WO2023041139A2

WO2023041139A2 - Verfahren und vorrichtung zur messung von bilirubin

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Publication number: WO2023041139A2
Application number: PCT/EP2021/025348
Authority: WO
Inventors: Jan Oliver Haarer; Christiane Haarer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-09-15
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: EP4401616A2; US20240374143A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Bilirubin

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur transkutanen Messung von Bilirubin.

Bilirubin ensteht beim Abbau des Häm-Anteils von Hämoglobin in Leber und Milz und kommt bei allen Menschen im Blutserum und im Gewebe vor. Wenn die Bilirubinwerte deutlich erhöht sind, ist dies kritisch, weil hohe Bilirubin-Konzentrationen toxisch sind. Für den Laien erkennbar ist eine zu hohe Bilirubin-Konzentration etwa als sog. Gelbsucht an der bekannten gelblichen Haut-Färbung, wie sie oft bei Neugeborenen auftritt, aber auch bei Erwachsenen.

Bilirubin kann in verschiedenen Formen im menschlichen Körper vorliegen. So wird Bilirubin in der Leber modifiziert und in seine wasserlösliche Form Bilirubin di-glucuronide überführt. Da diese Form des Bilirubins direkt ausgeschieden werden kann, wird es auch als «direktes» Bilirubin bezeichnet, im Gegensatz zu sog. „indirekten“ Bilirubin, dessen Bezeichnung sich aber nicht auf ein einzelnes Molekül bezieht, sondern auf nicht-metabolisierte Formen des Bilirubins, deren wichtigste Entität das Z,Z Isomer ist, das nicht wasserlöslich ist und daher nicht direkt aus dem Körper ausgeschieden werden kann, weshalb die Bezeichnung „indirekt“ verwendet wird.

Im menschlichen Körper ist der größte Anteil von Bilirubin nicht-kovalent an ein Protein (Albumin) gebunden (sog. „indirektes Bilirubin“ bzw. „indirekt reagierendes Bilirubin“). Daneben besteht wasserlösliches, das heisst glukoronidiertes (di- und monoglukoronidiert) Bilirubin und fest (kovalent) an Albumin gebundenes Delta Bilirubin (sog. „direktes Bilirubin“, „direkt reagierendes Bilirubin“ oder „freies Bilirubin“). Man kann demnach freies Bilirubin, an Albumin gebundenes Bilirubin und in der Leber konjugiertes Bilirubin unterscheiden. Gleichwohl wird im Regelfall vereinfacht nur auf eine einzelne Bilirubin-Konzentration Bezug genommen.

Da die kritisch erhöhten Bilirubin-Konzentrationen in der Regel aufgrund von Funktionsstörungen auftreten, ist Bilirubin ein wichtiger diagnostischer Marker, der beispielsweise in klinischen Studien verwendet wird, um die Lebertoxizität von Medikamenten, insbesondere bei der Entwicklung neuer Medikamente, abschätzen zu können. Es spielt aber auch eine große Rolle bei der Diagnose diverser Krankheiten wie z.B. beim Neugeborenen Ikterus.

Bereits das Vorliegen einer erhöhten Bilirubin-Konzentration ist daher ein wichtiger diagnostischer Indikator. Weitere wichtige diagnostische Hinweise können erhalten werden, wenn bekannt ist, welche der Bilirubin-Formen in erhöhtem Maß vorliegen; so deutet erhöhtes direktes (glukoronidiertes) Bilirubin auf ein Gallengangsproblem oder ein Problem im Darm hin, bei dem die Leber zwar zum Glukoronidieren fähig ist, das direkte Bilirubin aber nicht in den Darm weiterzuleiten vermag. Umgekehrt können erhöhte Werte von indirektem Bilirubin auf einen Leberschaden hindeuten.

