EP3773206A1 - Measurement system for spectroscopic examinations of living tissue - Google Patents
Measurement system for spectroscopic examinations of living tissueInfo
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Definitions
- a plurality of LEDs 3a as radiation sources 3 and a photodiode as a reference sensor 6 are arranged.
- the LEDs 3a and the reference sensor 6 are also arranged together in the cavity 8a.
- Via the housing opening 2a of the housing 2 light can enter or leave the cavity 8a in the cavity 8a.
- a shield 9 is provided, by means of which a narrow optical connecting channel 2c is formed between the radiation source 3 and the reference sensor 6.
- the height H of the optical connection channel 2c is an important system parameter.
- the measuring system 1 in FIG. 6 is designed to examine a finger 5 a:
- the temperature sensor 14 a is placed in the cavity 8 a so that the temperature of the surroundings of the LEDs 3 a and of the radiation detector 4 can be determined. It should be noted that it is only a cross section in Figure 6 and the temperature sensor 14a is located at the edge of the housing, so that the channel between LEDs 3a and Reference sensor 6 remains largely free and thus the reference measurement is not affected.
- the temperature measured with the temperature sensor 14a has several causes (radiation of the finger, heat conduction between fingers 5a and housing 2, heat radiation of the LEDs 3a, heating of the housing 2 by the operation of the electrical components).
Abstract
The invention relates to a measurement system (1) for spectroscopic examinations of living tissue, comprising a housing (2), which has two housing openings (2a, 2b) on one side of the housing, an optical radiation source (3) arranged in the housing (2), and an optical radiation detector (4) arranged in the housing (2), wherein: the radiation source (3) and the optical radiation detector (4) are each associated with one housing opening (2a, 2b); there is no optical connection within the housing (2) between the radiation source (3) and the radiation detector (4). The aim of the invention is that internal and external interference is minimized and/or can be detected and therefore can be reliably taken into account in the evaluation of measurement results, and the measurement system should be flexibly usable for different persons and locations of use and should be able to be integrated into other measurement systems. This aim is achieved, according to the invention, in that an optical reference sensor (6) is arranged in the housing (2) and, from the radiation source (3) to the reference sensor (6), there is a direct optical connection channel (2c) for the transfer of a reference signal.
Description
Messsystem für spektroskopische Untersuchungen von lebendem Gewebe Die Erfindung betrifft ein Messsystem für spektroskopische Untersuchungen von lebendem Gewebe mit einem Gehäuse, das zwei an einer Seite des Gehäuses liegende Gehäuseöffnungen aufweist, einer oder mehrerer im Gehäuse angeordneten optischen Strahlungsquellen und einer oder mehrerer im Gehäuse angeordneten optischen Strahlungsdetektoren, wobei die Strahlungsquelle und der optische Strahlungsdetektor jeweils einer Gehäuseöffnung zugeordnet sind und wobei zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor keine optische Verbindung innerhalb des Gehäuses besteht. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung des Messsystems. Spektroskopische Untersuchungen von lebendem Gewebe erlauben Einblicke in statische und dynamische Gewebeeigenschaften und deren zugrundeliegende physiologische Prozesse. Bekannte Beispiele für die Anwendung von spektroskopischen Verfahren im analytischen und medizinischen Bereich sind die oximetrische und/oder photoplethysmographische Bestimmung von verschiedensten physiologischen Parametern des Menschen. The invention relates to a measuring system for spectroscopic examinations of living tissue comprising a housing having two housing openings located on one side of the housing, one or more optical radiation sources arranged in the housing and one or more optical radiation detectors arranged in the housing wherein the radiation source and the optical radiation detector are each associated with a housing opening and wherein there is no optical connection within the housing between the radiation source and the radiation detector. Furthermore, the invention relates to a method for using the measuring system. Spectroscopic studies of living tissue provide insights into static and dynamic tissue properties and their underlying physiological processes. Known examples of the use of spectroscopic methods in the analytical and medical field are the oximetric and / or photoplethysmographic determination of various physiological parameters of humans.
Typische Messsysteme für die genannten Anwendungen weisen eine oder mehrere Strahlungsquellen sowie einen oder mehrere Strahlungsdetektoren auf. Ein konkretes Beispiel für Strahlungsquellen und Strahlungsdetektoren stellen LEDs und Photodioden dar. Die Strahlungsquellen beleuchten das zu untersuchende Gewebe und die von der oder den Strahlungsquellen emittierte Strahlung wird vom Gewebe absorbiert, gestreut, reflektiert oder transmittiert.
Dabei haben die Strahlungsdetektoren die Aufgabe, die Absorptions-, Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften des Gewebes zu messen. Die US 2016/0061726 A1 offenbart beispielsweise ein solches Messsystem. Typical measuring systems for the applications mentioned have one or more radiation sources and one or more radiation detectors. A concrete example of radiation sources and radiation detectors are LEDs and photodiodes. The radiation sources illuminate the tissue to be examined and the radiation emitted by the radiation source (s) is absorbed, scattered, reflected or transmitted by the tissue. The radiation detectors have the task to measure the absorption, reflection and / or transmission properties of the tissue. For example, US 2016/0061726 A1 discloses such a measuring system.
Im Idealfall werden Änderungen des gemessenen Signals nur durch Änderungen der physiologischen Eigenschaften des untersuchten Gewebes verursacht. Bei realen Messungen können allerdings weitere Faktoren, wie Umgebungsparameter oder Operationsbedingungen des Messsystems, das detektierte Messsignal beeinflussen. Genauso wie physiologische Eigenschaften können diese Änderungen des Messsignals dynamischer Natur sein, beispielsweise wenn sich die Strahlungsquellen während des Betriebs erwärmen und sich dadurch die Intensität der emittierten Strahlung ändert. Ideally, changes in the signal being measured are only caused by changes in the physiological properties of the tissue being examined. In real measurements, however, other factors, such as environmental parameters or operating conditions of the measuring system, can influence the detected measuring signal. As well as physiological properties, these changes in the measurement signal can be dynamic in nature, for example, when the radiation sources heat up during operation and thereby change the intensity of the emitted radiation.
Solche Änderungen, die mit dem Messsystem und nicht mit physiologischen Änderungen des Gewebes Zusammenhängen, müssen minimiert werden, um zuverlässige und unverfälschte Messergebnisse zu erhalten. Ansonsten verschlechtern sich Genauigkeit und Präzision der Messung. Such changes, which are related to the measurement system rather than to physiological changes in the tissue, must be minimized to obtain reliable and unadulterated measurement results. Otherwise, the accuracy and precision of the measurement deteriorate.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Messsystem dahingehend weiterzuentwickeln, dass interne und externe Störeinflüsse minimiert und/oder detektierbar sind und somit bei der Messergebnisbewertung und nicht-invasiven Bestimmung von mindestens einem physiologischen Parameter zuverlässig berücksichtigt werden können, wobei das Messsystem dabei flexibel für unterschiedliche Personen und Anwendungsorte einsetzbar und ferner als Modul in übergeordneten Messsystemen nutzbar sein soll. Daher sind sowohl ein kompakter Aufbau, eine Verwendbarkeit an unterschiedliche Gewebeoberflächen und eine leichte Reinigung wünschenswert, um die hygienischen Ansprüche im medizinischen Bereich zu erfüllen. It is therefore an object of the invention to further develop the above-mentioned measuring system such that internal and external disturbances are minimized and / or detectable and thus can be reliably taken into account in the measurement result evaluation and non-invasive determination of at least one physiological parameter, the measuring system being flexible can be used for different people and places of application and should also be usable as a module in higher-level measuring systems. Therefore, both a compact structure, a utility to different tissue surfaces and easy cleaning are desirable to meet the hygienic requirements in the medical field.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Messsystem der eingangs genannten Art vor, dass im Gehäuse ein optischer Referenzsensor angeordnet ist und von der Strahlungsquelle zum Referenzsensor ein direkter optischer Verbindungskanal für die Übertragung eines Referenzsignals besteht.
