DE102015007875A1

DE102015007875A1 - Messanordnung und Verfahren zur in-vivo Bestimmung der Laktatkonzentration in Blut mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie

Info

Publication number: DE102015007875A1
Application number: DE102015007875.5A
Authority: DE
Inventors: Raymond Glocker; Hendrik Dietrich; Alan Press; Steve Minett
Original assignee: Kimal PLC
Current assignee: Kimal Sensors Ltd
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2016-12-29
Also published as: WO2016206811A1; EP3313280A1; US20200315509A1; EP3313280B1; US11166651B2

Abstract

Es wird eine Messanordnung (1) zur in-vivo Bestimmung der Laktatkonzentration in Blut mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie vorgeschlagen mit einer im Wesentlichen flächig ausgebildeten Sonde (2) mit einer Längserstreckung (11), einer Quererstreckung (12) und einer Dicke (13), wobei die Längs- und Quererstreckung der Sonde (2) jeweils ein Vielfaches der Dicke (13) der Sonde (2) beträgt, einer mit der Sonde (2) verbundene Analysatorschaltung (4) und einer mit der Analysatorschaltung (4) verbundene Kommunikationseinrichtung (6) zur Übertragung von Daten über ein WPAN, wobei die im Wesentlichen flächig ausgebildeten Sonde (2) an einem Rand der Messanordnung (1) angeordnet ist, so dass die Sonde (2) im Betrieb der Messanordnung (1) dem zu untersuchenden menschlichen oder tierischen Körper (14) derart zugewandt ist, dass die Sonde (2) mit ihrer Längs- und Quererstreckung annähernd parallel zur Oberfläche des zu untersuchenden Körpers (14) angeordnet ist, ein Armband (26) dafür und ein Verfahren zu ihrem Betrieb.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur in-vivo Bestimmung der Laktatkonzentration in Blut mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie und ein Verfahren zum Betrieb der Messanordnung.
Es ist bekannt, mittels elektrochemischer Resonanzspektroskopie die Konzentration von Hämatokrit im Blut zu ermitteln. Dies erfolgt bei Anregung bei Frequenzen im Bereich von 100 kHz.
Aus der DE 100 15 818 A1 ist ein Biosensor und ein Verfahren zum Ermitteln makromolekularer Biopolymere bekannt, bei dem eine Impedanzmessung bei 50 mV mit auf Elektroden immobilisierten Sondenmolekülen zur Ermittlung von DNA-Strängen erfolgt. Dabei sollen eine erste und eine zweite Elektrode in eine Mehrzahl voneinander elektrisch isolierte Elektrodensegmente unterteilt sein, wobei beliebig ausgewählte Elektrodensegmente unabhängig voneinander elektrisch koppelbar sein sollen, so dass eine effektive Elektrodenfläche in ihrer Größe unabhängig von den ausgewählten Elektrodensegmenten einstellbar sein soll.
Aus der WO 97/21094 A1 ist ein Impedanzmesssystem bekannt zur Identifizierung von molekularen Strukturen in einer Probenlösung. Der beschriebene Sensor umfasst eine Isolierschicht mit einer Vielzahl von beabstandeten Kanälen in im Wesentlichen gleicher Richtung. Eine Seitenwand jeden Kanals und die Oberseite des isolierenden Substrates sind metallisiert zur Bildung einer Elektrode. Die Prüflösung soll sich innerhalb und zwischen den Kanälen befinden.
Aus der US 5,945,832 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt zur Messung von elektrischen Eigenschaften eines elektrisch leitfähigen Moleküls. Dazu wird eine erste metallische Kontaktfläche mit einer isolierenden Schicht versehen und eine zweite Kontaktfläche auf der isolierenden Schicht aufgebracht, so, dass eine Kante entsteht in molekularem Abstand von der ersten Kontaktfläche. Ein leitfähiges organisches Molekül mit einer Metallbindungsgruppe wird mit den metallischen Kontakten verbunden.
Aus der EP 1 319 943 A2 ist ein Impedanz-Sensor für Analyte in flüssiger Lösung bekannt. Dieser soll zwei beabstandete insbesondere flächige Leiter aufweisen. In einen Messraum zwischen den Leitern wird ein zu untersuchender Analyt eingebracht, der die Impedanz des Sensors verändert.
Grundsätzlich ist bekannt, dass frequenzabhängige Messungen im Bereich von wenigen kHz bis ca. 100 GHz Auskunft über dynamische Prozesse auf molekularer Ebene geben.
