WO2008067931A2 - Non-invasive measuring method, apparatus, and use thereof - Google Patents

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WO2008067931A2
WO2008067931A2 PCT/EP2007/010279 EP2007010279W WO2008067931A2 WO 2008067931 A2 WO2008067931 A2 WO 2008067931A2 EP 2007010279 W EP2007010279 W EP 2007010279W WO 2008067931 A2 WO2008067931 A2 WO 2008067931A2
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Yorck Olaf Schumacher
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Universitätsklinikum Freiburg
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Definitions

  • the invention relates to a method (or method) for obtaining measurement data suitable for determining the total amount of hemoglobin of a lung respirator, in which a predetermined dose of a breathable tracer is adjusted and noninvasively delivered through a body mucosa of the lung respirator; and devices useful in the method, and corresponding uses, and tracers for related applications.
  • the blood of pulmonary breaths (terrestrial animals like humans) consists of blood cells and plasma.
  • the proportion of blood cells in the total blood volume is also called the volume of erythrocytes because the red blood cells dominate. Closely associated with this size is the total amount of hemoglobin in the organism, which plays a crucial role in the transport of oxygen in the body.
  • Organism mostly taken from the concentrations of hemoglobin and hematocrit. However, since these are purely proportional measures, they are extremely error-prone. Thus, e.g. In acute bleeding, a blood loss of several liters occur without changing hemoglobin concentration or hematocrit.
  • a tracer which in the present disclosure preferably means a trace substance that can be tracked by measurement
  • a radioactive material eg, 51 chromium, 125 iodine, radiolabelled iron
  • a staining or fluorescent dye eg Evans Blue
  • the concentration of this material in a subsequently taken blood sample is, after complete distribution in the blood, inversely proportional to the height of the blood volume.
  • Radioactive methods are used so far.
  • the disadvantages are, in addition to the radioactivity, which requires special measures and expensive radioactive substances in the invasiveness: As a rule, blood is removed, radioactively labeled and reinfused. This procedure is expensive, complex in terms of equipment and personnel and time-consuming, so that it is used only in radiological departments. For the patient, it is very stressful and involves not insignificant risks as a result of radioactive radiation and infections in the puncture through the skin.
  • CO-Hb carboxyhemoglobin
  • the amount of CO used is extremely low (it corresponds to the amount of CO emitted when smoking)
  • a two-minute respiratory procedure is sufficient to bind the majority of the CO introduced in the experiment in the blood before and immediately after the breathing procedure becomes too accurate Blood is withdrawn at defined times and the CO-Hb content determined laboratory-chemically.
  • the determination of the total body hemoglobin amount is then carried out taking into account the amount of CO inhaled and physi cal factors, such as air pressure and temperature, via the measurement of
  • the object of the invention is to find a method and devices for determining measured values in a simple manner and for Determination of the total body hemoglobin amount can be used.
  • One or more of the following features should be realized: the least possible expenditure on equipment, the lowest possible burden on the organism to be tested (for example, by avoiding radioactivity and repeated blood withdrawals), sufficient accuracy, simple feasibility, even in the case of injured or weakened subjects , and / or largely automatic detection of whole body hemoglobin, as well as rapid feasibility.
  • the object is achieved by a method mentioned at the outset or corresponding devices which are characterized or make it possible to record and / or (preferably) eliminate the abatemable tracer by non-invasive measurement of a parameter correlated with the amount of tracer in the body of the lung respirator a plurality of points in time during a breath is determined and preferably one or more of the further method steps mentioned below are performed.
  • the hemoglobin mass can be non-invasively, i. without blood collection, to be determined.
  • Hb hemoglobin
  • the invention relates to a noninvasive method for obtaining measurement data suitable for determining the total hemoglobin amount of a lung respirator in which a predetermined dose of a breathable tracer is adjusted and noninvasively delivered through a body mucosa of the lung respirator and the uptake and / or
  • the elimination of the breathable tracer is determined by non-invasive measurement of a parameter correlated with the amount of tracer in the body of the lung respirator at a plurality of times.
  • This method is preferably used using appropriate computerized methods for the automatic determination of whole body hemoglobin to achieve automation.
  • Methods according to the invention can be used for the pure acquisition of measurement data, from pure measurement signals via parameters correlated for example with the concentration of the tracer to the preferred determination of total body hemoglobin (total body hemoglobin mass) or other measurement data as defined below.
  • the measurement data can be used in further steps for various purposes: for example, for the mere determination of the general physical status with respect to the BacConsequentlyhogoglobinmasse without curative purposes or in the context of a diagnostic procedure, especially for medical purposes, then in particular in a first process step, a dose amount of the tracer (preferably without presence of the subject).
  • the values obtained can also be used for diagnostic purposes in the sense of a diagnostic procedure (eg for healing purposes), also for therapeutic decisions (eg in dialysis, oncology, intensive care, emergency care or the like).
  • the invention therefore also relates, as a special case to be emphasized, to a method according to the invention (in particular one in which the dosage can be made by adjusting or providing a suitable tracer dose to a used rebreathing device in the absence of the subject), the further reduction phase (In particular, assessment of the total body hemoglobin mass found and decision on another possible therapeutic approach by suitable persons, such as doctors).
  • the invention relates to a rebreathing device for the noninvasive determination of the hemoglobin mass which comprises a tracer sensor, in particular a CO sensor, having a t 90 of 500 ms or less, preferably of 250 ms or less, in particular of 150 ms or less (for example, an IR sensor, a mass spectrometer (MS), a gas chromatograph (GC) or a GC-MS combination (each suitable for the analysis of respiratory gases), or equipped for the measurement of CO-Hb pulse oximeter (suitable for determining the CO- Hb concentration in blood), or two or more of the same or different ones of these sensor devices) or included as accessories.
  • a tracer sensor in particular a CO sensor
  • a CO sensor having a t 90 of 500 ms or less, preferably of 250 ms or less, in particular of 150 ms or less
  • a tracer sensor in particular a CO sensor
  • a CO sensor having a t 90 of 500 ms or less,
  • the invention also relates to at least one TracerG Communication CO) sensor (eg as an IR sensor, as a mass spectrometer (MS), as a gas chromatograph (GC) and / or GC-MS combination) (each for measuring the tracer eg CO concentration in breathing gas) or a pulse oximeter (in particular for measuring the Hb-tracer, eg Hb-CO concentration), which / which is equipped with an evaluation unit that is programmed to determine the total body hemoglobin, in particular on the elimination of a in a tracers described above and described below.
  • the steps and calculation methods of the evaluation are implemented as in the examples (when using at least one pulse oximeter, preferably only starting from the description of the measurement data in FIGS. 5 and without consideration of a lung compartment, but optionally with consideration of other tracer or CO distribution compartments).
  • the invention also relates to carbon monoxide for use as tracer gas in the context of a non-invasive, in particular one mentioned in one of the following claims diagnostic method for determining the total body hemoglobin content of a pulmonary.
  • Non-invasive means in particular, that in a method according to the invention, no procedures are performed in violation of a surface (eg skin, mucosa) of a lung respirator by means of medical instruments or apparatus such as lancets, catheters, infusion or injection needles or the like, in particular that no blood collection takes place ,
  • a surface eg skin, mucosa
  • the mere uptake of a mouthpiece or insertion of a tube into the respiratory tract is preferably not excluded, as well as slight pressure by pulse oximeter on the skin.
  • pulmonary breathing (hereinafter also partially referred to as a subject, which stands for test person or subject) are in particular birds, amphibians, reptiles or primarily mammals, especially humans to understand.
  • a defined dose is to be understood as meaning an amount of a tracer which does not or only to a tolerable extent have a harmful effect on the subject - for example, in the case of carbon monoxide, an amount ranging from 0.2 to 5, preferably from 0.5 to 2, in particular from 0.7 to 1, 0 ml of carbon monoxide per kg of body weight of the subject.
  • This dose is preferably provided such that accidental overdosing is not possible, for example (preferably in advance) in the form of pre-fillable and then as Supply reservoir connectable or already connected chambers, pre-filled cartridges, bags, bottles or syringes or similar containers, which allow the supply of a clearly determined dose of the tracer and can be connected, for example via an open and lockable valve with a rebreathing device.
  • the evaluation of the data can be carried out without the presence of the subject. Knowledge of the exact administered dose is required for subsequent measurement and calculation.
  • a abatembarer tracer is a gaseous at temperatures in the range of 0 to 50 0 C trace substance or a precursor thereof which releases a abatembaren tracer, preferably a gas, in particular a gas, which enters with hemoglobin, a complex bond, particularly carbon monoxide (CO).
  • a gas in particular a gas, which enters with hemoglobin, a complex bond, particularly carbon monoxide (CO).
  • Non-invasive delivery via a body mucosa means, in particular, delivery via a mucous membrane of the respiratory and / or gastrointestinal tract, in particular of the lung, either by means of a dispersion or solution or preferably in gaseous form, in particular via a respiratory gas (this term includes there are also mixtures of gases).
  • the supply preferably takes place by means of a rebreathing device, since a correction for CO still present in the lungs can then be carried out in the exhaled air due to the steep initial phase of the CO decrease.
  • the noninvasive determination of the elimination of the abatembaren tracer by means of a correlated with the amount of tracer in the body of the lung breather parameter is preferably carried out (which should not exclude the removal of breathing gas from the mouth, eg via a mouthpiece or a tube) and / or on the Outside of the body of the lung respirator, in particular via a measurement of the concentration reduction of the tracer (as such) in
  • “Breathing gas” is preferably the breathing gas in a closed system near the mouth, or alternatively or additionally the exhalation gas near the mouth of the subject, in one possible preferred embodiment of the invention the end-alveolar exhalation gas may be meant, in another the inhaling and exhaling gas in one closed system near the mouth, wherein the amount of CO is then preferably integrated as shown below, so that even without consideration of the tracer concentrations only in end-alveolar expiratory gas good results can be achieved, which is a particular advantage of the process in question.
  • Determination of elimination at a plurality of times means that during each breath, at least 2 measurements, preferably 3 or more measurements, in particular 6 or more measurements, are taken.
  • the advantage of such a variety of measurements is that single measurement errors can be better averaged out
  • this can be achieved by means of a sensor for the content of tracer in the respiratory gas or a pulse oximeter having a tgo of 500 ms or less, in particular of 250 ms or less, above all of 150 ms or less (tgo is as defines the time required to register 10% to 90% of a step change in gas concentration.)
  • Time thus also means period, so preferably 2 or more measurements per second are possible, for example 4 or more measurements per second possible measurements may be due to the t90 values of the sensors or measuring instruments used borders.
  • the computer-aided (at least largely automated) determination of the total hemoglobin amount of a lung respirator from the data obtained takes place, if desired, advantageously with computer-aided smoothing of raw data, but preferably, for example, according to a "moving average” method in which, for example, the mean value is formed sequentially for a specific number of measured values (eg 10 or 20) before and / or after a measured value to be smoothed), integration (in particular eg breathable integration, wherein the respiratory tract detection is preferably carried out by means of the data of a flow meter (flow meter).
  • a flow meter flow meter
  • the tracer concentration for example, the tracer concentration, determining the time course of the tracer concentration (preferably with the aid of prior calibration, especially when eliminating the tracer) based on the integral values and application of known in principle Umrechvorschriften (for example, linear dependence of the CO concentration and the CO-Hb saturation according to equation I below) for determining the carboxyhemoglobin (CO-Hb) saturation and / or (preferably and) adaptation of curve functions (in particular also for determining distribution compartments of the tracer and their separation) and their use in arithmetic instructions for Determination of total CO-Hb (eg, including the use of the equation shown below
  • the rebreathing device preferably includes a calibration function for the CO content.
  • a calibration function for the CO content for example, the zero signal (ambient air or special breathing gas without CO) and the signal for a gas with a defined CO content (for example 50 ppm) can be determined and the difference of the resulting measured values used for calibration.
  • the rebreathing device preferably has ports or chambers which allow the tracer to be used (in particular CO) quantity from chambers or containers with a clearly metered amount of tracer, eg with tracer or tracer-containing gas mixtures pre-filled individual cartridges, prepare and administer, which increases the safety for the subjects.
  • a method according to the invention takes place between a remindatemphase (preferably about 2 minutes) and a Auswaschphase (for example, 5 to 60 minutes, eg about 10 minutes) of the abatembaren tracer preferably the automatic switching of the proband mouthpiece between remindatemreservoir and room air or O 2 supply an automatically switchable valve, eg an electronic solenoid valve.
  • a recommendatemphase preferably about 2 minutes
  • a Auswaschphase for example, 5 to 60 minutes, eg about 10 minutes
  • a possible preferred variant of the invention is the mouthpiece with the sensor unit for the tracer (in particular with a CO sensor for CO measurement), preferably with the above-preferred tgo values, from the rest of the unit removable, so that the subject is given more freedom of movement.
  • the above-mentioned automatically switchable valve between Ü 2 supply and room air can be dispensed with in the corresponding rebreathing device.
  • the respective phases of the measurement procedure are e.g. displayed on a display for the subject and / or operator of the rebreathing device, so that accordingly a preferred rebreathing device according to the invention is equipped with a corresponding evaluation module (eg in the form of a computer) with display (eg computer monitor) or used in the method according to the invention becomes.
  • a corresponding evaluation module eg in the form of a computer
  • display eg computer monitor
  • the rebreathing device according to the invention (which is then also used in the method according to the invention) contains protection mechanisms to protect against unfavorable gas conditions (for example, the oxygen concentration should not be too low, the carbon dioxide concentration should not rise too high). Therefore, it is preferably provided that when exceeding thresholds in an emergency even during the rebreathing phase, a valve for Room air is automatically opened.
  • unfavorable gas conditions for example, the oxygen concentration should not be too low, the carbon dioxide concentration should not rise too high. Therefore, it is preferably provided that when exceeding thresholds in an emergency even during the rebreathing phase, a valve for Room air is automatically opened.
  • the measurement of its concentration is preferably breathable (for example, by integration of several measured values during a breath) . This enables accurate automatic analysis of the washout kinetics.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to the computational (computer-aided) implementation of an integration of the determined tracerderi fourth measurement signals (sensor signals) of Auswaschkinetiken and (which is particularly necessary when measuring the CO concentration via a CO sensor of exhaled CO) a computational separation the proportion of different CO binding compartments, in particular the lung and blood portion of the applied CO, preferably by finding adapted functions (fitting) and decomposition of superimposed functions in individual functions. As a result, an accurate distribution of CO in the system can be calculated.
  • Fig. 1 Schematic representation (in cross section) of an inventively applicable and inventive rebreathing device. The arrow indicates the direction of the airflow when inhaling a subject.
  • Fig. 2 Graphic representation (detail) of the CO signal at the mouth as a function of time in the washout phase (elimination phase of the CO in open system). The abscissa (x-axis) is the time (min), the ordinate (y-axis) is the CO signal (V).
  • Fig. 3 Graphical representation (detail) of the CO signal as a function of time in the washout phase with curve for breath-integrated CO signal. Values on abscissa and ordinate as in FIG. 2.
  • FIG. 5 Graphical representation of the CO-hemoglobin (CO-Hb) saturation (% of Hb 1 present as CO-Hb) determined from the CO concentrations in FIG. 4 over time.
  • FIG. 6 Graphical representation of the adaptation (fitting) to falling exponential functions for the CO elimination from the two main compartments.
  • Fig. 7 Schematic representation of another vomatmungsvoutter according to the invention with fixed or removable unit mouthpiece and measuring sensors (if this unit is removable, the rebreathing device can also be designed without the valve 10 shown, the Clippings A and B show the path of the air when opening the way to the room air (A) or the remindatemreservoir (B)).
  • a mouthpiece 2 is adjoined by an area with measuring sensors and / or devices 3 (in particular a CO sensor and a flow meter, also other sensors or measuring devices such as oxygen or CO 2 sensors or measuring devices are possible here), followed by a CO 2 - Absorption chamber 4.
