DE3328862A1 - Tissue photometry method and device, in particular for quantatively determining the blood oxygen saturation from photometric measurements - Google Patents

Tissue photometry method and device, in particular for quantatively determining the blood oxygen saturation from photometric measurements

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DE3328862A1 DE19833328862 DE3328862A DE3328862A1 DE 3328862 A1 DE3328862 A1 DE 3328862A1 DE 19833328862 DE19833328862 DE 19833328862 DE 3328862 A DE3328862 A DE 3328862A DE 3328862 A1 DE3328862 A1 DE 3328862A1
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Abstract

The invention relates to a tissue photometry method and device, in particular for quantitatively determining the blood oxygen saturation from photometric measurements periodically obtained using a photometer having a monochromator. Hitherto it was possible to draw essentially only qualitative conclusions from photometric spectra. According to the invention, a first spectrum is extracted from the periodic signal sequence, a specified number of further spectra are chosen on the basis of a selectable quality criterion, a Fourier transformation of the spectr into the frequency space is undertaken and, on the basis of signals in the Fourier spectrum, the characteristic value of a test sample, in particular the blood oxygen saturation, is determined by comparison with a given calibration curve. The associated device and its evaluation circuit comprise at least one selection unit, a Fourier transformation unit and a signal selector. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtunq zur Gewebefotometrie, insbe-Method and device for tissue photometry, in particular

sondere zur quantitativen Ermittlung der Blut-Sauerstoff-Sättigung aus fotometrischen Meßwerten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewebefotometrie, insbesondere zur quantitativen Ermittlung der Blut-Sauerstoff-Sättigung aus fotometrischen Meßwerten, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.special for the quantitative determination of blood oxygen saturation from photometric measured values The invention relates to a method and a Device for tissue photometry, in particular for the quantitative determination of the Blood oxygen saturation from photometric measured values, according to the generic term of Claim 1.

Für die Sauerstoffversorgung in Körpergeweben spielt der Oxygenierungsgrad des Sauerstoffträgers Hämoglobin im Kapillarnetz des Gewebes eine maßgebliche Rolle. Mit Hilfe der Reflexionsspektroskopie kann aufgrund des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens von oxygeniertein und desoxygeniertem Hämoglobin prinzipiell eine Aussage über den momentanen Oxygenierungsgrad in den oberflächlich verlaufenden Kapillaren getroffen werden. Es ist bereits bekannt, Reflexionsspektroskopie als Gewebefotometrie "in vivo" durchzuführen. Dabei wird insbesondere durch den Einsatz von flexiblen Lichtleitern die Untersuchung in kleinen Arealen möglich, wobei Artefakte durch Bewegungen der Gewebeoberflächen durch kurze Aufnahmezeiten verhindert werden sollen.The degree of oxygenation plays a role in the supply of oxygen to body tissues the oxygen carrier hemoglobin in the capillary network of the tissue plays a decisive role. With the help of reflection spectroscopy, due to the different absorption behavior of oxygenated and deoxygenated hemoglobin is in principle a statement about the current degree of oxygenation in the superficial running capillaries met will. It is already known to use reflection spectroscopy as tissue photometry "in vivo ". In particular, through the use of flexible light guides the examination in small areas possible, with artifacts due to movements of the Tissue surfaces should be prevented by short recording times.

Es sind Lichtleiter-Fotometer vorgeschlagen worden, mit denen Signal spektren einer Gewebeprobe in Abhängigkeit von der Wellenlänge ermittelt werden können. Aus dem Amplitudenverlauf eines einzelnen Spektrums kann ein Sachverständiger Aussagen über die Oxygenierung der Gewebeprobe ableiten.Fiber optic photometers have been proposed that can be used to provide signal spectra of a tissue sample can be determined depending on the wavelength can. An expert can use the amplitude curve of an individual spectrum Derive statements about the oxygenation of the tissue sample.

