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DE2255300A1 - METHOD AND EQUIPMENT FOR THE COLORIMETRIC EXAMINATION OF SUBSTANCES FOR SIGNIFICANT COMPONENTS - Google Patents

METHOD AND EQUIPMENT FOR THE COLORIMETRIC EXAMINATION OF SUBSTANCES FOR SIGNIFICANT COMPONENTS

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DE2255300A1
DE2255300A1DE19722255300DE2255300ADE2255300A1DE 2255300 A1DE2255300 A1DE 2255300A1DE 19722255300DE19722255300DE 19722255300DE 2255300 ADE2255300 ADE 2255300ADE 2255300 A1DE2255300 A1DE 2255300A1
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DE
Germany
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light
frequency
substance
light source
electrical
Prior art date
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Pending
Application number
DE19722255300
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German (de)
Inventor
Georg Dipl Phys Horak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
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Translated fromGerman

Verfahren und Gerät zur kolorimetrischen Untersuchuna von Substanzenauf signifikänte Bestandteile Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einGerät zur kolorimetrischen Untersuchung von Substanzen auf signifikante Bestandteile,insbesondere von Blut hinsichtlich des prozentualen Anteils von oxydiertem Hämoglobinam Gesamthämoglobin (Se.uerstoffsättigung des Hämoglobins) und/oder künstlicherFarbstoffanteile (Farbstoffkonzentration), bei dem die sich bei Durchstrahlung derSubstanz oder Reflexion an der Substanz ergebenden Austrittsintensitäten von Lichteiner ersten Wellen3.änge, welches von-dem zu erfassenden Bestandteil unabhänigvon dessen prozentualen Anteil- in der Substanz im we.sentlichen immer gleich starkabsorbiert bzw. reflektiert wird, sowie Licht einer dazu unterschiedlichen zweitenWellenlänge, welches bei unterschiedlichen prozentualen Anteilswerten entsprechendunterschiedlich stark absorbiert bzw. reflektiert wird, ermittelt und als entsprechendeelektrische Signale getrennt Mitteln zur Anzeige und/ oder rechnerischen Weiterverarbeitung,insbesondere zur Verhältnisbildung, zugeleitet werden. Bei der Messung der Sauerstoffsättigungdes Hämoglobilis bietet sich dabei z.B. für die erste Wellenlänge ein Wert um 805Nanometer und für die zweite Wellerllänge ein Wert um 660 Nanometeran, da bei 805 Nanometer bekanntlich Oxyhämoglobin und reduziertes Hämoglobin imwesentlichen die gleiche Absorption bzw. Reflexion aufweisen, während für 660 Nanometerdie Absorption bzw. Reflexion für Oxyhämoglobin und reduziertes Hämoglobin In einemrelativ starken Masse unterschiedlich ist. Zur Messung der Farbstoffkonzentrationim Blut, bei der üblicherweise Cardiogreen als Indikatorsubstanz verwendet wird,und welche sich vorteilhaft zur Bestimmung des Herzminutenvolumens bzw. des Herzschlagvolumensverwenden lässt, wird die zweite Wellenlänge z.B. zu einem Wert um 805 Nanometergewählt, da die Indikatorsubstanz "Cardiogreen" nur Wellenlängen um diesen Wertrelativ stark absorbiert. Die erste Wellenlänge hingegen ist frei wählbar und kannz.B. gemäss üblicher Praxis zu 910 Nanometer gewählt werden. Da die frei wählbareerste Wellenlänge im allgemeinen auch von der Sauerstoffsättigung des Hämoglobinsabhängt, sollte zur Vermeidung von Messfehlern die Messung der Farbstoffkonzentrationim arteriellen System (Aorta) erfolgen. Method and device for the colorimetric analysis of substancesto significant components. The invention relates to a method and aDevice for the colorimetric analysis of substances for significant constituents,particularly of blood in terms of the percentage of oxygenated hemoglobinon total hemoglobin (oxygen saturation of the hemoglobin) and / or more artificialDye proportions (dye concentration) at which theSubstance or reflection on the substance resulting exit intensities of lighta first wave length, which is independent of the component to be detectedof its percentage - in the substance, in essence, always the sameis absorbed or reflected, as well as light of a different secondWavelength, which corresponds to different percentage valuesis absorbed or reflected to different degrees, determined and as a correspondingseparate electrical signals means for display and / or computational processing,in particular for relationship formation. When measuring oxygen saturationof the hemoglobilis, for example, a value around 805 is available for the first wavelengthNanometers and for the second wavelengtha value around 660 nanometersbecause at 805 nanometers is known to be oxyhemoglobin and reduced hemoglobin in thehave essentially the same absorption or reflection, while for 660 nanometersthe absorption or reflection for oxyhemoglobin and reduced hemoglobin in onerelatively strong mass is different. For measuring the dye concentrationin the blood, for which Cardiogreen is usually used as an indicator substance,and which are advantageous for determining the cardiac output or the heartbeat volumethe second wavelength will be around 805 nanometers, for examplechosen because the indicator substance "Cardiogreen" only wavelengths around this valuerelatively strongly absorbed. The first wavelength, on the other hand, is freely selectable and cane.g., according to normal practice, 910 nanometers can be selected. Since the freely selectableThe first wavelength generally also depends on the oxygen saturation of the hemoglobindepends on the measurement of the dye concentration in order to avoid measurement errorsoccur in the arterial system (aorta).

