DE19922772A1 - Device for determining various blood flow conditions and oxygen saturation in blood-bearing tissue - Google Patents
Device for determining various blood flow conditions and oxygen saturation in blood-bearing tissueInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren und Gerät zur Bestimmung verschiedener Durchblutungszustände und der Sauerstoffsättigung in blutführendem Gewebe. Das Gerät eignet sich beispielsweise auch zur Erkennung und Lokalisierung von Entzündungen, Tumoren und/oder Arteriosklerose. Dabei werden oximetrisch gewonnene Daten im Hinblick auf Veränderungen der Durchblutung ausgewertet, die für Entzündungen, Tumore oder auch Arteriosklerose typisch sind. Das Gerät ist für den mobilen ambulanten Einsatz geeignet und kann während der Anwendung in der Hand gehalten werden. Die dazu notwendige verbesserte Meßgeschwindigkeit und Kanaltrennung wird durch einen modifizierten Lock-in Verstärker gewährleistet.A method and device for determining various blood circulation states and oxygen saturation in blood-carrying tissue is described. The device is also suitable, for example, for the detection and localization of inflammation, tumors and / or arteriosclerosis. Data obtained by oximetry are evaluated with regard to changes in the blood flow that are typical of inflammation, tumors or arteriosclerosis. The device is suitable for mobile outpatient use and can be held in the hand during use. The necessary improved measuring speed and channel separation is ensured by a modified lock-in amplifier.
Description
Beschrieben wird ein Verfahren und Gerät zur Bestimmung verschiedener Durch blutungszustände und der Sauerstoffsättigung in blutführendem Gewebe. Das Ge rät eignet sich beispielsweise zur Erkennung und Lokalisierung von Entzündun gen, Tumoren oder auch Arteriosklerose.A method and device for determining various through are described bleeding conditions and oxygen saturation in blood-bearing tissue. The Ge advises for example for the detection and localization of inflammation genes, tumors or arteriosclerosis.
Puls, Durchblutung und Sauerstoffgehalt lassen sich mit herkömmlichen Oxime tern bestimmen. Beispiele für solche Verfahren liefern US 5820550, US 5595176, US 5503148 und US 5353791. Die meisten dieser Geräte sind für den stationären oder ambulanten Einst konzipiert. Die Sauerstoffsättigung in arteriellem Blut wird dadurch bestimmt, daß Licht mindestens zweier Wellenlängen - meist im sichtbaren bzw. infraroten Spektralbereich - auf eine geeignete Körperstelle ge richtet wird, wobei die reflektierte oder transmittierte Strahlung von einem Photo detektor aufgefangen und von einer elektronischen Auswerteeinheit weiterverar beitet wird. Bei diesem Verfahren kann außerdem der Puls als periodische Verän derung der Meßsignale abgeleitet werden.Pulse, blood flow and oxygen content can be measured with conventional oximes determine. Examples of such processes are provided by US 5820550, US 5595176, US 5503148 and US 5353791. Most of these devices are for the stationary or outpatient conception. Oxygen saturation in arterial blood is determined by the fact that light of at least two wavelengths - mostly in the visible or infrared spectral range - ge on a suitable body area is directed, the reflected or transmitted radiation from a photo Detector collected and further processed by an electronic evaluation unit is being processed. With this method, the pulse can also be used as a periodic change change of the measurement signals are derived.
Diese Methode ist schon seit langem bekannt und weitverbreitet. Allen herkömm lichen Oximetern ist daher gemein, daß sie Lichtquellen für im Allgemeinen zwei unterschiedliche Wellenlängen, meist im sichtbaren und infraroten Bereich besit zen, sowie entsprechende Detektoren für transmittierte bzw. reflektierte Strahlung. Weiterhin ist allgemein eine Vorrichtung zur Berechnung der Sauerstoffsättigung aus den Meßwerten vorhanden, Teilweise wird auch die Möglichkeit einer Daten speicherung (z. B. US 5820550, US 5503148) bzw. die Anwendung statistische Mittel (z. B. US 5820550, US 5595176) erwähnt. This method has long been known and is widespread. All conventional union oximeters is common in that they light sources for generally two different wavelengths, mostly in the visible and infrared range zen, as well as corresponding detectors for transmitted or reflected radiation. Furthermore, there is generally a device for calculating the oxygen saturation from the measured values, in some cases there is also the possibility of data storage (e.g. US 5820550, US 5503148) or the application statistical Means (e.g. US 5820550, US 5595176) mentioned.