Aus der DE 10 2013 008 243 A1 , der EP 2 803 316 A1 und der US 2015/0015276 A1 ist eine Sonde zur Messung von Biomolekülen mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie bekannt, die zur in-vivo Messung mittels eines Katheters invasiv in ein Blutgefäß eingeschoben werden kann. Dazu weist die Sonde eine große Länge im Vergleich zu ihrer Dicke und Breite auf. Durch eine spezielle Ausgestaltung der Leiterstruktur am distalen Ende der Sonde wird eine an die extreme Nahfelduntersuchung angepasstes Abstrahlverhalten der Sonde erreicht.
Nachteilig bei der beschriebenen Sonde ist, dass diese invasiv in den zu untersuchenden menschlichen oder tierischen Körper eingeführt werden muss. Daher bietet sich der Einsatz einer solchen Sonde vorwiegend zur Überwachung von Patienten im Bereich der Krankenhauspflege an. Als besonders vorteilhaft wird dementsprechend beschrieben, dass eine solche Sonde im Seitenlumen von Multilumen-Kathetern, wie sie häufig für die Versorgung von Intensivpatienten verwendet werden, zur Früherkennung einer beginnenden Sepsis eingesetzt werden kann.
Veränderungen im Laktatspiegel gelten jedoch auch als Indikator für weitere pathologische Veränderungen, jedoch auch für physiologische Veränderungen aufgrund von Belastungen. Aus der EP 1 127 543 A1 und der DE 601 15 301 T2 ist bekannt, durch laufende Abschätzung der Laktatkonzentration im Köper von Sportlern ein an die körperliche Leistungsfähigkeit und den aktuellen Gesundheitszustand eines Sportlers individuell angepasstes Trainingsprogramm zu ermitteln. Dazu wird auf die Messdaten eines durch den Sportler beim Training getragenen oder an ihn angeschlossenen Herzfrequenzmonitor zugegriffen und mit Hilfe zahlreicher Daten und eines neuronalen Netzwerkes über ein mathematisches Modell, welches die Laktatkonzentration in dem Körper modelliert, nicht invasiv eine Schätzung der Laktatkonzentration in dem Körper durchgeführt. Ähnliche Bemühungen, durch Anwendung von Diagnosemethoden aus der asiatischen Medizin die Trainingsbelastung eines Sportlers zu objektivieren, sind aus der EP 0 947 160 A1 und der DE 698 33 656 T2 bekannt. Dazu wird mit einem nach Art einer Armbanduhr getragenen Pulswellendiagnosegeräts die Pulswellenform erfasst, analysiert und mit zahlreichen weiteren physiologischen Daten des Sportlers verknüpft. Durch Frequenzanalyse und Filterung der Daten erfolgt eine Zuordnung zu in der fernöstlichen traditionellen Medizin bekannten physiologischen Zuständen des Sportlers.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Messanordnung bereitzustellen, die weitere Anwendungsbereiche für die Bestimmung der Laktatkonzentration erschließt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Messanordnung zur in-vivo Bestimmung der Laktatkonzentration in Blut mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie mit einer im Wesentlichen flächig ausgebildeten Sonde mit einer Längserstreckung, einer Quererstreckung und einer Dicke, wobei die Längs- und Quererstreckung der Sonde jeweils ein Vielfaches der Dicke der Sonde beträgt, eine mit der Sonde verbundene Analysatorschaltung und eine mit der Analysatorschaltung verbundene Kommunikationseinrichtung zur Übertragung von Daten über ein WPAN, wobei die im Wesentlichen flächig ausgebildeten Sonde an einem Rand der Messanordnung angeordnet ist, so dass die Sonde im Betrieb der Messanordnung dem zu untersuchenden menschlichen oder tierischen Körper derart zugewandt ist, dass die Sonde mit ihrer Längs- und Quererstreckung annähernd parallel zur Oberfläche des zu untersuchenden Körpers angeordnet ist. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Messanordnung.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Messanordnung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Messanordnung kann beispielsweise mit einem medizinischen Klebeband am Körper eines zu untersuchenden Körpers befestigt werden. Besonders gute Messergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Messanordnung im Bereich einer Arterie oder einem sonst gut durchbluteten Gewebe angebracht wird.