Geräte zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes von Blut, die nach demobengenannten Verfahren arbeiten, sind beispielsweise durch die DAS 1 498 513 bzw.durch die schweizerische Patentschrift 5~3 995 vorbekannt. Diese Geräte arbeitenjedoch durchweg im Lichtimpulsbetrieb, d.h. das Licht wird impulsweise in das Bluteingestrahlt und aus dem Blut auch impulsweise wieder empfangen.Devices for determining the oxygen content of blood, which after theThe above-mentioned procedures are available, for example, from DAS 1 498 513 orpreviously known from Swiss patent specification 5-3,995. These devices workbut always in pulsed light mode, i.e. the light is pulsed into the bloodirradiated and received again from the blood in impulses.

Die Erzeugung der Lichtimpulsesgeschieht dabei durch periodischesZerhacken des Sendelichtstrahles mittels eines mechanischen Zerhackers, z.B. beider DAS 1 498 513 durch abwechselndes Einschieben ven optischen Gurchlassfilte#~nfür die erste und zweite Wellenlänge in dem Sendelichtstrahl und bei der schweizerischenPatentschrift 503 995 z.B. mittels einer im Lichtstrahl befindlichen rotierendenLochscheibe.The light impulses are generated periodicallyChopping of the transmitted light beam by means of a mechanical chopper, e.g. atthe DAS 1 498 513 by alternately inserting the optical passage filters # ~ nfor the first and second wavelength in the transmitted light beam and in the SwissPatent specification 503 995 e.g. by means of a rotating device located in the light beamPerforated disc.

Das Arbeiten mit Liehtimpulsen hat -jedoch bereits den Nachteil, dassim Empfangsteil ein relativ breites Spektrum verschiedenartigster Frequenzen verarbeitetwerden muss, was einerseits einen hohen Aufwand an-breitbandigen Verstärkern odersonstigen Selektiergliedern bedingt und andererseits zu einer nicht unerheblichenStöranfälligkeit des Gerätes gegenüber Fremdlicht oder eingestrahlten-elektrischenStörfrequenzen führt. Auch die Verwendung von mechanischen Zerhacken für die Lichtimpulserzeugungist nachteilig, weil derartige mechanische Zerhacker relativ sperrig und auch teuersind und somit in unnötiger Weise die Gesamtabmessungen des Gerätes vergrössernbzw. das Gesámtgerät verteuern. Bei der Zerhackung des Sendelichtes mittels Lichtpter sind ferner zum selektiven Empfang der einzelnen Wellenlängen im Empfangsteilsynchron mit den Zerhackern arbeitende elektronische Umschalter erforderlich.Working with light pulses, however, already has the disadvantage thata relatively wide range of different frequencies is processed in the receiving sectionmust be, which on the one hand requires a lot of broadband amplifiers orother selection members conditionally and on the other hand to a not insignificant oneSusceptibility of the device to external light or radiated electricalInterfering frequencies leads. Also the use of mechanical chopping to generate light pulsesis disadvantageous because such mechanical chopper is relatively bulky and also expensiveand thus unnecessarily increase the overall dimensions of the deviceor make the entire device more expensive. When chopping the transmitted light by means of light pter are also for the selective reception of the individual wavelengths in the receiving partElectronic changeover switches working synchronously with the choppers are required.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese#-Nachteile zu beseitigen, d.h.The object of the invention is to obviate these # disadvantages, i. E.

