具有內置光譜儀的診斷測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于非介入地測量至少一個人體生理參數(shù)的診斷測量裝置。該測量裝置包括:用于發(fā)射第一電磁射線的連續(xù)光譜輻射器(110),所述電磁射線的光譜具有在一個波長范圍上延伸的連續(xù)光譜;用于人的身體部分(100)貼靠在測量裝置上的貼靠面,其中,該貼靠面如此構造,使得利用第一電磁射線對身體部分(100)進行輻射,其中,所述第一電磁射線通過透射、散射和/或反射而作為第二電磁射線被身體部分(100)的組織發(fā)射;用于探測所述第二電磁射線的至少一個光譜部分的探測器(102;104);用于對第一和/或第二電磁射線的波長范圍進行光譜選擇的光譜分解單元(106;114;116;402)。另外,本發(fā)明還涉及一種用于非介入地測量至少一個人體生理參數(shù)的診斷測量裝置,其具有:具有用于實施電解質運動測量的矩陣狀設置的測量電極的傳感器和與該傳感器相連的信號處理裝置,其中,該信號處理裝置被設置為用于通過所述傳感器實施對在人的身體部分的表面上的電勢值的位置分辨的和時間分辨的測量。
【專利說明】具有內置光譜儀的診斷測量裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于非介入地檢測人體的至少一個生理參數(shù)的診斷測量裝置。
【背景技術】
[0002]眾所周知,為身體組織供氧屬于人的最重要的生命機能。出于這個原因當今在醫(yī)學領域血氧的診斷模式(oximetrische Diagnosemodalitaeten)有著重要的意義。日常使用所謂的脈沖血氧計。這樣的脈沖血氧計典型地包括兩個光源,這些光源在波長不連續(xù)(diskret)的情況下分別將光、即紅光或者紅外光照射到身體組織中。所述光在身體組織中散射并且部分被吸收。經(jīng)散射的光最終借助探測器被探測到。該探測器為此包括例如形式為適宜的光電管的光傳感器。市場銷售的脈沖血氧計首先典型地使用波長范圍為660nm的光。在這個范圍內被氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白吸收的光大不相同。因此,借助光傳感器探測到的、經(jīng)散射的光的強度與為被檢查的身體組織供應富氧的血液或者含氧量少的血液的程度相關地發(fā)生變化。其次,通常使用波長范圍為SlOnm的光。這個光波波長位于所謂的近紅外線光譜范圍內。氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對光的吸收在這個光譜范圍內基本上相同。通常利用這種裝置來測量動脈血液(Sa02,SpO2)和靜脈血液(ScvO2, SvO2)中的血紅蛋白氧飽和度。已知的脈沖血氧計另外能夠產(chǎn)生容積描記信號,即容積脈搏信號,該信號再現(xiàn)了在心搏期間由脈沖血氧計檢測到的微血管系統(tǒng)中的變化的血量(所謂的光電容積描記術)。通常的脈沖血氧計應用在患者的指尖上或耳垂上。然后由身體組織的這個區(qū)域中的微血管系統(tǒng)的血液灌注情況產(chǎn)生容積脈搏信號。
[0003]例如DE10200605 2125A1公開了一種用于對經(jīng)灌注的組織(in perfundiertemGewebe)中的生理變量進行光學確定的裝置。該裝置為此具有第一光源和第二光源,這些光源分別發(fā)射可事先確定的第一波長或者第二波長的光輻射。通過分析處理單元和光電探測器,由穿過組織的光或者被組織反射的光來確定各種不同的生理變量。
[0004]由US2005/0277818A1已知一種用于確定微循環(huán)中、就是說氧與組織細胞交換的地方的氧飽和度(StO2)的裝置。該裝置為此包括大量的形式為LED的光源,這些光源在有針對性地選擇的不同的波長(例如692nm、720nm、732nm、748nm、760nm、788nm)的情況下放射。按照一個數(shù)學公式由在不同波長的情況下探測到的散射光或透射光的強度估算出吸收光譜的二階導數(shù)。然后由這個導數(shù)光譜(“二階導數(shù)衰減光譜”)的特性曲線可以推斷出血紅蛋白氧飽和度StO2。
[0005]之前介紹的解決方案具有的缺點是:必須特意為每個光波波長設置專門的光源和必要時相應的專門的光傳感器。根據(jù)上述US2005/0277818A1以在僅僅幾個不多的波長的情況下的測量為基礎對導數(shù)光譜的估算相對而言不準確并且因此以不利的方式導致對StO2的確定不很精確。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是,提供一種用于非介入地確定生理參數(shù)的裝置,該裝置相對現(xiàn)有技術得到改進并且在其功能性方面得到擴展。