Besonders vorteilhaft, sowie einfach und bequem für einen Benutzer ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Messanordnung mit einem Armband mit einer Aufnahme für eine Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme so angeordnet ist, dass sich die Sonde der Messanordnung bei bestimmungsgemäßer Benutzung des Armbands im Gebrauch im Bereich der Radial-Arterie eines menschlichen Armes befindet, und dass vorzugsweise die Aufnahme ein Sichtfenster zur Sicht auf ein Display der Messanordnung ermöglicht.
Im Freizeitbereich ist die Erfindung besonders gut zur Vorsorge einzusetzen mit einem Set aus einem oder mehreren Armbändern und einer Messanordnung, wenn die Messanordnung lösbar in die Aufnahme in dem Armband eingesetzt ist, so dass eine Messanordnung mit mehreren Armbändern benutzt werden kann. Dadurch ist es möglich, modische Aspekte zu berücksichtigen und z. B. eine Messanordnung mit einem zur jeweiligen Kleidung passenden Farbe zu verwenden. Im medizinischen Bereich ist es dabei einfach möglich, Patienten bestimmter Gruppen oder Bedürfnisse durch eine farbliche Zuordnung eines Armbandes zu kennzeichnen, oder auch das Armband aus hygienischen Gründen nach Benutzung durch einen Patienten zu ersetzen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messanordnung bei dem die Sonde intermittierend von der Analysatorschaltung aktiviert wird, wobei in einer ersten Betriebsart die Sonde zur Bestimmung der Laktatkonzentration mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 100 MHz erregt wird, und vorzugsweise die Sonde in einer zweiten Betriebsart zur Bestimmung der Herzfrequenz mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 5 kHz erregt wird. Weitere besonders vorteilhafte oder zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Messanordnung im Querschnitt;
2 eine Sonde einer erfindungsgemäßen Messanordnung in Draufsicht;
3 die Sonde aus 2 im Querschnitt;
4 ein erfindungsgemäßes Armband mit einer erfindungsgemäßen Messanordnung;
5 ein erfindungsgemäßes Armband mit einer erfindungsgemäßen Messanordnung am Arm eines Benutzers, und
6 ein erfindungsgemäßes Armband mit einer erfindungsgemäßen Messanordnung am Arm eines Benutzers, mit einem Pulsoximeter.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Messanordnung zur in-vivo Bestimmung der Laktatkonzentration in Blut mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Querschnitt gezeigt, insgesamt mit 1 bezeichnet. die Messanordnung 1 umfasst eine im Wesentlichen flächig ausgebildete Sonde 2, die in den 2 und 3 näher dargestellt ist. Ferner umfasst die Messanordnung 1 eine mit der Sonde 2 über eine HF-Leitung 3 verbundene Analysatorschaltung 4. Die Analysatorschaltung 4 ist ferner über eine elektrische Leitung 5 mit einer Kommunikationseinrichtung 6 verbunden.
In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Energieversorgung 7 mit einem Speicher für elektrische Energie in form eines Akkus und eine Einrichtung zum kontaktlosen Aufladen des Speichers 7 vorgesehen. Der Akku 7 ist über Versorgungsleitungen 8 mit der Analysatorschaltung 4 und der Kommunikationseinrichtung 6 verbunden. Weiter ist noch ein Display 9 mit entsprechender Ansteuerschaltung vorgesehen. Über das Display 9 können Betriebsparameter, wie der Ladezustand des Akkus 7, oder Nachrichten bzw. Messwerte, die für den Benutzer bestimmt sind, angezeigt werden.
Schließlich ist noch eine Antenne 10 vorgesehen, die mit der Kommunikationseinrichtung 6 verbunden ist. Die Antenne 10 dinet zur Übertragung der Daten von der Kommunikationseinrichtung 6 über ein WPAN. Als WPAN (Wireless Personal Area Network) ist z. B. eine Verbindung gemäß Bluetooth 4.0 Standard geeignet. Die Verwendung des BLE-Protokolls (Bluetooth Low Energie) ermöglicht einen besonders niedrigen Energieverbrauch. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Antennen und Protokolle zur Nahfeldkommunikation (NFC) vorgesehen werden.
Die Sonde 2, sowie ferner die Analysatorschaltung 4, die Kommunikationseinrichtung 6, die Einrichtung zur Energieversorgung 7, das Display 9, Antenne 10, sowie die Leitungen 3, 5, 8 sind in ein Gehäuse 15 eingebettet. Das Gehäuse besteht aus einem unpolaren Werkstoff, vorzugsweise einem Polyurethan-Elastomer (UR) oder einem Silikonkautschuk (Silikon SR).