Allerdings blieben die Aussagen bisher weitgehend auf eine qualitative Deutung der Spektren beschränkt. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben sowie eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit denen quantitative Aussagen über charakteristische Größen von Meßproben gemacht werden können.However, the statements have so far been largely qualitative Interpretation of the spectra limited. The object of the invention is therefore to provide a method specify as well as an associated device with which quantitative Statements can be made about characteristic sizes of test samples.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrenshauptanspruches 1 sowie des darauf zurückbezogenen Vorrichtungsanspruches 13 gelöst.According to the invention, the object is achieved by the characterizing features of the main process claim 1 as well as the device claim referring back to it 13 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims specified.

Mit der Erfindung lassen sich in überraschend einfacher Weise die bei der Gewebefotometrie periodisch anfallenden Spektren auswerten. Es können nunmehr auch genaue quantitative Aussagen insbesondere über den Oxygenierungsgrad von Hämoglobin beliebiger Meßproben gemacht werden. Damit ist nun ein Weg aufgezeigt, mit dem der Einsatz des beschriebenen Verfahrens in die klinische Praxis entscheidend erleichtert wird.With the invention, the evaluate periodically occurring spectra in tissue photometry. It can now also precise quantitative statements, especially about the degree of oxygenation of hemoglobin arbitrary test samples can be made. This now shows a way by which the The use of the described method in clinical practice is decisively facilitated will.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung in Verbindung mit den übrigen Unteransprüchen.Further advantages and details of the invention emerge from the following description of the figures based on the drawing in conjunction with the rest Subclaims.

Es zeigen: Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Fotometers mit Spektrometer, Fig. 2 eine Originalkurve zur Gewebefotometrie, die mit dem verwendeten Spektrometer gemessen wurde, Fig. 3 das Ergebnis einer Vorverarbeitung für eine oxygenierte und eine desoxygenierte Meßprobe, Fig. 4 die- zugehörigen Kurven im Frequenzraum, Fig. 5 derartige Kurven zur Darstellung der Kinetik des Desoxygenierungsvorganges, Fig. 6 blockschaltbildmäßig eine Vorrichtung zur Durchführung der anhand der Figuren 2 bis 5 dargestellten Verfahrensschritte.They show: FIG. 1 the schematic structure of a photometer with a spectrometer, 2 shows an original curve for tissue photometry, which was obtained with the spectrometer used was measured 3 shows the result of preprocessing for a oxygenated and one deoxygenated test sample, FIG. 4 the associated curves in Frequency domain, Fig. 5 such curves to illustrate the kinetics of the deoxygenation process, 6 shows, in the form of a block diagram, a device for carrying out the with the aid of the figures 2 to 5 illustrated process steps.

In der Figur 1 besteht ein Mikro-Lichtleiter-Fotometer im wesentlichen aus einer Lichtquelle 1, die durch eine Xenon-Höchstdrucklampe realisiert ist. Von der Lichtquelle 1 wird das Licht über ein Filtersystem 2 auf eine Lichtleitfaser 3 von 70 pm Durchmesser als Sendelichtleiter Gewebeprobe P geleitet. Das reflektierte Licht wird über sechs Fasern, die ringförmig um den Sendelichtleiter angeordnet und pauschal mit 4 bezeichnet sind, zu einem Wellenlängenselektor geführt. Letzterer besteht aus einer mittels eines Motors 6 rotierbaren Verlaufsinterferenzfilterscheibe 5 als Monochromator, bei der in Abhängigkeit vom Drehwinkel Licht unterschiedlicher Wellenlänge zwischen 495 nm und 615 nm selektiert wird. Die Interferenzfilterscheibe 5 läßt an der Meßstelle M in Abhängigkeit vom Drehwinkel das Licht verschiedener -Wellenlängen passieren, wobei bei einem Drehwinkel von 0 bis 1800 der Wellenlängenbereich zwischen 495 und 615 nm in aufsteigender Folge und im Bereich von 180 bis 3600 in umgekehrter Richtung durchlaufen wird. Die Intensität des transmittierten Lichtes wird von einem Fotomultiplier 7 gemessen und in Form eines analogen Spannungssignals zwecks Auswertung und weiterer Verrechnung ausgegeben. Das Spannungssignal ge- langt dazu auf eine vorzugsweise digital arbeitende Auswertevorrichtung 10, die weiter unten im einzelnen beschrieben wird. Bei jeder Scheibenumdrehung des Monochromators 5 kann ein Triggerimpuls für die Auswertung abgeleitet werden.In FIG. 1, there is essentially a micro-fiber optic photometer from a light source 1, which is realized by a xenon high pressure lamp. from the light source 1 is the light through a filter system 2 on an optical fiber 3 with a diameter of 70 μm as a transmitting light guide tissue sample P. That reflected Light is transmitted via six fibers that are arranged in a ring around the transmitting light guide and are generally denoted by 4, led to a wavelength selector. The latter consists of a progressive interference filter disc rotatable by means of a motor 6 5 as a monochromator, where the light varies depending on the angle of rotation Wavelength between 495 nm and 615 nm is selected. The interference filter disc 5 leaves the light different at the measuring point M depending on the angle of rotation - Wavelengths pass, with a rotation angle of 0 to 1800 the wavelength range between 495 and 615 nm in ascending order and in the range from 180 to 3600 in is traversed in the opposite direction. The intensity of the transmitted light is measured by a photomultiplier 7 and in the form of an analog voltage signal issued for the purpose of evaluation and further accounting. The voltage signal is enough to a preferably digitally operating evaluation device 10, which further will be described in detail below. With every revolution of the disk of the monochromator 5 a trigger pulse can be derived for the evaluation.