[0007]本發(fā)明的目的利用獨立專利權利要求的特征得以實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式在從屬專利權利要求中得以闡述。
[0008]本發(fā)明提出一種診斷測量裝置,該診斷測量裝置具有用于發(fā)射第一電磁射線的輻射源。優(yōu)選輻射源涉及的是連續(xù)光譜輻射器,其射線譜具有在一個波長范圍上延伸的連續(xù)光譜。代替多個在不連續(xù)的波長的情況下放射(或多或少地窄頻帶的)電磁射線的光源,根據(jù)本發(fā)明可以使用連續(xù)光譜輻射器作為唯一的光源,該連續(xù)光譜輻射器覆蓋寬的波長范圍,即相應的測量所需的全部波長。連續(xù)光譜輻射器例如可以涉及的是發(fā)射白光的光源。根據(jù)本發(fā)明的裝置具有貼靠面用于貼靠人的身體部分。該貼靠面如此構造,使得利用第一電磁射線對身體部分進行輻射。在身體部分的被這樣輻射的組織中,電磁射線被散射和/或被反射。經(jīng)過如此改變的射線在本發(fā)明的意義上被稱為第二電磁射線,該第二電磁射線由所述身體部分的組織發(fā)射。設置有探測器,該探測器探測第二電磁射線的至少一個光譜組分。為此該探測器可以具有一個或多個適宜的光敏器件。另外,根據(jù)本發(fā)明的裝置包括光譜分解單元用于對第一和/或第二電磁射線的波長范圍進行光譜選擇。在對第一電磁射線的波長進行光譜選擇的情況下,根據(jù)本發(fā)明的裝置的貼靠面如此設置,使得利用光譜選擇的波長來輻射身體部分。在對第二電磁射線的波長進行光譜選擇的情況下,探測器構造成用于對第二電磁射線進行光譜選擇探測。由此似乎光譜分解單元聯(lián)合連續(xù)光譜輻射器以及探測器構成分光計,利用該分光計可以完全地并且(幾乎)連續(xù)地測量想了解的光譜范圍,而且沒有對各個不連續(xù)的波長的限制。與現(xiàn)有技術相比,此處存在重要的優(yōu)點。
[0009]在這種情況下,利用根據(jù)本發(fā)明的裝置可以進行的測量沒有普遍性限制地例如包括:
[0010]一在不貼靠身體部分的情況下對在探測器上檢測的第一電磁射線的強度進行測量,這個測量對于校準來說是有益的且必要的情況下是必須的并且可以在任何波長的情況下進行;
[0011]—在波長660nm或者880nm和810nm的情況下確定氧飽和度SaO2;
[0012]一在波長在400nm至1000nm的范圍內的情況下確定組織中的氧飽和度StO2 ;
[0013]一在波長在660nm至880nm的范圍內的情況下確定代謝引起的局部耗氧量;
[0014]一在波長為660nm和880nm的情況下測量供血(容積脈搏、脈搏波速、動脈硬化指數(shù) SI);
[0015]一在波長940nm的情況下測量皮膚中的含水量;
[0016]一測量皮層厚度、基礎血量(Basisblutmenge)和血液密度。
[0017]由于光在皮膚中的透射和吸收既與波長相關也與層厚相關,所以不管是皮層厚度還是基礎血量都是與其他的測量相關地重要參數(shù)。
[0018]如從上面列舉的實例中可以看出的那樣,在根據(jù)本發(fā)明的裝置中第一電磁射線的連續(xù)光譜的光譜寬度為至少200nm。為了能夠無限制地實施全部有關的光學測量,第一電磁射線的連續(xù)光譜應該盡可能地覆蓋700nm至900nm的波長范圍,優(yōu)選500nm至1000nm的波長范圍,特別優(yōu)選300nm至IlOOnm的波長范圍。
[0019]需要注意的是:電磁射線的散射在本發(fā)明的意義中也被理解為由于組織中的吸收過程的原因所造成的強度損失,以及還有任意種類的光子一原子一相互作用和光子一分子一相互作用,包括所有種類的彈性散射、非彈性散射和產(chǎn)生的光子放射(還有熒光)。
[0020]按照本發(fā)明的一種實施方式,光譜分解單元將第一和/或第二電磁射線所包括的波長范圍在空間上分離。光譜分解單元可以相應地涉及到衍射光柵、棱鏡、干擾楔(Interferenzkeil)或類似裝置。
