DE69433205T2 - Oximeter mit weglängen-korrektur - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein tragbares Gewebespektrophotometer zur In-Vivo-Untersuchung von Gewebe einer bestimmten Zielregion.
  • Gewebeoximeter mit kontinuierlicher Welle (continuous wave (CW)) haben eine weite Verbreitung in der Anwendung zur In-Vivo-Bestimmung der Konzentration eines optisch absorbierenden Pigments (z. B. Hämoglobin, Oxyhämoglobin) in biologischem Gewebe. Die CW-Oximeter messen Dämpfung von kontinuierlichem Licht in dem Gewebe und bewerten die Konzentration basierend auf der Beer-Lambert-Gleichung oder der modifizierten Beer-Lambert-Absorptionsgleichung. Die Beer-Lambert-Gleichung (1) beschreibt die Beziehung zwischen der Konzentration eines absorbierenden Bestandteiles (constituent (C)), dem Löschungskoeffizienten (ϵ), der Photonenmigrationsweglänge <L>, und der gedämpften Lichtintensität (I/I0).
    Figure 00010001
  • Die CW-Spektrophotometriktechniken können nicht ϵ, C, und <L> zur selben Zeit bestimmen. Wenn man annehmen könnte, dass die Photonweglänge konstant wäre und durch alle Subjekte hindurch gleichmäßig wäre, wäre eine direkte Quantisierung der Bestandteilkonzentration (C) mittels CW-Oximeter möglich. Das U.S. Patent 5,122,974 offenbart Verfahren und Vorrichtungen zum Studieren der Photonmigration mittels Signalmodulationstechniken, wie z. B. Frequenz- und Phasenmodulation. Die Photonmigrationsdaten können dann mittels der Prinzipien der zeitaufgelösten Spektroskopie umgewandelt werden um die Konzentration eines absorbierenden Bestandteils in einem Streumedium zu bestimmen, wie z. B. die Konzentration von Hämoglobin in einem Gehirn oder anderem Gewebe. Die offenbarten Verfahren und Vorrichtungen sehen als ein spezifisches Ausführungsbeispiel ein Dual-Wellenlängenphasenmodulationssystem vor.
  • Die PCT-Veröffentlichung WO 92/20273 offenbart ein Oximeter zur Bestimmung des Sauerstoffanreicherungszustandes eines lokalisierten Körpergewebes. Das Oximeter ist so konstruiert, dass es über einen Aktivitätszeitraum hinweg durch einen Benutzer getragen wird und beinhaltet ein flexibles, körperanpassbares Trageglied, dass benachbart zu der Haut des Benutzers, über dem lokalisierten Gewebe von Interesse, zumindest ein Paar von zueinander beabstandeten Lichtquellen und hierzwischen zumindest ein Paar von wellenlängenspezifischen Photodetektoren trägt. Jede Lichtquelle liegt frei um Wellenlängen der beiden erwähnten spezifischen Wellenlängen in Richtung des lokalisierten Gewebes von Interesse, das unterhalb der Haut und unterhalb der zugewiesenen subkutanen Fettschicht des Benutzers liegt zu senden, und wobei jeder Detektor freiliegt um Photonen der jeweiligen spezifischen Wellenlänge, die von jeder Lichtquelle herrühren und von dem lokalisierten Gewebe gestreut und zurück zu den Detektoren durch die subkutane Fettschicht und Haut des Benutzers gelangen, empfangen. Das Trageglied beinhaltet anpassbare Sperrmittel, die sich zwischen Lichtquelle und den Detektoren befinden. Die Sperrmittel bestehen aus einer Substanz, die in der Lage ist, sich an die Kontur des Trägers anzupassen und in der Lage ist zu verhindern, dass Lichtenergie, die lateral in die Region der Sperrmittel fortschreitet, die Detektoren erreicht.
  • Im Gewebe variiert die optische Migrationsweglänge mit der Größe, Struktur und Physiologie des internen Gewebes, das durch die CW-Oximeter untersucht wird. Im Gehirn z. B. ist das graue und das weiße Material und die Strukturen hiervon in verschiedenen Individuen unterschiedlich. Zusätzlich ist die Photonmigrationsweglänge selber eine Funktion der relativen Konzentration der absorbierenden Bestandteile. Daher wird die Weglänge durch ein Organ mit einer hohen Bluthämoglobinkonzentration z. B. unterschiedlich von demselben mit einer niedrigen Bluthämoglobinkonzentration sein. Weiterhin hängt die Weglänge oft von der Wellenlänge des Lichtes ab, da der Absorptionskoeffizient von vielen Gewebebestandteilen wellenlängenabhängig ist. Daher, womöglich, ist es vorteilhaft, die Weglänge direkt zu messen, wenn die Hämoglobinkonzentration im Gewebe quantifiziert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein weglängenkorrigiertes Oximeter, das die Prinzipien der Phasenmodulationsspektroskopie, wie es in Anspruch 1 definiert ist, einsetzt. Das Oximeter ist eine kompakte Einheit, die konstruier ist um durch ein Subjekt bzw. Testperson auf dem Körper über lange Aktivitätsperioden hinweg getragen zu werden. Das Oximeter ist ebenfalls dafür geeignet um Gewebe auf Intensivstationen, in Operationssälen, während einer Operation oder in traumabezogenen Situationen zu überwachen.
  • Das Oximeter wird auf einer körperanpassbaren Tragestruktur, platziert auf der Haut, montiert. Die Tragestruktur nimmt mehrere Licht emittierende Dioden (light emitting diodes (LED)) auf, die Licht von unterschiedlichen Wellenlängen generieren, das in das zu untersuchende Gewebe eingeführt wird, und besitzt weiter mehrere Photodiodendetektoren mit Interferenzfiltern zur wellenlängenspezifischen Detektierung. Da beide, die LEDs und die Photodioden direkt auf der Haut platziert werden, besteht kein Bedarf optische Lichtleiter zu verwenden. Der Abstand zwischen den LEDs und den Diodendetektoren wird ausgewählt um eine Zielgeweberegion zu untersuchen. Die Tragestruktur beinhaltet außerdem eine anpassbare Sperre, die sich zwischen den LEDs und den Diodendetektoren befindet, und konstruiert ist um Detektion von Licht zu minimieren, das sich subkutan von der Quelle zu dem Detektor ausbreitet. Die Tragestruktur kann weiterhin Mittel aufweisen um zu verhindern dass Photonen von der Haut entweichen ohne detektiert zu werden; die Mittel zum Verhindern der Photonenentweichung befinden sich um die LEDs und die Photodiodendetektoren herum.
