DE202023104307U1 - Anordnung zur Charakterisierung des Liquor cerebrospinalis - Google Patents

Abstract

Anordnung (1) zur nicht-invasiven Charakterisierung des Liquor cerebrospinalis,
• mit einem Sensorkopf (7),
◯ der einen Emitter aufweist, welcher im Gebrauch eine Terahertz-Strahlung (T) aussendet,
◯ und der einen dazu komplementären Receiver aufweist, welcher im Gebrauch Reflexionen (R) der Terahertz-Strahlung empfängt,
◯ und der dazu bestimmt ist, im Gebrauch dem Schädel eines Patienten (3) in der Art anzuliegen, dass die Terahertz-Strahlung (T) in den Liquor cerebrospinalis einstrahlt,
• und mit einem Netzteil (4), welches primärseitig an eine Netzspannung anschließbar ist und sekundärseitig an den Sensorkopf (7) zu dessen elektrischer Energieversorgung anschließbar ist,
• und mit einer elektronischen Auswertungsschaltung,
◯ welche im Gebrauch anhand der vom Sensorkopf (7) ausgesendeten und empfangenen Strahlung (T, R) Messdaten berechnet,
◯ wobei die Auswertungsschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie automatisch anhand der ausgesendeten und der empfangenen Strahlung (T, R) die Extinktion verschiedener Wellenlängen ermittelt und daraus die Konzentration verschiedener Substanzen im Liquor cerebrospinalis berechnet,
• und mit einer Anzeige (8) zur optischen Darstellung der durch die Auswertungsschaltung berechneten Daten als Ergebnisse.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Charakterisierung der Hirn- und Rückenmarksflüssigkeit „Liquor cerebrospinalis“, nachfolgend kurz als „Liquor“ bezeichnet.
• Aus der Praxis ist es bekannt, den Liquor invasiv zu untersuchen, beispielsweise mittels einer Lumbalpunktion oder intraoperativ mittels einer Ventrikelpunktion. Die Untersuchung dient zur Identifizierung von Krankheiten, insbesondere bei vielen neurologischen Krankheitsbildern, sie dient aber auch nach Unfällen zur Identifizierung von Schäden und zur Einschätzung des Ausmaßes von Traumata. Proben des Liquors werden dem Patienten entnommen und im Anschluss daran wird eine Probe laborchemisch analysiert und weitere Proben werden in ein Mikrobiologie-Labor zur Keimbebrütung versandt. So können beispielsweise die Konzentrationen von Blut, Eiweiß, Leukozyten und Laktat im Liquor bestimmt werden.
• Die Untersuchungen des Liquors bergen das Risiko einer Keimverschleppung. Bei nicht vollständig aseptischen Eingriffen können bei der Punktion Hautkeime in den Stichkanal verschleppt werden und eine gefährliche Komplikation einer Meningitis bzw. Ventrikulitis nach sich ziehen. Ein weiteres Risiko einer Liquorpunktion besteht in der Möglichkeit einer Liquorleckage, bei der es zur Undichtigkeit der harten Hirnhaut kommen kann. Ein weiteres Risiko sind Verletzungen der Rückenmarksgefäße, die zu einem intraspinalen oder epiduralen Hämatom mit Kompression bzw. Schädigung des Rückenmarks führen können. Schließlich birgt die Lumbalpunktion auch das Risiko, dass je nach Erfahrung des Untersuchers auch eine falsche Höhe der Punktion gewählt werden kann, was z. B. bei einer Punktion im höheren Lendenwirbelbereich für den Patienten im Falle einer Rückenmarksverletzung