[0021]按照本發(fā)明的一種實施方式,此外探測器構造成用于位置分辨地(ortsaufgeloest)(和時間分辨地(26;^31^8610681:))探測第二電磁射線的至少一個光譜組分。首先,這能夠實現(xiàn)針對身體組織內部的不同位置來對生理參數(shù)進行分開檢測。位置分辨的探測器與借助光譜分解單元將第一和/或第二電磁射線所包括的波長范圍進行空間上的分離相結合構成分光計,利用該分光計可以同時探測大量不同的波長范圍。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的設計,探測器為了位置分辨的(和時間分辨的)探測而可以具有由在空間上分開的光敏探測器元件構成的像素矩陣。例如具有由光電探測器(例如互補金屬氧化物半導體線陣傳感器(CMOS Zeilensensor))構成的集成矩陣的半導體芯片或還有電荷耦合(CCD)元件是適合的。每個像素可以配屬給一個確定的波長范圍。例如棱鏡或干擾楔可以直接設置在像素矩陣上,使得經(jīng)過光譜選擇的射線到達為相應的波長范圍設置的像素上。[0023]按照本發(fā)明的另一種實施方式,探測器另外構造成用于實施生物阻抗測量和/或用于實施電解質運動測量(Elektrolytbewegungsmessung)。
[0024]為了確定生物參數(shù)、諸如身體脂肪含量,生物的阻抗測量(簡稱生物阻抗測量)的原理是已知的。為了測定例如局部耗氧量,作為對光學確定的動脈氧飽和度的補充也可以借助根據(jù)本發(fā)明的測量裝置來確定被檢查的身體部分的組織中的毛細血管的氧飽和度。為此有用的是:已知被檢查的身體組織的成份。身體組織的局部脂肪含量和/或含水量是重要的參數(shù)。這些參數(shù)可以借助生物電阻抗測量來檢測。另外,可以測定身體部分的和血管的電阻。因此按照本發(fā)明的一種合適的設計,將光學測量與一個裝置中的生物阻抗測量相結合。另外,生物阻抗測量可以用于檢測總的組織參數(shù),如總脂肪含量和/或總含水量。通過這種方式根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的功能性得到擴展。用于生物阻抗測量的傳感器可以如此地構造,使得通過它們既可以測量局部的也可以測量總的組織參數(shù)。
[0025]鈉鉀三磷酸腺苷酶(ATPase)(確切地說:3Na+/2K+三磷酸腺苷酶),也被稱為鈉鉀離子泵,是一種固定在組織細胞的細胞膜中的跨膜蛋白。酶在對三磷酸腺苷(ATP)、人的新陳代謝的能量載體的水解作用下催化將鈉離子運出細胞并且將鉀離子運入細胞,而且是反向于化學濃度梯度和電荷梯度。陽離子Na+/K+在各個組織細胞中分布不均:細胞內部的Na+濃度低(5至15mmol/l),內部的K+濃度高(120至150mmol/l)。這種極其重要的濃度梯度一方面由所謂的鉀通道造成,另一方面由所提到的鈉鉀三磷酸腺苷酶造成。借助鈉鉀三磷酸腺苷酶使每個ATP分子向外輸送三個Na+離子并向內輸送兩個K+離子。由此使得特別是對神經(jīng)細胞和肌肉細胞在功能上重要的靜止膜電位得以維持。因此根據(jù)本發(fā)明設置的電解質運動測量,就是說之前介紹的對身體細胞中的離子輸送的活力的測量允許對局部新陳代謝活動的推斷并且由此最后對被檢查的患者的健康狀況的推斷。
[0026]按照本發(fā)明的一種優(yōu)選的設計,完成了在被檢查的身體部分的表面上的電勢和電流的位置分辨的(和時間分辨的)檢測。這除了所述的電解質運動測量之外還有益地能夠實現(xiàn)通過利用從身體表面起經(jīng)過毛細血管組織直到內部的深度分布分析對身體脂肪的確定、對外細胞群和內細胞群的測量和對相應的水份額的測量。
[0027]按照本發(fā)明的一種實施方式,通過共同的傳感器來實施生物阻抗檢測和/或實施電解質運動測量。
[0028]同樣可以設置獨立的傳感器。根據(jù)本發(fā)明的裝置除了光學傳感機構之外另外還可以具有用于檢測身體部分的溫度的和/或用于檢測心電圖的傳感器。
[0029]可以與光學測量聯(lián)合地或與光學測量無關地利用相應設置的根據(jù)本發(fā)明的裝置進行生物阻抗測量和/或電解質運動測量。適當?shù)难b置具有帶有用于實施電解質運動測量的矩陣狀設置的測量電極的傳感器和與該傳感器相連的信號處理裝置,其中,該信號處理裝置被設置為用于通過所述傳感器實施對在人的身體部分的表面上的電勢值的位置分辨的和時間分辨的測量。通過這種方式可以檢測局部的電勢和電流以及它們的活力,以便對鈉鉀離子泵的活動并且由此對局部的新陳代謝進行推斷。與通常的生物阻抗測量不同,可以在無需向身體部分中注入外部電流的情況下進行對用于電解質運動測量的電勢值的測量。發(fā)出信號的電流或者相應的電勢產(chǎn)生自離子運動本身。出于這個原因,根據(jù)本發(fā)明的電解質運動測量也被稱為“ 1netik”或“ 1netics”。
