DE60318323T2

DE60318323T2 - Kalibrationstechnik für nichtinvasive medizinische vorrichtungen

Info

Publication number: DE60318323T2
Application number: DE60318323T
Authority: DE
Inventors: Victor E. Burnsville KIMBALL; Steven C. Maple Grove FURLONG; Irvin Prior Lake PIERSKALLA
Original assignee: Optical Sensors Inc
Current assignee: Optical Sensors Inc
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: DE60318323D1; US6865407B2; JP2005532867A; AU2003251847A1; EP1545296B1; US20040010186A1; WO2004006760A1; EP1545296A1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen medizinische Vorrichtungen und insbesondere Verfahren zum Kalibrieren nichtinvasiver Vorrichtungen.
Hintergrund
Optische Spektroskopietechniken wurden für eine breite Vielfalt von Anwendungsbereichen in der medizinischen Gemeinschaft entwickelt. Pulsoximetrie- und Kapnographieinstrumente werden zum Beispiel häufig in Krankenhäusern sowohl in Operationssälen als auch in den postoperativen ICUs eingesetzt. Diese Technologien beruhen von jeher auf Spektroskopietechniken auf der Basis von Absorption und werden typischerweise als Trendmonitoren in kritischen Pflegeumgebungen eingesetzt, wo schnell ermittelt werden muss, ob die lebenswichtigen Parameter eines Patienten große physiologische Veränderungen erfahren. In dieser Betriebsumgebung sind für diese Vorrichtungen ein wenig gelockerte Präzisions- und Genauigkeitsanforderungen angesichts der klinischen Notwendigkeit für Echtzeit-Point-of-Care-Daten für Patienten in kritischen Pflegesituationen akzeptabel.
Pulsoximeter sowie Kapnographieinstrumente können als nichtinvasiv bezeichnet werden, da für Messungen die Außenhaut oder das Gewebe nicht durchdrungen zu werden braucht und weil auch keine Blut- oder Serumprobe vom Patienten nötig ist, um das Instrument für jeden individuellen Patienten speziell zu kalibrieren. Diese Instrumente haben typischerweise vorausgewählte globale Kalibrierungskoeffizienten, die anhand klinischer Testergebnisse von einer großen Patientenpopulation ermittelt wurden, wobei die Ergebnisse statistische Mittelwerte von Variablen wie Alter, Geschlecht, Rasse des Patienten und dergleichen repräsentieren.
Innerhalb der medizinischen Gemeinschaft gibt es jedoch einen wachsenden Wunsch nach nichtinvasiven Instrumenten für den Gebrauch in Bereichen wie Unfallstationen, Intensivpflegestationen (ICU) und Traumazentren, wo für Patienten in potentiell lebensbedrohlichen Situationen schnelle und genaue Daten erforderlich sind. Eine in diesen Umgebungen benötigte Messung ist die des Blut- und/oder Gewebe-pH-Wertes, der ein Maß für die freie Wasserstoffionenkonzentration ist. Dies ist ein wichtiges Maß für den intrazellulären Metabolismus. Biologische Prozesse im menschlichen Körper setzen einen engen pH-Bereich für eine normale Funktion voraus und wesentliche Abweichungen des pH-Wertes von diesem Bereich können lebensbedrohlich sein.
Neben dem pH-Wert werden gewöhnlich auch die Blutgase (O₂ und CO₂), Blutelektrolyten und andere Blutchemieparameter wie Glucose im Laufe der kritischen Pflegebehandlung gemessen und überwacht. Methoden zur Durchführung dieser Messungen gibt es seit fast fünfzig Jahren in Krankhauslabors. Diese Messungen werden anhand von Blutproben durchgeführt, die dem Patienten entnommen und dann zur Analyse zu einem Labor geschickt werden. Diese Labormessungen finden gewöhnlich mit elektrochemischen Sensoren statt.
Jüngste Entwicklungen in der nichtinvasiven optischen Technik haben das Potenzial, dass einige dieser Messungen am Ort der Versorgung (Point of Care) mit ausreichender Präzision und Genauigkeit erfolgen können, um eine kritische Pflegeüberwachung und -behandlung durchzuführen. Für eine leichte Bedienung und zur Erfüllung von Genauigkeitsanforderungen ist es erwünscht, dass diese nichtinvasiven optischen Vorrichtungen für jeden individuellen Patienten am Ort der Versorgung speziell kalibriert werden. Das Kalibrierungsverfahren sollte die Körperchemie und den Gewebeaufbau jedes Einzelnen ausgleichen, einschließlich solcher Dinge wie Kollagen, Elastin und Hautpigmentierung, die alle die optischen Haut- und Gewebeeigenschaften beeinflussen. Im Idealfall ist das Kalibrierungsverfahren für diese optischen Sensoren schnell, genau und leicht durchzuführen.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts der obigen Erörterung gibt es Bedarf an der Kalibrierung medizinischer Vorrichtungen am Versorgungsort, wobei die Kalibrierung ohne die Entnahme von Blut oder Körperflüssigkeiten stattfindet. Ein solches Verfahren kann auf eine große Vielfalt von üblicherweise im Laufe der Patientenbehandlung im Rahmen einer kritischen Pflege überwachten physiologischen Parametern angewendet werden.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Kalibrieren eines nichtinvasiven Sensors im Hinblick auf einen ersten physiologischen Parameter in Gewebe sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Wertes für einen ersten physiologischen Parameter in Gewebe bereit, wie von den angefügten unabhängigen Ansprüchen definiert. Bevorzugte oder vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen dargelegt.