Lähmungserscheinungen, Gefühlsstörungen oder Blasen- / Mastdarmstörungen nach sich ziehen kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Charakterisierung des Liquor cerebrospinalis anzugeben, die eine für den Behandler und den Patienten möglichst einfache und risikoarme Untersuchung des Liquors ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Die Erfindung schlägt mit anderen Worten eine Anordnung vor, die eine nicht-invasive Untersuchung des Liquor cerebrospinalis ermöglicht. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die mit der Untersuchung bislang verbundenen Risiken durch die invasive Art der Untersuchung bedingt sind, so dass sie mittels einer vorschlagsgemäßen Anordnung praktisch ausgeschlossen werden können. Zur Untersuchung des Liquors dient erfindungsgemäß die Bestrahlung des Liquors durch den Schädel hindurch mit einer elektromagnetischen Strahlung im Terahertz-Bereich.
• Die erfindungsgemäße Anordnung weist daher erstens einen Sensorkopf auf der einerseits Emitter oder Sender aufweist, welche die Terahertz-Strahlung aussendet, und der andererseits einen Receiver oder Empfänger aufweist der Reflexionen der Terahertz-Strahlung empfängt.
• Um die Strahlung zu erzeugen, wird der Sensorkopf mit elektrischer Energie versorgt. Die erfindungsgemäße Anordnung weist daher zweitens ein Netzteil auf, welches primärseitig an eine Netzspannung angeschlossen werden kann und sekundärseitig an den Sensorkopf, um diesen mit elektrischer Energie zu versorgen. Um Schäden an dem Sensorkopf sowie qualitativ gleichmäßig gute Messergebnisse zu erhalten, ist das Netzteil als stabilisiertes Netzteil mit einem Spannungsregler in der Art ausgestaltet, dass eine bestimmte Ausgangsspannung zuverlässig eingehalten und konstant bereitgestellt wird.
• Der Spannungsregler kann körperlich von dem Netzteil getrennt ausgestaltet sein, er kann jedoch auch einen integralen Bestandteil des gesamten Netzteils bilden, der für eine Bedienperson unzugänglich ist. In einer Ausgestaltung kann der Spannungsregler von der Bedienperson betätigt werden und auf unterschiedliche Spannungswerte eingestellt werden, beispielsweise wenn der Sensorkopf der Anordnung auswechselbar ist und unterschiedliche Sensorköpfe mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden. Die unterschiedlichen Sensorköpfe können jeweils mit einem Schnellkupplungssystem ausgestattet sein, beispielsweise einer elektrischen Steckverbindung, so dass die Anordnung mit wahlweise einem von mehreren - wenigstens zwei - Sensorköpfen betrieben werden kann und ein schneller und komplikationsloser Wechsel zwischen den verschiedenen Sensorköpfen möglich ist.
• Die vom Receiver des Sensorkopfs gelieferten Signale werden einer elektronischen Auswertungsschaltung zugeführt, die ebenfalls Teil der erfindungsgemäßen Anordnung ist. Die Auswertungsschaltung ermittelt automatisch anhand der ausgesendeten und der empfangenen Strahlung die Extinktion verschiedener Wellenlängen und berechnet daraus automatisch die Konzentration verschiedener Substanzen im Liquor.
