專利名稱：診斷測量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種診斷測量設(shè)備，用于非侵入式地采集身體組織的至少一個生理參數(shù)，具有光學(xué)測量單元，該光學(xué)測量單元具有用于照射要檢查的身體組織的至少一個射線源和用于探測被身體組織散射和/或透射的射線的至少一個射線傳感器。
背景技術(shù)：
眾所周知地，為身體組織供氧屬于人的最重要的生命機(jī)能。由于該原因，測氧的診斷方式如今在醫(yī)學(xué)中有很大的意義。通常使用所謂的脈搏血氧儀。這樣的脈搏血氧儀的診斷傳感器單元通常包括具有兩個光源的光學(xué)測量單元，這兩個光源將不同波長的紅光或紅外光照射到身體組織中。光在身體組織中被散射并且部分地被吸收。被散射的光最后借助于適當(dāng)?shù)墓怆姵?光電二極管)形式的光傳感器被探測。借助于光傳感器探測的散射光的強(qiáng)度根據(jù)被檢查的身體組織以多大強(qiáng)度被供血以含氧豐富或含氧低的血液而變換。相應(yīng)地，借助于脈搏血氧儀能測量血液的氧飽和度。此外，已知的脈搏血氧儀能生成體積描記信號、即體積脈沖信號，該信號描述在心跳期間在由脈搏血氧儀所采集的微血管系統(tǒng)中變換的血量(所謂的光體積描記術(shù))。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊并且能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)的用于非侵入式地確定生理參數(shù)的診斷測量設(shè)備。本發(fā)明從開頭所提到的類型的測量設(shè)備出發(fā)通過以下方式實現(xiàn)該任務(wù)，即至少一個射線源設(shè)置在優(yōu)選漫射地進(jìn)行反射的空心反射器中。根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的方案使得能夠?qū)崿F(xiàn)特別緊湊且牢固的結(jié)構(gòu)?？招姆瓷淦骼缈梢愿鶕?jù)所謂的烏布利希球的方式來構(gòu)造，其中空心反射器的幾何形狀在本發(fā)明中并不限于球形。烏布利希球是指內(nèi)部漫反射地涂層的空心體。光源的在內(nèi)部被反射和散射的射線幾乎理想地漫射，即射線源(例如發(fā)光二極管)的方向特性盡可能被廢除。其中，空心反射器不必必須是空心的，而是也可以由在外表面上被涂層的透明材料制造。其中，本來的射線源(例如LED芯片)可以被嵌入到空心反射器的材料中，其中可以經(jīng)由從空心反射器引出的連接線來實現(xiàn)供電。以該方式可以使光學(xué)測量單元小型化。空心反射器可以以很低的成本大量地預(yù)先制造為非常緊湊的部件。根據(jù)一種可選實施方式，空心反射器由其中容納射線源和/或射線傳感器的芯片外殼構(gòu)成，其中射線源和射線傳感器各自具有至少一個半導(dǎo)體基體，該半導(dǎo)體基體經(jīng)由在芯片外殼的內(nèi)部延伸的電氣導(dǎo)體線路(例如所謂的引線框)和/或經(jīng)由接合連接線接觸。 其中，芯片外殼在其上表面上具有通孔，用于使射線源所發(fā)射的射線穿透到要檢查的身體組織中和/或用于使被身體組織散射和/或透射的射線穿透。芯片外殼好象構(gòu)成射線源 (LED)和/或射線傳感器(光電二極管)的半導(dǎo)體基體(芯片)的罩殼。此外，接頭(導(dǎo)線、 管腳或球)設(shè)置在芯片外殼上。因此，芯片外殼用于將半導(dǎo)體基體例如固定在測量設(shè)備的電路板上億將半導(dǎo)體基體與電路板上的電路連接。芯片外殼保護(hù)半導(dǎo)體基體。半導(dǎo)體基體的端子例如借助于壓焊絲接合(連接)到中間材料。該中間材料可以是沖壓板(引線框) 或者作為基底的小板條。最后經(jīng)由芯片外殼的接頭來連接到測量設(shè)備的電路板上。在中間材料上固定和布線半導(dǎo)體基體之后，半導(dǎo)體基體有利地通過不同材料(合成材料、陶瓷、金屬)相對于環(huán)境影響被密封地保護(hù)。其中，用于光入射和/或出射的通孔設(shè)置在芯片外殼的上表面上。這些孔可以借助于透明合成材料(例如環(huán)氧樹脂)或者石英玻璃來封閉，從而半導(dǎo)體基體不直接暴露到環(huán)境中。根據(jù)本發(fā)明，芯片外殼同時作為空心反射器。為此，芯片外殼在其內(nèi)壁上涂敷有進(jìn)行漫反射的材料。與在使用上述烏布利希球的情況下類似地，光源的在內(nèi)部中可能多次反射和散射的射線幾乎理想地漫射，即射線源(例如發(fā)光二極管) 的方向特性盡可能被廢除。因此，射線源的射線以非常大的反射角(大于90°，優(yōu)選大于 100° )離開芯片外殼，這不可能用綁定在(小型)芯片外殼上的傳統(tǒng)光學(xué)單元來實現(xiàn)。根據(jù)測量設(shè)備的一種優(yōu)選實施方式，設(shè)置有EKG(心電圖)單元，用于經(jīng)由兩個或更多個EKG電極采集EKG信號，其中在傳感器外殼的外殼表面設(shè)置有EKG單元的至少一個 EKG電極。此外還設(shè)置有生物電的阻抗測量單元，其中在傳感器外殼的外殼表面設(shè)置有阻抗測量單元的至少一個饋電或測量電極，使得EKG電極和饋電或測量電極在身體組織的被光學(xué)測量單元采集的區(qū)域中接觸皮膚表面。通過根據(jù)本發(fā)明集成光學(xué)測量單元和EKG單元，提供了提供多個診斷測量值的緊湊裝置。這些測量值可以逐個地或者組合地被分析，以便快速可靠地獲得關(guān)于進(jìn)行檢查的患者的健康狀況的有說服力的信息。緊湊的測量設(shè)備可以作為完全能工作的部件以低成本大量地被預(yù)先制造并且被集成到不同類型的診斷設(shè)備中。實際的測量可以特別容易、舒適地執(zhí)行。為此，傳感器外殼的表面在要檢查的身體組織的范圍中與皮膚接觸，這可以例如通過將患者的手指放到傳感器單元的外殼表面上來實現(xiàn)。于是通過接觸傳感器單元的皮膚部位同時進(jìn)行光學(xué)測量、EKG推導(dǎo)和阻抗測量。根據(jù)本發(fā)明的傳感器單元的EKG單元用于經(jīng)由兩個或更多個EKG電極采集EKG信號。由此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器單元的功能范圍有利地相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)被擴(kuò)展。根據(jù)本發(fā)明的傳感器單元使得能夠組合地采集和分析脈搏血氧信號和EKG信號。有利地，為此設(shè)置有分析單元，用于分析光學(xué)測量的體積脈沖信號和EKG信號隨時間的變化曲線。該分析單元可以是測量設(shè)備的組成部分。也可以規(guī)定分析單元與測量設(shè)備是分開的，其中測量信號經(jīng)由適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)連接傳輸?shù)椒治鰡卧?。借助于適當(dāng)?shù)某绦蚩刂?，分析單元例如能夠自動地識別EKG信號中的R波。由此自動地確定心跳的準(zhǔn)確時刻。此外，分析單元基于適當(dāng)?shù)某绦蚩刂七€能夠識別體積脈沖信號中的最大值。借助于體積脈沖信號中的最大值能確定在心跳時所導(dǎo)致的脈搏波到達(dá)傳感器單元所采集的周邊測量位置處的時刻。由此最后可以EKG 信號中的R波與體積脈沖信號中隨后的最大值之間的時間差。該時間差是對于所謂脈搏波速度的度量?；诿}搏波速度可以進(jìn)行關(guān)于血壓的判斷。也就是說，脈搏波速度的減小伴隨著血壓的升高，而脈搏波速度的提高可以推斷血壓降低。但是不可能由脈搏波速度準(zhǔn)確地確定血壓，而只能說明趨勢。此外，脈搏波速度與血液濃度有關(guān)，并且尤其與(例如主動脈的)血管壁的彈性有關(guān)。