  • An attachment 5 allows the connection to a CO applicator (for example, a cartridge or a syringe with a defined CO-
  • the CO supply is controlled by a valve 6, which is opened for CO supply, while another valve 7, the connection to a remindatemreservoir 8, for example in the form of a so-called Douglassack, which may have, for example, an internal volume of 3 I.
  • the valves 6 and 7 may be embodied, for example, coupled, so that the valve 7 can be opened with a time delay after the valve 6, for example as a coupled, automated vacuum valve system 9 with flow / volume meter.
  • Another valve 10 may allow the supply of fresh air or oxygen.
  • the data of the measuring sensors and / or devices in the area 3 and the control of the valves can via a (multi-component executable) evaluation module 11 (which may include a control, for example, the CO dosage, the valves and other relevant components of the rebreathing device 1 and
  • a connectable computer can be executed and preferably the necessary programs, in particular for the implementation of the following calculation rules (eg, the formulas and algorithms, as given below), includes) collected and evaluated or made.
  • Fig. 7 shows a variant in which instead of the Douglassackes as mulchatemreservoir 8 (here accordion-like expandable) bellows is provided, allowing a simpler determination of the volume (for example, by measuring the height of the bellows or a parallel calibrated display) in the rebreathing reservoir, thus allowing easier correction for uninflated CO in the rebreathing device.
  • valve 10 can be omitted, namely, if a separation area 24 (eg, as aufsteckbares on or in the remaining area of the connector with the mouthpiece 2) is provided - then the mouthpiece with the measuring sensors and devices 3 can be separated from the rest of the rebreathing device after inhaling the CO 5 and CO exhalation can be performed without these other components, which can allow high mobility for a subject.
  • the separation region 24 may be provided and yet a valve 10, or the separation region 24 may be omitted entirely and then a valve 10 may be provided to switch between room air and air in the rest of the rebreathing device.
  • a computer 23 (corresponding to the evaluation module 11 in FIG. 1) enables the collection and evaluation of the data.
  • the CO sensor one having a tgo of 500 ms or less, for example, 250 or, preferably, 125 ms, is used, or is provided in the device, to allow a plurality of measured values to be obtained, for example advantageously a correspondingly equipped IR -Sensor. This can for example be equipped so that an aliquot of the gas flowing through the device is branched off and supplied to the actual sensor.
  • Standard gas eg, 50 ppm CO
  • room air or CO-free standard gas (0 ppm)
  • the rebreathing device 1 can be set up to dose a certain amount of CO, for example by attaching a cartridge, bottle, syringe, bag, chamber or other containing a suitable predetermined amount of CO Container, pumping of such an amount or the like.
  • Suitable amounts of CO are 0.7 to 1.0 ml per kilogram body weight of the subject.
  • the rebreathing device is filled with a suitable breathing gas, such as pure oxygen. This filling can also be done without the presence of the subject.
  • a subject is connected via the mouthpiece 2 (alternatively, for example, a tube would be possible) connected (if he is not already connected in the previous steps).
  • a first step the subject breathes through the area with measuring sensors and / or devices 3 with the valve 10 open (or, if a separation area 24 is present, with mouthpiece 2 and measuring sensors and devices 3 and 2 connected to the rest of the rebreathing device) open) valve 10), for example, 10 breaths quietly on and off.
  • the valve 10 open (or, if a separation area 24 is present, with mouthpiece 2 and measuring sensors and devices 3 and 2 connected to the rest of the rebreathing device) open) valve 10), for example, 10 breaths quietly on and off.
  • the rebreathing device 1 which is previously filled, for example, with pure oxygen or air, the previously set body weight-adapted amount of CO, via e.g. about 2 minutes in the closed
  • the continuous registration of the breaths over, for example, 10 minutes takes place analogously to the measurement before Application of the carbon monoxide with the valve 10 open and / or with the use of a possibly existing separation region 24 removed unit mouthpiece 2 and measuring sensors and devices 3.
  • the necessary (CO concentration, flow) and possibly optional data are collected (for example if only the end-alveolar concentration of CO is to be measured, this is determined by parallel determination of the CO 2 concentration (for example by gas chromatography), which is also highest in the end-alveolar gas, and by the corresponding CO concentration measurements be correlated). In the example described further below not only the end-alveolar, but the CO concentration is used during the entire breath.
  • raw data (signals) 12 are obtained (FIG. 2) which, as shown here, can advantageously be smoothed by a so-called “moving-averaging” method (for example, by in each case one data window of 20 values each)
  • the measurement signal (hereinafter also referred to as V) of the sensor is applied.)
  • the CO concentration can now be determined automatically by computer-aided breathing (FIG Signals (V) are here integrated (Fig. 3) in the device itself Breathable (“Breath-by-Breath”) computer-aided.
  • Curve 14 corresponds to the uncalibrated, breath-integrated CO signal.
  • the breath detection is based, for example, on the analysis of the signal, not shown here, for the flow of breathing gas (Flow, l / s).
  • the values for the breath-by-breath course of the expiratory CO concentration [CO] are determined computer-assisted (FIG. 4).
  • every data point represented corresponds to one breath over time (time (min)).
  • CO-Hb saturation can be graphically (or computationally) represented
  • the leaching of CO from the organism after the rebreathing phase when measuring the CO in the respiratory gas is mainly made up of two compartments:
  • Fig. 6 illustrates the non-linear modeling of leaching two compartments according to the general equation II, obtained here using eg the Levenberg-Marquardt algorithm (other adaptation algorithms would also be usable, such as the Gauss-Newton algorithm or the method of gradient descent) ):
  • CO-Hb (%) Asiut ' e " ⁇ Blood ⁇ ⁇ + A Lung ⁇ ⁇ e " ALunge ⁇ + s (II)
  • t is the time after completion of the rebreathing phase and s is the reference value for the CO-Hb (%) fraction of total Hb before CO administration.
  • a and ⁇ are the respective macro parameters of the blood and lung washout functions.
  • Fig. 6 can be clearly distinguished between the two main compartments of the CO distribution in the rebreathing phase (blood compartment, fitted curve 18, lung compartment: fitted curve 19), the straight line 20 stands for the reference value for CO-Hb (%) before the beginning of CO application.
  • a generally valid reference for the calculation of the Hb mass represents the size A B iut 21.
  • the values thus obtained permit a calculation of the hemoglobin mass: Based on the increase in CO-Hb saturation during the rebreathing phase, which can be determined by the measurement data, at an optimized time, the amount of hemoglobin mass is determined from the administered CO amount, for example, according to equation III (Schmidt et al., Eur. J. Physiol. 95 (5-6): 486-95, 2005, and Bürge et al., J. Med.
  • Hb mass (g) K ⁇ D co '100 • ( ⁇ HbCO% ⁇ 1, 39) "1 (III) Barometric pressure (mm Hg) • 273 0 K)
  • Dco is the applied CO dose
  • ⁇ HbCO% is the increase in HbCO (%) (increase in absolute%) by the rebreathing phase and 1
  • 39 is the Hüfner number (measure how much ml of oxygen or carbon monoxide can bind a gHb ).
  • the selection of the window for ⁇ HbCO% is relevant for the quality of the Hb mass calculation. Ideally, this should be the moment of maximum binding and distribution of the amount of CO inhaled in the rebreathing phase. However, this time varies due to individual CO kinetics from subject to subject. The method shown for exact numerical detection of the dynamic change is therefore suitable i.a. also for the optimization of this value.
  • D C o can be corrected according to the model shown with the amount of CO "lost" via the lung compartment according to equation V:
  • COsystem is the remaining amount of CO in the rebreathing system at the end of the experiment - this value is determined by the measured CO concentration and the (known and when using eg a bellows as mulchatemreservoir 8 as shown in Fig. 7 very easily determinable) volume of System determines. For example, this can be done by means of a shown in Fig. 1, for example, only 22, an aliquot part of the gas in the rebreathing system is directed to the measuring sensors or devices 3, where the CO concentration is determined. Other arrangements (also separate sensors for CO concentration in the rebreathing device) may alternatively be used.
  • the total body hemoglobin mass can be calculated by way of example:
  • K is calculated according to C. Bürge et al., J. Appl. Physiol. 79 (2), 623-631, 1995) at a temperature of 26.8 ° C and a barometric pressure of 735.5 mm Hg as:
  • Equation VIII After substitution in Equation III, the result for the Hb mass is obtained via Equation VIII:
  • Corresponding computing steps are computer implemented via suitable computer software in the evaluation unit 11 or the computer 24 (evaluation unit and computer are used interchangeably in the present application), so that the total body hemoglobin can be determined automatically.
  • the determination of the decrease in CO-Hb concentration can also be carried out by other noninvasive methods, for example by means of a pulse oximeter, which is also equipped for the measurement of CO-Hb. These measurements can be used, for example, to determine the general body status or for diagnostic purposes for healing purposes.

Abstract

Disclosed is a non-invasive method for obtaining measured data suitable for determining the total amount of hemoglobin of a lung breather. In said method, a predefined dose of a breathable tracer is set and is non-invasively fed to the lung breather via one of his or her mucous membranes, and absorption and/or elimination of the breathable tracer is determined at a plurality of points in time by non-invasively measuring a parameter that correlates with the amount of the tracer in the body of the lung breather. Also disclosed are a suitable apparatus as well as CO to be used or the use of CO in a corresponding (e.g. diagnostic) method. Adequate computing rules (illustrated in figure 6, for example) make it possible to automatically determine the total body hemoglobin concentration.

Description

Nicht invas ives Messverfahren, Vorrichtung und deren Verwendung Non-invasive measuring method, device and their use
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (oder eine Methode) zur Gewinnung von Messdaten, die zur Bestimmung der Gesamthämoglobinmenge eines Lungenatmers geeignet sind, bei dem (oder der) eine vorher festgelegte Dosis eines abatembaren Tracers eingestellt und über eine Körperschleimhaut des Lungenatmers diesem nichtinvasiv zugeführt wird, und für das Verfahren verwendbare Vorrichtungen sowie entsprechende Verwendungen sowie Tracer für entsprechende Anwendungen.The invention relates to a method (or method) for obtaining measurement data suitable for determining the total amount of hemoglobin of a lung respirator, in which a predetermined dose of a breathable tracer is adjusted and noninvasively delivered through a body mucosa of the lung respirator; and devices useful in the method, and corresponding uses, and tracers for related applications.
Das Blut von Lungenatmern (Landwirbeltiere wie Menschen) besteht aus Blutzellen und Plasma. Der Anteil der Blutzellen am Gesamtblutvolumen wird, da die roten Blutzellen dominieren, auch als Erythrozytenvolumen bezeichnet. Eng mit dieser Größe verbunden ist die Gesamthämoglobinmenge des Organismus, die für den Sauerstofftransport im Körper eine entscheidende Rolle spielt.The blood of pulmonary breaths (terrestrial animals like humans) consists of blood cells and plasma. The proportion of blood cells in the total blood volume is also called the volume of erythrocytes because the red blood cells dominate. Closely associated with this size is the total amount of hemoglobin in the organism, which plays a crucial role in the transport of oxygen in the body.
In der klinischen Routine werden Aussagen über die Menge an Blut einesIn clinical routine, statements are made about the amount of blood one
Organismus zumeist anhand der Konzentrationen von Hämoglobin und den Hämatokritwert getroffen. Da dieses jedoch reine Verhältnismaße sind, sind sie ausgesprochen fehleranfällig. So kann z.B. bei akuten Blutungen ein Blutverlust von mehreren Litern auftreten, ohne dass sich Hämoglobinkonzentration oder Hämatokrit ändern.Organism mostly taken from the concentrations of hemoglobin and hematocrit. However, since these are purely proportional measures, they are extremely error-prone. Thus, e.g. In acute bleeding, a blood loss of several liters occur without changing hemoglobin concentration or hematocrit.
Kenntnisse über das Blutvolumen können aber bei verschiedenen Aspekten für nichtkurative, aber mindestens genau so oft auch kurative Zwecke Entscheidungen erleichtern, sei es zur Prüfung der Leistungsfähigkeit von Sportlern oder von Personen, zur Ermittlung des allgemeinen Status des Körpers, oder dergleichen. Auch Prophylaxe- und Therapieentscheidungen können vereinfacht werden. Bislang wird das Blutvolumen bzw. die Blutmenge nur äußerst selten bestimmt. Der Grund für die geringe Anzahl an Messungen liegt in den bislang sehr belastenden, schwer oder für bestimmte Zwecke nicht praktikablen und teueren Messmethoden.However, knowledge of the blood volume may facilitate decisions in various aspects for non-curative but at least as often curative purposes, be it to test the performance of athletes or individuals, to determine the general status of the body, or the like. Prophylaxis and therapy decisions can also be simplified. So far, the blood volume or the amount of blood is determined only very rarely. The reason for the low number of measurements is in the past very stressful, difficult or for some purposes impractical and expensive measurement methods.
Alle bekannten Messmethoden zur Blutvolumenbestimmung beruhten auf der invasiven Einbringung eines Tracers (was in der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise eine Spurensubstanz bedeutet, die durch Messung verfolgt werden kann), in der Regel einem radioaktivem Material (z.B. 51Chrom, 125lod, radioaktiv markiertem Eisen) oder einem Färb- oder Fluoreszenzfarbstoff (z.B. Evans Blue), in die Blutbahn, z.B. durch Injektion oder Infusion. Die Konzentration dieses Ma- terials in einer anschließend entnommenen Blutprobe ist, nach vollständiger Verteilung im Blut, umgekehrt proportional zur Höhe des Blutvolumens. Praktisch werden bislang überwiegend radioaktive Methoden angewandt. Die Nachteile liegen, neben der Radioaktivität, die besondere Maßnahmen und teure radioaktive Substanzen erforderlich macht, in der Invasivität: In der Regel wird Blut entnommen, radioaktiv markiert und wieder reinfundiert. Diese Vorgehensweise ist teuer, apparativ und personell aufwändig und zeitintensiv, so dass sie nur in radiologischen Abteilungen eingesetzt wird. Für den Patienten ist sie sehr belastend und birgt nicht unerhebliche Risiken in Folge der radioaktiven Strahlung und bezüglich Infektionen beim Einstich durch die Haut.All known blood volume measurement methods have relied on the invasive introduction of a tracer (which in the present disclosure preferably means a trace substance that can be tracked by measurement), usually a radioactive material (eg, 51 chromium, 125 iodine, radiolabelled iron) or a staining or fluorescent dye (eg Evans Blue) into the bloodstream, eg by injection or infusion. The concentration of this material in a subsequently taken blood sample is, after complete distribution in the blood, inversely proportional to the height of the blood volume. Practically mainly radioactive methods are used so far. The disadvantages are, in addition to the radioactivity, which requires special measures and expensive radioactive substances in the invasiveness: As a rule, blood is removed, radioactively labeled and reinfused. This procedure is expensive, complex in terms of equipment and personnel and time-consuming, so that it is used only in radiological departments. For the patient, it is very stressful and involves not insignificant risks as a result of radioactive radiation and infections in the puncture through the skin.
