendung der Vorrichtung zur Diagnostik mikrovaskulärer Schädigungen möglich. Eine weitere mögliche Verwendung betrifft die kontinuierliche nichtinvasive Ermittlung des Blutdrucks. Einzelheiten bezüglich der möglichen Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der ebenfalls von der Anmelderin eingereichten Anmeldung "Verfahren zur kontinuierlichen nichtinvasiven Bestimmung der Konzentration von Blutbestandteilen" sowie in der Anmeldung „Verfahren zur Ermittlung mikrovaskulärer Schädigungen" beschrieben. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für weitere insbesondere auch diagnostische oder medizinische Verfahren verwendet werden.The inventive device can for a variety of applications are used. For example a use of the described device for continuous noninvasive determination of hemoglobin concentration possible. Furthermore, a use of the device for the diagnosis of microvascular damage possible. Another possible Use concerns continuous non-invasive detection of blood pressure. Details regarding the possible Uses of the device according to the invention in the application also filed by the Applicant "Continuous non-invasive method Determination of the concentration of blood components "as well as in the application" Procedure for the determination of microvascular Damage " can the device of the invention for further in particular also uses diagnostic or medical procedures become.

Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu geeignet, einen Volumenpulsverlauf eines oder mehrerer Blutbestandteile zu ermitteln. Aus den ermittelten Volumenpulsverläufen und insbesondere aus der Form eines Volumenpulsverlaufs können weitere medizinische Erkenntnisse, wie beispielsweise der Blutdruck eines Patienten oder Informationen über ein Vorliegen mikrovaskulärer Schädigungen, abgeleitet werden. Der Volumenpulsverlauf eines einzelnen Blutbestandteils kann beispielsweise unter Verwendung einer einzigen Wellenlänge ermittelt werden. Dabei entspricht der gemessene Verlauf der Absorption bei der verwendeten Wellenlänge dem Volumenpulsverlauf des zu ermittelnden Blutbestandteils. Um eine genaue Erfassung des Volumenpulsverlaufs zu ermöglichen, muss die Wahl der verwendeten Wellenlänge nach den bereits dargestellten Kriterien erfolgen.Especially is the device according to the invention suitable for a volume pulse course of one or more blood components to investigate. From the determined volume pulse progressions and in particular from the form of a volume pulse curve can further medical findings, such as the blood pressure of a Patient or information about a presence of microvascular damage, be derived. The volume pulse course of a single blood component can for example be determined using a single wavelength become. The measured course corresponds to the absorption at the wavelength used the volume pulse course of the blood component to be determined. Around to allow accurate detection of the volume pulse waveform The choice of the wavelength used must be as shown above Criteria are made.

Eine unabhängige Erfindung betrifft ein Verfahren, zum Betreiben einer Vorrichtung zum Ermitteln von Konzentrationen verschiedener Blutbestandteile. Dabei kann eine Vorrichtung verwendet werden, wie sie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben wird. Wesentliches Merkmal ist es, dass die Vorrichtung mindestens eine Strahlungsquelle aufweist, die zum Emittieren mehrerer Messstrahlungen unterschiedlicher Wellenlängen geeignet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Strahlungsquelle zum Emittieren einer Messstrahlung mit jeweils einer Wellenlänge insbesondere sequenziell eingeschaltet. Dies bedeutet, dass die Strahlungsquelle derart angesteuert wird, dass sie jeweils hintereinander eine Messstrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge emittiert. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang die Strahlungsquelle aus mehreren Einzelstrahlungsquellen, wie beispielsweise LEDs, zum Emittieren einer Messstrahlung mit jeweils einer Wellenlänge ausgebildet sein. Alternativ zu einem sequenziellen Emittieren einer Messstrahlung mit jeweils einer Wellenlänge, kann eine Strahlungsquelle vorgesehen sein, die zum gleichzeitigen Emittieren von Messstrahlungen verschiedener Wellenlängen geeignet ist. Der verwendete erste und zweite Strahlungsempfänger müssen hierbei derart ausgebildet sein, dass sie zum getrennten Empfangen der Messstrahlungen der einzelnen emittierten Wellenlängen geeignet sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass mehrere Einzelstrahlungsempfänger vorgesehen sind, bei denen jeder, beispielsweise mit Hilfe eines Frequenzfilters ein bestimmtes Frequenzband der emittierten Strahlung empfängt. Bevorzugt ist es jedoch, dass jede Wellenlänge sequenziell ausgestrahlt wird.A independent The invention relates to a method for operating a device for determining concentrations of various blood components. In this case, a device can be used, as in the present Registration is described. Essential feature is that the Device has at least one radiation source for emitting several measuring radiations of different wavelengths suitable is. In the method according to the invention the radiation source is used to emit a measuring radiation each one wavelength in particular switched on sequentially. This means that the Radiation source is driven such that they each successively emits a measuring radiation with a specific wavelength. Especially In this context, the radiation source can consist of several individual radiation sources. such as LEDs, for emitting a measuring radiation with each one wavelength be educated. Alternatively to a sequential emission of a Measuring radiation, each with a wavelength, can be a radiation source be provided for the simultaneous emission of measuring radiation different wavelengths suitable is. The first and second radiation receiver used here must be designed such that they are for separately receiving the measuring radiation the individual emitted wavelengths are suitable. This can be realized for example by providing a plurality of individual radiation receiver are where everyone, for example with the help of a frequency filter on certain frequency band of the emitted radiation receives. Prefers However, it is that every wavelength is broadcast sequentially.

Weiterhin erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Empfangen der durch ein zu untersuchendes Körperteil reflektierten Messstrahlung jeder Wellenlänge durch einen ersten Strahlungsempfänger. Ferner erfolgt ein Empfangen der durch das zu untersuchende Körperteil transmittierten Messstrahlung jeder Wellenlänge durch einen zweiten Strahlungsempfänger. Anschließend wird die durch das zu untersuchende Körperteil erfolgte Absorption der emittierten Strahlung für jede Wellenlänge ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt auf Basis der Messung der reflektierten Strahlung durch den ersten Strahlungsempfänger und der Messung der transmittierten Strahlung durch den zweiten Strahlungsempfänger.Farther takes place in the inventive method receiving the measuring radiation reflected by a body part to be examined every wavelength by a first radiation receiver. Furthermore, a reception takes place the part of the body to be examined transmitted measuring radiation of each wavelength by a second radiation receiver. Subsequently, will the part of the body to be examined absorption of the emitted radiation for each wavelength determined. This determination is based on the measurement of the reflected Radiation through the first radiation receiver and the measurement of the transmitted Radiation through the second radiation receiver.

Im Übrigen kann das erfindungsgemäße Verfahren sämtliche Merkmale, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurden, aufweisen.Incidentally, can the inventive method all Features associated with the device of the invention have been described.

Insbesondere umfasst das Verfahren bevorzugt das Speichern der ermittelten Absorptionswerte jeder Wellenlänge und das Wiederholen der bisher genannten Verfahrensschritte, wobei die ermittelten Absorptionswerte einer jeden Wellenlänge für jeden Wiederholungszyklus gespeichert werden. Anschließend erfolgt ein Zusammenfassen der einzelnen Absorptionswerte der emittierten Strahlung für jede Wellenlänge zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs der Absorption bei jeder Wellenlänge. Diese Darstellung kann beispielsweise in Form einer Kurve oder in Form einer Tabelle erfolgen und wird als Volumenpulsverlauf bezeichnet.In particular, the method preferably comprises storing the determined absorption values of each wavelength and repeating the previously mentioned method steps, wherein the determined absorption values of each wavelength for each repetition cycle. Subsequently, the individual absorption values of the emitted radiation for each wavelength are summarized to show a time profile of the absorption at each wavelength. This representation can take place, for example, in the form of a curve or in the form of a table and is referred to as a volume pulse profile.

Das Speichern der ermittelten Absorptionswerte jeder Wellenlänge für jeden Wiederholungszyklus, das Zusammenfassen der Absorptionswerte für jede Wellenlänge zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs der Absorption und die Darstellung dieses Verlaufs erfolgt bevorzugt in einer Berechnungseinrichtung derart, dass die Berechnungseinrichtung in keiner Wechselwirkung mit dem zu untersuchenden Körperteil oder mit dem Körper eines Patienten steht.The Storing the determined absorbance values of each wavelength for each Repeat cycle, summarizing the absorbance values for each wavelength Representation of a temporal course of the absorption and the representation This course is preferably carried out in a calculation device such that the computing device does not interact with the body part to be examined or with the body a patient stands.

Bevorzugt ist, dass mindestens so viele Wellenlängen wie die Anzahl der zu bestimmenden Blutbestandteile verwendet werden. Soll beispielsweise die Konzentration der vier eingangs genannten Hämoglobinderivate sowie des Wassers im Blut bestimmt werden, ist es notwendig, mindestens fünf verschiedene Wellenlängen zu verwenden. Mögliche Methoden für die Bestimmung der Konzentrationsverhältnisse der Bestandteile des Blutes sind beispielsweise die Bestimmung durch lineare Gleichungssysteme, die Bestimmung unter Zuhilfenahme des heuristischen Sintflutalgorithmus, sowie die Bestimmung mittels Korrelation. Diese Methoden werden in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung näher erläutert. Allen gemeinsam ist die Verwendung verschiedener charakteristischer Wellenlängen, so dass schließlich ein Volumenpulsverlauf für eine Vielzahl einzelner Blutbestandteile ermittelt werden kann. In der Praxis wird zur Bestimmung der Konzentration einzelner Blutbestandteile nicht der gesamte Volumenpulsverlauf für jeden Blutbestandteil bestimmt, sondern lediglich verschiedene Absorptionswerte an markanten Punkten der Volumenpulsverläufe der verwendeten Wellenlängen.Prefers is that at least as many wavelengths as the number of too determining blood components are used. For example the concentration of the four mentioned Hemoglobinderivate and the Water in the blood to be determined, it is necessary at least five different wavelength to use. Possible Methods for the determination of the concentration ratios of the constituents of the For example, blood is the determination by linear systems of equations, the determination with the help of the heuristic deluge algorithm, as well as the determination by correlation. These methods will be in the embodiments closer to the present application explained. Common to all is the use of various characteristic ones Wavelengths, so finally a volume pulse course for a variety of individual blood components can be determined. In practice, to determine the concentration of individual blood components not the entire volume pulse course is determined for each blood component, but only different absorption values at prominent points the volume pulse curves the wavelengths used.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zusammenfassend folgende Schritte umfassen:

  • a. sequentielles Ausstrahlen mehrerer Messstrahlungen mit jeweils verschiedenen Wellenlängen,
  • b. Empfangen der durch ein zu untersuchendes Körperteil reflektierten Messstrahlung jeder Wellenlänge durch ein ersten Lichtempfänger,
  • c. Empfangen der durch das zu untersuchende Körperteil transmittierten Messstrahlung jeder Wellenlänge durch einen zweiten Lichtempfänger,
  • d. Ermitteln der durch das zu untersuchende Körperteil erfolgten Absorption der Strahlung auf Basis der Messung der reflektierten Strahlung durch den ersten Strahlungsempfänger und der Messung der transmittierten Strahlung durch den zweiten Strahlungsempfänger
  • e. Mehrmaliges Wiederholen der Verfahrensschritte a bis d, wobei die jeweiligen Absorptionswerte für jede Wellenlänge der Messstrahlung für jeden Wiederholungszyklus gespeichert werden,
  • f. Zusammenfassen der gespeicherten Absorptionswerte zu einer Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Absorption (Volumenpulsverlauf) für jede verwendete Wellenlänge der Messstrahlung.
In summary, the method according to the invention can comprise the following steps:
  • a. sequentially emitting a plurality of measuring radiations, each having different wavelengths,
  • b. Receiving the reflected by a body part to be examined measuring radiation of each wavelength by a first light receiver,
  • c. Receiving the transmitted by the body part to be examined measuring radiation of each wavelength by a second light receiver,
  • d. Determining the absorption of the radiation by the body part to be examined on the basis of the measurement of the reflected radiation by the first radiation receiver and the measurement of the transmitted radiation by the second radiation receiver
  • e. Repeating steps a through d several times, storing the respective absorbance values for each wavelength of the measuring radiation for each repetition cycle,
  • f. Combining the stored absorption values to a representation of the time course of the absorption (volume pulse profile) for each wavelength of the measuring radiation used.

Insbesondere erfolgen die Verfahrensschritte d und f in einer Berechnungseinrichtung derart, dass die Berechnungseinrichtung in keiner Wechselwirkung zu dem zu untersuchenden Körperteil steht.Especially the method steps d and f take place in a calculation device such that the computing device does not interact to the body part to be examined stands.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungen anhand von Figuren erläutert.in the The following are preferred embodiments the inventions explained with reference to figures.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung einer Reflexionsmessung, 1 a schematic representation of a reflection measurement,

2 eine schematische Darstellung einer Transmissionsmessung, 2 a schematic representation of a transmission measurement,

3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln von Konzentrationen verschiedener Blutbestandteile, 3 a schematic representation of the device according to the invention for determining concentrations of various blood components,

4 eine graphische Darstellung der Eindringtiefe optischer Strahlung in die menschliche Haut, 4 a graphic representation of the penetration depth of optical radiation into human skin,

5 eine schematische Darstellung des ersten Aufnahmeelements der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 5 a schematic representation of the first receiving element of the device according to the invention,

6 eine geschnittene Ansicht des ersten Strahlungsempfängers, 6 a sectional view of the first radiation receiver,

7 und 8 eine graphische Darstellung der Detektorbereiche der Strahlungsempfänger, 7 and 8th a graphical representation of the detector areas of the radiation receiver,

9 eine schematische Darstellung der Ansteuerung der Einzelstrahlungsquellen und der Strahlungsempfänger, 9 a schematic representation of the control of the individual radiation sources and the radiation receiver,

10 eine schematische Darstellung des Ausleseverhaltens der Strahlungsempfänger, 10 a schematic representation of the readout behavior of the radiation receiver,

11 eine graphische Darstellung von Volumenpulsverläufen bei verschiedenen Wellenlängen, 11 a graphic representation of volume pulse progressions at different wavelengths,

12 eine schematische Darstellung einer Eichvorrichtung für den reflexiven Empfänger, 12 a schematic representation of a calibration device for the reflexive receiver,

13 eine schematische Darstellung einer Eichvorrichtung für den transmittiven Empfänger, 13 a schematic representation of a calibration device for the transmittive receiver,

14 eine graphische Darstellung der Lichtintensitäten zur Berechnung der Faktoren für die Normierung der Volumenpulskurven, und 14 a graphical representation of the light intensities to calculate the factors for the normalization of the volume pulse curves, and

15 eine graphische Darstellung der berechneten Faktoren für die Normierung der Volumenpulskurven. 15 a graphical representation of the calculated factors for the normalization of the volume pulse curves.

Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung von Volumenpulskurven in verschiedenen Blutbestandteilen weist eine Strahlungsquelle 12 zum Emittieren einer Messstrahlung 14 in Richtung eines zu untersuchenden Körperteils 16 auf (3). Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem zu untersuchenden Körperteil 16 um einen menschlichen Finger. Alternativ kann jedoch auch beispielweise das Ohrläppchen einer Person, sowie weitere geeignete Körperteile zur Messung verwendet werden.A device for the continuous determination of volume pulse curves in different blood components has a radiation source 12 for emitting a measuring radiation 14 in the direction of a body part to be examined 16 on ( 3 ). The body part to be examined is particularly preferably 16 around a human finger. Alternatively, however, for example, the earlobe of a person, as well as other suitable body parts can be used for measurement.

Weiterhin weist die Vorrichtung 10 einen ersten Strahlungsempfänger 18 zum Empfangen von durch das zu untersuchende Körperteil 16 reflektierter Strahlung 20 auf. Der erste Strahlungsempfänger ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in dem ersten Aufnahmeelement 28 angeordnet. In diesem ersten Aufnahmeelement 28 ist auch die Strahlungsquelle 12 angeordnet.Furthermore, the device 10 a first radiation receiver 18 for receiving by the body part to be examined 16 reflected radiation 20 on. The first radiation receiver is in the illustrated embodiment in the first receiving element 28 arranged. In this first receiving element 28 is also the radiation source 12 arranged.

Die Vorrichtung 10 weist weiterhin einen zweiten Strahlungsempfänger 22 zum Empfangen von durch das zu untersuchende Körperteil 16 transmittierter Strahlung 24 auf. Der zweite Strahlungsempfänger 22 ist in der dargestellten Ausführungsform in dem zweiten Aufnahmeelement 30, das dem ersten Aufnahmeelement 28 gegenüberliegt, angeordnet. Gegenüberliegend in diesem Zusammenhang bedeutet, dass die beiden Aufnahmeelemente 28, 30, sowie der erste 18 und der zweite 22 Strahlungsempfänger derart angeordnet sind, dass beispielsweise ein Finger 16 zwischen ihnen positioniert werden kann.The device 10 also has a second radiation receiver 22 for receiving by the body part to be examined 16 transmitted radiation 24 on. The second radiation receiver 22 is in the illustrated embodiment in the second receiving element 30 that the first receiving element 28 opposite, arranged. Opposite in this context means that the two receiving elements 28 . 30 , as well as the first 18 and the second 22 Radiation receiver are arranged such that, for example, a finger 16 can be positioned between them.

In 1 ist die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführte Reflexionsmessung schematisch dargestellt. Dabei emittiert die Strahlungsquelle 12 eine Messstrahlung 14. Die Strahlungsquelle 12 kann bevorzugterweise als eine Vielzahl von LEDs 12a bis 12h ausgebildet sein. Die emittierte Messstrahlung 14 wird durch das zu untersuchende Körperteil 16 zumindest teilweise reflektiert, so dass ein Anteil der Messstrahlung 14 als reflektierte Strahlung 20 in Richtung des ersten Strahlungsempfängers 18 reflektiert wird.In 1 the reflection measurement carried out with the aid of the device according to the invention is shown schematically. In this case emits the radiation source 12 a measuring radiation 14 , The radiation source 12 may preferably be a plurality of LEDs 12a to 12h be educated. The emitted measuring radiation 14 becomes through the body part to be examined 16 at least partially reflected, so that a portion of the measuring radiation 14 as reflected radiation 20 in the direction of the first radiation receiver 18 is reflected.

Die Messung der durch das zu untersuchende Körperteil 16 transmittierten Strahlung 24 ist in 2 schematisch dargestellt. Hierbei wird ebenfalls durch die Strahlungsquelle 12 eine Messstrahlung 14 in Richtung des zu untersuchenden Körperteils 16 emittiert. Wenigstens ein Anteil der Strahlung 14 passiert das zu untersuchende Körperteil 16 und trifft als transmittierte Strahlung 24 auf den zweiten Strahlungsempfänger 22. Der erste 18 und der zweite 22 Strahlungsempfänger sind bevorzugt als Fotodioden ausgebildet.The measurement of the part of the body to be examined 16 transmitted radiation 24 is in 2 shown schematically. This is also due to the radiation source 12 a measuring radiation 14 in the direction of the body part to be examined 16 emitted. At least a portion of the radiation 14 happens to be examined body part 16 and hits as transmitted radiation 24 on the second radiation receiver 22 , The first 18 and the second 22 Radiation receivers are preferably designed as photodiodes.

Die Vorrichtung weist ferner gemäß 3 eine Berechnungseinrichtung 26 auf, die mit dem ersten 18 und dem zweiten 22 Strahlungsempfänger verbunden ist. Der gemessene reflektierte 20 und transmititterte 24 Strahlungsanteil wird der Berechnungseinrichtung 26 zugeführt, so dass diese auf Basis der gemessenen Strahlungsanteile die durch das zu untersuchende Körperteil 16 erfolgte Absorption der emittierten Strahlung 14 ermitteln kann. Diese Ermittlung erfolgt bevorzugt auf Grundlage des Lambert-Beerschen-Gesetzes (Formel 2).The device also according to 3 a calculation device 26 on that with the first one 18 and the second 22 Radiation receiver is connected. The measured reflected 20 and intermittent 24 Radiation component is the calculation device 26 supplied, so that these on the basis of the measured radiation components through the body part to be examined 16 followed absorption of the emitted radiation 14 can determine. This determination is preferably based on the Lambert-Beerschen law (formula 2).

