DE4339067A1 - Verfahren und Anordnung zur nichtinvasiven, transkutanen Bestimmung von Stoffkonzentrationen in Körperflüssigkeit oder Gewebe des Menschen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur nichtinvasiven, transkutanen Bestimmung von Stoffkonzentrationen in Körperflüssigkeit oder Gewebe des MenschenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur nichtinvasiven,
transkutanen Bestimmung von Stoffkonzentrationen in Körperflüssigkeit oder
Gewebe des Menschen mittels Spektralphotometrie, insbesondere zur
Bestimmung von Stoffkonzentrationen im menschlichen Blut, z. B. Hämoglobin,
Bilirubin, Glucose, Albumin, Harnstoff, Cholesterin und anderen
Stoffwechselprodukten.
Zur transkutanen Bestimmung von Stoffkonzentrationen mittels
Spektralphotometrie und anderer optischer Methoden sind eine Reihe von
Verfahren und Anordnungen bekannt geworden, die mit Extinktionsmessungen
im infraroten (IR) Spektralbereich arbeiten. So ist in den Schriften EP 01 60 768
A1, US-PS 5,028,787 und US-PS 5,086,229 offenbart, die die Konzentration des
Blutzuckergehaltes aus Extinktionsmessungen im NIR (nahen Infrarot)-Bereich
bei mehreren (2 bis 6) diskreten Wellenlängen zu ermitteln. Aufgrund der
Überlagerung des relativ geringen Meßeffekts mit der in diesem Spektralbereich
hohen Grundabsorption des Wassers läßt sich mit dieser direkten
Auswertemethode keine befriedigende Meßgenauigkeit erzielen. Außerdem
werden infolge physiologischer Unterschiede der Menschen (Hauteigenschaften,
Dicke des durchstrahlten Gewebes u. a.) die Meßergebnisse beeinflußt, so daß
personenunabhängige Messungen nicht möglich sind.
In der US-PS 4,975,681 werden die o.g. Schwierigkeiten umgangen, indem mit
Standardlösungen bekannter Substanzen mit bekannten Konzentrationen
Kalibriermodelle berechnet werden. Mit diesen Modellen werden im NIR
gemessene Spektren dann mittels Multikomponentenanalyse nach der PCR-
Methode (principal component regression) oder der PLS-Methode (partial least
squares) ausgewertet. Obwohl die Personenabhängigkeit weitgehend vermindert
wird, bleibt die oben erwähnte unbefriedigende Meßgenauigkeit bestehen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur
nichtinvasiven, transkutanen Bestimmung von Stoffkonzentrationen im
menschlichen Körper zu finden, bei der sowohl personenabhängige Störgrößen
(z. B. Hauttyp) unterdrückt als auch die Dominanz der Wasserabsorption und der
Einfluß der Gewebedurchblutung verringert werden.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur nichtinvasiven, transkutanen
Bestimmung von Stoffkonzentrationen in Körperflüssigkeit oder Gewebe des
Menschen, bei dem mit einer Strahlungsquelle ein Meßmedium bestrahlt wird und
seine unterschiedliche Absorption bei mehreren unterschiedlichen Wellenlängen
als wellenlängenabhängige Intensitätsänderung gemessen wird, dadurch gelöst,
daß das Meßmedium mit einer breitbandigen Strahlungsquelle bestrahlt wird, daß
ein Remissions- oder Transmissionsspektrum aufgenommen wird, daß das
Remissions- oder Transmissionsspektrum in Spektralintervalle eingeteilt und eine
daraus resultierende Folge von Intensitätswerten die Grundlage des
Auswerteprozesses bildet und daß die gesuchten Stoffkonzentrationen aus der
Folge der Intensitätswerte der Spektralintervalle mittels eines künstlichen
neuronalen Netzes bestimmt werden, wobei die darin enthaltenen
Gewichtsmatrizen in einer Anlernphase durch zeitlich parallele Ermittlung von
Intensitätswerten der Spektrenintervalle und invasiv analysierten
Stoffkonzentrationen generiert werden.