Somit kann mit Hilfe des Referenzsensors simultan und kontinuierlich zum Messwert des Strahlungsdetektors ein weitestgehend ungestörter Referenzwert ermittelt und für die Bewertung des Messergebnisses herangezogen werden. Betriebsbedingte Schwankungen der Intensität der Strahlungsquelle können somit herausgefiltert werden und verfälschen die Messergebnisse zur Analyse des Gewebes nicht mehr. To achieve the object, the invention proposes, starting from a measuring system of the type mentioned above, that in the housing, an optical reference sensor is arranged and from the radiation source to the reference sensor, a direct optical connection channel for the transmission of a reference signal. Thus, with the aid of the reference sensor, a largely undisturbed reference value can be determined simultaneously and continuously with the measured value of the radiation detector and used for the evaluation of the measurement result. Operating fluctuations in the intensity of the radiation source can thus be filtered out and no longer falsify the measurement results for analyzing the tissue.
Zweckmäßig ist die innere Oberfläche des Gehäuses mit einer Licht absorbierenden schwarzen Schicht versehen. Durch diese Maßnahme wird die ins Gewebe emittierte Strahlung nicht durch Reflexion und Streuung an den inneren Wänden des Gehäuses beeinflusst. Außerdem wird damit dieSuitably, the inner surface of the housing is provided with a light-absorbing black layer. By this measure, the radiation emitted into the tissue is not affected by reflection and scattering on the inner walls of the housing. In addition, it will be the
Wahrscheinlichkeit, dass Licht, welches vom Gewebe zurück in das Gehäuse reflektiert wird, durch Reflexionen und Streuungen an den Wänden den Referenzsensor erreichen kann, verringert. Likelihood that light that is reflected back from tissue into the housing can reach the reference sensor due to reflections and scattering on the walls.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gehäuseöffnungen mit einer zumindest teilweise transparenten Schicht abgedeckt sind. Hierdurch wird vermieden, dass Schmutz ins Gehäuse eindringen kann. Des Weiteren lässt sich die mit dem Gewebe in Kontakt tretende Fläche des Gehäuses besonders leicht reinigen. Aufgrund der transparent ausgestalteten Schicht wird die Messung an sich allenfalls unwesentlich beeinflusst. Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die transparente Schicht optische Filterelemente aufweist. Beispielsweise kann die transparente Schicht so ausgestaltet sein, dass sie nur in eine Richtung transparent ist. Damit kann ein definierter optischer Strahlungsweg erzwungen werden, sodass beispielsweise vermieden wird, dass Strahlung vom Gewebe zur Strahlungsquelle zurück reflektiert wird. It is particularly advantageous if the housing openings are covered with an at least partially transparent layer. This prevents dirt from entering the housing. Furthermore, the area of the housing that comes into contact with the tissue is particularly easy to clean. Due to the transparently designed layer, the measurement itself is at most negligibly affected. A further expedient development of the invention provides that the transparent layer has optical filter elements. For example, the transparent layer may be designed such that it is transparent only in one direction. Thus, a defined optical radiation path can be forced, so that, for example, it is avoided that radiation from the tissue to the radiation source is reflected back.
Zudem ist es sinnvoll, wenn das Messsystem einen oder mehrere Temperatursensoren aufweist. Die Temperatursensoren können beispielsweise als NTC-Thermistoren realisiert sein. Durch diese Maßnahme können weitere Störeinflüsse kompensiert und/oder genauer aufgeschlüsselt werden. Zum Beispiel kann der Einfluss der Erwärmung des Messsystems durch das aufliegende Gewebe und durch die Umgebung Berücksichtigung finden. Um zur
Untersuchung physiologischer Parameter besonders geeignete Messergebnisse zu erzielen, ist es zweckmäßig, wenn die Strahlungsquelle dazu eingerichtet ist, Strahlung im visuellen und/oder nahinfraroten Wellenlängenbereich zu emittieren. Durch die Strahlung in diesem Wellenlängenbereich lassen sich besonders aussagekräftige Messergebnisse erzielen. Gleichzeitig wird das Gewebe nicht angegriffen. In addition, it makes sense if the measuring system has one or more temperature sensors. The temperature sensors can be realized, for example, as NTC thermistors. By this measure, further disturbances can be compensated and / or explained in more detail. For example, the influence of the heating of the measuring system by the overlying tissue and by the environment can be taken into account. To the Examination of physiological parameters to achieve particularly suitable measurement results, it is advantageous if the radiation source is adapted to emit radiation in the visual and / or near-infrared wavelength range. Due to the radiation in this wavelength range, particularly meaningful measurement results can be achieved. At the same time, the tissue is not attacked.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis der Höhe des Verbindungskanals zum Abstand zwischen der Strahlungsquelle und der der Strahlungsquelle zugeordneten Gehäuseöffnung höchstens 0,5 beträgt Hierdurch wird weiter sichergestellt, dass der Referenzsensor nur die Strahlung der Strahlungsquelle und kein einfallendes Umgebungslicht oder vom Gewebe zurück reflektiertes Licht misst. It is particularly advantageous if the ratio of the height of the connection channel to the distance between the radiation source and the housing opening assigned to the radiation source is at most 0.5. This further ensures that the reference sensor only reflects the radiation of the radiation source and no incident ambient light or back from the tissue Light measures.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Gehäuse z.B. als flexibles Band ausgestaltet ist. Hierdurch lässt sich das Messsystem flexibel an unterschiedliche Gewebeoberflächenstrukturen anpassen. Beispielsweise kann das miniaturisierte Messsystem in ein Armband oder einen Ring bzw. eine ringähnliche Form integriert werden. Die direkte optische Verbindung zwischen der Strahlungsquelle und dem Referenzsensor kann beispielsweise über ein Lichtwellenleiter-Kabel realisiert werden, sodass die Referenzmessung der Strahlungsintensität auch dann möglich ist, wenn es wie in dieser Ausführungsform keinen geradlinigen optischen Weg zwischen Strahlungsquelle und Referenzsensor gibt. A further advantageous embodiment provides that the housing, e.g. is designed as a flexible band. As a result, the measuring system can be flexibly adapted to different tissue surface structures. For example, the miniaturized measuring system can be integrated into a bracelet or a ring or a ring-like shape. The direct optical connection between the radiation source and the reference sensor can be realized for example via an optical fiber cable, so that the reference measurement of the radiation intensity is possible even if, as in this embodiment, there is no straight optical path between the radiation source and the reference sensor.
