DE3703458C2

DE3703458C2 -

Info

Publication number: DE3703458C2
Application number: DE19873703458
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. 7030 Boeblingen De Schmidt
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Agilent Technologies Deutschland GmbH
Priority date: 1987-02-05
Filing date: 1987-02-05
Publication date: 1991-08-22
Also published as: JPS63192422A; DE3703458A1; JP2635075B2

Description

Die Erfindung betrifft einen medizinischen Sensor zur Messung von Blut-, Gewebe- oder Hautparametern mittels elektromagnetischer Wellen im Transmissions- oder Reflexionsverfahren, mit einem Trägerkörper, der wenigstens ein Sende- und wenigstens ein Empfangselement trägt, aus elastischem Werkstoff besteht, im Querschnitt in sich geschlossen ist, so daß er sich um ein menschliches Organ anlegen kann und im Querschnitt wenigstens ein sich an das menschliche Organ anliegendes erstes Segment aufweist.The invention relates to a medical sensor for measuring blood, tissue or Skin parameters by means of electromagnetic waves in the transmission or reflection process, with a carrier body, the at least one transmitting and at least one Receiving element carries, made of elastic material, closed in cross section is so that he can create a human organ and at least in cross section has a first segment adjacent to the human organ.

Ein Meßparameter von besonders hoher klinischer Relevanz, der mittels elektromagnetischer Wellen im Transmissions- oder Reflexionsverfahren gemessen wird, ist die Messung der Sauerstoffsättigung im Blut eines Patienten, da der Sättigungswert einen Rückschluß auf die Sauerstoffversorgung des Patienten zuläßt. Eine besondere Rolle spielt dieses Meßverfahren in der Erwachsenen- und Neugeborenen-Intensivüberwachung.A measurement parameter of particularly high clinical relevance, that of electromagnetic Waves measured in transmission or reflection is the measurement of Oxygen saturation in a patient's blood because the saturation value is an indication of the Allows oxygen supply to the patient. This measuring method plays a special role in intensive care for adults and newborns.

Bei der Messung der Sauerstoffsättigung, wie sie beispielsweise in der US-PS 41 67 331 beschrieben ist, werden elektromagnetische Wellen verschiedener Wellenlängen in das Gewebe eines Patienten eingestrahlt. Als Sender kommen hierbei bevorzugt Leuchtdioden in Frage, die beispielsweise im (sichtbaren) roten und im infraroten Bereich Lichtwellen emittieren. Ein oder mehrere Empfänger, beispielsweise fotosensitive Empfangsdioden, messen die Intensität des durch das Gewebe und die Blutgefäße des Patienten hindurchtretenden Lichts (Transmissionsverfahren) oder die Intensität des reflektierten Lichts (Reflexionsverfahren). Aus den ermittelten Intensitätsabschwächungen läßt sich die Sauerstoffsättigung im Blut berechnen. When measuring oxygen saturation, such as that described in US Pat. No. 4,167,331 electromagnetic waves of different wavelengths are described in the Irradiated tissue of a patient. Light emitting diodes are preferred as transmitters questionable, for example, in the (visible) red and infrared light waves emit. One or more receivers, for example photosensitive receiving diodes, measure the intensity of what passes through the patient's tissue and blood vessels Light (transmission method) or the intensity of the reflected light (Reflection method). From the determined intensity attenuations, the Calculate blood oxygen saturation.

Basierend auf demselben Prinzip, nämlich der Einstrahlung elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise im Lichtwellenbereich, und der Messung des transmittierten oder reflektierten Anteils lassen sich auch andere Blut-, Gewebe- oder Hautparameter messen, wie beispielsweise die Perfusion (Durchblutungsindex), die Herzleistung oder die Herzfrequenz.Based on the same principle, namely the radiation of electromagnetic waves, preferably in the light wave range, and the measurement of the transmitted or reflected Other blood, tissue or skin parameters can also be measured, such as for example perfusion (blood flow index), cardiac output or heart rate.

Zur Messung der Sauerstoffsättigung und anderer mittels vergleichbarer Meßverfahren meßbarer Parameter ist es bekannt, einen Klammersensor zu verwenden. Ein derartiger Klammersensor, wie er beispielsweise in der EP-A-1 27 947 als Stand der Technik beschrieben ist, basiert auf dem Konstruktionsprinzip der Wäscheklammer. Die beiden Backen der Klammer tragen (beim Transmissionsmeßverfahren) das Sende- bzw. Empfangselement. Die Klammer wird auf ein gut durchblutetes Gewebe aufgeklemmt, insbesondere einen Finger oder ein Ohrläppchen des Patienten. Im Fall des Reflexionsmeßverfahrens sitzen Sender und Empfänger auf derselben Seite, d.h. derselben Backe des Klammersensors.For measuring oxygen saturation and others using comparable measuring methods measurable parameters, it is known to use a clamp sensor. Such one Clamp sensor, as used for example in EP-A-1 27 947 as prior art is based on the construction principle of the clothespin. The two Jaws of the clamp (in the transmission measurement method) carry the transmit or Receiving element. The clip is clamped onto a well-perfused tissue, especially a patient's finger or earlobe. In the case of the reflection measurement method the transmitter and receiver are on the same side, i.e. same cheek of the Bracket sensor.