Beispielhaft sei, was die unterschiedlichen Bilirubin-Formen angeht, insoweit darauf hingewiesen, dass eine Erhöhung des unkonjugierten Bilirubin auftreten kann aufgrund einer Hämolyse, wobei mit weitergehenden Tests dann eine Rh-, ABO- oder Kell-Inkompabilität nachgewiesen bzw. eine Immunhämolyse von angeborenen hämolytischen Anämien unterschieden werden kann. Weiter kann eine Erhöhung des unkonjugierten Bilirubin auch zurückzuführen sein auf grössere Hämatome, eine Störung der Aufnahme des Bilirubins in die Leberzellen aufgrund eines physiologischen Neugeborenen-Ikterus oder einer Polyzythämie, Hormone, eine Hypothyreose, Medikamentengabe, oder einen Morbus Gilbert-Meulengracht sowie etwa auf eine Störung der Glukoronidierung in der unreifen Leber eines Frühgeborenen, was als Crigler-Najjar-Syndrom bezeichnet wird.

Eine Erhöhung des konjugierten (direkt reagierenden) Bilirubins wird dagegen Erkrankungen der Leber wie Hepatitis, Autoimmunhepatitis, einem Stoffwechseldefekt oder einem toxischen Leberschaden, bestimmten Medikamente sowie parenteraler Ernährung, zugeschrieben oder Erkrankungen der Gallenwege wie einer intrahepatischer Gallengangsdys-ZHypoplasie, einer extrahepatische Gallengangsatresie, einer Choledocholithiasis, Choledochuszyste, Cholangitis oder dem sog. Rotor-Syndrom oder Dubin- Johnson- Syndrom.

Dies zeigt, dass eine Unterscheidung der verschiedenen Bilirubin-Formen erhebliche Vorteile bieten kann.

Aufgrund der Toxizität von Bilirubin muss erhöhten Bilirubin-Konzentrationen zudem entgegengewirkt werden. Das geschieht, gerade bei Neugeborenen, durch Bestrahlung der Haut mit Blaulicht. Bei Bestrahlung der Haut mit Licht am bei 460nm liegenden Absorptionsmaximum des Bilirubins ohne Glukoronidierung kann diese Form des Bilirubin auf verschiedenen Wegen umgebaut werden. Der wichtigste Weg ist die strukturelle Isomerisation, die zur Bildung von Lumirubin führt. Weniger bedeutsam ist die konfigurationale Photoisomerisation, bei der aus dem toxischen hydrophoben Bilirubin ein ungiftiges wasserlösliches Bilirubinmolekül entsteht. Es kann zudem eine Photooxidation bewirkt werden, bei der Dipyrrole entstehen, was aber bei der Phototherapie Neugeborener mit Blaulicht eine quantitativ untergordnete Rolle spielt.

Vor diesem Hintergrund wäre es wünschenswert, Bilirubin auf einfache Weise schnell messen zu können. Besonders wünschenswert wären dabei nichtinvasive Mess-Methoden, die eine schnelle und präzise Messung erlauben. Weiter wäre es wünschenswert, zumindest einen Anhaltspunkt dafür zu haben, welche der Bilirubin-Formen jeweils erhöht sind.

Verfahren und Vorrichtungen zur Messung von Bilirubin sind bereits bekannt. Dabei ist vorgeschlagen worden, die Messungen optisch durch Einstrahlung von Licht in den Körper und Detektion des daraufhin aus dem Körper empfangbaren Licht durchzuführen.

Nach DE 10 2016 014 071 A1 kann Bilirubin für Therapien transkutan gemessen werden, indem im Rahmen eines Belichtungsschrittes Licht auf einen vitalen Gewebeabschnitt aufge- strahlt und zumindest ein Teil des aus diesem Gewebeabschnitt heraustretenden Lichtes erfasst wird und dann Intensität und Wellenlänge in einem Gleichungssystem berücksichtigt werden, mit dem die Konzentration von Bilirubin ermittelt wird. Konzentrationen von Hämoglobin und das Hautgewebe werden dabei berücksichtigt, indem Absorptionswerte von Hämoglobin bei Wellenlängen von 452nm und 500nm bestimmt werden, weil dies jene an den sogenannten „isosbestischen“ Wellenlängen sind, an denen sich die Absorption des Hämoglobins durch seine Oxygenierung/Deoxygenierung nicht ändert.