Die Berechungseinrichtung 26 kann beispielsweise als ein PC ausgebildet sein, auf dem ein spezifisches Softwareprogramm zur Durchführung der vorstehend genannten Berechnungen abläuft. Insbesondere können diese Berechnungen auf einem PC auch zu einem anderen Zeitpunkt als zu der Messung der transmittierten und reflektierten Strahlung erfolgen. Somit erfolgen die erfindungswesentlichen Berechnungsschritte unabhängig von der physikalischen Erfassung der bisher beschriebenen Patientenmerkmale.The calculation device 26 For example, it may be embodied as a PC running a specific software program for performing the above calculations. In particular, these calculations can also be made on a PC at a different time than the measurement of the transmitted and reflected radiation. Thus, the calculation steps essential to the invention take place independently of the physical detection of the patient features described so far.

Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 10 gemäß 5 derart ausgebildet, dass die Strahlungsquelle 12 mehrere Einzelstrahlungsquellen 12a bis 12h aufweist. Diese Einzelstrahlungsquellen können als LEDs ausgebildet sein und um den ersten Strahlungsempfänger 18 herum kreisförmig angeordnet sein.Particularly preferred is the device 10 according to 5 formed such that the radiation source 12 several individual radiation sources 12a to 12h having. These individual radiation sources can be designed as LEDs and around the first radiation receiver 18 be arranged circularly around.

Gemäß den 5 und 6 ist der erste Lichtempfänger 18 innerhalb einer insbesondere kreisförmigen Trennvorrichtung 32 angeordnet, die eine innere lichtundurchlässige Hülse 32a sowie eine äußere lichtundurchlässige mit einer weiß beschichteten Innenwand versehene Hülse 32b, aufweisen kann. Die LEDs 12a bis 12h sind dabei in einem Zwischenraum 33 zwischen der inneren Hülse 32a und der äußeren Hülse 32b angeordnet. Die LEDs sind dabei an ihrer von dem ersten Lichtempfänger 18 weg weisenden Seite um einen Winkel von 15° angehoben. Dadurch erfolgt ein Bündeln der emittierten Messstrahlung auf einem Punkt an dem sich das zu untersuchende Körperteil 16 befindet.According to the 5 and 6 is the first light receiver 18 within a particular circular separation device 32 arranged, which has an inner opaque sleeve 32a and an outer opaque sleeve provided with a white coated inner wall 32b , may have. The LEDs 12a to 12h are in a gap 33 between the inner sleeve 32a and the outer sleeve 32b arranged. The LEDs are at their from the first light receiver 18 turned away side by an angle of 15 °. As a result, the emitted measuring radiation is bundled on a point on which the body part to be examined is located 16 located.

Insbesondere verlaufen die innere 32a und die äußere Hülse 32b in einem unteren Abschnitt 34, ausgehend von einer Grundplatte 36, wie beispielsweise einer Platine, senkrecht nach oben und verlaufen weiterhin in einem oberen Abschnitt 35 in einem Winkel β nach innen geknickt, d. h. in Richtung des ersten Strahlungsempfängers 18. Diese Anordnung in Verbindung mit der Anhebung der LEDs, beispielsweise um einen Winkel von 15° gewährleistet, dass lediglich ein schmaler Spalt 37 zur Verfügung steht, durch den die emittierte Messstrahlung 14 in Richtung des zu untersuchendenden Körperteils 16 strahlen kann. Dadurch kann wirkungsvoll vermieden werden, dass Streulicht (Shuntlicht) direkt von der Lichtquelle 12 in Richtung des ersten Strahlungsempfängers 18 strahlt. Ziel dieser Maßnahme ist es, dass der erste Strahlungsempfänger 18 lediglich die Strahlung 20 empfängt, die durch das zu untersuchende Körperteil 16 reflektiert wird.In particular, the inner run 32a and the outer sleeve 32b in a lower section 34 , starting from a base plate 36 , such as a board, vertically upwards and continue to run in an upper section 35 bent inwardly at an angle β, ie in the direction of the first radiation receiver 18 , This arrangement in conjunction with the raising of the LEDs, for example, by an angle of 15 ° ensures that only a narrow gap 37 is available, through which the emitted measuring radiation 14 in the direction of the body part to be examined 16 can radiate. This can be effectively avoided that stray light (shunt light) directly from the light source 12 in the direction of the first radiation receiver 18 shine. The aim of this measure is that the first radiation receiver 18 only the radiation 20 receives through the body part to be examined 16 is reflected.

Zwischen der inneren Hülse 32a und der äußeren Hülse 32b ist ein Hohlraum 33 ausgebildet, in dem die LEDs 12a bis 12h beispielsweise an der Platine 36 angebracht sind. Dieser Hohlraum 33 kann beispielsweise mit einem transparenten Klebstoff ausgefüllt sein.Between the inner sleeve 32a and the outer sleeve 32b is a cavity 33 formed in which the LEDs 12a to 12h for example, on the board 36 are attached. This cavity 33 For example, it can be filled with a transparent adhesive.

Basierend auf der Tatsache, dass verschiedene Hämoglobin-Derivate sowie das Wasser im Blut verschiedene Wellenlängen unterschiedlich stark absorbieren können die Einzellichtquellen 12a bis 12h derart ausgebildet sein, dass sie folgende Wellenlängen ausstrahlen:

  • • 540 nm ± 5 nm, 562 nm ± 5 nm, 573 ± 5 nm
  • • 623 ± 5 nm
  • • 660 nm ± 10 nm
  • • 805 nm ± 10 nm
  • • 950 nm ± 10 nm
  • • 1200 nm ± 50 nm
Based on the fact that different hemoglobin derivatives as well as the water in the blood can absorb different wavelengths differently the single light sources 12a to 12h be designed so that they emit the following wavelengths:
  • 540 nm ± 5 nm, 562 nm ± 5 nm, 573 ± 5 nm
  • • 623 ± 5 nm
  • • 660 nm ± 10 nm
  • • 805 nm ± 10 nm
  • • 950 nm ± 10 nm
  • • 1200 nm ± 50 nm

Die emittierten Wellenlängen befinden sich in dem Bereich, in dem beispielsweise menschliche Haut strahlungsdurchlässig ist. Dieser Bereich wird als optisches Fenster bezeichnet und liegt in einem Wellenbereich von ca. 350 nm bis 1650 nm (siehe 4). Außerhalb dieses Bereiches ist die Absorption der Haut so hoch, dass kaum noch Strahlung in das darunter liegende Gewebe eindringen kann.The emitted wavelengths are in the range in which, for example, human skin is radiolucent. This area is called an optical window and lies in a wave range from approx. 350 nm to 1650 nm (see 4 ). Outside of this range, the absorption of the skin is so high that hardly any radiation can penetrate into the underlying tissue.

Um den genannten Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis 1650 nm abdecken zu können, werden bevorzugt als erster 18 und zweiter 22 Strahlungsempfänger sogenannte Two-Color-Detektoren verwendet. Dabei handelt es sich um Fotodetektoren mit zwei Wellenlängenbereichen, die jeweils als eine Empfängerfläche ausgebildet sind. Die erste Empfängerfläche ist als beispielsweise Silicium-Empfängerfläche ausgebildet und deckt den Wellenlängenbereich 400 nm bis 1100 nm ab. Die zweite Empfängerfläche ist beispielsweise als Indium-Gallium-Arsenid-Empfängerfläche ausgebildet und deckt den Wellenlängenbereich von 1000 nm bis 1700 nm ab. Die beiden Empfängerflächen sind jeweils in dem ersten Strahlungsempfänger 18 und in dem zweiten Strahlungsempfänger 22 vereint.In order to cover the said wavelength range of about 400 nm to 1650 nm, are preferred as the first 18 and second 22 Radiation receiver so-called two-color detectors used. These are photodetectors with two wavelength ranges, each of which is designed as a receiver surface. The first receiver surface is designed as a silicon receiver surface, for example, and covers the wavelength range from 400 nm to 1100 nm. The second receiver surface is formed, for example, as an indium-gallium-arsenide receiver surface and covers the wavelength range from 1000 nm to 1700 nm. The two receiver surfaces are each in the first radiation receiver 18 and in the second radiation receiver 22 united.

Eine graphische Darstellung der detektierbaren Wellenlängenbereiche der verwendeten Empfängerflächen ist in den 7 und 8 zu finden. Die in 8 dargestellten Kennlinien zeigen zwei verschiedene Indium-Gallium-Arsenid-Detektoren. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des linken Detektors (L 1713-05/-09).A graphical representation of the detectable wavelength ranges of the receiver surfaces used is shown in FIGS 7 and 8th to find. In the 8th shown characteristics show two different indium gallium arsenide detectors. Particularly preferred is the use of the left detector (L 1713-05 / -09).

Sieben der acht Wellenlängen werden von dem Silicium-Detektor detektiert. Wellenlängen über 1100 nm werden entsprechend von der Indium-Gallium-Arsenid-Fotodiode detektiert.seven the eight wavelengths are detected by the silicon detector. Wavelengths over 1100 nm are accordingly detected by the indium gallium arsenide photodiode.

Gemäß 3 ist es bevorzugt, dass das zu untersuchende Körperteil 16 in einem Aufnahmeraum 38 aufgenommen wird, der sich zwischen dem ersten Aufnahmeelement 28 und dem zweiten Aufnahmeelement 30 befindet.According to 3 it is preferred that the body part to be examined 16 in a recording room 38 is taken, which is between the first receiving element 28 and the second receiving element 30 located.