由血管的彈性又可以推斷可能存在的動脈硬化。還可以將心率絕對值、心率變化性和心臟的相應(yīng)心率不齊引入到該分析中。因此可以自動地確定心率不齊，如竇性心動過速、竇性心動過緩、竇性心動停止和所謂的逸搏。此外，借助于EKG信號還可以確定關(guān)于在心跳時心臟心房收縮的持續(xù)時間、心室收縮的持續(xù)時間以及心室松弛的持續(xù)時間等。此外，對于電激勵信號到心臟的傳導(dǎo)中所謂阻斷(房室傳導(dǎo)阻滯、束支性傳導(dǎo)阻滯等)以及還有對于血流不暢或梗塞的提前診斷也是可能的。脈搏變化過程中的其他不規(guī)則性能借助于體積脈沖信號確定。本發(fā)明至少基于以下認(rèn)識，即通過將不同診斷方式組合到單個測量設(shè)備中就提供了確定新陳代謝參數(shù)的可能性。因此，根據(jù)本發(fā)明，在單個測量設(shè)備中，傳統(tǒng)的(光學(xué))血氧計單元不僅與EKG單元、而且還與生物電阻抗測量單元結(jié)合。由借助于生物電阻抗測量單元所獲得的測量信號例如可以確定被檢查的身體組織的組成成分。然后以此為基礎(chǔ)，優(yōu)選借助于與根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的測量單元連接的適當(dāng)?shù)挠沙绦蚩刂频姆治鰡卧?，可以由傳感器單元的血氧信號確定組織中的毛細(xì)血氧飽和度。根據(jù)被檢查的組織的類型，動脈血氧飽和度(SaO2)和靜脈血氧飽和度(SvO2)確定毛細(xì)(動靜脈)血氧飽和度(StO2)。下式成立K * SvO2+(I-K) * SaO2 = StO2,其中K是取決于組織的校正因子，它取決于被檢查的組織中動脈與靜脈的體積比。該值平均略低于0. 5。根據(jù)本發(fā)明，對于相應(yīng)組織決定性的值可以通過生物電阻抗測量來確定，以便然后由上式確定靜脈血氧飽和度。根據(jù)本發(fā)明的傳感器單元可以用于確定被檢查的身體組織的供血V，即由供血決定的體積波動。然后，根據(jù)公式Y(jié)O2 = Y ~k (SaO2-SvO2)可以計算局部氧消耗V02，這是對于測量位置處新陳代謝活性的度量。為了生物電阻抗測量，饋電或測量電極設(shè)置在傳感器外殼的外殼表面上，從而可以與血氧和EKG測量同時進(jìn)行生物阻抗測量。其中，身體組織的同一區(qū)域、即患者接觸傳感器外殼的表面的位置同時被所有測量方式采集。根據(jù)本發(fā)明，在傳感器外殼的表面上設(shè)置有至少一個EKG電極和阻抗測量單元的至少一個饋電或測量電極。另一 EKG電極以及可能還有阻抗測量單元的另一饋電或測量電極有利地被設(shè)置為使得患者可以以不同的肢體接觸所有電極，例如每只手接觸一個電極。根據(jù)一有利實施方式，測量設(shè)備具有集成的溫度或熱傳感器。該傳感器可以用于確定局部熱產(chǎn)量(W3rmeproduktion)。在最簡單的情形下，溫度傳感器(例如NTC 元件)被構(gòu)造用于測量測量位置處皮膚的表面溫度。有利地，借助于熱傳感器可以在測量位置處進(jìn)行位置、時間和深度分辨的熱測量。借助于熱交換可以推斷局部新陳代謝活性。 此外，熱傳感器適于確定局部供血。對于關(guān)于熱測量的更詳細(xì)的背景信息，請參考Nitzan 等人的公幵文獻(xiàn)(Meir Nitzan, Boris Khanokh，“Infrared Radiometry of Thermally Insulated Skin for the Assessment of Skin Blood Flow”，Optical Engineering 33， 1994，No. 9，第四53至四56頁)。總之，熱傳感器提供可以有利地用于確定新陳代謝參數(shù)的數(shù)據(jù)。特別有利的是上述測量方法(即血氧測量、EKG測量、溫度或熱測量以及生物電阻抗測量)的根據(jù)本發(fā)明的組合。所有測量信號可以通過適當(dāng)?shù)乃惴ū环治霾⒔M合。通過組合不同測量方式，在識別病理變化時實現(xiàn)了高的效率、冗余和可靠性。所有參數(shù)可以有利地被組合為一個全局指標(biāo)，該全局指標(biāo)對于使用者而言是能容易解釋的并且為使用者提供了關(guān)于其一般性健康狀態(tài)的直接、基本的指示。
如上所述在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備中被組合起來的不同測量方式的組合還是有利的，因為由此可以非侵入式間接地測量葡萄糖濃度。以下詳細(xì)介紹借助于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備確定血糖含量人體的新陳代謝在正常狀態(tài)(即中和狀態(tài))以及在所謂的熱中性區(qū)中主要通過葡萄糖分配(Glukosehaushalt)來確定，因此，在該正常狀態(tài)中身體組織的細(xì)胞中的葡萄糖濃度可以被描述為熱產(chǎn)量和氧消耗的純函數(shù)。下式成立[Glu] = ^(ΔΤ, VO2),其中[Glu]表示葡萄糖濃度。熱產(chǎn)量ΔΤ可以借助于根據(jù)本發(fā)明的傳感器單元的熱傳感器例如由動脈溫度與皮膚表面在完全絕熱的情況下所達(dá)到的溫度之間的差來確定。 (ΔΤ = T00-T^) · ^(ΔΤ, VO2)給出了葡萄糖濃度與熱產(chǎn)量和氧消耗的函數(shù)關(guān)系。如上所述，氧消耗是由于靜脈和動脈的血氧飽和度之間的差別以及供血而產(chǎn)生的。但是，為了在進(jìn)食期間或在進(jìn)食后立即確定葡萄糖濃度，必須考慮校正項，該校正項表現(xiàn)能量分配中脂肪代謝的分量。于是下式成立[Glu] = ( Δ T，VO2) +X * f2 ( Δ T，VO2)X是在進(jìn)食后為負(fù)的因子。其中，X取決于所進(jìn)食的食物的組成成分。尤其地，X 取決于在新陳代謝中脂肪和碳水化合物的比例。因子X可以如上所述借助于脈搏波速度隨時間變化的曲線來確定。如果攝取純碳水化合物或者直接攝取葡萄糖，則X為0。脂肪在所攝取的食物中的分量越大，X的值就增高。為了由脈搏波速度、血壓幅度和/或脈搏的隨時間變化的曲線來確定校正因子X，對設(shè)備進(jìn)行檢定以適配于相應(yīng)使用者是必需的。f2(AT， VO2)為脂肪新陳代謝給出了葡萄糖濃度與熱產(chǎn)量和氧消耗的函數(shù)關(guān)系。因此，根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備可以用于由局部氧消耗和局部熱產(chǎn)量確定局部葡萄糖濃度。為此，測量設(shè)備具有適當(dāng)?shù)臏y量方式。如上所述，可以通過將血氧測量與生物電阻抗測量組合來確定氧消耗。為了確定熱產(chǎn)量，于是還附加地需要所提到的熱傳感器。為了然后能夠根據(jù)上面給出的函數(shù)關(guān)系式計算葡萄糖濃度，還應(yīng)當(dāng)確定校正因子X，例如由脈搏波速度隨時間變化的曲線來確定。同樣如上所述，這可以通過EKG信號和體積描記信號的組合測量來實現(xiàn)。為了確定葡萄糖濃度，還有利地在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備中組合脈搏血氧儀、EKG單元、生物電阻抗測量單元和熱傳感器。前述方法首先只允許確定細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖濃度。對于血糖濃度，簡化地存在下面的關(guān)系式[Glu]細(xì)胞=a+b * ln(c * [Glu]血液)常數(shù)a、b和c取決于進(jìn)行檢查的患者個人的生理狀況。這些參數(shù)可以通過相應(yīng)的檢定來確定，例如通過與以傳統(tǒng)方式侵入式地確定的血糖值進(jìn)行比較來確定。