• Schließlich weist die erfindungsgemäße Anordnung auch eine Anzeige auf, auf der die Ergebnisse optisch dargestellt werden. Die Ergebnisse, nämlich die durch die Auswertungsschaltung berechneten Daten, können beispielsweise alphanumerisch dargestellt werden, z.B. in Form von Prozentwerten oder absoluten Werten der jeweils sensorisch erfassten und / oder aus den Sensordaten berechneten Menge der Substanzen. Eine andere Art der optischen Darstellung kann in Art eines Balkendiagramms vorgesehen sein, so dass für die unterschiedlichen Substanzen jeweils ein eigener Balken dargestellt wird, der die prozentuale oder absolute Menge der jeweiligen Substanz repräsentiert. In einem benachbarten Balken kann ein Standardwert derselben Substanz repräsentiert werden, oder innerhalb desselben Balkens kann durch unterschiedliche Farben oder Grauwerte ein Standardwert der betreffenden Substanz angezeigt werden, so dass jedenfalls bei dem erwähnten Balkendiagramm für jede Substanz unmittelbar ablesbar ist, in welcher Relation die sensorisch erfassten Messwerte zu den Standardwerken der jeweiligen Substanz stehen. Beide erwähnten Darstellungen können miteinander kombiniert werden, so dass die Darstellung der Ergebnisse in der Anzeige sowohl alphanumerisch als auch in Diagrammform erfolgen kann. Jedenfalls ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ergebnisse anders als bei einem bildgebenden Verfahren optisch dargestellt werden.
• Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine Untersuchung des Liquors im Cranium durchgeführt werden, indem der Sensorkopf außen an den Schädel eines Patienten angelegt wird, die Terahertzstrahlung ausgesendet wird und ihre Reflexionen empfangen werden, so dass sie anschließend ausgewertet werden können. Da diese Art der Untersuchung ausschließlich nicht-invasiv erfolgt, sind die mit einer invasiven Untersuchung verbundenen Risiken eliminiert.
• Während der Emitter eine Terahertzstrahlung in einem bestimmten Frequenzbereich aussendet, empfängt der Receiver Reflexionen von den verschiedenen im Liquor enthaltenen Substanzen. Die Messmethode basiert auf Spektroskopie und dem Lambert Beer'schen Gesetz. Das mit der erfindungsgemäßen Anordnung durchgeführte Verfahren ermöglicht es, eine unbekannte Konzentration anhand der Absorption der emittierten Strahlen zu bestimmen. Ein Teil der elektromagnetischen Strahlung wird von Lösungen wie dem Hirnwasser absorbiert, während ein anderer Teil der Strahlung die Lösung durchdringt und bis zum Sensorkopf reflektiert wird.
• Die reflektierte Strahlung wird von dem Receiver des Sensorkopfs erfasst und kann entweder für eine Datenübertragung zunächst zwischengespeichert werden, oder unmittelbar zu der Auswertungsschaltung übertragen werden.
• Die Transmission T gibt Auskunft darüber, in welchem Maße die in den Liquor eingestrahlte Strahlungsintensität I₀ bei einer bestimmten Wellenlänge durch den Liquor hindurchgeht. Das Verhältnis der Strahlungsintensität vor dem Eintritt in das Hirnwasser (I₀) und nach dem Austritt (I) wird mit der Gleichung T = I / I₀ beschrieben. Die Extinktion E hingegen beschreibt die Transmission bei einer spezifischen Wellenlänge: $$\text{E}=-\text{log}\left({\text{I/I}}_0\right).$$