Insbesondere bei der Ausgestaltung mit flexiblem Band, und damit Anpassbarkeit an verschiedene Gewebestrukturen, ist es ebenso möglich, das miniaturisierte Messsystem über verschiedene Gewebetypen oder Körperpartien zu schieben und dabei kontinuierlich Messdaten aufzunehmen, um z.B. Unterschiede zwischen Gewebetypen zu untersuchen. In particular, in the design with flexible tape, and thus adaptability to different tissue structures, it is also possible to push the miniaturized measuring system over different tissue types or body parts and thereby continuously record measurement data, for. To examine differences between tissue types.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Schematisch ein Messsystem nach dem In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings. Show it: Figure 1: Schematically a measuring system according to
Stand der Technik; State of the art;
Figur 2: Schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Messsystem in einer ersten Ausführungsform; Figure 2: Schematically a section through an inventive measuring system in a first embodiment;
Figur 3: Schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Messsystem in einer zweiten Ausführungsform; FIG. 3 shows a schematic section through an inventive measuring system in a second embodiment;
Figur 4: Schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Messsystem in einer dritten Ausführungsform; Figure 4: Schematically a section through an inventive measuring system in a third embodiment;
Figur 5: Schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Messsystem in einer vierten Ausführungsform; 5 shows a schematic section through an inventive measuring system in a fourth embodiment;
Figur 6: Schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Messsystem in einer fünften Ausführungsform. Figure 6: Schematically a section through an inventive measuring system in a fifth embodiment.
Figur 7: Schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Messsystem in einer sechsten Ausführungsform. Figure 7: Schematically a section through an inventive measuring system in a sixth embodiment.
Ein Messsystem, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Messsystem 1 weist ein Gehäuse 2, eine Strahlungsquelle 3 und einen Strahlungsdetektor 4 auf. Das Messsystem 1 dient zur spektroskopischen Untersuchung eines lebenden Gewebes 5. In der Reflexionsspektroskopie befinden sich Strahlungsquellen 3 undA measuring system, as known from the prior art, is designated by the reference numeral 1 in FIG. The measuring system 1 has a housing 2, a radiation source 3 and a radiation detector 4. The measuring system 1 is used for the spectroscopic examination of a living tissue 5. In the reflection spectroscopy are radiation sources 3 and
Strahlungsdetektoren 4 häufig in einer Ebene, die parallel zum zu untersuchenden Gewebe 5 liegt, wie in Figur 1 dargestellt. Als Strahlungsquelle 3 können beispielsweise eine oder mehrere LEDs und als Strahlungsdetektor 4 eine Photodiode verwendet werden. Das Gehäuse 2 weist an seiner dem Gewebe 5 zugewandten Seite zwei Gehäuseöffnungen 2a, 2b auf, durch die Strahlung aus dem Gehäuse 2 hinaus- und hineintreten kann.
Wie in Figur 1 ersichtlich, gibt es keinerlei direkten Weg für das Licht der Strahlungsquelle 3 zum Strahlungsdetektor 4. Vernachlässigt man Störeinflüsse wie Umgebungslicht, dann muss Licht, das vom Strahlungsdetektor 4 detektiert wird, daher durch das Gewebe 5 propagiert sein. Dementsprechend enthält das Signal des Strahlungsdetektors 4 Informationen über die optischen Eigenschaften des beleuchteten Gewebes 5. Radiation detectors 4 often in a plane that is parallel to the tissue to be examined 5, as shown in Figure 1. For example, one or more LEDs can be used as the radiation source 3, and a photodiode can be used as the radiation detector 4. The housing 2 has, on its side facing the fabric 5, two housing openings 2a, 2b, through which radiation can exit and exit the housing 2. As can be seen in FIG. 1, there is no direct route for the light of the radiation source 3 to the radiation detector 4. If interference such as ambient light is neglected, then light detected by the radiation detector 4 must be propagated through the tissue 5. Accordingly, the signal of the radiation detector 4 contains information about the optical properties of the illuminated tissue 5.
Ein wesentlicher Unterschied und Vorteil eines solchen Messsystems 1 gegenüber anderen bekannten Messsystemen, die beispielsweise ausschließlich Transmission statt diffuser Reflexion messen, ist, dass das Messsystem 1 im Prinzip an beliebigen Stellen des Körpers verwendet werden kann, da es keine geometrischen Einschränkungen z.B. bezüglich der Dicke des zu untersuchenden Gewebes 5 gibt. Ein möglicher Pfad der Strahlung von der Strahlungsquelle 3 zum Strahlungsdetektor 4 durch das Gewebe 5 ist durch die Richtungspfeile im Gewebe 5 symbolisiert. Ein Nachteil eines solchen Messsystems 1 ist allerdings, dass es beispielsweise im Vergleich zu einem auf Transmission basierendem Messsystem 1 deutlich schwieriger ist, die Intensität der Strahlungsquellen 3 zu bestimmen: Dadurch, dass es im in Abbildung 1 dargestellten Messsystem 1 keinen direkten Lichtweg von der Strahlungsquelle 3 zum Strahlungsdetektor 4 gibt, gibt es auch keine Möglichkeit, die Strahlungsintensität parallel zur Messung des Gewebes mithilfe des vorhandenen Strahlungsdetektors 4 zu bestimmen. Eine Messung der Strahlungsintensität ist im in Figur 1 dargestellten Messsystem nur unter Verwendung weiterer externer Hilfsmittel wie beispielsweise eines Reflektors und nur vor oder nach der Messung des Gewebes 5 möglich. Diese Lösung verkompliziert jedoch das Messsystem 1 und erlaubt es darüber hinaus nicht, zeitabhängige Intensitätsschwankungen der Strahlungsquelle 3 während der Messung zu detektieren. An essential difference and advantage of such a measuring system 1 over other known measuring systems, which for example measure exclusively transmission instead of diffuse reflection, is that the measuring system 1 can in principle be used at arbitrary locations of the body, since there are no geometrical restrictions, e.g. 5 with respect to the thickness of the tissue to be examined. A possible path of the radiation from the radiation source 3 to the radiation detector 4 through the tissue 5 is symbolized by the directional arrows in the tissue 5. A disadvantage of such a measuring system 1, however, is that, for example, it is much more difficult to determine the intensity of the radiation sources 3 in comparison to a transmission-based measuring system 1. As a result, there is no direct light path from the radiation source in the measuring system 1 shown in FIG 3 to the radiation detector 4, there is also no way to determine the radiation intensity parallel to the measurement of the tissue using the existing radiation detector 4. Measurement of the radiation intensity is possible in the measuring system illustrated in FIG. 1 only by using further external aids, such as a reflector, and only before or after the measurement of the tissue 5. However, this solution complicates the measuring system 1 and moreover does not allow it to detect time-dependent intensity fluctuations of the radiation source 3 during the measurement.
