DE3008651A1

DE3008651A1 - Verfahren zur messung der pneusis- funktion

Info

Publication number: DE3008651A1
Application number: DE19803008651
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Abe; Kazuo Hirano; Kimio Ono; Nobuhiro Sato
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1979-03-07
Filing date: 1980-03-06
Publication date: 1980-10-16
Also published as: JPS55118738A; DE3008651C2; GB2049168A; US4513751A; CA1140773A; GB2049168B; FR2450594A1; FR2450594B1

Description

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Die Erfindung "betrifft ein Gerät zur Messung der Pneusis-Eunkbion eines Bio-Organs und Textus gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bisher stellte die visuelle Beobachtung eines inneren Organs oder des Textus (Gewebes) eines der wesentlichsten Verfahren für die klinische Diagnose und die medizinische Forschung dar In letzter Zeit können jedoch verschiedene Teile der inneren Organe direkt mittels der sogenannten "Makroskopie" beobachtet werden? dabei wird ein optisches übertragungssystem eingesetzt, wie beispielsweise optische Fasern; als Beispiel für ein solches optisches System soll die sogenannte"Gastro-Kamera" genannt werden, also eine Kamera, die eine untersuchung des Magens eines Patienten durch Einführung eines Bündels von optischen Fasern in das Innere des Magens ermöglicht; dadurch wurden die Überwachungsmöglichkeiten für die klinische Analyse wesentlich erweitert. Da jedoch diese Makroskopie von der Geschicklichkeit und der Erfahrung des behandelnden Arztes abhängt, ermöglicht sie keine objektive und qualitative Diagnose. Weiterhin wird die Sauerstoff-Pneusis, also das Sauerstoff-Druck- bzw. Strömungsverhalten, des Gewebes (Textus) durch Freilegen überprüft; dabei besteht jedoch die Gefahr, daß das Organ und/oder Textus während dieser überprüfung der Pneusis-Funktion von Parasiten befallen werden; außerdem wird die Pneusis des Textus als Pneusis des Gesamtorgans durch Sauerstoffvergleich zwischen dem venösen und arteriellen Blut und der Strömungsmenge dieses Blutes berechnet. Der dabei auftretende Fehler ist jedoch relativ hoch, so daß die Ergebnisse nicht mit der gewünschten Genauigkeit vorliegen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der oben genannten Art anzugeben, mit dem die Pneusis-IPunktion gemessen werden kann, ohne daß die Gefahr einer Krankheit durch Bakterien- bzw. Parasiten-Befall besteht· Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Gerät können anfängliche Abweichungen der Pneusis-IPunktion des inneren Organs und des Texbus vom normalen Verhalten herausgefunden werden.

Weiterhin können mit dem Gerät die anfänglichen, durch die Makroskopie nicht erkennbaren Abweichungen der Eaeusis-Punktion vom Hbrmalverhalten festgestellt werden.

Mit dem Gerät werden das zu untersuchende innere Organ und Textus einer Unterbrechung der Sauerstoff-Zufuhr (beispielsweise durch Unterdrucksetzen) unterworfen und die Änderung der Kennlinie des Eeflexxons spektrums pro Zeiteinheit gemessen. Diese Änderung bestimmt die Pneusis-Funktion des inneren Organs und des Textus. Der bei dem Unterdrucksetzen erreichte Druckwert kann höher als der maximale Blutdruck sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Änderung des Eeflexionsspektrums des diffusen Lichtes pro Zeiteinheit für ein inneres Organ nach der Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr,

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Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung

zwischen der Zeit nach dem Unterdrucksetzen und dem relativen Absorptionsvermögen des Deoxy-Hämoglobins und des Oxy-Hämoglobins,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Geräts,

Fig. 4- eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Geräts,

wobei der Strahlenteiler und die benachbarten Bauelemente im Dateil dargestellt sind, und

Fig. 5 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform

eines erfindungsgemäßen Geräts.

Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Feststellung in Bezug auf die Änderung der Reflexions-Spektrum-Kennlinie pro Zeiteinheit bei der Bio-Spektroskopie, so daß die hier erreichten, technischen Vorteile auf diese Feststellung zurückgeführt werden können· Fig. 1 zeigt die Reflexions-Kennlinie des Teils eines inneren Organs oder Textus, das einer Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr unterworfen wird. Auf der horizontalen bzw. vertikalen Achse sind die Wellenlänge bzw. das Reflexions-Absorptionsvermögen aufgetragen.

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Die obere Kurve A wird während der Sauerstoffzufuhr zu dem inneren Organ erhalten, während die übrigen Kurven B bis I während der Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr zu dem Teil des Organs erhalten werden. Diese Kurven zeigen die Änderung des Spektrums pro Zeiteinheit. Wie man aus der Kurve A erkennen kann, werden in der Blutströmung in dem Organ zwei Spitzen für das Oxy-Hämoglobin (das im folgenden manchmal auch einfach als "Oxy-Hb" bezeichnet wird) beobachtet. Andererseits wird nach der Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr (nach dem Unterdrucksetzen) das relative Absorptionsvermögen stark verringert, und das spektrale Muster ändert sich stark,wie man an den Kurven B bis I erkennen kann.