Die Sonde 2, die näher in den 2 und 3 dargestellt ist, weist eine Längserstreckung 11, eine Quererstreckung 12 und eine Dicke 13 auf. Die Längs- und Quererstreckung 11, 12 der Sonde 2 sind jeweils ein Vielfaches größer aks die der Dicke 13 der Sonde 2. Die Sonde 2 ist also im Wesentlichen flächig ausgebildet. Die Sonde 2 ist an einem Rand der Messanordnung 1 angeordnet, so dass die Sonde 2 im Betrieb der Messanordnung dem zu untersuchenden menschlichen oder tierischen Körper 14 derart zugewandt ist, dass die Sonde 2 mit ihrer Längs- und Quererstreckung 11, 12 annähernd parallel zur Oberfläche des zu untersuchenden Körpers 14 angeordnet ist, siehe insbesondere 1, 4 und 5.
Das Gehäuse 15 weist eine Sensorseite auf, die im Gebrauch der Messanordnung 1 dem zu untersuchenden menschlichen oder tierischen Körper 14 zugewandt ist, insbesondere an der Haut anliegt. Die Sonde 2 mit ihrer Längs- und Quererstreckung 11, 12 grenzt unmittelbar an die Sensorseite in dem Gehäuse 2 ist, wobei die Sensorseite des Gehäuses 2 als Membran 16 über der Sonde ausgebildet ist
3 zeigt, dass die Sonde 2 zweckmäßig entlang eines Querschnitts ihrer Dicke 13 folgenden Aufbau aufweist: eine Basisschicht 18 aus einem isolierenden Material, auf einer ersten Seite der Basisschicht 18 mindestens eine Schicht aus einem leitenden Material 19, wobei das leitende Material 19 nur einen Teil der Fläche der Basisschicht 18 abdeckt, wie in 2 zu erkennen ist. Die der Basisschicht 18 gegenüberliegende Seite der wenigstens einen Schicht aus leitendem Material 19 ist außenseitig mit einer Außenschicht 20 aus einem isolierenden Material abgedeckt. Die mindestens eine Schicht aus einem leitenden Material 19 ist auf der ersten Seite der Basisschicht 18 zu einer Leiterstruktur ausgeformt, wie in 2 ist erkennbar ist. Die Leiterstruktur umfasst wenigstens zwei voneinander galvanisch getrennte Leiter 21, 22 umfasst, wobei jeder beiden Leiter 21, 22 mit der HF-Leitung 3 verbunden ist. Wenigstens einer der Leiter 21, 22 ist im Wesentlichen langgestreckt ausgebildet und bildet über einen Teil seiner Längserstreckung einen offenen ringförmigen Abschnitt 23, der gegenüber dem restlichen Leiter 21 abgewinkelt ist, wobei der offene ringförmige Abschnitt 23 vorzugsweise als Polygon mit zwei bis zehn Ecken, weiter bevorzugt fünf bis neun Ecken, besonders bevorzugt sechs, sieben oder acht Ecken, ausgebildet ist. Der andere Leiter 22 ist ebenfalls im Wesentlichen langgestreckt ausgebildet und endet in einer ringförmigen oder ausgefüllten Verdickung 24, die konzentrisch innerhalb des ringförmigen Abschnitts 23 angeordnet ist.
Die Messanordnung 1 weist ferner vorzugsweise wenigstens einen Temperaturfühler 25 auf, wobei der wenigstens eine Temperaturfühler 25 direkt oder über ein metallisch leitendes Wärmeübertragungselement an der Außenseite der Sensorseite des Gehäuses 15 angeordnet ist. Der Temperaturfühler 25 ist mit einer Auswerteschaltung verbunden, die hier in die Analysatorschaltung 4 integriert ist, zur Ausgabe eines digitalen Wertes, der der gemessenen Temperatur entspricht. Vorteilhaft ist der Temperaturfühler 25 als NTC ausgebildet. Die Körpertemperatur schwankt im Verlaufe des Tages einer und auch abhängig von psychischer und physischer Belastung. Daher können die Daten aus der Temperaturmessung mit in die Auswertung der übrigen Messwerte einbezogen werden.