Ein alternatives Verfahren verwendet Kohlenmonoxid als Tracer und basiert auf einem sogenannten Kohlenmonoxid-Rückatmungs-Manöver (Schmidt et. al., Eur. J. Appl. Physiol. 95(5-69, 486-95, 2005). Hierzu wird eine genau definierte Menge an Kohlenmonoxid (CO) über einen kurzen Zeitraum eingeatmet, welches sich im Blut vollständig an das Hämoglobin (als CO-Hb = Carboxyhämoglobin) bindet. Die eingesetzte CO-Menge ist äußerst gering (sie entspricht der CO-Menge, die beim Rauchen von ca. 3 Zigaretten aufgenommen wird) und somit gesundheitlich und hinsichtlich des Gasaustausches unbedenklich. In der Regel ist eine zweiminütige Atemprozedur ausreichend, um den Großteil des im Versuch eingebrachte CO im Blut zu binden. Vor der und unmittelbar im Anschluss an die Atemprozedur wird zu genau definierten Zeitpunkten Blut entnommen und der CO-Hb-Gehalt laborchemisch bestimmt. Die Bestimmung der Gesamtkörperhämoglobinmenge erfolgt dann unter Einbeziehung der eingeatmeten CO-Menge und physikalischer Faktoren, wie des Luftdrucks und der Temperatur, über die Messung des Anstiegs des durch die CO-lnhalation bewirkten CO-Hb-Anteils. Die Teilvolumina des Blutes (Erythrozytenvolumen, Plasmavolumen) und das totale Blutvolumen können anschließend berechnet werden. Der Fehler der Messmethode liegt bei 0,4 bis 2,8 %.An alternative method uses carbon monoxide as a tracer and is based on a so-called carbon monoxide rebreathing maneuver (Schmidt et al., Eur. J. Appl. Physiol 95 (5-69, 486-95, 2005)) Inhaled amount of carbon monoxide (CO) over a short period of time, which completely binds to the hemoglobin (as CO-Hb = carboxyhemoglobin) in the blood The amount of CO used is extremely low (it corresponds to the amount of CO emitted when smoking) As a rule, a two-minute respiratory procedure is sufficient to bind the majority of the CO introduced in the experiment in the blood before and immediately after the breathing procedure becomes too accurate Blood is withdrawn at defined times and the CO-Hb content determined laboratory-chemically.The determination of the total body hemoglobin amount is then carried out taking into account the amount of CO inhaled and physi cal factors, such as air pressure and temperature, via the measurement of the rise CO-Hb content caused by CO inhalation. The partial volumes of the blood (erythrocyte volume, plasma volume) and the total blood volume can then be calculated. The error of the measurement method is 0.4 to 2.8%.
Der große Schwachpunkt der Methode ist die Notwendigkeit der Blutentnahme, die zudem zu genau definierten Zeitpunkten erfolgen muss, um ein valides Ergebnis zu erzielen. Dies erfordert auch den Betrieb eines zuverlässig kalibrierten CO-Hb-Messgerätes.The big weakness of the method is the need for blood sampling, which must also be done at precisely defined times in order to achieve a valid result. This also requires the operation of a reliably calibrated CO-Hb meter.
Bereits 1948 wurde (siehe Acta physiologica Scandinavia, Vol. 16, 211 -231 (1948)) ein Verfahren veröffentlicht, bei dem eine Abschätzung der CO-Hb-Menge im Blut mittels Analyse der CO-Konzentration der „alveolären" Luft nach Einatmen einer Menge CO während 15 Minuten beschrieben. Hier kann jedoch allenfalls aus der anschließenden Gleichgewichtskonzentration, die erst nach längerer Atmung nach der CO-Zufuhr erreicht wird, auf die Menge an CO-Hb im Blut in der Art rückgeschlossen werden, dass eine Aussage über die Gesamtmenge an Hämoglobin im Körper gemacht werden kann. Da bereits zuvor über 22 Minuten das Rückatmungssystem vorbeatmet werden muss, ist die Messmethode sehr zeitaufwändig und hat sich nicht in der Praxis durchgesetzt. Eine atemzugsabhängige Bestimmung der CO-Konzentration erfolgt nicht, es werden nur Proben aus dem Gesamtsystem entnommen.As early as 1948 (see Acta physiologica Scandinavia, Vol. 16, 211-231 (1948)) a method was published in which an estimate of the amount of CO-Hb in the blood by analysis of the CO concentration of the "alveolar" air after inhalation of a The amount of CO during 15 minutes is described here, but at most from the subsequent equilibrium concentration, which is reached after prolonged respiration after the CO supply, the amount of CO-Hb in the blood can be deduced in such a way that a statement about the total amount Since the rebreathing system has to be pre-exhaled for more than 22 minutes, the method of measurement is very time-consuming and has not been established in practice A respiration-dependent determination of the CO concentration does not take place Taken from the entire system.
Bekannt wurden in letzter Zeit auch nicht-invasive Messmethoden mit sogenannten Pulsoximetern. Derartige Vorrichtungen konnten bisher CO-Hb nicht de- tektieren, doch gibt es inzwischen (beispielsweise von der Firma Masimo Corp., Irvine, Kalifornien, USA) solche Geräte, die es erlauben, nicht-invasiv den CO-Hb- Spiegel im Blut zu ermitteln. Dies geschieht durch Verwendung elektromagnetischer Strahlung mehrerer verschiedener Wellenlängen im Bereich des UV-, IR- und/oder sichtbaren Lichts, welche es ermöglichen, eine Reihe von Formen des Hämoglobins (Oxy-, Desoxy-, Carboxy- und Methämoglobin) zu bestimmen und den Blut-Hämoglobin-CO-Sättigungsgrad zu ermitteln.Recently non-invasive measurement methods with so-called pulse oximeters have also become known. Such devices have not yet been able to detect CO-Hb, but in the meantime (for example, the company Masimo Corp., Irvine, California, USA) there are such devices that non-invasively permit the CO-Hb level in the blood determine. This is done by using electromagnetic radiation of several different wavelengths in the range of UV, IR and / or visible light, which make it possible to determine a number of forms of hemoglobin (oxy-, deoxy-, carboxy- and methemoglobin) and the blood To determine hemoglobin CO saturation level.
Aufgabe der Erfindung ist vor diesem Hintergrund, eine Methode und Vorrichtungen zu finden, wie auf einfache Weise Messwerte ermittelt und zur Ermittlung der Gesamtkörperhämoglobinmenge herangezogen werden können. Dabei sollen ein oder mehrere der folgenden Merkmale verwirklicht werden: ein möglichst geringer apparativer Aufwand, eine möglichst geringe Belastung des zu prüfenden Organismus (beispielsweise durch Vermeidung von Radioaktivität und von wiederholten Blutentnahmen), eine hinreichende Genauigkeit, einfache Durchführbarkeit, auch bei verletzten oder geschwächten Probanden, und/oder weitest- gehend automatische Ermittlung des Gesamtkörperhämoglobins, sowie rasche Durchführbarkeit.Against this background, the object of the invention is to find a method and devices for determining measured values in a simple manner and for Determination of the total body hemoglobin amount can be used. One or more of the following features should be realized: the least possible expenditure on equipment, the lowest possible burden on the organism to be tested (for example, by avoiding radioactivity and repeated blood withdrawals), sufficient accuracy, simple feasibility, even in the case of injured or weakened subjects , and / or largely automatic detection of whole body hemoglobin, as well as rapid feasibility.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein eingangs genanntes Verfahren oder entsprechende Vorrichtungen, die dadurch gekennzeichnet sind bzw. ermöglichen, dass die Aufnahme und/oder (vorzugsweise) Elimination des abatembaren Tracers durch nichtinvasive Messung eines mit der Menge des Tracers im Körper des Lungenatmers korrelierten Parameters zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten während eines Atemzuges ermittelt wird und vorzugsweise ein oder mehrere der unten genannten weiteren Verfahrensschritte durchgeführt werden.The object is achieved by a method mentioned at the outset or corresponding devices which are characterized or make it possible to record and / or (preferably) eliminate the abatemable tracer by non-invasive measurement of a parameter correlated with the amount of tracer in the body of the lung respirator a plurality of points in time during a breath is determined and preferably one or more of the further method steps mentioned below are performed.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann, aufbauend auf der CO-Rück- atmungsmethode, die Hämoglobinmasse nicht-invasiv, d.h. ohne Blutentnahme, bestimmt werden.By means of the method according to the invention, based on the CO-rebreathing method, the hemoglobin mass can be non-invasively, i. without blood collection, to be determined.
CO bindet 300 mal besser an Hämoglobin (Hb) als Sauerstoff und diffundiert nach Bindung langsam wieder ab. Die Halbwertszeit für die Abdiffusion von Hb für CO beträgt 4 Stunden. Das vom Hb abdiffundierende CO wird über die Lunge abgeatmet. So ist bekannt, dass die endalveoläre CO-Konzentration direkt mit der CO-Hb-Konzentration im Blut korreliert (siehe z.B. Heinemann et al., J. Clin. Chem. Clin. Biochem 22(3): 229-35, 1984; oder Vremann et al., Clin. Chem. 42(1), 50-56, 1996).CO binds to hemoglobin (Hb) 300 times better than oxygen and diffuses slowly after binding. The half-life for the diffusion of Hb for CO is 4 hours. The CO diffusing away from the Hb is exhaled via the lungs. Thus, it is known that the end-alveolar CO concentration correlates directly with the CO-Hb concentration in the blood (see, for example, Heinemann et al., J. Clin. Chem. Clin. Biochem 22 (3): 229-35, 1984; Vremann et al., Clin. Chem. 42 (1), 50-56, 1996).
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein nichtinvasives Verfahren zur Gewinnung von für die Ermittlung der Gesamthämoglobinmenge eines Lungenatmers geeigneten Messdaten, bei dem eine vorher festgelegte Dosis eines abatembaren Tracers eingestellt und über eine Körperschleimhaut des Lungenatmers diesem nichtinvasiv zugeführt wird und die Aufnahme und/oder vorzugsweise die Elimination des abatembaren Tracers durch nichtinvasive Messung eines mit der Menge des Tracers im Körper des Lungenatmers korrelierten Parameters zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten ermittelt wird.In a first aspect, the invention relates to a noninvasive method for obtaining measurement data suitable for determining the total hemoglobin amount of a lung respirator in which a predetermined dose of a breathable tracer is adjusted and noninvasively delivered through a body mucosa of the lung respirator and the uptake and / or Preferably, the elimination of the breathable tracer is determined by non-invasive measurement of a parameter correlated with the amount of tracer in the body of the lung respirator at a plurality of times.
Dieses Verfahren wird vorzugsweise unter Verwendung geeigneter rechnergestützter Methoden zur automatischen Bestimmung des Gesamtkörper-Hämoglobins verwendet, um eine Automatisierung zu erreichen.This method is preferably used using appropriate computerized methods for the automatic determination of whole body hemoglobin to achieve automation.
Erfindungsgemäße Verfahren können der reinen Gewinnung von Messdaten dienen, von reinen Messignalen über beispielsweise mit der Konzentration des Tracers korrelierten Parametern bis hin zur bevorzugten Bestimmung des Gesamtkörper-Hämoglobins (Gesamtkörperhämoglobinmasse), oder anderer Messdaten wie unten definiert. Die Messdaten können in weiteren Schritten für verschiedene Zwecke verwendet werden: beispielsweise zur bloßen Feststellung des allgemeinen körperlichen Status hinsichtlich der Gesamtkörperhämoglobinmasse ohne Heilzwecke oder auch im Rahmen eines Diagnoseverfahrens insbesondere für Heilzwecke, wobei dann insbesondere in einem ersten Verfahrensschritt eine Dosismenge des Tracers (vorzugsweise ohne Gegenwart des Probanden) bereitgestellt wird.Methods according to the invention can be used for the pure acquisition of measurement data, from pure measurement signals via parameters correlated for example with the concentration of the tracer to the preferred determination of total body hemoglobin (total body hemoglobin mass) or other measurement data as defined below. The measurement data can be used in further steps for various purposes: for example, for the mere determination of the general physical status with respect to the Gesamtkörperhogoglobinmasse without curative purposes or in the context of a diagnostic procedure, especially for medical purposes, then in particular in a first process step, a dose amount of the tracer (preferably without presence of the subject).
Kenntnisse über die Gesamthämoglobinmasse können bei verschiedenen Aspekten für nicht heilungsbezogene, aber auch kurative (= Heil-)Zwecke (dann handelt es sich um ein Diagnostikverfahren im engeren Sinne) nützlich sein, sei es z.B. zur Prüfung der Leistungsfähigkeit von Sportlern (z.B. im Rahmen einer Über- prüfung von deren Trainingszustand) oder von Personen z.B. vor Reisen inKnowledge of total hemoglobin mass may be useful in various aspects for non-cure, but also for curative (= curative) purposes (then it is a diagnostic procedure in the strict sense), be it e.g. for testing the performance of athletes (for example as part of an examination of their training condition) or of persons, e.g. before traveling in
Gebiete mit größeren Höhenlagen oder vor Flugreisen oder zur allgemeinen Ermittlung des Status des Körpers, beispielsweise, um zu ermitteln, ob es möglich ist, dessen Leistungsfähigkeit (auch beim Gesunden) weiter zu erhöhen (erhöhtes Gesamtkörperhämoglobin bedeutet besseren Sauerstofftransport und damit mehr Leistungsfähigkeit), die Eignung für bestimmte Aufgaben oder Situationen oder die Fitness zu überprüfen oder dergleichen. Gegebenenfalls können die gewonnenen Werte auch für diagnostische Zwecke im Sinne eines Diagnoseverfahrens (z.B. für Heilzwecke), auch für Therapieentscheidungen, verwendet werden (z.B. in Dialyse, Onkologie, Intensivmedizin, Notfallversorgung oder dergleichen mehr). Die Erfindung betrifft daher als besonders hervorzuhebenden Spezialfall auch ein erfindungsgemäßes Verfahren (insbesondere ein solches, bei dem die Dosierung durch Einstellung bzw. Bereitstellung einer geeigneten Tracer-Dosis an einer verwendeten Rückatmungsvorrichtung in Abwesenheit des Probanden vorgenommen werden kann bzw. wird), das weiter Deduktionsphase (insbesondere Beurteilung der gefundenen Gesamtkörperhämoglobinmasse und Entscheidung über ein weiteres mögliches therapeutisches Vorgehen durch geeignete Personen, wie Ärzte) beinhaltet.Areas with higher altitudes or before air travel or for general determination of the status of the body, for example, to determine whether it is possible to further increase its performance (including healthy) (increased total body hemoglobin means better oxygen transport and thus more efficiency) Suitability for specific tasks or situations or fitness check or the like. Optionally, the values obtained can also be used for diagnostic purposes in the sense of a diagnostic procedure (eg for healing purposes), also for therapeutic decisions (eg in dialysis, oncology, intensive care, emergency care or the like). The invention therefore also relates, as a special case to be emphasized, to a method according to the invention (in particular one in which the dosage can be made by adjusting or providing a suitable tracer dose to a used rebreathing device in the absence of the subject), the further reduction phase (In particular, assessment of the total body hemoglobin mass found and decision on another possible therapeutic approach by suitable persons, such as doctors).
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Rückatmungsvorrichtung zur nichtinvasiven Bestimmung der Hämoglobinmasse, welche einen Tracer-Sensor, insbesondere CO-Sensor, mit einem t90 von 500 ms oder weniger, vorzugsweise von 250 ms oder weniger, insbesondere von 150 ms oder weniger (beispielsweise einen IR-Sensor, ein Massenspektrometer (MS), einen Gaschromatographen (GC) oder eine GC-MS-Kombination (jeweils geeignet zur Analyse der Atemgase), oder ein zur Messung von CO-Hb ausgerüstetes Pulsoximeter (geeignet zur Bestimmung der CO-Hb-Konzentration im Blut), oder zwei oder mehr gleiche oder verschiedene dieser Sensorvorrichtungen) beinhaltet oder als Zubehör umfasst. Diese kann in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.In a further aspect, the invention relates to a rebreathing device for the noninvasive determination of the hemoglobin mass which comprises a tracer sensor, in particular a CO sensor, having a t 90 of 500 ms or less, preferably of 250 ms or less, in particular of 150 ms or less ( For example, an IR sensor, a mass spectrometer (MS), a gas chromatograph (GC) or a GC-MS combination (each suitable for the analysis of respiratory gases), or equipped for the measurement of CO-Hb pulse oximeter (suitable for determining the CO- Hb concentration in blood), or two or more of the same or different ones of these sensor devices) or included as accessories. This can be used in a method according to the invention.
Vorzugsweise ist sie durch entsprechende Programmierung (wie unten exemplarisch dargelegt) und Ausrüstung speziell darauf eingestellt.Preferably, it is specially set up by appropriate programming (as exemplified below) and equipment.
