DE4242083A1

DE4242083A1 - Sensor device for measuring IR radiation reaction with human skin - has sensor element supported by mechanical or pneumatic spring for maintaining constant contact pressure against skin

Info

Publication number: DE4242083A1
Application number: DE19924242083
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Marbach
Original assignee: MARBACH HERMANN DIPL ING
Current assignee: MARBACH HERMANN DIPL ING
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1992-12-14
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2012-12-15
Also published as: DE4242083C2

Abstract

The sensor device has an element (2) brought into contact with the skin for the supply, collection, generation or detection of the IR radiation. The element is supported via a mechanical or pneumatic spring (4) for movement relative to the housing (3) of the sensor device, providing a constant application pressure against the skin. Pref. an optical fibre bundle is held in contact with the skin for measuring the diffuse reflection level, or two opposing optical fibres with a common optical axis are used for measuring the IR transmission level. USE - For non-invasive measurement of e.g. glucose content in blood.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Messung der Interaktion infraroter (IR-) Strahlung mit menschlicher Haut.The invention relates to a sensor device for measuring the interaction of infrared (IR) radiation with human skin.

Durch Absorption von Strahlung des mittleren infraroten Spektralbereichs (MIR) mit Wellenlängen im Bereich von ca. λ=2.5-25 µm werden Moleküle zu substanzspezi fischen Schwingungen angeregt. In den Absorptionsspektren des nahen infraroten Spektralbereichs (NIR) von ca. λ=0.8-2.5 µm treten Obertöne und Kombinationstöne der Grundschwingungen im MIR auf. Wegen des hohen Gehaltes an substanzspezi fischer Information ist die IR-Spektroskopie eine der wichtigsten Untersuchungs methoden der analytischen Chemie.By absorption of radiation in the mid-infrared spectral range (MIR) with Wavelengths in the range of approx. Λ = 2.5-25 µm make molecules substance-specific fish vibrations. In the absorption spectra of the near infrared Spectral range (NIR) of approx. Λ = 0.8-2.5 µm overtones and combination tones occur of the fundamental vibrations in the MIR. Because of the high content of substance-specific fischer Information, IR spectroscopy is one of the most important investigations methods of analytical chemistry.

IR-spektroskopische Messungen des diffusen Reflexionsgrades menschlicher Haut bzw. des Transmissionsgrades einzelner menschlicher Körperpartien wie z. B. des Ohrläppchens werden zur quantitativen Analyse medizinisch wichtiger Blut inhaltsstoffe genutzt. Wesentliche Vorteile der nichtinvasiven ("unblutigen") spektroskopischen Verfahren gegenüber den herkömmlichen klinisch-chemischen Methoden mit Blutentnahme sind die Schmerzfreiheit und die Möglichkeit zur on-line Überwachung über größere Zeiträume. Ein wichtiges Beispiel ist die seit längerer Zeit routinemäßig angewandte spektroskopische Messung der Sauerstoffsättigung des Blutes (siehe z. B. [1]).IR spectroscopic measurements of the diffuse reflectance of human skin or the degree of transmission of individual human body parts such. B. of Earlobes are used for quantitative analysis of medically important blood ingredients used. Main advantages of non-invasive ("bloodless") spectroscopic methods compared to conventional clinical-chemical Blood collection methods are freedom from pain and the possibility of on-line Monitoring over longer periods. An important example has been for a long time Time routinely applied spectroscopic measurement of oxygen saturation of the blood (see e.g. [1]).