Dieser Klammersensor hat jedoch sowohl medizinische als auch kommerzielle Nachteile. In medizinischer Hinsicht ergibt sich zum einen der Nachteil, daß aufgrund der auf das Körperteil, an dem der Sensor befestigt ist (beispielsweise dem Finger) ausgeübten Druckkraft Abschnürungen entstehen. Die verminderte oder ganz gestoppte Durchblutung des Gewebes hat dann eine Verfälschung des Meßwerts zur Folge. Diese Gefahr besteht besonders bei der Überwachung von Neugeborenen. Außerdem führt das relativ hohe Gewicht des Klammersensors zur Auslösung von Artefakten, da der Patient den Finger nur unter erschwerten Bedingungen bewegen kann (es muß eine zusätzliche Masse bewegt werden). Auch diese Artefakte verfälschen den Meßwert. Schließlich hat die Verwendung eines Klammersensors im Transmissionsmeßverfahren einen systematischen Meßfehler zur Folge, da die Achsen des Senders und des Empfängers nicht auf einer Geraden liegen (dieser Nachteil läßt sich auch durch umfangreiche konstruktive Maßnahmen nicht völlig beheben, da der Sensor für verschieden dicke Organe geeignet sein muß). However, this clip sensor has both medical and commercial drawbacks. In From a medical point of view, there is the disadvantage that due to the fact that Part of the body to which the sensor is attached (for example the finger) Compressive force cut off. The decreased or completely stopped blood flow of the tissue then leads to a falsification of the measured value. This is a danger especially when monitoring newborns. In addition, this leads to relatively high Weight of the staple sensor to trigger artifacts, since the patient's finger only can move under difficult conditions (an additional mass must be moved will). These artifacts also falsify the measured value. Finally use of a clamp sensor in the transmission measurement method a systematic measurement error for Consequence because the axes of the transmitter and the receiver are not on a straight line (this The disadvantage cannot be completely remedied by extensive design measures, since the sensor must be suitable for organs of different thickness).

Auch in kommerzieller Hinsicht stellt der Klammersensor keine befriedigende Lösung dar, da er mechanisch und herstellungstechnisch aufwendig und dementsprechend sehr teuer ist.Also from a commercial point of view, the clamp sensor is not a satisfactory solution since it is mechanically and technically complex and therefore very expensive.

Es wurde daher auch schon versucht, anstelle des Klammersensors einen Klebesensor zu verwenden, wie er beispielsweise in der EP-A-1 27 947 beschrieben ist. Dieser Klebesensor ist indessen schwieriger zu applizieren; auch hat der Klebesensor denselben systematischen Fehler, nämlich die Abweichung zwischen den Achsen des Senders und des Empfängers, wie der Klammersensor, wenn die Bedienungsperson sich nicht besondere Mühe gibt, Sender und Empfänger einander genau gegenüberliegend und mit derselben Achsrichtung zu plazieren. Außerdem läßt sich nur sehr schwer ein definierter Anpreßdruck erreichen, der zu keiner Durchblutungsstörung führt; insbesondere besteht die Gefahr, daß bei zu strammer Applizierung durch die Bedienungsperson Blutstauungen oder ähnliche Durchblutungsstörungen ausgelöst werden.It has therefore already been attempted to use an adhesive sensor instead of the clip sensor use, as described for example in EP-A-1 27 947. This adhesive sensor is, however, more difficult to apply; the adhesive sensor also has the same systematic Errors, namely the deviation between the axes of the transmitter and the receiver, such as the bracket sensor, if the operator does not make a special effort, transmitter and Place the receiver exactly opposite each other and with the same axis direction. In addition, it is very difficult to achieve a defined contact pressure, which is none Circulatory disorder leads; in particular, there is a risk that too tight Application by the operator blood congestion or similar circulatory disorders to be triggered.

Der Klebesensor ist schließlich (im Gegensatz zum Klammersensor) nur zur einmaligen Verwendung geeignet, so daß der Einsatz von Klebesensoren den Anwender trotz des günstigeren Preises eines einzelnen Sensors letztendlich teurer kommt als die Anwendung eines mehrfach verwendbaren Sensors.The adhesive sensor is, after all (in contrast to the clip sensor) only for one time Suitable use, so that the use of adhesive sensors the user despite the cheaper price of a single sensor ultimately comes more expensive than the application a reusable sensor.

Schließlich sind auch Sensoren bekannt, bei denen der Trägerkörper, der Sender und Empfänger trägt, schlauch- oder manschettenartig ausgebildet ist. Dieser schlauchartige Sensor kann über den Finger (oder, bei Kleinkindern, den Arm oder das Bein) geschoben werden. Der Trägerkörper selbst besteht aus elastischem, gummiartigem Material. Dieser Sensor ist relativ preisgünstig herstellbar und auch mehrfach verwendbar. Er hat jedoch den Nachteil, daß er nur für bestimmte Fingerdurchmesser geeignet ist, obwohl er eine begrenzte Flexibilität besitzt. Ein für geringe Fingerdurchmesser ausgelegter Sensor läßt sich daher - da das Material des Trägerkörpers nur begrenzt dehnbar ist - auf einen Finger mittleren Durchmessers nur mit Mühe und auf einen Finger großen Durchmessers überhaupt nicht mehr aufschieben. Aber auch eine Messung an einem Finger mittleren Durchmessers ist nicht zu empfehlen, da in diesem Fall erhöhte Druckkräfte auf den Finger ausgeübt werden, was, wie oben ausgeführt, zu Abschnürungen und damit zu einer Verfälschung des Meßwerts führen kann.Finally, sensors are also known in which the carrier body, the transmitter and Receiver wears a hose or cuff-like design. This hose-like Sensor can be slipped over the finger (or, in the case of small children, the arm or the leg) will. The carrier body itself is made of elastic, rubber-like material. This Sensor is relatively inexpensive to manufacture and can also be used multiple times. However, he has the disadvantage that it is only suitable for certain finger diameters, although it is a has limited flexibility. A sensor designed for small finger diameters leaves yourself - Since the material of the carrier body is only stretchable to a limited extent - on a middle finger Diameter with difficulty and not at all on a finger of large diameter postpone more. But a measurement on a finger of medium diameter is also not recommended, because in this case increased pressure forces are exerted on the finger, which, as stated above, to constrictions and thus to a falsification of the measured value can lead.