Weiterhin endet die Verringerung des Absorptionsvermögens für ungefähr 1 bis 2 sek. nach dem Unterdrucksetzen bei dem Punkt gleichen Absorptionsvermögens für Oxy-Hb und Deoxy-Hämoglobjj (das im folgenden manchmal auch einfach als "Deoxy-Hb" bezeichnet werden soll). Dieser Punkt befindet sich bei der Wellenlänge A^ bzw. \ -nm, beispielsweise 569 nm bzw.586 nm. Andererseits setzt sich die Verringerung des Absorptionsvermögens an der Spitze (mit einerWellenlänge A ^ von beispielsweise 577 nm) des Oxy-Hb noch einige wenige Sekunden weiter fort.

Es wird angenommen, daß die ungefähr 1 oder 2 sek. dauernde Verringerung des Absorptionsvermögens entsprechend der Verringerung der Hb-Menge auftritt. Die .Verringerung der Hb-Menge wird auf das Ausstoßen praktisch des gesamten Blutes in der lokalen Blutbahn aufgrund der Unterdrucksetzung zurückgeführt, da das Absorptionsvermögen an den Punkten A-nm, «A^nm gleichen Absorptionsvermögens für Oxy-Hb und Deoxy-Hb gleichzeitig verringert wird.

Andererseits wird angenommen, daß die kontinuierliche Verringerung des Absorptionsvermögens bzw. der Extinktion bei der Wellenlänge A₃nm durch die Umwandlung des Oxy-Hb in Deoxy-Hb aufgrund einer Erhöhung des Absorptionsvermögens bzw. der Ex-

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tinktion in der Nähe des unteren Punktes mit der Wellenlänge J^₄ (beispielsweise 555 nm) des Oxy-Hb erfolgt. D.h. also, daß aufgrund des Unterdrucksetzens die lokale Blutströmung vollständig blockiert wird, so daß die restlichen Sauerstoffmoleküle aufgrund der Pneusis bzw. Sauerstoffaufnähme der lokalen Zellen verbraucht werden; dadurch wird aus dem gesamten Hb nunmehr Deoxy-Hb.

Deshalb kann eine Messung der Varations-Kennlinie der Umwandlung von Oxy-Hb in Deoxy-Hb pro Zeiteinheit, d.h., die Messung der Pneusis-Funktion, durch Ermittlung des Reflexionsspektrums bei den Punkten X.., X₂ mit gleichem Absorptionsvermögen des Oxy-Hb und Deoxy-Hb und bei dem charakteristischen Punkt X- entweder von Oxy-Hb oder von Deoxy-Hb erfolgen.

Gemäß der obigen Beschreibung wird der Spitzenpunkt /L 3 ^^es Oxy-Hb als charakteristischer Punkt betrachtet. Es ist jedoch auch möglich, eine Messung sogar am untersten Punkt des Oxy-Hb oder an der Spitze oder dem untersten Punkt des Deoxy-Hb durchzuführen.

Eine Ausführungsform eines Geräts zur Messung der Eneusis-Funktion nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt; dabei emittiert eine Lichtquelle 1, wie "beispielsweise eine Quarzhalogen-Lampe, insbesondere eine Wolfram-Halogen-Lampe, eine Xenon-Lampe oder eine Quecksilberlampe, Licht mit verschiedenen Wellenlängen. Eine optische !faser 2-1 kann das Licht von der Lichtquelle 1 in ein zu untersuchendes, inneres Organ einführen. Eine zweite optische Faser 2-2 kann das Reflexionslicht von dem Organ in eine als Strahlenteiler ausgebildete Licht empfangse inrichtung, wie beispielsweise ein Spektroskop A-, einführen. Weiterhin ist ein Druck-Steuerteil 3 vorgesehen, um die Sauerstoffzufuhr zu dem Organg zu unterbrechen. Die Druckkraft kann höher als der maximale Blutdruck sein. Die Lichtquelle 1 und die optische Faser 2-1 sind nicht unbedingt erforderlich, sondern sie hängen von der Meß-Umgebung und dem Reflexionsfaktor des zu messenden Teils ab.