ein Verfahren und ein Gerät der eingan&s genannten Art anzugeben,bei dem unter erheblicher Verringerung des gesamten teehnischen Aufwandes gleichzeitigeine stärkere Präzisierung der Messergebnisse erreicht wird.to specify a method and a device of the type mentioned above,at the same time with a considerable reduction in the total technical efforta more precise specification of the measurement results is achieved.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genanntenArt erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Substanz während des gesamten Messvorgangesununtarbrochen mit dem Licht einer mit einem Wechselstrom bestimmter Frequenz betriebenenLichtquelle bestrahlt wird, dass ebenso ununterbrochen aus dem von# der Substanzkommenden Licht die Austrittsintensitäten #für die erste und zweite Wellenlänge#ermittelt und aus den. dabei jeweils anfallenden elektrischen Signalen auf- elektrischemWege die im Bereich der Frequenz der eingestrahlten Wechsellichtkomponente liegendenelektrischen Frequenzkomponenten selektiert und nach Amplitudendemodulation denMitteln für die Anzeige bzw.The task is based on a method of the aforementionedArt solved according to the invention in that the substance during the entire measuring processcontinuously with the light of a frequency operated with an alternating currentLight source is irradiated that just as uninterrupted from that of # the substanceincoming light the exit intensities # for the first and second wavelength #determined and from the. in each case occurring electrical signals on-electricalPaths that lie in the range of the frequency of the irradiated alternating light componentelectrical frequency components selected and after amplitude demodulation theMeans for the display or

für die rechnerische Weiterverarbeitung zugeleitet werden. EinGerätzur Durchführung dieses erfindungsgemässen Verfahrens enthält neben je einem Lichtintensitätsmesserfür jede der beiden Wellenlängen sowie neben Mitteln zur Anzeige und/oder zur rechnerischenWeiterverarbeitung der von den Intensitätsmessern erzeugten elektrischen Signaleerfindungsgemäss eine mit einem Wechselstrom bestimmter Frequenz. betriebene Lichtquellesowie je eine am Ausgang eines jeden Intensitätsmessers angeschaltete Serienschaltungaus einem elektrischen Frequenzselektierglied für die Aussiebung der im Bereichdej Frequenz der eingestrahlten Wechsellichtkomponente liegenden elektrischen Frequenzenaus den Ausgangssignalen der Intensitätsmesser und einen Amp tudendemodulator zurAmplitudendemodulation dieser von den Selektiergliedern gelieferten elektrischenSignale.for further computational processing. Adevicefor carrying out this method according to the invention contains besides one light intensity meter eachfor each of the two wavelengths as well as in addition to means for display and / or computationalFurther processing of the electrical signals generated by the intensity metersaccording to the invention a frequency determined with an alternating current. operated light sourceas well as a series circuit connected to the output of each intensity meterfrom an electrical frequency selector for screening out those in the areadej frequency of the radiated alternating light component lying electrical frequenciesfrom the output signals of the intensity meter and an amp demodulator forAmplitude demodulation of these electrical ones supplied by the selection elementsSignals.

Das Verfahren bzw. Gerät nach der Erfindung arbeitet nicht wie diebekannten Verfahren und Geräte nach dem#Liehtimpulsverfahren, sondern im Dauerstrichbetrieb,so dass mechanische Zerhacker von vornherein nicht benötigt werden. Da der Dauerstrichbetriebausserdem auf einer einzigen Frequenz erfolgt (Frequenz# der Wechsellichtkomponenteim Licht der mit Wechselstrom gespeisten Lichtquelle, z.B. 100 Hz bei 50 Hz Wechselstrombetrieb),wird einerseits die Messung störunanfällig für sämtliche optischen und elektrischenFrequenzen ausserhalb der gewählten Sendc;lichtfrequenz (z.B. 100 Hz). Das selel-tiveArbeiten auf einer einzigen Sendelichtfrequenz ermöglicht ferner schaltungstechniseheVereinfachungen im elektronischen Empfangsteil, z.B. werden jetzt nur noch selektiveEmpfangsverstärker anstelle von breitbandigen benötigt, und auf empfangsseitigeelektronische Umschalter kann verzichtet werden.The method or device according to the invention does not work like thatknown methods and devices according to the # Liehtimpuls method, but in continuous wave operation,so that mechanical choppers are not needed in the first place. Since the continuous wave operationalso takes place on a single frequency (frequency # of the alternating light componentin the light of the light source fed with alternating current, e.g. 100 Hz with 50 Hz alternating current operation),On the one hand, the measurement is not susceptible to interference for all optical and electrical onesFrequencies outside the selected sendc; light frequency (e.g. 100 Hz). The selectiveWorking on a single transmission light frequency also enables circuit technologySimplifications in the electronic receiving part, e.g. are now only selectiveReceiving amplifier needed instead of broadband, and on the receiving sideelectronic changeover switch can be dispensed with.