Die Erfindung betrifft auch mindestens einen TracerGnsbesondere CO)-Sensor (z.B. als IR-Sensor, als Massenspektrometer (MS), als Gaschromatograph (GC) und/oder als GC-MS-Kombination) (jeweils zur Messung der Tracer- z.B. CO- Konzentration in Atemgas) oder ein Pulsoximeter (insbesondere zur Messung der Hb-Tracer-, z.B. Hb-CO-Konzentration), der/ das mit einer Auswerteeinheit ausgerüstet ist, die zur Bestimmung des Gesamtkörper-Hämoglobins programmiert ist, insbesondere über die Elimination eines in einem oben und unten beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Tracers. Vorzugsweise sind dabei die Schritte und Rechenmethoden der Auswertung wie in den Beispielen implementiert (bei Verwendung von mindeestens einem Pulsoximeter vorzugsweise erst ab der Beschreibung der Messdaten in Fig. 5 und ohne Berücksichtigung eines Lungenkompartiments, aber optional unter Berücksichtigung anderer Tracer- bzw. CO-Verteilungskompartimente).The invention also relates to at least one TracerGnsbesondere CO) sensor (eg as an IR sensor, as a mass spectrometer (MS), as a gas chromatograph (GC) and / or GC-MS combination) (each for measuring the tracer eg CO concentration in breathing gas) or a pulse oximeter (in particular for measuring the Hb-tracer, eg Hb-CO concentration), which / which is equipped with an evaluation unit that is programmed to determine the total body hemoglobin, in particular on the elimination of a in a tracers described above and described below. Preferably, the steps and calculation methods of the evaluation are implemented as in the examples (when using at least one pulse oximeter, preferably only starting from the description of the measurement data in FIGS. 5 and without consideration of a lung compartment, but optionally with consideration of other tracer or CO distribution compartments).
Schließlich betrifft die Erfindung auch Kohlenmonoxid zur Anwendung als Tracergas im Rahmen eines nichtinvasiven, insbesondere eines in einem der nachstehenden Ansprüche genannten diagnostischen Verfahrens zur Ermittlung des Gesamtkörperhämoglobingehalts eines Lungenatmers.Finally, the invention also relates to carbon monoxide for use as tracer gas in the context of a non-invasive, in particular one mentioned in one of the following claims diagnostic method for determining the total body hemoglobin content of a pulmonary.
Die vor- und nachstehend verwendeten Begriffe haben vorzugsweise die den nachfolgenden Definitionen entsprechenden Bedeutungen, soweit nichts anderes angegeben ist, wobei jeweils einzelne, mehrere oder alle allgemeineren Begriffe durch spezifischere (auch aus dem Beispiel) ersetzt werden können, was bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergibt:The terms used above and below preferably have the meanings corresponding to the following definitions, unless stated otherwise, where in each case individual, several or all more general terms can be replaced by more specific (also from the example), which results in preferred embodiments of the invention:
Nichtinvasiv bedeutet insbesondere, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren keine Prozeduren unter Verletzung einer Oberfläche (z.B. Haut, Schleimhaut) eines Lungenatmers mittels medizinischer Instrumente oder Apparate, wie Lanzetten, Kathetern, Infusions- oder Injektionsnadeln oder dergleichen, durchgeführt werden, insbesondere, dass keine Blutentnahme stattfindet. Die bloße Auf- nähme eines Mundstückes oder Einführung eines Tubus in den Atemtrakt ist dabei vorzugsweise nicht ausgeschlossen, wie auch leichter Druck durch Pulsoximeter auf die Haut.Non-invasive means, in particular, that in a method according to the invention, no procedures are performed in violation of a surface (eg skin, mucosa) of a lung respirator by means of medical instruments or apparatus such as lancets, catheters, infusion or injection needles or the like, in particular that no blood collection takes place , The mere uptake of a mouthpiece or insertion of a tube into the respiratory tract is preferably not excluded, as well as slight pressure by pulse oximeter on the skin.
Unter Lungenatmern (nachfolgend auch teilweise als Proband bezeichnet, was für Proband oder Probandin steht) sind insbesondere Vögel, Amphibien, Reptilien oder in erster Linie Säugetiere, vor allem Menschen, zu verstehen.Under pulmonary breathing (hereinafter also partially referred to as a subject, which stands for test person or subject) are in particular birds, amphibians, reptiles or primarily mammals, especially humans to understand.
Unter einer festgelegten Dosis ist eine Menge eines Tracers zu verstehen, die für den Probanden nicht oder nur in tolerierbarem Umfang schädigend wirkt - beispielsweise bei Kohlenmonoxid eine solche Menge, die im Bereich von 0,2 bis 5, vorzugsweise von 0,5 bis 2, insbesondere von 0,7 bis 1 ,0 ml Kohlenmonoxid je kg Körpergewicht des Probanden liegt. Diese Dosis wird vorzugsweise derart bereitgestellt, dass ein versehentliches Überdosieren nicht möglich ist, beispielsweise (vorzugsweise vorab) in Form von vorab füllbaren und dann als Zufuhrreservoir anschließbaren oder bereits angeschlossenen Kammern, vorbefüllten Kartuschen, Beuteln, Flaschen oder Spritzen oder ähnlichen Behältnissen, welche die Zuführung einer eindeutig bestimmten Dosis des Tracers erlauben und z.B. über ein offen- und verschließbares Ventil mit einer Rückatmungs- Vorrichtung verbunden sein können. Vorzugsweise kann, insbesondere sofern das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen eines diagnostischen Verfahrens insbesondere für Heilzwecke stattfindet, die Auswertung der Daten ohne Anwesenheit des Probanden vorgenommen werden. Kenntnis der genauen administrierten Dosis ist für die nachfolgende Messung und Berechnung vonnöten.A defined dose is to be understood as meaning an amount of a tracer which does not or only to a tolerable extent have a harmful effect on the subject - for example, in the case of carbon monoxide, an amount ranging from 0.2 to 5, preferably from 0.5 to 2, in particular from 0.7 to 1, 0 ml of carbon monoxide per kg of body weight of the subject. This dose is preferably provided such that accidental overdosing is not possible, for example (preferably in advance) in the form of pre-fillable and then as Supply reservoir connectable or already connected chambers, pre-filled cartridges, bags, bottles or syringes or similar containers, which allow the supply of a clearly determined dose of the tracer and can be connected, for example via an open and lockable valve with a rebreathing device. Preferably, in particular if the method according to the invention takes place in the context of a diagnostic method, in particular for medical purposes, the evaluation of the data can be carried out without the presence of the subject. Knowledge of the exact administered dose is required for subsequent measurement and calculation.
Ein abatembarer Tracer ist eine bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 50 0C gasförmige Spurensubstanz oder ein Vorläufer davon, der einen abatembaren Tracer freisetzt, vorzugsweise ein Gas, insbesondere ein Gas, das mit Hämoglobin eine Komplexbindung eingeht, insbesondere Kohlenmonoxid (CO).A abatembarer tracer is a gaseous at temperatures in the range of 0 to 50 0 C trace substance or a precursor thereof which releases a abatembaren tracer, preferably a gas, in particular a gas, which enters with hemoglobin, a complex bond, particularly carbon monoxide (CO).
Nichtinvasives Zuführen über eine Körperschleimhaut bedeutet insbesondere Zuführen über eine Schleimhaut des Atem- und/ oder des Magen/Darmtrakts, insbesondere der Lunge, entweder mittels einer Dispersion oder Lösung oder vorzugsweise in Gasform, insbesondere über ein Atemgas (dieser Begriff bein- haltet vor- und nachstehen auch Gemische von Gasen). Vorzugsweise erfolgt das Zuführen mittels einer Rückatmungsvorrichtung, da dann auch eine Korrektur um noch in der Lunge vorhandenes CO aufgrund der steilen Anfangsphase der CO- Abnahme in der Ausatemluft vorgenommen werden kann.Non-invasive delivery via a body mucosa means, in particular, delivery via a mucous membrane of the respiratory and / or gastrointestinal tract, in particular of the lung, either by means of a dispersion or solution or preferably in gaseous form, in particular via a respiratory gas (this term includes there are also mixtures of gases). The supply preferably takes place by means of a rebreathing device, since a correction for CO still present in the lungs can then be carried out in the exhaled air due to the steep initial phase of the CO decrease.
Die nichtinvasive Ermittlung der Elimination des abatembaren Tracers mittels eines mit der Menge des Tracers im Körper des Lungenatmers korrelierten Parameters erfolgt vorzugsweise außerhalb (was die Entnahme von Atemgas aus dem Mund nicht ausschließen soll, z.B. über ein Mundstück oder einen Tubus) und/ oder an der Außenseite des Körpers des Lungenatmers, insbesondere über eine Messung der Konzentrationsverringerung des Tracers (als solchem) imThe noninvasive determination of the elimination of the abatembaren tracer by means of a correlated with the amount of tracer in the body of the lung breather parameter is preferably carried out (which should not exclude the removal of breathing gas from the mouth, eg via a mouthpiece or a tube) and / or on the Outside of the body of the lung respirator, in particular via a measurement of the concentration reduction of the tracer (as such) in
(vorzugsweise ausgeatmeten, also Aus-) Atemgas (Konzentration des Tracers direkt als Parameter) mittels eines oder mehrerer spezifischer Sensoren (bevorzugte Variante), und/oder durch eine Messung mittels Absorptionsmessung im sichtbaren, UV und/oder IR-Bereich am unversehrten Körper beispielsweise mittels eines Pulsoximeters, das für die Ermittlung eines mit dem Tracer verknüpften Parameters (beispielsweise die Konzentration des Tracer- Hämoglobinkomplexes) ausgerüstet ist.(preferably exhaled, ie Aus-) breathing gas (concentration of the tracer directly as a parameter) by means of one or more specific sensors (preferred variant), and / or by measurement by absorption measurement in the visible, UV and / or IR range on the intact body, for example by means of a pulse oximeter equipped to detect a parameter associated with the tracer (for example the concentration of the tracer hemoglobin complex).
„Atemgas" ist vorzugsweise das Atemgas in einem geschlossenen System in Mundnähe, oder alternativ oder zusätzlich das Ausatemgas in Mundnähe des Probanden, wobei in einer möglichen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das endalveoläre Ausatemgas gemeint sein kann, in einer anderen das Ein- und Ausatemgas in einem geschlossenen System in Mundnähe, wobei die CO-Menge dann vorzugsweise wie unten gezeigt integriert wird, so dass auch ohne Berücksichtigung der Tracerkonzentrationen nur im endalveolären Ausatemgas gute Resultate erzielt werden können, was ein besonderer Vorteil des betreffenden Verfahrens ist."Breathing gas" is preferably the breathing gas in a closed system near the mouth, or alternatively or additionally the exhalation gas near the mouth of the subject, in one possible preferred embodiment of the invention the end-alveolar exhalation gas may be meant, in another the inhaling and exhaling gas in one closed system near the mouth, wherein the amount of CO is then preferably integrated as shown below, so that even without consideration of the tracer concentrations only in end-alveolar expiratory gas good results can be achieved, which is a particular advantage of the process in question.
„Ermittlung der Elimination zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten" bedeutet, dass während jedes Atemzugs mindestens 2 Messungen, vorzugsweise drei oder mehr Messungen, insbesondere 6 oder mehr Messungen, vorgenommen werden. Der Vorteil einer solchen Vielzahl von Messungen ist, dass Einzelmessfehler besser herausgemittelt werden können. Vorzugsweise kann dies mittels eines Sensors für den Gehalt an Tracer im Atemgas oder eine Pulsoximeters erreicht werden, der/das eine tgo von 500 ms oder weniger, insbesondere von 250 ms oder weniger, vor allem von 150 ms oder weniger aufweist (tgo ist als die Zeit definiert, die erforderlich ist, um 10 % bis 90 % einer Schrittänderung einer Gaskonzentration zu registrieren). Zeitpunkt bedeutet folglich auch Zeitraum. So sind vorzugsweise 2 oder mehr Messungen pro Sekunde möglich, beispielsweise 4 oder mehr Messungen pro Sekunde. Die maximale Zahl möglicher Messungen ist gegebenenfalls durch die t90-Werte der verwendeten Sensoren oder Messgeräte begrenzt."Determination of elimination at a plurality of times" means that during each breath, at least 2 measurements, preferably 3 or more measurements, in particular 6 or more measurements, are taken The advantage of such a variety of measurements is that single measurement errors can be better averaged out Preferably, this can be achieved by means of a sensor for the content of tracer in the respiratory gas or a pulse oximeter having a tgo of 500 ms or less, in particular of 250 ms or less, above all of 150 ms or less (tgo is as defines the time required to register 10% to 90% of a step change in gas concentration.) Time thus also means period, so preferably 2 or more measurements per second are possible, for example 4 or more measurements per second possible measurements may be due to the t90 values of the sensors or measuring instruments used borders.
„Messdaten" sind direkte Sensorsignale und/oder Pulsoximetersignale oder daraus abgeleitete Messgrößen, wie die Tracerkonzentration, die CO-Hb- Konzentration, die Rate der Tracer-Auswaschung (z.B. ΔCO-Hb = Änderung der Carboxyhämoglobinkonzentration) und/oder die Gesamtkörperhämoglobinmasse. Die rechnergestützte (mindestens weitgehend automatisierte) Bestimmung der Gesamthämoglobinmenge eines Lungenatmers aus den erhaltenen Daten, die einen Schritt einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt, und die ebenfalls unter den Begriff „Messdaten" fällt, erfolgt gewünschtenfalls vorteilhaft unter jeweils computergestützter Glättung von Rohdaten, (optional aber bevorzugt; beispielsweise nach einem „Moving-Average"-Verfahren, bei dem z.B. jeweils sequentiell für eine bestimmte Anzahl Messwerte (z.B. 10 oder 20) vor und/oder hinter einem zu glättenden Messwert der Mittelwert gebildet wird), Integration (insbesondere z.B. atemzugsweise Integration, wobei die Atemzugserkennung vorzugsweise mittels der Daten eines Flussmessers (Flow-"Measured data" are direct sensor signals and / or pulse oximeter signals or measurements derived therefrom, such as tracer concentration, CO-Hb concentration, rate of tracer leaching (eg ΔCO-Hb = change in carboxyhemoglobin concentration) and / or total body hemoglobin mass. The computer-aided (at least largely automated) determination of the total hemoglobin amount of a lung respirator from the data obtained, which represents a step of a further preferred embodiment of the invention, and which likewise falls under the term "measurement data", takes place, if desired, advantageously with computer-aided smoothing of raw data, but preferably, for example, according to a "moving average" method in which, for example, the mean value is formed sequentially for a specific number of measured values (eg 10 or 20) before and / or after a measured value to be smoothed), integration (in particular eg breathable integration, wherein the respiratory tract detection is preferably carried out by means of the data of a flow meter (flow meter).
Meter) durchgeführt wird), beispielsweise der Tracer-Konzentration, Ermittlung des Zeitverlaufs der Tracerkonzentration (vorzugsweise unter Zuhilfenahme vorheriger Kalibrierung, insbesondere bei Elimination des Tracers) anhand der Integralwerte und Anwendung von im Prinzip bekannten Umrechenvorschriften (beispielsweise lineare Abhängigkeit der CO-Konzentration und der CO-Hb-Sättigung nach Gleichung I unten) zur Ermittlung der Carboxyhämoglobin(CO-Hb)-Sättigung und/oder (vorzugsweise und) Anpassung von Kurvenfunktionen (insbesondere auch zur Ermittlung von Verteilungskompartimenten des Tracers und deren Separierung) und deren Verwendung in Rechenvorschriften zur Bestimmung des Gesamt-CO-Hb (z.B. beinhaltend die Verwendung der unten gezeigten GleichungMeter), for example, the tracer concentration, determining the time course of the tracer concentration (preferably with the aid of prior calibration, especially when eliminating the tracer) based on the integral values and application of known in principle Umrechvorschriften (for example, linear dependence of the CO concentration and the CO-Hb saturation according to equation I below) for determining the carboxyhemoglobin (CO-Hb) saturation and / or (preferably and) adaptation of curve functions (in particular also for determining distribution compartments of the tracer and their separation) and their use in arithmetic instructions for Determination of total CO-Hb (eg, including the use of the equation shown below
V), beispielsweise mittels den unten in den Beispielen genannten Methoden und Gleichungen.V), for example by means of the methods and equations mentioned below in the examples.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen ein oder mehrere der folgenden Merkmale auf:Preferred embodiments of the present invention have one or more of the following features:
Die erfindungsgemäße Rückatmungsvorrichtung beinhaltet vorzugsweise eine Kalibrierfunktion für den CO-Gehalt. Beispielsweise kann das Nullsignal (Umgebungsluft oder spezielles Atemgas ohne CO) und das Signal für ein Gas mit de- finiertem CO-Gehalt (z.B. 50 ppm) ermittelt und die Differenz der resultierenden Messwerte zur Kalibrierung dienen.The rebreathing device according to the invention preferably includes a calibration function for the CO content. For example, the zero signal (ambient air or special breathing gas without CO) and the signal for a gas with a defined CO content (for example 50 ppm) can be determined and the difference of the resulting measured values used for calibration.