Es ist auch möglich, ein Spektrometer zu verwenden, bei dem das eingestrahlte Licht monochromatisiert und dann das Spektrum periodisch abgescannt wird. Durch Ableitung weiterer Triggerpulse können bestimmte Wellenlängen markiert werden, um die Digitalisierung der Meßsignale wellenlängenabhängig zu steuern.It is also possible to use a spectrometer in which the irradiated Light is monochromatized and then the spectrum is scanned periodically. By Deriving further trigger pulses, certain wavelengths can be marked in order to to control the digitization of the measurement signals as a function of the wavelength.

Der Aufbau der Auswertevorrichtung 10 wird anhand der Figur 6 beschrieben; aus den Figuren 2 bis 5 ergibt sich zunächst im wesentlichen die verfahrensmäßige Behandlung der Meßsignale.The structure of the evaluation device 10 is described with reference to FIG. 6; from FIGS. 2 to 5 essentially the process-related one emerges Treatment of the measurement signals.

Figur 2 zeigt einerseits, daß das Meßsignal periodisch mit der Rotation der Interferenz-Filterscheibe 5 verläuft und andererseits, daß es von einem starken Rauschen überlagert wird. Zur weiteren Signalverarbeitung müssen die Signale in einzelne Perioden getrennt werden. Dabei besteht die Schwierigkeit, daß einerseits die Periodenlänge unbekannt ist und andererseits die Längen verschiedener Perioden nicht identisch sind.FIG. 2 shows, on the one hand, that the measurement signal is periodic with the rotation the interference filter disc 5 runs and on the other hand that it is of a strong Noise is superimposed. For further signal processing, the signals in separate periods. The difficulty here is that on the one hand the period length is unknown and on the other hand the lengths of different periods are not identical.

Letzteres kann beispielsweise durch Schwankungen der Rotationsgeschwindigkeit der Verlaufsinterferenzfilterscheibe 5 bewirkt werden.The latter can be caused, for example, by fluctuations in the rotational speed the gradient interference filter disk 5 can be effected.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird zunächst ein "Referenz-Spektrum" ermittelt. Als Kriterium für die Güte eines solchen Spektrums können u.a. das Signal/ Rausch-Verhältnis , die Signalhöhe oder andere Signaleigenschaften herangezogen werden. Durch Vergleich einzelner Spektren anhand der Gütekriterien werden andere geeignete Abschnitte für die Auswertung gefunden.In the proposed method, first a "reference spectrum" determined. The signal / Noise ratio, the signal height or other signal properties used will. By comparing individual spectra based on the quality criteria, different ones become suitable sections found for the evaluation.

Beispielsweise werden zunächst eine "Referenz-Periode" ermittelt und mittels Korrelation die ähnlichsten Abschnitte gefunden. Dabei kann auch genutzt werden, daß die Interferenzfilterscheibe 5 unabhängig vom Meßsignal bereits eine periodische Grundfunktion erzeugt, deren Maxima bzw. Minima zur Periodenfindung dienen.For example, a “reference period” is first determined and the most similar sections were found by means of correlation. This can also be used be that the interference filter disc 5 regardless of the measurement signal already a Periodic basic function is generated, its maxima or minima for period determination to serve.