Vorteilhaft wird das Remissions- bzw. Transmissionsspektrum im sichtbaren
Spektralbereich aufgenommen, wenn die Bilirubinkonzentration im Blut,
vorzugsweise von Neugeborenen bestimmt werden soll.
Im NIR-Spektralbereich wird das Remissions- bzw. Transmissionsspektrum für
viele andere Stoffkonzentrationen aufgenommen, wie z. B. für die Bestimmung
der Konzentration des Blutzuckers.
Um Verfälschungen der aufgenommenen Spektren durch Änderung der
Eigenschaften der Strahlungsquelle zu vermeiden, wird zweckmäßig ihre
Spektralcharakteristik mit Hilfe von Strahlungsempfängern unterschiedlicher
spektraler Empfindlichkeit ermittelt und ständig überwacht.
Bei der Aufnahme von Remissionsspektren erweist es sich als vorteilhaft, das
Meßmedium in seinem Absorptionsverhalten mittels eines kompakten Meßfühlers
zu erfassen, wodurch die Konstanz der Lageverhältnisse von Strahlungsquelle
und Detektoreinheit am einfachsten gewährleistet wird.
Als Meßmedium werden zweckmäßig gut durchblutete Hautpartien des
Menschen, insbesondere die Mundschleimhäute verwendet. Dabei eignet sich am
besten die Zunge mit ihrer Oberseite.
Die Reproduzierbarkeit der Erfassung von Remissionsspektren wird vorteilhaft
dadurch erhöht, daß der Meßfühler mit Unterdruck angesaugt wird, wobei sich
gute Ergebnisse bei einem Unterdruck von 40 kPa einstellen, die sowohl eine
gute gleichmäßige Auflage als auch eine angeregte Durchblutung des
Meßmediums bewirken. Es erweist sich von Vorteil, das Remissions- bzw.
Transmissionsspektrum in Spektralintervalle mit geringer Bandbreite im
Nanometerbereich einzuteilen, wobei Lücken, aber keine Überlappungen
zugelassen werden. Zweckmäßig ist es, das Spektrum in gleichmäßige und
lückenlos aneinandergereihte Spektralintervalle einzuteilen.
Die Einteilung in schmale Spektralintervalle erlaubt durch die Vielzahl der
Intensitätswerte, von denen sich nicht alle signifikant ändern, eine
Vorklassifizierung zur Erkennung von Meßfehlern und veränderten
Meßbedingungen, wobei die Klassen durch Einstellung definiert fehlerhafter
Meßbedingungen erstellt werden. Die Vorklassifizierung kann sowohl durch
einen vorgelagerten Teil des neuronalen Netzes, aber auch durch klassische
statistische Methoden (Clusteranalyse) erfolgen.
Die Grundidee der Erfindung liegt in der Überlegung, die Meßgenauigkeit und
Personenunabhängigkeit bei der nichtinvasiven transkutanen Bestimmung von
Stoffkonzentrationen im Blut oder Gewebe des Menschen dadurch zu erhöhen,
daß über die Erfassung vieler schmaler Spektralintervalle eine Folge von
Intensitätswerten mit einem künstlichen neuronalen Netz bezüglich der
Konzentration verschiedener Stoffe bewertet wird. Dazu ist zunächst ein
aufwendiger Anlernprozeß des neuronalen Netzes erforderlich, der mit einer
invasiven Bestimmung der Stoffkonzentration einhergehen muß. Im Ergebnis des
Anlernprozesses werden im neuronalen Netz Gewichtsmatrizen generiert, die den
Auswerteprozeß nicht nur schneller, sondern auch genauer machen. Das
künstliche neuronale Netz erlernt selbst nach der Methode der Fehlerrückführung
die Fähigkeit, dem gemessenen Spektrum den richtigen Wert der
Stoffkonzentration zuzuordnen. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet - nicht
zuletzt durch die umfangreiche Folge von Intensitätswerten der unterschiedlichen
Spektralintervalle - auch die Möglichkeit, Fehlmessungen, die als ungültig zu
bewerten sind, vor der Bewertung der Stoffkonzentration durch das künstliche
neuronale Netz auszusondern, um den eigentlichen Auswerteprozeß nicht mit
statistischen Fehlern zu belasten. Zur Fehlereinschränkung trägt erfindungsgemäß
auch die Unterdruckansaugung eines Remissionsmeßfühlers bei.