Die erfindungsgemäße Rückatmungsvorrichtung weist vorzugsweise Anschlüsse oder Kammern auf, welche erlauben, den zu verwendenden Tracer(insbesondere CO)-Menge aus Kammern oder Behältern mit klar dosierter Tracermenge, z.B. mit Tracer oder tracerhaltigen Gasgemischen vorbefüllte Einzelkartuschen, vorzubereiten und zu administrieren, was die Sicherheit für die Probanden erhöht.The rebreathing device according to the invention preferably has ports or chambers which allow the tracer to be used (in particular CO) quantity from chambers or containers with a clearly metered amount of tracer, eg with tracer or tracer-containing gas mixtures pre-filled individual cartridges, prepare and administer, which increases the safety for the subjects.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zwischen einer Rückatemphase (vorzugsweise ca. 2 Minuten) und einer Auswaschphase (beispielsweise 5 bis 60 min, z.B. ca. 10 Minuten) des abatembaren Tracers vorzugsweise die automatische Umschaltung des Probandenmundstücks zwischen Rückatemreservoir und Raumluft oder O2-Vorrat über ein automatisch umschaltbares Ventil, z.B. ein elektronisches Magnetventil.In a method according to the invention takes place between a Rückatemphase (preferably about 2 minutes) and a Auswaschphase (for example, 5 to 60 minutes, eg about 10 minutes) of the abatembaren tracer preferably the automatic switching of the proband mouthpiece between Rückatemreservoir and room air or O 2 supply an automatically switchable valve, eg an electronic solenoid valve.
In einer möglichen bevorzugten Variante der Erfindung (Verfahren und Rückatmungsvorrichtung) ist das Mundstück mit der Sensoreinheit für den Tracer (insbesondere mit einem CO-Sensor für die CO-Messung), vorzugsweise mit den oben als bevorzugt angegebenen tgo-Werten, von der übrigen Einheit abnehmbar ausgeführt, so dass für den Probanden mehr Bewegungsfreiheit gegeben ist. In diesem Falle kann bei der entsprechenden Rückatmungsvorrichtung auf das oben genannte automatisch umschaltbare Ventil zwischen Ü2-Vorrat und Raumluft verzichtet werden.In a possible preferred variant of the invention (method and rebreathing device) is the mouthpiece with the sensor unit for the tracer (in particular with a CO sensor for CO measurement), preferably with the above-preferred tgo values, from the rest of the unit removable, so that the subject is given more freedom of movement. In this case, the above-mentioned automatically switchable valve between Ü 2 supply and room air can be dispensed with in the corresponding rebreathing device.
Vorzugsweise werden die jeweiligen Phasen des Messablaufs z.B. auf einem Display für den Probanden und/oder Bediener der Rückatmungsvorrichung angezeigt, so dass entsprechend eine bevorzugte Rückatmungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem entsprechenden Auswertemodul (z.B. in Form eines Com- puters) mit Display (z.B. Computermonitor) ausgerüstet ist bzw. im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.Preferably, the respective phases of the measurement procedure are e.g. displayed on a display for the subject and / or operator of the rebreathing device, so that accordingly a preferred rebreathing device according to the invention is equipped with a corresponding evaluation module (eg in the form of a computer) with display (eg computer monitor) or used in the method according to the invention becomes.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die erfindungsgemäße Rückatmungsvorrichtung (die dann auch im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird) Sicherungsmechanismen zum Schutz gegen ungünstige Gasverhältnisse (beispielsweise darf die Sauerstoffkonzentration nicht zu niedrig, die Kohlendioxidkonzentration nicht zu hoch ansteigen). Daher ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei Überschreiten von Schwellenwerten im Notfall auch während der Rückatemphase ein Ventil zur Raumluft automatisch geöffnet wird.In a preferred embodiment of the invention, the rebreathing device according to the invention (which is then also used in the method according to the invention) contains protection mechanisms to protect against unfavorable gas conditions (for example, the oxygen concentration should not be too low, the carbon dioxide concentration should not rise too high). Therefore, it is preferably provided that when exceeding thresholds in an emergency even during the rebreathing phase, a valve for Room air is automatically opened.
Bei Verwendung der Atemgaskonzentration des Tracers erfolgt die Messung von dessen Konzentration vorzugsweise (beispielsweise durch Integration mehrerer Messwerte während eines Atemzugs) atemzugsweise („Breath by Breath"). Dies ermöglicht die genaue automatische Analyse der Auswaschkinetik.When using the respiratory gas concentration of the tracer, the measurement of its concentration is preferably breathable (for example, by integration of several measured values during a breath) .This enables accurate automatic analysis of the washout kinetics.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft die rechnerische (computergestützte) Durchführung einer Integration der ermittelten tracerderi- vierten Messsignale (Sensorsignale) der Auswaschkinetiken und (was insbesondere bei Messung der CO-Konzentration über einen CO-Sensor des ausgeatmeten CO nötig ist) eine rechnerische Trennung des Anteils verschiedener CO bindender Kompartimente, insbesondere von Lungen- und Blutanteil des applizierten CO, vorzugsweise durch Finden angepasster Funktionen (Fitting) und Zerlegung überlagerter Funktionen in Einzelfunktionen. Hierdurch kann eine genaue Verteilung des CO im System errechnet werden. Nur die blutgebundene CO- Menge ist für die Berechnung des Gesamtkörperhämoglobins relevant, die CO- Mengen anderer Kompartimente (wie noch in der Lunge vorhandenes CO oder in anderen Kompartimenten wie Myoglobin gebundenes CO) sind zwar durch Kurvenanpassung der Abatmungskinetik (Fitting) ermittelbar und so entsprechende Korrekturen möglich, können so jedoch herausgerechnet werden, soweit gewünscht oder erforderlich, um genauere Messwerte zu erhalten. Durch dieses Vorgehen erhöhen sich die Exaktheit und die Reproduzierbarkeit des neuen Messverfahrens.A further preferred embodiment of the invention relates to the computational (computer-aided) implementation of an integration of the determined tracerderi fourth measurement signals (sensor signals) of Auswaschkinetiken and (which is particularly necessary when measuring the CO concentration via a CO sensor of exhaled CO) a computational separation the proportion of different CO binding compartments, in particular the lung and blood portion of the applied CO, preferably by finding adapted functions (fitting) and decomposition of superimposed functions in individual functions. As a result, an accurate distribution of CO in the system can be calculated. Only the blood-bound amount of CO is relevant for the calculation of total body hemoglobin, but the CO levels of other compartments (such as CO still present in the lung or CO bound in other compartments such as myoglobin) can be determined by fitting the abatmoid kinetics (fitting) and are corresponding Corrections are possible, but can be excluded, if desired or required, to obtain more accurate readings. This procedure increases the accuracy and reproducibility of the new measurement method.
Aufnahme- und Abgabeverlauf können alternativ oder gemeinsam verwendet werden, wobei die Abgabe (= Auswasch)-Kinetik (Elimination) bevorzugt ist.Recording and delivery process can be used alternatively or together, with the release (= washout) -Kinetik (elimination) is preferred.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungen finden sich in den Ansprüchen, vorzugsweise in den Unteransprüchen, die hier durch Bezugnahme aufgenommen werden, und im nachfolgenden Beispiel.Further preferred embodiments of the invention can be found in the claims, preferably in the subclaims, which are incorporated herein by reference, and in the following example.
Das nachfolgende Beispiel dient der Illustration der Erfindung, ohne ihren Umfang einzuschränken (wobei Einzelmerkmale oder spezifischere Definitionen aus den Beispielen auch zur genaueren Definition von allgemeineren Erfindungsgegenständen, einzeln oder zu mehreren, herangezogen werden können, was zu bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung führt):The following example is illustrative of the invention without limiting its scope (with individual features or more specific definitions taken from the Examples can also be used for a more precise definition of more general subject matters, individually or in groups, which leads to preferred embodiments of the invention):
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 : Schematische Darstellung (im Querschnitt) einer erfindungsgemäß anwendbaren und erfindungsgemäßen Rückatmungsvorrichtung. Der Pfeil deutet die Richtung des Luftstroms bei Einatmen eines Probanden an. Fig. 2: Graphische Darstellung (Ausschnitt) des CO-Signals am Mund in Abhängigkeit von der Zeit in der Auswaschphase (Eliminationsphase des CO bei offenem System). Auf der Abszisse (x-Achse) ist die Zeit (min), auf der Ordinate (y-Achse) das CO-Signal (V) angegeben.Fig. 1: Schematic representation (in cross section) of an inventively applicable and inventive rebreathing device. The arrow indicates the direction of the airflow when inhaling a subject. Fig. 2: Graphic representation (detail) of the CO signal at the mouth as a function of time in the washout phase (elimination phase of the CO in open system). The abscissa (x-axis) is the time (min), the ordinate (y-axis) is the CO signal (V).
Fig. 3: Graphische Darstellung (Ausschnitt) des CO-Signals in Abhängigkeit von der Zeit in der Auswaschphase mit Kurve für atemzugsweise integriertes CO- Signal. Werte auf Abszisse und Ordinate wie in Fig. 2.Fig. 3: Graphical representation (detail) of the CO signal as a function of time in the washout phase with curve for breath-integrated CO signal. Values on abscissa and ordinate as in FIG. 2.
Fig. 4: Graphische Darstellung der aus integrierten CO-Signalen (wie in Fig. 3 gezeigt) mit Hilfe einer Kalibrierung ermittelten CO-Konzentrationen in Abhängigkeit von der Zeit. Zeiträume sind als Balken dargestellt. Jeder Punkt entspricht einem Atemzug. X-Achse Zeit (min), y-Achse CO-Konzentration im Atemgas (ppm).4: Graphical representation of the CO concentrations determined from integrated CO signals (as shown in FIG. 3) with the aid of a calibration as a function of time. Periods are shown as bars. Each point corresponds to one breath. X-axis time (min), y-axis CO concentration in respiratory gas (ppm).
Fig. 5: Graphische Darstellung der aus den CO-Konzentrationen in Fig. 4 ermittelten CO-Hämoglobin (CO-Hb)-Sättigung (% des Hb1 die als CO-Hb vorliegen) über der Zeit. x-Achse Zeit (min), y-Achse CO-Hb-Sättigung in %. Fig. 6: Graphische Darstellung der Anpassung (Fitting) an abfallende Exponentialfunktionen für die CO-Elimination aus den zwei HauptkompartimentenFIG. 5: Graphical representation of the CO-hemoglobin (CO-Hb) saturation (% of Hb 1 present as CO-Hb) determined from the CO concentrations in FIG. 4 over time. FIG. x-axis time (min), y-axis CO-Hb saturation in%. FIG. 6: Graphical representation of the adaptation (fitting) to falling exponential functions for the CO elimination from the two main compartments. FIG
Blut und Lunge, sowie des Referenz(Null)-wertes für CO-Hb vor Beginn der CO- Applikation (gemessen über die CO-Konzentration in der Atemluft vor CO- Administration) und der (auch durch Addition der abgeleiteten Komponenten resultierenden) Ausgangskurve in Abhängigkeit von der Zeit. X-Achse = Zeit (min), y-Achse = CO-Hb-Sättigung in %.Blood and lung, as well as the reference (zero) value for CO-Hb before CO application (measured by the CO concentration in the respiratory air before CO administration) and the initial curve (also resulting from addition of the derived components) Dependence on time. X-axis = time (min), y-axis = CO-Hb saturation in%.
Fig. 7: Schematische Darstellung einer weiteren Rückatmungsvorichtung gemäß der Erfindung mit fester oder abnehmbarer Einheit aus Mundstück und Messsensoren (wenn diese Einheit abnehmbar ist, kann die Rückatmungsvorrichtung auch ohne das gezeigte Ventil 10 ausgeführt sein, wobei die Ausschnitte A und B den Weg der Luft bei Öffnung des Weges zur Raumluft (A) oder zum Rückatemreservoir (B) zeigen).Fig. 7: Schematic representation of another Rückatmungsvorichtung according to the invention with fixed or removable unit mouthpiece and measuring sensors (if this unit is removable, the rebreathing device can also be designed without the valve 10 shown, the Clippings A and B show the path of the air when opening the way to the room air (A) or the Rückatemreservoir (B)).
Fig. 1 zeigt eine exemplarische Rückatmungsvorrichtung 1 zur nichtinvasiven Ermittlung der Hämoglobinmasse. An ein Mundstück 2 schließt sich ein Bereich mit Messsensoren und/oder -geraten 3 (insbesondere einem CO-Sensor und einem Durchflussmesser, auch weitere Sensoren oder Messgeräte wie Sauerstoffoder Cθ2-Sensoren oder Messgeräte sind hier möglich) an, gefolgt von einer CO2- Absorptionskammer 4. Ein Aufsatz 5 ermöglicht die Verbindung zu einem CO- Applikator (beispielsweise einer Kartusche oder einer Spritze mit definierter CO-1 shows an exemplary rebreathing device 1 for noninvasive determination of the hemoglobin mass. A mouthpiece 2 is adjoined by an area with measuring sensors and / or devices 3 (in particular a CO sensor and a flow meter, also other sensors or measuring devices such as oxygen or CO 2 sensors or measuring devices are possible here), followed by a CO 2 - Absorption chamber 4. An attachment 5 allows the connection to a CO applicator (for example, a cartridge or a syringe with a defined CO-
Menge). Die CO-Zufuhr wird über ein Ventil 6 geregelt, das zur CO-Zufuhr geöffnet wird, während ein weiteres Ventil 7 die Verbindung zu einem Rückatemreservoir 8, beispielsweise in Form eines sogenannten Douglassacks, der beispielsweise ein Innenvolumen von 3 I haben kann, ermöglicht. Die Ventile 6 und 7 können beispielsweise gekoppelt ausgeführt sein, so dass Ventil 7 zeitversetzt nach Ventil 6 geöffnet werden kann, beispielsweise als gekoppeltes, automatisiertes Unterdruckventilsystem 9 mit Durchfluss/Volumenmesser. Ein weiteres Ventil 10 kann die Zufuhr von Frischluft oder Sauerstoff ermöglichen. Die Daten der Messsensoren und/oder -gerate im Bereich 3 und die Steuerung der Ventile können über ein (auch mehrkomponentig ausführbares) Auswertemodul 11 (das auch eine Steuerung beispielsweise der CO-Dosierung, der Ventile und anderer relevanter Komponenten der Rückatmungsvorrichtung 1 beinhalten kann und z.B. als anschließbarer Computer ausgeführt sein kann und vorzugsweise die erforderlichen Programme, insbesondere für die Durchführung der nachfolgenden Rechenvorschriften (z.B. die Formeln und Algorithmen, wie unten angegeben), beinhaltet) gesammelt und ausgewertet bzw. vorgenommen werden.Amount). The CO supply is controlled by a valve 6, which is opened for CO supply, while another valve 7, the connection to a Rückatemreservoir 8, for example in the form of a so-called Douglassack, which may have, for example, an internal volume of 3 I. The valves 6 and 7 may be embodied, for example, coupled, so that the valve 7 can be opened with a time delay after the valve 6, for example as a coupled, automated vacuum valve system 9 with flow / volume meter. Another valve 10 may allow the supply of fresh air or oxygen. The data of the measuring sensors and / or devices in the area 3 and the control of the valves can via a (multi-component executable) evaluation module 11 (which may include a control, for example, the CO dosage, the valves and other relevant components of the rebreathing device 1 and For example, as a connectable computer can be executed and preferably the necessary programs, in particular for the implementation of the following calculation rules (eg, the formulas and algorithms, as given below), includes) collected and evaluated or made.