Weiterhin kann die Vorrichtung eine Klemmmechanik 40, wie beispielsweise eine Federmechanik aufweisen, durch die das erste 28 und das zweite 30 Aufnahmeelement derart miteinander verbunden sind, dass ein Anbringen der Vorrichtung 10 an dem zu untersuchenden Körperteil 16 erfolgen kann. Zum leichteren Anbringen der Vorrichtung 10, beispielsweise an einem Finger 16, können zwei Betätigungsansätze 42 vorgesehen sein.Furthermore, the device can be a clamping mechanism 40 , such as having a spring mechanism through which the first 28 and the second 30 Receiving element are connected to each other such that attaching the device 10 on the body part to be examined 16 can be done. For easier attachment of the device 10 , for example on a finger 16 , can be two actuation approaches 42 be provided.

Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung 10 eine Steuervorrichtung 41 zum sequentiellen Einschalten der Einzellichtquellen 12a bis 12h auf.Particularly preferred, the device 10 a control device 41 for sequentially switching on the individual light sources 12a to 12h on.

Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur kontinuierlichen nichtinvasiven Bestimmung der Konzentrationen von Blutbestandteilen beschrieben. Insbesondere eignet sich dieses Verfahren zum Betreiben der bisher beschriebenen Vorrichtung 10. Wesentlich hierbei ist, dass die Vorrichtung 10 mindestens eine Strahlungsquelle 12 zum Emittieren einer Messstrahlung 14 mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweist. Wie in 9 dargestellt, erfolgt ein sequentielles Einschalten der Einzelstrahlungsquellen, wie beispielsweise der LEDs 12a bis 12h zum Emittieren einer Messstrahlung 14 mit jeweils einer Wellenlänge. Dabei kann es sich beispielsweise um die Wellenlängen 540 nm, 562 nm, 573 nm, 623 nm, 660 nm, 805 nm, 950 nm und 1200 nm handeln.The following describes a method of operating a device for continuous non-invasive determination of blood component concentrations. In particular, this method is suitable for operating the device described so far 10 , It is essential that the device 10 at least one radiation source 12 for emitting a measuring radiation 14 having different wavelengths. As in 9 shown, there is a sequential switching on the individual radiation sources, such as the LEDs 12a to 12h for emitting a measuring radiation 14 each with a wavelength. These may, for example, be the wavelengths 540 nm, 562 nm, 573 nm, 623 nm, 660 nm, 805 nm, 950 nm and 1200 nm.

Beispielsweise weisen Hämoglobin-Derivate sowie das Wasser im menschlichen Blut an diesen markanten Wellenlängen teilweise besonders signifikante Unterschiede bezüglich ihres Absorptionsgrades auf.For example have hemoglobin derivatives as well as the water in human blood at these distinctive wavelengths in part particularly significant differences in their degree of absorption on.

Erfindungsgemäß erfolgt ein Empfangen der durch ein zu untersuchendes Körperteil, wie beispielsweise einen Finger 16, reflektierten Messstrahlung 20 jeder verwendenden Wellenlänge durch die reflexive Fotodiode 18, die auf der ersten Seite 15 des Fingers 16 angeordnet ist. Die durch den Finger 16 transmittierte Strahlung 24 jeder verwendeten Wellenlänge wird durch die transmittive Fotodiode 22 empfangen, die der reflexiven Fotodiode gegenüberliegend auf der zweiten Seite 17 des Fingers 16 angeordnet ist.According to the invention, receiving is carried out by a body part to be examined, such as a finger 16 , reflected measuring radiation 20 each using wavelength through the reflexive photodiode 18 that on the first page 15 of the finger 16 is arranged. The by the finger 16 transmitted radiation 24 each wavelength used is transmitted through the transmittive photodiode 22 received, the opposite of the reflective photodiode on the second side 17 of the finger 16 is arranged.

Das Ansteuern der LEDs 12a bis 12h kann derart erfolgen, dass die Wellenlängen dabei mit einer Frequenz von 1,2 KHz nacheinander ein- und ausgeschaltet werden, so dass keine zwei unterschiedlichen Wellenlängen zur gleichen Zeit aufleuchten. Eine Auswahl weiterer geeigneter Frequenzen ist ebenfalls möglich.The driving of the LEDs 12a to 12h may be such that the wavelengths are switched on and off successively at a frequency of 1.2 KHz, so that no two different wavelengths light up at the same time. A selection of other suitable frequencies is also possible.

Die Darstellung der erhaltenen Signale kann entweder im sogenannten Normalbetrieb oder im Lock-in-Betrieb erfolgen. Der Lock-in-Betrieb schafft dabei eine Verbesserung der Signalqualität. Um das Lock-in-Verfahren anwenden zu können, muss der Lock-in-Verstärker einmal das Signal erfassen, wenn die jeweilige LED eingeschaltet ist und einmal wenn sie ausgeschaltet ist. Die Taktzahlen der LEDs können sich daher vom Normalbetrieb zum Lock-in-Betrieb unterscheiden. Im Lock-in-Betrieb kann die Ansteuerungsfrequenz für die LEDs an die benötigte Frequenz des Lock-in-Verstärkers angepasst werden.The Representation of the signals obtained can be either in the so-called Normal operation or in lock-in operation. The lock-in operation creates an improvement of the signal quality. To the lock-in procedure to be able to apply must be the lock-in amplifier once the signal is detected when the respective LED is turned on is and once when it is off. The clock numbers of the LEDs can Therefore, they differ from normal operation to lock-in operation. In lock-in operation, the drive frequency for the LEDs to the needed Adjusted frequency of the lock-in amplifier become.

Das Lock-in-Prinzip ist ein Verfahren zur Filterung und Verstärkung sehr kleiner Signale. Dabei wird auf das Messsignal ein Referenzsignal bekannter Frequenz und Phase moduliert, so dass Gleich-, Wechselspannungen anderer Frequenzen und Rauschen eliminiert werden.The Lock-in principle is a method of filtering and amplification very much small signals. In this case, the reference signal becomes a reference signal known frequency and phase modulates, so that DC, AC voltages other frequencies and noise are eliminated.

Sowohl im Normalbetrieb als auch im Lock-in-Betrieb werden ein DC-Anteil (Gleichanteil/Offset) sowie ein pulsförmiger AC-Anteil (Wechselanteil) ermittelt. Der DC-Anteil ist bedingt durch die physiologischen Eigenschaften des bestrahlten Gewebes. Er wird durch verschiedene Ursachen beeinflusst, wie zum Beispiel Gewebeeigenschaften, Blutgefäße ohne pulsatilen Anteil (Venolen usw.). Auf diesem Offset liegt der pulsförmige AC-Anteil (Wechselanteil), welcher sich durch die Volumenänderung des Blutes ergibt.Either in normal operation as well as in lock-in operation become a DC component (DC component / offset) and a pulse-shaped AC component (AC component) determined. The DC content is due to the physiological properties of the irradiated tissue. He is influenced by various causes, such as tissue properties, blood vessels without pulsatile portion (venules etc.). At this offset lies the pulse-shaped AC component (alternating component), which is due to the volume change of the blood.

Der Gleichanteil kann als Korrekturanteil berücksichtigt werden. Eine zusätzliche Option ist der Einsatz von analogen oder digitalen Filtern zur Trennung des AC- und DC-Anteils. Prinzipiell ist dies in beiden Modi möglich, sollte aber mindestens im Normalbetrieb erfolgen, um eine ausreichende Signalgüte zu erlangen, da hier sonst auch alle Störungen verstärkt werden.Of the DC component can be taken into account as a correction component. An additional Option is the use of analog or digital filters for separation of the AC and DC components. In principle, this should be possible in both modes but at least in normal operation done to a sufficient signal quality to gain, because otherwise all disturbances are amplified.

In 9 ist das Taktverhalten der LEDs 12a bis 12h und das Taktverhalten der reflexiven 18 sowie der transmittiven 22 Fotodiode dargestellt.In 9 is the clock behavior of the LEDs 12a to 12h and the tactics of the reflexive 18 as well as the transmittive 22 Photodiode shown.

Es ist ein sogenannter Sample-and-Hold-Betrieb dargestellt, wobei in der unteren Hälfte der Abbildung zwei Detektorsignale der zwei verwendeten Detektorflächen für jeweils einen Wellenlängenbereich abgebildet sind. Die Silicium-Empfängerfläche deckt dabei den Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1100 nm ab, während die Indium-Gallium-Arsenid-Empfängerfläche den Wellenlängenbereich von 1000 bis 1700 nm abdeckt. Beim Einschalten der LEDs mit 540, 562, 573, 623, 660, 805 und 950 nm wird jeweils die reflektierte 20 und die transmittierte 24 Messstrahlung durch die Silicium-Empfängerfläche detektiert. Der Wert des zu jedem Zeitpunkt anliegenden Signals am Detektor wird für jede Wellenlänge aufgenommen (Sample), gehalten (Hold) und gespeichert, bis die Wellenlänge erneut angesprochen wird. Entsprechendes erfolgt unter Einbindung der LED mit 1250 nm, sowie des Indium-Gallium-Arsenid-Sensors in das gleiche Taktregime. Dieser Ablauf wiederholt sich, so dass die einzelnen Samples (Werte) weiter verarbeitet werden können. Dies geschieht wie in 10 dargestellt, nacheinander für jede Wellenlänge, wobei in 10 lediglich fünf Wellenlängen dargestellt sind. Gemäß dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel können auch acht Wellenlängen oder auch mehr oder weniger Wellenlänger verwendet werden. Das Auslesen der Absorption der verwendeten Wellenlängen erfolgt aber analog zu den fünf Wellenlängen in 10. Weiterhin können gemäß 10 andere geeignete Detektorbereiche gewählt werden.It is a so-called sample-and-hold operation shown, wherein in the lower half of the figure, two detector signals of the two detector surfaces used for each wavelength range imaged are. The silicon receiver surface covers the wavelength range from 400 nm to 1100 nm, while the indium-gallium arsenide receiver surface covers the wavelength range from 1000 to 1700 nm. When the LEDs are turned on at 540, 562, 573, 623, 660, 805, and 950 nm, respectively, the reflected 20 and the transmitted 24 Measuring radiation detected by the silicon receiver surface. The value of the signal present at each time at the detector is recorded for each wavelength (sample), held (hold) and stored until the wavelength is addressed again. The same is done by incorporating the LED with 1250 nm, and the indium gallium arsenide sensor in the same clock regime. This procedure is repeated so that the individual samples (values) can be further processed. This happens as in 10 shown, one after the other for each wavelength, where in 10 only five wavelengths are shown. According to the embodiment described so far eight wavelengths or more or less wavelengths can be used. However, the absorption of the wavelengths used is read out analogously to the five wavelengths in 10 , Furthermore, according to 10 other suitable detector ranges are selected.