根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)測量單元、EKG單元、阻抗測量單元以及可能還有溫度或熱傳感器安置在一個公共的傳感器外殼中。有意義地，該至少一個EKG電極和阻抗測量單元的該至少一個饋點或測量電極被構(gòu)造為傳感器外殼的上表面上由導(dǎo)電材料制成的平面膜或片。其中，該片或膜可以具有至少一個缺口，用于使由該至少一個射線源發(fā)射的射線穿透到要檢查的身體組織中或者用于使由身體組織散射和/或透射的射線穿透到射線傳感器中?？梢詾闇囟然驘醾鞲衅髟O(shè)置另一缺口。射線源、射線傳感器和溫度或熱傳感器可以設(shè)置在傳感器外殼內(nèi)的一個公共的板上。因此，所需要的測量方式組合在傳感器外殼中，傳感器外殼構(gòu)成能容易且靈活地集成到任意診斷裝置中的單元。傳感器外殼可以具有小于 IcmX IcmX Icm的尺寸，以便能夠容易且靈活地在本發(fā)明的意義上被使用。其中有意義的是至少一個EKG電極同時還作為饋點或測量電極用于生物阻抗測量。總之產(chǎn)生包含不同測量方式的極其緊湊的集成的測量設(shè)備。要檢查的身體組織的同一區(qū)域(例如患者的接觸傳感器外殼表面的指尖)可以被所有測量方式采集，以便如上所述同時檢查患者的新陳代謝和心臟/循環(huán)系統(tǒng)。這極其簡單有效地執(zhí)行了測量。根據(jù)本發(fā)明的一有利實施方式，生物電阻抗測量單元設(shè)置用于經(jīng)由至少一個測量電極對從皮膚表面采集阻抗測量信號。其中，測量電極對的電極間距為小于1毫米直到幾厘米，從而在測量過程中，用于局部采集阻抗測量信號的測量電極對的兩個電極同時在相同區(qū)域中接觸被檢查的患者的皮膚表面。通過將電極間距縮短到小于一毫米直至幾厘米， 不是如傳統(tǒng)的生物阻抗測量方法中那樣在整個身體上集成地，而是局部地記錄生物電阻抗。根據(jù)本發(fā)明，所有電極接觸皮膚表面的一個相同的局部區(qū)域，即所有電極與進(jìn)行檢查的患者的同一身體部位(例如手、手指、腳或腳趾)接觸。有利地，根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備為了測量局部電阻和電抗具有用于將可變頻率的交流電流經(jīng)由皮膚表面施加到進(jìn)行檢查的患者的身體組織中(即在皮膚表面的接觸測量電極的區(qū)域中)的饋電電極對。有利地，對應(yīng)于測量電極，饋電電極的間距為幾毫米至幾厘米。特別有利的是以下構(gòu)造方式測量和饋電電極構(gòu)造為相互平行延伸的接觸條。這使得能夠確定身體組織的局部阻抗，而沒有導(dǎo)致失真的影響，例如由電極和皮膚表面之間的接觸電阻決定的影響。為了生成可變頻率的交流電流，根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備有利地具有交流電流發(fā)生器。阻抗測量信號被模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化并且然后經(jīng)過離散傅立葉變換(DFT)。DFT算法然后提供阻抗的實數(shù)分量和虛數(shù)分量，即電阻值和電抗值。這些值可以被數(shù)字地進(jìn)一步處理以進(jìn)行分析。有利地，電極間距為直至最大10cm，特別有利地是50微米至5cm，更有利地是100 微米至1cm，最有利地是Imm至5mm。通過根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的該實施方式，可以確定阻抗的局部的隨時間的變化。為此，測量設(shè)備有利地具有與阻抗測量單元連接的分析單元。分析單元可以是程序控制的，使得阻抗信號的分析可以由軟件靈活地實現(xiàn)。例如，局部生物阻抗由于脈搏跳動內(nèi)變化的血量而變化，由此可以經(jīng)由局部的生物電阻抗確定心率。其中，作為重要的生物參數(shù)，同時確定脈搏幅度。已經(jīng)指出，該脈搏幅度與身體溫度相關(guān)，即可以借助于生物阻抗分析確定被檢查的身體部位的溫度。此外，局部生物阻抗取決于液體量，即被檢查的組織的局部血量，因此可以確定被檢查的組織的局部供血(供血決定的局部體積波動，例如以體積脈沖信號的形式)。然后，身體的局部生物電阻抗根據(jù)進(jìn)食而變化，從而利用生物阻抗可以檢查新陳代謝，新陳代謝公知地由血糖含量來確定。因此，根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備還通過阻抗測量單元使得能夠?qū)崿F(xiàn)對血糖值的非侵入式的監(jiān)測，其中檢查葡萄糖的作用或身體內(nèi)由葡萄糖引起的生理反應(yīng)的能量需求。通過在分析單元中由軟件實現(xiàn)的適當(dāng)?shù)乃惴ǎ梢杂伤涗浀淖杩箿y量信號進(jìn)行關(guān)于血糖含量及其隨時間的變化的判斷。根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的另一有利實施方式，設(shè)置有固定裝置，用于固定進(jìn)行檢查的患者的身體部位，例如手指。對于阻抗測量并且還有對于脈搏血氧測量，身體組織(例如手指)對光學(xué)傳感器或者對阻抗測量單元的測量和饋電電極的壓力對于測量信號具有顯著的影響。因此有意義的可能是借助于固定裝置來實現(xiàn)規(guī)定的壓力。固定裝置例如可以包括能充氣的氣囊，氣囊將相應(yīng)的身體部位(和緩地)向測量和/或饋電電極或者向光學(xué)傳感器擠壓并固定在那里。通過固定，有利地還阻止了身體部位的運(yùn)動，而身體部位的運(yùn)動可能使測量結(jié)果扭曲。固定裝置也可以是常見類型的手指夾。在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的另一有利實施方式中，多個饋電和/或測量電極設(shè)置為矩陣形。這使得能夠在交流饋電時以及在電壓測量時生成不同的空間配置。由此所獲得的附加信息使得能夠推斷PH值、P(X)2值、p02值以及電解質(zhì)分配(Na+濃度、K+濃度、Ca2+濃度、Mg2++濃度等)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的光學(xué)測量單元包括用于用電磁射線照射被檢查的身體組織的射線源以及至少一個用于探測被身體組織散射和/或透射的射線的射線傳感器。可以使用常見的發(fā)光二極管或者甚至激光二極管作為射線源，其發(fā)射光學(xué)射線、即相應(yīng)光譜范圍中的光。已經(jīng)被證明是特別有利的是利用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在至少兩個或者更好地是至少三個不同光波長的情況下在不同身體組織中測量射線吸收，以便由此確定血液的氧氣濃度和組織的供血。根據(jù)一種有利的實施方式，根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的光學(xué)測量單元具有至少兩個射線傳感器用于探測被身體組織散射和/或透射的射線，這些射線傳感器被布置為與射線源相距不同的距離。這就提供了推斷射線相應(yīng)地在身體組織中經(jīng)過的路徑的可能性?；诖丝梢詸z查不同深度的組織層中組織中以及血液中的氧氣濃度。其中可以利用以下知識 來自更深的組織層的測量信號更強(qiáng)烈地受到動脈血的影響，而在更接近表面的區(qū)域中，射線吸收更強(qiáng)烈地受到毛細(xì)血管系統(tǒng)中血液的影響。有意義地還有使用一個射線傳感器來探測透射的射線并且使用另一射線傳感器來探測被身體組織(反向)散射的射線。在透射中所采集到的測量信號更強(qiáng)烈地受到動脈血中吸收的影響，而被散射的射線主要源自表面附近的組織并且因此使得能夠推斷毛細(xì)血管系統(tǒng)中的吸收并因此推斷氧含量。