DD203632A1 - Schnellverfahren und einrichtung zur fotometrischen blutuntersuchung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur spektralfotometrischen Untersuchung von Blut, insbesondere zur Schnellbestimmung der Konzentration von Kohlenmonoxidhaemoglobin, geeignet fuer Untersuchungen an Leichenmaterial und Patientenblut. Das erfindungsgemaesze Verfahren funktioniert unter Anwendung der Zweiwellenlaengenmethode mit geringem optischen Aufwand, wobei als Lichtquellen Lumineszenzdioden (Maximum der spektralen Emission bei 565 nm und 940 nm) und als Lichtempfaenger Festkoerperfotodetektoren unmittelbar auf die Probe gerichtet sind, die als mit dem Untersuchungsmaterial getraenktes spezielles Filterpapier vorliegt. Erfindungsgemaesz werden Remission und/oder Transmission zur Bestimmung der spektralen Absorption ausgewertet. Die CO-Hb-Konzentration wird ueber einen Rechner ausgegeben. Durch Einsatz geeigneter anderer Lichtwellenlaengen kann der Anwendungsbereich der Erfindung fuer die Konzentrationsbestimmung weiterer Haemoglobinderivate bzw. fuer die Untersuchung anderer Loesungen erweitert werden.

Description

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Sehnellverfahren und Einrichtung zur fotometrischen Blutuntersuchung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur spektralfotoraetrischen Untersuchung von Blut, insbesondere zur Schnellbestimmung der Konzentration von Kohlenmonoxidhämoglobin, geeignet für Untersuchungen an Leichenmaterial und Patientenblut.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Pur die fctometrische Blutuntersuchung sind verschiedene Verfahren und Geräte bekannt (AP 97 956, DT 2 264 433 und DE 2 929 375 sowie viele herkömmliche Spektralfotometer). Die angewendeten Verfahren basieren entweder auf dem fotometrischen Vergleich zweier Blutproben, von denen eine als Standardprobe in ihrer Zusammensetzung bekannt ist, oder man untersucht die Lichtabsorption einer Probe bei zwei, drei oder mehr verschiedenen Wellenlängen. Das Licht jeweils einer dieser Wellenlängen wird durch die gesuchte Probenkomponente auf charakteristische Weise absorbiert, während die jeweils übrigen Wellenlängen den isosbestischen Punkten zweier oder mehrerer Probenkomponenten entsprechen. Das Verhältnis der gemessenen Absorptionen stellt ein Maß für die Konzentration der gesuchten Komponente in der Probe dar. Eine neuere technische Lösung, die nach der Dreiwellenlängenmethode im sichtbaren Licht arbeitet

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(Instrumentation Laboratory Inc·, Mass., USA), enthält einen Strahlenteiler und drei Fotozellen, deren Signale in einem Rechner ausgewertet werden, wodurch in weniger als 1 Min. das Meßergebnis mit einer Genauigkeit von ί 0,2 % zur Verfügung steht (Pankow, 1981). Die meisten technischen Lösungen basieren auf der Zweiwellenlängenmethode, wobei eine größere Zahl geeigneter Wellenlängenpaare, bis etwa 805 um, angeführt sind (Pankow, 1981)· Die bekannten technischen Lösungen sind in ihrer Mehrzahl auf einen empfindlichen bzw. kostspieligen optischen Aufbau, den Einsatz von Küvetten, relativ große Probenmenge und umständliche Probenvorbereitung angewiesen. Einfacher handhabbare Geräte (z.B. DE 2 929 375) weisen diese ITachteile ebenfalls auf und liefern Meßergebnisse mit größerem Fehler. PUr exakte Bestimmungen von CO-Hb sind sie nicht vorgesehen. Bei einigen bekannten technischen Lösungen gibt es keine Hinweise auf ihre Anwendbarkeit bei der Untersuchung von Leichenblut. Die Nachteile der bekannten technischen Lösungen für die fotometrische Blutuntersuchung resultieren vor allem aus dem hohen optisch-meßtechnischen Aufwand, der zur Erzeugung schmalbandigen bzw. monochromatischen Lichtes, zur definierten Durchstrahlung der Proben sowie zur analogen Verarbeitung des Detektorsignals bei derartigen Anordnungen erforderlich ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur fotometrischen Schnelluntersuchung von Blut, die die obengenannten !lachteile nicht aufweisen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer zuverlässigen 3ohneHuntersuchungsmetnode, durch die insbesondere das Problem der Konzentrationsbestimmung von Kohlenmonoxidhämoglobin (CO-Hb) sowohl in Leichen- als auch in Patientenblut gelost wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert unter Beibehaltung