  • Die LEDs, die Diodendetektoren und die elektronische Steuerschaltung des Oximeters werden durch ein Batteriepack angetrieben, dass angepasst ist um auf dem Körper getragen zu werden, oder sie werden durch die Standard-50/60 Hz-Versorgung angetrieben. Die elektronische Schaltung beinhaltet einen Prozessor um den Betrieb der Quellen, der Detektoren zu lenken und zum Steuern der Datenerfassung und Verarbeitung. Die Daten können auf einer Auslesevorrichtung, die durch den Benutzer getragen wird, angezeigt werden, per Telemetrie zu einer entfernten Stelle gesendet werden, oder in einem Speicher zur späteren Verwendung akkumuliert werden.
  • Das Oximeter ist angepasst um die Dämpfung von Lichtmigration bzw. Ausbreitung von der Quelle zu dem Detektor zu messen und ebenfalls um die Durchschnittsmigrationsweglänge zu bestimmen. Die Migrationsweglängen- und die Intensitätsdämpfungsdaten werden dann zur direkten Quantisierung einer Gewebeeigenschaft verwendet.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung ein Spektrophotometer zur Gewebeuntersuchung, das eine gemessene Durchschnittsweglänge von migrierenden bzw. sich ausbreitenden Photonen verwendet und Folgendes aufweist: einen Oszillator, geeignet zur Erzeugung einer Trägerwellenform einer ausgewählten Frequenz, vergleichbar mit einer durchschnittlichen Migrationszeit von Photonen, gestreut im Gewebe auf Pfaden von einem optischen Eingangsanschluss zu einem optischen Detektionsanschluss; eine LED-Lichtquelle, betriebsmäßig verbunden mit dem Oszillator und geeignet zur Erzeugung von Licht einer geeigneten Wellenlänge, das in seiner Intensität bei der erwähnten Frequenz moduliert ist, wobei das Licht in ein Subjekt an dem erwähnten Einlassanschluss eingeführt ist; einen Photodiodendetektor, der angepasst ist um an dem Detektionsanschluss Licht der ausgewählten Wellenlänge, das in dem Gewebe des Subjektes zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen migriert ist, zu detektieren; ein Phasendetektor betriebsmäßig verbunden zum Empfang von Signalen vom Oszillator und dem erwähnten Diodendetektor und zwar geeignet zur Messung einer Phasenverschiebung zwischen dem eingeführten und dem detektierten Licht; und ein Prozessor, geeignet zur Berechnung einer Weglänge basierend auf der Phasenverschiebung und zur Bestimmung einer physiologischen Eigenschaft des untersuchten Gewebes basierend auf der Weglänge.
  • In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung ein Spektrophotometer zur Gewebeuntersuchung, das eine gemessene durchschnittliche Weglänge von migrierenden Photonen verwendet und Folgendes aufweist: einen Oszillator geeignet zur Erzeugung einer Trägerwellenform einer ausgewählten Frequenz vergleichbar mit einer durchschnittlichen Migrationszeit von Photonen, gestreut im Gewebe auf Pfaden von einem optischen Eingangsanschluss zu einem optischen Detektionsanschluss; eine LED-Lichtquelle, betriebsmäßig verbunden mit dem Oszillator und geeignet zum Erzeugen von Licht einer ausgewählten Wellenlänge, das in seiner Intensität bei der erwähnten Frequenz moduliert ist, und wobei das Licht in ein Subjekt an dem erwähnten Einlassanschluss eingeführt ist bzw. wird; ein Photodiodendetektor geeignet um an dem Detektionsanschluss Licht der ausgewählten Wellenlänge zu detektieren, das in dem Gewebe des Subjektes zwischen den Eingangs- und Detektionsanschlüssen migriert ist; ein Phasenteiler (phase splitter) geeignet um basierend auf der Trägerwellenform erste und zweite Phasenreferenzsignale der vordefinierten, im Wesentlichen unterschiedlichen Phase zu erzeugen; erste und zweite doppel-balancierte bzw. symmetrische Mischer (double balanced mixer), die geeignet sind die Referenzphasensignale und Signale der detektierten Strahlung zu korrelieren um hiervon ein Real-Ausgangssignal bzw. ein Imaginär-Ausgangssignal zu erzeugen; und ein Prozessor geeignet zur Berechnung einer Phasenverschiebung zwischen dem eingeführten Licht und dem detektierten Licht, basierend auf dem Real-Ausgangssignal und dem Imaginär-Ausgangssignal und Bestimmen einer physiologischen Eigenschaft des untersuchten Gewebes basierend auf der Phasenverschiebung.
  • In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung ein Spektrophotometer zur Gewebeuntersuchung, das eine gemessene durchschnittliche Weglänge von migrierenden Photonen verwendet, und das Folgendes aufweist: einen ersten Oszillator geeignet um eine Trägerwellenform einer ersten ausgewählten Frequenz vergleichbar mit einer durchschnittlichen Migrationszeit von Photonen, gestreut im Gewebe, auf Pfaden von einem optischen Eingangsanschluss zu einem optischen Detektionsanschluss zu generieren; eine LED-Lichtquelle, betriebsmäßig verbunden mit dem Oszillator und geeignet zur Erzeugung von Licht einer ausgewählten Wellenlänge, das in seiner Intensität bei der ersten Frequenz moduliert ist, wobei das Licht in ein Subjekt an dem erwähnten Eingangsanschluss eingeführt wird; ein Photodiodendetektor, der geeignet ist um an dem Detektionsanschluss Licht der Wellenlänge, das in dem Gewebe des Subjektes zwischen den Eingangs- und Detektionsanschlüssen migriert ist, zu detektieren, wobei der Detektor ein Detektionssignal bei der ersten Frequenz entsprechend zu dem detektierten Licht erzeugt; ein zweiter Oszillator, geeignet zum Generieren einer Trägerwellenform einer zweiten Frequenz, die in der Größenordnung von 104 Hz von der ersten Frequenz versetzt ist; ein Referenzmischer, verbunden mit den ersten und zweiten Oszillatoren, geeignet zur Generierung eines Referenzsignals einer Frequenz, die ungefähr gleich der Differenz zwischen den ersten und zweiten Frequenzen ist; ein Mischer verbunden um Signale von dem zweiten Oszillator und das Detektionssignal zu empfangen und geeignet zur Umwandlung des Detektionssignals auf die Differenzfrequenz; ein Phasendetektor, betriebsmäßig verbunden zum Empfang von Signalen von dem Referenzmischer und des umgewandelten Detektionssignals, und geeignet zum Messen einer Phasenverschiebung zwischen dem eingeführten Licht und dem detektierten Licht; und ein Prozessor angepasst um die Weglänge basierend auf der Phasenverschiebung zu berechnen und um eine physiologische Eigenschaft des untersuchten Gewebes basierend auf der Weglänge zu bestimmen.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen.