Es werden also mit obigem Verfahren aus den Meßspektren einander ähnliche Abschnitte aufgefunden. Zwar ist die Korrelationslänge im wesentlichen durch die Länge des Referenzspektrums bestimmt; es lassen sich aber unterschiedliche Periodenlängen durch Überlappung der Korrlationsfelder kompensieren. Durch letzteren Verfahrensteilschritt kann man also vom Triggerimpuls der Filterscheibe unabhängig werden.With the above method, the measurement spectra thus become similar to one another Sections found. Although the correlation length is essentially by the Length of reference spectrum determined; however, different period lengths can be used Compensate by overlapping the correlation fields. By the latter process sub-step one can thus become independent of the trigger pulse of the filter disc.

Es ergibt sich somit die Möglichkeit, anhand von Gütekriterien aus der großen Anzahl von vorhandenen Spektren eine bestimmte Anzahl Einzel spektren auszuwählen. Diese Einzel spektren können aber noch Störungen, beispielsweise Signalrauschen, aufweisen.There is thus the possibility of using quality criteria the large number of available spectra a certain number of individual spectra to select. These individual spectra can, however, still have interference, for example signal noise, exhibit.

Eine Störungsunterdrückung kann im allgemeinen durch eine gewichtete Mittelung (sog. averaging) erreicht werden. Man kann zeigen, daß eine Mittelung von mehr als 15 Perioden bereits zu einem guten Ergebnis führt.Interference suppression can generally be carried out using a weighted Averaging can be achieved. One can show that an averaging of more than 15 periods already leads to a good result.

Beispielsweise sind in der Figur 3 zwei Frequenzspektren dargestellt, die nach dem vorher beschriebenen Verfahrensschritt vorverarbeitet und einer Mittelung über 30 Perioden unterzogen wurden. Dabei ist das erste Spektrum von einer oxygenierten und das zweite Spektrum von einer desoxygenierten Probe gewonnen worden.For example, two frequency spectra are shown in FIG. which are preprocessed according to the previously described process step and an averaging have been subjected to over 30 periods. The first spectrum is from an oxygenated one and the second spectrum obtained from a deoxygenated sample.

Da die vorverarbeiteten Signale periodisch und bandbegrenzt sind, können sie mit Hilfe der Fourier-Transformation in den Frequenzraum transformiert werden. Die Transformation führt zu einer Darstellung der Wellenlängenfunktionen als Amplituden-Frequenzdiagramme und ist in der Figur 4 für beide Proben dargestellt.Since the preprocessed signals are periodic and band limited, they can be transformed into the frequency space with the help of the Fourier transformation will. The transformation leads to a representation of the wavelength functions as amplitude-frequency diagrams and is shown in FIG. 4 for both samples.

Der Aufbau der Interferenz-Filterscheibe 5 bedingt bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten einen über den Wellenlängenbereich nahezu symmetrischen Signalverlauf, was insbesondere aus Figur 3 ersichtlich ist. Die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit kann dadurch erhöht werden, daß jeweils nur eine Periodenhälfte gemessen und anschließend gespiegelt wird. Bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten ist ein theoretischer Informationsverlust vernachlässigbar.The structure of the interference filter disk 5 requires high rotation speeds a signal curve that is almost symmetrical over the wavelength range, which in particular from Figure 3 can be seen. The signal processing speed can thereby be increased so that only one half of the period is measured and then mirrored will. At high rotation speeds there is a theoretical loss of information negligible.

Änderungen der Hämoglobin-Oxygenierung bewirken eine deutliche Veränderung der korrespondierenden Amplituden-Frequenzdiagramme, wobei durch eine Oxygenierung eine Zunahme der Amplituden bewirkt wird.Changes in hemoglobin oxygenation cause a significant change of the corresponding amplitude-frequency diagrams, with an oxygenation an increase in the amplitudes is caused.

