DE102006045192A1

DE102006045192A1 - Messvorrichtung für die fetale Transmissions-Pulsoximetrie

Info

Publication number: DE102006045192A1
Application number: DE102006045192A
Authority: DE
Inventors: Johannes P Buschmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Transmissions-Pulsoximetrie durch das Handgelenk bzw. den Unterarm hindurch, wie sie selbst beim erwachsenen Menschen angewandt werden kann.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Messgerät, um die Absorption von Licht durch lebendes, von Licht durchstrahltes, Gewebe bei Mensch oder Tier zu messen, insbesondere bei menschlichen Feten.
II. Definitionen
Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung wird unter „Licht" elektromagnetische Strahlung im Bereich von 400 nm bis 2000 nm, insbesondere im Bereich zwischen 600 nm und 1000 nm, verstanden.
Ferner wird zum Zweck der vorliegenden Anmeldung unter "Absorption" die Lichtintensität verstanden, die nach der Passage durch das Gewebe am Sensor messbar ist, unabhängig davon, ob die eingestrahlte Lichtintensität oder die elektrische Leistung bekannt ist oder nicht und unabhängig davon, ob die Schichtdicke des durchstrahlten Gewebes bekannt ist oder nicht.
Unter Netto-Lichtweglänge wird im Folgenden die Mindest-Länge des Weges verstanden, die das Licht vom Austritt aus dem Lichtemitter bis zum Eintritt in den Lichtsensor unter Einbeziehung von Streu- und Beugungsphänomenen zurücklegen muss. Vom Lichtemitter zum Lichtsensor sind verschiedene Lichtwege unterschiedlicher Länge möglich, abhängig von den multiplen Stellen/Streuzentren, an denen Lichtstrahlen auf diesem Weg abgelenkt werden können.
III. Stand der Technik
Bei der Gewebsphotometrie wird bekanntermaßen die Absorption von Licht, insbesondere die zeitlich veränderliche Absorption von Licht (Modulation) in einem bestimmten Frequenzbereich (z. B. 0 bis 0,5 Hz sowie 0,5 bis 10 Hz), ermittelt, die im Zusammenhang mit der kleinsten bzw. größten zu erwartenden Pulsfrequenz bzw. Atemfrequenz, und den Blutdruck Blutdruck und andere Größen des zu untersuchenden Organismus steht.
Der Lichtfluss im Gewebe kommt insbesondere durch verschiedene optische Wirkungen wie Streuung, Absorption, Beugung u. a. an Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen Bestandteilen des lebenden Gewebes, zustande, wobei "Transmission" und "Reflexion" vereinfachende Begriffe sind, die sich auf ein Verhalten des Lichts relativ zu Sender und Empfänger beziehen.
So wird bei der optischen Plethysmographie die Absorption von Licht, insbesondere die Modulation von Licht in einem bestimmten Frequenzbereich nämlich dem der arteriellen Pulsation, also von ca. 30 bis 240 bpm, entsprechend 0,5 bis 4 Hz betrachtet in Relation zur nichtpulsatilen Absorption, also zur Absorption im Frequenzbereich von unter 0,5 Hz. Damit lassen sich unter anderem Pulsfrequenz Atemfrequenz, Blutdruck und anderes bestimmen.
Wird eine optische Plethysmographie in zwei oder mehr Spektralbereichen (λ1, λ2 ... λn) durchgeführt und werden die jeweiligen Modulationstiefen (pulsatiler Anteil, AC, zum nicht-pulsatilen Anteil, DC) z. B. bei 730 nm und 990 nm zueinander in Beziehung gesetzt, so ergibt sich aus den jeweiligen Modulationstiefen
eine Variable
die in weiten Bereichen unabhängig ist von Einflussfaktoren wie der Schichtdicke des durchstrahlten Gewebes oder der Intensität der Lichtemitter usw. und mit deren Hilfe sich die arterielle Sauerstoffsättigung ermitteln lässt, ggf. auch die venöse Sauerstoffsättigung, eventuell auch bei arteriell-venöser Sättigungsdifferenz.
So kommt menschliches Hämoglobin im Wesentlichen in zwei Zuständen vor, nämlich oxigeniert und desoxigeniert, wenn man von toxisch veränderten bzw. genetisch aberranten Hämoglobin-Fraktionen absieht.
Das oxigenierte sowie das desoxigenierte Hämoglobin weisen unterschiedliche spezifische spektrale Absorptionsverläufe auf, von denen sich insbesondere der Bereich über 600 nm für Zwecke der optischen Plethysmographie nutzen lässt, in dem in zwei verschiedenen Spektralbereichen die Intensität bzw. die Absorption des Lichts durch die beiden Hämoglobinfraktionen (oxigeniert und desoxigeniert) gemessen wird.
Die Pulsoximetrie ist also eine Gewebsphotometrie in zwei oder mehr Spektralbereichen des Lichts und zwei Frequenzbereichen der durchblutungsbedingten Modulation. Mit Hilfe dieser so genannten Pulsoximetrie können in weiten Bereichen Herzfrequenz und Lungenfunktion überwacht werden. Bei Feten werden durch die Pulsoximetrie die Lungenfunktionen der Mutter und die Funktionalität der Plazenta hinsichtlich des Sauerstoffaustausches überwacht. Unmittelbar nach der Geburt d.h. während und nach der Umstellung von Nabelschnurversorgung auf Lungenatmung, können die Lungenatmung des Feten als auch die Shuntsituation zwischen rechten und linken Kreislauf beurteilt und gemonitort werden.
In der jüngeren Vergangenheit war die Pulsoximetrie speziell die Transmissions-Pulsoximetrie in der Medizin sehr erfolgreich, bei der lebendes Gewebe bis zu einer Schichtdicke von maximal 20 mm mit Licht von 400 nm bis 4000 nm Wellenlänge durchstrahlt wurde und der vom Gewebe absorbierte Lichtanteil gemessen wurde.