  
• Die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen mit ihren spezifischen Merkmalen wie Frequenz und Wellenlänge wird zur Identifizierung von Substanzen genutzt. Das Lambert Beer'sche Gesetz besagt, dass durch die Abnahme der Intensität beim Durchqueren eines Mediums die Absorption bestimmt werden kann. Die Absorbanz einer Wellenlänge wird anhand der Intensität definiert. Die Identifizierung dieser Absorption kann anhand des Verhältnisses zwischen der transmittierten Strahlungsintensität und der einfallenden Strahlungsintensität erfolgen. Dieser Prozess wird auch als Extinktion bezeichnet. Die Extinktion variiert in Abhängigkeit von der Konzentration der absorbierenden Substanz, der Wellenlänge der Strahlung in dem jeweiligen Material, das durchstrahlt wird, sowie dem dekadischen Extinktionskoeffizienten. $${\text{E}}_{\mathrm{\lambda }}={\text{log}}_{10}\left({\text{I/I}}_0\right)=\text{C}*\text{d}*{\text{ e}}_{\mathrm{\lambda }}$$

  

  wobei

Eλ

Extinktion für eine bestimmte Wellenlänge λ

I

transmittierendes Licht in W/m²

I0

einfallendes Licht in W/m²

C

Konzentration in mol/m³

d

Wellenlänge in cm, und

eλ

Extinktionskoeffizient für die bestimmte Wellenlänge λ

• Der Liquor wird erfindungsgemäß im Schädel sowie mittels Strahlung im Terahertzbereich des elektromagnetischen Wellenspektrums untersucht. Diese Strahlung besitzt die Eigenschaft, den Schädel durchdringen und bis in die Hirnflüssigkeit gelangen zu können. Um der potentiellen Gefahr zu begegnen, Schäden am Gewebe des menschlichen Körpers zu verursachen, die durch die Strahlung verursacht werden könnten, kann einerseits die Strahlungsintensität des Emitters so gering wie möglich eingestellt werden, und andererseits kann die Strahlung ähnlich wie bei einer optischen Linse gebündelt werden, so dass sie über eine größere Fläche verteilt das Gewebe durchdringt, mit einer dementsprechend geringen Flächenintensität, und so dass erst im Liquor die Strahlung im Bereich ihres Fokus die gewünschte Intensität erreicht. Um eine unerwünscht hohe Strahlungsintensität zu vermeiden und zudem mehr Reflexionen zu erzeugen, was ggf. die Untersuchungsgenauigkeit positiv beeinflussen kann, kann bei einer alternativen Ausgestaltung der Anordnung die Strahlung bewusst nicht gebündelt werden, sondern als paralleles oder sogar divergierendes Strahlenbündel ausgesendet werden. Je nach Ausgestaltung des Emitters kann dies unter Verzicht auf eine Linse erfolgen oder durch eine in den Strahlengang geschaltete Zerstreuungslinse.
• Die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung müssen nicht in einem Gerät zusammengefasst sein. Beispielsweise kann das Netzteil ein eigenes Gehäuse aufweisen, und der Sensorkopf kann über ein Kabel mit dem Netzteil verbunden und dementsprechend begrenzt frei beweglich sein. Die Auswertungsschaltung kann in demselben Gehäuse wie das Netzteil angeordnet sein, z. B. als auf einem Tisch aufstellbares Gerät. Das Kabel dient in diesem Fall dazu, Energie zum Sensorkopf zu übertragen sowie zur Signalübertragung der Messsignale vom Sensorkopf zur Auswertungsschaltung.
• Im Sensorkopf kann ein Verstärker angeordnet sein, der die vom Receiver abgegebenen Messsignale verstärkt, bevor sie drahtlos oder per Kabel weitergeleitet werden.
• Die Auswertungsschaltung kann je nach Platzbedarf in dem Sensorkopf selbst untergebracht sein, so dass elektrische Signale vom Receiver des Sensorkopfs möglichst verlust- und störungsarm verarbeitet werden können. Das erwähnte Kabel kann in diesem Fall neben der Energieübertragung zum Sensorkopf zur Signalübertragung der von der Auswertungsschaltung berechneten Daten dienen.
• Die Anzeige kann in demselben Gehäuse wie das Netzteil angeordnet sein, z. B. als Monitor in dem bereits erwähnten Tischgerät. Sie kann aber auch als ein separater Monitor ausgestaltet sein, der an einer Wand oder an einer eigenen Halterung befestigt ist. Mittels eines Kabels können die Bildsignale zu der Anzeige übertragen werden. Innerhalb des Netzteil-Gehäuses kann eine Videoschaltung angeordnet sein, welche aus den von der Auswertungsschaltung berechneten Daten Bildsignale erzeugt, die an die Anzeige übermittelt werden.