  • Das Spektrophotometer kann weiterhin einen Betragsdetektor (magnitude detector) beinhalten, der mit dem Photodiodendetektor verbunden ist und geeignet ist um den Betrag bzw. Größe des detektierten Lichtes zu messen, und wobei der Prozessor weiterhin dazu geeignet ist, den Betrag bzw. Größe zur Bestimmung der physiologischen Eigenschaft, zu empfangen.
  • Das Spektrophotometer kann weiterhin eine Niederfrequenzoximeterschaltung beinhalten, die mit der erwähnten Quelle und der Photodiode schaltbar verbunden ist und geeignet ist zur Bestimmung der Absorption von Licht der erwähnten Wellenlänge; und wobei der Prozessor ferner geeignet ist zum Empfangen von Absorptionswerten von der erwähnten Oximeterschaltung zur Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft.
  • Das Spektrophotometer kann weiterhin zwei automatische Verstärkungssteuerungen beinhalten, und zwar geeignet zum Ausgleich von Signalen, entsprechend dem erwähnten eingeführten Licht und dem erwähnten detektierten Licht, wobei die beiden ausgeglichenen Signale in den erwähnten Phasendetektor eingeführt werden.
  • Der Photodiodendetektor kann weiterhin einen im Wesentlichen Einzelwellenlängenfilter (single wave length filter) beinhaften.
  • Das Spektrophotometer kann weiterhin Folgendes aufweisen: eine zweite LED-Lichtquelle, die betriebsmäßig mit dem Oszillator verbunden ist und geeignet ist Licht einer zweiten ausgewählten Wellenlänge zu generieren, deren Intensität bei der ersten Frequenz moduliert wird, wobei die Strahlung in ein Subjekt an einem zweiten Eingangsanschluss eingeführt wird; wobei der Photodiodendetektor weiterhin geeignet ist um alternativ an dem erwähnten Detektionsanschluss Licht der ersten und zweiten Wellenlängen zu detektieren, das in dem Gewebe des Subjektes migriert ist, und zwar zwischen den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen bzw. dem Detektionsanschluss; wobei der Phasendetektor weiterhin geeignet ist, alternativ Signale zu empfangen, entsprechend der erwähnten detektierten, ersten und zweiten Wellenlängen; und wobei der Prozessor ferner geeignet ist, um alternativ Phasenverschiebungen von dem Phasendetektor zu empfangen, wobei die Phasenverschiebungen nachfolgend verwendet werden zur Bestimmung der physiologischen Eigenschaft des Gewebes.
  • Das Spektrophotometer kann weiterhin Folgendes beinhalten: eine zweite LED-Lichtquelle, die betriebsmäßig mit dem Oszillator verbunden ist und geeignet ist zur Erzeugung von Licht einer zweiten ausgewählten Wellenlänge, das mit der erwähnten ersten Frequenz intensitätsmoduliert ist, wobei die Strahlung in ein Subjekt an einem zweiten Eingangsanschluss eingeführt wird; ein zweiter Photodiodendetektor geeignet zum Detektieren an einem zweiten Detektionsanschluss von Licht der erwähnten zweiten Wellenlänge, das in dem Gewebe des Subjektes migriert ist, und zwar zwischen dem erwähnten zweiten Eingabe- bzw. Eingangsanschluss und dem erwähnten zweiten Detektionsanschluss; ein zweiter Phasendetektor betriebsmäßig verbunden zum Empfang eines Bezugs- bzw. Referenzsignals und eines Detektionssignals von dem erwähnten dritten Diodendetektor, und zwar geeignet zur Messung einer Phasenverschiebung zwischen dem erwähnten eingeführten und erwähnten detektierten Licht bei der zweiten Wellenlänge; wobei der Prozessor ferner geeignet ist zum Empfang einer zweiten Phasenverschiebung bei der erwähnten zweiten Wellenlänge, wobei die ersten und zweiten Phasenverschiebungen darauf folgend verwendet werden für die Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft des Gewebes.
  • Das Zwei-Wellenlängen-Spektrophotometer kann weiterhin Folgendes beinhalten: eine dritte LED-Lichtquelle, die betriebsmäßig mit dem Oszillator verbunden ist und geeignet ist um Licht einer dritten ausgewählten Wellenlänge zu generieren, und zwar intensitätsmoduliert bei der erwähnten ersten Frequenz, wobei das Licht in ein Subjekt eingeführt wird an einem dritten Eingangsanschluss; einen dritten Photodiodendetektor geeignet zum Detektieren von Licht der erwähnten dritten Wellenlänge an einem dritten Detektionsanschluss, wobei das Licht in dem Gewebe des Subjektes zwischen dem dritten Eingangsanschluss bzw. dem dritten Detektionsanschluss migriert ist; ein dritter Phasendetektor, betriebsmäßig verbunden zum Empfang eines Referenzsignals und eines Detektionssignals von dem dritten Diodendetektor, und zwar geeignet zur Messung einer Phasenverschiebung zwischen dem erwähnten eingeführten und dem erwähnten detektierten Licht bei der dritten Wellenlänge; und wobei der Prozessor ferner geeignet ist, Phasenverschiebungen von dem Phasendetektor zu empfangen, worauf nachfolgend die ersten, zweiten und dritten Phasenverschiebungen verwendet werden, um die erwähnte physiologische Eigenschaft des Gewebes zu bestimmen.