Das oben beschriebene Verfahren wird mit einer erfindungsgemäßen Anordnung
zur nichtinvasiven, transkutanen Bestimmung von Stoffkonzentrationen in
Körperflüssigkeit oder Gewebe des Menschen, in der eine Strahlungsquelle zur
Bestrahlung eines Meßmediums, wobei die Strahlungsquelle wenigstens in
solchen Wellenlängenbereichen emittiert, in denen der Stoffe, dessen
Konzentration zu bestimmen ist, Strahlung absorbiert, und eine Einrichtung zur
Führung der in das Meßmedium ein- und aus dem Meßmedium austretenden
Strahlung sowie eine Detektoreinheit vorhanden sind, dadurch realisiert, daß die
Strahlungsquelle eine breitbandige Strahlungsquelle vom sichtbaren bis ins IR-Spektrum
ist, daß die Einrichtung zur Führung der Strahlung einstückig
ausgeführt ist, wobei die Detektoreinheit bezüglich der Strahlungsquelle starr
angeordnet ist, daß die Detektoreinheit in der Lage ist, ein Remissions- oder
Transmissionsspektrum mindestens in den Wellenlängenbereichen aufzunehmen,
in denen die in ihrer Konzentration zu bestimmenden Stoffe
konzentrationsabhängige Absorptionsänderungen aufweisen, wobei für eine Folge
geeignet gewählter Spektralintervalle separate Intensitätswerte ausgebbar sind,
und eine Auswerteeinheit zur Bestimmung der Stoffkonzentration mit einem
künstlichen neuronalen Netz vorhanden ist, die zum Zweck des Anlernens des
neuronalen Netzes mit einem externen Rechner verknüpfbar ist und die innerhalb
des Meßprozesses als Basis für die Umsetzung der Intensitätswerte aus den
Spektralintervallen in Stoffkonzentrationen im neuronalen Netz enthaltene
Gewichtsmatrizen aufweist.
Dabei ist die Detektoreinheit vorteilhaft als Spektralanalysator ausgebildet, der
entweder aus dispergierendem Element und Detektorarray (Polychromator),
Detektorarray mit vorgesetztem Schmalbandfiltern oder Detektorarray mit
vorgelagertem Verlaufsfilter bestehen kann.
Eine weitere Art der Aufnahme von Spektralintervallen ist durch einen
breitbandigen Strahlungsempfänger gegeben, wenn als Strahlungsquelle ein
monochromatischer, durchstimmbarer Strahler eingesetzt wird.
Die Einrichtung zur Führung der Strahlung beinhaltet zweckmäßig
Glasfaserbündel, die zumindestens bezüglich der Auflage am Meßmedium starr
miteinander verbunden sind. Vorteilhaft werden bei Remissionsmessungen die
Glasfaserbündel für Bestrahlung und Aufnahme remittierter Strahlung
konzentrisch geführt. Die Abbildung der remittierten Strahlung auf den
Eingangsspalt eines Polychromators erfolgt dabei am besten durch eine
kontinuierliche Querschnittsänderung von der Kreis- zur Spaltform.