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An dem Strahlenteiler 4 wird Licht mit einer bestimmten Wellenlänge ausgewählt und in einen photoelektrischen Wandler 5 eingeführt, in dem das Licht in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Das elektrische Signal wird bei einer Verarbeitungseinheit 6 verarbeitet, so daß die ermittelte Pneusis-Funktion in einer Anzeigevorrichtung 7 dargestellt werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 werden mehrere optische Fasern zu einem Faserbündel 2-2 zusammengefaßt. Diese Fasern werden in Gruppen unterteilt, beispielsweise drei Gruppen, die mit den Zahlen der zu messenden Wellenlänge zusammenfallen. Außerdem sind entsprechende Filter 4-1, 4-2, 4-3 mit unterschiedlichen Durchlaßwellenlängen X-, Λο' -Ί-3 vorgesehen, um die jeweiligen Lichtstrahlen zu empfangen und die Lichtstrahlen aufzuteilen. Die so aufgeteilten Lichtstrahlen werden durch zugeordnete photoelektrische Wandler 5-1, 5-2, 5-3 in elektrische Signale umgewandelt.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei gleiche Teile und Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie bei den obigen Ausführungsformen haben. Bei der Augführungsform nach Fig. 5 wird das aufgeteilte Licht zu einem zu untersuchenden bzw. zu messenden Teil gestrahlt. Lichtquellen 1-1, 1-2 und 1-3 sind an jeweils unterschiedlichen Stellen angeordnet- Filter 4-1, 4-2 und 4-3 dienen dazu, das Licht von den entsprechenden Lichtquellen in Lichtstrahlen mit der gewünschten Wellenlänge aufzuteilen. Außerdem ist ein drehbarer Spiegel 8 vorgesehen, um selektiv einen der Lichtstrahlen zu einer optischen Faser 2-1 zu richten, die das Licht in den zu messenden Teil einführen kann. Die Drehung des drehbaren Spiegels 1 wird durch eine Verarbeitungsschaltung 6 gesteuert. Eine optische Faser 2-2 kann das Reflexionslicht von dem zu messenden Teil in einen photoelektrischen Wandler 5 durchlassen. Auch hier wieder die Pneusis-Funktion mittels einer .Anzeigevorrichtung 7 dargestellt.

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Bei dieser Ausführungsform wird der zu untersuchende Teil nicht unter Druck gesetzt. Wenn die Bedienungsperson einen konstanten Druck aufrechterhalten kann, ist das Unterdrucksetzen und damit das Drucksteuerteil nicht erforderlich.

Die optischen Pasern 2-1, 2-2 können durch jedes andere lichtdurchlässige Element ersetzt werden. Außerdem kann als Strahlenteiler ein Interferenz-Filter, ein Interferenz-Spiegel, ein optisches Prisma oder ein Spektroskop eingesetzt werden. Bei dem photoelektrischen Wandler kann es sich um eine Bildfühleranordnung, einen Phototransistor, einen Photomultiplier bzw. Sekundärelektronenvervielfacher oder eine Sonnenbatterie handeln.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform kann die Messung unabhängig von externem, diffusem Licht erfolgen, d.h., die Messung muß nicht in einer Dunkelkammer durchgeführt werden. '

Gemäß der vorliegenden Erfindung können also die Pneusis-Funktion eines inneren Organs und eines Textus während der Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr zu dem Organ gemessen werden, ohne daß die Gefahr einer Infektion durch Parasiten bzw. Bakterien und daraus resultierende Krankheit besteht; gleichzeitig wird die quantitative Diagnose der lokalen Pneusis-Funktion möglich. Außerdem können die Abweichungen der Pneusis-Funktion vom Normalverhalten festgestellt werden, die durch die Makroskopie nicht beobachtet werden können. Und da die Änderung des Reflexionsspektrums pro Zeiteinheit als Informationsquelle gemessen wird, werden technisch keine hohen Anforderungen an die Spektral-Kennlinie gestellt, so daß sich eine kompakte und vereinfachte Einrichtung ergibt. ^

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Claims

Sumitomo Electric Industries Ltd.

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K. SCHUMANN

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P. H. JAKOB

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16. Juni 1980

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Pat ent ansprüche

1y Gerät zum Messen der Pneusis-!Punktion eines 3io-0rgans und Textus, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (3), um die Sauerstoffzufuhr zu einem zu untersuchenden Bereich, insbesondere durch unter Druck setzen des Bereichs zu unterbrechen, eine mit dem zu untersuchenden Bereich optisch verbindbare Lichtempfangseinrxchtung (4) zum Messen der Reflexions-Spektrum-Kennlinienänderungen pro Zeiteinheit als Information, einen an die Lichtempfangseinrichtung (4) angeschlossenen Wandler (5) zum Abgeben von auf eine Zeiteinheit bezogenen elektrischen Signalen, die den Kennlinienänderungen entsprechen, und eine an den Wandler (5) angeschlossene Anzeigevorrichtung (7) zum Anzeigen der Pneusis-Funktion.

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telefon (oas) ssasea

TELEX O0-3O38O

TELEQRAMME MONAPAT

TELEKOPIERER
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an die Lichtempfangseinrichtung (4-) eine optische Faser (2) angeschlossen ist.

3- Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Lichtempfangseinrichtung ein Bündel von Fasern vorgesehen ist, daß das Bündel von Pasern in mehrere Fasern unterteilt ist, um jeweils Lichtstrahlen mit der benötigten Wellenlänge durchzulassen, und daß im Strahlengang der Lichtstrahlen Filter (4—1, 4—2, 4—3) angeordnet sind, die jeweils eine vorgegebene Durchlaß-Wellenlänge haben.

4-. Gerät nach einem der Ansprüche Ί bis 3* dadurch gekennzeichnet , daß eine Lichtquelle (1) vorgesehen ist, mit der Licht auf den zu untersuchenden Bereich lenkbar ist und daß ein Filter derart angeordnet ist, daß das von der Lichtquelle abgegebene Licht durch das Filter gelangt.

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