Durch den rasanten technischen Fortschritt insbesondere auch auf dem Gebiet der Halbleitertechnik konnten die Nachweisgrenzen der spektroskopischen Analyse verfahren in den letzten Jahren entscheidend verbessert werden. Zudem steht heute praktisch unbegrenzt Rechenkapazität zur quantitativen Auswertung großer Datenmengen (breiter Spektralbereiche) zur Verfügung. In neuerer Zeit wird deshalb verstärkt die Anwendung IR-spektroskopischer Verfahren zur nichtinvasiven Messung solcher Blutinhaltsstoffe diskutiert, deren Absorptionssignale im Vergleich zur Gesamtabsorption des Blutes klein sind und die keine charakteristischen Wellenlängen für die quantitative Analyse aufweisen. Das Hauptgewicht der Forschungsaktivitäten gilt hierbei der Blutglucose ("Blutzucker"), da diesem Blutinhaltsstoff im Zusammenhang mit der Volkskrankheit Diabetes mellitus entscheidende Bedeutung zukommt (neueste Ergebnisse siehe [2]).Due to the rapid technical progress, especially in the field of Semiconductor technology was able to detect the limits of detection by spectroscopic analysis procedures have been significantly improved in recent years. It also says today practically unlimited computing capacity for the quantitative evaluation of large Amounts of data (wide spectral ranges) are available. Therefore, in more recent times reinforces the application of IR spectroscopic methods for non-invasive Measurement of such blood substances discussed, their absorption signals compared to total blood absorption are small and not characteristic Show wavelengths for quantitative analysis. The main weight of the Research activities here apply to blood glucose ("blood sugar") because of this Blood ingredient in connection with the common disease diabetes mellitus of crucial importance (for the latest results see [2]).

Biologisches Gewebe ist wegen seines zellulären Aufbaus und zahlreicher weiterer biologischer Variabilitäten optisch nicht homogen. Neben der Absorption, die für Wellenlängen λ1400 nm praktisch identisch zur Wasserabsorption ist, spielt bei der Ausbreitung optischer Strahlung in Haut deshalb die diffuse Streuung im Gewebe eine entscheidende Rolle. Transmissionsmessungen durch dünnere Körperpartien wie z. B. Ohrläppchen oder Finger sind nur im sog. "therapeutischen Spektralfenster" mit Wellenlängen von ca. 600λ1300 nm sinnvoll [3], während Messungen der diffusen Reflexion der Haut (diffuse Rückstrahlung) im gesamten Spektralbereich des NIR möglich sind. Detektiert wird jeweils die mittlere Konzentration des gesuchten Stoffes im spektroskopierten Gewebevolumen. Der Fehler einer nichtinvasiven IR-spektroskopischen Messung bei der Bestimmung einer Stoffkonzentration im Blut ist eine Überlagerung des "technischen Fehlers" durch die nichtideale Meßapparatur (Rauschen) sowie des "physiologischen Fehlers" durch die oftmals nur eingeschränkt gültige Korrelation der Stoffkonzentration im Blut und im spektroskopierten Gewebe. Beispielsweise sollte vor einer IR-spektroskopischen Untersuchung der Haut sichergestellt sein, daß die übliche Gewebetemperatur vorliegt: Durch z. B. Abkühlen des Gewebes wird der Blutstrom im Gewebe - speziell in den Kapillaren der oberen Hautschichten - verringert, wodurch eine niedrigere Konzentration des gesuchten Stoffes im Blut vorgetäuscht wird.Biological tissue is because of its cellular structure and numerous others biological variability optically not homogeneous. In addition to the absorption required for Wavelengths λ1400 nm is practically identical to water absorption The spread of optical radiation in the skin is therefore the diffuse scatter in the tissue a crucial role. Transmission measurements through thinner parts of the body such as B. earlobes or fingers are only in the so-called "therapeutic spectral window" with wavelengths of approx. 600λ1300 nm makes sense [3], while measurements of the diffuse reflection of the skin (diffuse reflection) in the entire spectral range of the NIR are possible. The mean concentration of the sought is detected in each case Substance in the spectroscopic tissue volume. The mistake of a non-invasive IR spectroscopic measurement when determining a substance concentration in the blood is a superimposition of the "technical error" by the non-ideal measuring apparatus (Noise) and the "physiological error" due to the often only limited valid correlation of the substance concentration in the blood and in the spectroscopic tissue. For example, before an IR spectroscopic examination of the skin be sure that the usual tissue temperature is present: z. B. cooling of the tissue becomes the blood flow in the tissue - especially in the capillaries of the upper Skin layers - reduced, causing a lower concentration of the sought Substance in the blood is simulated.