  • Das Zwei- oder Drei-Wellenlängen-Spektrophotometer kann weiterhin einen ersten, einen zweiten (oder einen dritten) Betrags- bzw. Größendetektor beinhalten, die mit den ersten, zweiten (oder dritten) Photodetektoren respektive verbunden sind, wobei die Größendetektoren geeignet sind um Größe des detektierten Lichts bei jeder der Wellenlängen zu messen; und der Prozessor weiterhin geeignet ist zum Empfang der Größen zur Bestimmung der physiologischen Eigenschaft des Gewebes.
  • Die Lichtquelle ist eine lichtemittierende Diode zum Generieren von Licht einer ausgewählten Wellenlänge im sichtbaren oder im Infrarotbereich.
  • Der Photodiodendetektor kann eine PIN-Diode oder eine Lawinen-Diode sein.
  • Die untersuchte physiologische Eigenschaft des Gewebes kann Hämoglobin-Sauerstoff-Anreicherung bzw. -Oxigenierung, Myoglobin, Zytochrom-Eisen und -Kupfer, Melanin, Glukose oder andere sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines weglängenkorrigierten Oximeters gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines 50,1 MHz (50,125 MHz)-Oszillators, das in dem Oximeter der 1 verwendet wird.
  • 3 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer PIN-Diode und eines Vorverstärkers, der in dem Oximeter der 1 verwendet wird.
  • 4 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Größendetektors, das in dem Oximeter der 1 verwendet wird.
  • 5 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines 25 KHz Filters, das in dem Oximeter der 1 verwendet wird.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm einer AGC-Schaltung des Oximeters der 1.
  • 7 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Phasendetektors des Oximeters der 1.
  • 8A ist eine Draufsicht einer Quelle-Detektor-Sonde des Oximeters.
  • 8B ist eine Transversalquerschnittsansicht entlang der Linien 8B der 8A und zeigt weiterhin die Photonenmigration.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des weglängenkorrigierten Oximeters verwendet drei LEDs zur Generierung des Lichtes mit drei ausgewählten Wellenlängen, und zwar intensitätsmoduliert bei einer Frequenz von 50,1 MHz und direkt mit dem zu untersuchenden Gewebe gekoppelt. Bei jeder Wellenlänge wird das eingeführte Licht durch das Gewebe verändert und wird durch eine großflächige Photodiode, die an der Haut platziert wird, detektiert. Die eingeführten und detektierten Strahlungen werden verglichen um die relative Phase zu bestimmen, die einer durchschnittlichen Weglänge der migrierenden bzw. wandernden Photonen entspricht, und weiterhin wird die Lichtdämpfung bestimmt.
  • Bezug nehmend auf 1 beinhaltet das Oximeter einen Master-Oszillator 10 der mit 50,1 MHz operiert und mit einem Leistungsverstärker 15 von ausreichender Ausgangsleistung verbunden ist um die LEDs 22a, 22b und 22c (z. B. HLP 20RG oder HLP 40RG hergestellt von Hitachi) zu betreiben, wobei die Dioden 760 nm, 840 nm bzw. 905 nm (oder 950 nm) Licht abstrahlen. Ein zweiter lokaler Oszillator 14, der mit 50,125 MHz operiert, und ein Mischer 12 werden verwendet um eine Referenzfrequenz 13 von 25 KHz zu generieren. Jede LED, direkt auf der Haut positioniert, hat einen geeigneten Kühlkörper um unangenehme Temperaturanstiege zu eliminieren, die ebenfalls die Blutperfusion des umgebenden Gewebes verändern können. Die drei PIN-Diodendetektoren 24a, 24b und 24c werden in einem Abstand von ungefähr 5 cm von den LEDs platziert und haben eine Detektionsfläche von ungefähr 1 cm2. Photonen, die einige wenige Zentimeter tief in das Gewebe migrieren, werden durch die jeweiligen PIN-Dioden detektiert. Die Quelle-zu-Detektor-Separierung kann erhöht oder gesenkt werden um tiefer oder flacher migrierende Photonen einzufangen. Die Signale von PIN-Dioden 24a, 24b und 24c werden durch Vorverstärker 30a, 30b bzw. 30c verstärkt.
  • Die verstärkten Signale (32a, 32b, 32c) werden an die Größendetektoren 36a, 36b und 36c und die Mischer 40a, 40b bzw. 40c gesendet. Die Größen- bzw. Betragsdetektoren werden verwendet um Intensitätswerte der detektierten Signale bei jeder Wellenlänge für die Verwendung in Gleichung 1 zu bestimmen. Jeder Mischer, verbunden um ein 50,125 MHz Referenzsignal (41a, 41b, 41c) vom lokalen Oszillator 14 zu empfangen, wandelt das Detektionssignal auf ein 25 KHz Frequenzsignal (42a, 42b, 42c) um. Die Mischer sind Frequenzmischer mit hohem dynamischen Bereich, Modell SRA-1H, die komerziell von Mini-Circuits (Brooklyn, N.Y.) bezogen werden können. Die Detektionssignale, 42a, 42b und 42c, werden durch die Filter 45a, 45b bzw. 45c gefiltert.
  • Die Phasendetektoren 60a, 60b und 60c werden verwendet um die Phasenverschiebung zwischen dem Eingabesignal und dem detektierten Signal bei jeder Wellenlänge zu bestimmen. Jeder Phasendetektor empfängt das 25 KHz Detektionssignal (54a, 54b, 54c) und das 25 KHz Referenzsignal (56a, 56b, 56c) die beide automatisch durch automatische Verstärkungssteuerung 50 und 52 aus- bzw. abgeglichen werden um den dynamischen Bereich der Signalveränderung abzudecken. Die Phasendetektoren 60a, 60b und 60c generieren Phasenverschiebungssignale (62a, 62b, 62c) entsprechend zu der Migrationsverzögerung der Photonen bei jeder Wellenlänge. Jedes Phasenverschiebungssignal ist proportional zu der Migrationsweglänge, und zwar verwendet in den Berechnungsalgorithmen, die durch den Prozessor 70 ausgeführt werden.
  • 2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Präzisionsoszillators, der für den 50,1 MHz Master-Oszillator 10 und für den 50,125 MHz Lokaloszillator 14 verwendet wird. Die Oszillatorkristalle bzw. -quarze werden für den Betrieb in dem Fundamentalresonanzmodus neutralisiert, was eine langfristige Stabilität erreicht. Beide Oszillatoren sind thermisch gekoppelt, so dass ihre Frequenzdifferenz konstant auf 25 KHz gehalten wird, wenn eine Frequenzdrift auftritt.