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Methode zum Kalibrieren eines ersten nichtinvasiven Sensors, wobei das gemessene Gewebe auf irgendeine Weise moduliert wird, um den Wert des von dem ersten Sensor gemessenen Parameters zu verändern. Ein zweiter Sensor ermittelt einen anderen Parameter, der sich ebenfalls mit der Modulation verändert. Der zweite Sensor ist absolut kalibriert. Wenn eine bekannte Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Parameter vorliegt, kann eine Kalibrierung für den ersten Sensor hergeleitet werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines nichtinvasiven Sensors zum Bestimmen eines Wertes für einen ersten physiologischen Parameter in lebendem Gewebe. Das Verfahren beinhaltet das nichtinvasive Messen erster Werte für den ersten physiologischen Parameter und für einen zweiten physiologischen Parameter in dem Gewebe. Eine bekannte Beziehung existiert zwischen dem ersten und dem zweiten physiologischen Parameter. Auf das Gewebe wird eingewirkt, um den ersten und den zweiten physiologischen Parameter zu verändern. Anschließend werden zweite Werte für den ersten physiologischen Parameter und den zweiten physiologischen Parameter in dem Gewebe gemessen. Die Messungen des ersten und des zweiten Wertes für den zweiten physiologischen Parameter werden absolut kalibriert. Ein kalibrierter Wert wird dann für den ersten und/oder den zweiten Wert des ersten physiologischen Parameters anhand des ersten und zweiten Wertes von sowohl dem ersten als auch dem zweiten physiologischen Parameter bestimmt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Wertes für einen ersten physiologischen Parameter in Gewebe. Die Vorrichtung beinhaltet einen unkalibrierten ersten, nichtinvasiven Sensor zum Messen des ersten physiologischen Parameters des Gewebes und einen kalibrierten zweiten nichtinvasiven Sensor zum Messen eines zweiten physiologischen Parameters des Gewebes. Ein Prozessor empfängt erste und zweite Signale vom jeweiligen ersten und zweiten nichtinvasiven Sensor. Der Prozessor berechnet eine Polygonzugkalibrierung für den ersten physiologischen Parameter anhand des ersten und des zweiten Signals vom jeweiligen ersten und zweiten nichtinvasiven Sensor, wenn ein Charakteristikum des Gewebes zwischen den ersten und den zweiten Signalen moduliert wird.
Es ist nicht beabsichtigt, dass die obige Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung jede illustrierte Ausgestaltung oder jede Implementierung der vorliegenden Erfindung beschreibt. Diese Ausgestaltungen werden anhand der folgenden Figuren und ausführlichen Beschreibung genauer erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung kann anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausgestaltungen der Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen besser nachvollzogen werden. Dabei zeigt:
1A und 1B Schritte verschiedener Ausgestaltungen eines Protokolls zum nichtinvasiven Kalibrieren eines physiologischen Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 Schritte einer Ausgestaltung eines Protokolls zum nichtinvasiven Kalibrieren eines optischen, physiologischen pH-Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
3A–3D schematisch Ausgestaltungen eines physiologischen Sensormoduls zum nichtinvasiven Kalibrieren eines physiologischen Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 schematisch eine weitere Ausgestaltung eines physiologischen Sensormoduls zum nichtinvasiven Kalibrieren eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung; und
5 schematisch eine Ausgestaltung eines physiologischen Sensormoduls zum nichtinvasiven Kalibrieren eines optischen physiologischen Sensors, in situ platziert in einem Körperhohlraum oder einer Körperöffnung, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung ist auf medizinische Vorrichtungen anwendbar, wobei man davon ausgeht, dass sie vor allem zum Kalibrieren nichtinvasiver medizinischer Vorrichtungen am Ort der Versorgung von Nutzen ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Satz Kalibrierungskoeffizienten anhand der bekannten chemischen Beziehung zwischen wenigstens einem ersten physiologischen Parameter (P1) und einem zweiten physiologischen Parameter (P2) bestimmt, wobei die physiologischen Parameter P1 und P2 nichtinvasiv gemessen werden können. P1 und P2 können zum Beispiel mit optischen Spektren in Bezug gebracht werden, die direkt gemessen werden können. Außerdem kann das Verfahren einen dritten physiologischen Parameter (P3) berücksichtigen, der am Gleichgewichtsprozess zwischen den physiologischen Parametern P1 und P2 beteiligt sein kann. Das messbare Signal S kann durch die Gleichung (1) wie folgt charakterisiert werden: S = S(P1, P2, P3) (1)
Folglich ist das messbare Signal S abhängig von den drei physiologischen Parametern P1, P2 und P3. Angesichts dieser Abhängigkeit sind möglicherweise drei unabhängige Datenpunkte für eine genaue Kalibrierung eines solchen Systems nötig. In der medizinischen Instrumentierung ist es jedoch gang und gäbe, eine Zweipunktkalibrierung vor dem Gebrauch durchzuführen, die für lineare Systeme zuweilen als Polygonzugkalibrierungstechnik bezeichnet wird.
In einer Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren einer medizinischen Vorrichtung, die ein messbares Signal S hat, dessen Abhängigkeit durch die Gleichung 1 bestimmt wird, in nur zwei Schritten anhand einer bekannten Beziehung zwischen den physiologischen Parametern P1, P2 und P3. Dieses Verfahren kann erweitert werden, um kompliziertere physiologische Systeme mit einem messbaren Signal S der folgenden Form einzuschließen: S' = S'(P1, P2, P3 ..., Pn) (2)wobei Pn der n^te physiologische Parameter ist und die Beziehung zwischen den physiologischen Parametern genutzt werden kann, um die Anzahl notwendiger Messungen zu reduzieren. Im obigen Fall sind möglicherweise n Messungen notwendig, wenn keine Beziehung zwischen den Parametern identifiziert wird.
Eine Liste von Schritten einer Ausgestaltung eines Protokolls 100 zum Kalibrieren einer nichtinvasiven medizinischen Vorrichtung ist in 1A dargestellt. Diese spezielle Ausgestaltung betrifft ein Protokoll zum Kalibrieren einer Vorrichtung, die zum Messen von einem physiologischen Parameter, P1, mittels kalibrierter Messungen eines zweiten Parameters, P2, verwendet wird. Eine bekannte Beziehung der Art, als Ausdruck (1) angeführt, existiert zwischen dem ersten und dem zweiten Parameter über einen dritten Parameter, P3. In diesem speziellen Fall bleibt der dritte Parameter unverändert, wenn ein Reiz auf den Patienten aufgebracht wird.
Das Protokoll 100 kann quantitative Ergebnisse erbringen, wenn ein bekannter chemischer Gleichgewichts-/Stöchiometrie-Ausdruck zwischen den physiologischen Parametern von Interesse bekannt ist. Im Messschritt 102 wird der erste physiologische Parameter mit einer nichtinvasiven Vorrichtung gemessen, die zuvor für den ersten physiologischen Parameter kalibriert wurde. Die erste nichtinvasive Vorrichtung kann den ersten physiologischen Parameter mittels eines beliebigen Typs nichtinvasiver Modalität messen, wie durch optische, elektrochemische, akustische, Magnetresonanz-, biochemische oder osmotische Hilfsmittel.