Der Stand der Technik soll nachfolgend anhand derjenigen Patentschriften dargestellt werden, die in jüngster Zeit mit Vorschlägen zur Realisierung einer nichtinvasiven Blutglucosemessung veröffentlicht wurden. Der Grund hierfür liegt darin, daß die ökonomisch interessante und von vielen Arbeitsgruppen verfolgte nichtinvasive Blutglucosemessung beim gegenwärtigen Stand der Technik gerade durch das Problem des o.g. "physiologischen Fehlers" begrenzt wird (s. u.), so daß hier ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung liegt. Zusätzlich werden auch Ergebnisse eigener Arbeiten beschrieben.The state of the art will be based on those patents are presented in the recent past with proposals for realizing a non-invasive blood glucose measurement have been published. The reason for this is in that the economically interesting and persecuted by many working groups non-invasive blood glucose measurement at the current state of the art due to the problem of the above "physiological error" is limited (see below) so that here is a preferred field of application of the present invention. In addition results of own work are also described.

(1) Eine Transmissionsmessung des Fingers im Wellenlängenbereich von 600-1100 nm ist im US-Patent No. 5,086,229 [4] beschrieben, wobei Leuchtdioden mit zwei, vier oder sechs verschiedenen Wellenlängen eingesetzt werden (bevorzugte Kombina tion: 771, 791, 1070 und 1080 nm). Eine genauere Betrachtung der vorgestellten Ergebnisse zeigt, daß die Transmissionsmessung durch erhebliche Unreproduzier barkeiten gestört ist und in der dargestellten Form nicht für eine Messung mit akzeptabler Bestimmungsgenauigkeit verwendet werden kann. (In Fig. 15 ist ein nichtinvasiv gemessenes angeblich es Absorptionsspektrum der Glucose dargestellt: Ein Vergleich mit dem Absorptionsspektrum des chemisch ähnlichen Glycerin zeigt, daß das dargestellte Absorptionsspektrum um mehrere Größenordnungen zu groß ist und offensichtlich auf Unreproduzierbarkeiten der Messung beruht). Zwar sind in [4] mechanische Vorrichtungen zur Positionierung der auf gegenüberliegenden Seiten des Fingers aufliegenden Komponenten des Meßsystems beschrieben, mit denen ein enger Kontakt zur Haut gewährleistet ist (Prinzip ähnlich einer Wäscheklammer), jedoch werden reproduzierbare Meßbedingungen durch Einhal tung eines konstanten Anpreßdrucks nicht sichergestellt. Auch für identische Probanden entstehen Unreproduzierbarkeiten z. B. durch Verdrehungen des Fingers. Generell ist eine reproduzierbare Messung der Fingertransmission durch das Vorhandensein des Fingerknochens im Strahlengang erschwert.(1) A transmission measurement of the finger in the wavelength range of 600-1100 nm is described in US Pat. 5,086,229 [4], using light-emitting diodes with two, four or six different wavelengths (preferred combination: 771, 791, 1070 and 1080 nm). A closer look at the presented results shows that the transmission measurement is disturbed by considerable unreproducibility and can not be used in the form shown for a measurement with acceptable accuracy. (A non-invasively measured supposedly absorption spectrum of the glucose is shown in FIG. 15: A comparison with the absorption spectrum of the chemically similar glycerol shows that the absorption spectrum shown is several orders of magnitude too large and is obviously based on the reproducibility of the measurement). Although mechanical devices for positioning the components of the measuring system lying on opposite sides of the finger are described in [4], with which close contact to the skin is ensured (principle similar to a clothespin), reproducible measuring conditions are not ensured by maintaining a constant contact pressure . Reproducibility also arises for identical subjects. B. by twisting the finger. In general, the reproducible measurement of finger transmission is made difficult by the presence of the finger bone in the beam path.