Die Messanordnung 1 kann beispielsweise mit einem medizinischen Klebeband am Körper eines zu untersuchenden Körpers befestigt werden. Besonders gute Messergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Messanordnung im Bereich einer Arterie oder einem sonst gut durchbluteten Gewebe angebracht wird. Eine solche Anbringung ist besonders zweckmäßig im Bereich der medizinischen Diagnose und Behandlung, sei es zur Langzeitmessung, oder im Rahmen der Krankenpflege.
Besonders vorteilhaft, sowie einfach und bequem für einen Benutzer ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Messanordnung 1 mit einem Armband 26 mit einer Aufnahme 27 für eine Messanordnung 1, wie in 4 im Teilschnitt zusehen. Die Aufnahme 27 ist dabei so angeordnet, dass sich die Sonde 2 der Messanordnung 1 bei bestimmungsgemäßer Benutzung des Armbands 26 im Gebrauch im Bereich der Radial-Arterie eines menschlichen Armes 14 befindet, und dass vorzugsweise die Aufnahme ein Sichtfenster 28 zur Sicht auf ein Display 9 der Messanordnung 1 ermöglicht.
Im Freizeitbereich ist die Erfindung besonders gut zur Vorsorge einzusetzen mit einem Set aus einem oder mehreren Armbändern 26 und einer Messanordnung 1, wenn die Messanordnung 1 lösbar in die Aufnahme 27 in dem Armband 26 eingesetzt ist, so dass eine Messanordnung 1 mit mehreren Armbändern 26 benutzt werden kann. Dadurch ist es möglich, modische Aspekte zu berücksichtigen und z. B. eine Messanordnung 1 mit einem zur jeweiligen Kleidung passenden Farbe zu verwenden. Im medizinischen Bereich ist es dabei einfach möglich, Patienten bestimmter Gruppen oder Bedürfnisse durch eine farbliche Zuordnung eines Armbandes 26 zu kennzeichnen, oder auch das Armband 26 aus hygienischen Gründen nach Benutzung durch einen Patienten zu ersetzen.
Das Armband 26 weist eine Verschlusseinrichtung 29 zur Weiteneinstellung und/oder zum Schließen des Armbandes 26 auf. Die Aufnahme 27 für die Messanordnung 1 ist dabei so ausgebildet, dass die Messanordnung 1 nur bei geöffneter Verschlusseinrichtung 29 entnehmbar ist. Wie in 4 gezeigt ist, kann dies z. B. dadurch erreicht werden, dass die Aufnahme 27 nach innen gerichtet ist, so dass die Messanordnung 1 nur eingesetzt oder entnommen werden kann, wenn das Armband 26 sich nicht an einem Arm 14 befindet. Ferner können elastische Haltenasen oder -rippen 30 vorgesehen sein, die die Messanordnung 1 auch bei geöffneter Verschlusseinrichtung 29 des Armbandes 26 in Position halten. Zum Entfernen der Messanordnung 1 aus dem Armband 26 ist es dabei zweckmäßig, wenn das Sichtfenster 28 so groß bemessen ist, dass die Messanordnung 1 leicht von außen mit einem Finger aus der Aufnahme 27 gedrückt werden kann.
Für einen geringen Energieverbrauch der Kommunikationseinrichtung 6 oder zur Erhöhung der Reichweite bei der WPAN-Kommunikation ist es zweckmäßig, wenn das Armband 26 eine integrierte WPAN-Antenne 31 zur kontaktlosen Ankopplung an die Kommunikationseinrichtung 6 der Messanordnung 1 aufweist Das Armband besteht vorteilhaft im Wesentlichen, z. B. mit Ausnahme der WPAN-Antenne 31, aus einem unpolaren Werkstoff, vorzugsweise einem Polyurethan-Elastomer oder einem Silikonkautschuk wie oben beschrieben, und/oder ist das Armband 26 integral mit dem Gehäuse 15 der Messanordnung 1 ausgebildet.
Wie in 6 gezeigt ist, weist die Messanordnung 1 eine Schnittstelle zum Anschluss eines Pulsoximeters 17 auf und ist mit einer Schaltung zur Umsetzung der Signale des Pulsoximeters 17 in einen digitalen Wert verbunden, die hier in die Analysatorschaltung 4 integriert und darüber mit der Kommunikationseinrichtung 6 zur Übertragung der Werte über ein WPAN verbunden ist. Das Pulsoximeter 17 ist mit einer Anschlussleitung 32 mit der Messanordnung 1 verbunden; die Verbindung kann aber auch drahtlos über eine NFC (drahtlose Schnittstelle zur Nahfeldkommunikation) erfolgen.