根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的一種實施方式是有利地，其中該至少一個射線源的光的發(fā)射以以下方式進(jìn)行，即被檢查的身體組織的不同體積范圍被選擇性地照射。為此，例如可以設(shè)置有照射被檢查的身體組織的不同體積范圍的兩個射線源。由此可以容易地實現(xiàn)光吸收的差分測量。這使得能夠檢查被檢查的身體組織被供血以富含氧氣或氧氣缺乏的血液的新陳代謝導(dǎo)致的變化。其中利用以下知識局部氧消耗根據(jù)組織的新陳代謝的活性而變化。對變化的氧消耗的確定又使得能夠推斷與氧消耗直接相關(guān)的局部能量消耗。特別有趣的是這又使得能夠推斷葡萄糖含量。因此，根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備有利地還使得能夠非侵入式地確定血糖含量。這些各自選擇性地被照射的體積范圍應(yīng)當(dāng)對于供血以氧氣缺乏或福含氧氣的血液而言是被區(qū)別地涉及的。這例如可以通過以下方式實現(xiàn)該至少兩個射線源具有不同的空間輻射特性。因此可以使用例如具有類似波長(例如630nm和650nm)的發(fā)光二極管和激光器作為射線源。但是，這兩個射線源的區(qū)別在于輻射的張角。例如發(fā)光二極管以大的張角照射到被檢查的身體組織中，而激光二極管的光以非常小的張角入射到身體組織中。因此，利用這兩個射線源采集身體組織的不同體積范圍。由于大的張角，發(fā)光二極管采集的未供血表皮的體積范圍比激光器更大。未供血的表皮實際上不涉及血紅蛋白濃度的變化。相應(yīng)地，發(fā)光二極管的被身體組織散射和/或透射的射線的強(qiáng)度對于血紅蛋白濃度的變化的依賴性比激光器的射線的強(qiáng)度更小。前提是這兩個射線源各自所發(fā)射的射線的波長被選擇為使得射線被氧合血紅蛋白或脫氧血紅蛋白以不同強(qiáng)度吸收。因此，波長在600nm到700nm之間，優(yōu)選在630nm到650nm之間。根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備有利地可以構(gòu)造為根據(jù)該至少一個射線源的被身體組織散射和/或透射的射線確定新陳代謝參數(shù)。如果在被檢查的身體組織中氧被消耗，則氧合血紅蛋白轉(zhuǎn)換為脫氧血紅蛋白。通過比較源自身體組織的選擇性照射的不同體積范圍的射線，可以確定氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的濃度比。由此由得到局部氧消耗，并由此最后 (間接地)得到血糖含量。實現(xiàn)定向輻射到身體組織中的光學(xué)單元可以連接到根據(jù)本發(fā)明的空心反射器。此外，空心反射器可以具有出射孔，通過該出射孔漫射地輻射到身體組織中。以該方式可以在身體組織的不同體積范圍進(jìn)行上述的光學(xué)測量。如果空心反射器如上所述是芯片外殼，則有利地，該光學(xué)單元可以由填充該芯片外殼的透明合成材料(例如硅樹脂或環(huán)氧樹脂)形成。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)非常緊湊的牢固結(jié)構(gòu)。為了實際應(yīng)用，根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備可以連接到任意程序控制的設(shè)備，例如計算機(jī)、移動電話、手提設(shè)備等，其中用于分析所采集的測量信號的功能由在程序控制的設(shè)備上運(yùn)行的軟件來實現(xiàn)。由于傳感器外殼的尺寸很小，所以傳感器外殼也可以集成到任意附件(例如眼睛、手表、首飾等)中或者集成到衣服中(所謂的“智能服裝”)。在該實施方式中，例如在程序控制的設(shè)備中本來就存在的數(shù)據(jù)處理電子裝置用于處理所獲得的測量信號。這可以通過提供相應(yīng)的軟件而容易地實現(xiàn)。同時，借助于軟件確定的診斷數(shù)據(jù)可以被存儲。這使得能夠跟蹤并記錄疾病的變化以及相應(yīng)治療的效果。有意義地，還可以實現(xiàn)借助于測量設(shè)備采集并分析的診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。數(shù)據(jù)傳輸例如可以經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(例如因特網(wǎng))來進(jìn)行?？蛇x地，如果根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備例如集成到移動電話中，則診斷數(shù)據(jù)可以經(jīng)由無線移動網(wǎng)絡(luò)被傳輸。原始測量信號或分析后的診斷數(shù)據(jù)例如可以被傳送到中央位置(“衛(wèi)生保健中心”)，以進(jìn)行更深入的分析和匯總以及用于監(jiān)視各個值隨時間的變化。在那里，數(shù)據(jù)例如借助于適當(dāng)?shù)姆治鏊惴赡茉诳紤]所存儲的患者數(shù)據(jù)(包括關(guān)于慢性疾病或先期疾病的信息)的情況下被分析。結(jié)果又可以經(jīng)由相應(yīng)的數(shù)據(jù)或通信網(wǎng)絡(luò)例如被傳送回移動電話，以便向設(shè)備的使用者相應(yīng)地告知其健康狀況。從中央位置出發(fā)，還可以在需要的情況下借助于根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備啟動其他有針對性的測量。此外，為了擴(kuò)充的病歷的目的，可以由分析結(jié)果導(dǎo)致經(jīng)由數(shù)據(jù)或通信網(wǎng)絡(luò)向患者傳送詢問。數(shù)據(jù)和分析結(jié)果可以自動地被傳送給負(fù)責(zé)治療的醫(yī)生。如果由測量和分析結(jié)果得到關(guān)于醫(yī)療緊急情況的提示，則可以立即啟動必要的措施(例如自動地向急救中心報警)。數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)牧硪粌?yōu)點是分析測量信號所必需的軟件不必在設(shè)備本身中實現(xiàn)，而是只需要在接收數(shù)據(jù)的中央位置處存在和保持。在脈搏血氧測量中，身體組織對光學(xué)傳感器的壓力對于測量信號具有顯著的影響。因此有意義的可以是為根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備配備以用于確定身體組織的壓力的裝置?？梢允莻鹘y(tǒng)的壓力傳感器，例如壓阻元件形式的壓力傳感器。同樣可能的是用于確定壓力的光學(xué)方式。還能想到根據(jù)(脈搏血氧)信號本身確定壓力，因為壓力特征性地對測量信號產(chǎn)生影響。然后，所確定的壓力可以在對測量信號的進(jìn)一步的分析中被考慮，以便補(bǔ)償壓力例如對供血的影響。