Aus der DE 10 2017 008 631 Al ist ein Therapie-Verfahren bekannt, bei welchem eine an einen vitalen Gewebebereich des Patienten angebundene Sensoreinrichtung eine Lichtquelle und eine Erfassungseinrichtung umfasst, mit welcher aus dem vitalen Gewebebereich des Patienten austretendes Licht erfasst wird. Über die Erfassungseinrichtung werden Signale generiert, die einen Rückschluss auf die Bilirubin-Konzentration in dem vitalen Gewebebereich ermöglichen, was es erlaubt, die Anordnung unter Berücksichtigung der ermittelten Bilirubin- Konzentration zu betreiben und einen allmählichen Abfall der Bilirubin-Konzentration zu beobachten.

Aus dem Aufsatz “Neonatal wearable device for colorimetry-based real-time detection of jaundice with simultaneous sensing of vitals” von Go Inamori et al. in Sei. Adv. 2021; 7: ea- be3793 3 March 2021 ist es bekannt, Bilirubin-Konzentrationen zu bestimmen, indem die Differenz der Absorption von grünem und blauem Licht bestimmt wird, das mit kleinen LEDs erzeugt wird. Es wird dargestellt, dass bei einer 24-stündigen Phototherapie eine Abnahme des mit einem entsprechenden transkutanen Bilirubinometer gemessenen transkutanen Bilirubins erfasst werden kann.

Dass auch kommerziell bereits Geräte verfügbar sind, mit denen Bilirubin gemessen werden kann, wie etwa das Dräger Jaundice Meter JM-105, sei erwähnt.

Optische Messungen von in vitalem Gewebe befindlichen Bilirubin sind aber regelmäßig stark durch die optischen Eigenschaften der Haut beeinflusst, etwa aufgrund der Lichtabsorption durch Hämoglobin oder Pigmentfarbstoffe wie Melanin, wobei sich diese Einflussfaktoren nicht nur von Patient zu Patient unterschiedlich auswirken können, sondern auch bei ein und demselben Patienten Unterschiede abhängig von einer aktuellen Durchblutung, Blut- Sauerstoffsättigung und dem spezifischen untersuchten Bereich vitalen Gewebes auftreten können. So ist zwar vorgeschlagen worden, die Dicke eines untersuchten Gewebebereiches mechanisch zu messen, vergleiche US 2013/00 23 742 Al, aber auch dies greift zum Teil deutlich zu kurz, zumal der dort vorgeschlagene, zangenartige Mechanismus zur Dickenmessung für viele Anwendungen wie bei Neugeborenen zumindest praktisch ist.

Die vorbekannten Verfahren zur Bilirubinmessung kranken aber nicht nur an Ungenauigkeiten bezüglich der erhaltenen Messwerte aufgrund von Hautpigmentierung oder Durchblutung. Auch die optischen Eigenschaften selbst der verschiedenen Bilirubin-Formen können sich nämlich durch verschiedene Einflussfaktoren wie dem pH oder einem Proteingehalt der Lösung ändern. Dabei kommen Effekte wie die sog. Försterresonanz zum Tragen, durch die sich die spektrale Eigenschaften eines Moleküls nach Art und Konzentration anderer, in der Nähe befindlicher Substanzen verschieben. So wurde in vitro gezeigt, dass der Proteingehalt einer Bilirubin-Lösung Einfluss auf die spektralen Eigenschaften hat. Dass bei transkutanen Messung Größen wie der Proteingehalt nicht bekannt sind, erschwert damit allgemein die Bestimmung von Bilirubin und macht eine Unterscheidung verschiedener Bilirubin-Formen erst recht problematisch.

Angesichts dieser Schwierigkeiten erstaunt es nicht, dass gängige Verfahren kaum in der Lage sind, auf einfache Weise direktes von indirektem Bilirubin zu unterscheiden, besonders, wenn zugleich gefordert wird, dass eine entsprechende Bestimmung schnell und gegebenenfalls ohne Teilnahme spezifisch geschulten Personals wie Ärzten, Krankenschwestern und dergleichen mit einem preiswerten und gegebenenfalls über einen längeren Zeitraum kontinuierlich zu verwendenden Gerät möglich sein soll.

Es wäre demnach wünschenswert, eine einfache Bestimmung von Bilirubin zu ermöglichen, mit welcher zumindest einige der bestehenden Probleme zumindest teilweise gelöst werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereit zu stellen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Einige der bevorzugten Ausführungsformen finden sich beispielhaft in den abhängigen Ansprüchen.