Die Messanordnung 1 weist eine eindeutige individuelle Kennung auf, die durch die Kommunikationseinrichtung 6 bei der Datenübertragung mit übertragen wird und die eine eindeutige Zuordnung der Daten zu der Messanordnung 1 ermöglicht. Die Messanordnung 1 wird ein einziges Mal dem Patienten zugeordnet, bei weiteren Messungen werden die gemessenen Daten jeweils automatisch dem richtigen Patienten zugeordnet, ohne dass sich das Pflegepersonal darum kümmern muss. Mit entsprechender krankenhausseitiger Infrastruktur ist eine vollautomatische Online-Überwachung des Patienten möglich Die Sonde 1 wird intermittierend von der Analysatorschaltung aktiviert, wobei in einer ersten Betriebsart die Sonde zur Bestimmung der Laktatkonzentration mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 100 MHz erregt wird, z. B. durch Wobbeln zwischen 70 MHz bis 165 MHz, und vorzugsweise die Sonde in einer zweiten Betriebsart zur Bestimmung der Herzfrequenz mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 5 kHz erregt wird.
Für einen besonders geringen Energieverbrauch eine erfindungsgemäßen Messanordnung 1 wird die Sonde intermittierend von der Analysatorschaltung aktiviert, wobei die Erregung der Sonde zur Bestimmung der Laktatkonzentration mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 100 MHz im Regelbetrieb einmal je Zeitraum erfolgt, und die Erregung im Überwachungsbetrieb zwei bis achtmal je Zeitraum erfolgt, wobei der Zeitraum zwischen etwa 20 Minuten und etwa 30 Minuten beträgt, wobei bevorzugt die Erregung im Überwachungsbetrieb alle 5 bis 10 Minuten erfolgt.
Die Erregung der Sonde 2 zur Bestimmung der Laktatkonzentration mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 100 MHz und zur Bestimmung der Herzfrequenz mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 5 kHz erfolgt zu unterschiedlichen Zeiten, vorzugsweise die Erregung zur Bestimmung der Herzfrequenz mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 5 kHz zeitlich zwischen zwei Erregungen zur Bestimmung der Laktatkonzentration erfolgt.
Vorteilhaft wird jeder der Temperaturfühler 25 durch die Auswerteschaltung 4 intermittierend angesteuert wird zur Erfassung der Oberflächentemperatur der Sensorfläche des Gehäuses 15, wobei die Erfassung der Temperatur vorzugsweise in gleichen zeitlichen Abständen erfolgt, wie die Bestimmung der Laktatkonzentration mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie, wobei weiter bevorzugt die Erfassung der Temperatur zu einem Zeitpunkt erfolgt, in dem weder die Erregung der Sonde zur Bestimmung der Laktatkonzentration, noch die Erregung zur Bestimmung der Herzfrequenz erfolgt.
Die Messdaten und die eindeutige individuelle Kennung durch die Kommunikationseinrichtung über eine WPAN-Verbindung direkt oder über ein Telekommunikationsgerät und ein Gateway an eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung gesendet und dort ausgewertet, gespeichert und weiterverarbeitet werden, optional die aus der Auswertung ermittelten Werte oder Informationen für den Benutzer an die Messanordnung zur Ausgabe an einen Benutzer übermittelt werden.
dass die ausgewerteten Daten mit einem über die Kalibrierung mit Basisdaten eindeutige individuelle Kennung einem Benutzer zugeordneten Daten mit gespeicherten Daten auch aus anderen Quellen verknüpft werden, insbesondere labormäßig ermittelten Laktatkonzentrationen, und die Messanordnung durch Vergleich mit aktuellen gespeicherten Daten regelmäßig, vorzugsweise nach etwa 8 Stunden, nachkalibriert und die Kalibrierdaten an die Messanordnung übermittelt werden. Vorteilhaft ist ein Zwischenspeicher in der Analysatorschaltung 4 vorgesehen zur Offline-Messung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10015818 A1 [0003]
WO 97/21094 A1 [0004]
US 5945832 [0005]
EP 1319943 A2 [0006]
DE 102013008243 A1 [0008]
EP 2803316 A1 [0008]
US 2015/0015276 A1 [0008]
EP 1127543 A1 [0010]
DE 60115301 T2 [0010]
EP 0947160 A1 [0010]
DE 69833656 T2 [0010]

Claims

Messanordnung (1) zur in-vivo Bestimmung der Laktatkonzentration in Blut mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie mit einer im Wesentlichen flächig ausgebildeten Sonde mit einer Längserstreckung, einer Quererstreckung und einer Dicke, wobei die Längs- und Quererstreckung der Sonde jeweils ein Vielfaches der Dicke der Sonde beträgt, einer mit der Sonde (2) verbundene Analysatorschaltung und einer mit der Analysatorschaltung (4) verbundene Kommunikationseinrichtung (6) zur Übertragung von Daten über ein WPAN, wobei die im Wesentlichen flächig ausgebildeten Sonde an einem Rand der Messanordnung angeordnet ist, so dass die Sonde im Betrieb der Messanordnung dem zu untersuchenden menschlichen oder tierischen Körper (14) derart zugewandt ist, dass die Sonde mit ihrer Längs- und Quererstreckung annähernd parallel zur Oberfläche des zu untersuchenden Körpers angeordnet ist.
Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde in ein Gehäuse (15) eingebettet ist und das Gehäuse aus einem unpolaren Werkstoff besteht, vorzugsweise einem Polyurethan-Elastomer oder einem Silikonkautschuk.
Messanordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Sensorseite aufweist, die im Gebrauch der Messanordnung dem zu untersuchenden menschlichen oder tierischen Körper zugewandt ist, insbesondere an der Haut anliegt, und wobei vorzugsweise die Sonde mit ihrer Längs- und Quererstreckung unmittelbar angrenzend an die Sensorseite in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt die Sensorseite des Gehäuses (15) als Membran (16) über der Sonde (2) ausgebildet ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ferner die Analysatorschaltung und vorzugsweise die Kommunikationseinrichtung, sowie besonders bevorzugt eine Einrichtung zur Energieversorgung mit in das Gehäuse eingebettet sind, und weiter bevorzugt die Messanordnung eine eindeutige individuelle Kennung aufweist, die durch die Kommunikationseinrichtung bei der Datenübertragung mit überträgt und die eindeutige Zuordnung der Daten zu der Messanordnung ermöglicht, und optional ein Display vorgesehen ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung wenigstens einen Temperaturfühler aufweist, wobei der wenigstens eine Temperaturfühler direkt oder über ein metallisch leitendes Wärmeübertragungselement an der Außenseite der Sensorseite des Gehäuses angeordnet ist, wobei jeder der Temperaturfühler mit einer Auswerteschaltung verbunden ist zur Ausgabe eines digitalen Wertes, der der gemessenen Temperatur entspricht, und die Auswerteschaltung vorzugsweise mit der Kommunikationseinrichtung zur Übertragung der Werte über ein WPAN verbunden ist.
Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung eine Schnittstelle zum Anschluss eines Pulsoximeters aufweist, und die Schnittstelle mit einer Schaltung zur Umsetzung der Signale des Pulsoximeters in einen digitalen Wert, und die Schaltung vorzugsweise mit der Kommunikationseinrichtung zur Übertragung der Werte über ein WPAN verbunden ist.
Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Energieversorgung einen Speicher für elektrische Energie und eine Einrichtung zum kontaktlosen Aufladen des Speichers umfasst.
Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde entlang eines Querschnitts ihrer Dicke folgenden Aufbau aufweist: eine Basisschicht (18) aus einem isolierenden Material, auf einer ersten Seite der Basisschicht (18) mindestens eine Schicht aus einem leitenden Material (19), wobei das leitende Material (19) nur einen Teil der Fläche der Basisschicht abdeckt, wobei die der Basisschicht (18) gegenüberliegende Seite der wenigstens einen Schicht aus leitendem Material außenseitig eine Außenschicht (20) aus einem isolierenden Material aufweist, wobei ferner die mindestens eine Schicht aus einem leitenden Material auf der ersten Seite der Basisschicht (18) zu einer Leiterstruktur (21, 22) ausgeformt ist.
Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur wenigstens zwei voneinander galvanisch getrennte Leiter (21, 22) umfasst, wobei jeder beiden Leiter (21, 22) mit einer Zuleitung verbunden ist und wobei wenigstens einer der Leiter (21) im Wesentlichen langgestreckt ausgebildet ist und über einen Teil seiner Längserstreckung einen offenen ringförmigen Abschnitt (23) bildet, der gegenüber dem restlichen Leiter (21) abgewinkelt ist, wobei der offene ringförmige Abschnitt (23) vorzugsweise als Polygon mit zwei bis zehn Ecken, weiter bevorzugt fünf bis neun Ecken, besonders bevorzugt sechs, sieben oder acht Ecken, ausgebildet ist.