In einer vorteilhaften Ausbildung des Gerätes nach der Erfindung wirdals Lichtquelle eine mit 12 V bei 50 Hz betriebene 100 Watt-Lampe geringer thermischerTrägheit und mit eingebautem elliptischen Spiegelkondensor verwendet. Als Selektiergliedersindschmalbandige Bandfilter mit einer der Frequenz der Wechsellichtkomponenteentsprechenden Mittenfrequenz, d.h. also 100 Hz bei 50 Hz Wechselstrombetrieb, verwendet.Die Bandbreite der Bandfilter sollte zweckmässig in der Grössenordnung von 20 Hzliegen.In an advantageous embodiment of the device according to the inventionas a light source a 100 watt lamp operated with 12 V at 50 Hz is less thermalInertia and used with built-in elliptical mirror condenser. As selection membersarenarrow band filter with one of the frequency of the alternating light componentcorresponding center frequency, i.e. 100 Hz for 50 Hz AC operation.The bandwidth of the bandpass filters should expediently be of the order of 20 Hzlie.

Diese Bandbreite gewährleistet, dass insbesondere bei der Sauerstoffmessungim Blut Schwankungen der Lichtintensität und damit der Sauerstoffsättigung bis etwa+ 10 Hz exakt verarbeitet erden können. Die Amplitudendemodulation der Bandfilterausgangssignalegeschieht zweckmässig mittels Präzisions-Doppelweg-Gleichrichtern (zur Eliminierungeventueller Phasendifferenzen zwischen den jeweiligen Signalverarbeitungskanälen)sowie nachgeschalteten 10 Hz-Tiefpässen.This bandwidth ensures that especially when measuring oxygenin the blood fluctuations in light intensity and thus in oxygen saturation up to about+ 10 Hz processed exactly. The amplitude demodulation of the bandpass filter output signalsis conveniently done by means of precision double-wave rectifiers (for eliminationpossible phase differences between the respective signal processing channels)as well as downstream 10 Hz low-pass filters.

Gemäss weiterer Erfindung wird ferner vorteilhaft zur Einstrahluagdes Lichtes in die Substanz bzw. zum Empfang des von der Substanz kommenden Lichteseine Lichtleitsonde verwendet, die aus einer Vielzahl von am distalen Sondenendestatistisch gemischten und zum proximalen Sondenende hin in einen Sendestrang bzw.in einzelne Empfangsstränge aufgeteilten Lichtleitfasern besteht. Eine derartigeLichtleitsonde bringt gegenüber herkömmlichen Lichtleitsonden, bei denen die einzelnenSende- bzw.According to a further invention, irradiation is also advantageousof the light into the substance or to receive the light coming from the substanceuses a fiber optic probe made up of a plurality of at the distal end of the probestatistically mixed and at the proximal end of the probe into a transmission line orconsists of optical fibers divided into individual receiving strands. Such a oneFiber optic probe brings compared to conventional fiber optic probes, in which the individualSend resp.

Empfangsstränge auch am Messende getrennt angeordnet sind, den überraschendenVorteil, dass die Einstrahlung# von Licht in die Substanz über de#n gesamten distalenSondenquerschnitt statistisch verteilt erfolgt und entsprechend auch Cas z.B. ander Substanz reflektierte Licht ebenso über den gesamten Querschnitt verteilt wiederempfangen wird, so dass die Messung der Lichtintensität bei den gewünschten Wellenlängendemnach immer am gleichen Ort gleichzeitig erfolgt und eventuelle Messfehler aufgrundvon von Ort zu Ort schwankender Verteilung des zu erfassenden Substanzbestandteilesdamit von vornherein vermieden werden.Receiving strands are also arranged separately at the measuring end, the surprisingAdvantage that the irradiation of light into the substance over the entire distalThe probe cross-section is statistically distributed and, accordingly, also Cas e.g. anthe substance reflected light again distributed over the entire cross-sectionis received so that the measurement of the light intensity at the desired wavelengthstherefore always takes place in the same place at the same time and possible measurement errors due tofrom place to place fluctuating distribution of the substance constituent to be detectedthus avoided from the outset.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand einer Figur im folgendennäher erläutert.Further advantages of the invention are illustrated below with reference to a figureexplained in more detail.