Die in Fig. 7 gezeigte alternative Ausführungsform zeigt eine Variante, bei der anstelle des Douglassackes als Rückatemreservoir 8 ein (hier ziehharmonikaähnlich aufweitbarer) Balg vorgesehen ist, was eine einfachere Bestimmung des Volumens (beispielsweise durch Messen der Höhe des Balges oder eine parallele kalibrierte Anzeige) im Rückatemreservoir ermöglicht und so eine einfachere Korrektur um nicht eingeatmetes CO in der Rückatemvorichtung ermöglicht. In einer möglichen Ausführungsform kann hier das Ventil 10 weggelassen werden, nämlich, wenn ein Trennbereich 24 (z.B. als auf oder in den übrigen Bereich aufsteckbares Ende des Verbindungsstückes mit dem Mundstück 2) vorgesehen ist - dann kann nach Einatmen des CO das Mundstück mit den Messsensoren und -geraten 3 von der übrigen Rückatemvorrichtung getrennt 5 werden und die CO-Abatmung ohne diese übrigen Komponenten durchgeführt werden, was hohe Beweglichkeit für einen Probanden ermöglichen kann. In einer anderen Ausführungsform kann auch der Trennbereich 24 vorgesehen sein und dennoch ein Ventil 10, oder der Trennbereich 24 kann ganz weggelassen werden und dann ein Ventil 10 vorgesehen sein, um zwischen Raumluft und Luft in der o übrigen Rückatmungsvorrichtung umzuschalten. Ein Computer 23 (entsprechend dem Auswertemodul 11 in Fig. 1) ermöglicht das Sammeln und Auswerten der Daten.The alternative embodiment shown in Fig. 7 shows a variant in which instead of the Douglassackes as Rückatemreservoir 8 (here accordion-like expandable) bellows is provided, allowing a simpler determination of the volume (for example, by measuring the height of the bellows or a parallel calibrated display) in the rebreathing reservoir, thus allowing easier correction for uninflated CO in the rebreathing device. In one possible embodiment, here the valve 10 can be omitted, namely, if a separation area 24 (eg, as aufsteckbares on or in the remaining area of the connector with the mouthpiece 2) is provided - then the mouthpiece with the measuring sensors and devices 3 can be separated from the rest of the rebreathing device after inhaling the CO 5 and CO exhalation can be performed without these other components, which can allow high mobility for a subject. In another embodiment, the separation region 24 may be provided and yet a valve 10, or the separation region 24 may be omitted entirely and then a valve 10 may be provided to switch between room air and air in the rest of the rebreathing device. A computer 23 (corresponding to the evaluation module 11 in FIG. 1) enables the collection and evaluation of the data.
Ansonsten gelten für die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung die vor- und nachstehend 5 zu Fig. 1 gemachten Beschreibungen.Otherwise, for the device shown in Fig. 7, the above and below 5 descriptions made to Fig. 1 apply.
Als CO-Sensor wird ein solcher mit einer tgo von 500 ms oder weniger, beispielsweise von 250 oder vorzugsweise von 125 ms, verwendet bzw. ist in der Vorrichtung vorgesehen, um die Gewinnung einer Vielzahl von Messwerten zu0 ermöglichen, beispielsweise vorteilhaft ein entsprechend ausgerüsteter IR-Sensor. Dieser kann beispielsweise so ausgestattet sein, dass ein Aliquot des durch die Vorrichtung strömenden Gases abgezweigt und dem eigentlichen Sensor zugeführt wird.As the CO sensor, one having a tgo of 500 ms or less, for example, 250 or, preferably, 125 ms, is used, or is provided in the device, to allow a plurality of measured values to be obtained, for example advantageously a correspondingly equipped IR -Sensor. This can for example be equipped so that an aliquot of the gas flowing through the device is branched off and supplied to the actual sensor.
5 Im Verfahren kann zunächst kann eine 2-Punkt-Kalibrierung des CO-Sensors mit5 In the procedure can first be a 2-point calibration of the CO sensor with
Standardgas (z.B. 50 ppm CO) und gegen den Leerwert (Raumluft oder CO-freies Standardgas (0 ppm) durchgeführt werden (auch ohne Probanden), wie im vorliegenden Beispiel. 0 Ebenfalls ohne Probanden kann (und wird im vorliegenden Beispiel), basierend auf Kenntnis von dessen Körpergewicht, die Rückatmungsvorrichtung 1 zur Dosierung einer bestimmten Menge an CO eingerichtet werden, beispielsweise durch Anbringung einer Kartusche, Flasche, Spritze, eines Beutels, einer Kammer oder eines sonstigen eine geeignete vorbestimmte Menge an CO beinhaltenden Behälters, Zupumpen einer solchen Menge oder dergleichen. Geeignete Mengen CO liegen bei 0,7 bis 1 ,0 ml pro Kilogramm Körpergewicht des Probanden. Die Rückatmungsvorrichtung wird mit einem geeigneten Atemgas gefüllt, wie beispielsweise reinem Sauerstoff. Auch diese Befüllung kann noch ohne Gegenwart des Probanden erfolgen.Standard gas (eg, 50 ppm CO) and against the blank (room air or CO-free standard gas (0 ppm) can be carried out (even without subjects), as in this example .. 0 Also without subjects can (and will in the present example) based on Knowing its body weight, the rebreathing device 1 can be set up to dose a certain amount of CO, for example by attaching a cartridge, bottle, syringe, bag, chamber or other containing a suitable predetermined amount of CO Container, pumping of such an amount or the like. Suitable amounts of CO are 0.7 to 1.0 ml per kilogram body weight of the subject. The rebreathing device is filled with a suitable breathing gas, such as pure oxygen. This filling can also be done without the presence of the subject.
Anschließend wird ein Proband über das Mundstück 2 (alternativ wäre z.B. ein Tubus möglich) angeschlossen (wenn er nicht bereits bei den vorhergehenden Schritten angeschlossen ist).Subsequently, a subject is connected via the mouthpiece 2 (alternatively, for example, a tube would be possible) connected (if he is not already connected in the previous steps).
In einem ersten Schritt atmet der Proband durch den Bereich mit Messsensoren und/oder -geraten 3 bei geöffnetem Ventil 10 (oder, falls ein Trennbereich 24 vorliegt, bei an die übrige Rückatemvorrichtung angeschlossener Einheit aus Mundstück 2 und Messensoren und -geraten 3 und (falls vorhanden) geöffnetem Ventil 10) beispielsweise 10 Atemzüge ruhig ein und aus. Dabei können folgendeIn a first step, the subject breathes through the area with measuring sensors and / or devices 3 with the valve 10 open (or, if a separation area 24 is present, with mouthpiece 2 and measuring sensors and devices 3 and 2 connected to the rest of the rebreathing device) open) valve 10), for example, 10 breaths quietly on and off. Here are the following
Größen als Referenzen erhoben werden:Sizes are collected as references:
Durchfluss (Flow) in l/s fraktionale CO2-Konzentration (%) (optional) fraktionale O2-Konzentration (%) (optional) fraktionale CO-Konzentration (ppm)Flow rate in l / s Fractional CO 2 concentration (%) (optional) Fractional O 2 concentration (%) (optional) Fractional CO concentration (ppm)
In einem nächsten Schritt wird über die Rückatmungsvorrichtung 1 , die beispielsweise zuvor mit reinem Sauerstoff oder Luft gefüllt ist, die vorher eingestellte kör- pergewichtsadaptierte Menge an CO über z.B. ca. 2 Minuten im geschlossenenIn a next step, via the rebreathing device 1, which is previously filled, for example, with pure oxygen or air, the previously set body weight-adapted amount of CO, via e.g. about 2 minutes in the closed
Zustand des Systems (Ventil 10, falls vorhanden, geschlossen) rückgeatmet. Wegen seiner hohen Affinität zu Hämoglobin wird das CO während dieser Phase in hohem Umfang vom Hämoglobin gebunden. Ein weiterer wesentlicher Anteil des CO-Bolus, der auf diese Weise nicht ans Hb gebunden werden konnte, befindet sich im Abschluss der Rückatmungsphase im Kompartiment Lunge.Condition of the system (valve 10, if present, closed) blown back. Because of its high affinity for hemoglobin, CO is bound extensively by hemoglobin during this phase. Another essential part of the CO bolus, which could not be bound to Hb in this way, is in the completion of the rebreathing phase in the lung compartment.
Nach Ende der z.B. ca. 2-minütigen Rückatmungsphase mit geschlossenem System erfolgt in der sich anschließenden Auswaschphase die kontinuierliche Registrierung der Atemzüge über z.B. 10 Minuten analog zur Messung vor der Applikation des Kohlenmonoxids bei offenem Ventil 10 und/oder bei unter Nutzung eines ggf. vorhandenen Trennbereichs 24 abgenommener Einheit aus Mundstück 2 und Messensoren und -geraten 3. Die nötigen (CO-Konzentration, Durchfluss) und ggf. optionalen Daten werden erhoben (beispielsweise kann, sofern nur die endalveoläre Konzentration des CO gemessen werden soll, dies durch parallele Ermittlung der CO2-Konzentration (beispielsweise mittels Gas-Chromatographie), die ebenfalls im endalveolären Gas am höchsten ist, bestimmt und mit den zeitlich entsprechenden Messwerten für die CO-Konzentration korreliert werden). Im nachfolgend weiter beschriebenen Beispiel wird nicht nur die endalveoläre, sondern die CO-Konzentration jeweils während des gesamten Atemzuges genutzt.After the end of the approximately 2-minute rebreathing phase with the system closed, for example, in the subsequent wash-out phase, the continuous registration of the breaths over, for example, 10 minutes, takes place analogously to the measurement before Application of the carbon monoxide with the valve 10 open and / or with the use of a possibly existing separation region 24 removed unit mouthpiece 2 and measuring sensors and devices 3. The necessary (CO concentration, flow) and possibly optional data are collected (for example if only the end-alveolar concentration of CO is to be measured, this is determined by parallel determination of the CO 2 concentration (for example by gas chromatography), which is also highest in the end-alveolar gas, and by the corresponding CO concentration measurements be correlated). In the example described further below not only the end-alveolar, but the CO concentration is used during the entire breath.
Es werden in der Auswaschphase Rohdaten (Signale) 12 erhalten (Fig. 2), die wie hier gezeigt vorteilhaft computergestützt durch ein sogenanntes „Moving-Ave- rage"-Verfahren geglättet werden können (beispielsweise, indem jeweils ein Datenfenster von jeweils 20 Werten auf das Messsignal (nachfolgend auch als V bezeichnet) des Sensors appliziert wird). Aus dem resultierenden geglätteten (oder auch ungeglätteten) Kurvenverlauf 13 bzw. den entsprechenden Zahlenwerten kann die CO-Konzentration nun automatisch computergestützt atemzugsweise ermittelt werden (Fig. 3). Die CO-Signale (V) werden hier (Fig. 3) im Gerät selbst atemzugsweise („Breath-by-Breath") computergestützt integriert.In the wash-out phase, raw data (signals) 12 are obtained (FIG. 2) which, as shown here, can advantageously be smoothed by a so-called "moving-averaging" method (for example, by in each case one data window of 20 values each) The measurement signal (hereinafter also referred to as V) of the sensor is applied.) From the resulting smoothed (or unsmoothed) curve 13 or the corresponding numerical values, the CO concentration can now be determined automatically by computer-aided breathing (FIG Signals (V) are here integrated (Fig. 3) in the device itself Breathable ("Breath-by-Breath") computer-aided.
Kurve 14 entspricht dem unkalibrierten, atemzugsweise integrierten CO-Signal . Die Atemzugserkennung fußt beispielsweise auf der Analyse des hier nicht dargestellten Signals für den Atemgasfluss (Flow, l/s).Curve 14 corresponds to the uncalibrated, breath-integrated CO signal. The breath detection is based, for example, on the analysis of the signal, not shown here, for the flow of breathing gas (Flow, l / s).
Aus dem integrierten Signal und der Anwendung der Kalibrierung (Nullpunkt, 50 ppm) werden die Werte für den atemzugsweisen Verlauf der expiratorischen CO- Konzentration [CO] computergestützt ermittelt (Fig. 4). Hier entspricht jeder dargestellte Datenpunkt einem Atemzug im Zeitverlauf (Zeit(min)). Dargestellt sind einige Referenzwerte aus einem Zeitraum 15 vor dem Zeitraum des Rückatem- manövers 16 und Messdaten im Zeitraum 17 nach dem Ende der Rückatemphase. Im hier gezeigten Versuch erfolgt keine Atemgasanalyse während der Phase der Rückatmung, doch kann eine solche auch in diesem Zeitintervall durchgeführt werden (um beispielsweise anstelle der oder ergänzend zur Elimina- tions(=Auswasch)phase die Aufnahmephase zu beobachten, was insbesondere bei Verwendung von Pulsoximetern anstelle oder ergänzend zu dem CO-Sensor in 3 möglich ist).From the integrated signal and the application of the calibration (zero point, 50 ppm), the values for the breath-by-breath course of the expiratory CO concentration [CO] are determined computer-assisted (FIG. 4). Here every data point represented corresponds to one breath over time (time (min)). Shown are some reference values from a period 15 before the period of the rebreathing maneuver 16 and measurement data in the period 17 after the end of the rebreathing phase. In the experiment shown here no respiratory gas analysis takes place during the phase of rebreathing, but such can also be carried out in this time interval (in order, for example, to observe the absorption phase instead of or in addition to the elimination phase), which is especially true 3 is possible when using pulse oximeters instead of or in addition to the CO sensor).
Mittels der so ermittelten Werte, und da zwischen der CO-Konzentration [CO] in der Atemluft (vorzugsweise Ausatemluft) und der CO-Hb-Sättigung ein linearer Zusammenhang besteht, wird computergestützt aus den CO-Konzentrationen die CO-Hb-Sättigung in % anhand einer geeigneten Formel berechnet, z.B. mittels Gleichung I (aus Vreman et al., Clin. Chem. 42(1), 50-56 (1996)):By means of the values determined in this way, and since there is a linear relationship between the CO concentration [CO] in the respiratory air (preferably exhaled air) and the CO-Hb saturation, the CO-Hb saturation in% is computer-assisted from the CO concentrations. calculated using a suitable formula, eg by Equation I (from Vreman et al., Clin. Chem. 42 (1), 50-56 (1996)):
CO-Hb (%) = 0,25 x [CO] Ausatemluft (ppm) - 0,01 (I)CO-Hb (%) = 0.25 x [CO] Exhaled air (ppm) - 0.01 (I)
[CO] = Volumen-Konzentration an CO[CO] = volume concentration of CO
Anhand dieser Werte (oder alternativ unter Verwendung eines Pulsoximeters direkt) kann die CO-Hb-Sättigung graphisch (oder rechnerisch) dargestellt werdenBased on these values (or alternatively using a pulse oximeter directly), CO-Hb saturation can be graphically (or computationally) represented
(Hg. 5).(Ed. 5).
Die Auswaschung des CO aus dem Organismus nach der Rückatemphase bei Messung des CO im Atemgas erfolgt zur Hauptsache aus zwei Kompartimenten:The leaching of CO from the organism after the rebreathing phase when measuring the CO in the respiratory gas is mainly made up of two compartments:
1 ) „Schnelleres" Kompartiment: Das nach der Rückatemphase in der Lunge verbliebene CO. Bei einer Atemzugstiefe von beispielsweise ca. 300 ml pro Atemzug ist davon auszugehen, dass ein durchschnittlicher Proband mit z.B. 5 Litern intrathorakalem Gasvolumen (ITGV) dieses nach etwa 15 Atemzügen (ca. 1 -2 Minuten) zum größten Teil umgewälzt hat. Dieser Austausch erfolgt um so schneller, da der Proband nach der Rückatmungsphase hyperventiliert.1) "Faster" compartment: The CO remaining in the lungs after the rebreathing phase At a breath depth of, for example, approx. 300 ml per breath, it can be assumed that an average test person with, for example, 5 liters of intrathoracic gas volume (ITGV) will do so after about 15 breaths 1 to 2 minutes), the exchange is faster because the subject hyperventilates after the rebreathing phase.