Der Messschritt 104 ermittelt den ersten Wert für den zweiten physiologischen Parameter, wobei die Messung 104 mit einer nichtinvasiven Vorrichtung durchgeführt wird, die präzise, aber noch unkalibrierte Ergebnisse liefert. Wie die erste Vorrichtung, kann die zum Messen des zweiten physiologischen Parameters verwendete Vorrichtung jede beliebige geeignete nichtinvasive Modalität verwenden, wie optische, elektrochemische, akustische, Magnetresonanz-, biochemische oder osmotische Hilfsmittel. In einer Ausgestaltung der Erfindung können die beiden Messvorrichtungen in derselben mechanischen Konstruktion untergebracht sein. Die Messungen des ersten und zweiten physiologischen Parameters können im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt und im Wesentlichen am selben physischen Ort stattfinden.
Im Protokollschritt 106 wird ein Reiz auf den Patienten aufgebracht, wobei der Reiz sowohl den ersten als auch den zweiten physiologischen Parameter verändert. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Reiz im Protokollschritt 106 nichtinvasiv auf den Patienten aufgebracht. Der Reiz kann am selben physischen Ort aufgebracht werden, wo die Messungen 102 und 104 erfolgten.
Es kann jeder beliebige Reiz verwendet werden, der die gewünschten physiologischen Parameter beeinflusst. Es ist wichtig zu verstehen, dass der auf den Patienten aufgebrachte Reiz eine systemische Veränderung oder eine lokale Veränderung sein kann. Eine systemische Veränderung ist eine, die auf einen großen Teil oder im Wesentlichen die Gesamtheit des Körpers des Patienten aufgebracht wird, wie es zum Beispiel bei der Anwendung von einem oder mehreren Arzneimitteln zu erwarten ist.
Ein lokaler Reiz ist einer, der im Wesentlichen nur am Untersuchungsort auf den Körper des Patienten aufgebracht wird. Zum Beispiel kann das Aufbringen eines örtlich begrenzten Drucks, örtlich begrenzter induzierter Temperaturveränderungen (Erwärmung und/oder Kühlung), gerichteter Ultraschallenergie oder dergleichen in lokalen Veränderungen der physiologischen Parameter resultieren.
Im Protokollschritt 108 wird eine zweite Messung des ersten physiologischen Parameters mit der kalibrierten nichtinvasiven Vorrichtung erfasst. Im Protokollschritt 110 wird ein zweiter Wert für den zweiten physiologischen Parameter mit der präzisen, aber noch unkalibrierten, nichtinvasiven Vorrichtung gemessen.
Die Messschritte 108 und 110 können im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt nach dem Aufbringen des Reizes im Schritt 106 durchgeführt werden oder sie können erfolgen, während der Reiz noch aufgebracht wird. Außerdem können die Messschritte 108 und 110 im Wesentlichen am selben physischen Ort wie die Messungen in Schritt 104 und 106 durchgeführt werden.
Im Protokollschritt 112 wird die bekannte Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten physiologischen Parameter zum Beseitigen der Abhängigkeit von irgendeinem anderen physiologischen Parameter verwendet der eventuell an dem chemischen Gleichgewicht zwischen dem ersten und dem zweiten physiologischen Parameter beteiligt ist. Der dritte physiologische Parameter bleibt durch den in Schritt 106 auf den Patienten aufgebrachten Reiz im Wesentlichen unverändert.
Wenn die bekannte Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten physiologischen Parameter einen anderen physiologischen Parameter (einen dritten physiologischen Parameter) einschließt, dann kann der dritte physiologische Parameter unter Verwendung der ersten und der zweiten Messung des ersten und des zweiten physiologischen Parameters beseitigt werden. Schließt die bekannte Beziehung zusätzliche physiologische Parameter ein, dann können zusätzliche Messungen des ersten und zweiten physiologischen Parameters bei unterschiedlichen Niveaus des aufgebrachten Reizes stattfinden, und die zusätzlichen Messungen können zum Beseitigen der zusätzlichen physiologischen Parameter verwendet werden.
Die Kalibrierungskoeffizienten für den zweiten physiologischen Parameter werden im Protokollschritt 114 berechnet. In dem Beispielfall, in dem die Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten physiologischen Parameter nur den dritten physiologischen Parameter einschließt, können die beiden kalibrierten Datenpunkte zum Berechnen von Kalibrierungskoeffizienten für die nichtinvasive Vorrichtung für den zweiten physiologischen Parameter verwendet werden.
Der erste und/oder zweite Parameter kann/können relativ zeitunabhängig sein und verändert/n sich langsam mit langfristigen physiologischen Veränderungen im Körper über Minuten oder länger. Der erste und der zweite Parameter können außerdem zeitveränderlich sein. Blutgas und pH-Wert können zum Beispiel pulsatile Charakteristiken haben, die von der pulsatilen Beschaffenheit des Blutflusses abhängig sind. Andererseits haben physiologische Parameter des Gewebebettes, die von den Druckvariationen des pulsierenden arteriellen Blutes isoliert sind, weniger wahrscheinlich pulsatile Charakteristiken und nehmen eher Charakteristiken an, die im Laufe der Zeit abweichen.
Eine weitere Ausgestaltung eines Protokolls 120 zum Kalibrieren eines Sensors zum Messen eines physiologischen Parameters P1, der mit anderen Parametern über einen komplexen Ausdruck der Art in Beziehung steht, der mit Bezug auf den Ausdruck (2) beschrieben wird, ist in 1B illustriert. Das Signal S' steht mit n Parametern in Beziehung, obschon sich nicht alle n Parameter zwangsläufig mit dem Aufbringen des Reizes auf den Patienten verändern. Parameter, die sich beim Aufbringen des Reizes auf den Patienten nicht verändern oder deren Veränderung unbedeutend ist, können in der Analyse als Konstanten behandelt werden. Demzufolge müssen N Sätze von Messungen durchgeführt werden, wobei N die Zahl von Parametern ist, die sich beim Aufbringen des Reizes verändern.
Das Protokoll 120 beginnt mit einer Messung des ersten physiologischen Parameters unter Verwendung eines kalibrierten Sensors bei Schritt 102. Als nächstes werden in Schritt 124 erste Werte für den zweiten physiologischen Parameter und zusätzliche physiologische Parameter gemessen. Der zweite physiologische Parameter ist der Parameter, dessen Sensor in dem Protokoll kalibriert wird, und er wird mit einem Sensor gemessen, der unkalibriert, aber präzise ist. Die zusätzlichen Parameter können mit unkalibrierten, aber präzisen Sensoren oder mit kalibrierten Sensoren oder einer Kombination aus unkalibrierten, aber präzisen und kalibrierten Sensoren gemessen werden.
Der Reiz wird in Schritt 126 auf den Patienten aufgebracht, so dass sich die Werte der gemessenen physiologischen Parameter verändern. In Schritt 128 wird der nächste Wert für den ersten physiologischen Parameter mit dem kalibrierten Sensor gemessen. In Schritt 130 werden die nächsten Werte für den zweiten Parameter und die zusätzlichen Parameter gemessen.