以下參考附圖更詳細(xì)地介紹本發(fā)明的實施例。在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備集成到計算機(jī)鍵盤中的示意圖；圖2借助于框圖示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的功能圖示；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的另一實施例；圖4示出了具有射線源的空心反射器；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的光學(xué)測量單元的配置的一實施例；圖6示出了可能的第一配置中具有電極、射線源、射線傳感器和熱傳感器的傳感器外殼的外殼表面；圖7示出了可能的第二配置中傳感器外殼的外殼表面；圖8示出了用于EKG測量和生物阻抗測量的對電極的配置；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的另一實施例；圖10以俯視圖示出了作為空心反射器的芯片外殼；圖11示出了根據(jù)圖10的芯片外殼的剖面圖。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種測量設(shè)備，其整體地以附圖標(biāo)記1表示，并且集成到由計算機(jī)2和鍵盤3構(gòu)成的計算機(jī)系統(tǒng)中。測量設(shè)備1具有在鍵盤3的操作表面上能使用的不同測量方式。計算機(jī)系統(tǒng)的使用者觸摸鍵盤3的操作表面以執(zhí)行利用指尖進(jìn)行的測量。例如發(fā)光二極管心事的光源4、4’集成到測量設(shè)備1中，光源4、4’能夠以不同的波長發(fā)射光。為此，不同的發(fā)光半導(dǎo)體元件設(shè)置在公共的傳感器外殼(圖1中為鍵盤的外殼) 中。還能想到使用光波導(dǎo)來將不同光源的光引導(dǎo)到鍵盤3的操作表面(見下)。此外，測量設(shè)備1還具有一個或多個光電傳感器5。光電傳感器設(shè)置為與光源4或4’緊鄰。傳感器 5接收光源4或4’的在組織中在使用者的指尖處被散射的光。此外，熱傳感器6緊靠地設(shè)置在光源4或4’旁邊。由此保證在與光學(xué)測量相同的測量位置借助于熱測量來確定供血。 此外，在傳感器外殼的表面上設(shè)置有總共四個電極7或7’，用于測量生物電阻抗。設(shè)備的使用者用手同時觸摸兩個電極7或7’。這兩個接觸面之一用于將電流施加到測量位置，而另一接觸面用于電壓測量。以該方式確保測量結(jié)構(gòu)不被測量電極的接觸電阻影響。以附圖標(biāo)記7表示的兩個電極還用作為同樣集成到測量設(shè)備1中的EKG單元的EKG電極。分別以指尖觸摸這兩個電極，從而產(chǎn)生兩點推導(dǎo)(手臂到手臂的測量)。借助于計算機(jī)2處理借助于集成到鍵盤3中的測量設(shè)備1而記錄的測量信號。由此獲得的生理參數(shù)然后在連接到計算機(jī)2的顯示器9的顯示面8上被輸出。例如顯示動脈的(SaO2)、毛細(xì)的(MO2)和靜脈的 (SvO2)血氧飽和度。此外還顯示所確定的心率(HR)、組織脂肪含量(BF)。最后還顯示血糖值(BG)。使用者可以隨時確定其感興趣的生理參數(shù)。為此他只將否則用于操縱鍵盤3的按鍵的手指放在電極7、7’上。然后參數(shù)在借助于計算機(jī)2處理測量信號之后立即借助于顯示器9被顯示。設(shè)備1的使用者實際上不必中斷其在計算機(jī)2上的工作來確定生物參數(shù)。
對于測量設(shè)備1的在圖1中所示的實施例，設(shè)置有兩個射線源4和4’，它們照射被檢查的身體組織的不同體積范圍。為此，這兩個射線源4和4’具有不同的空間輻射特性，即不同的輻射角。射線源4可以是發(fā)光二極管，而射線源4’可以是激光器，例如所謂的 VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器vertical cavity surface emitting laser)激光器。發(fā)光二極管4和激光器4’以非常相似的波長(例如630nm和650nm)、但是以不同的張角
和)發(fā)射光。利用圖1中所示的布置，如上所述可以差分地測量血液中氧含量的由新陳代謝導(dǎo)致的變化。為此，這兩個射線源4和4’各自所發(fā)射的射線的波長必須位于光被氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白不同強(qiáng)度地吸收的范圍中。為了進(jìn)行血液的氧含量的絕對測量 (血氧飽和度)，必須存在其他射線源(在圖1中未示出)，該射線源的光波長位于其中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的光吸收相同(所謂的同義點)的光譜范圍中。發(fā)光二極管或激光器所發(fā)射的光可以借助于相應(yīng)的光導(dǎo)纖維被引導(dǎo)到鍵盤的操作表面上相應(yīng)的位置。在該情形下，在圖1中以附圖標(biāo)記4和4’表示相應(yīng)的纖維端部?？梢詫l(fā)光二極管和激光器耦接到相應(yīng)的纖維，使得它們以所希望的不同張角射入到要檢查的身體組織中。相應(yīng)地，用兩個射線源檢查身體組織的不同體積。由于較大的張角，與激光器相比，借助于發(fā)光二極管檢查的身體組織處未被供血的表皮的分量更大。射線源4以及射線源4’的在身體組織中被散射并部分吸收的光借助于傳感器5來探測。傳感器5不必直接設(shè)置在測量設(shè)備1的表面上。相反，光可以經(jīng)由光導(dǎo)纖維被饋送到設(shè)置于測量設(shè)備1內(nèi)部中的傳感器。為了區(qū)分射線源4的光與射線源4’的光，這兩個光源4和4’可以不同時間調(diào)制地工作，其中借助于傳感器5探測到的信號被相應(yīng)地解調(diào)?？蛇x地，可以借助于不同波長來區(qū)分這兩個射線源4 和4’的射線。射線源4和4’所發(fā)射的射線的射線強(qiáng)度在穿過身體組織時隨著行程長度而衰減，其中強(qiáng)度衰減與進(jìn)行吸收的物質(zhì)(氧合血紅蛋白)的濃度之間的關(guān)系通過已知的朗伯-比爾定律(Lambert-Beersche Gesetz)來給出。借助于圖1中所示的傳感器5可以確定強(qiáng)度衰減的感興趣參數(shù)，也就是說對于被檢查的身體組織的由射線源4和4’各自采集的體積范圍分開地確定。對應(yīng)于不同射線源4和4’的強(qiáng)度衰減參數(shù)可以借助于適當(dāng)?shù)某绦蚩刂频姆治鰡卧嗷リP(guān)聯(lián)，以便以該方式執(zhí)行差分測量。在最簡單的情形下，由這兩個射線源4和4’的射線的強(qiáng)度衰減的參數(shù)計算商。然后由該商的變化可以推斷新陳代謝的變化。如果例如在進(jìn)食后血糖含量升高，則相應(yīng)地更多葡萄糖(在一定時間延遲之后)到達(dá)身體組織的細(xì)胞并且在那里被轉(zhuǎn)換。其中消耗氧。這些細(xì)胞經(jīng)由血液獲得這些氧。其中， 通過交出氧，從氧合血紅蛋白變?yōu)榱嗣撗跹t蛋白。相應(yīng)地，脫氧血紅蛋白與氧合血紅蛋白之比升高。由于射線源4和4’的射線的不同張角，血紅蛋白濃度的變化不同地作用于各自的強(qiáng)度衰減。因此，由強(qiáng)度衰減參數(shù)的商可以探測血紅蛋白濃度的變化。這使得可以間接地推斷氧消耗。因為氧消耗取決于血糖含量，所以借助于所述的對射線吸收的差分測量還可以確定血糖含量。作為補(bǔ)充，與光學(xué)測量并行地執(zhí)行生物阻抗分析，為此設(shè)置有圖1中所示的電極7和7’。為了生物阻抗測量的目的，首先確定局部供血。這可以作為另一參數(shù)在確定氧消耗、并因此也確定血糖含量時被考慮。射線的不同張角也可以利用僅僅一個射線源4通過使用相應(yīng)的光學(xué)元件(例如分束器、透鏡等)來產(chǎn)生。此外有利的是脈搏同步地執(zhí)行對測量值的分析。這是可能的，因為根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備具有用于脈搏采集的適當(dāng)?shù)膫鞲醒b置(例如EKG)。因此，例如可以有針對性地在脈搏波最大值和/或最小值的時刻分析借助于光學(xué)測量或阻抗測量而獲得的測量值，以便補(bǔ)償脈搏決定的波動。還可以由被檢查的身體組織中取決于脈搏的血量和與脈搏無關(guān)的血量之比以及由能利用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備單獨采集的取決于脈搏的新陳代謝數(shù)據(jù)和與脈搏無關(guān)的新陳代謝數(shù)據(jù)獲得有價值的診斷信息。