US 5820550 erwähnt zusätzlich die Prüfung der statistischen Konfidenz, eine Mittelung der Output Signale sowie eine Anzeige. US 5595176 verwendet zur Auswertung die Statistischen Verfahren der Auto- und Kreuzkorrelation. US 5503148 benutzt zur Berechnung der Sauerstoffsättigung explizit die jeweiligen Extinktionskoeffizienten. In US 5353791 werden Vor- und Hauptverstärker ein gesetzt und Halbleiterlaser als Lichtquellen verwendet, wobei entsprechende Ka belverbindungen explizit erwähnt werden. US 5792052 beschreibt ein kompaktes Gerät zur Messung des O2 Sättigungslevels von arteriellem Blut innerhalb eines Fingers, bestehend aus einer Haltevorrichtung für einen Finger, aus zwei mitein ander verbundenen Gehäusen, die in elektronischer Verbindung zueinander stehen und aus einer Elektronik zur Erfassung und Bestimmung des O2 Sättigungslevels.US 5820550 also mentions statistical confidence testing, a Averaging of the output signals and a display. US 5595176 used for Evaluation of the statistical methods of auto and cross correlation. US 5503148 explicitly uses the respective to calculate the oxygen saturation Extinction coefficient. In US 5353791 preamplifiers and main amplifiers are used set and used semiconductor lasers as light sources, corresponding Ka connections are explicitly mentioned. US 5792052 describes a compact Device for measuring the O2 saturation level of arterial blood within a Fingers, consisting of a holding device for one finger, two together other connected housings that are in electronic communication with each other and from electronics for recording and determining the O2 saturation level.
Alle beschriebenen Geräte - auch diejenigen, die für den ambulanten Einsatz vor gesehen sind - müssen zur Messung am Körper des Patienten fixiert werden, da sie empfindlich gegenüber Positionsänderungen während der Messung sind. Da her ist auch keines der beschriebenen Geräte für die flexible Lokalisierung von Veränderungen durchbluteten Gewebes, beispielsweise infolge von Entzündun gen, Tumoren oder auch Arteriosklerose, geeignet. Hierfür wird vielmehr ein Ge rät benötigt, das es erlaubt verschiedene Stellen des menschlichen Körpers mög lichst ungehindert zu erreichen. Insbesondere sollte es dem behandelnden Arzt ermöglicht werden, das Gerät während der Untersuchung des Patienten mit der Hand halten zu können und ein Körperteil in kurzen zeitlichen und räumlichen Abständen abtasten (effektiv scannen) zu können. Auf diese Weise können auch Körperstellen untersucht, an denen eine Fixierung ungünstig ist - insbesondere Weichteile - und der Verlauf der Durchblutung in einem bestimmten Körperteil bestimmt werden (z. B. im Hinblick auf Arteriosklerose).All devices described - including those that are intended for outpatient use seen - must be fixed to the patient's body for measurement, because they are sensitive to changes in position during the measurement. There ago none of the devices described for the flexible localization of Changes in blood flow to tissue, for example as a result of inflammation genes, tumors or arteriosclerosis. Rather, a Ge advises that it allows different parts of the human body as unobstructed as possible. In particular, it should be the treating doctor be enabled to use the device during the patient's examination Being able to hold hands and a body part in short time and space To be able to scan distances (scan effectively). This way too Examine areas of the body where fixation is unfavorable - especially Soft tissues - and the flow of blood in a certain part of the body can be determined (e.g. with regard to arteriosclerosis).
Um den geforderten flexiblen Einsatz zu gewährleisten, muß das Gerät eine sehr hohe Empfindlichkeit besitzen. Bisher sind hohe Empfindlichkeiten jedoch nur zu Lasten der Meßgeschwindigkeit und Kanaltrennung zu realisieren. Daher muß ein Gerät für besagten flexiblen Einsatz zusätzlich bei besagter sehr hohen Empfind lichkeit eine gegenüber dem bisherigen Stand der Technik verbesserte Meßge schwindigkeit und Kanaltrennung aufweisen, damit eine Fixierung entfallen kann.To ensure the required flexible use, the device must be very have high sensitivity. So far, however, high sensitivities have only been too Realize loads of measuring speed and channel separation. Therefore a Device for said flexible use in addition with said very high sensitivity an improved Meßge compared to the prior art have speed and channel separation so that a fixation can be omitted.