In Schritt 132 wird ermittelt, ob eine ausreichende Anzahl von Messungen durchgeführt wurde. Die Anzahl der für jeden Parameter durchgeführten Messungen sollte wenigstens gleich der Anzahl der gemessenen Parameter, N, sein. Jede Parametermessung erfolgt bei einem unterschiedlichen Niveau des aufgebrachten Reizes, so dass der Parameter einen anderen Wert annimmt. Wird ermittelt, dass eine unzureichende Zahl von Messungen durchgeführt wurde, dann kehrt das Protokoll zu Schritt 126 zurück und es wird ein neues Reizniveau aufgebracht, so dass die gemessenen Parameter neue Werte annehmen. Das Protokoll fährt mit dem Sammeln von Messwerten der verschiedenen Parameter bei unterschiedlichen Reizniveaus fort, bis die Zahl der Messungen N erreicht.
Wenn festgestellt wurde, dass eine ausreichende Zahl von Messungen durchgeführt wurde, wird die bekannte Beziehung zwischen den verschiedenen Messungen in Schritt 134 dazu verwendet, jegliche Abhängigkeit von irgendeinem Parameter zu beseitigen, der sich unter dem Reiz nicht wesentlich verändert. Dadurch können Kalibrierungskoeffizienten für solche physiologischen Parameter berechnet werden, die mit präzisen, aber noch unkalibrierten Sensoren gemessen wurden.
2 stellt Schritte einer Ausgestaltung eines Protokolls 200 zum Kalibrieren eines nichtinvasiven optischen pH-Sensors dar. Das Protokoll 200 kann quantitatve Ergebnisse liefern, wenn die Beziehung zwischen den in der folgenden Gleichung (3) gegebenen physiologischen Parametern genutzt wird: pH = –log([H+]) = pK – log([CO2]/[HCO3 –]) (3)wobei pH der negative Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration [H⁺], pK der Logarithmus der Gleichgewichtskonstante, [CO₂] die Kohlendioxidkonzentration und [HCO₃ ^–] die Bikarbonationenkonzentration sind.
Unter normalen physiologischen Bedingungen wird der pH-Wert von menschlichem Blut nahe 7,4 pH-Einheiten gehalten. Fällt der pH-Wert jedoch unter 6,8 (sauer) oder steigt über 7,8 (alkalisch), dann kann die Situation lebensbedrohlich werden. Glücklicherweise wird der pH-Wert von menschlichem Blut gegen solche großen Abweichungen gepuffert. Werden moderate Mengen von Wasserstoffionen (H⁺) im Laufe normaler Stoffwechselprozesse zum Blut gegeben, wird zum Beispiel der pH-Wert von Blut gegen große Schwankungen „gepuffert". Der Grund dafür ist, dass der pH-Wert nur von dem Verhältnis zwischen CO₂ und Bikarbonation abhängig ist (pK bleibt konstant, sofern sich die Temperatur nicht ändert), und unter diesen Bedingungen ist der CO₂-Anteil leicht erhöht, wobei eine fast unbedeutende Veränderung beim Bikarbonatanteil vorliegt. Die Veränderung beim Bikarbonatanteil ist unbedeutend, da der normale Bikarbonatanteil recht groß ist und typischerweise im Bereich von 23 bis 25 Milliäquivalenten pro Liter liegt. Das Protokoll 200 nutzt diese physiologische Situation, um den Kalibrierungsvorgang des nichtinvasiven optischen pH-Sensors wie im Folgenden dargestellt zu erleichtern. Demzufolge wird die Veränderung des Bikarbonatanteils unter lokalisierten pH-Veränderungen als im Wesentlichen konstant angenommen. Folglich werden nur zwei physiologische Parameter, CO₂ und pH-Wert, gemessen, so dass lediglich zwei Messungen für jeden Parameter erforderlich sind.
Im Messschritt 202 wird der erste Wert der CO₂-Konzentration mit einer kalibrierten nichtinvasiven Vorrichtung gemessen. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die CO₂-Konzentration indirekt durch Messen des Partialdrucks von CO₂ des Gewebes (gewöhnlich als pCO₂ bezeichnet) gemessen werden, der in seiner gasartigen Form erzeugt wird. Die Beziehung zwischen gelöstem CO₂ und CO₂-Partialdruck, pCO₂, wird durch die folgende Gleichung 4 angegeben: Gesamtes gelöstes Kohlendioxid = Löslichkeitskoeffizient·pCO2 (4)
Ansätze zum nichtinvasiven Messen der CO₂-Konzentration von Gewebe schließen optische Verfahren wie Nah-Infrarot-Absorbanz-Messungen ein; ein Verfahren zum Messen des CO₂-Gehalts von Gewebe durch eine optische Methode wurde insbesondere in der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 10/162,028 mit dem Titel „Noninvasive Detection of A Physiologic Parameter Within A Body Tissue of A Patient" von den Erfindern Edward J. Anderson et al. erörtert.
In Schritt 204 wird der erste Wert des physiologischen Parameters, pH, gemessen, wobei die Messung mit einer nichtinvasiven pH-Messvorrichtung erfolgt, die präzise, aber noch unkalibrierte Ergebnisse liefert. Ein Ansatz zum nichtinvasiven Messen des pH-Wertes beinhaltet eine Messung der Fluoreszenz von NADH, dessen Fluoreszenzeffizienz vom lokalen pH-Wert abhängig ist. Dieser Ansatz wird ferner in der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 10/195004 mit dem Titel „Non-invasive Measurement of pH" von den Erfindern Victor Kimball, Steven Furlong und Irvin Pierskalla, Altera Law Group Docket Nr. 1535.2US01 erörtert, die am gleichen Datum wie das vorliegende Dokument eingereicht wurde.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können die CO₂- und pH-Messvorrichtungen in derselben mechanischen Konstruktion untergebracht sein, und die Messungen finden im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt und im Wesentlichen am selben physischen Ort statt.
Im Protokollschritt 206 wird ein Reiz auf den Patienten aufgebracht, wobei der Reiz die physiologischen Parameter CO₂ und pH verändert. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Reiz im Protokollschritt 206 nichtinvasiv auf den Patienten aufgebracht, und der Reiz wird am selben physischen Ort aufgebracht, an dem die Messungen 204 und 204 durchgeführt wurden.