  • Die PIN-Dioden 24a, 24b und 24c sind direkt mit ihren jeweiligen oder jeweiligem Vorverstärker 30a, 30b und 30c, wie es in der 3 dargestellt ist, verbunden. Das Oximeter verwendet PIN-Siliziumphotodioden S1723-04 mit einer 10 mm × 10 mm empfindlichen Fläche und einer Spektralantwort in dem Bereich von 320 nm bis 1060 nm. Das Detektionssignal wird in Stufe 29 und 31, die jeweils ungefähr 20 dB Verstärkung vorsehen, verstärkt. Der NE5205N Operationsverstärker wird mit +8 V betrieben und operiert in einem Hochverstärkungsbereich (high gain regime). Das 8 V Signal wird von einem Spannungsregulator 33 geliefert. Die verstärkten Detektionssignale (32a, 32b und 32c) werden an die Größendetektoren 36a, 36b und 36c, gezeigt in der 4, gesendet. Die Größenwerte (37a, 37b, 37c) werden an den Prozessor 70 gesendet, der das Lichtdämpfungsverhältnis oder den Logarithmus hiervon, wie es in der Gleichung 1 gezeigt ist, berechnet.
  • Ebenfalls Bezug nehmend auf die 5 verwendet die AGC-Schaltung MC1350 integrierte Schaltung zum Verstärken, die das Eingangs- bzw. Eingabesignal des Phasendetektors 60 auf im Wesentlichen konstanten Pegeln hält. Der Verstärkungsbetrag wird als gleich für AGCs 50 und 52 gewählt. Die Signalamplitude wird durch ein Feedback- oder Rückkopplungsnetzwerk 53 gesteuert. Die AGCs liefern eine im Wesentlichen konstante Amplitude der detektierten und der Referenzsignale um Variation in der detektierten Phasenverschiebung aufgrund von Cross-Talk bzw. Nebensprechen zwischen Amplituden und Phasenveränderungen in dem Phasendetektor zu eliminieren.
  • Bezug nehmend auf 6 beinhaltet jeder Phasendetektor einen Schmitt-Trigger, der das im Wesentlichen sinusförmige Detektionssignal (54a, 54b, 54c) und Referenzsignal (56a, 56b, 56c) in Rechteckwellen umwandelt. Die Rechteckwellen werden in einen Detektor eingegeben, der Komplementär-MOS-Silizium-Gatetransistoren hat. Das Phasenverschiebungssignal wird dann an Prozessor 70 gesendet.
  • Das Oximeter wird durch Messen der Phasenverschiebung für einen ausgewählten Abstand in einem bekannten Medium, d. h. mittels einer Standardverzögerungseinheit, und durch Schalten der Länge eines Verbinderdrahtes um die elektrische Verzögerung zwischen Master-Oszillator 17 und Lokal-Oszillator 14 zu verändern, kalibriert.
  • Bezug nehmend auf 8A und 8B beinhaltet die Quelle-Detektor-Sonde (source-detector probe) 20 mehrere LEDs (22a, 22b, 22c) auf verschiedenen Wellenlängen und PIN-Photodioden (24a, 24b, 24c) und zwar montiert auf einer Körper-anpassbaren Trägerstruktur 21. Die Struktur 21 beinhaltet außerdem eine Photonenflucht- bzw. -entweichungssperre 27, hergestellt aus einem Material mit ausgewählten Streuungs- und Absorptionseigenschaften (z. B. Styropor), und zwar konstruiert, um entweichende Phototen zurück in das untersuchte Gewebe zu bringen. Die Trägerstruktur beinhaltet weiterhin eine zweite anpassbare Sperre 28, die sich zwischen den LEDs und den Diodendetektoren befindet und konstruiert ist, um Photonen, die sich direkt von der Quelle zu dem Detektor ausbreiten, zu absorbieren und somit verhindert dass Photonen, die subkutan migrieren, detektiert werden. Die Trägerstruktur 21 beinhaltet außerdem elektronische Schaltungen 29, eingebettet von einem elektronischen Schirm oder Schutz 21a.
  • Jede PIN-Diode wird mit einem evaporierten bzw. aufgedampften Einzelwellenlängenfilmfilter (25a, 25b, 25c) versehen. Die Filter eliminieren den Cross-Talk von verschiedenen Wellenlängensignalen und erlaubt einen kontinuierlichen Betrieb der drei Lichtquellen, d. h. keine Zeitaufteilung wird benötigt.
  • Die Verwendung von Photodiodendetektoren hat wesentliche Vorteile im Vergleich zu Photoelektronenvervielfachern bzw. Photonenmultipliziererröhren, die in Standardphasenmodulationssystemen verwendet werden. Die Photodioden werden direkt auf der Haut platziert, d. h. keine optischen Leiter werden benötigt. Weiterhin besteht kein Bedarf nach einer Hochspannungsleistungsquelle, die für Photoelektronenvervielfacher nötig ist. Die Photodioden sind viel kleiner und sind einfacher nah an der Haut anzubringen. Vorteile der Photoelektronenvervielfacher sind eine hohe Multiplikationsverstärkung und eine Möglichkeit eines direkten Mischens an dem Photoelektronenvervielfacher; dies kann nicht direkt durch eine Photodiode erreicht werden. Die Erfindung sieht die Verwendung von mehreren verschiedenen Photodioden, wie z. B. einer PIN-Diode, einer Lawinen-Diode (avalanche diode) und anderer vor.
  • Der Prozessor verwendet Algorithmen, die auf den Gleichungen basieren, beschrieben durch E. M. Sevick et al. „Quantitation of Time- and Frequency-Resolved Optical Spectra for the Determination of Tissue Oxygenation", veröffentlicht in Analytical Biochemistry 195, 330, 15. April 1991, beschrieben wurden, und auf was im Folgenden vollständig, so als ob es hier angeführt sein würde, Bezug genommen wird.
  • Bei jeder Wellenlänge wird die Phasenverschiebung (θλ) (62a, 62b, 62c) verwendet, um die Weglänge wie folgt zu berechnen:
    Figure 00140001
    wobei f die Modulationsfrequenz des eingeführten Lichtes ist, die in dem Bereich von 10 MHz bis 100 MHz liegt; tλ die Photon-Migrationsverzögerungszeit ist; c die Geschwindigkeit von Photonen in dem Strahlungsmedium ist; und Lλ die Migrationsweglänge ist.