Die Figur zeigt ein Gerät nach der Erfindung im Prinzipschaltbild.Dieses Gerät dient insbesondere zum Messen des Sauerstoffgehaltes von Blut und zumgleichzeitigen Erfassen der ~Gardiogreen"-Farbstoffkonzentration im Blut zum Zweckeder Bestimmung des Herzminutenvolumens bzw. des Herzschlägvolumens.The figure shows a device according to the invention in a basic circuit diagram.This device is used in particular to measure the oxygen content of blood and tosimultaneous detection of the ~ Gardiogreen "dye concentration in the blood for the purposethe determination of the cardiac output or the heartbeat volume.

In der Figur ist mit 1 ein menschliches Blutgefäss bezeichnet.In the figure, 1 denotes a human blood vessel.

In das Blutgefäss 1 ist eine Lichtleitsonde 2 eingeführt. Die Lichtleitsonde2 besteht dabei aus einer Vielzahl von Lichtleitfasern, z.B. Glasfiberfasern, welcheam distalen Sondenende 3 statistisch gemischt und erst in einem gewissen Abstandvom distalen Sondenende in einen Sende strang 4 sowie in insgesamt drei Empfangsstränge5, 6 und 7 aufgeteilt sind.A light guide probe 2 is inserted into the blood vessel 1. The fiber optic probe2 consists of a large number of optical fibers, e.g. glass fiber fibers, whichat the distal end of the probe 3 statistically mixed and only at a certain distancefrom the distal end of the probe into a transmit strand 4 and a total of three receive strands5, 6 and 7 are divided.

Am Eingang des Sende stranges i befindet sich ein Lichterzeuger 8,welcher aus einer mit 12 V bei 50 Hz betriebenen 100 Watt-Glühlampe geringer thermischerTrägheit und mit eingebautem elliptischen Spiegelkondensor besteht.There is a light generator 8 at the input of the transmission line i,which from a 100 watt incandescent lamp operated with 12 V at 50 Hz is less thermalInertia and with built-in elliptical mirror condenser.

Die proximalen Enden der Empfangsstränge 5 bis 7 wiederum stehen inoptischer Verbindung mit Lichtempfängern 9 bis 11, die jeweils aus einem Fotodetektor(varzugsweise epitaxialer Si-Fototransistor mit nachfolgender FET-Stufe) und vorgeschaltetenFrequenzfiltern für die Aussiebung der Wellenlängen 805 Nanometer, 660 Nanometersowie 910 Nanometer aus dem empfangenen Licht bestehen. Jedem Empfangsglied 9 bis11 sind ferner in Serie naigeschaltet elektrische Verstärker 12 bis 14 für die Ausgangssignaleder Fotodetektoren, aktive Bandfilter 15 bis 17 mit einer Mittenfrequenz von 100Hz sowie einer Bandbreite von 20 dz (vorzugsweise integrierte Operationsverstärkermit einem Doppel-T-Netzwerk aus RC-Elementen im Rückkoppelkr#is), Präzisions-Zweiweg-Gleichrichter18 bis 20, sowie 10 Hz-Tiefpä&se 21 bis 23.The proximal ends of the receiving strands 5 to 7 are in turn inoptical connection with light receivers 9 to 11, each consisting of a photodetector(preferably epitaxial Si phototransistor with subsequent FET stage) and upstreamFrequency filters for filtering out the wavelengths 805 nanometers, 660 nanometersas well as 910 nanometers consist of the received light. Each receiving member 9 to11 electrical amplifiers 12 to 14 are also connected in series for the output signalsthe photodetectors, active band filters 15 to 17 with a center frequency of 100Hz and a bandwidth of 20 dz (preferably integrated operational amplifierswith a double-T network of RC elements in the feedback circuit), precision two-way rectifier18 to 20, as well as 10 Hz low passages 21 to 23.