Es kann jeder beliebige geeignete Reiz verwendet werden, der die gewünschten physiologischen Parameter beeinflusst. Der Reiz kann den Parameter direkt oder indirekt beeinflussen. Indirekte Beeinflussungen können sich zum Beispiel ergeben, indem der Blutfluss zum untersuchten Gewebe gestoppt oder der Stoffwechsel des untersuchten Gewebes verändert wird. Ein Beispiel für einen direkten Effekt ist die Injektion einer Menge von einem der gemessenen physiologischen Parameter, zum Beispiel Glucose oder Elektrolyte. Eine systemische Veränderung der physiologischen Parameter ist zum Beispiel nach der Verabreichung eines Arzneimittels zu erwarten, das den Stoffwechsel beeinflusst: die induzierte Veränderung im Stoffwechsel des Körpers resultiert in einer systemischen Veränderung des CO₂- und/oder pH-Wertes des Patienten, die am Messort gemessen werden kann.
Ein lokaler Reiz wie das Aufbringen eines örtlich begrenzten Drucks, örtlich begrenzter Temperaturveränderungen (Erwärmung und/oder Kühlung), gerichteter Ultraschallenergie oder dergleichen kann ebenfalls eine Veränderung der physiologischen Parameter hervorrufen. Darüber hinaus kann ein Arzneimittel so verabreicht werden, dass es einen lokalen Effekt hat, zum Beispiel indem es topisch über eine DMSO-Lösung verabreicht wird, die in das Gewebe absorbiert wird.
Nach dem Aufbringen des Reizes in Schritt 206 erfolgt in Schritt 208 eine zweite Messung des physiologischen Parameters CO₂ mit der kalibrierten nichtinvasiven Vorrichtung. Außerdem wird eine Messung in Schritt 210 durchgeführt, um einen zweiten Wert für den physiologischen Parameter pH mit der präzisen, aber noch unkalibrierten nichtinvasiven Vorrichtung zu erfassen. In einer Ausgestaltung der Erfindung können die Messschritte 208 und 210 im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt nach dem Reiz im Protokollschritt 206 und im Wesentlichen am selben physischen Ort wie die Messschritte 204 und 206 erfolgen. Die Messungen in den Schritten 208 und 210 können während oder nach dem Aufbringen des Reizes durchgeführt werden.
In Schritt 212 wird anhand der bekannten Beziehung zwischen den physiologischen Parametern CO₂ und pH gemäß Gleichung (3) die Abhängigkeit von der Bikarbonationenkonzentration [HCO3^–] beseitigt, wobei die Bikarbonationenkonzentration durch den Reiz im Protokollschritt 206 auf den Patienten im Wesentlichen nicht verändert wird. Dies wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Im Protokollschritt 214 werden die zwei oder mehr kalibrierten Datenpunkte zum Berechnen von Kalibrierungskoeffizienten für die nichtinvasive pH-Vorrichtung verwendet.
Ein algebraischer Ansatz, der zum Kalibrieren der nichtinvasiven pH-Vorrichtung gemäß dem Protokoll 200 von Nutzen ist, wird im Folgenden erläutert. Es wird eine abgekürzte Schreibweise verwendet, damit die Berechnungen besser nachvollziehbar sind. Man erinnere sich, dass die bekannte Beziehung zwischen pH-Wert und CO₂-Konzentration durch den folgenden Ausdruck angegeben wird: pH = pK – log([CO2]/[HCO3 –]) (3)
Unter Verwendung von pH = –log[H⁺] und pK = log(K) kann die Gleichung (3) auch wie folgt geschrieben werden: –log[H+] = log(K) – log([CO2]/[HCO3 –]) (4)
Durch Beseitigen der logarithmischen Abhängigkeit wird der folgende Ausdruck erhalten: –[H+] = K – [CO2]/[HCO3 –] (5)
Wir verwenden hier die folgenden Abkürzungen:

H_n: = die n^te Messung der Wasserstoffionenkonzentration [H⁺]
C_n: = die n^te Messung der Kohlendioxidkonzentration [CO₂]
B_n: = die n^te Messung der Bikarbonationenkonzentration [HCO₃]

Die Korrelation der Ergebnisse der Messschritte 202 und 204 liefert das folgende Ergebnis: –H1 = K – (C1/B1) (6)
Ebenso bringt das Ergebnis der Korrelation der Messungen in den Schritten 208 und 210 nach dem Aufbringen des Reizes auf den Patienten im Protokollschritt 206 Folgendes hervor: –H2 = K – (C2/B1) (7)
Wo wir uns die Tatsache zunutze gemacht haben, dass pK konstant bleibt, d. h. K₁ = K₂, und der Bikarbonatanteil durch den Reiz im Wesentlichen nicht verändert wird, B₁ = B₂ [sic]. Angesichts dessen kann die Bikarbonatkonzentration durch Subtrahieren der Gleichung 6 von der Gleichung 7 ermittelt werden, woraus sich Folgendes ergibt: B1 = (C2 – C1)/(H2 – H1) (8)
Die Gleichung (8) hebt einen wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung hervor. Die präzise, aber noch unkalibrierte nichtinvasive pH-Messvorrichtung, die in den Messschritten 204 und 210 verwendet wird, liefert genaue differentielle pH-Daten (H₂ – H₁), so dass sich ein genauer Wert für den Bikarbonatanteil ergibt, wie durch die Gleichung (8) angegeben wird. Das genaue Ergebnis für den Bikarbonatanteil kann in die Gleichungen (6) und (7) zurück substituiert werden: –H1 = K – (C1/B1) (6) –H2 = K – (C2/B1) (7)
Folglich sind alle Terme auf der rechten Seite der Gleichungen (6) und (7) nun genau bekannt und eine Zweipunktkalibrierung der pH-Messvorrichtung kann direkt anhand dieser Ergebnisse berechnet werden.