Figur 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße erste Ausführungsform. Im Gehäuse 2 ist ein optischer Referenzsensor 6 vorgesehen. Der Referenzsensor 6 ist dazu eingerichtet, die Strahlungsintensität der Strahlungsquelle 3 während eines Messvorgangs kontinuierlich zu messen. Hierfür ist ein Verbindungskanal 2c zwischen der Strahlungsquelle 3 und dem
Referenzsensor 6 vorgesehen. Der Verbindungskanal 2c ist so ausgestaltet, dass möglichst keine externen Störeinflüsse das Lichtsignal der Strahlungsquelle 3 verfälschen, insbesondere ist er so gestaltet, dass kein einfallendes Umgebungslicht oder vom Gewebe zur Strahlungsquelle zurück reflektiertes Licht das gemessene Lichtsignal beeinflusst. Während eines Messvorgangs werden der Strahlungsdetektor 4 und der Referenzsensor 6 parallel ausgelesen. Auf diese Weise ist es möglich, die Gewebeeigenschaften und die Strahlungsleistungen der Strahlungsquelle 3 simultan zu ermitteln. Das Signal des Strahlungsdetektors 4, der die Gewebeeigenschaften misst, kann dann auf das Signal des Referenzsensors 6 normiert werden, sodass Schwankungen der Strahlungsintensität der Strahlungsquelle 3 beispielsweise aufgrund von Temperaturänderungen kompensiert werden können. FIG. 2 schematically shows a first embodiment according to the invention. In the housing 2, an optical reference sensor 6 is provided. The reference sensor 6 is set up to continuously measure the radiation intensity of the radiation source 3 during a measurement process. For this purpose, a connection channel 2c between the radiation source 3 and the Reference sensor 6 is provided. The connecting channel 2c is designed so that as far as possible no external interference influences the light signal of the radiation source 3, in particular it is designed such that no incident ambient light or light reflected back from the tissue to the radiation source influences the measured light signal. During a measuring process, the radiation detector 4 and the reference sensor 6 are read in parallel. In this way it is possible to determine the tissue properties and the radiation powers of the radiation source 3 simultaneously. The signal of the radiation detector 4, which measures the tissue properties, can then be normalized to the signal of the reference sensor 6, so that fluctuations in the radiation intensity of the radiation source 3 can be compensated for example due to temperature changes.
Der Referenzsensor 6 kann dabei wie in Figur 2 dargestellt zwischen Strahlungsquelle 3 und Strahlungsdetektor 4 liegen, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich und andere Positionierungen des Referenzsensors sind möglich, soweit weiterhin ein Verbindungskanal zwischen Strahlungsquelle 3 und Referenzsensor 6 gegeben ist. The reference sensor 6 can be as shown in Figure 2 between the radiation source 3 and radiation detector 4, but this is not absolutely necessary and other positioning of the reference sensor are possible, as far as a connection channel between the radiation source 3 and reference sensor 6 is given.
Prinzipiell können sowohl die Anzahl als auch die Anordnung der Strahlungsquellen 3, Strahlungsdetektoren 4 und Referenzsensoren 5 an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Ein wesentlicher Aspekt, der für die Ausgestaltung des Messsystems relevant ist, ist der Abstand zwischen Strahlungsquellen 3 und Strahlungsdetektoren 3, da durch diesen Abstand die typische Eindringtiefe der Strahlung in das Gewebe, die den Detektor erreicht, vorgegeben wird. Sollen nicht nur die oberflächennahen Gewebeschichten sondern auch tieferliegende Schichten untersucht werden, dann ist ein gewisser Abstand zwischen Strahlungsquelle 3 und -detektor 4 notwendig. In diesem Fall erlaubt die dargestellte Ausführungsform der Erfindung eine besonders effiziente Nutzung des vom Messsystem eingenommenen Raums und damit eine besonders kompakte Bauweise, da der Referenzsensor 6 platzsparend zwischen Strahlungsquelle 3 und Strahlungsdetektor 4 platziert werden kann. In principle, both the number and the arrangement of the radiation sources 3, radiation detectors 4 and reference sensors 5 can be adapted to the respective requirements. An essential aspect that is relevant for the design of the measuring system is the distance between radiation sources 3 and radiation detectors 3, since this distance sets the typical penetration depth of the radiation into the tissue reaching the detector. If not only the near-surface tissue layers but also underlying layers are to be examined, then a certain distance between radiation source 3 and detector 4 is necessary. In this case, the illustrated embodiment of the invention allows a particularly efficient use of the space occupied by the measuring system and thus a particularly compact design, since the reference sensor 6 can be placed between the radiation source 3 and radiation detector 4 to save space.
Als Strahlungsquellen 3 können statt LEDs beispielsweise auch Laser (z.B. in Form von Laserdioden) verwendet werden. Ebenso ist die geometrische
Anordnung der Strahlungsquellen 3 innerhalb des Moduls nicht festgelegt. Beispielsweise können die Strahlungsquellen 3 in einer Reihe, in mehreren Reihen (matrixförmig), oder halbkreisförmig angeordnet sein. AlsInstead of LEDs, lasers (eg in the form of laser diodes) can also be used as radiation sources 3. Likewise, the geometric Arrangement of the radiation sources 3 not defined within the module. For example, the radiation sources 3 may be arranged in a row, in a plurality of rows (matrix-shaped), or in a semicircular manner. When
Strahlungsdetektoren 4 und Referenzsensoren 6 können neben Photodioden auch ein Detektorarray oder CMOS-Sensoren dienen. Im Falle mehrerer Strahlungsdetektoren 4 können diese in verschiedenen Anordnungen verwendet werden, z.B. linear, matrixförmig oder kreisförmig angeordnet sein. Radiation detectors 4 and reference sensors 6 can be used in addition to photodiodes and a detector array or CMOS sensors. In the case of several radiation detectors 4, these can be used in various arrangements, e.g. be arranged linear, matrix-shaped or circular.
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Messsystem 1 in einer zweiten Ausführungsform. In diesem Ausführungsbeispiel befinden sich die Strahlungsdetektoren 4 und Strahlungsquellen 3 auf einem Printed Circuit Board (PCB) 7 im Messsystem 1. Am PCB 7 ist das Gehäuse 2 angeordnet. Das Gehäuse weist zwei Flohlräume 8a, 8b auf. FIG. 3 shows a measuring system 1 according to the invention in a second embodiment. In this exemplary embodiment, the radiation detectors 4 and radiation sources 3 are located on a printed circuit board (PCB) 7 in the measuring system 1. The housing 2 is arranged on the PCB 7. The housing has two flea spaces 8a, 8b.