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der Zweiwellenlängenmethode mit einem Minimum an optischmechanischem Aufwand und kommt ohne PiIter, Linsen, Spiegel, Prismen und sonstige optische Bauelemente aus. Ss wird der Effekt ausgenutzt, daß die Lichtabsorption des Blutes im infraroten Bereich wesentlich empfindlicher als im sichtbaren Bereich von der CO-Konzentration abhängt (siehe hierzu Eggert, 1935 sowie Schilling-Siengalewicz, 1937, zit. nach Pankow, 1981). Eggert wies mittels Infrarotfotografie und an Absorptionskurven nach, daß CO-Hb im nahen Infrarotgebiet (bis etwa 1000 nm) im Vergleich mit reduziertem Hämoglobin eine große Transparenz besitzt. Hach Pankow (1981) hat CO-Hb bei einer Wellenlänge von 920 nm eine hohe Durchlässigkeit, während Oxyhämoglobin in diesem Bereich fast undurchlässig ist. Als Bereich für den isosbestischen Punkt kommt, wenn-die Blutprobe nur die beiden Komponenten CO-Hb und Hb enthält, eine im grünen Teil des Spektrums gelegene Wellenlänge zwischen 565nm und 580 nm in Präge. Oxyhämoglobln wird durch Zusatz von Uatriumdithionit oder Hydrazinsulfat quantitativ zu Hb reduziert, so daß bei Ausschluß anderer Einflüsse in der Blutprobe im wesentlichen Hb und CO-Hb vorliegen. Pur die Bestimmung der CO-Hb-Konzentration werden erfindungsgemäß eine infrarotemittierende (940 nm) und eine grünemittierende (5Ь5 nm) Lumineszenzdiode als Lichtquellen verwendet. Die Luraineszensdioden sind unmittelbar auf die Probe gerichtet, die in Porra eines speziellen Pilterpapiers vorliegt, das mit einigen Tropfen des zu untersuchenden Blutes getränkt ist. Als Lichtempfänger sind Potodioden oder Pototransistoren vorhanden, die erfiudungsgemäß entweder das von der Probe remittierte Licht oder das durch die Probe hindurchtretende Licht aufnehmen und in ein entsprechendes elektrisches Signal umformen. Lichtquellen und -empfänger sind daher von der gleichen Seite (Remission) oder/und von den entgegengesetzten Seiten (Transmission) auf die Probe gerichtet, die in beiden Pällen diffus strahlt. Während der Messung wird die Strahlstärke der Lumineszenzdioden nacheinander kontinuierlich oder stufenförmig verändert und zugleich das Signal am Lichtempfänger kontrolliert. Erreicht die Signalhöhe einen für die jeweilige Wellenlänge festgelegten Schwellwert, so wird die Veränderung des Senderstromes abgebrochen und sein derzeitiger Wert bzw. die entsprechende Steuergröße des Senderstroaes als ein L-Iaß für die spektrale Absorption gespeichert..

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Ist die Messung für beide Wellenlängen ausgeführt, dann stehen im Speicher zwei Werte bereit, aus denen der Quotient zu bilden ist, der ein Maß für die CO-Hb-Konzentration der Probe darstellt· Erfindungsgemäß wird der Ablauf der Messungen durch die Apparatur selbsttätig elektronisch gesteuert. Die Verknüpfung der Meßergebnisse und die Anzeige können analog oder digital erfolgen. Der Anwendungsbereich der Erfindung kann durch Einsatz weiterer Strahlungswellenlängen auf einfache Weise zu einer Mehrwellenlängenmethode für die Konzentrationsbestimmung weiterer Hämoglobinderivate, z.B. Met-Hb, O₂-Hb, Hb, erweitert werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand des nachstehenden Beispiels näher erläutert. Figur 1 zeigt die prinzipielle Anordnung der Lichtquellen, -empfänger und der Probe. Die Lumineszenzdioden 1 und 2 strahlen mit den Wellenlängen A₁ und λ. ₂ ί^ζ·^Β· 940 nm und 565 nm) auf die Probe 7. Die Probe ist ein mit dem Untersuchungsmaterial getränktes spezielles Filterpapier, das (wie ein Diapositiv) durch ein Rähmchen S gehalten wird. Die Fototransistoren 3 und 4 empfangen das von der Probe remittierte Licht; die Messung des durch die Probe hindurchtretenden Lichtes ist mit Hilfe der Fototransistoren 5 und 6 möglich. Für die Untersuchung der Probe ist im allgemeinen eine der Meßmethoden ausreichend, bei Bedarf können beide angewendet werden. Die Meßanordnung ist so aufgebaut, daß eine optische Verbindung zwischen Lichtquellen und -empfängern ausschließlich über die Probe besteht und Fremdlicht ferngehalten wird. Figur 2 zeigt das Blockschema einer vollständigen Meßeinrichtung. Sine elektronische Ablaufsteuerung 11 sorgt dafür, daß zunächst mit der Wellenlänge Л-i gemessen wird. Ein digitaler Zähler 12 beginnt vorwärts zu zählen und steuert über einen Digital-Analog-Umsetzer 13 und eine Treiberstufe 14 den Strom der Diode 1. Jeder Zustand des Zählers 12 entspricht damit einer bestimmten Strahlstärke der Diode 1. Der Zählerstand wird ständig am Dateneingang eines Digitalrechners 15 bereitgestellt. Das von der Probe remittierte Licht gelangt auf die Smpfänger 3 und 4, v/o es elektrische Signale bildet, die durch Verstärker verstärkt und durch Komparatoren 10 mit vorgegebenen Schwellwer-