2) „Langsameres" Kompartiment: Das nach der Rückatemphase ans Blut gebundene CO.2) "slower" compartment: the CO bound to the blood after the rebreathing phase.
Die Auswaschung aus den beiden Kompartimenten wird computergestützt aus den Werten für die CO-Hb-Konzentrations/Zeit-Abhängigkeit über abfallende Exponentialfunktionen abgebildet bzw. automatisch rechnerisch analysiert („gefittet"). Fig. 6 verdeutlicht die nichtlineare Modellierung der Auswaschung der beiden Kompartimente nach der allgemeinen Gleichung II, erhalten hier unter Verwendung z.B. des Levenberg-Marquardt-Algorithmus (andere Anpassungs- algorithmen wären ebenfalls verwendbar, wie z.B. der Gauss-Newton-Algorithmus oder die Methode des steilsten Abstiegs („Method of Gradient Descent")):The leaching from the two compartments is computer-aided from the values for the CO-Hb concentration / time dependency via decreasing exponential functions mapped or automatically analyzed ("fitted") Fig. 6 illustrates the non-linear modeling of leaching two compartments according to the general equation II, obtained here using eg the Levenberg-Marquardt algorithm (other adaptation algorithms would also be usable, such as the Gauss-Newton algorithm or the method of gradient descent) ):
CO-Hb (%) = Asiut ' e"λBlut ■ ι + ALungθ e"ALunge ι + s (II)CO-Hb (%) = Asiut ' e "λBlood ■ ι + A Lungθ e " ALunge ι + s (II)
Hierbei ist t der Zeitpunkt nach Abschluss der Rückatemphase und s der Referenzwert für den Anteil CO-Hb (%) am Gesamt-Hb vor Beginn der CO- Verabreichung. A und λ sind die jeweiligen Makroparameter der Auswaschfunktionen für Blut und Lunge.Where t is the time after completion of the rebreathing phase and s is the reference value for the CO-Hb (%) fraction of total Hb before CO administration. A and λ are the respective macro parameters of the blood and lung washout functions.
In Fig. 6 kann eindeutig zwischen den beiden Hauptkompartimenten der CO- Verteilung in der Rückatemphase (Blutkompartiment, gefittete Kurve 18, Lungenkompartiment: gefittete Kurve 19) unterschieden werden, die Gerade 20 steht für den Referenzwert für CO-Hb (%) vor Beginn der CO-Applikation. Eine allgemeingültig Referenz für die Berechnung der Hb-Masse stellt dabei die Größe ABiut 21 dar.In Fig. 6 can be clearly distinguished between the two main compartments of the CO distribution in the rebreathing phase (blood compartment, fitted curve 18, lung compartment: fitted curve 19), the straight line 20 stands for the reference value for CO-Hb (%) before the beginning of CO application. A generally valid reference for the calculation of the Hb mass represents the size A B iut 21.
Möglich ist alternativ auch, das Fitting und die Zerlegung in eine Lungen- undAlternatively, it is also possible to fit and disassemble into a lung and
Blutkomponente bereits auf der Ebene der integrierten CO-Signale oder der CO- Konzentrationen vorzunehmen und nur die Messdaten für die abgeleitete Funktion für die Blutwerte direkt zur Ermittlung des (linear abhängigen) CO-Hb zu verwenden.Already at the level of the integrated CO signals or the CO concentrations and to use only the data for the derived function for the blood values directly for the determination of the (linearly dependent) CO-Hb.
Die so erhaltenen Werte erlauben eine Berechnung der Hämoglobinmasse: Anhand des durch die Messdaten feststellbaren Anstiegs der CO-Hb-Sättigung während der Rückatemphase zu einem optimierten Zeitpunkt wird aus der verabreichten CO-Menge die Hämoglobinmasse beispielsweise nach Gleichung III ermittelt (Schmidt et al., Eur. J. Physiol. 95(5-6): 486-95, 2005 und Bürge et al., J.The values thus obtained permit a calculation of the hemoglobin mass: Based on the increase in CO-Hb saturation during the rebreathing phase, which can be determined by the measurement data, at an optimized time, the amount of hemoglobin mass is determined from the administered CO amount, for example, according to equation III (Schmidt et al., Eur. J. Physiol. 95 (5-6): 486-95, 2005, and Bürge et al., J. Med.
Appl. Physiol. 79_: 623-631 , 1995).Appl. Physiol. 79: 623-631, 1995).
Hb-Masse (g) = K Dco ' 100 (ΔHbCO% 1 ,39)"1 (III) Barometrischer Druck (mm Hg) 273 0K)Hb mass (g) = K D co '100 (ΔHbCO% 1, 39) "1 (III) Barometric pressure (mm Hg) 273 0 K)
Hierbei ist K =Where K =
(760 mmHg Umgebungstemperatur (°C) + 273)(760 mmHg Ambient temperature (° C) + 273)
Dco ist die applizierte CO-Dosis, ΔHbCO% ist der Anstieg von HbCO (%) (Anstieg in absoluten %) durch die Rückatemphase und 1 ,39 entspricht der Hüfner-Zahl (Maß, wie viel ml Sauerstoff oder Kohlenmonoxid ein g Hb binden kann).Dco is the applied CO dose, ΔHbCO% is the increase in HbCO (%) (increase in absolute%) by the rebreathing phase and 1, 39 is the Hüfner number (measure how much ml of oxygen or carbon monoxide can bind a gHb ).
Aufgrund einer dynamischen Änderung ist für die Qualität der Hb-Masse- Berechnung die Auswahl des Fensters für ΔHbCO% relevant. Idealerweise sollte hierfür der Moment maximaler Bindung und Verteilung der in der Rückatemphase eingeatmeten CO-Menge verwendet werden. Dieser Zeitpunkt variiert jedoch aufgrund individueller CO-Kinetiken von Proband zu Proband. Das gezeigte Verfahren zur exakten numerischen Erfassung der dynamischen Änderung eignet sich daher u.a. auch für die Optimierung dieses Wertes.Due to a dynamic change, the selection of the window for ΔHbCO% is relevant for the quality of the Hb mass calculation. Ideally, this should be the moment of maximum binding and distribution of the amount of CO inhaled in the rebreathing phase. However, this time varies due to individual CO kinetics from subject to subject. The method shown for exact numerical detection of the dynamic change is therefore suitable i.a. also for the optimization of this value.
Andererseits kann als Standard und zur Automatisierung des Systems auch der Zeitpunkt 0 (null) als Moment der maximalen HB-CO-Sättigung verwendet werden. Rechnerisch ergibt sich dieser Wert aus der gezeigten nichtlinearen Modellierung nach Umformung aus dem Auswasch-Term für Blut aus der Gleichung II:On the other hand, as a standard and to automate the system, the time 0 (zero) can also be used as the moment of maximum HB-CO saturation. In mathematical terms, this value results from the nonlinear modeling shown after transformation from the washout term for blood from Equation II:
,(-λ 0), (- λ 0)
Hb-CO (%)zeιtpunkt Null = AsIUt = Aßlut (IV)Hb-CO (%) zero point = AsIUt = Aßlut (IV)
Des Weiteren kann DCo anhand des gezeigten Modells mit der über das Lungenkompartiment „verlorenen" CO-Menge nach Gleichung V korrigiert werden:Furthermore, D C o can be corrected according to the model shown with the amount of CO "lost" via the lung compartment according to equation V:
(V)
Figure imgf000022_0001
(V)
Figure imgf000022_0001
COsystem ist dabei die verbliebene Menge an CO im Rückatemsystem am Ende des Versuchs - dieser Wert wird über die gemessene CO-Konzentration und das (bekannte und bei Verwendung z.B. eines Balges als Rückatemreservoir 8 in wie in Fig. 7 gezeigt sehr leicht bestimmbare) Volumen des Systems bestimmt. Beispielsweise kann hierzu mittels einer in Fig. 1 dargestellten, beispielsweise nur zur Messung offenbaren Leitung 22 ein aliquoter Teil des Gases im Rückatemsystem zu den Messsensoren oder -geraten 3 geleitet und dort die CO- Konzentration bestimmt werden. Andere Anordnungen (auch separate Sensoren für die CO-Konzentration in der Rückatemvorrichtung) können alternativ verwendet werden bzw. vorgesehen sein.COsystem is the remaining amount of CO in the rebreathing system at the end of the experiment - this value is determined by the measured CO concentration and the (known and when using eg a bellows as Rückatemreservoir 8 as shown in Fig. 7 very easily determinable) volume of System determines. For example, this can be done by means of a shown in Fig. 1, for example, only 22, an aliquot part of the gas in the rebreathing system is directed to the measuring sensors or devices 3, where the CO concentration is determined. Other arrangements (also separate sensors for CO concentration in the rebreathing device) may alternatively be used.
Aus dem oben dargestellten Beispiel (Fig. 6) kann die Gesamtkörperhämoglobinmasse exemplarisch berechnet werden: Die relevante CO-Dosis ergibt sich aus Gleichung V mit ALunge = 14,916, λLunge= 3,395, ABiut= 6,412, λBiut = 0,0362:From the above example (FIG. 6), the total body hemoglobin mass can be calculated by way of example: The relevant CO-dose is given by Equation V with A Lung e = 14.916, λ Lu length = 3.395, A B iut = 6.412, λ B iut = 0.0362:
Dco(ml) = 87,7 = (92,9 - 3,32) (1 - 0,02099) (VI)Dco (ml) = 87.7 = (92.9-3.32) (1-0.02099) (VI)
K errechnet sich nach C. Bürge et al., J. Appl. Physiol. 79(2), 623-631 , 1995) bei einer Temperatur von 26,8 °C und einem barometrischen Druck von 735,5 mm Hg als:K is calculated according to C. Bürge et al., J. Appl. Physiol. 79 (2), 623-631, 1995) at a temperature of 26.8 ° C and a barometric pressure of 735.5 mm Hg as:
K = 0,88108 (VII)K = 0.88108 (VII)
Nach Einsetzen in Gleichung III erhält man das Ergebnis für die Hb-Masse über Gleichung VIII:After substitution in Equation III, the result for the Hb mass is obtained via Equation VIII:
Hb-Masse (g) = 866,9 g = (0,88108-87,7-100)/ABiut- 1 ,39 (VIII)Hb mass (g) = 866.9 g = (0.88108-87.7-100) / A B iut- 1, 39 (VIII)
Entsprechende Rechenschritte sind über geeignete Computersoftware in der Auswerteeinheit 11 oder dem Computer 24 (Auswerteeinheit und Computer werden in der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet) rechnerimplementiert, so dass das Gesamtkörperhämoglobin automatisch ermittelt werden kann.Corresponding computing steps are computer implemented via suitable computer software in the evaluation unit 11 or the computer 24 (evaluation unit and computer are used interchangeably in the present application), so that the total body hemoglobin can be determined automatically.
Alternativ oder auch ergänzend zur Messung der ausgeatmeten CO- Konzentrationen kann die Bestimmung der Abnahme der CO-Hb-Konzentration auch durch andere nichtinvasive Verfahren, beispielsweise mittels eines PuIs- Oximeters, das auch für die Messung von CO-Hb ausgerüstet ist, durchgeführt werden. Diese Messwerte können beispielsweise zur Feststellung des allgemeinen Körperstatus oder auch für diagnostische Zwecke für Heilzwecke verwendet werden.Alternatively or in addition to the measurement of exhaled CO concentrations, the determination of the decrease in CO-Hb concentration can also be carried out by other noninvasive methods, for example by means of a pulse oximeter, which is also equipped for the measurement of CO-Hb. These measurements can be used, for example, to determine the general body status or for diagnostic purposes for healing purposes.
Die sich an die Ansprüche anschließende Zusammenfassung wird hier durch Bezugnahme aufgenommen zum Zwecke der weiteren Darlegung der Erfindung.The summary following the claims is hereby incorporated by reference for the purpose of further illustrating the invention.
/ Ansprüche / Claims

Claims

Ansprüche claims
1. Nichtinvasives Verfahren zur Gewinnung von für die Ermittlung der Gesamthämoglobinmenge eines Lungenatmers geeigneten Messdaten, bei dem eine vorher festgelegte Dosis eines abatembaren Tracers eingestellt und über eine Körperschleimhaut des Lungenatmers diesem nichtinvasiv zugeführt wird und die Aufnahme und/oder Elimination des abatembaren Tracers durch nichtinvasive Messung eines mit der Menge des Tracers im Körper des Lungenatmers korrelierten Parameters zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten derart, dass pro Atemzug des Probanden zwei oder mehrA non-invasive method for obtaining measurement data suitable for determining the total amount of hemoglobin of a pulmonary artefact in which a predetermined dose of a breathable tracer is adjusted and delivered non-invasively through a body mucosa of the lung respirator and the recording and / or elimination of the breathable tracer by noninvasive measurement a parameter correlated with the amount of tracer in the body of the pulmonary at a plurality of times such that two or more per breath of the subject
Messungen dem Tracer entsprechenden Parameters bestimmt werden, ermittelt wird.Measurements of the tracer corresponding parameters are determined is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Tracer Kohlenmonoxid verwendet wird.2. The method of claim 1, wherein as a tracer carbon monoxide is used.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Gewinnung der Messdaten für die Elimination des Tracers außerhalb des und/oder an der Außenseite des Körpers des Lungenatmers vorgenommen wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein the acquisition of the measurement data for the elimination of the tracer outside of and / or on the outside of the body of the lung respirator is made.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messung des Tracers im Atemgas erfolgt, vorzugsweise mittels mindestens eines Tracer- Sensors, insbesondere eines CO-Sensors, vorzugsweise eines IR-Sensors, eines Massenspektrometers (MS), eines Gaschromatographen (GC) oder einer GC-MS-Kombination, oder zwei oder mehr gleichen oder verschiedenen dieser Sensorvorrichtungen, vorgenommen wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the measurement of the tracer takes place in the respiratory gas, preferably by means of at least one tracer sensor, in particular a CO sensor, preferably an IR sensor, a mass spectrometer (MS), a gas chromatograph (GC ) or a GC-MS combination, or two or more of the same or different ones of these sensor devices.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messung der Abnahme des Tracers durch Messung der Extinktion elektromagnetischer Wellen im UV-, IR- und/oder sichtbaren Bereich an der Außenseite des menschlichen Körpers vorgenommen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the measurement of the decrease of the tracer by measuring the absorbance of electromagnetic waves in the UV, IR and / or visible range is made on the outside of the human body.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Messung der Abnahme des Tracers mittels eines Pulsoximeters erfolgt. 6. The method of claim 5, wherein the measurement of the decrease of the tracer takes place by means of a pulse oximeter.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mit Hilfe der erhaltenen Daten für die Elimination des abatembaren Tracers rechnergestützt der Gesamt-Hämoglobingehalt des Organismus ermittelt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein computer-assisted the total hemoglobin content of the organism is determined using the data obtained for the elimination of the abatembaren tracer.