Auf dem PCB 7 sind mehrere LEDs 3a als Strahlungsquellen 3 und eine Photodiode als Referenzsensor 6 angeordnet. Die LEDs 3a und der Referenzsensor 6 sind zudem zusammen im Hohlraum 8a angeordnet. Über die Gehäuseöffnung 2a des Gehäuses 2 kann Licht in den Hohlraum 8a ein- bzw. aus dem Hohlraum 8a austreten. Damit die Messung des Referenzsensors 6 nicht durch einfallendes Umgebungslicht oder durch Licht, das vom Gewebe zurück reflektiert wurde, beeinflusst wird, ist eine Abschirmung 9 vorgesehen, mithilfe derer ein schmaler optischer Verbindungskanal 2c zwischen der Strahlungsquelle 3 und dem Referenzsensor 6 gebildet wird. Die Höhe H des optischen Verbindungskanals 2c ist ein wichtiger Systemparameter. Die Höhe H muss wesentlich kleiner als der Abstand A zwischen den LEDs 3a und der Gehäuseöffnung 2a sein, weil sonst Licht, das vom Gewebe 5 zurück zu den LEDs 3a reflektiert wird, auch den Referenzsensor 6 erreichen könnte. Hierzu ist es zweckmäßig, dass der optische Verbindungskanal 2c möglichst schmal ausgestaltet ist. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen der Höhe H des Verbindungskanals 9 und dem Abstand A zwischen LEDs 3a und der Gehäuseöffnung 2a höchstens 0,5. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis ca. 0,38. On the PCB 7, a plurality of LEDs 3a as radiation sources 3 and a photodiode as a reference sensor 6 are arranged. The LEDs 3a and the reference sensor 6 are also arranged together in the cavity 8a. Via the housing opening 2a of the housing 2, light can enter or leave the cavity 8a in the cavity 8a. So that the measurement of the reference sensor 6 is not influenced by incident ambient light or by light which has been reflected back from the tissue, a shield 9 is provided, by means of which a narrow optical connecting channel 2c is formed between the radiation source 3 and the reference sensor 6. The height H of the optical connection channel 2c is an important system parameter. The height H must be substantially smaller than the distance A between the LEDs 3a and the housing opening 2a, because otherwise light that is reflected by the tissue 5 back to the LEDs 3a, could also reach the reference sensor 6. For this purpose, it is expedient that the optical connection channel 2c is made as narrow as possible. Preferably, the ratio between the height H of the connection channel 9 and the distance A between LEDs 3a and the housing opening 2a is at most 0.5. In the embodiment shown here, the ratio is about 0.38.
Zudem sind das Gehäuse 2 und insbesondere die Wände der Hohlraums 8a, 8b schwarz beschichtet, damit einfallendes Umgebungslicht an den Wänden nicht
reflektiert bzw. im Hohlraum 8a gestreut wird. Aus diesem Grund ist auch das PCB 7 mit schwarzem Lötstopplack beschichtet, weil dieser aufgrund seiner Farbe ebenfalls eine sehr gute Lichtabsorption gewährleistet. In addition, the housing 2 and in particular the walls of the cavity 8a, 8b coated black, so that incident ambient light on the walls not is reflected or scattered in the cavity 8 a. For this reason, the PCB 7 is coated with black solder resist, because this also ensures a very good light absorption due to its color.
Des Weiteren ist auf dem PCB 7 der Strahlungsdetektor 4 angeordnet. Dieser befindet sich im Hohlraum 8b. Über die Gehäuseöffnung 2b kann Licht in den Hohlraum 8b ein- bzw. aus dem Hohlraum 8b austreten. Furthermore, the radiation detector 4 is arranged on the PCB 7. This is located in the cavity 8b. Light can enter or leave the cavity 8b via the housing opening 2b.
An der Unterseite des PCB 7 ist ein flexibles Kabel 10 vorgesehen, über das die LEDs 3a mit Strom versorgt bzw. angesteuert und die Detektoren 4, 6 ausgelesen werden können. Die Gehäuseöffnungen 2a, 2b der Hohlräume 8a, 8b sind mit Fenstern 11 a, 11 b versehen, die aus einem transparentem Material bestehen. Die Fenster 11 a, 11 b sind durch ein lichtundurchlässiges Material 12 voneinander getrennt, sodass verhindert wird, dass das Licht der LEDs 3a innerhalb der Fenster mehrfach reflektiert wird und den Strahlungsdetektor 4 erreichen kann, ohne das Gewebe 5 passiert zu haben. Aufgrund der Fenster 11a, 11 b ist die mit dem Gewebe 5 in Kontakt tretende Seite des Gehäuses 2 besonders einfach zu reinigen. On the underside of the PCB 7, a flexible cable 10 is provided, via which the LEDs 3a are supplied with current or driven and the detectors 4, 6 can be read out. The housing openings 2a, 2b of the cavities 8a, 8b are provided with windows 11a, 11b, which consist of a transparent material. The windows 11 a, 11 b are separated by an opaque material 12, so that the light of the LEDs 3 a is prevented from being reflected multiple times within the windows and can reach the radiation detector 4 without having passed the tissue 5. Because of the windows 11a, 11b, the side of the housing 2 coming into contact with the fabric 5 is particularly easy to clean.
Vorzugsweise wird für das Gehäuse 2, die Fenster 11 a, 11 b und das lichtundurchlässige Material 12, über das die Fenster verbunden 11 a, 11 b sind, biokompatibles Material verwendet, weil somit die Auflagefläche des Moduls für das lebende Gewebe 5 biokompatibel ist. Preferably, for the housing 2, the windows 11 a, 11 b and the opaque material 12, via which the windows are connected 11 a, 11 b, biocompatible material is used, because thus the support surface of the module for the living tissue 5 is biocompatible.
Das verwendete PCB 7 in diesem Ausführungsbeispiel ist wesentlich größer als das Gehäuse 2. Der überstehende Teil des PCB kann verwendet werden, um das Messsystem 1 in einem hier nicht dargestellten Messgerät mithilfe von Kleber oder Schrauben zu fixieren. Wenn eine andere Befestigungsmöglichkeit gewählt wird, kann die Größe des PCB 7 auch auf die Größe des Gehäuses 2 reduziert werden.
Die Abmessungen des in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten Messsystems 1 sind äußerst kompakt. Das Gehäuse 2 ist lediglich 3,8 mm hoch und 7,5 mm breit. Das PCB 7 ist 12,5 mm breit, sodass sich das Messsystem 1 durch seine Kompaktheit besonders gut in übergeordnete Messgeräte integrieren lässt. The PCB 7 used in this embodiment is substantially larger than the housing 2. The protruding part of the PCB can be used to fix the measuring system 1 in a measuring device, not shown here, using glue or screws. If a different mounting option is chosen, the size of the PCB 7 can also be reduced to the size of the housing 2. The dimensions of the measuring system 1 shown in this embodiment are extremely compact. The housing 2 is only 3.8 mm high and 7.5 mm wide. The PCB 7 is 12.5 mm wide, so that the measuring system 1 can be integrated very well into higher-level measuring instruments due to its compactness.