Durch die begrenzte Dicke des zu durchstrahlenden Gewebes sowie durch die Notwendigkeit, einander gegenüberliegende Orte für Lichtsensor und Lichtemitter zu verwenden, waren die Applikationsorte stark eingeschränkt: beim erwachsenen Menschen beispielsweise auf einzelne Finger oder auf Ohrläppchen, bei Frühgeburten oder Neugeborenen auf eine Hand oder einen Fuß.
Auch die minimal-invasive Transmissions-Pulsoximetrie, zur Überwachung der Sauerstoffversorgung des Feten während der Geburt, ist bereits bekannt ( DE 38 10 008 ).
Auch wurde die Reflexpulsoximetrie verwendet, im Bemühen, die nachteilige Begrenzung hinsichtlich der Schichtdicke zu überwinden, bei der im Gegensatz zur Transmissionspulsoximetrie Lichtemitter und Lichtempfänger nicht auf einander gegenüber liegenden Seiten des zu durchstrahlenden Gewebes angeordnet wurden, sondern auf der gleichen Seite nebeneinander liegen, meist in einem Abstand von nur einigen Millimetern.
Der gravierende Nachteil der Reflex-Pulsoximetrie besteht jedoch im so genannten Shuntlicht, worunter diejenigen Lichtanteile verstanden werden, die vom Emitter zum Sensor gelangen können, ohne dabei das arteriell perfundierte Gewebe, insbesondere den von Arteriolen durchsetzten Teil des Gewebes, durchstrahlt zu haben.
Zu diesem Shuntlicht gehören beispielsweise diejenigen Lichtanteile, die nur durch die oberflächlichen, wenig durchbluteten Hautschichten beeinflusst werden, und somit nicht pulsatil moduliert werden und auf diesem Wege vom Lichtemitter zum Lichtsensor gelangen.
Dieser Shuntlichtanteil beeinflusst das Gesamtergebnis so stark negativ, dass eine verantwortungsvolle Anwendbarkeit dieses Verfahrens heute generell in Zweifel gezogen wird.
Die Geburt ist eine ganz besondere Herausforderung an Mutter und Kind. Mit derzeit etwa einem kindlichen Todesfall pro 200 Geburten stellt die Geburt eine der größten Gefährdungen im Leben des Menschen dar.
Eine Sauerstoffmangelsituation während der Geburt kann – wenn sie nicht und/oder zu spät erkannt und nicht optimal therapiert wird – zu irreversiblen mentalen und körperlichen Einschränkungen bzw. lebenslangen Behinderungen beim Kind führen.
Es hat daher bereits vielfältige Bemühungen gegeben, die Sauerstoffversorgung des Feten unter der Geburt zu bestimmen, wenigstens indirekt z.B. über den pH-Wert, Base-Excess, Laktat (diskontinuierlich bei Mikroblutuntersuchungen, MBU), aus der Herzfrequenz (zusammen mit der Wehentätigkeit), CTG oder der Analyse des EKG, STAN.
Zu den direkten Methoden der Messung der Sauerstoffsättigung gehört der transcutan gemessene Sauerstoffpartialdruck. Er stellt allerdings nur eine lokale Information dar und ist daher als Screening-Methode während der Geburt nicht ausreichend.
Die zuverlässigste Methode ist schließlich die bereits oben erwähnte kontinuierliche Messung der arteriellen Sauerstoffsättigung mittels Transmissions-Pulsoximetrie.
Ein entscheidender Vorteil der Pulsoximetrie ist, dass der Parameter Sauerstoffsättigung global ist, d.h. überall im Körper korrekt herrscht die gleiche arterielle Sauerstoffsättigung.
Pulsoximetrie am Feten ist Pulsoximetrie unter worst-case-Bedigungen – daher bedarf es vielfältiger und subtiler Optimierungsprozesse, um eine zuverlässige Pulsoximetrie am Feten überhaupt Wirklichkeit werden zu lassen.
So ist bereits die Applikation des Sensors schwierig: sie erfolgt meist ohne Sicht, tastend durch Scheide und Muttermund am vorangehenden Teil des Feten.
Zusätzliche ungünstige optische Faktoren kommen dazu: Käseschmiere, (verfärbtes) Fruchtwasser, Körperbehaarung des Feten etc. beeinflussen oder behindern die Ankoppelung des Lichts vom Emitter ins Gewebe bzw. vom Gewebe in den Empfänger.
Ein besonderes Problem ist die Störung der Messsignale durch Bewegung: Spontane Bewegungen des Feten vor allem aber Uteruskontraktionen führen zu Bewegungsartefakten. Die dominierenden Mechanismen sind Bewegungen des Pulsoximetriesensors relativ zum Applikationsort und die Mirgation von Blut in den Gefäßen des durchstrahlten Gewebes.
Zusätzlich sind gerade bei der minimal-invasiven Transmissions-Pulsoximetrie am Feten Randbedingungen einzuhalten, die einander teilweise widersprechen: Auf der einen Seite sollte der Sensor möglichst klein und kompakt ausgebildet sein, um ihn in frühen Phasen der Geburt durch Vagina und Muttermund einführen zu können und, um möglichst wenig Angrifffläche für Bewegungsartefakte bei Uteruskontraktionen zu bieten. Auf der anderen Seite hat sich die Länge des Lichtweges als wichtiger Einflussfaktor ergeben: Die Modulationstiefe wächst mit der Lichtweglänge, wenn der Lichtweg in ausschließlich durchblutetem Gewebe verläuft. So wachsen die AC-Lichtpegel relativ zur DC-Komponente mit steigender Weglänge, in Absolutwerten betrachtet fallen beide aber mit steigender Weglänge des Lichts ab, so dass man darauf achten muss, dass beide Komponenten einen sinnvollen Signal-Rauschabstand nicht unterschreiten.
Weiterhin ist eine Erwärmung des Gewebes des Feten durch die Verlustleistung im Pulsoximetriesensors auf unter 43°C zu halten, um bei längerfristiger Exposition keine Gewebeschädigung zu bewirken. Diese maximal zulässige Erwärmung begrenzt letztlich die zulässige Verlustleistung und damit den Wirkungsgrad der verwendeten Lichtemitter.