Andererseits darf der Trägerkörper des Sensors auch keinen zu großen Durchmesser haben, da anderenfalls bei Fingern geringeren Durchmessers aufgrund des auftretenden Wackelns kein guter Kontakt zur Hautoberfläche hergestellt wird, so daß der Meßwert unbrauchbar wird.On the other hand, the carrier body of the sensor must not have a diameter that is too large, otherwise with fingers of smaller diameter due to the wobbling that occurs no good contact to the skin surface is made, so that the measured value is unusable becomes.

Bei dem bekannten schlauch- oder manschettenartigen Sensor müssen daher erhebliche Meßfehler in Kauf genommen werden, selbst wenn verschiedene Sensoren für verschiedene Fingerdurchmesser vorrätig gehalten werden.In the known hose or cuff-like sensor, therefore, considerable Measurement errors are accepted, even if different sensors for different Finger diameter are kept in stock.

Aus der US 41 09 643 ist ferner ein hülsenförmiger Perfusionssensor bekannt, der aufgespreizt werden und am Ohrläppchen appliziert werden kann. Dieser Sensor ist allerdings einseitig festgeschlossen, so daß sich eine Art Drehpunkt ausbildet. Die Anpreßkraft ist somit vom Öffnungswinkel abängig; d. h., bei Organen verschieden dicken Durchmessers kann keine zuverlässig konstante Anpreßkraft erzielt werden. Außerdem ergibt sich bei der Transmissionsmessung der wesentliche Nachteil, daß die Achsen von Sende- und Empfangselement nicht auf einer Geraden liegen, was insbesondere die Messung der Blutsauerstoffsättigung negativ beeinflußt.From US 41 09 643 a sleeve-shaped perfusion sensor is also known can be spread out and applied to the earlobe. However, this sensor is locked on one side, so that a kind of fulcrum forms. The contact pressure is thus dependent on the opening angle; d. that is, in organs of different thicknesses a reliably constant contact pressure cannot be achieved. It also results in the Transmission measurement the main disadvantage that the axes of transmit and Receiving element does not lie on a straight line, which is particularly the measurement of Blood oxygen saturation negatively affected.

Ausgehend von dem aus der US 41 09 643 bekannten Sensor liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine gute Anlage und insbesondere eine gleichmäßige Anpreßkraft an das Organ (insbesondere den Finger) des Patienten ausgeübt wird. Dieser Sensor soll für verschiedene Fingerdurchmesser geeignet und auch wiederverwendbar sein.The present invention is based on the sensor known from US 41 09 643 the task of designing a sensor of the type mentioned at the beginning, that a good system and in particular a uniform contact pressure to the organ (especially the finger) of the patient. This sensor is designed for different Suitable finger diameter and also be reusable.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Trägerkörper im Querschnitt wenigstens ein zweites Segment aufweist, das bei der Beanspruchung über die Materialelastizität des ersten Segments hinausgehend elastisch ist, und der beidseitig offen ist.This object is achieved in that the carrier body is at least one in cross section has the second segment, which when stressed by the material elasticity of the first Segment is elastic, and is open on both sides.

Das erste Segment eines derartigen Trägerkörpers hat demnach beispielsweise die Form eines Zylindermantelabschnitts und dient zur Anlage an das menschliche Organ, vorzugsweise den Finger. Das zweite Segment mit erhöhter Nachgiebigkeit dient zur Anpassung an verschiedene Fingerdurchmesser. Das oder die Sende- und Empfangselemente werden hierbei von dem ersten Segment getragen.The first segment of such a carrier body accordingly has the shape, for example of a cylinder jacket section and is used for contact with the human organ, preferably the finger. The second segment with increased flexibility is used to adapt to different finger diameters. The one or more transmitting and receiving elements are here carried by the first segment.

Bei geringem Fingerdurchmesser legt sich der Sensor an den Finger an, ohne daß die erhöhte Elastizität des zweiten Segments ausgenutzt, d. h., dieses Segment beansprucht wird. Bei größerem Fingerdurchmesser dagegen gibt das zweite Segment in verstärktem Maß elastisch nach, so daß der Sensor auch für diesen Fall geeignet ist. In beiden Fällen ist die Anpreßkraft nahezu gleich groß und mit guter Reproduzierbarkeit konstant. Es lassen sich daher sehr gute und gleichbleibende Meßergebnisse erzielen.If the finger diameter is small, the sensor attaches itself to the finger without the increased one Exploited elasticity of the second segment, d. that is, this segment is claimed. At On the other hand, larger finger diameters give the second segment more elasticity after, so that the sensor is also suitable for this case. In both cases it is Contact pressure almost the same size and constant with good reproducibility. It can be therefore achieve very good and consistent measurement results.

Der erfindungsgemäße Sensor gewährleistet damit eine gute Anlage auch an Fingern verschiedener Durchmesser, ohne daß mehrere Sensoren vorrätig gehalten werden müßten. Er ist einfach und damit preiswert herzustellen und dennoch wiederverwendbar. Außerdem ist er leicht und daher artefaktunempfindlich sowie auch von unerfahrenem Bedienungspersonal leicht zu applizieren. Auch kann die Reinigung des Sensors sehr einfach, beispielsweise im Kaltsterilisationsverfahren durchgeführt werden.The sensor according to the invention thus ensures good contact even on fingers different diameters without having to keep several sensors in stock. It is simple and therefore inexpensive to manufacture and yet reusable. Furthermore it is light and therefore insensitive to artefacts and also by inexperienced operating personnel easy to apply. The sensor can also be cleaned very easily, for example be carried out in the cold sterilization process.