Für Remissionsmessungen an Mundschleimhäuten wird vorteilhaft ein kompakter,
löffelförmiger Meßfühler verwendet mit einer im wesentlichen einheitlichen
Fläche für Strahlungsaustritt und Aufnahme der Remissionsstrahlung. Der
Meßfühler weist erfindungsgemäß außer den Glasfaserbündeln an der
Auflagefläche zum Meßmedium einen Gaskanal auf, der mit einer Vakuumpumpe
in Verbindung steht und somit die reproduzierbare Ansaugung des Meßmediums
gewährleistet.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine vorteilhafte Anordnung zur
Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur nichtinvasiven
transkutanen Bestimmung von Stoffkonzentrationen in Körperflüssigkeit oder
Gewebe des Menschen realisiert, die die Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und
Personenunabhängigkeit derartiger Messungen erhöht. Die Anordnung zeichnet
sich außerdem durch Kompaktheit, einfache Bedienbarkeit und schnelle
Meßwertausgabe aus.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert
werden. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Gestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 2 ein Übersichtsschema des Prinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in seinem prinzipiellen Vorgehen aus
den Schritten:
- - Bestrahlung eines Meßmediums mittels breitbandiger Strahlungsquelle 1,
- - Aufnahme eines Remissions- oder Transmissionsspektrums,
- - Einteilung des Spektrums in Spektralintervalle 12, von denen eine Folge von Intensitätswerten erfaßt wird,
- - Auswertung der Intensitätswerte zu einem Stoffkonzentrationswert mittels eines künstlichen neuronalen Netzes 13, wobei das neuronale Netz 13 in einem vorgelagerten Anlernprozeß mit Folgen von Intensitätswerten aus den Spektralintervallen 12 (als Eingangselemente 14) und invasiv durch Laboranalyse zeitgleich ermittelten Stoffkonzentrationen (als Ausgangselement 16) angelernt wird. Intern werden dabei Gewichtsmatrizen erzeugt, die über Hiddenelemente 15 im Meßprozeß die schnelle Umsetzung der Spektren in die zugehörige Stoffkonzentration ermöglichen.
Die erfindungsgemäßen Schritte des Verfahrens sind in Fig. 2 vom vorliegenden
Spektrum (im Beispiel ein NIR-Spektrum) mit Einteilung des Spektrums in
Spektralintervalle 12 bis zur Ausgabe der gesuchten Stoffkonzentration (hier
Blutzuckerkonzentration) angegeben. Das künstliche neuronale Netz ist in diesem
Fall mit 401 Eingangselementen 14, 10 Hiddenelementen 15 und einem
Ausgangselement 16 angegeben. Dabei resultieren die Eingangselemente 14 aus
der Einteilung des Spektralbereiches (900-1300) nm in Spektralintervalle von 1
nm Bandbreite, die das Spektrum lückenlos in eine Folge aus 401
Intensitätswerten umsetzen. Mit dieser - ohne Beschränkung der Allgemeinheit -
gewählten Grundvoraussetzung werden nun alle erforderlichen Schritte des
Verfahrens, inklusive der bereits oben erwähnten Anlernphase des neuronalen
Netzes 13, durchgeführt. Die Anlernphase zur Generierung der Gewichtsmatrizen
des neuronalen Netzes 13 wird mittels einer Vielzahl der o.g. Spektren und der
dazugehörigen invasiv ermittelten Stoffkonzentrationen nach der Methode der
Fehlerrückführung durchgeführt. Das künstliche neuronale Netz (13) erlernt
dabei selbsttätig die Fähigkeit, die richtigen Stoffkonzentrationen aus dem
gemessenen Spektrum zu erkennen.
Das Meßverfahren soll nun anhand einer Anordnung zur transkutanen Messung
des Blutzuckers - wie in Fig. 1 schematisch dargestellt - erläutert werden.
Die Strahlung einer breitbandigen Strahlungsquelle 1, z. B. in Form einer
Halogenlampe, wird über ein Glasfaserbündel 2 auf eine gut durchblutete
Körperoberfläche, die Mundschleimhaut (hier soll die Zungenoberseite als
Beispiel genannt sein) eingestrahlt. Die remittierte Strahlung wird über ein
zweites Glasfaserbündel 3 auf den Eintrittsspalt 5 eines Polychromators 4 (als
dispergierendes Element zur Spektralzerlegung der Strahlung) abgebildet. Das
auf das Detektorarray 6 fallende Spektrum im Spektralbereich (900-1300) nm
wird durch die Wahl der Abbildung des Spektrums und des Rasters des
Detektorarrays 6 in einfacher Weise in gleichmäßige, lückenlos
aneinandergereihte Spektralintervalle 12 unterteilt, die mit einer für dieses
Beispiel gewählten Bandbreite von 1 nm die dem anliegenden Spektrum
entsprechenden Intensitätswerte den Elementen des Detektorarrays 6 zuordnen.