Ferner sind zwei Dividierglieder 24 und 25 vorgesehen zur Bil- -dungdes Quotienten 1R (805)/IR (660) aus den Ausgangssignalen 1R (805)und IR (660) der Tiefpässe 21, 22 einerseits und des Quotienten IR (910)/IR (805)aus den Ausgangssignalen IR (910) und IR (660) der Tiefpässe 23 und 21 andererseits.Die Ausgangssignale der Dividierglieder 24 bzw. 25 können mittels eines Umschalters26 separat an einem Anzeigegerät 27 Blgezeigt werden, Die Dividierglieder 24 und25 sind so ausgelegt, dass sie Eingangsspannungen im Bereich von 1 bis 10 V-#miteiner Genauigkeit von + 1 % verarbeiten. Ein Sehwellwertdetektor 28 signalisiertan einer Anzeige lampe 29 Eingangsspannungen der Div@-dierglieder ausserhalb diesesBereichs. In diesem Fall kann zur Vermeidung von fehlerhaften Messergebnissen dieVerstärkung in den drei Kanälen gleichzeitig um einen bestimmten, konstanten Betragerhöht oder erniedrigt werden.Furthermore, two dividing members 24 and 25 are provided for formationthe quotient 1R (805) / IR (660) from the output signals1R (805)and IR (660) of the low-pass filters 21, 22 on the one hand and the quotient IR (910) / IR (805)from the output signals IR (910) and IR (660) of the low-pass filters 23 and 21 on the other hand.The output signals of the dividing elements 24 and 25 can be switched by means of a switch26 are shown separately on a display device 27 Bl, the dividing members 24 and25 are designed to handle input voltages in the range of 1 to 10 V- #process with an accuracy of + 1%. A visual threshold detector 28 signalson a display lamp 29 input voltages of the Div @ diodes outside thisArea. In this case, to avoid incorrect measurement results, theGain in the three channels simultaneously by a certain, constant amountbe increased or decreased.

Mit dem Gerät nach der Figur lässt sich der Sauerstoffgehalt des Blutesbzw. die "Cardiogreen"-Farbstoff-Verteilung im Blut wie folgt ermitteln: Vor Beginnder Messung wird das distale Sondenende 3 in das zu untersuchende Blutgefäss eingeführt.Anschliessend wird die Lampe 8 eingeschaltet und somit ununterbrochen über das Ende3 der Sonde 2 Licht mit-einer Wechsellichtkomponente von 100 Hz in das Blut eingestrahlt.Der im Blut reflektierte Teil des eingestrahlten Lichtes wird vom Ende 3 der Sonde2-wieder aufgenommen und ebenso ununterbrochen über die einzelnen Empfangsstränge5 bis 7 dem jeweiligen Empfangsglied 9 bis 11 zur'optischen Ausfilterung der 805,660 und 910 nm Wellenlängen und deren Intensitätsmessung zugeleitet.With the device according to the figure, the oxygen content of the blood can be measuredor determine the "Cardiogreen" dye distribution in the blood as follows: Before beginningFor the measurement, the distal end of the probe 3 is inserted into the blood vessel to be examined.The lamp 8 is then switched on and thus uninterrupted over the end3 of the probe 2 light with an alternating light component of 100 Hz is radiated into the blood.The part of the incident light reflected in the blood is from the end 3 of the probe2-resumed and just as uninterrupted through the individual reception lines5 to 7 to the respective receiving element 9 to 11 for the optical filtering of the 805,660 and 910 nm wavelengths and their intensity measurement supplied.

Die sich am Ausgang der einzelnen Empfangsglieder 9 bis 11 ergebendenelektrischen Signale (Ausgangssignale der Fotodetektoren) werdennach Verstärkung in den Verstärkern 12 bis 14 den 100 Hz-Bandfiltern 15 bis 17 zugeführt.Die am Ausgang dieser Bandfilter anfallenden Signale werden mittels der Glieder18 bis 23 in der Amplitude demoduliert und die amplitudendemodulierten Signale dannauf die Dividierglieder 24 bzw. 25 gegeben.The resulting at the output of the individual receiving elements 9 to 11electrical signals (output signals of the photodetectors) willafter amplification in the amplifiers 12 to 14, the 100 Hz band filters 15 to 17 are supplied.The signals occurring at the output of this band filter are transmitted by means of the elements18 to 23 demodulated in amplitude and then the amplitude demodulated signalsgiven to the dividing members 24 and 25, respectively.