Durch die gleichmäßige, vom Fingerdurchmesser unabhängige Anpreßkraft des erfindungsgemäßen Sensors wird erreicht, daß die Durchblutung des Organs, an dem gemessen wird, durch den Trägerkörper unbeeinflußt bleibt. Durchblutungsstörungen durch Unachtsamkeit der Bedienungsperson (wie bei dem bekannten Klebesensor) sind nicht zu befürchten.Due to the uniform, independent of the finger diameter contact pressure of the invention The sensor ensures that the blood flow to the organ is measured is unaffected by the carrier body. Circulatory disorders Inattentiveness of the operator (as with the known adhesive sensor) is not to be avoided fear.

Aufgrund des geringen Gewichts ist der erfindungsgemäße Sensor auch für transportable Monitore geeignet.Because of the low weight, the sensor according to the invention is also portable Monitors.

Es versteht sich, daß ein derartiger Sensor nicht nur zur Messung der Sauerstoffsättigung, sondern für alle Arten der Transmissions- oder Reflexionsmessung mittels elektromagnetischer Wellen geeignet ist. Im Fall der Transmissionsmessung liegen Sender- und Empfängerele mente einander gegenüber, während sie im Fall der Reflexionsmessung nebeneinander oder auch mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind. Auch eine Messung mit Arrays, das heißt mehreren Sendern und Empfängern, ist ohne weiteres möglich.It goes without saying that such a sensor is not only used to measure oxygen saturation, but for all types of transmission or reflection measurement using electromagnetic Suitable for waves is. In the case of transmission measurement, transmitter and receiver elements are located ment to each other while in the case of reflection measurement arranged side by side or at a short distance from each other are. Also a measurement with arrays, i.e. several transmitters and Recipients, is easily possible.

Die erhöhte Nachgiebigkeit des zweiten Segments kann mit unter schiedlichen Methoden erzielt werden, insbesondere durch entsprechende Formgebung oder die Materialwahl, die im folgenden noch erläutert wer den wird.The increased flexibility of the second segment can be under different methods can be achieved, in particular by appropriate Design or the choice of materials, which will be explained in the following that will.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Trägerkörper im Querschnitt aus zwei sich gegenüberliegenden Segmenten des ersten Typs und zwei sich ebenfalls gegenüberliegenden Segmenten des zweiten Typs. Bei der Transmissionsmessung trägt eines der ersten Segmente den Sen der und das andere erste Segment den Empfänger. Sender und Empfänger liegen sich also unabhängig vom Fingerdurchmesser gegenüber, und ihre Achsen liegen auch in derselben Geraden. Damit läßt sich der bei den bekannten Sensoren gegebene systematische Meßfehler grundsätzlich eli minieren, und zwar unabhängig vom Durchmesser des Fingers. Dieses Prinzip läßt sich auch auf jeweils mehr als zwei erste bzw. zweite Segmente erweitern, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß die ersten Segmente, die Sender bzw. Empfänger tragen, einander exakt gegenüber liegen.In a preferred embodiment, the carrier body consists of Cross section of two opposite segments of the first type and two segments of the second type, also opposite one another. One of the first segments in the transmission measurement carries the Sen the other and the first segment the receiver. Sender and receiver are opposite each other regardless of the finger diameter, and theirs Axes also lie in the same straight line. This allows the known sensors given systematic measurement errors basically eli min, regardless of the diameter of the finger. This The principle can also be applied to more than two first and two respectively Extend segments, but make sure that the first Segments that carry the transmitter or receiver face each other exactly lie.

Die erhöhte Nachgiebigkeit des oder der zweiten Segmente läßt sich auf verschiedene Weise erreichen. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform bestehen das oder die zweiten Segmente aus elastischerem Material als das oder die ersten Segmente. Hierbei wird die unter schiedliche Materialelastizität der Segmente ausgenutzt.The increased flexibility of the second segment or segments leaves reach each other in different ways. In a preferred embodiment tion form the second segment or segments are made of more elastic Material as that or the first segments. Here, the under different material elasticity of the segments exploited.

Eine andere zweckmäßige und deshalb bevorzugte Lösung erfordert jedoch nicht den Einsatz unterschiedlicher Materialien für die ver schiedenen Segmente. Bei dieser Lösung wird eine erhöhte Elastizität des oder der zweiten Segmente durch entsprechende Formgebung erreicht, und zwar dadurch, daß das oder die zweiten Segmente im Querschnitt die Form von beispielsweise nach außen weisenden Ausbuchtungen haben. Bei einem Finger geringen Durchmessers behalten dabei das oder die zweiten Segmente ihre Form bei, während sie bei Applizierung auf einen Finger größeren Durchmessers gestreckt werden. Hierbei wird weniger die Mate rialelastizität des oder der zweiten Segmente ausgenutzt als vielmehr die vorhandene "geometrische" Reserve (vergleichbar beispielsweise einem helixförmigen Telefonkabel). Das oder die zweiten Segmente kön nen hierbei aus demselben Material gefertigt werden wie das oder die ersten Segmente. Je nach der geometrischen Ausgestaltung des Quer schnitts können erhebliche Reserven erzielt werden, so daß der Finger durchmesser erheblich variieren kann.Another convenient and therefore preferred solution requires but not the use of different materials for the ver different segments. With this solution there is increased elasticity the second segment or segments is achieved by appropriate shaping, namely in that the second segment or segments in cross section Form of bulges, for example, pointing outwards. At a finger of small diameter keep one or two Segments shape when applied to a finger larger diameter can be stretched. Here the mate becomes less rialelasticity of the second or the second segments exploited rather than the existing "geometric" reserve (comparable, for example a helical telephone cable). That or the second segments can NEN are made from the same material as this or that first segments. Depending on the geometric shape of the cross cut considerable reserves can be achieved, so that the finger diameter can vary considerably.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Lösung haben das oder die zweiten Segmente U-förmigen Querschnitt, wobei die äußeren Enden der Schenkel dieses U an das oder die ersten Segmente anschließen. Ein derartiger Querschnitt läßt sich auch fertigungstechnisch sehr einfach realisieren, und zwar unabhängig davon, ob der Trägerkörper einteilig hergestellt oder aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt ist.In a preferred development of this solution, the or the second segments are U-shaped in cross-section, with the outer ends connect the leg of this U to the first segment or segments. A Such a cross section can also be manufactured very easily in terms of production technology realize, regardless of whether the carrier body in one piece manufactured or composed of several sections.