Bei einem Messvorgang wird das Messsystem 1 an das Gewebe 5 angelegt, sodass die Gehäuseöffnungen 2a, 2b dem Gewebe 5 zugewandt sind. Anschließend werden die LEDs 3a durch eine Mess-Steuer-Regeleinheit (MSR- Einheit - hier nicht dargestellt) über das flexible Kabel 10 angesteuert, und die LEDs 3a emittieren eine Strahlung im Hohlraum 8a. Ein erster Teil der Strahlung wird durch die Gehäuseöffnung 2a und das Fenster 11 a in das Gewebe 5 geleitet und ein zweiter Teil der Strahlung erreicht auf direktem Wege den Referenzsensor 6. Die übrige Strahlung wird im Wesentlichen aufgrund der schwarzen Beschichtung an den Wänden des Hohlraums 8a bzw. am PCB 7 absorbiert. Die ins Gewebe 5 emittierte Strahlung propagiert in diesem und wird vielfach reflektiert. Ein Teil der Strahlung wird schließlich durch das Fenster 11 b und die Gehäuseöffnung 2b in den Hohlraum 8b gelangen und kann dort vom Strahlungsdetektor 4 erfasst werden. Die vom Strahlungsdetektor 4 gemessene Strahlung wird von der MSR-Einheit erfasst. Ebenso erfasst die MSR-Einheit die vom Referenzsensor 6 gemessenen Werte und kann diese schließlich bei der Bewertung der Gesamtuntersuchung berücksichtigen. In a measuring operation, the measuring system 1 is applied to the fabric 5, so that the housing openings 2 a, 2 b face the fabric 5. Subsequently, the LEDs 3a are driven by a measuring control unit (MSR unit - not shown here) via the flexible cable 10, and the LEDs 3a emit radiation in the cavity 8a. A first part of the radiation is conducted through the housing opening 2a and the window 11a into the fabric 5 and a second part of the radiation directly reaches the reference sensor 6. The remaining radiation is essentially due to the black coating on the walls of the cavity 8a or absorbed on the PCB 7. The radiation emitted into the tissue 5 propagates in it and is reflected many times. Part of the radiation will finally pass through the window 11b and the housing opening 2b into the cavity 8b and can be detected there by the radiation detector 4. The radiation measured by the radiation detector 4 is detected by the MSR unit. Likewise, the MSR unit detects the values measured by the reference sensor 6 and can finally take them into account in the evaluation of the overall examination.
Das in Figur 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist als Erweiterung zu der in Figur 3 beschriebenen Ausführungsform optische Filterelemente an den Fenstern 11 a, 11 b zu den Hohlräumen 8a, 8b und im optischen Verbindungskanal 2c zwischen den LEDs 3a und Referenzsensor 6 auf. The third exemplary embodiment illustrated in FIG. 4 has, as an extension to the embodiment described in FIG. 3, optical filter elements on the windows 11 a, 11 b to the cavities 8 a, 8 b and in the optical connecting channel 2 c between the LEDs 3 a and reference sensor 6.
Bei den optischen Filterelemente 13 kann es sich beispielsweise um Interferenzfilter oder -Spiegel einschließlich Antireflexbeschichtungen für bestimmte Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche handeln. Im Falle der Fenster 11 a, 11 b können die Filterelemente 13 auch direkt in die Fenster 11 a, 11 b integriert sein. Mit diesen Filtern bzw. Spiegeln kann beeinflusst werden, in welche Teilelemente des Messsystems 1 Strahlung bestimmter Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche eindringen kann bzw. welche Strahlung aus diesen
heraustreten kann. Dadurch können Störungen z.B. durch Umgebungslicht, unerwünschte Rückstreuung von Licht aus dem Gewebe 5 in den Hohlraum 8a oder Eindringen von Wärmestrahlung (Infrarot) des Gewebes 5 in die Hohlräume 8a, 8b verringert werden. Die Filterfunktion ist durch die Richtungspfeile an den Filterelementen 13 angedeutet. The optical filter elements 13 may be, for example, interference filters or mirrors including anti-reflection coatings for particular wavelengths or wavelength ranges. In the case of the windows 11 a, 11 b, the filter elements 13 may also be integrated directly into the windows 11 a, 11 b. With these filters or mirrors can be influenced, in which sub-elements of the measuring system 1 radiation of certain wavelengths or wavelength ranges can penetrate or which radiation from these can emerge. As a result, disturbances, for example due to ambient light, unwanted backscattering of light from the tissue 5 into the cavity 8a or penetration of thermal radiation (infrared) of the tissue 5 into the cavities 8a, 8b can be reduced. The filter function is indicated by the directional arrows on the filter elements 13.
Im vierten Ausführungsbeispiel in Figur 5 ist das Messsystem 1 mit einem weiteren Strahlungsdetektor 4a ergänzt, sodass mit dem Messsystem 1 auch Transmissionsmessungen möglich sind. Bei den Transmissionsmessungen kann ebenfalls die mit dem Referenzsensor 6 gemessene Strahlungsleistung der Strahlungsquellen 3 berücksichtigt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Intensität der LEDs 3a zwar im Prinzip durch den weiteren Strahlungsdetektor 4a bestimmbar wäre, aber dies nicht parallel zur Messung des Gewebes 5 erfolgen kann. Daher ist auch in diesem Ausführungsbeispiel die Verwendung des abgeschirmten Referenzsensors 6 besonders günstig. In the fourth exemplary embodiment in FIG. 5, the measuring system 1 is supplemented with a further radiation detector 4a, so that transmission measurements are also possible with the measuring system 1. In the transmission measurements, the radiation power of the radiation sources 3 measured with the reference sensor 6 can likewise be taken into account. It should be noted that in this embodiment, the intensity of the LEDs 3a, although in principle by the other radiation detector 4a would be determinable, but this can not be done parallel to the measurement of the fabric 5. Therefore, the use of the shielded reference sensor 6 is particularly favorable in this embodiment.
Figur 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Hier ist die Erfindung in ein übergeordnetes Messgerät integriert, das über zwei Seitenteile 2c, 2d verfügt. Zudem sind insgesamt drei Temperatursensoren 14a, 14b, 14c in die Messanordnung integriert, davon zwei Sensoren direkt in das Messsystem 1. Als Temperatursensoren 14 können beispielsweise NTC-Thermistoren eingesetzt werden. Die zusätzlichen Temperatursensoren 14 inner- und außerhalb des Messsystems 1 können genutzt werden, um weitere Störeinflüsse zu kompensieren bzw. diese genauer aufzuschlüsseln (z.B. Einfluss der Erwärmung des Messsystems 1 durch das aufliegende Gewebe 5 und durch die Umgebung). Insbesondere kann mit dem Temperatursensor 14c die Temperatur des aufgelegten Gewebes direkt gemessen werden. Figure 6 shows a fifth embodiment according to the invention. Here, the invention is integrated into a higher-level measuring device which has two side parts 2c, 2d. In addition, a total of three temperature sensors 14a, 14b, 14c are integrated in the measuring arrangement, of which two sensors directly into the measuring system 1. As temperature sensors 14, for example, NTC thermistors can be used. The additional temperature sensors 14 inside and outside of the measuring system 1 can be used to compensate or to further break down further disturbing influences (for example, influence of the heating of the measuring system 1 by the overlying tissue 5 and by the environment). In particular, with the temperature sensor 14c, the temperature of the laid-up tissue can be measured directly.