圖2示意性地以框圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備1的構(gòu)造。測量設(shè)備1包括光學(xué)測量單元100，用于光學(xué)地測量相應(yīng)測量位置處身體組織的血管系統(tǒng)中的氧濃度。借助于光學(xué)測量單元100所采集的血氧和體積描記信號被饋送到分析單元110。設(shè)備1的另一主要部件是熱測量單元120，用于確定局部熱產(chǎn)量。熱測量單元120可以是將被檢查的身體部位隔離的專門的熱傳感器。該部位因此可以僅僅還通過血流接受或發(fā)出熱。因此可以通過時間分辨地測量溫度來確定供血和熱產(chǎn)量。在強(qiáng)供血的情況下，被檢查的身體部位在非常短的時間內(nèi)達(dá)到其最高溫度。在供血少的情況下，這持續(xù)得更長些。此外，可以通過對所測得的溫度進(jìn)行外推來推斷動脈溫度，因為測量位置處的溫度僅僅由動脈溫度以及由局部熱產(chǎn)量決定。借助于熱測量單元120采集的測量信號也被饋送到分析單元10進(jìn)行進(jìn)一步處理。此外，設(shè)備還具有阻抗測量單元130，用于借助于生物電阻抗測量來采集局部組織參數(shù)。阻抗測量單元130的測量信號同樣借助于分析單元110來處理。此外，根據(jù)本發(fā)明還設(shè)置有EKG單元132，用于采集EKG信號。EKG單元132也與分析單元110相連，以處理EKG信號。為光學(xué)測量單元100分配圖1中所示的測量設(shè)備1的光傳感器5以及光源4。 熱測量單元120與熱傳感器6相連。阻抗測量單元130經(jīng)由設(shè)備1的電極7或V采集測量信號。分析單元110執(zhí)行對所有測量信號的預(yù)處理。為此，信號經(jīng)過帶通濾波器，以便濾除網(wǎng)絡(luò)頻率50Hz或60Hz范圍中的干擾。此外，對信號降噪。在經(jīng)過分析單元110之后，光學(xué)測量單元100、熱測量單元120、阻抗測量單元130和EKG單元132的預(yù)處理后的信號到達(dá)評估單元140中。評估單元140負(fù)責(zé)由測量信號計算對于診斷重要的參數(shù)。由阻抗測量單元130的取決于時間地記錄的測量信號，首先計算被檢查的身體組織的組成成分(含水量、脂肪含量等)。由光學(xué)測量單元100的信號計算動脈血氧飽和度，并且以基于阻抗測量所確定的組織參數(shù)為基礎(chǔ)計算毛細(xì)血氧飽和度。此外，由熱測量單元120的測量信號以及由能根據(jù)取決于時間的阻抗測量推導(dǎo)的體積描記數(shù)據(jù)來確定供血和動脈溫度。由EKG單元 132的信號和光學(xué)測量單元100的信號確定脈搏波速度。此外，借助于評估單元140根據(jù)所有先前執(zhí)行的計算的結(jié)果計算靜脈血氧飽和度，并由此計算其他新陳代謝參數(shù)，尤其是局部氧消耗和測量位置處的葡萄糖濃度。計算結(jié)果借助于診斷單元150來解釋。同樣實現(xiàn)為計算機(jī)2上的軟件的診斷單元150用于評價借助于評估單元140所計算的局部新陳代謝參數(shù)。評估單元140和診斷單元150為了顯示測量結(jié)果而與顯示單元160連接，顯示單元 160控制顯示器9。所獲得的數(shù)據(jù)能存儲在存儲單元170中，更確切地說是同時存儲相應(yīng)測量的數(shù)據(jù)和時間。此外還設(shè)置有接口單元180，用于將計算機(jī)2與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接以傳輸所計算得到的生理參數(shù)。經(jīng)由接口單元180可以將所有數(shù)據(jù)和參數(shù)、尤其還有存儲在存儲單元 170中的數(shù)據(jù)和參數(shù)傳輸?shù)截?fù)責(zé)治療的醫(yī)生的未詳細(xì)示出的PC。在那里，數(shù)據(jù)可以被詳細(xì)地分析。尤其地，可以針對變化對較長的時間范圍上用測量設(shè)備1記錄的數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行研究，以便能夠由此推導(dǎo)出關(guān)于所存在的疾病的發(fā)展的結(jié)論。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的一可選實施例。該測量設(shè)備具有兩個手指夾 601和602，通過這兩個手指夾分別將左手和右手的一根手指固定到測量設(shè)備的傳感器處。 射線源4、射線傳感器5、用于EKG測量和阻抗測量的電極7、7’以及熱傳感器6集成到手指夾601中。其中，圖3中所示實施例的一個特別之處在于射線源4所生成的光借助于射線傳感器5以雙重方式被測量，即一方面在透射方向上借助于與射線源4相對地設(shè)置在手指夾601的上部分中的射線傳感器5，并且另一方面借助于集成到手指夾601的下部分中的探測在手指的組織中被散射回的光的射線傳感器5。為了進(jìn)行透射測量，分別為射線源4和對面的射線傳感器5設(shè)置透鏡603、604。透鏡603負(fù)責(zé)將光定向輻射到組織中。透鏡604收集透射的光并將其聚焦到射線傳感器5上。在手指夾602中只設(shè)置有兩個電極7、7’作為相對于集成在手指夾601中的電極的對電極。這兩個電極用于EKG測量(兩點推導(dǎo))以及 (全局)生物阻抗測量。手指夾601和602經(jīng)由纜線605、606與中央單元607連接。中央單元607包含測量設(shè)備的分析單元、評估單元和診斷單元。在顯示器608上顯示所獲得的測量值。利用所示的結(jié)構(gòu)能測量不同的光學(xué)測量值，例如經(jīng)由射線傳感器采集的光強(qiáng)度形式的測量值。這是透射強(qiáng)度It和從不同組織區(qū)域散射回的強(qiáng)度Iksi和IKS2。為了校準(zhǔn)，可以在(人造的)標(biāo)準(zhǔn)材料上執(zhí)行測量。這于是得到值1&。這四個測量值構(gòu)成了進(jìn)一步評估的基礎(chǔ)。圖4示出了空心反射器701，其中設(shè)置有一個(或多個)LED 702作為射線源?？梢允窃谒锌臻g方向上發(fā)射光的SMD-LED。根據(jù)本發(fā)明，其他類型的光源同樣是可能的。LED 702的光在空心反射器701的內(nèi)表面上被漫反射?？招姆瓷淦?01在該實施例中按照烏布利希球的方式來構(gòu)造。會聚透鏡形式的光學(xué)單元703連接到空心反射器701。會聚透鏡如圖4中所示導(dǎo)致LED 702所發(fā)射的光定向輻射。此外，空心反射器701具有出射孔704，通過該出射孔實現(xiàn)漫輻射到身體組織中。在出射孔704的范圍中還可以設(shè)置適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)單元， 以便實現(xiàn)所希望的輻射角。不同輻射角例如可以借助于不同焦距的透鏡或者其他光學(xué)元件 (例如準(zhǔn)直儀等)來生成。圖4中所示的結(jié)構(gòu)可以有利地以低成本大量地制造為緊湊的預(yù)制造的單元。LED的電氣接頭705從空心反射器引出?？招姆瓷淦骼缈梢詷?gòu)造為由透明合成材料構(gòu)成的LED 702嵌入其中的實心體。空心反射器然后可以在外側(cè)涂敷以漫反射材料(例如氧化鋁或硫酸鋇)。決定性的是通過漫反射消除LED的方向特性，并且于是通過以適當(dāng)?shù)姆绞綄⒐鈴姆瓷淦髦旭畛?，可以?guī)定根據(jù)相應(yīng)要求所希望的輻射特性。將多個LED 放置在一個空心反射器中以便以不同波長生成射線并且統(tǒng)一地經(jīng)由連接到空心反射器701 的光學(xué)單元703或經(jīng)由出射孔704射入身體組織中是無問題可能的。