• Die Übertragung von Signalen kann kabellos erfolgen, z. B. können Messsignale vom Sensorkopf zur Auswertungsschaltung, und / oder von der Auswertungsschaltung berechnete Daten zu der Anzeige oder einer vorgeschalteten Videoschaltung, und / oder Bilddaten von Videoschaltung zu der Anzeige kabellos übermittelt werden.
• Die Terahertzstrahlung wird durch den Emitter auf die Hirnflüssigkeit gerichtet, wobei ein Teil der Strahlung von dem Liquor absorbiert wird. Der verbleibende Teil, der durch den Liquor hindurchgeht, reflektiert wird und durch den Liquor zurück bis zum Sensorkopf gelangt, wird mittels des im Sensorkopf befindlichen Receivers empfangen. Die einzelnen Parameter werden anhand der Absorption bestimmt und analysiert. Durch die charakteristischen Eigenschaften der Absorptionsbanden werden die Parameter identifiziert. Erfindungsgemäß wird eine Terahertzstrahlung im Bereich von 0,1 bis 10 Terahertz des elektromagnetischen Spektrums verwendet. Anhand der einzelnen Peaks lässt sich ablesen, wie stark die Absorption in diesem Bereich ist. Die Zuordnung der charakteristischen Eigenschaften zu diesen Peaks kann genutzt werden, um die Konzentration der Substanzen im Liquor zu bestimmen.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Anordnung ist diese so ausgestaltet, dass eine Terahertzstrahlung im Bereich von 0,3 bis 3 Terahertz verwendet wird. Dieser Frequenzbereich des so genannten „Fingerprint“ zeichnet sich durch eine einzigartige Wellenlängensignatur aus, ähnlich einem Fingerabdruck, und ermöglicht die Identifizierung der Parameter anhand von Referenzwerten. Dieser Fingerprint-Bereich wird verwendet, um Schwingungsspektren zu identifizieren. Die vom Sensorkopf gelieferten Messwerte geben die individuellen Wellenmuster wie einen Fingerabdruck wieder. Der Fingerprintbereich ist daher insbesondere gut geeignet bei der Anwendung niedriger Strahlungsintensitäten, die z. B. bevorzugt zum Einsatz kommen können, um eine möglichst weitgehende Schonung des Patienten zu gewährleisten. Der Fingerprint-Bereich kann sehr gut zur Konzentrationsbestimmung und zur Zuordnung der einzelnen Parameter genutzt werden, so dass auch mittels einer nicht-invasiven Untersuchung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung z. B. die Konzentrationen von Blut, Eiweiß, Leukozyten und Laktat in dem Liquor bestimmt werden können. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine genaue Analyse und Messung von im Liquor enthaltenen Substanzen, wodurch eine Verbesserung der medizinischen Diagnose und Behandlung erzielt wird. Insbesondere vor der Implantation von Fremdmaterial, z. B. Ventrikuloperitoneal- oder Ventrikuloatrial-Shunts, ist die genaue Analyse des Liquors von hoher Bedeutung.
• Der Sensorkopf wird nicht invasiv gehandhabt, sondern lediglich von außen an den Schädel des Patienten angelegt. Dies kann manuell durch eine als „Behandler“ bezeichnete Person erfolgen oder auch automatisch durch einen Handhabungsroboter. In einer Ausgestaltung der Anordnung ist der Sensorkopf in einem Stirnband, einer Kappe, Mütze oder ähnlichen Halter angeordnet, der auf den Kopf des Patienten aufgezogen werden kann, wobei die verschiedenen unterschiedlichen Ausführungsarten gemeinsam und vereinfachend als Halter bezeichnet werden. Der Halter stellt sicher, dass während der Untersuchung der Sensorkopf seine Position am Schädel beibehält, ohne dass der Sensorkopf dazu eigens - z. B. durch die erwähnte Behandler-Person - gehalten werden muss.
• Um zuverlässige Ergebnisse zu liefern, wird die erfindungsgemäße Anordnung zunächst kalibriert. Die Kalibrierung basiert auf einer herkömmlichen Untersuchung des Liquors im Labor, um die entsprechenden Werte zu ermitteln. Zudem wird derselbe Liquor mit der erfindungsgemäßen Anordnung charakterisiert. Die Messung der Extinktion für die bekannten Konzentrationen ist von großer Bedeutung für die Funktionalität des Geräts. Anschließend werden die Ergebnisse in einem Graphen dargestellt, in dem die Extinktion in Abhängigkeit von der Konzentration aufgetragen wird. Dabei erfolgt die Ermittlung der Lösung der allgemeinen linearen Gleichung $$\text{y}=\text{m}*\text{x}+\text{b},$$