[0030]可以借助一個唯一的傳感器進行生物阻抗測量和電解質運動測量。這能夠通過如下方式得以實現(xiàn):順序轉換傳感器,以便由此一方面在注入電流的情況下位置分辨地(和時間分辨地)測量生物阻抗,并且另一方面在沒有注入電流的情況下實施電解質運動測量。
[0031]在電解質運動測量時根據(jù)本發(fā)明的傳感器的與身體部分進行接觸的表面的尺寸典型地小于15mmX 15mm,優(yōu)選小于5mmX 5mm,特別優(yōu)選小于500 μ mX 500 μ m。為了實現(xiàn)充分分辨,在傳感器的表面上應設置有至少4個、優(yōu)選至少16個、進一步優(yōu)選至少32個、特別優(yōu)選至少64個測量電極。適宜的是將測量電極集成到半導體芯片的表面中。鑒于有關的電解質活力(ElektiOlytdynamik)的典型的時間標度,信號處理裝置應該被設置為用于以至少IOkHz、優(yōu)選至少IMHz的掃描頻率使電勢值數(shù)字化。
[0032]在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一種優(yōu)選的設計中,該裝置具有用于檢測壓緊力的傳感器,利用所述壓緊力人的身體部分貼靠在測量裝置的貼靠面上。在這種設計中,在身體部分緊貼在所述裝置上的區(qū)域中對壓緊力進行測量,例如通過設置在貼靠面的區(qū)域中的壓力傳感器或力傳感器。通過這種方式可能的是:盡可能地在整個測量持續(xù)時間上保障對檢測至少一個生理參數(shù)來說必需的或最理想的一定的壓緊力,例如通過借助壓力傳感器或力傳感器的監(jiān)控。作為補充或備選,如果已知壓緊力以何種方式影響數(shù)據(jù)檢測,那么測得的壓緊力可以用于對已經(jīng)記錄的數(shù)據(jù)進行修正。另外,壓力傳感器可以用作診斷傳感器單元。這樣例如能夠以足夠精確的壓力傳感器記錄脈搏曲線走向并將這些數(shù)據(jù)用于非介入地確定生理參數(shù)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的裝置的探測器除了上面提及的由光電探測器構成的像素矩陣之外同時還特別有益地具有由用于生物阻抗測量和/或電解質運動測量的測量電極構成的矩陣。兩種測量方式(Messmodalitaet)可以適宜地整合在一個唯一的半導體芯片中。該半導體芯片例如可以在其表面上交替排列地包括類似于在CCD芯片中那樣由通過滑動記錄器相互連接的光電探測器構成的排(或列)和由同樣通過滑動記錄器相互連接的像素式的、用于相應的電勢測量的測量電極構成的排。
[0034]對于根據(jù)本發(fā)明的裝置來說總之可以使用一個單個的多功能探測器,該探測器既能夠實施生物阻抗測量和電解質運動測量也能夠實施光學測量。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的裝置特別有利地包括上面提及的測量方式的組合。因此可以利用一個唯一的裝置確定大量的生理參數(shù),這大大提高了可靠推斷患者的健康狀況的可能性。
[0036]按照本發(fā)明的一種可能的實施方式,光譜分解單元具有干擾楔和/或衍射光柵和/或干涉儀用于光譜選擇波長范圍。對適當?shù)墓庾V分解單元的選擇與各種不同的因素有關。如在上面已經(jīng)述及的那樣,采用干擾楔是一種特別優(yōu)選的實施方式,這是因為它能夠以簡單的方式在不同波長的情況下同時進行大量的測量。同樣的內容適用于采用衍射光柵的情況。如果反之將干涉儀用作光譜分解單元,那么該干涉儀必須經(jīng)過調諧,使得不同的光譜范圍被順序掃描。 [0037]按照本發(fā)明的另一種實施方式,對由探測器檢測的電磁射線的分析處理包括對電磁射線的渡越時間測量。由此特別是可以進行深度分布分析。為了這個目的,連續(xù)光譜輻射器應該脈沖式地運行。從對光脈沖的渡越時間的測量中可以推斷出在組織中經(jīng)過的距離并且由此推斷出相應檢測的組織層。
[0038]按照本發(fā)明的另一種實施方式,所述裝置另外具有電子分析處理單元和用于可視地提供檢測的和經(jīng)過分析處理的數(shù)據(jù)的集成顯示單元??傊纱丝梢蕴峁┮环N使用方便簡
單的裝置。
[0039]按照本發(fā)明的另一種實施方式,所述裝置包括通信接口。例如它可以是近場通信接口和/或遠場通信接口(紅外線、藍牙、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)、WiF1、長期演進(LTE)等)或USB接口。在所有的情況下都能實施與中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的通信,以便例如能夠實現(xiàn)中心數(shù)據(jù)分析處理和存儲。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]下文參照附圖來進一步闡述本發(fā)明的實施例。附圖中:
[0041]圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的測量裝置在不同變型中的工作原理;
[0042]圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的傳感機構;
[0043]圖3為具有光譜分解單元的光學探測器的細部視圖;
[0044]圖4為根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的光學傳感機構的不同變型;
[0045]圖5為具有光學探測器和光柵的羅蘭分光計;
[0046]圖6為根據(jù)本發(fā)明的傳感器的實施例。
[0047]下文中彼此相似的元件標注以相同的附圖標記。
【具體實施方式】
[0048]圖1圖示出的是根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的不同實施方式的工作原理。在圖1a至Ic中分別可看到形式例如為手指的人的身體部分100,其中,為了用寬頻的(例如白色的)光來輻射身體部分100而采用用于發(fā)射第一電磁射線的連續(xù)光譜輻射器110。例如連續(xù)光譜輻射器110涉及的是作為放射體的半導體(一個或多個LED芯片,必要情況下與發(fā)熒光的或化學發(fā)光的著色劑組合),其中,作為操作方式可以考慮脈沖運行、以其它方式改變的運行或持續(xù)運行。連續(xù)光譜輻射器110寬頻地放射300nm至IlOOnm的波長范圍內。連續(xù)光譜福射器110應該盡可能能干擾地(interferenzfaehig)發(fā)射第一電磁射線。[0049]另外,在圖1a至Ic中分別采用透明的半導體組件108作為“聚焦透鏡”。優(yōu)選具有由不連續(xù)的光電探測器構成的像素矩陣的半導體探測器用作探測器102。
[0050]在圖1a的實施方式中,通過采用干擾楔106對光進行光譜分解,這些干擾楔直接安置在相應的具有像素矩陣的探測器芯片上。第一電磁射線由連續(xù)光譜輻射器110放射,穿過聚焦透鏡108透射,以便接著沖擊到貼靠在所述裝置上的身體部分(例如手指)100上。在身體部分100的組織中第一電磁射線通過散射和/或反射而作為第二電磁射線被身體部分(100)的組織再次發(fā)射。
[0051]現(xiàn)在同時使用兩種不同的測量方法。第一測量方法在透射中作業(yè),就是說,應用形式為像素矩陣102的上部半導體探測器,其中,該探測器102探測透射穿過樣品的光。在此,直接在探測器102上設置有干擾楔106,該干擾楔對透射穿過樣品100的光進行光譜分解。由此像素矩陣102允許光譜分解地探測第二電磁射線,而且同時在大量的不同的光波波長的情況下根據(jù)輻射的像素的數(shù)量進行探測。第二測量方法沿反射方向作業(yè)。為此設置有同樣具有像素矩陣的另一半導體探測器104。由連續(xù)光譜輻射器110放射的第一電磁射線又落到身體部分100上,從那里既被反射也被散射,其中,被身體部分100作為第二電磁射線放射回去的光被探測器104探測到。在探測器104上又直接設置有用于光譜分解的干擾楔(干擾楔106),通過這種方式可以同時探測到大量的不同的光波波長。
[0052]圖1a未示出用于生物阻抗測量的可選的電極,然而可以輕而易舉地執(zhí)行。在這種情況中探測器102或者104既用于檢測光也用于阻抗測量。
[0053]在圖1b中使用 衍射光柵114代替干擾楔。因此光從連續(xù)光譜輻射器110出來落到衍射光柵114上,由此對連續(xù)光譜輻射器110放射的光進行光譜分解。在光譜分解之后光又透射穿過聚焦透鏡108,此后借助探測器102或者104可以對透射或者反射中的光進行探測。
[0054]圖1b示例性示出為了生物阻抗測量的目的、用于注入電流的電極112。具有像素矩陣的半導體探測器104在此既用于光學測量也用于生物阻抗測量。
[0055]最后在圖1c中,通過采用透射光柵116對第一電磁射線、即由連續(xù)光譜輻射器119放射的光進行光譜分解。光從連續(xù)光譜輻射器110中輻射,透射穿過透射光柵116并同時被光譜分解。接著經(jīng)光譜分解的光又透射穿過聚焦透鏡108并且最后在身體部分100的組織內經(jīng)過散射和反射之后落到探測器102或者104上。
[0056]圖1c又示出用于生物阻抗測量的為了注入電流的電極112。