So werden in dem ersten Zyklus beispielsweise acht Wellenlängen emittiert, ihr reflexiver 20 und transmittiver 24 Lichtanteil gemessen und anschließend gespeichert. Mit Hilfe der weiteren ausgelesenen Werte aus den folgenden Wiederholungszyklen erfolgt ein Zusammenfassen der einzelnen Absorptionswerte der emittierten Strahlung 14 für jede Wellenlänge zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs der Absorption bei jeder Wellenlänge (Volumenpulskurve).Thus, in the first cycle, for example, eight wavelengths are emitted, their more reflexive 20 and transmissive 24 Measured light content and then stored. With the aid of the further read-out values from the following repetition cycles, the individual absorption values of the emitted radiation are summarized 14 for each wavelength representing a time course of absorption at each wavelength (volume pulse curve).

Es ist nicht notwendig eine separate Volumenpulskurve für jeden der fünf zu ermittelnden Blutbestandteile zu bestimmen. Bei den meisten Wellenlängen erhält man ein Mischsignal (Summenvolumenpuls) aus der Absorption aller Blutbestandteile. Anhand der aufgenommenen Absorptions-Amplitudenverhältnisse zueinander können unter Zuhilfenahme der diskreten stoff- und wellenlängenspezifischen Extinktionskoeffizienten die Konzentrationsverhältnisse der Blutbestandteile zueinander auf mehrere Arten bestimmt werden. Die Extinktionskoeffizienten können sich sowohl auf Stoffmenge pro Volumen, als auch auf Masse pro Volumen beziehen. Demzufolge entsprechen die zu berechnenden Verhältnisse entweder den Masseverhältnissen oder den Volumenverhältnissen der einzelnen Blutbestandteile pro Volumen.It is not necessary a separate volume pulse curve for each the five to determine the blood components to be determined. At most wavelengths you get one Mixed signal (sum volume pulse) from the absorption of all blood components. Based on the recorded absorption-amplitude ratios to each other can Using the discrete substance- and wavelength-specific extinction coefficients the concentration ratios the blood components to each other in several ways. The extinction coefficients can depending on the amount of substance per volume, as well as on mass per volume Respectively. As a result, the ratios to be calculated correspond either the mass ratios or the volume ratios the individual blood components per volume.

Eine erste Möglichkeit zur Bestimmung der Konzentrationsverhältnisse bieten lineare Gleichungssysteme. Ausgehend von der Annahme, dass die Gesamtabsorption der Summe der Einzelabsorptionen entspricht, kann folgende Gleichung aufgestellt werden: Ag = Ab1 + Ab2 + ... + Abn (3)

Ag
= Gesamtabsorption
Ab1
= Absorption von Blutbestandteil 1
Ab2
= Absorption von Blutbestandteil 2
Abn
= Absorption von Blutbestandteil n
A first possibility for determining the concentration ratios is provided by linear systems of equations. Assuming that the total absorption corresponds to the sum of the individual absorbances, the following equation can be established: Ag = A b1 + A b2 + ... + Abn (3)
A g
= Total absorption
A b1
= Absorption of blood component 1
A b2
= Absorption of blood component 2
A bn
= Absorption of blood component n

Die Intensität der Absorption einer bestimmten Lichtwellenlänge ist direkt proportional zur Stoffkonzentration des betrachteten Blutbestandteils und proportional zum Absorptionskoeffizienten des Blutbestandteils bei der gegebenen Wellenlänge, das heißt je höher die Stoffkonzentration pro gegebenem Volumen bzw. je höher der Wert des Absorptionskoeffizienten ist, desto stärker ist die Absorption. Abn = E(λ, bn)·Cbn

Abn
= Absorption des Blutbestandteils n
E(λ, bn)
= Absorptionskoeffizient des Blutbestandteils n bei der Lichtwellenlänge λ
Cbn
= Konzentration des Blutbestandteils n
The intensity of the absorption of a particular wavelength of light is directly proportional to the concentration of the constituent blood component and proportional to the absorption coefficient of the constituent blood at the given wavelength, that is, the higher the concentration of substance per given volume or the higher the value of the absorption coefficient, the greater the absorption , A bn = E (λ, bn) · C bn
A bn
= Absorption of the blood component n
E (λ, bn)
= Absorption coefficient of the blood component n at the light wavelength λ
C bn
= Concentration of blood component n

Die anteiligen Absorptionen der Ausgangsgleichung (3) können entsprechend ersetzt und Gleichung (3) auch in folgender Form ausgedrückt werden: Ag = E(λ, b1)·Cb1 + E(λ, b2)·Cb2 + ... + E(λ, bn) (4)·Cbn The proportional absorptions of the initial equation (3) can be replaced accordingly and equation (3) can also be expressed in the following form: Ag = E (λ, b1) · C b1 + E (λ, b2) · C b2 + ... + E (λ, bn) (4) · C bn

Bekannt sind jeweils die gemessene Gesamtabsorption bei jeder verwendeten Lichtwellenlänge und der jeweils zum Blutbestandteil zugehörige Absorptionskoeffizient bei der verwendeten Lichtwellenlänge. Unbekannt und zu ermitteln sind die jeweiligen Anteile der Stoffkonzentrationen.In each case, the measured total absorption at each wavelength of light used and the respective absorption coefficient associated with the blood constituent at the wavelength of light used are known. U.N known and to be determined are the respective proportions of the substance concentrations.

Entsprechend der Gleichung (4) kann nun ein n·n – Gleichungssystem aufgestellt werden, um die einzelnen Anteile der Blutbestandteile am Gesamtvolumen zu bestimmen.Corresponding the equation (4) can now set up a n · n system of equations be to the individual proportions of the blood components in the total volume to determine.

Sind 5 verschiedene Konzentrationen zu bestimmen, so muss mindestens mit 5 verschiedenen Lichtwellenlängen gemessen werden, um die Gleichung eindeutig lösen zu können. Daraus ergibt sich ein lineares 5 × 5-Gleichungssystem, welches eindeutig lösbar ist. Ag(λ1) = E(λ1, b1)·Cb1 + E(λ1, b2)·Cb2 + E(λ1, b3)·Cb3 + E(λ1, b4)·Cb4 + E(λ1, b5)·Cb5 Ag(λ2) = E(λ2, b1)·Cb1 + E(λ2, b2)·Cb2 + E(λ2, b3)·Cb3 + E(λ2, b4)·Cb4 + E(λ2, b5)·Cb5 Ag(λ3) = E(λ3, b1)·Cb1 + E(λ3, b2)·Cb2 + E(λ3, b3)·Cb3 + E(λ3, b4)·Cb4 + E(λ3, b5)·Cb5 Ag(λ4) = E(λ4, b1)·Cb1 + E(λ4, b2)·Cb2 + E(λ4, b3)·Cb3 + E(λ4, b4)·Cb4 + E(λ4, b5)·Cb5 Ag(λ5) = E(λ5, b1)·Cb1 + E(λ5, b2)·Cb2 + E(λ5, b3)·Cb3 + E(λ5, b4)·Cb4 + E(λ5, b5)·Cb5 (5) If 5 different concentrations are to be determined, at least 5 different wavelengths of light must be measured in order to be able to solve the equation uniquely. This results in a linear 5 × 5 equation system, which is clearly solvable. Ag (λ1) = E (λ 1 , b 1 ) · C b1 + E (λ 1 , b 2 ) · C b2 + E (λ 1 , b 3 ) · C b3 + E (λ 1 , b 4 ) · C b4 + E (λ1, b 5 ) · C b5 Ag (λ2) = E (λ 2 , b 1 ) · C b1 + E (λ 2 , b 2 ) · C b2 + E (λ 2 , b 3 ) · C b3 + E (λ 2 , b 4 ) · C b4 + E (λ 2 , b 5 ) · C b5 Ag (λ3) = E (λ 3 , b 1 ) · C b1 + E (λ 3 , b 2 ) · C b2 + E (λ 3 , b 3 ) · C b3 + E (λ 3 , b 4 ) · C b4 + E (λ 3 , b 5 ) · C b5 Ag (λ4) = E (λ 4 , b 1 ) · C b1 + E (λ 4 , b 2 ) · C b2 + E (λ 4 , b 3 ) · C b3 + E (λ 4 , b 4 ) · C b4 + E (λ 4 , b 5 ) · C b5 Ag (λ5) = E (λ 5 , b 1 ) · C b1 + E (λ 5 , b 2 ) · C b2 + E (λ 5 , b 3 ) · C b3 + E (λ 5 , b 4 ) · C b4 + E (λ 5 , b 5 ) · C b5 (5)

Durch das Lösen des Gleichungssystems über Matrizen oder Substitution und das Einsetzen der entsprechenden Koeffizienten und der Ergebnisse der Absorptionsmessung erhält man direkt die diskreten Stoffkonzentrationen Cb1 bis Cb5.Solving the system of equations via matrices or substitution and employing the corresponding coefficients and the results of the absorption measurement gives directly the discrete substance concentrations C b1 to C b5 .

Ein zweite Möglichkeit zur Bestimmung der Konzentrationsverhältnisse bietet der heuristische Sintflutalgorithmus.One second option to determine the concentration ratios offers the heuristic Flood algorithm.

Es werden acht verschiedene Wellenlängen verwendet, bei welchen jeweils die zugehörige Gesamtabsorption gemessen wird. Wichtig hierbei sind nicht die absoluten Messwerte, sondern die Relationen der Messwerte zueinander, welche beim Sintflutalgorithmus verwendet werden. Die Messwerte werden so skaliert, dass die höchste Absorption 100% entspricht. Jede weitere Absorption der verbleibenden 7 Wellenlängen besitzt demzufolge einen Wert kleiner als 100%.It become eight different wavelengths used, in each case the associated total absorption measured becomes. Important here are not the absolute measured values, but the relations of the measured values to each other, which in the deluge algorithm be used. The readings are scaled to the highest absorption 100% corresponds. Each additional absorption has the remaining 7 wavelengths therefore a value less than 100%.