Natürlich sind auch andere Ausgestaltungen der Ausbuchtungen mög lich, beispielsweise dreiecksförmig oder ziehharmonikaförmig. Die Nachgiebigkeit des oder der zweiten Segmente kann weiter erhöht wer den, wenn diese im Querschnitt geringere Materialstärke aufweisen als das oder die ersten Segmente.Of course, other configurations of the bulges are also possible Lich, for example triangular or accordion-shaped. The The flexibility of the second segment or segments can be further increased if they have a lower material thickness in cross section than that or the first segments.

Die Bezeichnung "zweite ′Segmente′" ist hierbei im weitesten Sinn zu verstehen. Beispielsweise sind darunter auch Ausführungsformen zu verstehen, bei denen die ersten Segmente über verformbare Stege mit einem Außenprofil verbunden sind, wobei in diesem Fall die verformba ren Stege die zweiten "Segmente" darstellen.The term "second 'segments'" is here in the broadest sense to understand. For example, embodiments are also included understand where the first segments have deformable webs are connected to an outer profile, in which case the deformable Ren webs represent the second "segments".

Der Sitz des erfindungsgemäßen Sensors auf einem Finger oder an deren Organ läßt sich weiter verbessern, wenn der Trägerkörper innen konisch ausgebildet ist oder wenn die Sende- und Empfangselemente in den Innenraum desselben vorspringen. Hierdurch wird gewährleistet, daß das Sende- bzw. Empfangselement stets guten Kontakt zur Hautoberfläche hat, was für eine exakte Messung wünschenswert ist.The seat of the sensor according to the invention on a finger or on their organ can be further improved if the carrier body inside is conical or if the transmitting and receiving elements in project the interior of the same. This ensures that the transmitting or receiving element always has good contact with the skin surface has what is desirable for an exact measurement.

Bevorzugte Materialien zur Herstellung des Trägerkörpers sind Silikon, Kautschuk oder Polyurethan, wobei der Trägerkörper auf jede geeignete Weise hergestellt, insbesondere gespritzt oder gegossen, sein kann. Auch vergleichbares elastisches Material ist für diesen Zweck geeignet. Die Sende- und Empfangselemente können auf den Träger körper aufgeklebt werden; zweckmäßig ist jedoch insbesondere ein Ver fahren, bei dem die Sende- und Empfangselemente bei der Herstellung des Trägerkörpers mit umspritzt oder umgossen werden. Dies erleichtert die Reinigung und Sterilisierung des Sensors. Preferred materials for the production of the carrier body are Silicone, rubber or polyurethane, the carrier body on each produced in a suitable manner, in particular injection molded or cast, can be. Comparable elastic material is also for this Suitable purpose. The transmitting and receiving elements can be on the carrier body glued on; However, a Ver is particularly useful drive, in which the transmitting and receiving elements during manufacture of the carrier body are encapsulated or encapsulated. This makes it easier cleaning and sterilizing the sensor.

Der erfindungsgemäße Sensor kann an der Fingerkuppe offen sein - was den Vorteil einer geringen Schweißbildung hat - oder auch ge schlossen, in welchem Fall eine besonders gute und reproduzierbare Positionierung des Sensors erreicht wird.The sensor according to the invention can be open on the fingertip - which has the advantage of low perspiration - or ge concluded, in which case a particularly good and reproducible Positioning of the sensor is achieved.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprü chen. In der nachfolgenden Beschreibung zur Zeichnung Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensors gezeigt und beschrie ben. Es zeigen:Further features and advantages result from the subclaims chen. In the following description of the drawing Embodiments of the sensor according to the invention shown and described ben. Show it:

Fig. 1 die Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Sensors, Fig. 1 shows the end view of a sensor according to the invention,

Fig. 2 einen Schnitt durch diesen Sensor gemäß der Bezugslinie II-II der Fig. 1, Fig. 2 shows a section through this sensor according to the reference line II-II of Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Bezugslinie III-III der Fig. 2, Fig. 3 is a section according to the reference line III-III of Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Bezugslinie IV-IV der Fig. 2, Fig. 4 shows a section along the reference line IV-IV of Fig. 2,

Fig. 5 die perspektivische Ansicht des in den Fig. 1 bis 4 in Schnitten gezeigten Sensors, Figure 5 is a perspective view of the sensor. Shown in FIGS. 1 to 4 in sections

Fig. 6 dieselbe perspektivische Ansicht mit einem Anschlußkabel, Fig. 6 is the same perspective view with a connecting cable,

Fig. 7 die Applikation des in der Fig. 5 dargestellten Sensors bei einem Finger geringen Durchmessers, Fig. 7 shows the application of the low in FIG. 5 sensor shown in a finger diameter,

Fig. 8 die Applikation bei einem Finger größeren Durchmessers, Fig. 8, the larger application with a finger diameter,

Fig. 9 einen Schnitt entsprechend der Fig. 3 durch einen Sensor mit nach innen vorspringendem Sende- und Empfangselement, Fig. 9 is a section corresponding to Fig. 3 by a sensor with inwardly protruding transceiver element,