Es ist zu verstehen, dass die oben mit Bezug auf die 1A, 1B und 2 beschriebenen Protokolle auch für eine Qualitätssicherung nach dem Kalibrieren verwendet werden können. Um dies zu verdeutlichen, betrachte man das spezifische Beispiel, das oben mit Bezug auf 2 bezüglich eines pH-Sensors erörtert wurde. Nachdem der pH-Sensor kalibriert wurde, kann er über einen längeren Zeitraum, z. B. viele Minuten oder sogar einige Stunden, verwendet werden und Messungen des pH-Wertes in regelmäßigen Abständen durchführen. Eine Durchführung regelmäßiger Qualitätssicherungsprüfungen ist sinnvoll, um zu gewährleisten, dass der Sensor nicht von der Kalibrierung abgewichen ist. Dies kann nach der pH- und CO₂-Messung durch Aufbringen des Reizes auf den Patienten und erneutes Messen der pH- und CO₂-Werte unter dem Reiz geschehen. Die Kalibrierungskoeffizienten für den pH-Sensor können erneut berechnet und mit den derzeit verwendeten verglichen werden. Liegen die neu berechneten Kalibrierungskoeffizienten innerhalb eines akzeptablen Fehlerbereichs der aktuellen Koeffizienten, dann können die aktuellen Koeffizienten weiterhin verwendet werden oder die Koeffizienten werden automatisch mit den neuen Koeffizienten aktualisiert. Liegen die neu berechneten Kalibrierungskoeffizienten außerhalb des akzeptablen Fehlerbereichs, dann werden die Koeffizienten typischerweise mit den neuen Werten aktualisiert. Der Benutzer kann auch darüber benachrichtigt werden, dass die Koeffizienten geändert wurden.
Eine spezielle Ausgestaltung einer nichtinvasiven physiologischen Überwachungsvorrichtung 300 ist schematisch in 3A dargestellt. Ein Prozessor/Steuermodul 302 kann verschiedene Untersysteme und eine Zentraleinheit enthalten, um Timing, Lieferung, Weiterleitung und Nachbearbeitung von Signalen für die Überwachungsvorrichtung 300 zu steuern. Eine Schnittstelle 304 verbindet das Steuermodul 302 mit einem ersten nichtinvasiven physiologischen Sensor 312, der in einem Patientenschnittstellenmodul 310 untergebracht sein kann. Der erste nichtinvasive Sensor kann auf jedem beliebigen Typ von nichtinvasivem Sensor basieren, z. B., ohne Begrenzung, auf einem optischen, elektrochemischen, akustischen, Magnetresonanz-, biochemischen oder osmotischen Hilfsmittel. Bei einem optischen Sensor ist die Schnittstelle 304 eine optische Schnittstelle und kann einen Lichtwellenleiter oder ein faseroptisches Bündel oder diskrete optische Massenkomponenten wie eine Kondensorlinse oder eine Reihe von Kondensorlinsen beinhalten. Das Patientenschnittstellenmodul 310 kann Schutz vor unerwünschten äußeren Einflüssen wie Streulicht, Flüssigkeitsverschüttungen und dergleichen bieten. Der erste nichtinvasive physiologische Sensor 312 kann in direktem physischem Kontakt mit der Gewebeoberfläche 318 des Patienten stehen. Das Gewebe kann Organgewebe, Epithelgewebe, Haut oder jede beliebige andere Art von Gewebe sein, die nichtinvasiv untersucht wird.
Eine Verbindungsvorrichtung 306 verbindet das Steuermodul 302 mit einem optionalen Reizwandler 314, der ebenfalls im Patientenschnittstellenmodul 310 untergebracht sein kann. Der Reizwandler 314 ist vorzugsweise in dem Patientenschnittstellenmodul 310 enthalten, wenn der auf den Patienten aufgebrachte Reiz ein lokaler Reiz ist, er kann aber auch darin enthalten sein, wenn der aufgebrachte Reiz systemisch ist.
Eine Schnittstelle 308 verbindet das Steuermodul 302 mit einem zweiten nichtinvasiven physiologischen Sensor 316, der ebenfalls in dem Patientenschnittstellenmodul 310 untergebracht sein kann. In dieser Konfiguration können der Reizwandler 314 und die nichtinvasiven Sensoren 312 und 316 ausreichend eng angebracht werden, so dass dieselbe Stelle des Gewebes 318 sowohl stimuliert als auch gemessen wird. Wenn der zweite nichtinvasive Sensor 316 ein optischer Sensor ist, dann ist die Schnittstelle 308 typischerweise eine optische Schnittstelle.
3B illustriert schematisch ein Beispiel für eine Endansicht des Schnittstellenmoduls 310, die die nichtinvasiven physiologischen Sensoren 312b und 316b und den Reizwandler 314b zeigt. Ein weiteres Beispiel für eine Endansicht des Schnittstellenmoduls 310 ist in 3C schematisch dargestellt, die die relativen Orte der nichtinvasiven physiologischen Sensoren 312c und 316c relativ zum Reizwandler 314c zeigt. Es ist zu verstehen, dass außer den in den 3A–3C dargestellten auch andere Konfigurationen verwendet werden können. Der Abstand zwischen dem ersten physiologischen Sensor und dem Reizwandler kann der gleiche Abstand sein wie der zwischen dem zweiten physiologischen Sensor und dem Reizwandler. In diesem Fall unterliegt das durch den ersten Sensor untersuchte Gewebe vorteilhafterweise der gleichen Reizgröße wie das durch den zweiten Sensor untersuchte.
Eine andere Ausgestaltung eines Schnittstellenmoduls 310 ist in 3D schematisch dargestellt, in der ein großer Teil 314d der Fläche den Reizwandler repräsentiert. Die physiologischen Sensoren 312d und 316d sind von dem Reizwandler 314d umgeben. Eine solche Ausgestaltung gewährleistet vorteilhafterweise, dass das auf den für den ersten physiologischen Parameter untersuchten Ort aufgebrachte Reizniveau ähnlich dem ist, das auf den für den zweiten physiologischen Parameter untersuchten Ort aufgebracht wird.
4 stellt schematisch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dar. Elemente, die die gleichen wie in 3A dargestellt sind, erhielten dieselben Bezugsziffern. In dieser Ausgestaltung ist der Reizwandler 414 nicht in dem Patientenschnittstellenmodul 310 integriert und die externe Steuereinheit 420 ist eine eigenständige Einheit getrennt von der Hauptsteuergerät-/Prozessoreinheit 302. In dieser Ausgestaltung kann der Reizwandler 414 von dem Patienten entfernt werden, wenn die Vorrichtung nicht kalibriert wird, oder er kann an seinem Platz bleiben. Der Reizwandler kann auch für gelegentliche Qualitätssicherungskontrollen verwendet werden, wenn die Vorrichtung in Gebrauch ist. Der Reizwandler 414 kann auch durch alternative Vorrichtungen ersetzt werden, die das Gewebe 318 des Patienten durch Druck, Temperatur, Akustik oder andere angemessene Stimulierungstechniken stimulieren.