BB
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei mit oder ohne vorherige, anschließende und/oder gleichzeitige Kalibrierung bezüglich des Tracers an dem oder den verwendeten Messgeräten eine in einem ersten Schritt vordosierte Tracermenge, vorzugsweise mit Kohlenmonoxid als Tracer, in einem i o zweiten Schritt einem Probanden mittels einer Rückatmungsvorrichtung über die Atemluft zugeführt wird, und bereits während der Zuführung oder insbesondere anschließend in einem dritten Schritt die Abnahme der Menge des Tracers durch nichtinvasive Ermittlung mittels Daten aus einem Pulsoximeter, und/oder die Menge des ausgeatmeten Tracers, vor-8. The method of claim 7, wherein with or without prior, subsequent and / or simultaneous calibration with respect to the tracer on the measuring device or instruments used in a first step pre-metered amount of tracer, preferably with carbon monoxide as a tracer, in a io second step a subject by means a rebreathing device is supplied via the respiratory air, and already during the delivery or in particular subsequently in a third step, the decrease of the amount of the tracer by noninvasive determination by means of data from a pulse oximeter, and / or the amount of exhaled tracer,
1 5 zugsweise mittels eines entsprechenden Messgerätes als Bestandteil der1 5 zugsweise by means of a corresponding meter as part of
Rückatmungsvorrichtung oder einer Einheit aus Mundstück und Messseonsoren oder -geraten unter Synchronisierung mit dem Atemfluss, und/oder ein entsprechender Parameter ermittelt wird, eine atemzugsweise automatische Integration der direkt oder durch eine Glättung ermitteltenRebreathing device or a unit of mouthpiece and Messenseonsoren or devices in synchronization with the respiratory flow, and / or a corresponding parameter is determined, a breathtaking automatic integration of directly or determined by a smoothing
20 Messsignale oder abgeleiteter Parameter wie der20 measuring signals or derived parameters like the
Tracerkonzentrationswerte oder der daraus rechnerisch abgeleiteten relativen Tracer-Hb-Sättigung durchgeführt wird, um die Abnahme der Tracer-Konzentration im Körper und/oder der Tracer-Konzentration in der Atemluft des Probanden mit fortlaufender Zeit zu ermitteln, eine geeigneteTracer concentration values or the calculated relative tracer Hb saturation is performed to determine the decrease of the tracer concentration in the body and / or the tracer concentration in the air of the subject with continuous time, a suitable
25 abfallende exponentielle Funktion durch Fitting (Anpassung) an die erhältlichen geglätteten Werte angepasst wird, wobei insbesondere im Falle der Ermittlung der Konzentration in der Atemluft auch eine Anpassung an zwei oder mehr Kompartimente vorgenommen wirdund mit oder ohne Korrektur um die für andere Kompartimente gefundenen Funktionen25 falling exponential function is adjusted by fitting to the available smoothed values, wherein in particular in the case of determining the concentration in the respiratory air, an adaptation to two or more compartments is made and with or without correction to the functions found for other compartments
30 und/oder den Referenzwert für Tracer-Hb vor Beginn der Tracer-Applikation mit Hilfe der gefundenen Funktion für das Blutkompartiment rechnerisch die Gesamtkörperhämoglobinmenge des Probanden ermittelt wird.30 and / or the reference value for tracer Hb before starting the tracer application with the help of the found function for the blood compartment calculated the total body hemoglobin amount of the subject is determined.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei mit oder ohne vorherige, anschließende und/oder gleichzeitige Kalibrierung bezüglich des Tracers an dem oder den verwendeten Messgeräten die in einem ersten Schritt vordosierte Tracermenge mit Kohlenmonoxid als Tracer, in einem zweiten Schritt einem Probanden mittels einer Rückatmungsvorrichtung über die Atemluft 5 zugeführt wird, und bereits während der Zuführung oder insbesondere anschließend in einem dritten Schritt die Abnahme der Menge des an Hämoglobin gebundenen Kohlenmonoxids durch nichtinvasive Ermittlung der CO-Hb-Konzentration über die Menge des ausgeatmeten Kohlenmonoxids mittels eines CO-Messgerätes als Bestandteil der o Rückatmungsvorrichtung oder einer Einheit aus Mundstück und9. The method of claim 8, wherein with or without previous, subsequent and / or simultaneous calibration with respect to the tracer on the measuring device (s) used in a first step supplied with carbon monoxide tracer Tracer, in a second step to a subject by means of a rebreathing device on the breathing air 5, and already during the supply or in particular subsequently in a third step, decreasing the amount of carbon monoxide bound to hemoglobin by non-invasively detecting the CO-Hb concentration over the amount of exhaled carbon monoxide by means of a CO meter as part of the oe-respiratory device or a mouthpiece and unit
Messseonsoren oder -geraten unter Synchronisierung mit dem Atemfluss mittels der Daten aus einem Durchflussmessgerät und/oder ein entsprechender Parameter ermittelt wird, die erhaltenen Daten geglättet werden, beispielsweise durch ein Moving-Average-Verfahren, eine 5 atemzugsweise automatische Integration der direkt oder durch Glättung ermittelten Messignale oder abgeleiteter Parameter wie der CO- Konzentrationswerte oder der daraus rechnerisch abgeleiteten relativen CO-Hb-Sättigung durchgeführt wird, vorzugsweise nach Abgleich mittels der zuvor vorgenommenen Kalibrierung, um die Abnahme der CO-Hb-0 Konzentration im Körper und/oder der CO-Konzentration in der Atemluft desMessenseonsoren or devices is determined in synchronization with the respiratory flow by means of the data from a flow meter and / or a corresponding parameter, the data obtained are smoothed, for example, by a moving average method, a 5 breaths automatic integration of directly or determined by smoothing Measured signals or derived parameters such as the CO concentration values or the computationally derived relative CO-Hb saturation is carried out, preferably after adjustment by means of the previously performed calibration, to decrease the CO-Hb-0 concentration in the body and / or the CO Concentration in the breathing air of the
Probanden mit fortlaufender Zeit zu ermitteln, eine geeignete abfallende exponentielle Funktion durch Fitting an die erhältlichen geglätteten Werte angepasst wird, wobei auch eine Anpassung an zwei oder mehr Kompartimente, insbesondere Blut und Lunge, vorgenommen wird durch 5 Bestimmung und Überlagerung der Funktionen für zwei oder mehrTo determine probands with continuous time, fit a suitable decaying exponential function to the available smoothed values by fitting, also adapting to two or more compartments, especially blood and lung, by determining and superimposing the functions for two or more
Kompartimente, und unter Korrektur um die für andere Kompartimente gefundenen Funktionen und/oder den Referenzwert für CO-Hb vor Beginn der CO-Applikation mit Hilfe der gefundenen Funktion für das Blutkompartiment rechnerisch die Gesamtkörperhämoglobinmenge des0 Probanden ermittelt wird.Compartments, and corrected for the functions found for other compartments and / or the reference value for CO-Hb before starting the CO application with the help of the found function for the blood compartment calculated the total body hemoglobin amount of0 subjects.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung im dritten Schritt der Abnahme der Menge des an Hämoglobin gebundenen Kohlenmonoxids in einem Zeitraum von 10 oder weniger, vorzugsweise von 5 oder weniger, insbesondere von 3 oder weniger Minuten durchgeführt wird.10. The method according to any one of claims 8 or 9, characterized in that the measurement in the third step of decreasing the amount of bound to hemoglobin carbon monoxide in a period of 10 or less, preferably 5 or less, in particular 3 or less minutes is performed.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Bestimmung des Tracers bzw. des CO mit einem tgo von 1 s oder weniger, vorzugsweise von11. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the determination of the tracer or the CO with a tgo of 1 s or less, preferably from
500 ms oder weniger, insbesondere von 250 ms oder weniger, insbesondere von 150 ms oder weniger, durchgeführt wird.500 ms or less, in particular of 250 ms or less, in particular of 150 ms or less, is performed.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei in einem ersten Schritt eine Rückatmungsvorrichtung (1) in Abwesenheit eines12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein in a first step, a rebreathing device (1) in the absence of
Lungenatmers als Probanden für die Verabreichung einer vorher bestimmten Tracermenge hergerichtet wird.Lungenatmers prepared as subjects for the administration of a predetermined amount of tracers.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Abnahme der Tracerkonzentration nach der Beendigung der Zuführung des Tracers in einem Zeitraum von 10 oder weniger Minuten, vorzugsweise von 5 oder weniger, insbesondere von 3 oder weniger Minuten, beispielsweise von 2 Minuten durchgeführt wird.13. The method according to any one of claims 1 to 7, 11 or 12, characterized in that the measurement of the decrease in the tracer concentration after the completion of the supply of the tracer in a period of 10 or less minutes, preferably 5 or less, in particular of 3 or less minutes, for example, of 2 minutes.
14. Rückatmungsvorrichtung (1) zur nichtinvasiven Bestimmung der Hämoglobinmasse, welche einen Tracer-Sensor mit einem t90 von 500 ms oder weniger, vorzugsweise von 250 ms oder weniger, insbesondere von 150 ms oder weniger zur nichtinvasiven Gewinnung von Signalen, die eine Bestimmung des Gesamtkörper-Hämoglobins ermöglichen, beinhaltet.14. A rebreathing device (1) for the non-invasive determination of the hemoglobin mass comprising a tracer sensor with a t 90 of 500 ms or less, preferably of 250 ms or less, in particular of 150 ms or less for the non-invasive acquisition of signals which is a determination of Whole body hemoglobin includes.
15. Rückatmungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Tracer-Sensor ein CO-Sensor ist.15. rebreathing device according to claim 14, characterized in that the tracer sensor is a CO sensor.
16. Rückatmungsvorrichtung (1) nach Anspruch 15, wobei der CO-Sensor ein Infrarotsensor ist.16. A rebreathing device (1) according to claim 15, wherein the CO sensor is an infrared sensor.
17. Rückatmungsvorrichtung (1) nach Anspruch 15 oder 16, wobei der CO- Sensor für nichtdispersive Infrarotabsorption ausgelegt ist. 17. A rebreathing device (1) according to claim 15 or 16, wherein the CO sensor is designed for non-dispersive infrared absorption.
18. Rückatmungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine über eine Trennvorrichtung (24) abnehmbare Einheit aus einem Mundstück (2) und Messensoren- und/oder Geräten (3) aufweist.18. rebreathing device (1) according to any one of claims 14 to 17, characterized in that it comprises a via a separating device (24) removable unit from a mouthpiece (2) and Messensoren- and / or devices (3).
19. Rückatmungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Ventil (10) zum Umschalten zwischen Raumluft und dem Inneren der Rückatemvorrichtung (1) aufweist.19. A rebreathing device (1) according to any one of claims 14 to 18, characterized in that it comprises a valve (10) for switching between room air and the interior of the rebreathing device (1).
20. Rückatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Auswerteeinheit (11) oder einen Computer (23) aufweist, der für die Auswertung und gegebenenfalls auch die Steuerung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 programmiert ist.20. rebreathing device according to one of claims 14 to 19, characterized in that it comprises an evaluation unit (11) or a computer (23) which is programmed for the evaluation and optionally also the control of a method according to one of claims 1 to 13.
21. Rückatemvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, welche neben den im jeweiligen Anspruch genannten Komponenten eine CO2- Absorptionskammer (4), ein Rückatemreservoir (8), ein Ventil (6) zur CO- Zufuhr und ein Ventil (7) zum Rückatemreservoir (8) oder eine entsprechende Ventilkombination und ein Auswertemodul (11) oder einen Computer umfasst.21. A rebreathing device according to any one of claims 14 to 20, which in addition to the components mentioned in each claim a CO 2 - absorption chamber (4), a Rückatemreservoir (8), a valve (6) for CO supply and a valve (7) for Rückatemreservoir (8) or a corresponding valve combination and an evaluation module (11) or a computer comprises.
22. Rückatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21 , welche weiter unter den Messsensoren und/oder -geraten (3) einen CO2-Sensor aufweist, insbesondere, um die Endphase der Atmung, bei der alveoläre Luft ausgeatmet wird, zu bestimmen.22. A rebreathing device according to any one of claims 14 to 21, which further comprises a CO 2 sensor among the measuring sensors and / or devices (3), in particular to determine the final phase of the respiration during which alveolar air is exhaled.
23. Rückatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, welche weiter Sicherungsmechanismen zum Schutz gegen ungünstige Gasverhältnisse aufweist.23. A rebreathing device according to any one of claims 14 to 22, which further comprises securing mechanisms for protection against unfavorable gas conditions.
24. Rückatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, welche eine Auswerteeinheit (11) oder einen Computer (23) aufweist, die oder der so programmiert ist, dass er die Ermittlung der Gesamtkörperhämoglobinmenge ermöglicht, indem die Abnahme der Menge des an Hämoglobin gebundenen Kohlenmonoxids durch nichtinvasive Ermittlung der CO-Hb-Konzentration über die Menge des ausgeatmeten 5 Kohlenmonoxids mittels eines CO-Messgerätes als Bestandteil der24. rebreathing device according to one of claims 14 to 23, which has an evaluation unit (11) or a computer (23), the or so is programmed to allow determination of the total body hemoglobin level by reducing the amount of hemoglobin-bound carbon monoxide by noninvasive determination of the CO-Hb concentration over the amount of exhaled carbon monoxide by means of a CO meter as part of the
Rückatmungsvorrichtung oder einer Einheit aus Mundstück und Messseonsoren oder -geraten unter Synchronisierung mit dem Atemfluss mittels der Daten aus einem Durchflussmessgerät und/oder ein entsprechender Parameter ermittelt wird, die erhaltenen Daten geglättet o werden, eine atemzugsweise automatische Integration der direkt oder durchRebreathing device or a unit of mouthpiece and Messenseonsoren or devices is determined in synchronization with the respiratory flow by means of the data from a flow meter and / or a corresponding parameter, the data obtained are smoothed o, a breathtaking automatic integration of directly or by
Glättung ermittelten Messignale oder abgeleiteter Parameter wie der CO- Konzentrationswerte oder der daraus rechnerisch abgeleiteten relativen CO-Hb-Sättigung durchgeführt wird, vorzugsweise nach Abgleich mittels der zuvor vorgenommenen Kalibrierung, um die Abnahme der CO-Hb- 5 Konzentration im Körper und/oder der CO-Konzentration in der Atemluft desSmoothing determined measurement signals or derived parameters such as the CO concentration values or the mathematically derived relative CO-Hb saturation is performed, preferably after adjustment by means of the previously made calibration to the decrease in CO-Hb concentration in the body and / or the CO concentration in the breathing air of the
Probanden mit fortlaufender Zeit zu ermitteln, eine geeignete abfallende exponentielle Funktion durch Fitting an die erhältlichen geglätteten Werte angepasst wird, wobei auch eine Anpassung an zwei oder mehr Kompartimente, insbesondere Blut und Lunge, vorgenommen wird durch 0 Bestimmung und Überlagerung der Funktionen für zwei oder mehrTo determine subjects with continuous time, fit a suitable decaying exponential function by fitting to the available smoothed values, also adapting to two or more compartments, in particular blood and lung, by 0 determining and superimposing the functions for two or more
Kompartimente, und unter Korrektur um die für andere Kompartimente gefundenen Funktionen und/oder den Referenzwert für CO-Hb vor Beginn der CO-Applikation mit Hilfe der gefundenen Funktion für das Blutkompartiment rechnerisch die Gesamtkörperhämoglobinmenge des 5 Probanden ermittelt wird.Compartments, and corrected for the functions found for other compartments and / or the reference value for CO-Hb before starting the CO application with the help of the found function for the blood compartment calculated the total body hemoglobin amount of the 5 subjects.
25. Rückatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24 zur Bestimmung des Gesamthämoglobingehaltes eines Lungenatmers, welche eine Auswerteeinheit (11) oder einen Computer (23) aufweist, welche(r) so 0 programmiert ist, dass die Bestimmung der Gesamthämoglobinmenge die25. A rebreathing device according to one of claims 14 to 24 for determining the total hemoglobin content of a lung respirator, which has an evaluation unit (11) or a computer (23) which is so programmed that the determination of the total amount of hemoglobin is the
Verwendung der Gleichung (V)
Figure imgf000031_0001
beinhaltet.
Using the equation (V)
Figure imgf000031_0001
includes.
26. Rückatmungsvorrichtung oder Pulsoximeter, dadurch gekennzeichnet, dass sie/es ein Auswertemodul beinhaltet, das zur Bestimmung des26. rebreathing device or pulse oximeter, characterized in that it contains an evaluation module which is used to determine the
Gesamtkörper-Hämoglobins programmiert ist. / Zusammenfassung Whole body hemoglobin is programmed. / Summary
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