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Dokumentenidentifikation DE202006015303U1 20.12.2007
Titel Vorrichtung zur Bestimmung eines physiologischen Zustandes der menschlichen Dermis
Anmelder Licht, Michael, Dipl.-Ing. (FH), 51588 Nümbrecht, DE
DE-Aktenzeichen 202006015303
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 20.12.2007
Registration date 15.11.2007
Application date from patent application 06.10.2006
IPC-Hauptklasse A61B 5/00(2006.01)A, F, I, 20061006, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um den physiologischen Zustand der menschlichen Dermis optisch nicht-invasiv zu bestimmen. Gesunde, alte und auch durch bestimmte Krankheiten veränderte Dermiseigenschaften werden so für den Anwender erfassbar.

Eine veränderte Mikrozirkulation des Blutes in der Haut tritt bei einigen Erkrankungen, z.B. Diabetes, vor Ausbruch der manifestierten Krankheit auf und verfestigt sich im Krankheitsverlauf. Dabei ist die neural und neuronal-humorale Regulation des cutanen Blutflusses gestört. Nach Behandlung der Haut mit Acetylcholin oder Natriumnitroprusside kann so z.B. eine veränderte Mikrozirkulation beobachtet werden. Besonders auffällig ist aber die vasodilatorische Thermoregulation gestört.

So tritt bei einer Temperaturerhöhung der Haut bei verschlechterter Glucosetoleranz und schlechteren nüchtern Blutzuckerwerten eine veränderte Durchblutung der Kapillargefäße auf. Dieser Effekt lässt sich in geringer Gewebetiefe mittels Laser Doppler Durchflussmessung reproduzierbar an den Zehen und Fingern beobachten. Mit zunehmender Eindringtiefe verliert der Laserstrahl in der stark streuenden Haut seine kohärente Eigenschaft, so dass nur bis zu einer Eindringtiefe von 200 &mgr;m diese veränderte Durchblutung beobachtet werden kann. Die Dermis beginnt je nach Hautbereich in 100 &mgr;m Tiefe an Handflächen und Fußsohlen erst ab 800 &mgr;m.

Nichtinvasive Techniken zur Erfassung der Blutfülle in mehreren Tiefen oder des ganzen Extremitätensegment (Plethysmographie) stellen z.B. die Wasser-Plethysmographen dar, die als übertragenes Medium Wasser nutzen, welches den Extremitätenbereich in der Regel durch eine Gummimembran getrennt dicht anliegend umgibt. Die Luft-Plethysmographen bedienen sich einer flexiblen, luftgefüllten Manschette. Dadurch können Volumenänderungen des Messareals in Druckänderungen der Luft in die Manschette übertragen und bestimmt werden. Bei der Plethysmographie mittels Quecksilber-Dehnungsmeßstreifen werden Umfassungsmessungen des Messareals durchgeführt, und von diesem wird auf Volumenänderungen zurück geschlossen. Es ist auch bekannt, dass die Änderung der Blutfülle eines Körperareals parallel mit Änderungen des elektrischen Widerstandes einhergeht. Auf diesem Effekt basieren die Methoden der elektrischen Rheographie und der Impedanz-Plethysmographie. Durch die verstärkte Durchblutung nimmt der Sauerstoffgehalt des Gewebes zu. Optisch erfassbar ist dies durch die veränderte Remission des Blutes im sichtbaren und nahinfraroten Wellenzahlenbereich.

Durch die starke Wasserabsorption des Lichtes verschiedener Wellenlängen im Gewebe ist es möglich, die relative Veränderung des Wassergehaltes in verschiedenen Tiefen des Gewebes zu bestimmen. Anhand der Kombinationsbande des Wassers ist dieses durch die sehr starke Absorption nur in der Hautoberfläche und Epidermis zu erkennen. Die zweite bis vierte Obertonbande des Wassers liegen im optischen Fenster der Haut und gestatten eine Summenaussage über den Wassergehalt in der Epidermis, Dermis und noch tiefer liegenden Gewebe. Der physiologische Zustand der menschlichen Dermis bezüglich des Wassergehaltes kann anhand der zweiten bis vierten Obertonbande daher nur wie bei den bekannten Plethysmographen in Summe erfasst werden. Am ehesten deutlichsten wird aber eine veränderte Mikrozirkulation an der ersten Obertonbande des Wassers.