5 zeigt eine spezielle Ausgestaltung einer nichtinvasiven optischen, physiologischen Überwachungsvorrichtung 500. Diese Ausgestaltung kann vor allem für die Durchführung von Untersuchungen in einem Lumen wie der Speiseröhre von Nutzen sein. Ein Prozessor/Steuermodul 502 kann die elektrooptischen Untersysteme und eine Zentraleinheit zum Steuern von Timing, Lieferung, Weiterleitung und Nachbearbeitung von Signalen für die Überwachungsvorrichtung 500 enthalten. Eine optische Schnittstelle 504 verbindet das Steuermodul 502 mit einem ersten nichtinvasiven optischen, physiologischen Sensor 512, der in einem Patientenschnittstellenmodul 510 untergebracht sein kann. Die optische Schnittstele 504 kann ein Lichtwellenleiter oder ein faseroptisches Bündel oder diskrete Massenkomponenten wie eine Kondensorlinse oder eine Reihe von Kondensorlinsen sein. Das Patientenschnittstellenmodul 510 kann vor unerwünschten externen Einflüssen wie Streulicht, Flüssigkeitsverschüttungen und dergleichen schützen. Der erste nichtinvasive optische, physiologische Sensor 512 kann in direktem physischem Kontakt mit der Gewebeoberfläche 518 des Patienten stehen. Die Verbindungsvorrichung 506 verbindet das Steuermodul 502 mit dem Reizwandler 514, der sich ebenfalls in dem Patientenschnittstellenmodul 510 befinden kann. Die optische Schnittstelle 508 verbindet das Steuermodul 502 mit einem zweiten nichtinvasiven optischen, physiologischen Sensor 516, der auch im Patientenschnittstellenmodul 510 unterbracht sein kann. In dieser Konfiguration können der Reizwandler 514 und die nichtinvasiven optischen Sensoren 512 und 516 ausreichend eng angebracht werden, um die Gewebereaktion im Wesentlichen am selben physischen Ort zu stimulieren und zu messen.
Eine aufblasbare Blase 520 kann in das Patientenschnittstellenmodul 510 für solche Anwendungen integriert werden, bei denen der Sensor in einen Körperhohlraum oder eine Körperöffnung eingeführt wird. Diese Ausgestaltung ist in Anwendungen von Vorteil, bei denen es erwünscht ist, Druck von der Rückseite 518b der Epithelgewebeoberfläche 518b des Patienten aufzubringen, um entweder den Sensor mechanisch gegen Verrutschen beim Messen zu sichern oder um einen zusätzlichen Druckreiz aufzubringen, um den Kalibriervorgang zu unterstützen. Weitere Patientenschnittstellengeometrien und alternative Sensorkonfigurationen sind in der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 10/162,028 mit dem Titel „Noninvasive Detection of A Physiologic Parameter Within A Body Tissue of A Patient" von den Erfindern Edward J. Anderson et al. beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht als auf die oben beschriebenen speziellen Beispiele beschränkt anzusehen, sondern ist eher so zu verstehen, dass sie alle Aspekte der Erfindung erfasst, die in den angefügten Ansprüchen, dargelegt sind. Verschiedene Modifikationen, äquivalente Verfahren sowie zahlreiche Strukturen, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar sein kann, werden der Fachperson, an die sich die vorliegende Erfindung richtet, nach der Durchsicht der vorliegenden Spezifikation ohne weiteres einleuchten. Es ist beabsichtigt, dass die Ansprüche solche Modifikationen und Vorrichtungen erfassen.
Ein Patientenmonitor, der Sensoren zum Messen von pH und CO₂ beinhaltet, kann zum Beispiel mit anderen Sensoren zum Messen anderer physiologischer Parameter wie O₂ Sat, O₂, Hämatokrit und dergleichen kombiniert werden.
QUELLENANGABEN IN DER BESCHREIBUNG
Die von der Anmelderin angeführten Quellen werden lediglich der Information halber gegeben. Sie stellen keinen Bestandteil des europäischen Patentdokuments dar. Obschon größte Sorgfalt bei der Zusammenstellung der Quellenangaben angewendet wurde, können Fehler oder Auslassungen nicht ausgeschlossen werden. Das EPA übernimmt diesbezüglich keine Haftung.
In der Beschreibung werden die folgenden Patentdokumente genannt:

– US 162028 A [0036] [0061]
– US 195004 A [0037]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines nichtinvasiven Sensors im Hinblick auf einen ersten physiologischen Parameter in Gewebe, das die folgenden Schritte beinhaltet: (a) nichtinvasives Messen erster Werte für den ersten physiologischen Parameter und einen zweiten physiologischen Parameter im Gewebe, wobei eine bekannte Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten physiologischen Parameter besteht; (b) nichtinvasives Messen zweiter Werte für den ersten physiologischen Parameter und den zweiten physiologischen Parameter im Gewebe, nachdem auf das Gewebe eingewirkt wurde, um den ersten und den zweiten physiologischen Parameter zu ändern, wobei die Messungen des ersten und des zweiten Wertes des zweiten physiologischen Parameters absolut kalibriert werden; und (c) Bestimmen eines kalibrierten Wertes für den ersten und/oder zweiten Wert des ersten physiologischen Parameters anhand des ersten und des zweiten Wertes von sowohl dem ersten als auch dem zweiten physiologischen Parameter.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nichtinvasive Messen des ersten und des zweiten Wertes für den ersten Parameter das Messen von Licht beinhaltet, das von dem Gewebe empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nichtinvasive Messen des ersten und des zweiten Wertes für den zweiten Parameter das Messen von Licht beinhaltet, das von dem Gewebe erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Werte für den ersten und den zweiten physiologischen Parameter in derselben Region des Gewebes gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nichtinvasive Messen der ersten Werte für den ersten physiologischen Parameter das Anregen des Gewebes mit Anregungslicht und Erfassen eines resultierenden Fluoreszenzsignals beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einwirken auf das Gewebe das Aufbringen eines systemischen Reizes auf das Gewebe beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einwirken auf das Gewebe das Aufbringen eines Reizes auf das Gewebe beinhaltet, der auf eine Region des Gewebes begrenzt wird, wo der erste und der zweite physiologische Parameter nichtinvasiv gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einwirkten auf das Gewebe das Verabreichen eines Arzneimittels an den Patienten beinhaltet, dessen Gewebe untersucht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen eines systemischen Reizes auf das Gewebe das Verändern einer Stoffwechselrate des Gewebes beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einwirken auf das Gewebe das Aufbringen von Druck auf eine Region des Gewebes beinhaltet, wo der erste und der zweite physiologische Parameter gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einwirken auf den Körper das Verändern der Temperatur in einer Region des Körpers beinhaltet, wo der erste und der zweite physiologische Parameter gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nichtinvasive Messen der zweiten Werte für den ersten physiologischen Parameter und den zweiten physiologischen Parameter das Messen der zweiten Werte für den ersten physiologischen Parameter und den zweiten physiologischen Parameter gleichzeitig beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste physiologische Parameter der pH-Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Messen des pH-Wertes die Durchführung einer Fluoreszenzmessung von NADH in der Region