  

  wobei m die Steigung und b den Y-Achsenabschnitt in dem zugehörigen Graphen bezeichnet und im erfindungsgemäßen Anwendungsfall die allgemeine Variable x für die Konzentration C steht und die allgemeine Variable y für die Extinktion E_λ, so dass die Gleichung im Rahmen der vorliegenden Erfindung lautet: $${\text{E}}_{\mathrm{\lambda }}=\text{m}*\text{C}+\text{b}.$$

  
• Die Gleichung kann nach der Konzentration C umgestellt werden: $$\text{C}=\left({\text{E}}_{\mathrm{\lambda }}-\text{b}\right)\text{/m}.$$

  

  Während der Kalibrierung erfolgt die Ermittlung der Messgrenzen. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung kann automatisch die Anwesenheit von Erythrozyten, Hämoglobin oder Hämatorkit im Liquor erfasst werden. Um Verfälschungen zu vermeiden, ist es wichtig, dass die Kalibrierung mit Hilfe der Laborwerte am selben Tag erfolgt, an dem die Probennahme für die Laborwerte erfolgt.
• Durch Anwendung des Lambert'schen Gesetzes und der Berechnung der Extinktion E_λ = log10 (I/I0) kann die Konzentration der Parameter bestimmt werden: $${\text{E}}_{\mathrm{\lambda }}=\text{Extinktion der verschiedenen Substanzen}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{ERY}}=\left({\text{E}}_{\mathrm{\lambda }\text{ERY}}-\text{Y}-\text{Achsenabschnitt}\right)\text{/Steigung}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{Leukozyten}}=\left({\text{E}}_{\mathrm{\lambda }\text{Leukozyten}}-\text{Y}-\text{Achsenabschnitt}\right)\text{/Steigung}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{Eiweiß}}=\left({\text{E}}_{\mathrm{\lambda }\text{Eiweiß}}-\text{Y}-\text{Achsenabschnitt}\right)\text{/Steigung}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{Laktat}}=\left({\text{E}}_{\mathrm{\lambda }\text{Laktat}}-\text{Y}-\text{Achsenabschnitt}\right)\text{/Steigung}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{Glukose}}=\left({\text{E}}_{\mathrm{\lambda }\text{Glukose}}-\text{Y}-\text{Achsenabschnitt}\right)\text{/Steigung}$$

  
• Im Falle von Hämoglobin und Hämatokrit können die Werte anhand der sensorisch erfassten Messwerte wie folgt berechnet werden: $${\text{C}}_{\text{H}\ddot{\text{a}}\text{moglobin}}=3*{\text{C}}_{\text{ERY}}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{H}\ddot{\text{a}}\text{matokrit}}=9*{\text{C}}_{\text{ERY}}$$