Es hat sich gezeigt, daß kleine Änderungen in der Oxygenierung zwar nur solche geringen Anderungen im Signalverlauf bewirken, die visuell kaum bzw. gar nicht erkennbar sind; im Frequenzraum ergibt sich jedoch ein deutlicher Unterschied, der zur weiteren Auswertung herangezogen wird.It has been shown that small changes in oxygenation admittedly only cause such minor changes in the signal curve that are hardly visible visually or are not recognizable at all; In the frequency domain, however, there is a clear difference, which is used for further evaluation.

Die Figur 5 zeigt nun eine Reihe derartiger Spektren, die ausgehend von einer oxygenierten Probe in Zwischenschritten bis zu einer desoxygenierten Probe gewonnen wurden und die Kinetik solcher Vorgänge zeigen. Als Parameter ist die Zeit in lOs-Schritten eingetragen, wobei die Oxygenierung mit der Zeit abnimmt. Derartige Spektren können sich beispielsweise bei der Stickstoffbegasung einer vorher oxygenierten Meßprobe ergeben, wobei dieser kinetische Vorgang reversibel ist.FIG. 5 now shows a number of such spectra, starting from from an oxygenated sample in intermediate steps to a deoxygenated sample and show the kinetics of such processes. The parameter is time entered in 10s steps, the oxygenation decreasing over time. Such Spectra can, for example, be a previously oxygenated with nitrogen gassing Resulting test sample, this kinetic process being reversible.

Es bietet sich an, für die Spektren folgende Parameter zu ermitteln: a) m (t) : entspricht einer Probe mit unbekannter Oxygenierung b) h (t) : entspricht der Probe mit dem am stärksten oxygenierten Spektrum c) 1 (t) : entspricht der Probe mit dem am stärksten desoxygenierten Spektrum Der Anteil von h (t) an m (t) ergibt sich aufgrund folgender Korrelationsbeziehung: m (t) = % ~ h (t) + f?.l (t) (1) Der Faktor >L stellt ein Maß für den oxygenierten und ein Maß für den desoxygenierten Anteil im Spektrum dar. Insbesondere der interessierende Faktor >S kann nun derart ermittelt werden, daß Gleichung (1) sowohl mit dem Spektrum einer voll oxygenierten Probe als auch dem Spektrum einer voll desoxygenierten Probe korreliert wird. Damit ist die Möglichkeit gegeben, eine quantitative Aussage im Rahmen der Gewebefotometrie zu treffen.It is advisable to determine the following parameters for the spectra: a) m (t): corresponds to a sample with unknown oxygenation b) h (t): corresponds to the sample with the most strongly oxygenated spectrum c) 1 (t): corresponds to the sample with the most strongly deoxygenated spectrum The proportion of h (t) in m (t) gives due to the following correlation: m (t) =% ~ h (t) + f? .l (t) (1) The factor> L represents a measure for the oxygenated and a measure for the deoxygenated Part in the spectrum. In particular the interesting factor> S can now be be found that equation (1) with both the spectrum of a fully oxygenated Sample and the spectrum of a fully deoxygenated sample is correlated. In order to there is the possibility of a quantitative statement in the context of tissue photometry hold true.

Messungen haben gezeigt, daß sich der Anteil der hohen Frequenzen am Meßsignal in charakteristischer Weise speziell mit der Oxygenierung ändert. Diese Signalmerkmale können also als quantitatives Maß für den Oxygenle- runsgrad betrachtet werden, wobei nach Vorgabe einer Eichkurve aus diesem Merkmal sofort der Oxygenierungsgrad einer unbekannten Meßprobe ermittelt werden kann.Measurements have shown that the proportion of high frequencies changes on the measurement signal in a characteristic way, especially with the oxygenation. These Signal features can therefore be used as a quantitative measure for the oxygen level runsgrad be considered, after specifying a calibration curve from this feature immediately the degree of oxygenation of an unknown test sample can be determined.