Die damit vom Detektorarray 6 an die Auswerteeinheit 7 abgegebene Folge von
Intensitätsmeßwerten wird in dieser über ein künstliches neuronales Netz 13
(entsprechend der Darstellung von Fig. 2) bewertet. Das neuronale Netz 13
besteht bei diesem Beispiel für alle vorgesehenen Meßprozesse aus 401
Eingangselementen 14, 10 Hiddenelementen 15 und einem Ausgangselement 16.
Diese Netzkonfiguration mit der darin enthaltenen Gewichtsmatrix für die
Umsetzung der 401 Eingangselemente 14 in ein Ausgangselement 16 wird mit
der Anlernphase auf Basis einer Vielzahl (mehrere hundert bis mehrere tausend)
von Kalibrierspektren und invasiv ermittelten Konzentrationswerten endgültig
festgeschrieben und kann nur bei Wiederholung des Aufnahmeverfahrens
verändert werden.
Die auf Basis der Kalibrierspektren erzeugte Gewichtsmatrix des neuronalen
Netzes 13 ermittelt im laufenden Meßprozeß der Anordnung den Blutzuckerwert,
der sodann von einem LC-Display 8 angezeigt wird. Die Auswerteeinheit enthält
zur Aufbereitung der Eingangselemente 14 des neuronalen Netzes 13
Detektorarray -Ansteuer- und -Ausleseeinheit, ADU, Konstantstromquelle für die
Strahlungsquelle 1 sowie Stromversorgung, Signalverstärkung und A/D-
Wandlung für die Strahlungsempfänger 9. Mit den in unterschiedlichen
Spektralbereichen empfindlichen Strahlungsempfängern 9 ist eine einfache
Lösung angegeben, die die spektrale Charakteristik der Strahlungsquelle 1
überwacht, um daraus resultierende Veränderungen in Remissions- oder
Transmissionsspektren zu korrigieren. Weiterhin enthält die Auswerteeinheit 7
einen Mikroprozessor mit Speichereinheit zur Meßablaufsteuerung und
Signalaufbereitung. Über den Mikroprozessor erfolgt die auf dem künstlichen
neuronalen Netz 13 basierende Ermittlung der Stoffkonzentration (hier:
Blutzucker). Dabei erfolgt im Mikroprozessor im wesentlichen lediglich die
Verknüpfung der Intensitätsmeßwerte mit der gespeicherten Gewichtsmatrix, die
über einen externen Rechner im sogenannten, oben beschriebenen Anlernprozeß
generiert wurde.
Um reproduzierbare Meßbedingungen (Anlage des Meßfühlers, aber auch
gleichmäßige Durchblutung des Meßmediums) an der Zungenoberseite zu
erreichen, wird diese durch Unterdruck von ca. 40 kPa an die Fläche 10 des
Meßfühlers angesaugt. Dazu ist an den Glasfaserbündeln 2 und 3 zusätzlich ein
Gaskanal 11 mit Verbindung zu einer Vakuumpumpe vorgesehen, der sich
ringförmig konzentrisch um die Endflächen der Glasfaserbündel 2 und 3
erstreckt.
Zur Kontrolle der Einhaltung der Meßbedingungen werden die aufgenommenen
Spektren vorteilhaft vor der eigentlichen Auswertung einer zusätzlichen
Vorklassifikation unterzogen. Ziel der Vorklassifizierung ist eine möglichst
standardisierte Spektrenaufnahme. Die Klassifizierung erfolgt entweder durch
einen dem neuronalen Netz 13 vorgelagerten zusätzlichen Teil des neuronalen
Netzes 13 und/oder durch klassische statistische Verfahren (z. B. Clusteranalyse -
siehe Fahrmeier/Hamerle: "Multivariate statistische Verfahren", Berlin, New
York, 1984). Entsprechend der Klassenzuordnung erfolgt die weitere
Auswertung. Die Erstellung der Klassen erfolgt auf der Basis einer größeren
Anzahl von Spektren, die mit definierten Fehlereinflüssen durch simulierte
Handhabungsvarianten und Fehlbedienungen der Meßvorrichtung (zu starker
oder zu geringer Druck, Verkanten des Meßfühlers etc.) aufgenommen wurden.