  
• Das Ergebnis dieser Gleichungen dient als Basis für die Entwicklung eines als Auswertungsschaltung bezeichneten Software-Programms, das in der Lage ist, die Konzentration aus den vom Sensorkopf gelieferten Messwerten zu bestimmen und diese Daten zur Darstellung auf einem Display auszugeben. In einer Weiterentwicklung kann die Auswertungsschaltung diese Daten auch automatisch statistisch analysieren. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung besteht die Möglichkeit, auch Glukose, Leukozyten, Eiweiß und Laktat in der Hirnflüssigkeit zu untersuchen. Um dies zu erreichen, werden die einzelnen Parameter im Frequenzbereich von 0,1 bis 3 Terahertz analysiert, indem ihre Absorptionsbanden gemessen werden und ihre charakteristischen Eigenschaften für die Kalibrierung in die Konzentrationsformel zur Berechnung der Extinktion einfließen.
• Abgesehen davon, dass aufgrund der erfindungsgemäß möglichen, nicht-invasiven Untersuchungsweise in der neurologischen Behandlung für die Patienten schmerzhafte Nadelstiche im Kopfbereich vermieden werden können, liegt ein wesentlicher Vorteil dieser nicht-invasiven Untersuchung liegt in der Minimierung potenzieller Komplikationen wie Blutungen, Infektionen und Narbenbildungen. Im Vergleich zu invasiven Verfahren bietet die nicht-invasive Methode daher eine erhöhte Sicherheit. Darüber hinaus profitieren die Patienten von einer verkürzten Erholungszeit. Weiterhin ermöglicht die nicht-invasive Untersuchung den Ärzten, schneller zu handeln, was nicht nur zu einer erheblichen Zeit- und Kostenersparnis führt, sondern sich in akuten Notfallsituationen lebensrettend auswirken kann.
• Die erfindungsgemäße Anordnung wird nachfolgend anhand der rein schematischen Darstellung näher erläutert. Dabei zeigt
• 1 den Aufbau einer Anordnung zur Charakterisierung des Liquor cerebrospinalis in Art eines Blockschaltbildes.
• 1 zeigt schematisch als Blockschaltbild eine Anordnung 1, die zur Untersuchung des Liquor cerebrospinalis dient, wobei der Liquor im Cranium 2 eines Patienten 3 untersucht wird. Die dazu verwendete Anordnung 1 weist ein Netzteil 4 auf, das primärseitig mittels eines Netzsteckers 5 an ein Strom- oder Spannungsnetz anschließbar ist und dessen Ausgangsspannung mittels eines Spannungsreglers 6 stabilisiert wird. Die Übertragung der elektrischen Energie ist durch Energiepfeile E symbolisiert.
• Die stabilisierte Ausgangsspannung wird vom Spannungsregler 6 einem Sensorkopf 7 der Anordnung 1 zugeführt, wobei in dem Sensorkopf 7 ein Emitter für Terahertzstrahlung sowie ein Receiver für reflektierte, zum Sensorkopf 7 gelangende Anteile der emittierten Terahertzstrahlung angeordnet sind. Die vom Sensorkopf 7 ausgestrahlte Terahertzstrahlung ist durch einen Pfeil T symbolisiert. Sie dringt in den Schädel des Patienten 1 ein und trifft dort auf den Liquor sowie auf im Liquor enthaltene Substanzen. Die reflektierte Strahlung, die zum Receiver des Sensorkopfes 7 gelangt, ist in 1 mit R gekennzeichnet. Rein beispielhaft ist ein Abstand zwischen dem Sensorkopf 7 und dem Cranium 2 dargestellt, jedoch lediglich, um die Terahertz- und Reflexions-Pfeile T und R zeichnerisch anordnen zu können. Bei der Durchführung einer Untersuchung ist vorgesehen, den Sensorkopf 7 an den Schädel des Patienten 3 anzulegen.
• Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Messsignale, die vom Receiver des Sensorkopfs 7 ausgegeben werden, unmittelbar im Sensorkopf 7 in einer Auswertungsschaltung verarbeitet werden. Hierzu ist ein Chip im Sensorkopf 7 angeordnet, auf dem ein Softwareprogramm läuft, welches die Auswertungsschaltung darstellt. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die vom Receiver des Sensorkopfs 7 ausgegebenen Messsignale vom Sensorkopf 7 zu einer davon entfernten Auswertungsschaltung übertragen werden, entweder unverändert, oder mittels eines im Sensorkopf 7 angeordneten Signalverstärkers als verstärkte Signale. Jedenfalls gelangen Signale, die durch Signalpfeile S symbolisiert sind, in unveränderter oder in aufbereiteter Form zu einer Anzeige 8, wo die Untersuchungsergebnisse optisch dargestellt werden. Spätestens unmittelbar vor der Anzeige 8 werden die Signale zu Bildsignalen aufbereitet, um die gewünschte optische Darstellung zu ermöglichen.
• Getrennt dargestellte Komponenten der Anordnung 1 können zu einem einzigen Gerät zusammengefasst sein, beispielsweise können das Netzteil 4 und der Spannungsregler 6 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, oder ein Tischgerät kann das Netzteil 4, den Spannungsregler 6 und auch die Anzeige 8 enthalten.
• Bezugszeichen:

1

Anordnung

2

Cranium

3

Patient

4

Netzteil

5

Netzstecker

6

Spannungsregler

7

Sensorkopf

8

Anzeige

E

elektrische Energie

T

Terahertzstrahlung

R

reflektierte Strahlung

S

Signal

Claims (12)