圖5示出了緊靠著要檢查的身體組織的根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的傳感器外殼的表面上光學(xué)測量單元的傳感裝置的俯視圖。可以看到空心反射器701的上側(cè)面，其中光學(xué)單元703和出射孔704位于測量表面的平面中。其中，光學(xué)單元703和出射孔704分別設(shè)置在軸線901的左邊和右邊。在軸線901上還設(shè)置有射線傳感器5。每個射線傳感器5各自相對于光學(xué)單元703和出射孔704具有相同的距離。同時，這兩個射線傳感器5相對于射線源具有不同的距離。該結(jié)構(gòu)提供了以下可能性考慮身體組織中被探測到的射線所經(jīng)過的路徑，從而可以檢查不同深度的組織層中組織中和血液中的氧濃度。圖6、7和8示出了根據(jù)本發(fā)明的診斷測量設(shè)備的傳感裝置的不同配置。圖6和7 示出了傳感器外殼的表面上的兩個不同俯視圖。電極7和7’分配給測量設(shè)備的EKG單元和阻抗測量單元。圖8示出了用于EKG和生物電阻抗的手臂到手臂測量的對電極的布置。阻抗單元包括圖6和7中所示的用于饋送交流電的電極7和用于身體組織(例如被檢查的患者的手指區(qū)域中)的阻抗測量的測量電極7’(參見圖3)。由于四點測量，電極7、7’和身體組織之間的接觸電阻不使測量失真。電極7、7’之間的距離可以為僅僅幾毫米到幾厘米。 在測量過程中，圖6和7中所示的所有四個電極同時接觸皮膚表面的相同區(qū)域，例如患者的手指。通過饋以頻率變化的交流電可以實現(xiàn)對復(fù)阻抗的測量。測量信號經(jīng)由電極7’借助于(未示出的)電壓表采集。測量信號借助于(同樣未示出的)模數(shù)轉(zhuǎn)換器被數(shù)字化，并且然后經(jīng)過離散傅立葉變換。結(jié)果然后提供阻抗的實數(shù)部分和虛數(shù)部分，即電阻值和電抗值。對于圖6和7中所示的實施例，電極7、7’構(gòu)造為相互并行間隔開的條帶，這些條帶推度位于其間的間隙而相互電氣隔離。光源4、射線傳感器5以及熱傳感器6設(shè)置在間隙中。 所有傳感器與要檢查的身體組織接觸。圖9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備1的另一實施例。EKG電極7設(shè)置在外殼400的外側(cè)面上。該電極被一只手的一手指觸摸。另一只手的一手指插入到管狀開口 13中。電極7、7’、射線源4、射線傳感器5以及熱傳感器6位于開口 13的內(nèi)部中。此外，能充氣的氣囊14設(shè)置在管13的內(nèi)部中，該氣囊固定手指并且和緩地以規(guī)定的壓力將手指相對于傳感器擠壓。為了清楚地原因，在圖9中沒有示出測量設(shè)備1的操作鍵以及用于輸出測量結(jié)果的顯示器。圖4示出了空心反射器701，一個(或多個)LED 702作為射線源設(shè)置在空心反射器701中?？梢允窃谒锌臻g方向上發(fā)射光的SMD-LED。根據(jù)本發(fā)明，其他類型的光源同樣是可能的。LED 702的光在空心反射器701的內(nèi)表面上被漫反射。空心反射器701在該實施例中按照烏布利希球的形式被構(gòu)造。會聚透鏡形式的光學(xué)單元703連接到空心反射器 701。會聚透鏡如圖4中所示的那樣實現(xiàn)LED 702所發(fā)射的光的定向輻射。此外，空心反射器701具有出射孔704，通過該出射孔實現(xiàn)漫輻射到身體組織中。在出射孔704的范圍中還可以設(shè)置適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)單元以便實現(xiàn)期望的輻射角。不同的輻射角可以例如借助于不同焦距的透鏡或者其他光學(xué)元件(例如準(zhǔn)直儀等)來生成。圖4中所示的結(jié)構(gòu)可以有利地以低成本大量生產(chǎn)為緊湊的預(yù)制造的單元。LED的電氣接頭705從空心反射器中引出?？招姆瓷淦骼缈梢员粯?gòu)造為由透明合成材料制成的實心體，LED 702嵌入到該實心體中。該實心體然后可以在其外側(cè)面上被涂敷以實現(xiàn)漫反射的材料(例如氧化鋁或硫酸鋇)。決定性的是通過漫反射消除LED的方向特性，并且于是通過以適當(dāng)?shù)姆绞綄⒐鈴姆瓷淦黢畛?，可以按照相?yīng)要求規(guī)定期望的輻射特性。沒有問題而可能的是多個LED放置在一個空心反射器中，以便以不同波長生成射線并且統(tǒng)一地經(jīng)由連接到空心反射器701的光學(xué)單元703或經(jīng)由出射孔704射入到身體組織中。圖10和11示出了構(gòu)成本發(fā)明意義上的空心反射器的一種芯片外殼800。芯片外殼800容納射線源和射線傳感器。在所示的實施例中設(shè)置有兩個具有半導(dǎo)體基體801和 802的射線源，這兩個半導(dǎo)體基體例如可以是LED芯片。電氣導(dǎo)體線路803在芯片外殼的內(nèi)部中延伸。經(jīng)由模片鍵合或經(jīng)由連接線804產(chǎn)生與半導(dǎo)體基體801、802的電氣連接。芯片外殼800在從圖1來看的上側(cè)面上具有通孔805、806和807，用于使半導(dǎo)體基體801、802所發(fā)射的射線出射到要檢查的身體組織中或用于使被身體組織散射和/或透射的射線入射到芯片外殼800中。在芯片外殼800內(nèi)在通孔807后面設(shè)置發(fā)光二極管(未示出)作為射線傳感器。芯片外殼800形成半導(dǎo)體基體801、802和發(fā)光二極管的罩殼。此外，電氣接頭 808在芯片外殼800的下側(cè)面上，芯片外殼800經(jīng)由該電氣接頭808固定在根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的電路板(未示出)上并且與電路板上的電路連接。電氣導(dǎo)體線路803設(shè)置在基板809上，基板809構(gòu)成芯片外殼800的下側(cè)面。外殼蓋810構(gòu)成上側(cè)面。在基板809上固定并接線的半導(dǎo)體基體801、802被如從圖11中可以看到的那樣填充外殼內(nèi)部的透明合成材料811 (例如環(huán)氧樹脂、硅樹脂、石英玻璃或PMMA)包圍。在通孔805、806、807的范圍中，外殼蓋810具有相應(yīng)的缺口。以該方式，半導(dǎo)體基體801、802不直接接觸外界環(huán)境。芯片外殼用作為空心反射器。這意味著，半導(dǎo)體基體801、802所發(fā)射的射線(多次)在芯片外殼800的內(nèi)表面上被反射。為此，芯片外殼800可以在其內(nèi)壁上涂敷以進(jìn)行漫反射的材料812。可選地，芯片外殼800例如可以由白色的(即進(jìn)行反射的)合成材料制造。半導(dǎo)體基體801、802的在內(nèi)部被反射和散射的射線是幾乎理想漫射的。例如半導(dǎo)體基體802的射線因此以大約110°的非常大的輻射角通過通孔806離開芯片外殼800進(jìn)入進(jìn)行檢查的身體組織。在通孔805的范圍中，填充芯片外殼800的透明合成材料811形成會聚透鏡813。 會聚透鏡813如圖11中所示實現(xiàn)半導(dǎo)體基體801所發(fā)射的射線以大約10°的角度定向輻射到身體組織中。熱傳感器6也可以集成到芯片外殼800中。
權(quán)利要求