[0057]在圖1a至Ic中,為了在300nm至IlOOnm的波長范圍內進行光譜分解,光譜分解單元(干擾楔、衍射光柵、透射光柵)分別得以優(yōu)化。
[0058]圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器設計方案。
[0059]圖2a概略地繪出指頭底側的視圖而圖2b概略地繪出指頭的側視圖。
[0060]原則上此處使用在上面關于圖1a (干擾楔方案)探討的配置結構。
[0061]指頭100以其底側置于探測器104上,其中,在指頭100與探測器104之間設置有用于光的光譜分解的干擾楔106。在用于指頭100的支承面(未示出)中設置有射線出口202。從那里,連續(xù)光譜輻射器的第一電磁射線被引到指頭100上,其中,被指頭100反射的光、即第二電磁射線借助探測器104被探測到。
[0062]電極112又用于生物阻抗測量用的注入電流,其中附加地設置有溫度傳感器204(例如一個熱敏電阻)用于測量體溫。
[0063]如在圖2b中可以看到的那樣,探測器104設置在指頭底側上,同時探測器102位于指頭上側上。探測器102用于透射中的光測量,其中,在指頭上側與探測器之間又設置有干擾楔106。
[0064]最后,圖2c示意性示出分成左手手指(左半圖)用的和右手手指(右半圖)用的診斷測量裝置的探測部分。電極112設置為用于生物阻抗測量以及用于檢測心電圖(手對手測量)。左指上的具有干擾楔106的半導體探測器104用于光譜分解的光學測量。右指上的具有像素矩陣的探測器102同樣用于生物阻抗測量以及用于局部電子運動的測量(“離子運動學(1netik)",見上面)。
[0065]圖2c圖示出根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的傳感機構的總體設計方案。全局的生物阻抗測量和心電圖測量與局部的生物阻抗測量和電解質運動測量相組合。此外附加有光譜分解的光學測量以及溫度測量。為了光學測量和局部的生物阻抗測量及電解質運動測量,應用具有基于半導體的像素矩陣的集成傳感器。包括附屬的電路和用于信號處理和分析的軟件在內的整個傳感機構可以安置在專用集成電路模塊(ASIC-Bausteinen)中。由此可以用少量的組件很緊湊且經(jīng)濟地實現(xiàn)總體設計方案。
[0066]利用所描述的測量方式的組合可以獲得的測量結果為了能得到關于患者的健康狀況的全面的診斷報告可以進行各種各樣形式的組合。同樣可以判斷心臟/血液循環(huán)功能、呼吸和新陳代謝,同樣可以對患者的血管系統(tǒng)的狀況提出診斷報告。最后,根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的傳感機構還允許由測量數(shù)據(jù)借助合適的評估非介入地確定血糖值。關于進一步的相關細節(jié)請參考W02008/061788A1。
[0067]圖3示出的是半導體探測器102和形式為干擾楔106的光譜分解單元的細部視圖。干擾楔設置在身體部分100與探測器102之間,其中,干擾楔102平面地將探測器102的像素矩陣遮蓋。因此探測器102的像素矩陣能夠在干擾楔106下方的不同位置上探測到來自身體部分100的組織的光的各種不同的光譜分量。
[0068]圖4示出的是根據(jù)本發(fā)`明可以應用的光譜分解單元的各種不同的另外的變型。
[0069]所有示出的實施例具有的共同點是:為了產(chǎn)生第一電磁射線而應用連續(xù)光譜輻射器,其中,該連續(xù)光譜輻射器的射線通過集成到測量裝置的貼靠面中的射線出口 202而耦合進輸入到身體部分100中。圖4a至4c分別示出的是反射配置結構(Reflexionskonfiguration)中的測量設置結構。
[0070]圖4a使用反射的衍射光柵114,其中,被指頭100反射的光首先落到凹面鏡404上并且這樣被平行化。接著所述光落到衍射光柵114上,從那里經(jīng)光譜分解的光落到凹面鏡406上。該鏡406然后為了各種不同的波長范圍而將射線分別聚焦成探測器104的不同的像素。圖4a中的設置結構總的來說相當于“車爾尼一特納” 一分光計。
[0071]圖4b使用的是反射的凹面衍射光柵114。光從射線出口 202起被耦合輸入到身體部分100中,在那里被散射且反射并作為第二電磁射線射到衍射光柵114上。通過光的衍射并且由此通過光譜分解接著光被直接反射到探測器104上。這種設置結構相當于“帕邪一龍格” 一分光計。