Fig. 10 einen der Fig. 4 entsprechenden Schnitt durch einen Sensor der in Fig. 9 gezeigten Bauart, Fig. 10 a of Fig. 4 corresponding section through a sensor of the type shown in Fig. 9

die Fig. 11 und 12 entsprechende Schnitte durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, FIGS. 11 and 12 show corresponding sections through a further embodiment of the invention,

die Fig. 13 einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Sensors, FIG. 13 is a cross section through a fourth embodiment of a sensor,

Fig. 14 den in der Fig. 13 gezeigten Sensor in aufgeweitetem Zustand und FIG. 14 shows the sensor shown in FIG. 13 in the expanded state and

Fig. 15 den Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel. Fig. 15 shows the cross section through a further embodiment.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer medizinischer Sensor in Stirnansicht dargestellt und im Ganzen mit 1 bezeichnet. Dieser Sensor hat die Form eines Hohlprofils und ist aus einem geeigneten elasti schen Werkstoff wie Silikon, Kautschuk oder Polyurethan hergestellt. Im Querschnitt besteht der Trägerkörper des Sensors aus zwei einander gegenüberliegenden Segmenten 2 und 3, die zur Anlage an einem mensch lichen Organ bestimmt sind, und zwei sich ebenfalls gegenüberliegenden Segmenten 4 und 5, die jeweils ein U-förmiges Profil aufweisen und die sich gegebenenfalls aufspreizen können. Zwei quaderförmige Vorsprünge 6 und 7 sind an die Segmente 2 bzw. 3 angeformt. Sie enthalten Hohl räume, welche - wie im folgenden noch ausgeführt werden wird - zur Aufnahme von Sender und Empfänger dienen.In Fig. 1, a medical sensor according to the invention is shown in front view and generally designated 1 . This sensor has the shape of a hollow profile and is made of a suitable elastic material such as silicone, rubber or polyurethane. In cross section, the support body of the sensor consists of two opposing segments 2 and 3 , which are intended for contact with a human organ, and two opposing segments 4 and 5 , each having a U-shaped profile and which may spread apart can. Two cuboid projections 6 and 7 are formed on the segments 2 and 3, respectively. They contain cavities which - as will be explained in the following - serve to accommodate the transmitter and receiver.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt in Richtung der Bezugslinie II-II der Fig. 1. Der Hohlraum 8 dient zur Aufnahme eines Empfängerelements und wird nach außen durch den quaderförmigen Körper 7 (Fig. 1) ver kleidet. Die Linien 9 und 10 stellen den Übergang zwischen dem zur Anlage an einem menschlichen Organ bestimmten ersten Segment 3 und den beiden zweiten Segmenten 4 und 5 dar. Fig. 2 shows a section in the direction of the reference line II-II of Fig. 1. The cavity 8 serves to receive a receiver element and is clad to the outside through the cuboid body 7 ( Fig. 1). Lines 9 and 10 represent the transition between the first segment 3 intended for contact with a human organ and the two second segments 4 and 5 .

Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt in Richtung der Bezugslinie III- III der Fig. 2. Es ist deutlich erkennbar, daß die von den quaderför migen Körpern 6 und 7 verkleideten Hohlräume 8 und 11 Sende- und Emp fangselemente aufnehmen können, im gezeigten Fall eine/mehrere Sende diode(n) 12 und eine/mehrere Empfangsdiode(n) 13. Diese Verhältnisse werden auch aus Fig. 4 deutlich, die einen Schnitt entlang der Be zugslinie IV-IV der Fig. 2 darstellt. Fig. 3 shows a section in the direction of the reference line III-III of FIG. 2. It can be clearly seen that the cavities 8 and 11 clad by the quaderför shaped bodies 6 and 7 can receive transmitting and receiving elements, in the case shown one / more transmit diode (s) 12 and one / more receive diode (s) 13 . These relationships are also clear from FIG. 4, which represents a section along the reference line IV-IV of FIG. 2.

Die Fig. 5 zeigt den in den Fig. 1 bis 4 im Querschnitt dar gestellten Sender in perspektivischer Ansicht. Der quaderförmige Kör per 6, welcher die Sendediode 12 verkleidet, ist deutlich erkennbar, während der zur Verkleidung der Empfangsdiode 13 dienende quaderförmi ge Körper 7 auf der Unterseite des Sensors liegt und damit nicht er kennbar ist. FIG. 5 shows the transmitter identified in Figs. 1 to 4 in cross-section in perspective view. The cuboid body by 6 , which disguises the transmitter diode 12 , is clearly recognizable, while the serving for the cladding of the receiver diode 13 serving as a cuboid body 7 lies on the underside of the sensor and is therefore not recognizable.

Die Fig. 6 zeigt denselben Sensor, jedoch zusätzlich mit dem Anschlußkabel 14, welches zum Anschluß der Sende- und der Empfangsdio de dient. Die Weiterführung der Kabel von der in dem quaderförmigen Körper 6 enthaltenen Sendediode zur gegenüberliegenden Empfangsdiode kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die entsprechenden Leitun gen in das Material des Sensors eingebettet, eingegossen oder einge spritzt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, für die Emp fangsdiode ein zweites Anschlußkabel vorzusehen. Fig. 6 shows the same sensor, but additionally with the connecting cable 14 , which is used for connecting the transmitting and the receiving diodes. The continuation of the cable from the transmitting diode contained in the cuboid body 6 to the opposite receiving diode can be done, for example, by the corresponding lines being embedded, cast or injected into the material of the sensor. Alternatively, it is also possible to provide a second connection cable for the receiver diode.