1.一種用于非侵入式地采集身體組織的至少一個生物參數(shù)的診斷測量設(shè)備，具有光學(xué)測量單元(100)，所述光學(xué)測量單元具有用于照射要檢查的所述身體組織的至少一個射線源(4，702)和用于探測被所述身體組織散射和/或透射的射線的至少一個射線傳感器(5)， 其特征在于，所述至少一個射線源(4，702)設(shè)置在空心反射器(701)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述至少一個射線源(4)和所述至少一個射線傳感器(5)設(shè)置在一個共同的傳感器外殼G00)中，設(shè)置有心電圖單元(132)，用于經(jīng)由兩個或更多個心電圖電極(7)采集心電圖信號，所述心電圖單元(13 的至少一個心電圖電極(7)設(shè)置在所述傳感器外殼G00)的外殼表面上，設(shè)置有生物電的阻抗測量單元(130)，所述阻抗測量單元(130)的至少一個饋電或測量電極(7，7’)設(shè)置在所述傳感器外殼(400)的外殼表面上，使得所述心電圖電極(7)和所述饋電或測量電極(7，7’ )在所述身體組織的被所述光學(xué)測量單元(100)采集的區(qū)域中接觸皮膚表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，溫度或熱傳感器(6)設(shè)置在所述傳感器外殼G00)中或上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述至少一個心電圖電極(7)和所述至少一個饋電或測量電極(7，7’ )被構(gòu)造為由導(dǎo)電材料制成的平面的膜或片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述心電圖電極(7)或者所述饋電或測量電極(7，7’)具有至少一個缺口，用于使所述至少一個射線源(4)所發(fā)射的射線穿透到要檢查的所述身體組織中或者用于使所述身體組織所散射和/或透射的射線穿透到所述射線傳感器(5)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4和5所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有至少一個其他缺口， 用于所述溫度或熱傳感器(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述心電圖電極(7)中至少一個同時作為所述生物電的阻抗測量單元(130)的饋點或測量電極(7，7’)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述生物電的阻抗測量單元(130)被設(shè)置用于經(jīng)由至少一個測量電極對(7’)采集皮膚表面的阻抗測量信號，所述測量電極對(7’ )的電極間距為小于1毫米直到幾厘米，從而在測量過程中，所述測量電極對(7’ )的兩個電極同時接觸皮膚表面的相同區(qū)域以局部采集所述阻抗測量信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有饋電電極對(7)，用于將頻率變化的交流電經(jīng)由所述皮膚表面施加到所述身體組織中，更確切地是施加到所述皮膚表面的接觸所述測量電極(7’ )的區(qū)域中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和9所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述測量電極對(7’)和所述饋電電極對(7)構(gòu)造為相互并行延伸的接觸條。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有與所述生物電的阻抗測量單元(130)連接的評估單元(140)，所述評估單元(140)被設(shè)置用于確定局部阻抗測量信號隨時間的變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有固定單元 (14)，用于將進(jìn)行檢查的患者的一身體部位固定到所述傳感器外殼(400)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述固定單元被構(gòu)造為手指夾(601)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述固定單元(14)具有能充氣的氣囊，所述氣囊將所述身體部位相對于所述測量電極(7’ )和/或饋電電極(7)擠壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述診斷測量設(shè)備與維護(hù)或通信技術(shù)裝置連接或者與其他便攜式裝置或附件連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述裝置是移動裝置，尤其是筆記本電腦、膝上型電腦、移動電話、掌上電腦或手持設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)測量單元 (100)具有用于探測所述身體組織所散射和/或透射的射線的至少兩個射線傳感器(5)，所述射線傳感器(5)設(shè)置為與所述射線源(4)相距不同的距離。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述至少一個射線源 (4)發(fā)射光使得被檢查的身體組織的不同體積范圍被照射。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有具有不同空間輻射特性的兩個射線源(4,4' ) ο
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述空心反射器 (701)按照烏布利希球的形式被構(gòu)造。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述空心反射器由容納所述至少一個射線源(4)和/或所述至少一個射線傳感器(5)的芯片外殼(800)形成， 所述射線源(4)和所述射線傳感器(5)各自具有經(jīng)由在所述芯片外殼(800)的內(nèi)部中延伸的電氣導(dǎo)體線路(803)和/或經(jīng)由鍵合連接(809)接觸的至少一個半導(dǎo)體基體(801，802)， 所述芯片外殼(800)在上側(cè)面上具有通孔(805，806，807)，用于使所述射線源(4)發(fā)射的射線穿透到要檢查的身體組織中和/或用于使所述身體組織所散射和/或透射的射線穿透。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，實現(xiàn)到所述身體組織中的定向輻射的光學(xué)單元(703，813)連接到所述空心反射器(701)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21和22所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)單元(813)由填充所述芯片外殼(800)的透明合成材料(811)構(gòu)成。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23之一所述的診斷測量設(shè)備，其特征在于，所述空心反射器 (701)具有至少一個出射孔(704，806)，通過所述出射孔實現(xiàn)到所述身體組織的漫輻射。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于非侵入式地采集身體組織的至少一個生物參數(shù)的診斷測量設(shè)備，具有光學(xué)測量單元(100)，所述光學(xué)測量單元具有用于照射要檢查的身體組織的至少一個射線源(4)和用于探測被身體組織散射和/或透射的射線的至少一個射線傳感器(5)。本發(fā)明建議所述至少一個射線源(4，702)設(shè)置在空心反射器(701)中。
文檔編號A61B5/053GK102395311SQ201080016554
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者趙玉京, 金允玉 申請人:英戈·弗洛爾