Um dies zu illustrieren, ist das Messsystem 1 in Figur 6 zur Untersuchung eines Fingers 5 a ausgelegt: Der Temperatursensor 14a ist im Hohlraum 8a platziert, sodass die Temperatur der Umgebung der LEDs 3a und des Strahlungsdetektors 4 bestimmt werden kann. Zu beachten ist, dass es sich bei Figur 6 nur um einen Querschnitt handelt und sich der Temperatursensor 14a am Rand des Gehäuses befindet, sodass der Kanal zwischen LEDs 3a und
Referenzsensor 6 weitestgehend frei bleibt und somit die Referenzmessung nicht beeinträchtigt wird. Die mit dem Temperatursensor 14a gemessene Temperatur hat mehrere Ursachen (Strahlung des Fingers, Wärmeleitung zwischen Finger 5a und Gehäuse 2, Wärmestrahlung der LEDs 3a, Erwärmung des Gehäuses 2 durch den Betrieb der elektrischen Komponenten). Zwischen diesen Ursachen kann durch weitere Temperatursensoren stärker differenziert werden, indem beispielsweise der zusätzliche Temperatursensor 14b in die Gehäusewand eingelassen wird, welcher nur die Gehäusetemperatur misst. Platziert man darüber hinaus den Temperatursensor 14c außen am Messsystem 1 zur direkten Temperaturmessung am Finger 5a (Wärmeleitung), kann die Fingertemperatur direkt bestimmt und damit zusätzliche Information über die im System auftretenden Wärmequellen gewonnen werden. In order to illustrate this, the measuring system 1 in FIG. 6 is designed to examine a finger 5 a: The temperature sensor 14 a is placed in the cavity 8 a so that the temperature of the surroundings of the LEDs 3 a and of the radiation detector 4 can be determined. It should be noted that it is only a cross section in Figure 6 and the temperature sensor 14a is located at the edge of the housing, so that the channel between LEDs 3a and Reference sensor 6 remains largely free and thus the reference measurement is not affected. The temperature measured with the temperature sensor 14a has several causes (radiation of the finger, heat conduction between fingers 5a and housing 2, heat radiation of the LEDs 3a, heating of the housing 2 by the operation of the electrical components). Between these causes can be more differentiated by other temperature sensors, for example, by the additional temperature sensor 14b is inserted into the housing wall, which measures only the housing temperature. If, in addition, one places the temperature sensor 14c on the outside of the measuring system 1 for direct temperature measurement on the finger 5a (heat conduction), the finger temperature can be determined directly and thus additional information about the heat sources occurring in the system can be obtained.
Figur 7 stellt ein sechstes Ausführungsbeispiel dar, bei dem das Messsystem 1 mit einem flexible printed circuits (FPC 16) realisiert ist und in einen Ring 17 integriert ist, in dem sich lebendes Gewebe 5, z.B. ein menschlicher Finger, befindet. Ein wesentlicher Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist, dass sich die Komponenten des Messsystems nicht innerhalb einer Ebene befinden, sondern entlang eines Kreisbogens ausgerichtet sind, wobei mit einem FPC 16 auch andere Geometrien (Segmente einer Ellipse o.ä.) realisiert werden können. Falls die Krümmung des FPC 16 so stark ist, dass es keinen linearen optischen Weg zwischen den LEDs 3a und Referenzsensor 6 gibt, kann ein Lichtleiter 15 für die Übertragung des optischen Signals verwendet werden. Ein Hauptmerkmal des sechsten Ausführungsbeispiels ist, dass das Messsystem 1 in dieser Realisierung permanent am Körper getragen werden kann und damit kontinuierliche Messungen oder beispielsweise einzelne Messungen in gewissen Zeitabständen möglich sind. Eine vergleichbare Ausführung kann beispielsweise in Form eines Armbands erfolgen. Die Erfindung erlaubt verschiedene Betriebsmodi für die im Messsystem 1 verwendeten LEDs 3a. Die LEDs 3a können beispielsweise mit beliebigen Multiplexing- oder Modulationsverfahren betrieben werden. Die an dem Strahlungsdetektor 4 und dem Referenzsensor 6 gemessenen Signale können dann mit den entsprechenden Demultiplexing- bzw. Demodulationsverfahren analysiert werden. Konkrete Beispiele für solche Verfahren sind die sequentielle Aktivierung verschiedener LEDs 3a für ein
bestimmtes Zeitintervall oder der parallele, gepulste Betrieb mehrerer LEDs 3a, wobei sich die Pulsfrequenz für die einzelnen LEDs 3a unterscheidet. FIG. 7 illustrates a sixth exemplary embodiment, in which the measuring system 1 is realized with a flexible printed circuit (FPC 16) and is integrated in a ring 17 in which living tissue 5, for example a human finger, is located. An essential difference to the previous exemplary embodiments is that the components of the measuring system are not located within one plane, but are aligned along a circular arc, whereby other geometries (segments of an ellipse or the like) can also be realized with an FPC 16. If the curvature of the FPC 16 is so strong that there is no linear optical path between the LEDs 3a and reference sensor 6, an optical fiber 15 can be used for the transmission of the optical signal. A key feature of the sixth embodiment is that the measuring system 1 in this implementation can be worn permanently on the body and thus continuous measurements or, for example, individual measurements at certain intervals are possible. A comparable embodiment can for example be in the form of a bracelet. The invention allows different modes of operation for the LEDs 3a used in the measuring system 1. The LEDs 3a can be operated for example with any multiplexing or modulation method. The signals measured at the radiation detector 4 and the reference sensor 6 can then be analyzed by the respective demultiplexing or demodulation methods. Concrete examples of such methods are the sequential activation of different LEDs 3a for one certain time interval or the parallel, pulsed operation of multiple LEDs 3a, wherein the pulse frequency for the individual LEDs 3a differs.
Die Hohlräume 8a, 8b im Gehäuse 2, in denen sich Strahlungsdetektor 4, Referenzsensor 6 und Strahlungsquellen 3 befinden, können mit Umgebungsluft gefüllt sein, die beim Herstellungsprozess eingeschlossen wird. Alternativ können die Hohlräume 8a, 8b ein beim Herstellungsprozess eingefülltes Gas, Gasgemisch oder einen Feststoff, beispielsweise Epoxid-Harz, enthalten. Im Falle eines Feststoffs können auch nur ein Teil der Hohlräume 8a, 8b oder einzelne optische Elemente zum Schutz dieser Elemente mit einem Feststoff wie Epoxid-Harz vergossen sein. Ebenso kann zu Füllung der Hohlräume ein mit Stickstoff imprägniertes und anschließend gepresstes poröses Material verwendet werden.