In Patentschrift CA 2442675, WO 02/082989 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die optisch das vaskuläre Verhalten der Haut auch im Wellenlängenbereich der Obertonbande des Wassers bei verschiedenen Temperaturen, nicht aber gleichzeitig den Anpressdruck des Hautbereichs auf die Vorrichtung erfasst. Die Absorption der ersten Obertonbande des Wassers im Gewebe wird aber durch, den Anpressdruck z.B. einer Fasersonde oder eines Heizelementes stark verändert. Eine interpretation der Absorptions oder Remmissionswerte der ersten Obertonbande des Hautgewebes lassen sich ohne diese zusätzliche Information des Anpressdruckes nicht oder nur sehr undeutlich interpretieren. Optische Vorrichtungen, die in diesem Wellenlängenbereich anpressdruckabhängige Spektren aufnehmen können, sind aus der Patentliteratur wie z.B. DE 42 42 083, WO 9118548 bekannt. Diese Patente haben aber nicht zum Ziel, den physiologischen Zustand der menschlichen Dermis bestimmbar zu machen, sondern den Blutzuckerspiegel möglichst exakt zu erkennen.

Einhergend mit einer veränderten Mikrozirkulation in der Dermis treten weitere optisch nicht-invasiv erfassbare Effekte auf, die es ermöglichen dessen physiologischen Zustand besser zu bestimmen. So tritt im Alter und bei einigen Erkrankungen, z.B. Diabetes, eine Veränderung der Kollagenstruktur des Bindegewebes in der Dermis auf. Bei Diabetes ist zudem die optische Dichte der Erythrozyten verändert und die Erythrozyten aggregieren bei niedriger Blutflussgeschwindigkeit eher, und bei höheren Blutflussgeschwindigkeiten lösen sich diese Aggregate schlechter auf. In Folge lässt sich im Wellenzahlenbereich zwischen 13000 cm–1 und 7000 cm–1 eine erhöhte Streuung des remittierten Lichtes von der Haut beobachten und mit Hilfe der anpressdruck- und temperaturabhänigen Absorption der ersten Obertonbande besser interpretieren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen die in der Lage ist sowohl die anpressdruck- und temperaturabhänigen Absorption der ersten Obertonbande als auch die Streuung des Gewebes im Wellenzahlenbereich zwischen 13000 cm–1 und 7000 cm–1 zu erfassen.

Vorrichtung zur Bestimmung eines physiologischen Zustandes der menschlichen Dermis, gekennzeichnet durch

eine Erfassungseinheit bestehend aus einen Gehäuse mit Drucksensoren die den Anpressdruck der Haut auf einen optischen Messkopf erfassen der aus dem Gehäuse herausragt;

wenigstens ein Heizelement welches mit dem Gehäuse und dem Messkopf verbunden ist und mit wenigsten einem Temperaturfühler der mit dem Messkopf verbunden ist;

wenigstens einer Lichtquelle im Wellelängenbereich zwischen 300 nm und 20000 nm die im Gehäuse befestigt ist und im optischen Kontakt zu der auf dem Messkopf aufgelegten Haut liegt;

wenigstens zwei Sensoren für die remittierte optische Strahlung der Haut die im Gehäuse mit diesem fest verbunden sind und im optischen Kontakt zu der auf dem Messkopf aufgelegten Haut liegt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung in 1 beispielhaft dargestellt.