Da, wie eingangs bereits beschrieben, die Intensität IR (660) #derreflektierten 660 Nanometer-Lichtwelle unmittelbar ein Mass fir den Oxyhämoglobingehalt,die Intensität In (805) hingegen ein Mass für den Gesamthämoglobingehalt im untersuchtenBlut darstellt, stellt somit das Ausgangssignal In (805)/IR (660) des Dividiergliedes24 ein Mass für die Sauerstoffsättigung des untersuchten Blutes dar. Entsprechendergibt sich bei Einführung des Messendes 3 der Sonde 2 in ein Blutgefäss des art?riellenSystems, z.B. Aorta, in welches "Cardiogreen" injiziert wurde, am Ausgang des Dividiergliedes25 ein Signal, welches ein unmittelbares Mass ft"r die Konzentration der "Cardiogreen"-Indikatorsubstanzin diesem Blutgefäss darstellt.Since, as already described at the beginning, the intensity IR (660) #derreflected 660 nanometer light wave directly a measure of the oxyhemoglobin content,the intensity In (805), on the other hand, is a measure of the total hemoglobin content in the examinedRepresents blood, thus represents the output signal In (805) / IR (660) of the divider24 represents a measure of the oxygen saturation of the examined blood. Correspondinglyresults when the measuring end 3 of the probe 2 is introduced into a blood vessel of the articularSystem, e.g. aorta, into which "Cardiogreen" has been injected, at the exit of the dividing member25 a signal which is an immediate measure of the concentration of the "Cardiogreen" indicator substancerepresents in this blood vessel.

Claims (11)