The cavities 8a, 8b in the housing 2, in which the radiation detector 4, reference sensor 6 and radiation sources 3 are located, can be filled with ambient air, which is included in the manufacturing process. Alternatively, the cavities 8a, 8b may contain a gas, gas mixture or a solid, for example epoxy resin, introduced during the production process. In the case of a solid, only a portion of the cavities 8a, 8b or individual optical elements may be encapsulated with a solid such as epoxy resin to protect these elements. Likewise, a nitrogen-impregnated and subsequently pressed porous material can be used to fill the cavities.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Messsystem 1 measuring system
2 Gehäuse 2 housings
2a, b Gehäuseöffnung 2a, b housing opening
2c optischer Verbindungskanal 2c optical connection channel
2d,e Seitenteile des Gehäuses 2d, e side panels of the housing
3, 3a Strahlungsquelle, LED 3, 3a radiation source, LED
4, 4a Strahlungsdetektor 4, 4a radiation detector
5 Gewebe 5 tissues
6 Referenzsensor 6 reference sensor
7 Printed Circuit Board (PCB) 7 Printed Circuit Board (PCB)
8a, b Hohlraum 8a, b cavity
9 Abschirmung 9 shielding
10 Kabel 10 cables
11 a, b Fenster 11 a, b window
12 lichtundurchlässiges Material 12 opaque material
13 Filterelement 13 filter element
14a, b,c Temperatursensor 14a, b, c temperature sensor
1 5 Lichtleiter 1 5 optical fiber
16 FCP 16 FCP
17 Ring 17 ring
A Abstand (LEDs 3a, Gehäuseöffnung 2a) H Höhe des optischen Verbindungskanals 2c
A distance (LEDs 3a, housing opening 2a) H height of the optical connection channel 2c
Claims
1 . Messsystem (1 ) für spektroskopische Untersuchungen von lebendem Gewebe, mit einem Gehäuse (2), das zwei an einer Seite des Gehäuses (2) liegende Gehäuseöffnungen (2a, 2b) aufweist, wenigstens eine im Gehäuse (2) angeordnete optische Strahlungsquelle (3) und wenigstens einen im Gehäuse (2) angeordneten optischen Strahlungsdetektor (4), wobei die Strahlungsquelle (3) und der optische Strahlungsdetektor (4), jeweils einer Gehäuseöffnung (2a, 2b) zugeordnet sind und wobei zwischen der Strahlungsquelle (3) und dem Strahlungsdetektor (4), keine optische Verbindung innerhalb des Gehäuses (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) ein optischer Referenzsensor (6) angeordnet ist und von der Strahlungsquelle (3) zum Referenzsensor (6) ein direkter optischer Verbindungskanal (2c) für die Übertragung eines Referenzsignals besteht. 1 . Measuring system (1) for spectroscopic examinations of living tissue, comprising a housing (2) having two housing openings (2a, 2b) lying on one side of the housing (2), at least one optical radiation source (3) arranged in the housing (2) and at least one optical radiation detector (4) arranged in the housing (2), wherein the radiation source (3) and the optical radiation detector (4) are each associated with a housing opening (2a, 2b) and between the radiation source (3) and the radiation detector (4), there is no optical connection within the housing (2), characterized in that in the housing (2) an optical reference sensor (6) is arranged and from the radiation source (3) to the reference sensor (6) a direct optical connection channel (2c ) for the transmission of a reference signal.
2. Messsystem (1 ) nach Anspruch 1 , dass das Messsystem über eine kompakte, miniaturisierte Bauweise verfügt, die es erlaubt, das Messsystem als Komponente anderer übergeordneter Messsysteme, insbesondere handlicher Messsysteme für den analytischen und medizinischen Anwendungsbereich, zu verwenden. 2. Measuring system (1) according to claim 1, that the measuring system has a compact, miniaturized design, which allows to use the measuring system as a component of other higher-level measuring systems, in particular handy measuring systems for the analytical and medical application.
3. Messsystem (1 ) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) eines Verbindungskanals (2c) zwischen
Strahlungsquelle (3) und Referenzsensor (6) höchstens halb so groß ist wie der Abstand (A) der Strahlungsquelle (3) zur der Gehäuseöffnung (2a, 2b), welcher die Strahlungsquelle (3) zugeordnet ist. 3. Measuring system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the height (H) of a connecting channel (2c) between Radiation source (3) and reference sensor (6) is at most half as large as the distance (A) of the radiation source (3) to the housing opening (2a, 2b), which is associated with the radiation source (3).
4. Messsystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -3, dass das vom Referenzsensor (6) gemessene Signal nutzbar ist, um Schwankungen der4. measuring system (1) according to any one of claims 1 -3, that the signal measured by the reference sensor (6) is available to fluctuations in the
Intensität der Strahlungsquelle (3) zu detektieren und dadurch die Genauigkeit und Präzision der Messung von einem oder mehrerer physiologischer Parameter zu verbessern. To detect the intensity of the radiation source (3) and thereby improve the accuracy and precision of the measurement of one or more physiological parameters.
5. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (1 ) einen oder mehrere5. Measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring system (1) one or more
Temperatursensoren (14a, 14b, 14c) umfasst. Temperature sensors (14a, 14b, 14c) comprises.
6. Messsystem (1 ) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) als flexibles Band ausgestaltet ist. 6. Measuring system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is designed as a flexible band.
7. Messsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Gehäuses (2) mit einer schwarzen Schicht versehen ist. 7. Measuring system according to claim 1, characterized in that the surface of the housing (2) is provided with a black layer.
8. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseöffnungen (2a, 2b) mit einer zumindest teilweise transparenten Schicht abgedeckt sind. 8. Measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the housing openings (2a, 2b) are covered with an at least partially transparent layer.
9. Messsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Schicht optische Filterelemente (13) umfasst. 9. Measuring system according to claim 3, characterized in that the transparent layer comprises optical filter elements (13).
10. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Strahlungsquelle (3) in einem Hohlraum (8a) und der Strahlungsdetektor in einem weiteren Hohlraum (8b) angeordnet sind, und die Hohlräume (8a, 8b) mit einem Gas, einem Gasgemisch einschließlich normaler Umgebungsluft oder einem Feststoff wie Epoxidharz gefüllt sind.
10. Measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the optical radiation source (3) in a cavity (8a) and the radiation detector in a further cavity (8b) are arranged, and the cavities (8a, 8b) with a gas, a gas mixture including normal ambient air or a solid such as epoxy resin are filled.
11. Messsystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) dazu eingerichtet ist, Strahlung im visuellen und/nahinfraroten Wellenlängenbereich zu emittieren. 11. Measuring system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source (3) is adapted to emit radiation in the visual and / near-infrared wavelength range.
12. Verfahren zur Untersuchung von lebendem Gewebe (5) unter Verwendung eines Messsystems (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -9, bei dem 12. A method for examining living tissue (5) using a measuring system (1) according to any one of claims 1 -9, in which
- das Messsystem (1 ) mit seiner die Gehäuseöffnungen (2a, 2b) aufweisenden Seite an das Gewebe angelegt wird, die Strahlungsquelle (3) angesteuert wird, sodass sie Strahlung emittiert, - the measuring system (1) with its housing openings (2a, 2b) side is applied to the tissue, the radiation source (3) is driven so that it emits radiation,
- die Anteile der Strahlung der Strahlungsquelle (3) durch den Referenzsensor (5) und Strahlungsdetektor (4) gemessen werden - The proportions of the radiation of the radiation source (3) by the reference sensor (5) and radiation detector (4) are measured
- und die erfassten Messwerte des Strahlungsdetektors (4) mittels der erfassten Messwerte des Referenzsensors (6) normiert werden.
- And the detected measured values of the radiation detector (4) by means of the detected measured values of the reference sensor (6) are normalized.
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