(2) Im US-Patent No. 5,070,874 [5] sind Absorptionsspektren von einer Transmissions messung durch ein menschliches Ohr dargestellt (Fig. 10-12), deren quantitative Auswertung durch Berechnung der zweiten Ableitung nach der Wellenlänge in einem schmalen Spektralbereich um 1660 nm erfolgen soll. Für dieses Experiment werden aber im Gegensatz zu den ebenfalls dort durchgeführten Untersuchungen mit flüssigen Proben (Vollblut, Blutplasma und wäßrige Glucoselösungen) keine Kalibrationsergebnisse angegeben, so daß eine Beurteilung der quantitativen Bestimmungsgenauigkeit der nichtinvasiven Methode nicht möglich ist. Es läßt sich aber mit Bestimmtheit sagen, daß der Bereich der klinischen Akzeptanz nicht erreicht wird. Ganz offensichtlich sind auch diese Messungen durch Unreproduzier barkeiten der Meßbedingungen gestört.(2) In U.S. Patent No. 5,070,874 [5] shows absorption spectra from a transmission measurement through a human ear ( Fig. 10-12), the quantitative evaluation of which is to be carried out by calculating the second derivative according to the wavelength in a narrow spectral range around 1660 nm. In contrast to the tests with liquid samples (whole blood, blood plasma and aqueous glucose solutions), which were also carried out there, no calibration results were given for this experiment, so that an assessment of the quantitative accuracy of the non-invasive method is not possible. However, it can be said with certainty that the area of clinical acceptance is not reached. Obviously, these measurements are also disturbed by unreproducibility of the measurement conditions.

(3) Bei eigenen Experimenten mit größeren Patientenpopulationen wurde die diffuse Reflexion der Haut gemessen, die in den o.g. US-Patenten No. 5,086,229 und No. 5,070,874 ebenfalls erwähnt wird. Ein Vorteil gegenüber der Transmissionsmessung ist die geringere biologische Variabilität zwischen verschiedenen Patienten. Mit einem geeigneten optischen Zubehör wurde der diffuse Reflexionsgrad der inneren Unterlippe bestimmt, die von den Probanden jeweils gegen die plane Fläche einer raumfesten Immersionslinse gedrückt wurde. Die Ergebnisse bei einer Meßzeit von einer Minute und bei Auswertung geeigneter breiter Spektralbereiche mit bekannten multivariaten Auswerteverfahren [6] lauten wie folgt: Die Vorhersagegüte wird nicht durch das Signal/Rausch-Verhältnis der Messung, sondern durch den "physiolo gischen Fehler", d. h. die Unreproduzierbarkeit der Lippenmessung hauptsächlich aufgrund der Variation des Lippenanpreßdrucks begrenzt. Der mittlere quadratische Bestimmungsfehler für Glucose beträgt ca. 45-50 mg/dL, d. h. ungefähr das Doppelte der für ein Gerät zur Blutzuckerselbstkontrolle medizinisch tolerierbaren Fehler grenze (physiologischer Normalbereich bei etwa 80-120 mg/dL). Bei alleiniger Limitierung durch das Signal/Rausch-Verhältnis läge der Bestimmungsfehler bei etwa 25 mg/dL. Äquivalente Aussagen gelten für Einpersonenkalibrationen mit oralem Glucosetoleranztest (Beobachtung des Blutglucoseverlaufs nach Trinken eines Zuckersirups), obwohl diese Probanden zu großer Sorgfalt hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Messungen angehalten waren und vor Beginn des Experiments eine entsprechende "Übungsphase" durchlaufen hatten.(3) In our own experiments with larger patient populations, the diffuse Reflection of the skin measured in the above U.S. Patent No. 5,086,229 and No. 5,070,874 is also mentioned. An advantage over the transmission measurement is the lower biological variability between different patients. With A suitable optical accessory was the diffuse reflectance of the inner Lower lip determined by the subjects against the flat surface of each fixed immersion lens was pressed. The results with a measuring time of one minute and when evaluating suitable broad spectral ranges with known ones multivariate evaluation methods [6] are as follows: The prediction quality is not by the signal / noise ratio of the measurement, but by the "physiolo error ", i.e. mainly the unreproducibility of the lip measurement limited due to the variation in lip pressure. The middle square Determination error for glucose is approx. 45-50 mg / dL, i.e. H. about twice the medically tolerable error for a device for self-monitoring of blood sugar limit (normal physiological range around 80-120 mg / dL). With sole Limitation due to the signal-to-noise ratio, the determination error would be approximately 25 mg / dL. Equivalent statements apply to one-person calibrations with oral Glucose tolerance test (observation of the course of blood glucose after drinking a Sugar syrups), although these subjects took great care with regard to the Reproducibility of the measurements were stopped and before the start of the Experiments had gone through a corresponding "practice phase".