IV. Darstellung der Erfindung
Die wichtigsten Ergebnisse unserer Forschung hinsichtlich der fetalen Pulsoximetrie umfassen sowohl die Erkenntnis ungelöster Fragestellungen als auch die entsprechenden Lösungen, die sowohl methodischer als auch konstruktiver Natur sind.

a) Die ermittelte Sauerstoffsättigung soll möglichst gut der realen Sauerstoffsättigung entsprechen. Die Genauigkeit der Sauerstoffsättigung wird jedoch meistens durch ungewolltes, häufig unvermeidbares Shuntlicht verfälscht. Shuntlicht meint zusätzliche zum modulierten Licht parallel geschaltete Lichtanteile, die durch arteriell nicht- oder minderdurchblutetes Gewebe oder durch parallel geschaltete nichtlebende Strukturen (Käseschmiere, nichtdurchblutete Hautanteile) verlaufen. Erfindungsgemäß verlaufen die Lichtwege in gut perfundierten Gewebsabschnitten, abseits nicht- oder minderdurchbluteter Gewebe bzw. abseites parallel geschalteter nichtlebender Strukturen.
b) Die Streuung der Sauerstoffsättigung soll möglichst gering sein. Diese Forderung bedeutet, dass die Modulationstiefen selbst auch nur gering streuen dürfen. Dies wird erreicht, indem die Modulationstiefen in allen Spektralbereichen > 0.0005 liegen, bzw. besser > 0.001. Ferner steigen die Modulationstiefen mit zunehmendem Lichtweg im durchblutetem Gewebe. Es muss also der Lichtweg so lange gewählt werden, bis die Modulationstiefen jeweils einen ausreichenden Signal-Rauschabstand aufweisen. Sofern Lichtemitter und Lichtsensor beide in jeweils eine Richtung weisen, die von dem anderen Element weggerichtet ist, existieren mehrere solche Umlenkungen, was den Netto-Lichtweg gegenüber der Entfernung zwischen Lichtemitter und Sensor nochmals vergrößert und die Modulationstiefe verbessert.
c) Ebenso wichtig für eine geringe Streuung der Sauerstoffsättigung ist die Begrenzung von Bewegungsartefakten. Konstruktiv kann dies durch einen guten Halt des Sensors am zu messenden Organismus erzielt werden – eine invasive Verankerung von Spiralsensoren trägt erheblich dazu bei. Dazu kommt auf der methodischen Seite, dass ein intrakutaner Lichtweg besonders wenig anfällig ist für bewegungsbedingte Änderungen der Lichtein- bzw. Lichtauskopplung.
d) Die Lichtwege im Gewebe sollten möglichst ausschließlich in arteriell gut durchblutetem Gewebe verlaufen. Lichtwege in nicht arteriell durchbluteten Schichten bewirken einen Lichtverlust, der keinen positiven Beitrag zur Modulationstiefe leistet. Er ist damit schädlich für den nutzbaren Nettolichtweg. Daraus folgt, dass absorbierende Strukturen desto rigoroser zu vermeiden sind, je größer ihr Beitrag zur Gesamtabsorption ist. So ist z.B. beim Sensordesign darauf zu achten, dass die Melaninschicht aus dem Lichtweg herausgehalten wird, ebenso äußere Hautschichten, aber auch Haare und Käseschmiere usw. Auf der Basis dieser Überlegungen erweisen sich sämtliche Reflex-Pulsoximetriesensoren als ungünstig, ebenso wie invasive Lichtwege senkrecht zur Hautoberfläche. Die Lichtwege sind intrakutan in der optimalen Tiefe, also in einer Tiefe zu wählen, in der eine gute Gewebsperfusion herrscht, beim Feten also in einer Tiefe von etwa 2 mm bis 3 mm. Um diese Tiefe korrekt einzuhalten, sollte der Lichtweg intrakutan, parallel zu Hautoberfläche verlaufen – Lichtemitter und Lichtempfänger sollten also in der gleichen Tiefe unter Hautniveau liegen. Dies kann perfekt mit einer Doppelhelix erzielt werden, die zwei achsensymmetri sche Sensorträger besitzt. Die Singlehelix erlaubt nicht die gleiche Tiefe für Lichtemitter und Lichtempfänger. Will man dennoch bei der Singlehelix doch sehr weitgehend die selbe Tiefe muss dies durch entsprechende Senkung der Spiralensteigung in etwa einem Spiralengang erzwingen.
e) Zur Optimierung der Modulationstiefe sollte bei möglichst geringen mechanischen Abmessungen des Sensors (zur Platzierung des Sensors in frühen Geburtsphasen) die Netto-Lichtweglänge maximiert werden. Es gilt also, den Lichtweg durch perfundiertes Gewebe möglichst lang zu wählen, und dies zu kombinieren mit möglichst kleinen mechanischen Abmessungen des Sensors. Diese gegensätzlichen Forderungen sind nur zu harmonisieren, wenn man gebogene Lichtwege einsetzt, die mittels der Lichtstreuung im Gewebe günstig zu realisieren sind. Es sind dann Lichtemitter und Lichtempfänger nicht direkt auf einander gerichtet. Günstig ist die Anordnung von Lichtemitter und Lichtsensor derart, dass wenigstens eines der beiden Elemente in eine Richtung weist, die von dem anderen Element weggerichtet ist; dadurch wird eine Vergrößerung der Netto-Lichtweglänge erreicht. Lichtwege mit solchen Umlenkungen sind im Gewebe aufgrund seiner optischen Streueigenschaften möglich. Bei Lichtsensor und Lichtemitter, die beide jeweils in die vom anderen Element wegweisende Richtung zeigen, ist der möglichst kürzeste Nettolichtweg somit um zweimal ein Viertel des Umfanges der Kanüle länger als der Abstand der Mittelpunkte der beiden Stellen in den Helix-Kanülen, in denen Sensor und Emitter angeordnet sind. Auf diese Art und Weise kann z. B. die Netto-Lichtweglänge auf mehr als 3 mm, insbesondere mehr als 4 mm vergrößert werden, obwohl der direkte Abstand zwischen Lichtemitter und Lichtsensor weniger als dieses Maß, also z. B. weniger als 4 mm beträgt.