Der in den Fig. 1 bis 6 gezeigte und beschriebene Sensor dient zur Messung der Sauerstoffsättigung im Blut eines Patienten. Der Sen sor wird hierzu über ein Organ des Patienten - bei Erwachsenen vor zugsweise ein Finger, bei Kleinkindern und Neugeborenen ein Arm oder ein Bein - gestülpt. Die Sendediode (die in Wirklichkeit aus mehreren Dioden besteht) strahlt - vorzugsweise im Pulsbetrieb - elektromagne tische Wellen mit wenigstens zwei verschiedenen Wellenlängen (vorzugs weise im roten und infraroten Bereich) in das Gewebe und durch die Blutgefäße des Patienten, und die gegenüberliegende(n) Empfangsdio de(n) mißt/messen die Intensität der ankommenden Wellen. Ein ange schlossener, hier nicht gezeigter Monitor errechnet aus der Intensi tätsabschwächung bei zwei oder mehr Wellenlängen die Sauerstoffsätti gung im Blut des Patienten.The sensor shown and described in FIGS. 1 to 6 is used to measure the oxygen saturation in the blood of a patient. For this purpose, the sensor is put over an organ of the patient - preferably a finger in adults, an arm or a leg in toddlers and newborns. The transmitter diode (which actually consists of several diodes) emits - preferably in pulsed mode - electromagnetic waves with at least two different wavelengths (preferably in the red and infrared range) into the tissue and through the patient's blood vessels, and the opposite one (s) Receiving diode (s) measures the intensity of the incoming waves. A connected monitor, not shown here, uses the attenuation in intensity at two or more wavelengths to calculate the oxygen saturation in the patient's blood.

Der beschriebene Sensor kann insbesondere für Organe mit ver schieden großem Durchmesser eingesetzt werden. Dies zeigen beispiel haft die Fig. 7 und 8, in denen die Applikation des Sensors bei Fingern verschiedenen Durchmessers gezeigt ist. In der perspektivi schen Darstellung gemäß Fig. 7 ist der Sensor über einen Finger 15 geringen Durchmessers gestülpt. Hierbei spreizen sich die Schenkel der U-förmigen Segmente 4 und 5 nur geringfügig auf. Wird der Sensor dage gen über einen Finger größeren Durchmessers gestülpt, wie in der Fig. 8 bei dem Finger 16 gezeigt, so tritt eine starke Aufspreizung der U-förmigen Profile ein. In beiden Fällen - d.h. sowohl bei geringem als auch bei großem Fingerdurchmesser - ist jedoch gewährleistet, daß sich die Sende- und die Empfangsdioden exakt gegenüberliegen und daß insbesondere die Achsen dieser Dioden in einer Geraden liegen, wodurch systematische Meßfehler vermieden werden können. Außerdem ist die auf den Finger ausgeübte Anpreßkraft unabhängig vom Fingerdurchmesser na hezu konstant.The sensor described can be used in particular for organs with different diameters. This is shown by way of example in FIGS . 7 and 8, in which the application of the sensor to fingers of different diameters is shown. In the perspektivi rule representation according to Fig. 7 the sensor is placed over a finger 15 of small diameter. Here, the legs of the U-shaped segments 4 and 5 spread only slightly. If the sensor, however, is placed over a finger of larger diameter, as shown in FIG. 8 for the finger 16 , then the U-shaped profiles expand considerably. In both cases - ie both with small and large finger diameters - it is ensured, however, that the transmitting and receiving diodes are exactly opposite one another and that in particular the axes of these diodes lie in a straight line, whereby systematic measurement errors can be avoided. In addition, the contact pressure exerted on the finger is almost constant regardless of the finger diameter.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Fortbildung des Sensors in (den Fig. 3 und 4 entsprechenden) Schnitten. Insbesondere aus Fig. 9 ist erkennbar, daß die Sende- und Empfangsdioden (dort mit 12′ und 13′ bezeichnet) in den Innenraum des Sensors ragen, wodurch eine besonders gute und definierte Anlage am Finger des Patienten erreicht werden kann. Die Segmente 2′ und 3′ sind in ihrer Innenkontur entsprechend so angepaßt, daß keine scharfen Kanten entstehen. Hierzu springt die Innenkontur dieser Segmente bis zu den Innenkanten der Dioden vor, wie durch die Bezugszeichen 17a bis 17d angedeutet ist. FIGS. 9 and 10 show a further development of the sensor in sections (corresponding to FIGS. 3 and 4). In particular, from Fig. 9 it can be seen that the transmitting and receiving diodes (there designated 12 ' and 13' ) protrude into the interior of the sensor, whereby a particularly good and defined system on the patient's finger can be achieved. The segments 2 'and 3 ' are correspondingly adapted in their inner contour so that no sharp edges arise. For this purpose, the inner contour of these segments protrudes up to the inner edges of the diodes, as indicated by reference numerals 17 a to 17 d.

Eine weitere Ausführungsform zeigen in entsprechenden Darstellun gen die Fig. 11 und 12. Der dort gezeigte Sensor weist eine koni sche Innenkontur auf, wobei der Finger des Patienten durch die Seite 18 der größeren Öffnung eingeführt wird. Dies gewährleistet einen besonders sicheren Sitz des Sensors auf dem Finger. Ein weiteres Merk mal dieser Ausführungsform besteht darin, daß die quaderförmigen Kör per 6′′ und 7′′ nach außen offen (Öffnungen 6a und 7a) sind. Durch diese Öffnungen können die Sende- bzw. Empfangsdioden 12′′ und 13′′ nachträglich eingeführt und beispielsweise von außen mit Klebstoff gesichert werden. Es ist natürlich auch möglich, diese Dioden beim Spritzen oder Gießen des Sensors mit einzuformen.A further embodiment show in corresponding Imaging Logo gen FIGS. 11 and 12. The sensor shown therein has a specific koni inner contour, wherein the patient's finger is inserted through the side 18 of the larger opening. This ensures a particularly secure fit of the sensor on the finger. Another feature of this embodiment is that the cuboid bodies are open to the outside by 6 '' and 7 '' (openings 6 a and 7 a). Through these openings, the transmitting or receiving diodes 12 '' and 13 '' can be inserted later and secured, for example, from the outside with adhesive. It is of course also possible to include these diodes in the injection molding or casting of the sensor.