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reproduzierbarkeit der Messung der Interaktion infraroter Strahlung mit menschlicher Haut zu erhöhen, d. h. den Anteil des o.g. "physiologischen Fehlers" am gesamten Fehler eines IR-spektroskopischen Meßverfahrens zur nichtinvasiven Bestimmung eines Blutinhaltsstoffes auf ein tolerierbares Maß zu reduzieren.The invention has for its object the reproducibility of the measurement of Increase infrared radiation interaction with human skin, d. H. the share of the above "Physiological error" on the entire error of an IR spectroscopic Measuring method for the non-invasive determination of a blood substance on a reduce tolerable level.

Die Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The task is performed by a sensor device according to the characteristic Features of claim 1 solved.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteile besteht darin, daß die Volumenkonzentration der Gefäße (Arterien, Kapillaren und Venen) im spektroskopierten Gewebevolumen konstant bzw. von Messung zu Messung reproduzierbar ist. Hierdurch wird die Korrelation der gemessenen IR-Signale mit der Konzentration des gesuchten Inhalts stoffes im Blut verbessert und z. B. eine nichtinvasive IR-spektroskopische Blutglucosemessung mit Bestimmungsgenauigkeiten im Bereich der klinischen Akzeptanz ermöglicht. Natürlich beschränkt sich der erzielbare Vorteil nicht auf diese spezielle Anwendung, sondern erstreckt sich auch auf andere Blutinhaltsstoffe und auch auf andere nichtinvasive Meßverfahren.The advantage achieved with the invention is that the volume concentration of the vessels (arteries, capillaries and veins) in the spectroscopic tissue volume is constant or reproducible from measurement to measurement. This will make the Correlation of the measured IR signals with the concentration of the searched content improved substance in the blood and z. B. a non-invasive IR spectroscopic Blood glucose measurement with accuracy in the clinical area Acceptance enables. Of course, the achievable advantage is not limited to this special application, but also extends to other blood ingredients and also on other non-invasive measuring methods.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Volumenkonzentration eines Stoffes im spektroskopierten Körpergewebe nicht nur von der gesuchten Stoffkon zentration im Blut, sondern auch von anderen Einflußgrößen abhängig ist. Neben einer Reihe weiterer physiologischer Größen spielen hier die von außen angelegten physikalischen Bedingungen eine entscheidende Rolle. Neben der Temperatur ist der Druck eine Haupteinflußgröße. Die Glucose beispielsweise ist im Körpergewebe in unterschiedlicher Konzentration im Gefäßraum und im interstitiellen Zellzwischen raum vorhanden, während die Konzentration im zellulären Raum (Zellinneres) vernachlässigbar ist. Da rund 90 Vol-% des spektroskopierten Gewebes aus zellulärem Raum bestehen, bedeutet dies, daß die Glucose im Körper vergleichs weise inhomogen verteilt ist und daß die effektive Volumenkonzentration im Gewebe durch äußere Beeinflussungen des Blutstromes durch die Gefäße großen relativen Änderungen ausgesetzt ist. Temperatur und Anpreßdruck der auf der Haut aufliegenden IR-spektroskopischen Sensorelemente beeinflussen insbesondere den Blutstrom durch die nahe der Hautoberfläche gelegenen Kapillargefäße.The invention is based on the knowledge that the volume concentration of a Substance in the spectroscopic body tissue not only from the desired substance con concentration in the blood, but also depends on other influencing factors. Next A number of other physiological variables play here from the outside physical conditions play a crucial role. In addition to the temperature pressure is a major factor. The glucose, for example, is in the body tissue in different concentrations in the vascular space and in the interstitial cell between space available, while the concentration in the cellular space (cell interior) is negligible. Since around 90 vol% of the spectroscopic tissue is made up cellular space, it means that the glucose in the body is comparative is inhomogeneously distributed and that the effective volume concentration in the tissue due to external influences on the blood flow through the vessels large relative Is subject to change. Temperature and contact pressure on the skin resting IR spectroscopic sensor elements in particular influence the Blood flow through the capillaries located near the skin surface.