[0072]最后,圖4c示出的是第三變型,在該變型中光從射線出口 202起作為第一電磁射線被耦合輸入到身體部分100中,以便接著在組織中被散射和反射。這樣由身體部分100發(fā)射出的第二電磁射線借助干涉儀、例如邁克爾遜一干涉儀402被分解成各個光譜分量,以便接著被探測器104進行探測。
[0073]圖5示出的變型接近圖4b的實施例。在圖5中未示出輻射源或者射線出口。在身體部分100中被散射和/或反射的射線借助集成到傳感器殼體502中的鏡組501聚焦到羅蘭分光計的入射狹縫503上。入射狹縫503、球形彎曲的、其曲率半徑等于羅蘭圓504的直徑的光柵114和(一維的)探測器矩陣104位于圓504(羅蘭圓)上。電磁射線穿過入射狹縫503投射到凹面光柵114上并且在那里被分解成各個波長,這些波長分別落到陣列104的、沿羅蘭圓504設置的各個光電探測器上。各個光電探測器(直至100個或甚至直至1000個)彼此之間具有如此小的距離,從而能夠同時接收所有具有相應分辨率(mit entsprechenderAufloesung)的光譜。為了實現(xiàn)將分散的射線聚焦到光電探測器上和避免像散現(xiàn)象,光柵114基本上是球形的,即彎曲成兩個平面。在圖5中示出的分光計可以有益地很緊湊地實現(xiàn)。
[0074]為了按照本發(fā)明的光學測量和局部的生物阻抗測量及電解質運動測量,如上所述,適宜地使用具有基于半導體的像素矩陣的集成傳感器,例如利用互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術。圖6示出相應的傳感器的實施例。該傳感器具有集成到半導體芯片602的表面中的、形式為金屬角錐的矩陣狀設置的測量電極601。這些測量電極用于對身體表面上的電勢進行位置分辨的和同時時間分辨的測量。另外,設置有用于對電磁射線進行位置分辨的和時間分辨的測量的矩陣狀設置的光電探測器603。測量電極601和光電探測器603分別成排地交替設置在半導體芯片602的表面上。同時一排光電探測器603和一排測量電極601分別通過滑動記錄器604或者605相互連接。通過對滑動記錄器604、605的相應的節(jié)奏控制(Taktsteuerung)能夠連續(xù)地、時間分辨和位置分辨地讀出利用傳感器檢測的測量值。所示出的傳感器設置結構具有的優(yōu)點是:能夠在同一個測量點同時記錄電勢和電磁射線,從而能夠對檢測的測量值進行組合評價,以便由此獲得相應的生理參數(shù)。
[0075]需要注意的是:本發(fā)明不是只能用于指頭形式的人的身體部分上,而是適用于任意的身體部分,如腿、胳膊或手。
[0076]附圖標記列表
[0077]100 身體部分
[0078]102 探測器
[0079]104 探測器
[0080]106 干擾楔
[0081]108 聚焦透鏡
[0082]110 發(fā)射體
[0083]112 電極
[0084]114 衍射光柵
[0085]116 透射光柵
[0086]202 射線出口
[0087]204 熱敏電阻
[0088]402 干涉儀
[0089]404 鏡[0090]406鏡
[0091]501鏡組
[0092]502傳感器殼體
[0093]503入射狹縫
[0094]504羅蘭圓
[0095]601測量電極
[0096]602半導體芯片
[0097]603光電探測器
[0098]604滑動記錄器
[0099]605滑動 記錄器
【權利要求】
1.用于非介入地檢測至少一個人體生理參數(shù)的診斷測量裝置,該裝置包括: 一用于發(fā)射第一電磁射線的福射源(110); 一用于人的身體部分(100)貼靠在測量裝置上的貼靠面,其中,該貼靠面如此構造,使得利用第一電磁射線對身體部分(100)進行輻射,其中,所述第一電磁射線通過散射和/或反射和/或透射而作為第二電磁射線被所述身體部分(100)的組織發(fā)射; 一用于探測所述第二電磁射線的至少一個光譜部分的探測器(102 ;104); 一用于對第一和/或第二電磁射線的波長范圍進行光譜選擇的光譜分解單元(106 ;114 ;116 ;402)。
2.如權利要求1所述的裝置,其特征在于:輻射源(110)是連續(xù)光譜輻射器,其中,所述第一電磁射線的光譜具有在一個波長范圍上延伸的連續(xù)光譜。
3.如權利要求1或2所述的裝置,其特征在于:光譜分解單元(106;114 ;116 ;402)將第一和/或第二電磁射線所包括的波長范圍在空間上分離。
4.如權利要求1至3之任一項所述的裝置,其特征在于:探測器(102;104)構造成用于位置分辨地探測所述第二電磁射線的至少一個光譜部分。
5.如權利要求4所述的裝置,其特征在于:探測器(102;104)為了位置分辨的探測而具有由在空間上分開的探測器元件構成的像素矩陣。