Es wird nun eine erste zufällige, theoretisch mögliche Blutzusammensetzung angenommen.It now becomes a first random, theoretically possible Blood composition accepted.

Unter Kenntnis der stoffspezifischen und wellenlängenspezifischen Absorptionskoeffizienten der beteiligten Blutbestandteile wird eine theoretisch zu erwartende Gesamtabsorption bei jeder Wellenlänge berechnet. Genau wie bei der realen Messung werden auch die theoretischen Absorptionen auf 100% skaliert. Dieses erste errechnete Absorptionsspektrum wird mit dem real gemessenen Absorptionsspektrum korreliert. Der sich daraus ergebende Korrelationskoeffizient bildet den Startpunkt des Algorithmus.Under Knowledge of substance-specific and wavelength-specific absorption coefficients the involved blood components becomes theoretically expected Total absorption calculated at each wavelength. Just like In the real measurement, the theoretical absorptions also become 100% scaled. This first calculated absorption spectrum becomes correlated with the real measured absorption spectrum. The result The resulting correlation coefficient forms the starting point of the algorithm.

Nun wird in jeder Runde die vorherige theoretisch angenommene Blutzusammensetzung leicht verändert und das daraus resultierende Absorptionsspektrum erneut mit dem gemessenen Absorptionsspektrum korreliert. Dieser neue Korrelationskoeffizient wird mit einem pro Runde leicht steigenden Schwellwert verglichen.Now In each round, the previous theoretically assumed blood composition becomes slightly changed and the resulting absorption spectrum again with the correlated measured absorption spectrum. This new correlation coefficient is compared to a slightly rising threshold per round.

Übersteigt der Schwellwert den aktuellen Korrelationskoeffizienten, so wird die neu bestimmte theoretische Blutzusammensetzung verworfen und ausgehend von der vorherigen eine neue Blutzusammensetzung bestimmt.exceeds the threshold value is the current correlation coefficient, so will discarded the newly determined theoretical blood composition and determined from the previous a new blood composition.

Übersteigt der Schwellwert den aktuellen Korrelationskoeffizienten nicht, so wird der Schwellwert leicht angehoben, und die neu bestimmte Blutzusammensetzung wird als Ausgangspunkt der nächsten Runde verwendet.exceeds the threshold is not the current correlation coefficient, so the threshold is slightly raised, and the newly determined blood composition will be the starting point of the next Round used.

Ist keine Veränderung der Blutzusammensetzung mehr möglich, welche nicht zur Überschreitung des aktuellen Schwellwertes führen kann, wird der Algorithmus beendet.is no change the blood composition more possible, which not to exceed of the current threshold can, the algorithm is terminated.

Es kann davon ausgegangen werden, dass die aktuelle Blutzusammensetzung einer guten Näherung an die reale gemessene Blutzusammensetzung entspricht.It can be assumed that the current blood composition a good approximation the real measured blood composition corresponds.

Der Algorithmus kann mehrfach mit verschiedenen Randparametern und verschiedenen Startpunkten ausgeführt werden, um das heuristisch bestimmte Ergebnis besser verifizieren zu können.Of the Algorithm can work multiple times with different border parameters and different ones Starting points executed to better verify the heuristically determined outcome to be able to.

Die Konzentrationsverhältnisse können weiterhin mittels Korrelation bestimmt werden.The concentration ratios can continue to be determined by correlation.

Unter Kenntnis der stoff- und wellenlängenspezifischen Absorptionskoeffizienten kann unter Annahme einer theoretisch möglichen Blutzusammensetzung eine entsprechende zu erwartende Gesamtabsorption bei den einzelnen Lichtwellenlängen errechnet werden. Hierbei ist wiederum das Verhältnis der Absorptionen zueinander ausschlaggebend.Under Knowledge of substance- and wavelength-specific Absorption coefficient can be calculated assuming a theoretically possible Blood composition a corresponding expected total absorption at the individual wavelengths of light be calculated. Here again is the ratio of the absorptions to each other decisive.

Es wird ein Set solcher theoretisch denkbarer Absorptionsspektren berechnet, wobei jede zu bestimmende Stoffkonzentration jeweils vom minimal möglichen Anteil bis zum maximal möglichen Anteil in kleinen Schritten vertreten ist. Dies sind in unserem Fall:

  • • Wasser 44–54%
  • • Oxygeniertes Hämoglobin 50–100%
  • • Nichtoxygeniertes Hämoglobin 1–50%
  • • Carboxyhämoglobin 1–60%
  • • Methämoglobin 1–70%
A set of such theoretically conceivable absorption spectra is calculated, each substance concentration to be determined being represented in each case from the minimum possible proportion up to the maximum possible proportion in small steps. These are in our case:
  • • water 44-54%
  • • oxygenated hemoglobin 50-100%
  • • Non-oxygenated hemoglobin 1-50%
  • • Carboxyhemoglobin 1-60%
  • • Methemoglobin 1-70%

Das gemessene Absorptionsspektrum wird nun mit allen so vorherberechneten Spektren korreliert. Die theoretisch bestimmten Konzentrationsverhältnisse der Blutbestandteile des Spektrums im Set, welches am besten mit dem gemessenen Spektrum korreliert, entsprechen mit guter Näherung den realen Konzentrationsverhältnissen.The Measured absorption spectrum will now be calculated with all that precalculated Spectra correlates. The theoretically determined concentration ratios the blood components of the spectrum in the set, which is best with correlated to the measured spectrum, correspond to a good approximation of the real concentration ratios.

Die Genauigkeit dieses Verfahrens hängt vor allem von der zur Verfügung stehenden Rechenleistung der Hardware ab. Je mehr Rechenleistung zur Verfügung steht, umso feiner können die Konzentrationsabstufungen gewählt werden, und umso genauer ist das zu erwartende Ergebnis.The Accuracy of this method depends especially from the available computing power of the hardware. The more computing power to disposal stands, the finer you can the concentration gradations are chosen and the more accurate is the expected result.

Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem Sintflutalgorithmus ist, dass das Ergebnis eindeutig und nicht heuristischer Natur ist, das heißt es gibt unter Berücksichtigung einer gewissen Unschärfe des Ergebnisses, welche durch eine Schrittweite größer als Null bei der Parameterverteilung unvermeidbar ist, mit Sicherheit kein möglicherweise besseres Ergebnis als das Bestimmte.Of the Advantage of this method the deluge algorithm is that the result is unique and not heuristic nature is, that is, there are under consideration a certain blur of the result, which is greater than Zero in the parameter distribution is unavoidable, certainly no possible better result than the specific.

Beim Sintflutalgorithmus kann nicht mit Sicherheit davon ausgegangen werden, dass das ermittelte Ergebnis dem besten Ergebnis entspricht. Dies wird dadurch kompensiert, dass der Algorithmus mehrfach mit verschiedenen Startpunkten durchlaufen wird.At the Flood algorithm can not be assumed with certainty that the result obtained corresponds to the best result. This is compensated by the fact that the algorithm uses several different ones Is traversed starting points.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass das ermittelte Ergebnis durch das Verkleinern der Schrittweite der Parameter kurz vor dem Ende des Algorithmus ein vergleichsweise genaueres Ergebnis liefern kann als die Methode der Korrelation.Of the The advantage of this method is that the result obtained by reducing the step size of the parameters just before the Provide a comparatively more accurate result at the end of the algorithm can be considered the method of correlation.

Ausgangspunkt für die erläuterten Berechnungsmethoden sind die Volumenpulskurven, die für jede Wellenlänge ermittelt wurden (11). Die Kurven werden in einzelne Herzperioden unterteilt und für jede Periode wird das Maximum bei jeder Wellenlänge bestimmt. Für jede Wellenlänge wird dann ein Mittelwert der Maxima gebildet. Es ergeben sich also je nach Anzahl der verwendeten Wellenlängen fünf oder mehr mittlere Absorptionswerte, die als Verhältnisse zueinander zu betrachten sind. Mit Hilfe der erwähnte Berechnungsmethoden kann die anteilsmäßige Konzentration der Blutbestandteile berechnet werden. Aus diesen Konzentrationen lassen sich weitere Parameter, wie zum Beispiel Sauerstoffsättigung, Gesamthämoglobinkonzentration oder der Hämatokritwert ermitteln.The starting point for the calculation methods explained are the volume pulse curves which were determined for each wavelength ( 11 ). The curves are divided into individual heart periods and for each period the maximum at each wavelength is determined. For each wavelength then an average of the maxima is formed. Thus, depending on the number of wavelengths used, there are five or more average absorption values, which are to be regarded as ratios to one another. With the aid of the aforementioned calculation methods, the proportionate concentration of the blood constituents can be calculated. From these concentrations, further parameters such as, for example, oxygen saturation, total hemoglobin concentration or the hematocrit value can be determined.

Eine weitere mögliche Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in einem Verfahren zur Diagnose von mikrovaskulären Schädigungen.A more possible Application of the device according to the invention lies in a method for the diagnosis of microvascular damage.

Um eine prinzipielle Verbesserung der Messergebnisse zu erzielen, ist es möglich, die Vorrichtung in unterschiedlichen Zeitabständen zu eichen. Dazu kann gemäß 12 eine erste Eichvorrichtung 48 verwendet werden, die beispielsweise als Eichhülse für den reflexiven Empfänger ausgebildet ist. Die Kalibrierung der Vorrichtung erfolgt zur Feststellung der tatsächlichen Lichtintensitäten der LEDs zunächst ohne das zu untersuchende Körperteil.In order to achieve a fundamental improvement of the measurement results, it is possible to calibrate the device at different time intervals. This can according to 12 a first calibration device 48 used, for example, is designed as a calibration sleeve for the reflexive receiver. The calibration of the device takes place to determine the actual light intensities of the LEDs initially without the body part to be examined.