Es ist daher ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung, diese essentiellen Forschungsergebnisse in konstruktive und verfahrenstechnische Ausführungsformen und Merkmale umzusetzen, um die Messvorrichtung und das Verfahren zur Mes sung der Absorption von Licht durch das Blut des Feten mit einem vaginal einführbaren Sensorträger so zu optimieren, dass eine Messung der Sauerstoffsättigung des arteriellen Blutes überhaupt erst möglich wird.
Die Sensoreinrichtung muss also prinzipiell so ausgebildet sein, dass im invasiv eingesetzten Zustand der Sensoreinrichtung sich der Lichtemitter und der Lichtsensor in der gleichen Gewebetiefe und damit in der gleichen Gewebeschicht zu liegen kommen, insbesondere wenn die Sensoreinrichtung bis zum Anschlag am Sensorbasisteil an der Gewebeoberfläche positioniert bzw. eingeschraubt ist. Lichtemitter und Lichtsensor liegen dann bezüglich der Achse der Singlehelix oder auch Doppelhelix, auf der sie angeordnet sind, auf einander gegenüberliegenden, also zentral symmetrischen Positionen.
Bei einer Doppelhelix, die symmetrisch ausgebildet ist, die also zwei gleiche Teilspiralen mit gleicher Steigung und gleichen Drehsinn aufweist, die um 180° versetzt angeordnet sind, wird dies einfach dadurch erreicht, dass sich Emitter und Sensor auf den analogen Positionen auf der beiden Teilspiralen befinden.
Wenn Emitter und Sensor beide auf einer Singlehelix angeordnet sind, ist eine Anordnung axialsymmetrisch zwar möglich, jedoch in der Regel verbunden mit einem axialen Versatz vom Emitter zum Sensor. Um auch bei der Singlehelix Lichtemitter und Lichtempfänger in der selben Gewebstiefe positionieren zu können, kann man die Singlehelix z. B. so ausführen, dass sie keine durchgehend gleichmäßige Steigung aufweist, sondern in einem mittleren Bereich über wenigstens 180° überhaupt keine Steigung aufweist und sich Emitter und Sensor am Anfang bzw. Ende dieses steigungsfreien Abschnittes der Singlehelix befinden.
Ferner wird durch die Ausführung des Sensorträgers in Form einer Singlehelix und insbesondere in Form einer Doppelhelix sichergestellt, dass nach der Applilation des Sensors, d.h. der minimal-invasiven Applikation der Spirale(n) Emitter und Sensor mechanisch ortsfest im Gewebe des vorangehenden Teils (z.B. der Kopfschwarte des Feten) angeordnet sind und damit optisch konstante Ein- und Aus koppelungsbedingungen erzielt werden, die eine essentielle Voraussetzung für zuverlässige Messergebnisse sind.
Beim Feten wird das Licht anders absorbiert bzw. moduliert als beim erwachsenen Menschen, sodass sich die Analyse der Signale vorzugsweise auf die Frequenzbereiche 0 bis 0,7 Hz sowie 0,7 bis 3 Hz fokussiert.
Um die Absorption durch die beiden (oder mehreren) Hämoglobin-Fraktionen ermitteln zu können, sollte das Messgerät zwei (oder mehrere) verschiedene Lichtemitter für Licht unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Spektralbereiche aufweisen, die insbesondere die Wellenlängen 730 nm und 880 nm enthalten.
Als Lichtemitter werden vorzugsweise entweder direkt lichtemittierende Halbleiterelemente, insbesondere Leuchtdioden verwendet, als Lichtempfänger direkt lichtempfindliche Halbleiter die jeweils in den Sensorträger integriert bzw. in eine hohlen Sensorträger eingesetzt werden. Alternativ können als Lichtemitter, bzw. Lichtempfänger auch die Enden von Lichtleitern dienen, an deren jeweils anderem Ende die entsprechenden optischen Komponenten positioniert sind.
Vorzugsweise werden Lichtemitter und Lichtsensor an zentral symmetrischen Axialpositionen der beiden Teilspiralen einer Doppelhelix angeordnet bzw. an den radial gegenüberliegenden Positionen einer Singlehelix. Lichtemitter und Lichtsensor befinden sich entweder am freien Ende der beiden Teilspiralen der Doppelhelix, vorzugsweise jedoch zurückversetzt vom (geschliffenen) freien Ende um mindestens 1 mm bis 4 mm in Umlaufrichtung der Helix, das sind 0.5 mm bis 2 mm mehr als der Schlifflänge entspricht.
Die beiden Teilspiralen der Doppelhelix sind an der gemeinsamen Sensoreinrichtung mit einem ihrer Enden befestigt. Vorzugsweise erstreckt sich jede der Teilspiralen der Doppelhelix über 0,5 bis 1,5 Umdrehungen, bzw. 1 bis 3 Umdrehungen bei einer Singlehelix, mit denen die Spirale(n) vollständig, d.h. bis zum Anschlag an der Stirnfläche des Sensor-Cups ins Gewebe eingeschraubt werden; dies entspricht einer gesamten Axialerstreckung von ca. 2 mm bis 4 mm, typisch etwa 3 mm. Die Dicke (Außendurchmesser) der Spirale(n) der Helix wird vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 1,2 mm gewählt, der Innendurchmesser der (Stahl-)Kanüle beträgt mit 60% bis 70% des Außendurchmessers.
Der Außendurchmesser der Windung der Helix beträgt 4 mm bis 10 mm, vorzugsweise 5 mm bis 7 mm.
Als Lichtemitter werden in der Regel zwei separate Lichtemitter verwendet, z.B. lichtemittierender Halbleiter oder das emittierende Ende von Lichtleitern, in die das Licht jeweils eingespeist wurde, die Licht in unterschiedlichen Spektralbereichen abgeben, welche jeweils eine der gewünschten (Mittenwellenlängen der) Spektralbereiche (730 nm und 880 nm) beinhalten, also die Lichtemitter im Bereich von 400 nm bis 2000 nm, insbesondere von 600 nm bis 1000 nm, aussenden. Es kann statt zweier getrennter Lichtemitter auch ein einziger, z. B. eine weiße Leuchtdiode, verwendet werden, aus der dann mittels Filter die beiden unterschiedlichen gewünschten Spektralbereiche extrahiert werden müssen.