Bezugszeichenliste
1 Strahlungsquelle
2 Glasfaserbündel
3
4 Polychromator
5 Eintrittsspalt
6 Detektorarray
7 Auswerteeinheit
8 LC-Display
9 Strahlungsempfänger
10 Fläche
11 Gaskanal
12 Spektralintervalle
13 neuronales Netz
14 Eingangselemente
15 Hiddenelemente
16 Ausgangselement
2 Glasfaserbündel
3
4 Polychromator
5 Eintrittsspalt
6 Detektorarray
7 Auswerteeinheit
8 LC-Display
9 Strahlungsempfänger
10 Fläche
11 Gaskanal
12 Spektralintervalle
13 neuronales Netz
14 Eingangselemente
15 Hiddenelemente
16 Ausgangselement
Claims (25)
1. Verfahren zur nichtinvasiven, transkutanen Bestimmung von
Stoffkonzentrationen in Körperflüssigkeit oder Gewebe des Menschen, bei dem
mit einer Strahlungsquelle ein Meßmedium bestrahlt wird und seine
unterschiedliche Absorption bei mehreren unterschiedlichen Wellenlängen als
wellenlängenabhängige Intensitätsänderung gemessen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - das Meßmedium mit einer breitbandigen Strahlungsquelle (1) bestrahlt wird,
- - ein Remissions- oder Transmissionsspektrum aufgenommen wird,
- - das Remissions- oder Transmissionsspektrum in Spektralintervalle eingeteilt und eine daraus resultierende Folge von Intensitätswerten die Grundlage des Auswerteprozesses bildet und
- - die gesuchten Stoffkonzentrationen aus der Folge der Intensitätswerte der Spektralintervalle (12) mittels eines künstlichen neuronalen Netzes (13) bestimmt werden, wobei die darin enthaltenen Gewichtsmatrizen in einer Anlernphase durch zeitlich parallele Ermittlung von Intensitätswerten der Spektralintervalle (12) und invasiv analysierten Stoffkonzentrationen generiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Remissions- bzw. Transmissionsspektrum im sichtbaren Spektralbereich
aufgenommen wird, insbesondere zur Bestimmung der Bilirubinkonzentration bei
Neugeborenen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Remissions- bzw. Transmissionsspektrum im NIR-Spektralbereich
aufgenommen wird und der Ermittlung der Blutzuckerkonzentration dient.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spektralcharakteristik der Strahlungsquelle (1) mit Hilfe von
Strahlungsempfängern (9) unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit zeitlich
parallel erfaßt und ständig überwacht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Aufnahme von Remissionsspektren das Meßmedium mittels eines
kompakten Meßfühlers sowohl bestrahlt als auch dessen Remission erfaßt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als Meßmedium gut durchblutete Hautpartien des Menschen, insbesondere
die Mundschleimhäute verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleimhaut der Zunge, vorzugsweise ihre Oberseite als Meßmedium
verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erreichung reproduzierbarer Meßbedingungen der Meßfühler mit
Unterdruck angesaugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet
daß der Meßfühler mit ca. 40 kPa angesaugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Remissions- bzw. Transmissionsspektrum in Spektralintervalle (12) mit
geringen Bandbreiten im Nanometerbereich eingeteilt wird, wobei die Einteilung
Lücken, aber keine Überlappungen zuläßt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Remissions- bzw. Transmissionsspektrum gleichmäßig und lückenlos in
Spektralintervalle (12) eingeteilt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem eigentlichen Auswerteprozeß mittels dem geeignet generierten
neuronalen Netz (13) eine Vorklassifizierung der Intensitätswerte der
Spektralintervalle (12) zur Erkennung von Meßfehlern und veränderten
Meßbedingungen stattfindet, wobei die Erstellung der Klassen auf Basis einer
großen Anzahl von Spektren erfolgt, die unter definiert unterschiedlichen
Meßbedingungen und Fehlerquellen aufgenommen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorklassifizierung mittels eines zusätzlich vorgelagerten Teils des
neuronalen Netzes (13) erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorklassifizierung mittels klassischer statistischer Verfahren,
insbesondere mittels Clusteranalyse erfolgt.