Die Segmente 4 und 5 (vgl. Fig. 1) gewährleisten eine hohe Ela stizität des Sensors bei verschiedenen Fingerdurchmessern, da sie eine Art "geometrischer Reserve" bilden, d.h. sich bei Beanspruchung auf spreizen und hierdurch eine über die reine Materialelastizität hinaus gehende Elastizität besitzen. Es ist für den Fachmann klar, daß dieser Effekt auch mit anderen Querschnitten erreicht werden kann. Die Fig. 13 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform des Sensors, bei der die elastischen Segmente 19 und 20 hakenförmig ausgebildet sind. Die Fig. 14 zeigt das Nachgeben dieser Segmente bei Beanspruchung, beispiels weise durch einen (hier nicht gezeigten) Finger größeren Durchmes sers.The segments 4 and 5 (see. Fig. 1) ensure a high ela sticity of the sensor with different finger diameters, since they form a kind of "geometric reserve", ie spread when stressed and thus have an elasticity going beyond the pure material elasticity . It is clear to the person skilled in the art that this effect can also be achieved with other cross sections. The FIG. 13 example shows an embodiment of the sensor, in which the elastic segments are hook-shaped 19 and 20. Fig. 14 shows the yielding of the segments under stress, example, by a finger (not shown here) of greater diam sers.

Die erhöhte Elastizität der zweiten Segmente kann jedoch nicht nur durch ihre Formgebung erreicht werden, sondern auch dadurch, daß sie aus anderem - nämlich elastischerem - Material hergestellt sind als die ersten Segmente. Einen Schnitt durch einen derartigen Sensor zeigt die Fig. 15. Die dort mit 21 und 22 bezeichneten, für die Anla ge am Finger des Patienten bestimmten Segmente (die die Sende- bzw. Empfangsdioden 23 und 24 tragen) sind über zweite Segmente 25 und 26 verbunden. Diese Segmente 25 und 26 besitzen eine wesentlich höhere Elastizität als die Segmente 21 und 22 und geben bei größeren Finger durchmessern entsprechend nach.However, the increased elasticity of the second segments can be achieved not only by their shape, but also by the fact that they are made of a different material, namely a more elastic material than the first segments. 15 shows a section through such a sensor . The segments designated there with 21 and 22 and intended for the system on the patient's finger (which carry the transmitting or receiving diodes 23 and 24 ) are via second segments 25 and 26 connected. These segments 25 and 26 have a much higher elasticity than the segments 21 and 22 and give correspondingly with larger finger diameters.

Claims

1. Medical sensor for measuring blood, tissue or skin parameters by means of electromagnetic waves in the transmission or reflection process, with

(1) a carrier body which
- (1.1) at least one transmitting ( 12, 12 ', 12 ", 23 ) and at least one receiving element ( 13, 13', 13", 24 ) carries
- (1.2) consists of elastic material,
- (1.3) is closed in cross-section so that it can encircle a human organ and
- (1.4) in cross-section has at least one first segment ( 2, 3, 2 ′, 3 ′, 21, 22 ) that contacts the human organ,

characterized in that

(2) the carrier body
- (2.1) in cross-section at least one second segment ( 4, 5, 19, 20, 25, 26 ) which, when subjected to stress beyond the material elasticity of the first segment ( 2, 3, 2 ', 3', 21, 22 ), is also elastic is, and the
- (2.2) is open on both sides.

2. Medical sensor according to claim 1, characterized in that the carrier body in cross section an even number of opposing first segments ( 2 , 3 , 2 ', 3 ', 21 , 22 ) - preferably two - and an even number of opposing ones second segments ( 4 , 5 , 19 , 20 , 25 , 26 ) - preferably also two.

3. Medical sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the or the second segments ( 4 , 5 , 19 , 20 ) in cross section have the shape of bulges pointing outwards.

4. Medical sensor according to claim 3, characterized in that the or the second segments ( 4 , 5 ) have a U-shaped cross-section, the outer ends of the legs of this U connecting to the one or the first segments ( 2 , 3 ).

5. Medical sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the or the second segments ( 25 , 26 ) consist of more elastic material than the one or the first segments ( 21 , 22 ).

6. Medical sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the or the second segments ( 25, 26 ) have a lower material thickness in cross section than the one or the first segments ( 21 , 22 ).

7. Medical sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the / the transmitting and / or receiving elements ( 12 ', 13 ') project into the interior of the carrier body.

8. Medical sensor according to claim 7, characterized in that the inner contour of the carrier body in the region of / the transmitting and / or receiving elements ( 12 ', 13 ') is designed to protrude up to the inner edge.

9. Medical sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the carrier body is conical on the inside.

10. Medical sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least the one or more segments ( 2 , 3 , 2 ', 3 ', 21 , 22 ) of the carrier body consist of silicone, rubber or polyurethane.

11. Medical sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the cross section of the carrier body is selected so that he can wrap himself around a finger, arm or leg.

12. A method for producing a medical sensor according to at least one of the preceding claims, in which the carrier body is injection-molded or cast, characterized in that, during the spraying or casting, the one or more transmitting and receiving elements ( 12 , 12 ', 23 , 13th , 13 ', 24 ) with molded or encapsulated.