Die Messungen der Interaktion infraroter Strahlung mit Haut werden in bekannter Weise durchgeführt [4, 5] und ausgewertet [6]. Als Strahlungsquellen können günstigerweise Leuchtdioden, eventuell mit vorgeschalteten schmalbandigen Interferenzfiltern, oder Laserdioden (verfügbar bis ca. λ1.8 µm) verwendet werden, so daß eine aufwendige spektrale Zerlegung der detektierten IR-Strahlung entfällt. Da die nichtinvasiven Meßgeräte möglichst als kleine und robuste Taschengeräte aufgebaut sein sollen, finden vorzugsweise Glasfaserbündel Verwendung. Die diffuse Reflexion kann mit verzweigten Faserbündeln (in Form eines "Y") gemessen werden, bei dem sich die Fasern des strahlungszuführenden und des strahlungssammelnden Bündelarmes in einem gemeinsamen Bündelende vereinigen, das auf die Haut aufgesetzt wird. Die Fasern am gemeinsamen Ende können entweder zufällig verteilt sein, oder sie zeigen eine geometrische Ordnung, wobei zumeist ein Zentrum von strahlungszuführenden Fasern von strahlungssammelnden Fasern umgeben ist. Für Transmissionsmessungen werden zwei getrennte Faserbündel benutzt. Bei Verwendung von Glasfaserbündeln ist wichtig, daß die Fasern in mechanisch stabilen Halterungen geführt werden, weil die Transmissionscharakteristik einer Glasfaser von der Durchbiegung abhängig ist.The measurements of the interaction of infrared radiation with skin are known Were carried out [4, 5] and evaluated [6]. Can be used as radiation sources conveniently light-emitting diodes, possibly with upstream narrow-band ones Interference filters or laser diodes (available up to approx. Λ1.8 µm) are used, so that complex spectral decomposition of the detected IR radiation is eliminated. Since the non-invasive measuring devices as small and robust pocket devices as possible Glass fiber bundles are preferably used. The diffuse Reflection can be measured with branched fiber bundles (in the form of a "Y") in which the fibers of the radiation-supplying and the radiation-collecting Combine bundle arms in a common bundle end that is on the skin is put on. The fibers at the common end can either be randomly distributed or they show a geometrical order, whereby mostly a center of radiation-supplying fibers is surrounded by radiation-collecting fibers. For Transmission measurements use two separate fiber bundles. At Using fiberglass bundles is important to keep the fibers in mechanical stable mounts are performed because the transmission characteristics of a Glass fiber depends on the deflection.