Zur Eichung des reflexiven Strahlungsempfängers 18 kann ein halbkugelförmige Eichhülse 48 auf den reflexiven Sensor 18 positioniert werden, so dass die emittierende Fläche mit eingeschlossen wird. Die Eichhülse 48 weist ein weiße Innenfläche 50 auf, durch die ein diffuse Reflexion des Lichts simuliert wird, so dass die Lichtintensität der einzelnen LEDs 12a bis 12h ermittelt werden kann.For calibration of the reflexive radiation receiver 18 can be a hemispherical gauge sleeve 48 on the reflexive sensor 18 be positioned so that the emitting surface is included. The calibration sleeve 48 has a white inner surface 50 on, by which a diffuse reflection of the light is simulated, so that the light intensity of the individual LEDs 12a to 12h can be determined.

Gemäß 13 kann weiterhin zur Eichung des transmittiven Sensors 22 ein insbesondere kegelstumpfförmige Eichhülse 52 zwischen dem transmittiven 22 und dem reflexiven 18 Empfänger positioniert werden. Die Eichhülse weist ebenfalls eine weiße Innenfläche 54 und ferner ein zwischen den beiden Detektorflächen mittig platzierte weiße Membran 56 auf. Die weiße Membran 56 verhindert ein direktes Einstrahlen der LEDs 12a bis 12h auf den transmittiven Empfänger und erzeugt gleichzeitig eine ungerichtete diffuse Lichteinstrahlung. Mit Hilfe dieser Messung werden die Lichtintensitäten der jeweiligen LEDs 12a bis 12h im Bezug auf den transmittiven Empfänger 22 festgestellt.According to 13 can continue to calibrate the transmissive sensor 22 a particular cone truncated calibration sleeve 52 between the transmissive 22 and the reflexive 18 Receiver be positioned. The calibration sleeve also has a white inner surface 54 and further, a white membrane centrally placed between the two detector surfaces 56 on. The white membrane 56 prevents direct irradiation of the LEDs 12a to 12h on the transmittive receiver and simultaneously generates a non-directional diffuse light radiation. With the help of this measurement, the light intensities of the respective LEDs 12a to 12h in relation to the transmittive recipient 22 detected.

In 14c ist die gesamte gemessene Lichtintensität jeder LED 12a bis 12h dargestellt. Diese Messung wird als Nullmessung bezeichnet und kann mit den oben dargestellten Eichhülsen durchgeführt werden. Um für weitere Berechnungen eine gleichmäßige Strahlung anzunehmen erfolgt die Normierung der Intensitäten auf 100%. Dabei ergibt sich für jede LED ein Normierungsfaktor für die Lichtintensität (15c). Diese Eichmessung erfolgt einmalig für jeden Sensorkopf und wird in definierten Zeitabständen, beispielsweise alle zwei bis drei Jahre erneut durchgeführt. Dieses Verfahren ist bedingt durch die Abnahme der Lichtleistung der verwendeten Lichtquellen, beispielsweise der LEDs.In 14c is the total measured light intensity of each LED 12a to 12h shown. This measurement is referred to as zero measurement and can be performed with the calibration sleeves shown above. In order to assume uniform radiation for further calculations, the intensities are normalized to 100%. This results in a normalization factor for the light intensity for each LED ( 15c ). This calibration measurement is done once for each sensor head and is performed again at defined time intervals, for example every two to three years. This method is due to the decrease in the light output of the light sources used, for example the LEDs.

Nach der beschriebenen Kalibrierung kann die Messung an einem Körperteil erfolgen. Dabei wird bevorzugt ein Gleich- und ein Wechselanteil erfasst. Um die erfassten pulsatilen Lichtabsorptionen vergleichen zu können, müssen sie in Abhängigkeit vom Gleichanteil für jede Wellenlänge normiert werden. Zu diesem Zweck erfolgt mindestens einmal pro Messung eine Bestimmung des Gleichanteils für jede Wellenlänge.To The calibration described may be the measurement on a body part respectively. In this case, a DC and a AC component is preferred detected. To compare the recorded pulsatile light absorptions can, have to they are dependent from the DC share for every wavelength be normalized. This is done at least once per measurement a determination of the DC component for each wavelength.

In 14b ist beispielsweise der transmittierte Lichtanteil dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist der weitaus größte Teil des Lichts durch das Gewebe (Knochen, Haut und ihre Bestandteile, z. B. Melanin Abbauprodukte des Hämoglobin z. B. Bilirubin, Venolen usw.) absorbiert worden.In 14b For example, the transmitted light component is shown. As can be seen, the vast majority of light has been absorbed by the tissue (bone, skin and its constituents, eg melanin degradation products of hemoglobin eg bilirubin, venules, etc.).

Zu den bei der Eichung gemessenen Lichtintensitäten ohne Finger (14c) werden wie in 15 dargestellt, Lichtintensitätsfaktoren (1,33; 1,25; 1,00; usw.) ermittelt. Weiterhin werden Faktoren zur Normierung des Gleichanteils auf 100% ermittelt (in 15: 20,00; 33,33; 12,5; usw.).At the light intensities without fingers ( 14c ) will be like in 15 , light intensity factors (1.33, 1.25, 1.00, etc.) are determined. Furthermore, factors for the normalization of the DC component to 100% are determined (in 15 : 20.00; 33.33; 12.5; etc.).

Die Berechnung findet wie in der folgenden Tabelle dargestellt statt: Wellenlänge 542 nm 560 nm 577 nm 660 nm 805 nm 950 nm 1200nm Messung des AC-Anteils durch Peakdetektion aus der Pulskurve in Prozent 3 2 5 7 4 11 10 Multiplikation mit Licht-Intensitätsfaktor 4,00 2,50 5,00 5,83 3,81 12,22 6,67 Multiplikation mit DC-Anteil-Faktor 80,00 83,33 62,50 58,33 54,42 81,48 55,56 Division durch analoge Verstärkung 80,00 83,33 62,50 5,83 10,88 4,07 2,78 absolute Intensität des pulsatilen AC-Anteils 80,00 83,33 62,50 5,83 10,88 4,07 2,78 The calculation takes place as shown in the following table: wavelength 542 nm 560 nm 577 nm 660 nm 805 nm 950 nm 1200nm Measurement of the AC component by peak detection from the pulse curve in percent 3 2 5 7 4 11 10 Multiplication with light intensity factor 4.00 2.50 5.00 5.83 3.81 12.22 6.67 Multiplication by DC component factor 80,00 83.33 62.50 58.33 54.42 81.48 55.56 Division by analog amplification 80,00 83.33 62.50 5.83 10.88 4.07 2.78 absolute intensity of the pulsatile AC component 80,00 83.33 62.50 5.83 10.88 4.07 2.78

Bei einer Wellenlänge von 542 nm wird beispielsweise ein Peakwert von 3 AU (beliebige Einheit) gemessen. Dieser Peakwert wird mit dem Lichtintensitätsfaktor (hier 1,33) multipliziert, so dass man zu dem Ergebnis 4 AU gelangt. Daraufhin wird dieses Ergebnis mit dem DC-Anteil-Faktor (hier 20) multipliziert. Die erhaltenen 80 AU werden danach durch die analoge Verstärkung von 1 dividiert, wobei jede Wellenlänge durch eine eigene Verstärkung gekennzeichnet ist (gem. 15: 542 nm: 1; 560 nm: 1; 577 nm: 1; 660 nm: 10; 805 nm: 5; 950 nm: 20; 1200 nm: 20).At a wavelength of 542 nm, for example, a peak value of 3 AU (arbitrary unit) is measured. This peak value is multiplied by the light intensity factor (here 1.33) so that the result is 4 AU. Then this result is calculated with the DC component factor (here 20 multiplied). The obtained 80 AU are then divided by the analog gain of 1, each wavelength being characterized by its own gain (acc. 15 : 542 nm: 1; 560 nm: 1; 577 nm: 1; 660 nm: 10; 805 nm: 5; 950 nm: 20; 1200 nm: 20).

Die absolute Intensität des pulsatilen Wechselanteils bei 542 nm beträgt somit 80,00 AU. Für die restlichen Wellenlängen erfolgt die Berechnung der Wechselanteile nach dem selben Prinzip, so dass die normierten Werte miteinander verglichen werden können. Durch diese Verfahrensweise werden die Gleichanteile entfernt und es werden nur die pulsatil schwankenden Anteile betrachtet. Der Gleichanteil besitz für jeden Menschen einen individuellen Wert auf Grund seiner Hautfarbe, Hautbeschaffenheit (Verhornung), seines Knochenbaus und anderen messortbedingten Eigenschaften.The absolute intensity of the pulsatile alternating component at 542 nm is thus 80.00 AU. For the rest wavelength the calculation of bills takes place according to the same principle, so that the normalized values can be compared with each other. By this procedure will remove the DCs and become them considered only the pulsatile fluctuating proportions. The DC component ownership for each person an individual value based on his skin color, Skin texture (keratinization), its bone structure and others location-related properties.

Wie vorstehend erläutert können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch auch andere Berechnungsmethoden Anwendung finden.As explained above, however, other methods can also be used in the method according to the invention application methods.