  • Gleichung (2) ist bei niedrigen Modulationsfrequenzen, d. h. 2πf << μa·c, gültig. Die Modulationsfrequenz von 50 MHz wurde aufgrund der Frequenzbegrenzung der LEDs und Photodioden ausgewählt. Für schnellere LEDs und Photodioden kann es wünschenswert sein höhere Modulationsfrequenzen zu verwenden, die die Phasenverschiebung erhöhen. Bei höheren Modulationsfrequenzen, d. h. 2πf << μa·c, ist die Phasenverschiebung nicht länger proportional zu der mittleren Flugzeit <t> (mean time of flight).
    Figure 00150001
    wobei ρ die Quellen-zu-Detektor-Separierung ist; (1-g)μs der effektive Streuungskoeffizient ist; f die Modulationsfrequenz und μa λ der Absorptionskoeffizient bei Wellenlänge λ ist.
  • Bei zwei Wellenlängen wird das Verhältnis von Absorptionskoeffizienten wie folgt bestimmt:
    Figure 00150002
    wobei θ0 λ die Hintergrundstreuung und Absorption darstellt. Die Wellenlängen sind in dem sichtbaren und infraroten Bereich und werden ausgewählt um eine Absorptionsempfindlichkeit (oder Unempfindlichkeit) für verschiedene Gewebekomponenten zu besitzen, wie z. B. Wasser, Cytochrom-Eisen und Kupfer, oxi- und deoxigenierte Formen von Hämoglobin, Myoglobin, Melanin, Glukose und andere.
  • Für oxigeniertes und deoxigeniertes Hämoglobin wird der Absorptionskoeffizient durch Ausdrücke der Beer-Lambert-Beziehung wie folgt geschrieben:
    Figure 00160001
    wobei ϵHb λ1 und ϵHb0 λ1 Auslöschungskoeffizienten für Hämoglobin und Deoxyhämoglobin sind, die in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden können; [Hb], [HbO2] sind die Gewebekonzentration von Hämoglobin bzw. Oxyhämoglobin; αλ1 ist die Hintergrundaufnahmeempfindlichkeit (background absorbance). Die Hämoglobinsättigung wird herkömmlich wie folgt definiert:
    Figure 00160002
  • Bei einer Drei-Wellenlängenmessung kann die Hämoglobinsättigung wie folgt mittels Gleichungen (5) und (6) berechnet werden:
    Figure 00160003
    wobei
  • Figure 00160004
  • Somit bestimmt Prozessor 70 Y basierend auf Gleichung (7) unter Verwendung von Gleichung (2) um die durchschnittliche Migrationsweglänge L zu bestimmen, die dann in Gleichung (1) verwendet wird, und um μa λ für jede Wellenlänge λ1, λ2, λ3 zu bestimmen.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet die Elektronik des Spektrophotometers ein Niedrigfrequenzmodul, auf geeignete Weise, und ein Hochfrequenzmodul, schaltbar mit der selben Quelle-Detektor-Sonde 20 gekoppelt. Das Niedrigfrequenzmodul und die Anordnung der Quelle-Detektor-Sonde sind im Wesentlichen ähnlich zu dem Hämoglobinometer, wie es in der parallel anhängigen U.S. Patentanmeldung Seriennummer 701, 127, eingereicht am 16. Mai 1991, beschrieben ist, die hiermit als Verweis so aufgenommen wird, als wäre sie vollständig hier angeführt. Das Niedrigfrequenzmodul entspricht einem Standardoximeter mit Modulationsfrequenzen in dem Bereich von einigen wenigen Hertz bis 104 Hertz und ist geeignet um Intensitätsdämpfungsdaten bei zwei oder drei Wellenlängen vorzusehen. Dann werden die LEDs an die Hochfrequenzphasenmodulationseinheit geschaltet, und zwar ähnlich zu einer der 1, was die durchschnittliche Weglänge bei jeder Wellenlänge bestimmt. Die Dämpfungs- und Weglängendaten werden zu dem Prozessor 70 zur Bestimmung einer physiologischen Eigenschaft des untersuchten Gewebes gesendet.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet das weglängenkorrigierte Oximeter die selben LED-Quellen (22a, 22b, 22c) und zwar sinusförmig moduliert bei einer ausgewählten Frequenz, vergleichbar mit der durchschnittlichen Migrationszeit von Photonen, gestreut in dem untersuchten Gewebe, auf Wegen von dem optischen Eingangsanschluss der LEDs zu dem optischen Detektionsanschluss der Photodiodendetektoren (24a, 24b, 24c), jedoch die Elektronikschaltung ist unterschiedlich. Die Detektorausgabe wird durch zwei Breitband-Doppel-symmetrische Mischer (wide band double balance mixers (DBM)) gegeben, die durch einen 90° Phasenteiler oder Splitter gekoppelt sind, so dass Real-(R)- und Imaginär-(I)-Teile der Signale erhalten werden. Die Doppel-Ausgleichsmischer operieren bevorzugter Weise auf der Modulationsfrequenz. Die Phase (θλ) ist der Winkel dessen Tangente des Imaginärteils geteilt durch den Realteil ist.
  • Figure 00170001
  • Die Amplitude ist die Quadratwurzel der Summe der Quadrate dieser Werte, vorausgesetzt dass die Phasenverschiebung herausgenommen wurde als die Restphasenverschiebung θ auf Null gesetzt (ist).
  • Figure 00180001
  • Dieses Ausführungsbeispiel verwendet Summierungs- und Teilungsschaltungen um den Modulationsindex, der der Quotient aus der Amplitude durch die Amplitude plus die DC-Komponente erhalten von einem Engbanddetektor ist, zu berechnen.
  • Figure 00180002
  • Der Phasenprozessor empfängt die Phasenverschiebungen für die Phasen- und Amplitudenwerte für zwei oder drei Wellenlängen und berechnet das Verhältnis der Phasenverschiebungen.
  • Für jede Wellenlänge werden die Phasenverschiebung und die DC-Amplitude verwendet um eine ausgewählte Gewebeeigenschaft, z. B. Hämoglobin-Oxigenisierung (hemoglobin oxygenation) zu bestimmen.