Da die Körpertemperatur an der Körperoberfläche erfahrungsgemäß erheblichen Schwankungen ausgesetzt sein kann, und zudem die Lage der Absorptionsbanden des Wasser im NIR-Spektralbereich stark in Abhängigkeit von der Temperatur driftet, ist eine Thermostatisierung des spektroskopierten Gewebevolumens sinnvoll. Günstigerweise wird eine Temperatur knapp oberhalb der normalen Körper temperatur gewählt. Optimale Reproduzierbarkeit der Meßbedingungen bzgl. der Konstanz von Anpreßdruck und Temperatur kann durch Regelung dieser Größen in geschlossenen Regelkreisen erreicht werden. Als Meßglieder können druck- bzw. temperatursensitive Fasern benutzt werden, die bei Verwendung von Glasfaser bündeln zur Führung der IR-Meßstrahlung vorteilhafterweise direkt in diese integriert werden können; als Stellglieder können mechanische oder pneumatische Aktuatoren bzw. diverse Thermostate eingesetzt werden.Since experience has shown that the body temperature on the body surface is considerable Can be exposed to fluctuations, and also the location of the absorption bands of water in the NIR spectral range drifts strongly depending on the temperature, Thermostatization of the spectroscopic tissue volume makes sense. Conveniently, a temperature is just above the normal body temperature selected. Optimal reproducibility of the measurement conditions with respect to the The contact pressure and temperature can be kept constant by regulating these values closed control loops can be achieved. As measuring elements, pressure or Temperature sensitive fibers are used when using glass fiber bundle for guiding the IR measuring radiation advantageously integrated directly into this can be; mechanical or pneumatic actuators can be used as actuators or various thermostats are used.

Ein weiterer Einflußfaktor auf die Reproduzierbarkeit der Messung ist die Ortsab hängigkeit der physiologischen Eigenschaften des Gewebes, z. B. durch größere Fettklumpen in der Haut. Zur Verminderung dieses Fehleranteils wird ein minimaler Fokusdurchmesser der IR-Strahlung auf der Haut von mindestens ca. 2 mm vorge schlagen. Im US-Patent No. 5,086,229 [4] ist eine aufwendigere Methode beschrieben, bei der eine Stelle der Hautoberfläche mit einer Schablone und z. B. einem Filzstift markiert wird (vgl. Fig. 1 und Fig. 3). Als besonders geeignet für eine Messung mit hoher Reproduzierbarkeit kann der Hautbereich der Innenlippen angesehen werden: Vorteile sind u. a. die Ähnlichkeit der Lippengewebe verschiedener Personen, der relativ hohe Diffusionskoeffizient der Mundschleimhäute, die Temperaturkonstanz und die außergewöhnlich gute Durchblutung dieses Gewebes.Another factor influencing the reproducibility of the measurement is the spatial dependency of the physiological properties of the tissue, for. B. by larger clumps of fat in the skin. To reduce this percentage of errors, a minimum focus diameter of the IR radiation on the skin of at least approx. 2 mm is suggested. In U.S. Patent No. 5,086,229 [4] describes a more complex method in which one area of the skin surface is covered with a stencil and z. B. a felt pen is marked (see. Fig. 1 and Fig. 3). The skin area of the inner lips can be regarded as particularly suitable for a measurement with high reproducibility: advantages include the similarity of the lip tissues of different people, the relatively high diffusion coefficient of the oral mucosa, the temperature constancy and the extraordinarily good blood circulation of this tissue.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt, die ausschnittsweise ein auf der Haut (1) aufliegendes, relativ zum Gehäuse (3) der Vorrichtung bewegliches Element (2) zeigt, das mit zwei mechanischen Federn (4) mit konstantem Anpreßdruck gegen die Haut (1) gedrückt wird. Element (2) wird in der Ausführung von Fig. 1 für die Zuführung oder Sammlung der IR-Strahlung benutzt und kann z. B. ein in einer geeigneten mechanischen Halterung durchbiegungssicher geführtes Glasfaserbündel sein. Natürlich ist in Fig. 1 lediglich eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung schematisch dargestellt. Zahlreiche andere Ausführungen mit Spiralfedern oder anderen Federelementen sind Stand der Technik und können bei einer Realisierung der Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 verwendet werden. Dem Fachmann sind im Rahmen der genannten Patent ansprüche vielfältige Modifikationen offensichtlich, wie z. B. auch Konstruktionen mit umständlicherer Bedienung, bei denen - relativ zum Gehäuse (3) - nicht ein Element (2) gegen die ortsfeste Haut (1), sondern umgekehrt die Haut (1) gegen ein ortsfestes Element (2) bewegt wird.An embodiment of the invention is shown in Fig. 1, which shows a section of an element ( 2 ) lying on the skin ( 1 ), movable relative to the housing ( 3 ) of the device, which with two mechanical springs ( 4 ) with constant contact pressure against the Skin ( 1 ) is pressed. Element ( 2 ) is used in the embodiment of FIG. 1 for supplying or collecting the IR radiation and can e.g. B. be a deflection-proof guided glass fiber bundle in a suitable mechanical holder. Of course, only one possible embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 1. Numerous other designs with spiral springs or other spring elements are state of the art and can be used in realizing the sensor device according to claim 1. The expert claims within the scope of the patent claims manifold modifications, such as. B. also constructions with more complicated operation, in which - relative to the housing ( 3 ) - not an element ( 2 ) against the stationary skin ( 1 ), but conversely the skin ( 1 ) is moved against a stationary element ( 2 ).