Armband mit einer Aufnahme für eine Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme so angeordnet ist, dass sich die Sonde der Messanordnung bei bestimmungsgemäßer Benutzung des Armbands im Gebrauch im Bereich der Radial-Arterie eines menschlichen Armes befindet, und dass vorzugsweise die Aufnahme ein Sichtfenster zur Sicht auf ein Display der Messanordnung ermöglicht.
Set aus einem oder mehreren Armbändern nach Anspruch 10 und einer Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung lösbar in die Aufnahme in dem Armband eingesetzt ist, so dass eine Messanordnung mit mehreren Armbändern benutzt werden kann.
Armband nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband eine Verschlusseinrichtung zur Weiteneinstellung und/oder zum Schließen des Armbandes aufweist und die Aufnahme für die Messanordnung so ausgebildet ist, dass die Messanordnung nur bei geöffneter Verschlusseinrichtung entnehmbar ist.
Armband nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband eine integrierte WPAN-Antenne zur kontaktlosen Ankopplung an die Kommunikationseinrichtung der Messanordnung aufweist.
Armband nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband im Wesentlichen aus einem unpolaren Werkstoff besteht, vorzugsweise einem Polyurethan-Elastomer oder einem Silikonkautschuk, und/oder integral mit dem Gehäuse der Messanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde intermittierend von der Analysatorschaltung aktiviert wird, wobei in einer ersten Betriebsart die Sonde zur Bestimmung der Laktatkonzentration mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 100 MHz erregt wird, und vorzugsweise die Sonde in einer zweiten Betriebsart zur Bestimmung der Herzfrequenz mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 5 kHz erregt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 zum Betrieb einer Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde intermittierend von der Analysatorschaltung aktiviert wird, wobei die Erregung der Sonde zur Bestimmung der Laktatkonzentration mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 100 MHz im Regelbetrieb einmal je Zeitraum erfolgt, und die Erregung im Überwachungsbetrieb zwei bis achtmal je Zeitraum erfolgt, wobei der Zeitraum zwischen etwa 20 Minuten und etwa 30 Minuten beträgt, wobei bevorzugt die Erregung im Überwachungsbetrieb alle 5 bis 10 Minuten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Betrieb einer Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung der Sonde zur Bestimmung der Laktatkonzentration mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 100 MHz und zur Bestimmung der Herzfrequenz mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 5 kHz zu unterschiedlichen Zeiten erfolgt, vorzugsweise die Erregung zur Bestimmung der Herzfrequenz mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich um 5 kHz zeitlich zwischen zwei Erregungen zur Bestimmung der Laktatkonzentration erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Betrieb einer Messanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Temperaturfühler durch die Auswerteschaltung intermittierend angesteuert wird zur Erfassung der Oberflächentemperatur der Sensorfläche des Gehäuses, wobei die Erfassung der Temperatur vorzugsweise in gleichen zeitlichen Abständen erfolgt, wie die Bestimmung der Laktatkonzentration mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie, wobei weiter bevorzugt die Erfassung der Temperatur zu einem Zeitpunkt erfolgt, in dem weder die Erregung der Sonde zur Bestimmung der Laktatkonzentration, noch die Erregung zur Bestimmung der Herzfrequenz erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Messdaten und die eindeutige individuelle Kennung durch die Kommunikationseinrichtung über eine WPAN-Verbindung direkt oder über ein Telekommunikationsgerät und ein Gateway an eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung gesendet und dort ausgewertet, gespeichert und weiterverarbeitet werden, optional die aus der Auswertung ermittelten Werte oder Informationen für den Benutzer an die Messanordnung zur Ausgabe an einen Benutzer übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewerteten Daten mit einem über die Kalibrierung mit Basisdaten eindeutige individuelle Kennung einem Benutzer zugeordneten Daten mit gespeicherten Daten auch aus anderen Quellen verknüpft werden, insbesondere labormäßig ermittelten Laktatkonzentrationen, und die Messanordnung durch Vergleich mit aktuellen gespeicherten Daten regelmäßig, vorzugsweise nach etwa 8 Stunden, nachkalibriert und die Kalibrierdaten an die Messanordnung übermittelt werden.