15. Anordnung zur nichtinvasiven, transkutanen Bestimmung von
Stoffkonzentrationen in Körperflüssigkeit oder Gewebe des Menschen, in der
eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung eines Meßmediums, wobei die
Strahlungsquelle wenigstens in solchen Wellenlängenbereichen emittiert, in
denen der Stoff, dessen Konzentration zu bestimmen ist, Strahlung absorbiert,
eine Einrichtung zur Führung der in Meßmedium ein- und aus dem Meßmedium
austretenden Strahlung sowie eine Detektoreinheit vorhanden ist, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - die Strahlungsquelle (1) eine breitbandige Strahlungsquelle vom sichtbaren bis im IR-Spektrum ist,
- - die Einrichtung zur Führung der Strahlung einstückig ausgeführt ist, wobei die Detektoreinheit bezüglich der Strahlungsquelle (1) starr angeordnet ist
- - die Detektoreinheit in der Lage ist, ein Remissions- oder Transmissionsspektrum mindestens in den Wellenlängenbereichen aufzunehmen, in den die in ihrer Konzentration zu bestimmenden Stoffe konzentrationsabhängige Absorptionsänderungen aufweisen, wobei für eine Folge geeignet gewählter Spektralintervalle (12) separate Intensitätswerte ausgebbar sind und
- - eine Auswerteeinheit (7) zur Bestimmung der Stoffkonzentration mit einem künstlichen neuronalen Netz (13) vorhanden ist, die zum Zweck des Anlernens des neuronalen Netzes (13) mit einem externen Rechner verknüpfbar ist und die innerhalb des Meßprozesses als Basis für die Umsetzung der Intensitätswerte aus den Spektralintervallen (12) in Stoffkonzentrationen im neuronalen Netz (13) enthaltene Gewichtsmatrizen aufweist.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektionseinheit ein Spektralanalysator ist.
17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinheit ein dispergierendes Element vor einem Detektorarray (6)
aufweist (Polychromator (4)).
18. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinheit ein Detektorarray (6) mit vorgesetzten
Schmalbandfiltern enthält.
19. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinheit ein Detektorarray (6) mit vorgelagertem Verlaufsfilter
enthält.
20. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß als Detektoreinheit ein breitbandiger Strahlungsempfänger und als
Strahlungsquelle (1) ein monochromatischer, durchstimmbarer Strahler
eingesetzt sind.
21. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Führung der Strahlung Glasfaserbündel (2, 3) beinhaltet,
die miteinander zumindestens bezüglich der Auflage am Meßmedium starr
verbunden sind.
22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Remissionsmessungen die Glasfaserbündel (2, 3) für Bestrahlung und
remittierte Strahlung konzentrisch geführt sind.
23. Anordnung nach den Ansprüchen 22 und 23, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Abbildung der remittierten Strahlung auf den Eintrittsspalt (5) eines
Polychromators (4) der entsprechende Teil des Glasfaserbündels (3) eine
kontinuierliche Querschnittsänderung von einer Kreis- zur Spaltform aufweist.
24. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß für Remissionsmessungen an Mundschleimhäuten ein kompakter
löffelförmiger Meßfühler sowohl zur Bestrahlung des Meßmediums als auch zur
Aufnahme des Remissionsspektrums mit im wesentlichen einheitlicher Fläche
(10) von Strahlungsaustritt und Strahlungsaufnahme am Meßfühlerkopf
vorgesehen ist.
25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßfühler außer den Glasfaserbündeln (2, 3) zu Strahlungsquelle (1) und
Detektoreinheit einen Gaskanal (11) zu einer Vakuumpumpe aufweist, wobei der
Gaskanal (11) an die Fläche (10) von Strahlungsaustritt und Strahlungsaufnahme
geführt ist zur reproduzierbaren Ansaugung des Meßmediums.
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