LiteraturhinweiseReferences

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Claims

1. Sensor device for measuring the interaction of infrared (IR) radiation with human skin, characterized in that at least one of the elements ( 2 ) resting on the skin ( 1 ) for supplying, collecting, generating or detecting the IR radiation relative to the housing ( 3 ) the device is movable and is pressed against the skin ( 1 ) by at least one mechanical or pneumatic spring ( 4 ) with constant contact pressure.

2. Device according to claim 1, characterized in that for measurement the diffuse reflectance of the skin a glass fiber bundle with constant Contact pressure is pressed against the skin.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that for the measurement the transmittance of individual body parts such. B. the earlobe two glass fiber bundles with constant contact pressure and one mecha African leadership to maintain their common optical axis be pressed against the skin.

4. The device according to claim 3, characterized in that instead of radiation-collecting glass fiber bundle an IR detector with constant Contact pressure is pressed against the skin.

5. Apparatus according to claim 2 to 4, characterized in that the used glass fiber bundles in suitable mechanical holders are guided and secured against bending.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the contact pressure of the housing ( 3 ) and / or the relative to the housing ( 3 ) movable elements ( 2 ) against the skin is measured with at least one pressure sensor, the output signal for a yes / No decision on the admissibility of the measurement is used and / or is included as an additional measurement parameter in the quantitative evaluation of the IR measurement signals.

7. The device according to claim 6, characterized in that at least one of the pressure sensors is the measuring element of a closed control loop system, which holds the contact pressure of an element lying on the skin ( 2 ) with at least one mechanical or pneumatic actuator at a constant setpoint.

8. The device according to claim 6, characterized in that the pressure sensor is a pressure-sensitive glass fiber, which may be in a glass fiber bundle for guidance the IR measuring radiation is embedded.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the skin surface below the housing ( 3 ) and / or below the relative to the housing ( 3 ) movable elements ( 2 ) is measured with at least one temperature sensor, the output signal for one Yes / No decision on the admissibility of the measurement is used and / or is included as an additional measurement parameter in the quantitative evaluation of the IR measurement signals.

10. The device according to claim 9, characterized in that at least one of the temperature sensors is the measuring element of a closed control system, which keeps the temperature of the tissue volume below an element lying on the skin ( 2 ) with a thermostat as an actuator to a constant setpoint.

11. The device according to claim 9, characterized in that the temperature sensor is a temperature-sensitive glass fiber, which may be in a glass fiber bundle for guiding the IR measuring radiation is embedded.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the spot irradiated by the IR radiation on the skin has an area of at least about three square millimeters.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the spot irradiated by the IR radiation on the skin is on the inside of a lip.