Schematische Darstellung der bevorzugten Ausführung der Vorrichtung zur Bestimmung eines physiologischen Zustandes der menschlichen Dermis. Ein Gehäuse h (offen Dargestellt) seht auf den Auflagen c die mit Drucksensoren verbunden sind. Mit dem Gehäuse h verbunden ist ein Fasermesskopf mit Temperaturfühler a. Dieser ragt aus dem Gehäuse heraus, so dass dieser der Haut als Auflage dient. Der Fasermesskopf ist an ein Heizelement b befestigt (hier in Schnittdarstellung) welches wiederum mit dem Gehäuse verbinden ist. Über Lichtleitfasern wird die auf den Fasermesskopf gelegte Haut mit einer Weißlichtquelle d und einen Nahinfrarotlichtquelle e beleuchtet. Das remittierte Licht der Quelle d wird mit einem Spektrometer g erfasst und das remittierte Nahinfrarotlicht der Quelle e von einen Infrarot Sensor f erfasst. Die Lichtquellen sowie das Spektrometer und der Infrarot Sensor befinden sich, fest mit dem Gehäuse verbunden in demselben. Die von den Sensoren ausgegebenen analogen elektrischen Signale des Drucksensoren der Auflagen c, des Spektrometers g, und des Infrarot Sensors f werden mittels A/D Wandler digitalisiert und in einem Rechner gespeichert, sowie mit zuvor aufgenommenen. Daten verglichen und der daraus ermittelte physiologische Zustand der Dermis auf dem Bildschirm des Rechners dargestellt.

Der Rechner und die A/D Wandler sind in dieser Ausführungsform nicht im Gehäuse untergebracht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind diese ebenfalls mit dem Gehäuse fest verbunden und in demselben untergebracht. An einer Seitenfläche des Gehäuses ist in dieser Ausführungsform ein Bildschirm zur Ausgabe der Daten befestigt. Das Gehäuse ist in 1 kastenförmig gestaltet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Gehäuseform aus der Draufsicht eiförmig. In der 1 dargestellten Ausführungsform stehen die Lichtquellen d und e sowie die Sensoren f und g über Lichtleitfasern mit der Hautoberfläche in optischen Kontakt. In einer weiteren Ausführungsform wird dieser optische Kontakt zur Hautoberfläche durch ein transparentes Fenster aus Quarzglas erzielt. In einer weiteren Ausführungsform lässt sich die Anzahl der Lichtquellen auf eine reduzieren sofern diese, wie es z.B. bei einer Xenon Lampe der Fall ist, in infraroten Spektralbereich eine ausreichende Strahlungsstärke besitzt.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Bestimmung eines physiologischen Zustandes der menschlichen Dermis, gekennzeichnet durch

eine Erfassungseinheit bestehend aus einem Gehäuse h mit Drucksensoren c die den Anpressdruck der Haut auf einen optischen Messkopf erfassen der aus dem Gehäuse h herausragt;

wenigstens ein Heizelement b welches mit dem Gehäuse h und dem Messkopf verbunden ist und mit wenigsten einem Temperaturfühler a der mit dem Messkopf verbunden ist;

wenigstens einer Lichtquelle im Wellelängenbereich zwischen 300 nm und 20000 nm die im Gehäuse h befestigt ist und im optischen Kontakt zu der auf dem Messkopf aufgelegten Haut liegt;

wenigstens zwei Sensoren für die remittierte optische Strahlung der Haut die im Gehäuse mit diesem fest verbunden sind und im optischen Kontakt zu der auf dem Messkopf aufgelegten Haut liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen der Erfassungseinheit/en auf der Hautoberfläche zwischen –10°C und 50°C durch das Heizelement b eingestellt werden kann/können. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der/den Erfassungseinheit/en gesammelten physiologischen Daten mithilfe eines A/D Wandlers digitalisiert sodann in einem Rechner mit bestehenden Daten verglichen und als Ergebnis in für den Menschen wahrnehmbarer und/oder dokumentierbarer Form ausgegeben werden. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die A/D-Wandlung oder die A/D-Wandlung und die Berechnung der Ergebnisse im Gehäuse durchgeführt werden. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung für die elektrischen Komponenten der Vorrichtung durch einen externen Rechner und/oder eines externen Netzteiles erfolgt.






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