Claims (19)

  1. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer, welches Folgendes aufweist: einen Oszillator (10), geeignet zur Erzeugung einer Trägerwellenform einer ausgewählten Frequenz, vergleichbar mit einer durchschnittlichen Migrationszeit von Photonen, gestreut im Gewebe auf Pfaden von einem optischen Eingangsanschluss zu einem optischen Detektionsanschluss; eine Lichtquelle, betriebsmäßig verbunden mit dem Oszillator und geeignet zur Erzeugung von Licht einer Wellenlänge im sichtbaren oder Infrarotbereich, das in seiner Intensität bei der erwähnten Frequenz moduliert ist, wobei das Licht in ein Subjekt an dem erwähnten Einlassanschluss eingeführt ist; einen Photodiodendetektor, gekoppelt mit einem Detektionsanschluss zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung, empfangen an dem Detektionsanschluss; einen Phasendetektor (60a), betriebsmäßig verbunden zum Empfang von Signalen vom Oszillator und dem erwähnten Detektor und zwar geeignet zur Messung einer Phasenverschiebung zwischen dem eingeführten und dem detektierten Licht; einen Prozessor (70), geeignet zur Bestimmung, basierend auf der Phasenverschiebung einer physiologischen Eigenschaft des untersuchten Gewebes, wobei das Spektrophotometer dadurch gekennzeichnet ist, dass die erwähnte Lichtquelle eine lichtemittierende Diode (22a) ist und zwar angeordnet in enger Nachbarschaft zu der Haut, dass der Photodiodendetektor (24a, 24b, 24c) in enger Nachbarschaft zur Haut angeordnet ist, dass die erwähnte lichtemittierende Diode und die erwähnte Photodiode auf einer Source-Detektorsonde (20) angeordnet sind und zwar geeignet zur Anordnung direkt an dem untersuchten Gewebebereich und ein schließlich einer Barriere oder Sperre (28), konstruiert und positioniert zur Absorption von Photonen, die direkt von dem erwähnten Eingangsanschluss sich fortpflanzen zu dem Detektionsanschluss; und dass die erwähnte Source-Detektorsonde, der Phasendetektor und die entsprechende elektronische Schaltung auf einer Tragstruktur (21) angeordnet sind, die ein tragfähiges, tragbares Phasenmodulationsspektrophotometer für in vivo Gewebeuntersuchung vorsieht.
  2. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Phasendetektor einen Phasenteiler oder Splitter aufweist, der geeignet ist, basierend auf der erwähnten Trägerwellenform, erste und zweite Bezugsphasensignale von vorbestimmter, im Wesentlichen unterschiedlicher Phase, zu erzeugen; dass erste und zweite doppelt ausgeglichene Mischer geeignet sind, die erwähnten Referenz- oder Bezugsphasensignale und Signale der erwähnten detektierten Strahlung zu korrelieren, um daraus ein reales Ausgangssignal bzw. ein imaginäres Ausgangssignal zu erzeugen; und dass ein Prozessor geeignet ist, um auf der Basis des realen Ausgangssignals und des imaginären Ausgangssignals eine Phasenverschiebung, zwischen dem eingeführten Licht und dem detektierten Licht zu bestimmen.
  3. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Phasendetektor einen zweiten Oszillator (14) aufweist und zwar zur Erzeugung einer Trägerwellenform einer zweiten Frequenz, die versetzt ist in der Größenordnung von 104 Hz gegenüber der zuerst erwähnten Frequenz; dass ein Bezugsmischer (12) verbunden mit den ersten und zweiten Oszillatoren geeignet ist, um ein Referenz- oder Bezugssignal zu erzeugen und zwar mit einer Frequenz annähernd gleich der Differenz zwischen den ersten und zweiten Frequenzen; und dass ein Mischer (41a) geschaltet ist, um Signale von dem zweiten Oszillator und das erwähnte Detektionssignal zu empfangen und ferner geeignet zur Umwandlung des Detektionssignals in die erwähnte Differenzfrequenz; wobei der Phasendetektor betriebsmäßig geschaltet ist, um Signale von dem Referenzmischer und das erwähnte umgewandelte Detektionssignal zu empfangen, und zwar geeignet zur Messung einer Phasenverschiebung zwischen dem eingeführten Licht und dem detektierten Licht, das in dem untersuchten Gewebe migriert ist.
  4. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner dadurch gekennzeichnet, dass Folgendes vorgesehen ist: ein Größendetektor (36a), verbunden mit dem Photodiodendetektor und geeignet zur Messung der Größe des erwähnten detektierten Lichtes, wobei der Prozessor ferner geeignet ist, um die erwähnte Größe für die Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft zu empfangen.
  5. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Lichtquelle (22b) vorgesehen ist, und zwar betriebsmäßig verbunden mit dem Oszillator und geeignet zur Erzeugung von Licht einer zweiten ausgewählten Wellenlänge, welches mit der ersten Frequenzintensität moduliert ist, wobei die Strahlung in ein Subjekt bei einem zweiten Eingangsanschluss eingeführt wird; dass der Photodiodendetektor ferner geeignet ist, um alternativ an dem erwähnten Detektionsanschluss Licht der ersten und zweiten Wellenlängen zu detektieren, das in dem Gewebe des Subjektes gewandert bzw. migriert ist, und zwar zwischen den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen bzw. dem Detektionsanschluss; dass der Phasendetektor ferner geeignet ist, alternativ Signale zu empfangen, entsprechend der erwähnten detektierten ersten und zweiten Wellenlängen; und dass der Prozessor ferner geeignet ist, um alternativ Phasenverschiebungen von dem erwähnten Phasendetektor zu empfangen, wobei die Phasenverschiebungen verwendet werden zur Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft, und wobei die zweite Lichtquelle (226) eine lichtemittierende Diode ist.
  6. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass ein Größendetektor (36a) mit dem erwähnten Photodiodendetektor verbunden ist, und zwar geeignet zur Messung der Größe des detektierten Lichtes bei jeder der erwähnten Wellenlängen, wobei der Prozessor ferner geeignet ist, um die erwähnten Größen zu empfangen, und zwar zur Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft.