1. Anordnung (1) zur nicht-invasiven Charakterisierung des Liquor cerebrospinalis, • mit einem Sensorkopf (7), ◯ der einen Emitter aufweist, welcher im Gebrauch eine Terahertz-Strahlung (T) aussendet, ◯ und der einen dazu komplementären Receiver aufweist, welcher im Gebrauch Reflexionen (R) der Terahertz-Strahlung empfängt, ◯ und der dazu bestimmt ist, im Gebrauch dem Schädel eines Patienten (3) in der Art anzuliegen, dass die Terahertz-Strahlung (T) in den Liquor cerebrospinalis einstrahlt, • und mit einem Netzteil (4), welches primärseitig an eine Netzspannung anschließbar ist und sekundärseitig an den Sensorkopf (7) zu dessen elektrischer Energieversorgung anschließbar ist, • und mit einer elektronischen Auswertungsschaltung, ◯ welche im Gebrauch anhand der vom Sensorkopf (7) ausgesendeten und empfangenen Strahlung (T, R) Messdaten berechnet, ◯ wobei die Auswertungsschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie automatisch anhand der ausgesendeten und der empfangenen Strahlung (T, R) die Extinktion verschiedener Wellenlängen ermittelt und daraus die Konzentration verschiedener Substanzen im Liquor cerebrospinalis berechnet, • und mit einer Anzeige (8) zur optischen Darstellung der durch die Auswertungsschaltung berechneten Daten als Ergebnisse.
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spannungsregler (6), der zwischen das Netzteil (4) und den Sensorkopf (7) in der Art geschaltet ist, dass die Spannung zur elektrischen Energieversorgung des Sensorkopfs (7) einstellbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter in der Art ausgestaltet ist, dass er im Gebrauch eine Strahlung im Bereich zwischen 0,1 THz und 3 THz aussendet.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Auswertungsschaltung berechneten Daten als Ergebnisse in alphanumerischer Form dargestellt werden.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Auswertungsschaltung berechneten Daten als Ergebnisse in Form eines Diagramms dargestellt werden.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (7) in einem Halter angeordnet ist, wobei der Halter im Gebrauch dem Kopf eines Patienten (3) anliegt und den Sensorkopf (7) in einer vorbestimmten Position an dem Kopf hält.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mehr als einen Sensorkopf (7) aufweist, wobei der Sensorkopf (7) mittels einer Schnellkupplung in der Art auswechselbar ist, dass er gegen einen anderen Sensorkopf (7) auswechselbar ist und die Anordnung wahlweise mit einem der mehreren unterschiedlichen Sensorköpfe (7) betreibbar ist.
8. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsregler (6) auf unterschiedliche Ausgangsspannungen einstellbar ist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsschaltung in der Art ausgestaltet ist, dass die Extinktion für eine bestimmte Wellenlänge automatisch wie folgt berechnet wird: $${\text{E}}_{\mathrm{\lambda }}={\text{log}}_{10}\left({\text{I/I}}_0\right)=\text{C}*\text{d}*{\text{e}}_{\mathrm{\lambda }}$$

   

   wobei E_λ Extinktion für eine bestimmte Wellenlänge λ I transmittierendes Licht in W/m² I₀ einfallendes Licht in W/m² c Konzentration in mol/m³ d Wellenlänge in cm, und e_λ Extinktionskoeffizient für die Wellenlänge λ.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsschaltung in der Art ausgestaltet ist, dass die Konzentration für eine bestimmte im Liquor enthaltene Substanz automatisch wie folgt berechnet wird: $$\text{C}=\left({\text{E}}_{\mathrm{\lambda }}-\text{b}\right)\text{/m}.$$

    

    wobei E_λ Extinktion für eine bestimmte Wellenlänge λ C Konzentration der Substanz in mol/m³ b Y-Achsenabschnitt m Steigung
11. Verwendung einer Anordnung (1), die nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist, zur nicht-invasiven Charakterisierung des Liquor cerebrospinalis.
12. Verwendung nach Anspruch 11 zur Charakterisierung des im Cranium (2) befindlichen Liquors.

Images