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ten verglichen werden· Die Ablaufsteuerung 11 stoppt den Zähler 12, sobald der dem Empfänger 4 nachgeordnete Komparator das Erreichen seines Schwellwertes meldet. Gleichzeitig übernimmt der Rechner 15 den Zählerstand in seinen Speicher 16» Die Ablaufsteuerung 11 stellt nun den Zähler in die Anfangsstellung zurück, schaltet von Diode 1 auf Diode 2 um und startet erneut den Zähler 12, Die Steuerung der Strahlstärke von Diode 2 erfolgt auf die schon beschriebene Weise· Bei diesem zweiten Meßablauf wird nur der dem Empfänger 3 nachgeordnete Komparator abgefragt, bei dessen Ansprechen wieder der Zähler 12 gestoppt und der Zählerstand in den Rechner 15 übernommen wird· Mit den gewonnenen Werten arbeitet der Rechner nun sein Rechenprogramm ab und gibt das Ergebnis über die Anzeige 17 digital aus. Durch geeignetes Kalibrieren der Meßeinrichtung kann die Ergebnisanzeige ζ·Β· in Prozent CO-Hb erfolgen·

Der Ablauf der Transmissionsmessung ist mit entsprechend veränderter Empfängerposition gleich dem Ablauf der Remissionsmessung· Wegen der anderen optischen Verhältnisse sind in beiden Fällen unterschiedliche Signalhöhen zu erwarten, die veränderte Verstärkungen bzw· Schwellwerte erfordern können. Fehler, die aus der Bandbreite des von den Dioden emittierten Lichtes (ζ·3· 40 nm Halbwertsbreite), aus der spektralen Empfindlichkeit der Lichtecipfänger, aus der Probenstruktur (Filterpapier, Inhomogenitäten) und aus der veränderlichen Beschaffenheit des Untersuchungsmaterials resultieren, gehen mit in die Kalibrierung ein bzw, werden durch das angewendete Verfahren eliminiert, so daß sie für die meisten Anwendungsfälle hinreichend klein bleiben· Werden Lichtquellen anderer Wellenlängen zur Messung verwendet, so ist die Meßeinrichtung auch zur Konzentrationsbestimmung anderer Blutbzw. Lösungskomponenten geeignet.

Claims (5)

233170 2 Erfindungsanspruch

1. Schnellverfahren zur fotometrischen Blutuntersuchung, insbesondere zur Bestimmung der Konzentration von Kohlenmonoxidhamoglobin, nach der Zweiwellenlängenmethode, dadurch gekennzeichnet , daß als Probe ein spezielles Filterpapier mit dem Untersuchungsmaterial getränkt wird und wahlweise"das von der Probe remittierte Licht oder das durch die Probe hindurchtretende Licht von Festkörperfotodetektoren empfangen wird«

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Messung die Strahlstärke zweier schmalbandiger Lichtquellen (Luminessenzdioden) nacheinander soweit variiert wird, bis die Signaliiöhe am jeweiligen Lichtempfanger einen vorgegebenen Schwellv/ert erreicht, wobei der erreichte Wert der Steuergröße für die Strahlstärke als ein blaß für die spektrale Absorption gespeichert und durch analoge oder digitale Rechenschaltungen verknüpft wird.

3· Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen eine infrarotemittierende und eine grüneraittierende Lumineszenzdiode, als Lichtempfänger Fastkörperfotodetektoren unmittelbar auf die Probe gerichtet sind·

4· Einrichtung nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Lichtempfänger für beide Wellenlängen gemeinsam oder für jede Wellenlänge ein separater Lichtempfänger vorhanden ist·

5· Einrichtung nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet , daß als Lichtquellen Lumineszenzdioden oder andere schmalbandige Lichtemitter mit geeigneter spektraler Emission verwendet werden, um sine Bestimmung weiterer Komponenten des Blutes oder anderer Lösungen au ermöglichen·

Hierzu 1 S$üe Zeichnungen