In der Figur 6 bedeutet A das Analogsignal des Fotomultipliers 7. Dieses wird über einen Filter 11 zur Bandbegrenzung und einen A/D-Wandler 12 mit hoher Abtastfrequenz digital gewandelt und anschließendeinem Speicher 15 zwecks Zwischenspeicherung zugeführt. Über einen Triggersignalgeber 13 können Impulse aus der Drehung der Monochromatorscheibe 5 abgeleitet werden, welche charakteristisch für den Spektrentakt sind und als Start- sowie Resetimpulse verwendet werden können.In FIG. 6, A denotes the analog signal of the photomultiplier 7. This is via a filter 11 for band limitation and an A / D converter 12 with high sampling frequency and then a memory 15 for the purpose Intermediate storage supplied. A trigger signal generator 13 can emit pulses the rotation of the monochromator disc 5 can be derived, which is characteristic for the spectrum cycle and can be used as start and reset pulses.

Vorteilhafterweise kann die Digitalisierung von einer Takteinheit 14 entsprechend der aktuell vorliegenden Wellenlänge der Interferenzfilterscheibe 5 nach Fig. 1 gesteuert sein.The digitization can advantageously be carried out by a clock unit 14 corresponding to the currently present wavelength of the interference filter disc 5 be controlled according to FIG.

Nach Vorgabe eines Gütekriteriums GK im bereits beschriebenen Sinne lassen sich bei einer Vielzahl aufgenommener und zwischengespeicherter Spektren die geeigneten herausgreifen. Im vorliegenden Fall dient der Triggerimpuls speziell zur Anwahl eines ersten Referenzspektrums. In einer Vergleichseinheit 16 wird die "Referenz-Periode" mit den im Speicher 15 zwischengespeicherten Spektren verglichen. Aus der großen Anzahl der gespeicherten Meßwerte wird damit durch Vergleich eine vorgegebene Anzahl weiterer Spektren bestimmt, die zusammen der Einheit 20 zur Störungsunterdrückung zugeführt werden.According to the specification of a quality criterion GK in the sense already described can be used with a large number of recorded and temporarily stored spectra pick out the appropriate ones. In the present case, the trigger pulse is used specifically to select a first reference spectrum. In a comparison unit 16, the "Reference period" compared with the spectra temporarily stored in memory 15. A comparison is made from the large number of stored measured values predetermined number of further spectra determined, which together the unit 20 for interference suppression are fed.

Zur Störungsunterdrückung wird anschließend in einer nachgeschalteten Einheit 20 eine selektive Aufaddition und Mittelwertbildung (sog. "averaging") durchgeführt, was einer Filterung der Spektren gleichkommt. Damit ist das Signal weitgehend rauschfrei, so daß es einer Einheit 25 zur Fourier-Transformation zugeführt werden kann.In order to suppress interference, a downstream Unit 20 carries out a selective addition and averaging (so-called "averaging"), which is equivalent to filtering the spectra. This means that the signal is largely free of noise, so that it can be fed to a unit 25 for Fourier transformation.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, vor der Fourier-Transformation eine Entzerrung der Spektren vorzunehmen.It has been found to be useful before the Fourier transform to rectify the spectra.

Eine dazu vorgesehene Einheit 22 dient gleichermaßen zur oben erläuterten Signalspiegelung.A unit 22 provided for this purpose is used in the same way as the one explained above Signal mirroring.

Aus dem fourier-transformierten Spektrum wählt ein Signalselektor 26 als Merkmalsextrahierer die für die Oxygenierung signifikanten Frequenzen bzw. Frequenzbereiche aus. Solche Merkmale sind wie erwähnt der Anteil der hohen Frequenzen: Zur quantitativen Erfassung können entweder direkt die Amplituden bei den Maxima verwendet werden; es kann zur genauen Messung auch das Verhältnis der Summe der Amplituden solcher Frequenzen, die oberhalb eines vorgegebenen Minimums liegen, zur Summe der Amplituden der Frequenzen, die unterhalb des Minimums liegen, ermittelt werden. In der Figur 4 sind die zugehörigen Flächen durch Schraffur angedeutet.A signal selector selects from the Fourier-transformed spectrum 26 as a feature extractor, the frequencies or frequencies that are significant for oxygenation. Frequency ranges off. As mentioned, such features are the proportion of high frequencies: For quantitative recording, either the amplitudes at the maxima be used; For accurate measurement it can also be the ratio of the sum of the Amplitudes of frequencies that are above a given minimum, for the sum of the amplitudes of the frequencies that are below the minimum will. In FIG. 4, the associated areas are indicated by hatching.