Translated fromGerman
PatentansprücheClaims 1. Verfahrer zur kolorimetrischen Untersuchung von ~Substanzen aufsignifikante Bestandteile'insbesondere von Blut hinsichtlich des prozentualen Anteilsvon odydiertem Hämoglobin am Gesamthamoglobin (Sauerstoffsättigung des Hämoglobins)und/oder künstlicher Farbstoffanteile (Farbstoffkonzentration), bei dem die sichbei Durchstrahlung der Substanz oder Reflexion an der Substanz ergebenden Austrittsintensitätenvon Licht einer ersten Wellenlänge, welches von dem zu erfassenden Bestandteil unabhängigvon dessen prozentualem Anteil in der Substanz im wesentlichen immer gleich starkabsorbiert bzw. reflektiert wird sowie Licht einer dazu unterschiedlichen zweitenWellenlänge, welches bei unterschiedlichen prozentualen hzteilswerten entsprechendunterschiedlich stark absorbiert bzw. reflektiert wird, ermittelt und als entsprechendeelektrische Signale getrennt Mitteln zur Anzeige und/oder zur rechnerischen Weiterverarbeitung,insbesondere zur Verhältnisbildung, zugeleitet werden, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n-e t, dass die Substanz während des gesamten Messvorganges ununterbrochenmit dem Licht einer mit einem Wechselstrom bestimmter Frequenz betriebenen Lichtquellebestrahlt-wird, dass ebenso ununterbrochen aus dem von der Substanz kommenden Lichtdie Austrittsintensitäten für die erste und zweite Wellenlänge (z.B. 805 nm, 660Tun bzw. 9lC) nm, 805 iim) ermittelt und aus den dabei jeweils anfallenden elektrischenSignalen auf elektrischem Wege die im Bereich der Frequenz der eingestrahlten Weehsellichtkomponenteliegenden elektrischen Frequenzkomponenten selektiert und nach Amplitudendemodulationden Mitteln für die Anzeige bzw. für die rechnerische Weiterverarbeitung zugeleitetwerden. 1. Process for the colorimetric analysis of substancessignificant components, especially of blood in terms of percentageof odydated hemoglobin in the total hemoglobin (oxygen saturation of the hemoglobin)and / or artificial dye components (dye concentration), in which theexit intensities resulting from radiation of the substance or reflection on the substanceof light of a first wavelength, which is independent of the component to be detectedof its percentage in the substance is essentially always the sameis absorbed or reflected as well as light of a different secondWavelength, which corresponds to different percentage heart valuesis absorbed or reflected to different degrees, determined and as a correspondingseparate electrical signals, means for display and / or further computational processing,in particular for the formation of a relationship, which can be passed onZ e i c h n-e t that the substance is uninterrupted during the entire measuring processwith the light of a light source operated with an alternating current of a certain frequencyis irradiated, that is also continuously from the light coming from the substancethe exit intensities for the first and second wavelength (e.g. 805 nm, 660Tun or 9lC) nm, 805 iim) and determined from the electricalSignals by electrical means in the range of the frequency of the radiated light light componentlying electrical frequency components selected and after amplitude demodulationforwarded to the means for the display or for the computational further processingwill. 2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einerLichtquelle zur Einstrahlung von Licht in die Substanz und mit je einem Lichtintensitätsmesserfür jede der beiden Wellenlängen sowie mit Mitteln zur Anzeige und/oder zur rechnerischenWeiterverarbeitung der von den Intensitätsmessern erzeugteii elektrischen Signale,g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine mit einem Wechselstrom bestimmter Frequenzbetriebene Lichtquelle (8) sowie je eine am Ausgang eines jeden Intensitätsmessers(9, 10,11) angeschaltete Serienschaltung aus einem elektrischen Frequenzselektierglied(15, 16, 17) für die Aussiebung der im Bereich der Frequenz der eingestrahlten Wechsellichtkomponenteliegenden elektrischen Frequenzen aus den Ausgangssignalen der Intensitätsmesserund einem Aplitudendemodulator (18#, 21; 19, 22; 20, 23) zur Amplitudendemodulationdieser von den Selektiergliedern gelieferten elektrischen Signale. 2. Apparatus for performing the method according to claim 1 with aLight source for irradiating light into the substance and each with a light intensity meterfor each of the two wavelengths and with means for display and / or computationalFurther processing of the electrical signals generated by the intensity meters,G e k e n n e n n z e i n e t d u r c h a with an alternating current certain frequencyoperated light source (8) and one at the output of each intensity meter(9, 10, 11) connected series circuit consisting of an electrical frequency selector(15, 16, 17) for filtering out the alternating light components in the range of the frequency of the irradiated alternating light componentslying electrical frequencies from the output signals of the intensity meterand an amplitude demodulator (18 #, 21; 19, 22; 20, 23) for amplitude demodulationthese electrical signals supplied by the selection elements. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle(8) mit einem niederfrequenten Strom, vorzugsweise mit Strom von der Netzfrequenz50 Hz, betrieben ist. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the light source(8) with a low-frequency current, preferably with current of the mains frequency50 Hz. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle(8) eine mit 12 V bei 50 Hz betriebene 100 W-Glühlampe geringer thermischer Trägheitund mit eingebautem elliptischen Spiegelkondensor verwendet ist. 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the light source(8) a 100 W incandescent lamp operated with 12 V at 50 Hz with low thermal inertiaand is used with a built-in elliptical mirror condenser. 5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass als Selektierglieder (15, 16, 17) schmalbandige Bandfilter mit einer der Frequenzder Wechsellichtkomponente entsprechenden Mittenfrequenz verwendet sind. 5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in thatthat as selection elements (15, 16, 17) narrow-band band filters with one of the frequencythe center frequency corresponding to the alternating light component are used. 6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betriebder Lichtquelle (8) mit 50 Hz Wechselstrom die Mittenfrequenz der Bandfilter (15bis 17) jeweils 100 Hz beträgt. 6. Apparatus according to claim 5, characterized in that during operationthe light source (8) with 50 Hz alternating current the center frequency of the band filter (15to 17) is 100 Hz each. 7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieBandbreite der Bandfilter (15 bis 17) in der Grössenordnung von 20 Hz liegt. 7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that theBandwidth of the band filters (15 to 17) is in the order of 20 Hz. 8. Gerät nach einem der'Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass als Bandfilter (15 bis 17) aktive Bandpässe, vorzugsweise integrierte Operationsverstärkermit einem Doppel-T-Netzwerk aus RC-Elementen im Rückkoppelkreis, verwendet sind. 8. Device according to one of the claims 5 to 7, characterized in thatthat as band filters (15 to 17) active bandpass filters, preferably integrated operational amplifierswith a double-T network of RC elements in the feedback loop are used. 9. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass jeder Amplitudendemodulator aus einem Präzisions.-1)oppelweg-Gleichrichter(18 bis 20j mit nachgeschaltetem 10 Hz-Tiefpass (21 bis 23) besteht. 9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in thatthat each amplitude demodulator consists of a precision 1) oppelweg rectifier(18 to 20j with a downstream 10 Hz low pass (21 to 23). 10. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass als Verarbeitungsmittel für die Ausgangssignale der AmplitudendemodulatorenIm Bereich zuchvon 1 bis 10 V mit einer Genauigkeit von mindestens + 1 % arbeitendeDividierglieder (24 bzw. 25) verwendet sind. 10. Device according to one of claims 2 to 9, characterized in thatthat as processing means for the output signals of the amplitude demodulatorsWorking in the range from 1 to 10 V with an accuracy of at least + 1%Dividing members (24 and 25) are used. 11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Dividiergliedern(24 bzw. 25) ein Schwellwertdetektor (28) zugeordnet ist zur Anzeige von den Eingangsbereichdes Dividiergliedes überschreitenden Spannungen.11. Apparatus according to claim 10, characterized in that the dividing elements (24 or 25) are assigned a threshold value detector (28) for displaying voltages exceeding the input range of the dividing element.L e e r s e i t eL e r s e i t e
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