Um trotz einer Obergrenze des Energieeintrages in das Gewebe eine hohe Energiedichte zu erzeugen, hat es sich als günstig erwiesen, das Licht vom Emitter in gepulster Form abzugeben, insbesondere mit einem Puls zu Pause-Verhältnis von mindestens 1:5, besser von mindestens 1:30.
So ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung einen Temperatursensor umfasst, der vorzugsweise in der Nähe des Lichtemitters angeordnet ist, da hier der größte Anteil der Verlustleistung anfällt. Er erfasst die Temperatur des Emitters bzw. des emittierenden Sensorträgers und misst so die Temperatur des am stärksten thermisch belasteten Gewebes. Im Übrigen können über diesen Temperatursensor nicht nur die von der Sensoreinrichtung erzeugten Gewebeerwärmungen festgestellt werden, sondern auch eine Körpertemperatur des Feten, die seiner Körperkerntemperatur schon recht nahe kommt, wenn die elektrische Verlustleistung des Pulsoximetriesensors über eine gewisse Zeit entsprechend gering gehalten wird.
Generell ist die Applikation eines Sensors beim ungeborenen Kind schwierig. Am besten hat sich die invasiver Verankerung einer kurzen Stahlspirale im Gewebe des Feten bewährt, entsprechend dem Verankerungsprinzip von Kopfschwartenelektroden.
Diese minimal invasive Gestaltung des Sensors ist in doppelter Hinsicht äußerst vorteilhaft:
1. hinsichtlich der Applikation
Die minimal invasive Applikation sorgt für sicheren Sitz und Halt im Gewebe, was die Bewegungsartefakte erheblich senkt.
2. hinsichtlich der Lichtwegführung
Die minimal invasive Lichtwegführung sorgt für saubere, störungsfreie Verhältnisse und für eine zuverlässige Lichtein- und Lichtauskopplung, d.h. die Sprünge der Brechungsindizes sind klein und somit störungsarm.
Mit der minimal invasiven Verankerung (Singlehelix oder Doppelhelix) und/oder auch mit anderen Maßnahmen wird erreicht, dass Emitter und Sensor unter optisch konstanten Ein- und Auskopplungsbedingungen in dem zu untersuchenden Gewebe des vorangehenden Teils angeordnet werden, beispielsweise in der Kopfschwarte des Feten, was insbesondere eine ortsfeste Anordnung bewirkt und eine wässrige Umgebung um Emitter und Sensor herum (Gewebswasser oder Plasma, Blut) gewährleistet.
Bei einer eingeschraubten Singlehelix oder Doppelhelix ist eine Applikationsdrehung der Helix von 0,5 Umdrehungen Grundvoraussetzung, mehr als 1,5 Windungen sind nicht mehr sinnvoll. Auch ist die gesamte axiale Erstreckung auf 2 mm bis maximal 4 mm begrenzt, um keine Beschädigungen anderer Körperteile bewirken zu können. Ein vollständiges Eindrehen des Sensors auf Anschlag (Stirnfläche des Sensortöpfchens befindet sich im guten Kontakt mit dem Gewebe).
Dennoch kann durch die Kontraktionen des Muttermundes durch die Geburtswehen und vor allem durch manuelle Untersuchung im Verlauf der Geburt usw. das über die Kopfhaut des Feten vorstehende Sensorbasisteil in Querrichtung mit Kraft beaufschlagt und verschoben oder herausgerissen werden.
Um dies zu verhindern, wird eine Fixiervorrichtung zum Fixieren der Sensoreinrichtung vorgesehen, die insbesondere aus einem Schutzring bestehen kann, dessen zentrale Bohrung genau auf das Basisteil passt und über dieses gestülpt werden kann.
Durch einen flach nach außen auslaufenden Rand dieser Fixiervorrichtung, die möglichst lückenlos auf der Haut aufliegen sollte, werden radial angenäherte Körperteile oder Gegenstände schräg nach oben abgelenkt und über das Basisteil hinweg geführt, ohne dass eine Verkippung oder Verkantung des Sensors stattfindet, was erheblich zur Reduzierung von Bewegungsartefakten beiträgt.
Die Sensoreinrichtung enthält entweder selbst eine Auswerteeinheit oder Anschlusseinrichtungen, um mit einer Auswerteeinheit verbunden zu werden.
Bei der Vorgehensweise zum Benutzen der Sensoreinrichtung ist es wesentlich, dass im Betrieb der Sensoreinrichtung das vom Emitter ausgesandte und beim Sensor ankommende Licht möglichst viel, insbesondere ausschließlich arteriell perfundiertem Gewebe durchlaufen hat, denn nur dann ist das beim Sensor ankommende Licht höchstmöglich moduliert, und gibt so eine SaO2 mit kleiner Fehlerbreite ab. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang dass Sensor und Emitter relativ zueinander im Gewebe so angeordnet sein, dass sie sich in der gleichen Gewebeschicht befinden. Wichtig ist ferner das sie sich relative zur Haut (-oberfläche) in der gleichen Gewebetiefe befinden.
Durch Einhalten eines Puls zu Pause-Verhältnisses des Lichtemitters von 1:5, besser von mindestens 1:30, wird die gewünschte hohe Intensität des Signals erreicht, ohne – bei den unvermeidbaren Verlustleistungen – das Gewebe kritisch zu erwärmen, was nahe an der Sensoreinrichtung regelmäßig oder kontinuierlich kontrolliert werden kann.
Um dennoch eine ausreichende Lichtmenge und damit eine ausreichend starkes Signal und insbesondere einen guten Signal/Rauschabstand zu erzielen, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die beiden einzelnen LED's eine Stromstärke von jeweils mindestens 100 mA aufweisen.
Die Gesamtverlustleistung, die die Sensoreinrichtung produziert, sollte dabei 30 mW nicht überschreiten, wobei die elektrische, also innerhalb der Sensoreinrichtung in Wärme umgesetzte Energie ebenso dazuzählt wie der vom Gewebe absorbierte Anteil der ins Gewebe eingebrachten Lichtmenge.