Entzündungen und Tumore, aber auch Arteriosklerose äußern sich unter anderem in einer Veränderung oder Störung der Durchblutung des betroffenen Gewebes bzw. Organs. Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrich tung basieren auf nicht invasiven Messungen geeigneter Variablen. Dabei wird die Reflexion bestimmter, in geeignetes Gewebe eingestrahlter, Wellenlängen (beispielsweise im sichtbaren bzw. IR Bereich) an Gewebeschichten bzw. - grenzen gemessen. Das Reflexionsvermögen hängt bei Annahme konstanter Ge webeparameter von der im Gewebe befindlichen Blutmenge ab. Mittels geeigneter Lichtquellen werden drei verschiedene Wellenlängen erzeugt. Für diese Wellen längen besteht ein jeweils unterschiedliches Reflexionsvermögen bei oxigenier tem bzw. deoxigenierten Blut. Aus der Auswertung der verschiedenen reflektier ten Wellenlängen, läßt sich der Sauerstoffgehalt des Blutes, die Durchblutung sowie der Puls bestimmen. Die Meßwerte hängen dabei vor allem von folgenden Größen ab: Abstand der Lichtquellen voneinander, Art des untersuchten Gewebes und Wellenlänge der verwendeten Strahlung. Die Strahlungsquellen werden zu sätzlich moduliert und/oder gepulst.Inflammation and tumors, but also arteriosclerosis, express themselves among other things in a change or disturbance in the blood flow to the affected tissue or organ. The inventive method and the corresponding Vorrich are based on non-invasive measurements of suitable variables. Doing so the reflection of certain wavelengths radiated into suitable tissue (for example in the visible or IR range) on fabric layers or - limits measured. The reflectivity depends on assuming constant Ge weaving parameters from the amount of blood in the tissue. By means of suitable Light sources generate three different wavelengths. For these waves lengths have different reflectivities at oxigenier deoxygenated blood. From the evaluation of the different reflect ten wavelengths, the oxygen content of the blood, the blood flow as well as determine the pulse. The measured values depend primarily on the following Sizes from: distance of the light sources from each other, type of tissue examined and wavelength of the radiation used. The radiation sources become too additionally modulated and / or pulsed.
Im Gegensatz zu bisherigen Oximetern kann die erfindungsgemäße flexibel ein setzbare Vorrichtung während der Messung von der behandelnden Person in der Hand gehalten werden und bedarf keiner Fixierung am Körper des Patienten. Auf diese Weise wird es möglich, ein Körperteil in kurzen zeitlichen und räumlichen Abständen abzutasten (zu scannen). Daher kann die erfindungsgemäße Vorrich tung zu Recht die Oxiscanner bezeichnet werden. Eine Bewertung der so an ver schiedenen Körperstellen ermittelten Durchblutung ermöglicht im Vergleich un tereinander die Lokalisierung von Veränderungen blutführenden Gewebes. Auf diese Weise können z. B. Blockaden im Blutstrom festgestellt werden, wie sie un ter anderem für Arteriosklerose typisch sind. Die flexible Verwendbarkeit ermög licht es auch, Körperstellen zu untersuchen, die für eine Fixierung zu empfindlich sind, wie zu Beispiel Entzündungen oder Weichteile. Weiterhin ist die Erfindung geeignet, Prozesse zu lokalisieren, die mit einer Erhöhtem oder Verminderten Durchblutung einher gehen, wie zum Beispiel krankhafte Veränderungen des Ge webes wie z. B. Entzündungen oder Tumore.In contrast to previous oximeters, the invention can be flexible settable device during the measurement by the treating person in the Hand held and does not require fixation on the patient's body. On This way it becomes possible to have a body part in short time and space To scan distances. Therefore, the device according to the invention rightly called the Oxi scanners. An evaluation of the so ver blood circulation determined in different parts of the body enables un the localization of changes in blood-carrying tissue. On this way z. B. blockages in the bloodstream are found as they un ter are typical of arteriosclerosis. The flexible usability enables It is also easy to examine parts of the body that are too sensitive for fixation such as inflammation or soft tissues. Furthermore, the invention apt to localize processes associated with an increased or decreased Blood circulation is associated, such as pathological changes in the Ge webes such as B. inflammation or tumors.