  7. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, ferner dadurch gekennzeichnet, dass Folgendes vorgesehen ist: eine zweite Lichtquelle (22b) betriebsmäßig verbunden mit dem Oszillator, geeignet zur Erzeugung von Licht einer zweiten ausgewählten Wellenlänge, das mit der erwähnten ersten Frequenz intensitätsmoduliert ist, wobei das Licht in ein Subjekt an einem zweiten Eingangsanschluss eingeführt wird; dass ein zweiter Photodiodendetektor (24b) geeignet ist zum Detektieren an einem zweiten Detektionsanschluss von Licht der erwähnten zweiten Wellenlänge, das in dem Gewebe des Subjektes gewandert bzw. migriert ist, und zwar zwischen dem erwähnten zweiten Eingabeanschluss und dem erwähnten zweiten Detektionsanschluss; dass ein zweiter Phasendetektor (60b) betriebsmäßig verbunden ist zum Empfang eines Bezugs- oder Referenzsignals und eines Detektionssignals von dem erwähnten zweiten Diodendetektor, und zwar geeignet zur Messung einer Phasenverschiebung zwischen dem erwähnten eingeführten und dem erwähnten detektierten Licht bei der zweiten Wellenlänge; und dass der Prozessor ferner geeignet ist zum Empfang einer zweiten Phasenverschiebung bei der erwähnten zweiten Wellenlänge, wobei die ersten und zweiten Phasenverschiebungen darauffolgend verwendet werden für die Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft, und wobei die erwähnte zweite Lichtquelle (226) eine lichtemittierende Diode ist.
  8. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, dass Folgendes vorgesehen ist: ein erster und ein zweiter Größendetektor (36a, 36b), verbunden mit den ersten bzw. zweiten Photodiodendetektoren, wobei die größten Detektoren geeignet sind, die Größe des erwähnten Lichtes jeder der erwähnten Wellenlängen zu messen, wobei der Prozessor ferner geeignet ist zum Empfang der erwähnten Größen der erwähnten Wellenlängen zur Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft.
  9. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass eine Niederfrequenzoximeterschaltung vorgesehen ist, die bei Frequenzen im Bereich von wenigen Hertz bis 104 Hz arbeitet und zwar schaltbar verbunden mit der erwähnten Quelle und der Photodiode und geeignet zur Bestimmung der Absorption von Licht der erwähnten Wellenlänge; und wobei der Prozessor ferner geeignet ist zum Empfang von Absorptionswerten von der erwähnten Oximeterschaltung zur Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft.
  10. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass zwei automatische Verstärkungssteuerungen (50, 52) vorgesehen sind, und zwar geeignet zum Ausgleich von Signalen, entsprechend dem erwähnten eingeführten Licht und dem erwähnten detektierten Licht, wobei die beiden ausgeglichenen Singale in den erwähnten Phasendetektor eingeführt werden.
  11. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, ferner dadurch gekennzeichnet, dass Folgendes vorgesehen ist: eine zweite Lichtquelle (22b) und eine dritte Lichtquelle (22c), betriebsmäßig verbunden mit dem erwähnten Oszillator, geeignet zur Erzeugung von Licht mit einer zweiten und einer dritten ausgewählten Wellenlänge, und zwar intensitätsmoduliert bei der erwähnten ersten Frequenz, wobei das Licht in ein Subjekt eingeführt wird, und zwar an einem zweiten und einem dritten Eingangsanschluss; dass ein zweiter Photodiodendetektor (24b) geeignet ist an einem zweiten Detektionsanschluss Licht der erwähnten zweiten Wellenlänge zu detektieren, das in dem Gewebe des Subjektes gewandert ist zwischen dem erwähnten zweiten Eingangsanschluss und einem zweiten Detektionsanschluss; dass ein dritter Photodiodendetektor (24c) geeignet ist zum Detektieren an einem dritten Detektionsanschluss von Licht der erwähnten dritten Wellenlänge, das in dem Gewebe des Subjektes gewandert ist zwischen dem dritten Eingangsanschluss und einem dritten Detektionsanschluss; dass ein zweiter Phasendetektor (60b) und ein dritter Phasendetektor (60c) betriebsmäßig verbunden sind zum Empfang eines Bezugssignals und eines Detektionssignals von den erwähnten zweiten bzw. dritten Diodendetektoren, und zwar geeignet zur Messung einer Phasenverschiebung zwischen dem erwähnten eingeführten und dem erwähnten detektierten Licht bei den erwähnten zweiten und dritten Wellenlängen; und dass der Prozessor ferner geeignet ist zum Empfang einer zweiten Phasenverschiebung bei der erwähnten zweiten Wellenlänge und einer dritten Phasenverschiebung bei der erwähnten dritten Wellenlänge, wobei die Verschiebungen darauffolgend verwendet werden zur Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft; und wobei die erwähnte zweite und dritte Lichtquelle (22b, 22c) lichtemittierende Dioden sind.
  12. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, dass Folgendes vorgesehen ist: ein erster, ein zweiter und ein dritter Größendetektor (36a, 36b, 36c), verbunden mit dem ersten bzw. zweiten bzw. dritten Photodetektor, wobei die großen Detektoren geeignet sind zur Messung der Größe des detektierten Lichtes bei jeder der erwähnten Wellenlängen und wobei der Prozessor ferner geeignet ist zum Empfang der erwähnten Größen bei den erwähnten Wellenlängen zur Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft.
  13. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Prozessor die erwähnte physiologische Eigenschaft des untersuchten Gewebes berechnet, basierend auf den ersten, zweiten und dritten Phasenverschiebungen.
  14. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Prozessor die erwähnte physiologische Eigenschaft des untersuchten Gewebes berechnet, basierend auf den ersten, zweiten und dritten Phasenverschiebungen durch Berechnen der Absorptionskoeffizienten für jede Wellenlänge.
  15. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, geeignet zur Überwachung in einer Intensivstation.
  16. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, geeignet zur Überwachung während eines chirurgischen Eingriffs.
  17. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass ein Sender vorgesehen ist, aufgebaut und angeordnet zur Übermittlung oder zur Sendung von erfassten Daten zu einer entfernt gelegenen Stelle.
  18. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der physiologischen Eigenschaft die Berechnung der Pegel von einem von Folgenden umfasst: Myoglobin, Hämoglobin, Oxygenisation, zytochromes Eisen, zytochromes Kupfer, Melanin und Glucose in dem untersuchen Gewebe.
  19. Ein Phasenmodulations-Spektrophotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 15 bis 18, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Bestimmung der erwähnten physiologischen Eigenschaft ferner die Berechnung eines Streukoeffizienten (μs) und eines Absorptionskoeffizienten (μa) des untersuchten Gewebes umfasst.
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