Das Ziel besteht darin, am Lichtsensor einen Fotostrom von 0,01 bis 0,1 μA zu erreichen, was mit den vorgenannten Ausgangswerten bei korrekter optischer Einkopplung möglich ist. Dann fällt am Lichtsensor eine Lichtleistung von etwa 60 nW auf der gesamten Sensorfläche an, wobei die Größe der Sensorfläche mindestens 0,5 mm² betragen sollte, während eine Obergrenze durch die Bauform der Sensoreinrichtung und den Applikationsort vorgegeben wird.
Mittels der Sensoreinheit und einer damit zusammenarbeitenden Auswerteeinheit ist es in aller Regel möglich, Sauerstoffsättigung, Herzfrequenz, Atemfrequenz und/oder den Blutdruck in dem untersuchten Gewebe zu bestimmen.
Wenn durch ein oder mehrere zusätzliche, emitternahe Empfänger auch die Eingangs-Lichtintensität an der Durchstrahlungsstelle in ein oder mehreren Spektralbereichen bekannt ist, erschließen sich weitere, interessante Größen, u. a. auch absolute Konzentrationen von Komponenten des Gewebes oder des Blutes.
So ist durchaus denkbar, dass auf der Basis der erfindungsgemäßen Prinzipien eine Sensoreinheit entsteht, die eine Reihe wichtiger Parameter bestimmen kann, vom Blutdruck über Herzfrequenz bis hin zu Körpertemperatur und Wasserhaushalt.
Einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind anhand der Figuren beispielhaft dargestellt.
Es zeigen:
1: Prinzipdarstellungen zur Pulsoximetrie,
2: Darstellungen eines Doppelhelix-Sensors, und
3: Darstellungen eines Single-Helix-Sensors.
1a zeigt das Funktionsprinzip bei der Reflex-Pulsoximetrie, bei der mindestens zwei Lichtemitter 2 und eine Fotodiode als Lichtempfänger 3 auf der selben Seite der Haut, d.h. nebeneinander auf der Oberfläche der Haut aufgesetzt werden.
Die Lichtemitter (LED) strahlen Licht bestimmter Spektralbereiche durch die Haut in das Gewebe ein. Dabei sind beliebig viele unterschiedliche Lichtverläufe denkbar (einige davon sind beispielhaft eingezeichnet), insbesondere Lichtverläufe 7 in oberflächennahen Hautschichten, die noch keine Arteriolen 5 passieren, und tiefe Lichtverläufe, in blutführenden Hautschichten, die auf dem Weg von Emitter zu Fotodiode 3 Arteriolen 5 passiert haben. Vereinfacht kann man sagen, dass das Licht der Lichtemitter 2 in der Hautschicht quasi „reflektiert" werden. Die 1A zeigt, dass bei der Reflex-Pulsoximetrie in ungünstiger Weise die oberflächennahen Lichtwege 7, die keine Arteriolen passiert haben und damit auch keine Absorption durch Hämoglobin erfahren haben, kürzer sind als diejenigen, die diese Information aufgenommen haben, und damit einen größeren Anteil am Gesamtsignal haben, der als Shuntlicht einen fehlerhaften Beitrag entspricht.
1b zeigt in Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Form der Transmissions-Pulsoximetrie, bei der sowohl der Lichtemitter 2 als auch der Lichtsensor 3 in einer solchen Tiefe und Schichtdicke der Haut 33 eingebracht sind, das auch und gerade die kürzest möglichen Netto-Lichtwege 8 zwangsweise durch Hämoglobin in den Arteriolen 5 verlaufen.
Die 2 und 3 zeigen praktische Ausführungsformen eines entsprechenden Sensors 1.
Dieser besteht jeweils aus einem Sensor-Grundkörper 11, von dessen Frontfläche ein Sensorträger 11 abragt und von dessen Rückseite sich das Kabel 13 zur Auswerteeinheit 4 erstreckt. Der Sensor-Grundkörper 11 dient sowohl als „Gehäuse" für elektrische und mechanische Zusatzkomponenten, als auch zum Anlegen eines Drehmomentes zum Einbringen des Sensorträgers mit dem Lichtemitter 2 und dem Lichtsensor 3 in die Haut, meist in der Kopfschwarte eines Feten.
Bei der Lösung gemäß 2a ist der Sensorträger eine Doppelhelix 12, deren Teilspiralen 12a, b beispielsweise um 180° versetzt aus der Frontfläche des Grundkörper 11 mit einer axialen Richtung 10 der beiden Teilspiralen 12, die lotrecht zur Frontfläche des Grundkörpers 11 steht, vorstehen. Die beiden Teilspiralen 12 haben eine gemeinsame Axialrichtung 10.
Jede der Teilspiralen erstreckt sich über mindestens 180°, besser mindestens 270° und ist mit einem schräg zur Verlaufsrichtung der Teilspirale scharf geschliffenem Kanülenschliff 16 als Spitze ausgestattet, um ein einfaches Einstechen und Einschrauben der Doppelhelix in die Kopfschwarte zu ermöglichen.
Der Außendurchmesser der gesamten Doppelhelix beträgt dabei zwischen 4 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 6 mm und 8 mm und die axiale Erstreckung liegt zwischen 1,5 und 5 mm.
Der Grundkörper 11 besitzt einen Durchmesser der vorzugsweise etwas größer ist als der Durchmesser der Doppelhelix und der Vorrichtungen vorsieht, um ein besseres Ergreifen und Drehen bewirken zu können.
Die axiale Erstreckung des Grundkörpers 11 beträgt mindestens 5 mm. Die Dicke der einzelnen Helixkanülen beträgt vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 1,2 mm beträgt, stehen bei einem minimalen Durchmesser der Gesamthelix von 4 mm nur ein mittiger, zylindrischer Freiraum mit einem Durchmesser von ca. 2 mm zur Verfügung.