Dem Signalselektor 26 zur Gewinnung der Signalmerkmale ist eine Eicheinheit 27 zugeordnet. Durch Vergleichen der Meßwerte mit einer vorgegebenen Kennlinie in einer Analyseeinheit 28 wird die Oxygenierung unbekannter Proben bestimmt und auf einer Anzeigeeinheit 29 digital oder analog angezeigt. Zusätzlich können die Daten rechnerkompatibel abgespeichert werden.The signal selector 26 for obtaining the signal features is a calibration unit 27 assigned. By comparing the measured values with a given characteristic in the oxygenation of unknown samples is determined and displayed in an analysis unit 28 a display unit 29 is displayed digitally or analogously. In addition, the data can be saved in a computer-compatible manner.

Das beschriebene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung sind außer für eine allgemeine Gewebefotometrie speziell zur quantitativen Ermittlung der Blut-Sauerstoff-Sättigung im Gewebe geeignet. Die vorgeschlagene Meßmethode kann dazu auch bei sich ändernden Hämoglobin-Konzentrationen angewendet werden. Neben der Untersuchung des Hämoglobins können mit dem gleichen Ver- fahren auch andere absorbierende und fluoreszierende Farbstoffe gewebefotometrisch erfaßt werden, sofern ein frequenzabhängiges Verhalten vorliegt. Hier ergeben sich bisher ungenutzte Möglichkeiten für eine quantitative Auswertung.The method described and the associated device are except for general tissue photometry, especially for the quantitative determination of blood oxygen saturation suitable in tissue. The proposed measurement method can also be used for changing Hemoglobin concentrations are applied. In addition to the study of hemoglobin can with the same also drive other absorbent and fluorescent dyes can be detected by tissue photometry, provided a frequency-dependent one Behavior is present. Here there are previously unused possibilities for a quantitative one Evaluation.

21 Patentansprüche 6 Figuren21 claims 6 figures

Claims (21)