Der flexible Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erst durch die Ver wendung eines modifizierten Lock-in Verstärkers zur Signalerkennung und -verarbeitung mit einer gemäß dem Stand der Technik sehr hohen Empfindlich keit, bei einer gleichzeitigen Verbesserung der zugehörigen Meßgeschwindigkeit und Kanaltrennung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ermöglicht.The flexible use of the device according to the invention is only by the Ver Use of a modified lock-in amplifier for signal detection and processing with a very high sensitivity according to the prior art speed, with a simultaneous improvement of the associated measuring speed and channel separation compared to the prior art.
In einer bevorzugten Ausführungsart werden die drei verschiedene Wellenlängen mittels entsprechender gegebenenfalls auch mehrfarbiger LEDs erzeugt.In a preferred embodiment, the three different wavelengths generated by means of appropriate multicolored LEDs.
In einer anderen Ausführungsart können anstelle der LEDs auch Laserdioden oder beliebige andere geeignete Lichtquellen eingesetzt werden.In another embodiment, laser diodes or any other suitable light sources can be used.
In einer weiteren Ausführungsart sind die Mittel zur Emission besagter Wellen längen und die entsprechenden Mittel zum Empfang an und/oder innerhalb des zu untersuchenden Körpers reflektierter und/oder transmittierter Anteile beweglich zueinander angeordnet, so daß beispielsweise ihr Abstand als physikalischer Pa rameter verändert werden kann.In a further embodiment, the means for emitting said waves are length and the appropriate means of reception at and / or within the examining body of reflected and / or transmitted parts movable arranged to each other so that, for example, their distance as a physical Pa rameter can be changed.
Claims (6)
- - Mittel zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, die auf lebendes Gewebe gerichtet ist, vorhanden sind sowie
- - Mittel zum Empfang reflektierter und/oder transmittierter Anteile der zuvor erzeugten Strahlung aus dem lebenden Gewebe heraus,
- - Mittel zur Signalerkennung und -verarbeitung
- - Mittel zur Berechnung und Überwachung von Sauerstoffgehalt, Durchblutung, und Puls aus gemessenen elektromagnetischen Signalen und
- - Mittel zur Bewertung der Meßergebnisse hinsichtlich von Veränderungen der Durchblutung blutführenden Gewebes.
- - Means for generating electromagnetic radiation, which is directed to living tissue, are present and
- Means for receiving reflected and / or transmitted portions of the previously generated radiation from the living tissue,
- - Means for signal detection and processing
- - Means for the calculation and monitoring of oxygen content, blood flow, and pulse from measured electromagnetic signals and
- - Means for evaluating the measurement results with regard to changes in the blood flow to blood-carrying tissue.
- - ein in der Hand zu haltender Sensor, der keiner Fixierung am Körper bedarf, die Durchblutung mittels oximetrischer Verfahren und einer Signalerkennung und -verarbeitung, die bei sehr hoher Empfindlichkeit hinsichtlich der Meßge schwindigkeit und Kanaltrennung verbessert sind mißt, daß
- - auf diese Weise ein zu untersuchendes Medium, beispielsweise ein Körperteil, in kurzen zeitlichen und räumlichen Abständen optisch abgetastet, d. h. effek tiv gescannt, werden kann, und daß
- - aus den Änderungen der Meßwerte an verschiedenen Körperstellen Informa tionen über Veränderungen der Durchblutung abgeleitet werden, die bei spielsweise für Entzündungen, Tumore oder auch Arteriosklerose typisch sind.
- - A hand-held sensor that does not require any fixation on the body, the blood flow by means of oximetric methods and signal detection and processing, which are improved with very high sensitivity to the Meßge speed and channel separation that
- - In this way, a medium to be examined, for example a body part, optically scanned in short time and spatial intervals, ie effectively scanned, and that
- - From the changes in the measured values at different parts of the body, information about changes in the blood flow can be derived, which are typical for inflammation, tumors or arteriosclerosis.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Owner name: HITACHI, LTD., TOKIO/TOKYO, JP |
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Owner name: PHISCIENCE GMBH ENTWICKLUNG VON SENSOREN, 5823, DE |
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