6.如權利要求5所述 的裝置,其特征在于:探測器(102,104)和光譜分解單元(106,114,116,402)共同構成羅蘭分光計。
7.如權利要求6所述的裝置,其特征在于:光譜分解單元(114)是光柵,該光柵具有基本上球形的曲面,使得所述第二電磁射線被該光柵分散并聚焦到探測器元件上。
8.如權利要求1至7之任一項所述的裝置,其中,探測器(102;104)另外構造成用于實施生物阻抗測量和/或用于實施電解質運動測量。
9.如權利要求1至8之任一項所述的裝置,另外設置有用于檢測身體部分(100)的溫度的和/或用于檢測心電圖的和/或用于檢測生物阻抗值的和/或用于實施電解質運動測量的至少一個傳感器。
10.如權利要求9所述的裝置,其中,通過一個共同的傳感器來進行生物阻抗值檢測和/或實施電解質運動測量。
11.如權利要求9或10所述的裝置,其中,該裝置被設置為用于由傳感器(204)的測量信號計算出動脈溫度和/或平均體溫和/或身體部分的電阻和/或血管的電阻和/或身體核;L1、溫度。
12.如權利要求9至11之任一項所述的裝置,其中,傳感器構造為用于位置分辨地測量生物阻抗值和/或用于位置分辨地實施電解質運動測量。
13.如權利要求12所述的裝置,其特征在于:傳感器包括矩陣狀設置的測量電極。
14.如權利要求1至13之任一項所述的裝置,其中,光譜分解單元為了光譜選擇波長而具有干擾楔(106)和/或衍射光柵(I 14 ;116)和/或干涉儀(402)。
15.如權利要求14所述的裝置,其中,干擾楔(106)直接設置在探測器(102;104)之上。
16.如權利要求1至15之任一項所述的裝置,其中,光譜分解單元(106;114 ;116 ;402)能進行光譜調諧。
17.如權利要求1至16之任一項所述的裝置,其中,該裝置被設置為用于對由探測器(102 ;104)探測到的電磁射線的渡越時間進行測量。
18.如權利要求1至17之任一項所述的裝置,其中,所述第一電磁射線的光譜寬度為至少 200nm。
19.如權利要求1至18之任一項所述的裝置,其中,所述第一電磁射線的光譜覆蓋600nm至900nm、優(yōu)選500nm至lOOOnm、特別優(yōu)選300nm至IlOOnm的至少一個波長范圍。
20.用于非介入地測量至少一個人體生理參數(shù)的診斷測量裝置,其特別如權利要求1至19之任一項所述,其具有: 一具有矩陣狀設置的測量電極的傳感器;和 一與該傳感器相連的信號處理裝置,其中,該信號處理裝置被設置為用于通過所述傳感器實施對在人的身體部分的表面上的電勢值的位置分辨的和時間分辨的測量。
21.如權利要求20所述的裝置,其中,在無需向身體部分內注入電流的情況下實施對電勢值的測量。
22.如權利要求20或21所述的裝置,其中,傳感器的在測量時與身體部分進行接觸的表面的尺寸小于1 5mmX 15mm、優(yōu)選小于5_X 5_、特別優(yōu)選小于500 μ mX 500 μ m。
23.如權利要求22所述的裝置,其中,在傳感器的表面上設置有至少4個、優(yōu)選至少16個、進一步優(yōu)選至少32個、特別優(yōu)選至少64個測量電極。
24.如權利要求22或23所述的裝置,其中,測量電極集成到半導體芯片的表面中。
25.如權利要求19至23之任一項所述的裝置,其中,信號處理裝置被設置為用于以至少IOkHz、優(yōu)選至少IMHz的掃描頻率使電勢值數(shù)字化。
26.如權利要求1至25之任一項所述的裝置,其特征在于,設置有用于檢測壓緊力的傳感器,利用所述壓緊力使得人的身體部分(100)貼靠在測量裝置的貼靠面上。
27.用于如權利要求1至26之任一項所述的裝置的傳感器,其特征在于,設置有用于位置分辨地測量電勢的矩陣狀設置的測量電極(601)和用于位置分辨地測量電磁射線的矩陣狀設置的光電探測器(603)。
28.如權利要求27所述的傳感器,其特征在于:測量電極(601)和光電探測器(603)集成到半導體芯片(602)的表面中。
29.如權利要求28所述的傳感器,其特征在于:測量電極(601)與光電探測器(603)分別成排或成列地交替設置在半導體芯片(602)的表面上。
30.如權利要求29所述的傳感器,其特征在于:一排光電探測器(603)和一排測量電極(601)分別通過滑動記錄器(604,605 )相互連接。
【文檔編號】A61B5/145GK103619239SQ201280026247
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年4月16日 優(yōu)先權日:2011年4月14日
【發(fā)明者】Y·O·金, O-K·趙 申請人:英戈·弗洛爾