des gemessenen Gewebes beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der zweite physiologische Parameter die Konzentration von CO₂ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bekannte Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten physiologischen Parameter einen dritten physiologischen Parameter einschließt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der dritte physiologische Parameter durch das Einwirken auf den Körper im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bestimmen des kalibrierten Wertes für den ersten und/oder den zweiten Wert des ersten physiologischen Parameters das Bestimmen eines Wertes für den dritten physiologischen Parameter anhand eines Verhältnisses zwischen i) der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert des zweiten physiologischen Parameters und ii) der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert des ersten physiologischen Parameters beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bestimmen des kalibrierten Wertes für den ersten und/oder den zweiten Wert des ersten physiologischen Parameters ferner das Berechnen des kalibrierten Wertes mit dem Wert des dritten physiologischen Parameters und wenigstens dem jeweiligen kalibrierten ersten oder zweiten Wert des zweiten physiologischen Parameters beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bekannte Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten physiologischen Parameter pH = pK – log([CO₂]/[HCO₃ ^–]) ist, wobei pH der erste physiologische Parameter und [CO:J der zweite physiologische Parameter sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bekannte Beziehung N physiologische Parameter zueinander in Beziehung setzt, die sich auf eine Einwirkung auf das Gewebe hin verändern, um den ersten und den zweiten physiologischen Parameter zu verändern, und wobei auf das Gewebe N – 1 Mal eingewirkt wird, um N Messungen von jedem der N physiologischen Parameter bei unterschiedlichen Reizniveaus durchzuführen, die sich von dem Einwirken auf das Gewebe ergeben.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das nichtinvasive Messen der zweiten Werte des ersten physiologischen Parameters und des zweiten physiologischen Parameters in dem Gewebe beinhaltet, während auf das Gewebe eingewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gewebe Epithelgewebe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gewebe ausgewählt wird aus Hautgewebe, Muskelgewebe und Organgewebe.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Durchführen aufeinander folgender nichtinvasiver Messungen des ersten physiologischen Parameters des Gewebes und Bestimmen der jeweiligen absoluten kalibrierten Werte des ersten physiologischen Parameters anhand des ersten und des zweiten Wertes von sowohl dem ersten als auch dem zweiten physiologischen Parameter beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 25, das ferner das Wiederholen der Schritte (a)–(c) nach dem Durchführen der aufeinander folgenden nichtinvasiven Messungen und Ermitteln, ob sich die Kalibrierung eines Instruments zum nichtinvasiven Messen des ersten physiologischen Parameters geändert hat, beinhaltet.
Vorrichtung (300) zum Bestimmen eines Wertes eines ersten physiologischen Parameters in Gewebe (318), die Folgendes umfasst: einen nicht kalibrierten, ersten nichtinvasiven Sensor (312) zum Messen des ersten physiologischen Parameters des Gewebes (318); einen kalibrierten, zweiten nichtinvasiven Sensor (316) zum Messen eines zweiten physiologischen Parameters des Gewebes (318); und einen Prozessor (302) zum Empfangen erster und zweiter Signale vom jeweiligen ersten und zweiten nichtinvasiven Sensor (312, 316) und zum Berechnen kalibrierter Werte für den ersten physiologischen Parameter anhand der ersten und zweiten Signale vom jeweiligen ersten und zweiten nichtinvasiven Sensor (312, 316), wenn ein Charakteristikum des Gewebes (318) zwischen den ersten und zweiten Signalen moduliert wird.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 27, wobei der erste nichtinvasive Sensor (312) ein Sensor auf optischer Basis ist.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 27, wobei der zweite nichtinvasive Sensor (316) ein Sensor auf optischer Basis ist.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 27, wobei der erste nichtinvasive Sensor (312) ein pH-Sensor ist.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 27, wobei der zweite nichtinvasive Sensor (316) ein kalibrierter, nichtinvasiver CO₂-Sensor ist.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 30, wobei der pH-Sensor Anregungslicht im Wellenlängenbereich von 300 nm–400 nm ausstrahlt.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 30, wobei der pH-Sensor für das Gewebe (318) ausgestrahltes Licht in einem Wellenlängenbereich von 400–600 nm erfasst.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 30, wobei der pH-Sensor Fluoreszenz von NADH im Gewebe (318) erfasst.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 27, die ferner ein Patientenschnittstellenmodul (310) zum Aufnehmen des ersten und des zweiten nichtinvasiven Sensors (312, 316) umfasst.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 27, die ferner einen Modulator (314) zum Modulieren des Charakteristikums des Gewebes (318) in der Region des Gewebes (318) umfasst, wo der erste und der zweite physiologische Parameter gemessen werden.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 36, wobei der Modulator (314) ein erweiterbares Element (520) zum Aufbringen von Druck auf die Region des Gewebes (318) beinhaltet, wo der erste und der zweite Parameter gemessen werden.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 33, wobei der Modulator (314) ein thermisch ansprechendes Element beinhaltet, um die Temperatur der Region des Gewebes (318) zu verändern, wo der erste und der zweite physiologische Parameter gemessen werden.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 36, die ferner ein Patientenschnittstellenmodul (310), den ersten und den zweiten nichtinvasiven Sensor (312, 316) und den Modulator (314) umfasst, der in dem Patientenschnittstellenmodul (310) untergebracht ist.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 39, wobei der Modulator (314) von dem Patientenschnittstellenmodul (310) entfernbar ist, wobei der erste und der zweite nichtinvasive Sensor (312, 316) aktiviert werden, um nach dem Entfernen des Modulators (314) von der Patientenschnittstelle (310) jeweils Messungen des ersten und zweiten physiologischen Parameters durchzuführen.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 27, wobei der Prozessor (302) Kalibrierungskonstanten für den ersten physiologischen Parameter anhand des ersten und des zweiten Signals von jeweils dem ersten und dem zweiten nichtinvasiven Sensor (312, 316) berechnet.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 41, wobei der Prozessor (302) kalibrierte Werte für den ersten physiologischen Parameter anhand von Messsignalen erzeugt, die von dem ersten nichtinvasiven Sensor (312) und den Kalibrierungskonstanten empfangen werden.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 42, wobei der Prozessor (302) die Kalibrierungskonstanten prüft, indem der erste und der zweite physiologische Parameter vor und nach dem Aufbringen eines Reizes auf das Gewebe (318) gemessen werden.