Patentansprüche Verfahren zur Gewebefotometrie, insbesondere zur quantitativen Ermittlung der Blut-Sauerstoff-Sättigung aus fotometrischen Meßwerten, welche bei einer Meßprobe mittels eines Fotometers mit Monochromator periodisch gewonnen werden, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß a) aus der periodischen Signalfolge ein erstes Spektrum herausgegriffen wird, b) anhand eines wählbaren Gütekriteriums eine vorgegebene Anzahl weiterer Spektren ausgewählt wird, c) eine Fourier-Transformation der Spektren in den Frequenzraum vorgenommen wird und d) anhand von Signalmerkmalen im Fourier-Spektrum durch Vergleich mit einer vorgegebenen Eichkurve der charakteristische Wert der Meßprobe, insbesondere die Blutsauerstoffsättigung, ermittelt wird.Method for tissue photometry, especially quantitative Determination of the blood oxygen saturation from photometric measured values, which at a measurement sample can be obtained periodically by means of a photometer with a monochromator, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that a) from the periodic signal sequence a first spectrum is picked out, b) on the basis of a selectable quality criterion a predetermined number of further spectra is selected, c) a Fourier transformation the spectra is made in the frequency domain and d) on the basis of signal characteristics the characteristic in the Fourier spectrum by comparison with a given calibration curve The value of the test sample, in particular the blood oxygen saturation, is determined. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß für den Verfahrensschritt a) das erste Spektrum mittels eines Tr.ggerimpulses abgeleitet wird.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that for method step a) the first spectrum by means of a Tr.ggerimpulses is derived. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Gütekriterium bei Verfahrensschritt b) einen Formvergleich der Spektren beinhaltet 3. The method of claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the quality criterion in method step b) is a shape comparison of the spectra contains 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Formvergleich nach Digitalisierung der Spektrendaten erfolgt.4. The method according to claim 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the shape comparison after digitization of the spectrum data he follows. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Digitalisierung vom Monochromator wellenlängenabhängig gesteuert ist.5. The method according to claim 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the digitization is controlled by the monochromator as a function of the wavelength is. 6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Meßsignal einer Störungsreduktion unterzogen wird.6. The method of claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the measurement signal is subjected to an interference reduction. 7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Störungsreduktion mittels selektiver Addition und anschließender Mittelung (sog. averaging) erfolgt.7. The method according to claim 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the interference reduction by means of selective addition and subsequent Averaging takes place. 8. Verfahren nach Anspruch 7, d a du ur c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß für die selektive Addition zwischen 15 und 60 Spektren, vorzugsweise 30 Spektren, ausgewählt werden.8. The method according to claim 7, d a you c h g e -k e n n z e i c h n e t that for selective addition between 15 and 60 spectra, preferably 30 spectra can be selected. 9. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß für Verfahrensschrittd) als Signal merkmal die Amplituden bestimmter Frequenzen bzw. Frequenzbereiche herausgegriffen werden.9. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that for method step d) as a signal characteristic the amplitudes of certain Frequencies or frequency ranges are picked out. 10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Amplitude eines Maximums herausgegriffen wird.10. The method according to claim 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c n e t that the amplitude of a maximum is picked out. 11. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Verhältnis der Summen der Amplituden solcher Frequenzen die oberhalb eines vorgegebenen Signalminimums liegen, zur Summe der Amplituden derjenigen Frequenzen, die unterhalb des Minimums liegen, als Signalmerkmal herangezogen wird.11. The method according to claim 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the ratio of the sums of the amplitudes of such frequencies to those above a predetermined signal minimum lie to the sum the amplitudes those frequencies that are below the minimum are used as the signal feature will. 12. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Eichkurve durch Korrelation mit einer oxygenierten und einer desoxygenierten Probe ermittelt wird.12. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c It should be noted that the calibration curve is based on correlation with one oxygenated and one deoxygenated Sample is determined. 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 12, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auswerteschaltung wenigstens eine Auswahleinheit (11 -16) für die Spektren, eine Einheit zur Fourier-Transformation (25) und einen Signalselektor (26) zum Vergleich der selektierten Merkmale mit einer vorgegebenen Eichkurve umfaßt.13. Apparatus for performing the method according to claim 1 or one of claims 2 to 12, d a -d u r c h e k e n n z e i c h n e t that the Evaluation circuit at least one selection unit (11-16) for the spectra, one Fourier transform unit (25) and a signal selector (26) for comparison the selected features with a predetermined calibration curve. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t g daß die Auswahleinheit (11 - 16) Mittel zum Selektieren der Meßspektren anhand vorgegebener Gütekritieren aufweist.14. The apparatus of claim 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t g that the selection unit (11-16) has means for selecting the measurement spectra has on the basis of predetermined quality criteria. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zusätzliche eine Einheit zur Störungsreduktion (20) vorhanden ist.15. The apparatus of claim 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that an additional unit for interference reduction (20) is present. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einheit zur Störungsreduktion (20) ein Mittelwertbildner ist.16. The apparatus of claim 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the unit for interference reduction (20) is an averaging device. 17. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Speicher (15) vorhanden ist, in welchem die aufgenommenen Spektren zur weiteren Verarbeitung zwischengespeichert werden.17. The apparatus of claim 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a memory (15) is present in which the recorded spectra be cached for further processing. 18. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Signalselektor (26) eine Einheit (27) zur rechnerischen Festlegung der Eichkurve zugeordnet ist.18. The apparatus of claim 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the signal selector (26) has a unit (27) for computational determination is assigned to the calibration curve. 19. Vorrichtung nach Ansruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor der Einheit zur Fourier-Transformation (25) eine Einrichtung (22) zur Spiegelung und/oder Entzerrung der Meßspektren eingeschaltet ist.19. Device according to claim 13, d a d u r c h g e n n n z e i c h n e t that before the unit for Fourier transformation (25) a device (22) is switched on for mirroring and / or equalization of the measurement spectra. 20. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Digital-Rechner zur Auswertung vorhanden ist.20. The device according to claim 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a digital computer is available for evaluation. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Digital-Rechner ein Mikroprozessor mit zugehörigem Speicher verwendet wird.21. The device according to claim 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the digital computer is a microprocessor with an associated memory is used.
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