Emitter 2 und Sensor 3 sind in je einer der Teilspiralen 12a, b von deren freien Spitzenenden um 1 bis 4 mm in Umlaufrichtung zurückversetzt angeordnet, wodurch sichergestellt ist, dass beim Einschrauben der Doppelhelix in die Kopfschwarte bis zum Anschlag am Grundkörper 11 sich Emitter 2 und Sensor 3 in einer ausreichenden Mindesttiefe der Kopfschwarte befinden, in der bereits arteriell durchblutetes Gewebe vorliegt.
Da eine Nettolichtweglänge von mindestens 3-4 mm besser 7 mm angestrebt wird, werden Emitter 2 und Lichtsensor 3 nicht auf der Innenseite der Helix einander zugewandt, auf um 180° bezüglich der Axialrichtung der Doppelhelix gegenüberliegenden Positionen angeordnet, sondern eine von beiden wird an der Teilspirale nach außen weisend angeordnet. Dadurch muss das Licht, um vom Emitter 2 zum Sensor 3 zu gelangen, nicht nur den Freiraum im Inneren der Doppelhelix durchqueren, sondern auch einen Bogen schlagen, um das außen liegende der beiden Elemente (Sensor oder Emitter) zu erreichen.
Die Netto-Lichtweglänge könnte noch weiter vergrößert werden, indem beide Elemente nach außen weisend angeordnet werden. Allerdings ist darauf zu achten, dass dann nicht durch den längern Lichtweg die Lichtintensität am Lichtsensor 3 so gering wird, dass eine Auswertung der empfangenen Lichtanteile schwierig wird oder umgekehrt eine so hohe Lichtmenge vom Emitter 2 in das Gewebe hinein abgegeben werden muss, dass an der Einbringstelle Überhitzungsprobleme auftreten.
Demgemäß sind in 2a und 2b jeweils beispielhaft mehrere mögliche Lichtwege 8 dargestellt, wobei die Netto-Lichtweglänge der kürzeste denkbare dieser Wege von Emitter 2 zum Sensor 3 ist.
In der annähernd axialen Aufsicht der 2c sind diese Lichtwege aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.
3 zeigt eine zweite Bauform, bei der als Sensorträger eine Single-Helix 14 verwendet wird, die wiederum am Grundkörper 11 angeordnet ist und von diesem abragt.
Auch hier sind Emitter 2 und Sensor 3 auf einander um etwa 180° gegenüberliegenden Positionen bezüglich der Axialrichtung 10 angeordnet, wie am besten in der annähernden Aufsicht der 3c zu erkennen ist.
Dadurch befinden sich Emitter 2 und Sensor 3 jedoch in der Regel in einem unterschiedlichen axialen Abstand zum Grundkörper 11 und damit – im Zustand eingeschraubt bis zur Anlage an dem Grundkörper 11 – in einer unterschiedlichen Gewebetiefe.
Solange diese Gewebetiefe so groß ist, dass beide Elemente sich in arteriell durchblutetem Gewebe befinden, ist dies akzeptabel. Zusätzlich kann diese Differenz des axialen Abstandes minimiert werden, in dem die Single-Helix 14 im Bereich zwischen Emitter 2 und Sensor 3 eine verringerte Steigung oder überhaupt keine Steigung besitzt, also nur in den Bereichen davor und danach die Helixsteigung besitzt.
Auch bei dieser Lösung ist von den beiden Elementen (Emitter 2 und Sensor 3) eines der beiden in das Innere der Helix gerichtet und das andere nach Außen.

1: Sensor, Teil der Messvorrichtung
2: Lichtemitter/LED
3: Lichtsensor/Fotodiode
4: Auswerteeinheit
5: Arteriolen/Blutgefäße
7: Shuntlicht
8: Netto-Lichtweglänge
9: Fixiervorrichtung
10: axiale Richtung
11: Sensor-Grundkörper
12: Doppelhelix
12a, b: Teilspirale
13: Kabel
14: Single-Helix
16: Kanülenschliff
17: Windungs-Außendurchmesser
18: Außendurchmesser Helix-Kanüle
19: Temperatursensor
20: Dickenmessvorrichtung
21: Plausibilitäts-Kontrollvorrichtung
22: Bewegungssensor
22': Beschleunigungssensor
26: Schichtdicke
33: Haut
33a: Hautoberfläche
34: Durchstrahlungsrichtung

Claims

Verfahren zur Messung der Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mittels eines invasiv eingebrachten Lichtemitters (2) und eines Lichtsensors (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren so durchgeführt wird, dass beide Modulationstiefen (pulsatiler Anteil AC zum nicht-pulsatilen Anteil DC) mindestens 0,0005 besser 0,001, betragen.
Verfahren zur Messung der Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mittels eines invasiv eingebrachten Lichtemitters (2) und eines Lichtsensors (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (3) relativ zum Lichtemitter (2) so angeordnet ist, dass das beim Lichtsensor (3) ankommende Licht des Lichtsensors (3) möglichst viel, insbesondere ausschließlich arteriell perfundiertes Gewebe durchlaufen hat.
Verfahren zur Messung der Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mittels eines invasiv eingebrachten Lichtemitters (2) und eines Lichtsensors (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung so invasiv eingesetzt wird, dass der Lichtemitter (2) und der Lichtsensor (3) in der gleichen Gewebetiefe, insbesondere der gleichen Gewebeschicht, zu liegen kommen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Emitter (2) und Sensor (3) unter optisch konstanten Ein- und Auskoppelungsbedingungen, insbesondere ortsfest, insbesondere in der Kopfschwarte des Feten angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption in wenigstens zwei verschiedenen Spektralbereichen ermittelt wird, von denen insbesondere der eine Spektralbereich die Wellenlänge von 730 nm und der andere die Wellenlänge von 880 nm beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter jeweils gepulstes Licht abgeben mit einem Puls zu Pause Verhältnis von mindestens 1:5, besser mindestens 1:30.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwärmung des an der Sensoreinrichtung benachbarten Gewebes auf über 43°C verhindert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe des Emitters (2) die Temperatur auf der Kontaktfläche der Haut des Benutzers, an welcher der Emitter (2) anliegt, gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit in der Lage ist, die Sauerstoffsättigung, die Herzfrequenz, die Atemfrequenz und/oder den Blutdruck aus den von der Sensoreinrichtung ermittelten Daten zu bestimmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) in der Lage ist unter Verwertung der gemessenen Eingangs-Lichtintensität (I₀) an der Durchstrahlungsstelle absolute Konzentrationen von Komponenten des Gewebes oder Blutes zu bestimmen.