Claims (26)

Vorrichtung zur nichtinvasiven Bestimmung von Konzentrationen verschiedener Blutbestandteile in der Blutbahn, mit einer Strahlungsquelle (12) zum Emittieren einer Messstrahlung (14) in Richtung eines zu untersuchenden Körperteils (16), einem ersten Strahlungsempfänger (18) zum Empfangen von durch das zu untersuchende Körperteil (16) reflektierter Strahlung (20), mit einem zweiten Strahlungsempfänger (22) zum Empfangen von durch das zu untersuchende Körperteil (16) transmitierter Strahlung (24), und einer mit dem ersten (18) und dem zweiten (22) Strahlungsempfänger verbundenen Berechnungseinrichtung (26) zur Berechnung der durch das zu untersuchende Körperteil (16) erfolgten Absorption der emittierten Strahlung (14) auf Basis des gemessenen reflektierten (20) und transmittierten (24) Strahlungsanteils.Apparatus for the noninvasive determination of concentrations of various blood components in the bloodstream, comprising a radiation source ( 12 ) for emitting a measuring radiation ( 14 ) in the direction of a body part to be examined ( 16 ), a first radiation receiver ( 18 ) for receiving by the body part to be examined ( 16 ) reflected radiation ( 20 ), with a second radiation receiver ( 22 ) for receiving by the body part to be examined ( 16 ) transmitted radiation ( 24 ), and one with the first ( 18 ) and the second ( 22 ) Radiation receiver associated calculation device ( 26 ) for calculating the part of the body to be examined ( 16 ) absorption of the emitted radiation ( 14 ) based on the measured reflected ( 20 ) and transmitted ( 24 ) Radiation component. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Strahlungsquelle (12) Strahlungen (14) verschiedener Wellenlänge emittierbar sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that by the radiation source ( 12 ) Radiations ( 14 ) of different wavelengths are emitted. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (12) und der erste Strahlungsempfänger (18) auf einer ersten Seite (15) des zu untersuchenden Körperteils (16) angeordnet sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation source ( 12 ) and the first radiation receiver ( 18 ) on a first page ( 15 ) of the body part to be examined ( 16 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strahlungsempfänger (22) auf einer zweiten Seite (17) des zu untersuchenden Körperteils (16) angeordnet ist, die insbesondere der ersten Seite (15) gegenüberliegend angeordnet ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the second radiation receiver ( 22 ) on a second page ( 17 ) of the body part to be examined ( 16 ), in particular the first page ( 15 ) is arranged opposite one another. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten (18) und dem zweiten (22) Strahlungsempfänger ein Aufnahmeraum (38) zur Aufnahme des zu untersuchenden Körperteils (16) ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the first ( 18 ) and the second ( 22 ) Radiation receiver a receiving space ( 38 ) for receiving the body part to be examined ( 16 ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (12) mehrere Einzelstrahlungsquellen (12a12h) verschiedener Wellenlängen aufweist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the radiation source ( 12 ) several individual radiation sources ( 12a - 12h ) of different wavelengths. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet die Strahlungsquelle (12) als Lichtquelle und der erste (18) und zweite (22) Strahlungsempfänger als Lichtempfänger ausgebildet sind.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the radiation source ( 12 ) as the light source and the first ( 18 ) and second ( 22 ) Radiation receiver are designed as a light receiver. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtquellen (12a12h) als LEDs ausgebildet sind.Apparatus according to claim 6, characterized in that the individual light sources ( 12a - 12h ) are formed as LEDs. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelllichtquellen (12a12h), insbesondere kreisförmig um den ersten Lichtempfänger herum angeordnet sind.Apparatus according to claim 6 and 7, characterized in that the individual light sources ( 12a - 12h ), in particular arranged in a circle around the first light receiver. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) mindestens jeweils zwei Einzellichtquellen (12a12h) der gleichen Wellenlänge aufweist.Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the light source ( 12 ) at least two individual light sources ( 12a - 12h ) of the same wavelength. Vorrichtung nach den Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtquellen (12a12h) mit der gleichen Wellenlänge diametral angeordnet sind.Device according to claims 9 and 10, characterized in that the individual light sources ( 12a - 12h ) are arranged diametrically with the same wavelength. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (18) und der zweite (22) Lichtempfänger jeweils zwei Fotodetektoren für jeweils einen Wellenlängenbereich pro Fotodetektor aufweisen.Apparatus according to claim 1 to 11, characterized in that the first ( 18 ) and the second ( 22 ) Light receiver each have two photodetectors for each wavelength range per photodetector. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Lichtempfänger (18) eine Trennvorrichtung (32) zum Verhindern des Eintreffens von Streulicht von der Lichtquelle (12) zu dem ersten Lichtempfänger (18) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1 to 12, characterized in that at the first light receiver ( 18 ) a separating device ( 32 ) for preventing the arrival of stray light from the light source ( 12 ) to the first light receiver ( 18 ) is trained. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (32) durch eine innere (32a) und eine äußere (32b) Hülse ausgebildet ist.Apparatus according to claim 13, characterized in that the separating device ( 32 ) by an inner ( 32a ) and an outer ( 32b ) Sleeve is formed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Lichtquelle (12) und dem ersten Lichtempfänger (18) liegendende Hohlraum (33) durch einen, insbesondere transparenten, Klebstoff ausgefüllt ist.Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that between the light source ( 12 ) and the first light receiver ( 18 ) lying cavity ( 33 ) is filled by a, in particular transparent, adhesive. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtquellen (12a12h) an ihrer von dem ersten Lichtempfänger (18) weg weisenden Seite um einen Winkel β, insbesondere um einen Winkel β von 15°, angehoben sind.Device according to one of claims 6 to 15, characterized in that the individual light sources ( 12a - 12h ) at its from the first light receiver ( 18 ) away side by an angle β, in particular by an angle β of 15 °, are raised. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (38) auf der ersten Seite (15) des zu untersuchenden Körperteils (16) durch ein erstes Aufnahmeelement (28) und auf der zweiten Seite (17) des zu untersuchenden Körperteils (16) durch ein zweites Aufnahmeelement (30) begrenzt ist.Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the receiving space ( 38 ) on the first page ( 15 ) of the body part to be examined ( 16 ) by a first receiving element ( 28 ) and on the second page ( 17 ) of the body part to be examined ( 16 ) by a second receiving element ( 30 ) is limited. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite (30) Aufnahmeelement durch eine Klemmmechanik (40) derart miteinander verbunden sind, dass ein Anbringen der Vorrichtung (10) an dem zu untersuchenden Körperteil (16) erfolgen kann.Apparatus according to claim 17, characterized in that the first and the second ( 30 ) Receiving element by a clamping mechanism ( 40 ) are connected to one another such that an attachment of the device ( 10 ) on the body part to be examined ( 16 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (41) zum sequentiellen Einschalten der Einzellichtquellen (12a12h).Device according to one of claims 1 to 18, characterized by a control device ( 41 ) for sequentially switching on the individual light sources ( 12a - 12h ). Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, zur nichtinvasiven, insbesondere kontinuierlichen Bestimmung der Konzentration von Blutbestandteilen.Use of a device according to one of claims 1 to 19, for non-invasive, especially continuous determination the concentration of blood components. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, zur Diagnose von mikrovaskulären Schädigungen.Use of a device according to one of claims 1 to 19, for the diagnosis of microvascular damage. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, zum Ermitteln eines Volumenpulsverlaufs eines oder mehrerer Blutbestandteile in einer Blutbahn.Use of a device according to one of claims 1 to 19, for determining a volume pulse course of one or more Blood components in a bloodstream. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum nichtinvasiven Ermitteln von Konzentrationen verschiedener Blutbestandteile in einer Blutbahn insbesondere zum Betreiben einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Vorrichtung (10) mindestens eine Strahlungsquelle (12) zum Emittieren einer Messstrahlung (14) mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweist, mit folgenden Schritten: – sequentielles Ausstrahlen mehrerer Messstrahlungen (14) mit jeweils verschiedenen Wellenlängen, – Empfangen der durch ein zu untersuchendes Körperteil (16) reflektierten Messstrahlung (20) jeder Wellenlänge durch einen ersten Strahlungsempfänger (18) und der durch das zu untersuchende Körperteil (16) transmitierten Messstrahlung (24) jeder Wellenlänge durch einen zweiten Strahlungsempfänger (22), und – Ermitteln der durch das zu untersuchende Körperteil (16) erfolgten Absorption der emittierten Strahlung (14) auf Basis der Messung der reflektierten Strahlung (20) durch den ersten Strahlungsempfänger (18) und der Messung der transmittierten Strahlung (24) durch den zweiten Strahlungsempfänger (22).Method for operating a device for the non-invasive determination of concentrations of various blood components in a bloodstream, in particular for operating a device ( 10 ) according to one of claims 1 to 19, wherein the device ( 10 ) at least one radiation source ( 12 ) for emitting a measuring radiation ( 14 ) having different wavelengths, comprising the following steps: - sequentially radiating a plurality of measuring radiations ( 14 ) each having different wavelengths, - receiving the part of the body to be examined ( 16 ) reflected measuring radiation ( 20 ) of each wavelength by a first radiation receiver ( 18 ) and the part of the body to be examined ( 16 ) transmitted measuring radiation ( 24 ) of each wavelength by a second radiation receiver ( 22 ), and - determining the part of the body to be examined ( 16 ) absorption of the emitted radiation ( 14 ) based on the measurement of the reflected radiation ( 20 ) by the first radiation receiver ( 18 ) and the measurement of the transmitted radiation ( 24 ) by the second radiation receiver ( 22 ). Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zum Emittieren von Messstrahlungen (14) mit unterschiedlichen Wellenlängen mehrere Einzelstrahlungsquellen (12a12h) verwendet werden.A method according to claim 23, characterized in that for emitting measuring radiation ( 14 ) with different wavelengths several individual radiation sources ( 12a - 12h ) be used. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Speichern der ermittelten Absorptionswerte jeder Wellenlänge – Wiederholen der Verfahrensschritte aus Anspruch 22, wobei die ermittelten Absorptionswerte einer jeden Wellenlänge für jeden Wiederholungszyklus gespeichert werden, – Zusammenfassen der einzelnen Absorptionswerte der emittierten Strahlung für jede Wellelänge zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs der Absorption bei jeder Wellenlänge.A method according to claim 23 or 24, characterized through the following steps: - To save the determined absorption values of each wavelength - Repeat the process steps of claim 22 wherein the determined absorbance values of each wavelength are for each Be stored repetition cycle, - Combining the individual Absorption values of the emitted radiation for each wavelength Representation of a time course of the absorption at each wavelength. Verfahren nach Anspruch 25 mit dem Schritt: – Ermitteln der Konzentration einzelner Blutbestandteile unter Verwendung der zeitlichen Verläufe der gespeicherten Absorptionswerte für jede Wellenlänge.Method according to claim 25, comprising the step: - Determine the concentration of individual blood constituents using the temporal courses the stored absorbance values for each wavelength.
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