Sensoreinrichtung für die Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mit – wenigstens einem Sensorträger, – der wenigstens einen Lichtemitter (2) und wenigstens einen Lichtsensor (3) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Nettolichtwegslänge so gewählt wird, dass beide Modulationstiefen (pulsatiler Anteil AC zum nicht-pulsatilen Anteil DC) mindestens 0,0005 besser 0,001, betragen.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Lichtemitter (2) zum Lichtsensor (3) mindestens zurückzulegende Nettolichtwegslänge mindestens 3 mm, insbesondere mindestens 4 mm, beträgt.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Lichtemitter (2) oder der Lichtsensor (3), insbesondere beide, in eine von dem jeweils anderen Element wegweisende Richtung ausgerichtet ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Lichtemitter oder nur der Lichtsensor radial in Richtung auf das jeweils andere Element hin ausgerichtet sind.
Sensoreinrichtung für die Absorption von Licht zweier verschiedener Spektralbereiche durch lebendes Gewebe mit – wenigstens einem Sensorträger, – der wenigstens einen Lichtemitter (2) und wenigstens einen Lichtsensor (3) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung so ausgebildet ist, dass im invasiv eingesetzten Zustand der Sensoreinrichtung der Lichtemitter (2) und der Lichtsensor (3) in der gleichen Gewebetiefe, insbesondere der gleichen Gewebeschicht, zu liegen kommen, und insbesondere Lichtemitter (2) und Lichtsensor (3) zentral-symmetrisch auf einer Single-Helix oder den beiden Teilspiralen einer Doppelhelix als Sensorträger angeordnet sind.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption von Licht, insbesondere die durch die arterielle Durchblutung hervorgerufene, pulsatile Modulation von Licht, in den Frequenzbereichen von 0 bis 0,7 Hz sowie 0,7 bis 4,0 Hz (fetal) bzw. 0-0,5 Hz sowie 0,5 bis 3,0 Hz (adult) – der jeweils zweite Frequenzbereich entsprechend der niedrigsten bzw. höchsten Herzfrequenz – durchgeführt wird.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (3) relativ zum Lichtemitter (2) so angeordnet ist, dass das beim Lichtsensor (3) ankommende Licht pulsatil von arteriellem Blut durchströmtes Gewebe des Kopfes des Feten durchlaufen hat.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtemitter (2) lichtemittierende Halbleiter, insbesondere Leuchtdioden, direkt oder indirekt eingekoppelt mittels Lichtleitern, verwendet werden.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (3) die empfangene Lichtintensität detektiert.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger als Helix, insbesondere als Singlehelix oder symmetrische Doppelhelix, ausgebildet ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger die Form einer Doppelhelix aufweist und Lichtemitter (2) sowie Lichtsensor (3) an jeweils einer Teilspirale der Doppel-Helix angeordnet sind, insbesondere an den gleichen Axialpositionen der beiden Teilspiralen.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung Anschlusseinrichtungen zur Verbindung mit einer Auswerteeinheit (4) aufweist und insbesondere eine Auswerte-Einheit (4) mit umfasst.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Helix-Kanüle zwischen 0,7 mm und 1,2 mm beträgt.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Windungs-Außendurchmesser der Helix 4-10 mm, insbesondere 6-8 mm, beträgt.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Doppelhelix als Sensorträger die Teilspiralen axial über 0,5-2,5 Windungen aus dem Sensor-Basisteil vorstehen und insbesondere Lichtemitter (2) und Lichtsensor (3) von der Spitze des Kanülenschliffes der Teilspiralen um 1-4 mm in Umlaufrichtung zurückversetzt sind.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) so ausgelegt ist, dass am Lichtsensor (3) ein Fotostrom von mindestens 0,01 μA bis 0,1 μA durch den Empfang des vom Lichtemitter (2) ausgesendeten Lichts anfällt.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) so ausgelegt ist, dass am Lichtsensor (3) eine Lichtleistung von 60 nW auf der gesamten Sensorfläche auftritt und insbesondere die Sensorfläche zwischen 0,1 und 100 mm², insbesondere zwischen 0,4 bis 1,5 mm² beträgt.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtemitter mindestens zwei Leuchtdioden (LEDs) verschiedener Spektralbereiche verwendet werden, von denen insbesondere der eine Spektralbereich die Wellenlänge von 730 nm und der andere die Wellenlänge von 880 nm beinhaltet.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei einzelnen LEDs als Lichtemitter diese eine Stromstärke von jeweils mindestens 10 mA aufweisen.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lichtemitter (2a, b) in fester Relation zueinander insbesondere an der gleichen Spirale, angeordnet sind.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamt-Verlustleistung der Sensoreinrichtung maximal 100 mW, insbesondere 30 mW beträgt, also einschließlich der elektrischen, innerhalb der Sensorein richtung in Wärme umgesetzten Energie sowie der vom Gewebe absorbierten Lichtmenge.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fixiervorrichtung (9) zum Fixieren von Emitter (2) und Sensor (3) an einer vorbestimmten Stellen der Kopfschwarte des Feten vorhanden ist, insbesondere in Form eines Schutzringes (9a) mit einer zentralen Bohrung (9b) zum Überstülpen über das Sensorbasisteil, mit nach außen abnehmender, insbesondere gegen Null abnehmender, Dicke (9c) des Ringes.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter (2a, b) Licht der Wellenlängen 400 nm bis 2.000 nm, insbesondere 600-1.000 nm, aussenden.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtemitter eine weiße Leuchtdiode verwendet wird, aus der mittels optischen Elementen, insbesondere Filtern zwei unterschiedliche Spektralbereiche an Licht extrahiert werden.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Temperatursensor (19), insbesondere in der Nähe des Lichtemitters (2), umfasst.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter jeweils gepulstes Licht abgeben mit einem Puls zu Pause Verhältnis von mindestens 1:5, besser mindestens 1:30.