Gemäß einem ersten Grundgedanken der Erfindung wird somit vorgeschlagen, dass bei einem Verfahren zur Bestimmung von Bilirubin, bei welchem Licht in einen vitalen Gewebebereich mit einer Wellenlänge, die zur Transformation von Bilirubin geeignet ist, eingestrahlt wird, Licht aus dem bestrahlten vitalen Gewebebereich detektiert wird und eine Zeitreihe sich entsprechend der Transformation verändernder Detektionssignale ermittelt wird und Bilirubin im Ansprechen auf die Zeitreihe bestimmt wird, weiter vorgesehen ist, dass in den vitalen Gewebebereich lokal Licht eingestrahlt wird, dessen Intensität groß genug ist, eine schneller phototransformierbare Bilirubin-Form ungeachtet körpereigener Transportprozesse gegenüber einer langsamer phototransformierbaren Bilirubinform im Vergleich zu anderen Gewebebereichen lokal in mit den verwendeten Detektionsmitteln erkennbarer Weise abzureichern, und dass aus den während der lokalen Abreicherung erfassten Detektionssignalen der Zeitreihe unterschiedliche Bilirubin-Formen im nichtabgereicherten Zustand quantifiziert werden.

Die Einstrahlung kann ohne weiteres von außen geschehen, also transkutan. Dabei kann ein Gewebebereich bestrahlt werden und dessen Fluoreszenz außerhalb des Körpers bestimmt werden. Dass diese damit rein optische Methode Vorteile besitzt, sei erwähnt. So ist sie für den Patienten, anders als eine Blutentnahme schmerzfrei und eine Infektionsgefahr ist reduziert, da die Hautbarriere nicht durchbrochen wird; die Reduktion der Infektionsgefahr ist dabei sowohl für Patienten als auch für medizinisches Personal von Vorteil, das andernfalls bei Entnahme und Handhabung von Blutproben einem erhöhten Infektionsrisiko ausgesetzt wäre.

Die Erfassung des aus dem Gewebebereich erhaltenen Lichtes mit einem oder mehreren Detektoren wird bevorzugt etwas beanstandet von der Lichtquelle geschehen, damit ein hinreichend langer Lichtweg durch den vitalen Gewebebereich gewährleistet ist und eine direkte Einstrahlung von Licht aus der Lichtquelle in den Detektor vermieden wird; dass gegebenenfalls eine Absolutintensität direkt mit einem zusätzlichen Sensor erfasst werden kann, etwa um zu normieren, sei aber erwähnt. Insoweit, als Fluoreszenzsignale erfasst werden sollen, sei darauf hingewiesen, dass ungeachtet dessen eine dauerhafte Beleuchtung während der Aufnahme der Zeitreihe gewünscht ist, um die fortschreitende Phototransformation insbesondere des schneller phototransformiertbaren Bilirubins zu bewirken. Dafür muss über die ganze Messung hindurch, also über die ganze Zeitreihe hinweg, genug Licht eingestrahlt werden. Bei hinreichener Fluoreszenz wäre es möglich, dafür eine gepulste Lichtquelle zu verwenden, die während der Messung und insbesondere bei o- der vor jeder Erfassung eines einzelnen Detektionssignals der Zeitreihe mindestens einen oder mehrere (dann einsichtiger Weise jeweils aber relativ kräftige) Lichtimpulse auf das Gewebe einstrahlt; baulich einfacher und schon deswegen bevorzugt ist allerdings ein kontinuierlicher Betrieb der Lichtquelle während der Aufnahme einer Meßreihe.

Erwähnt sei, dass das zur Messung in einen vitalen Gewebebereich eingestrahlte Licht lokal eingestrahlt wird, also kleinflächig gegenüber der Gesamthautfläche des Patienten. Bei der Phototherapie zum Bilirubin-Abbaus wird hingegen Licht möglichst großflächig eingestrahlt. Typisch wird vorliegend die Fläche der lokalen Einstrahlung kleiner als 5 cm² sein, bevorzugt kleiner als 3 cm², insbesondere um oder kleiner als 1 cm². Dies erlaubt auch die Verwendung kleiner und damit dauerhaft tragbarer Geräte, mit denen das Verfahren realisiert wird.

Eine kleine Einstrahlfläche von unter 5 cm², bevorzugt unter 3 cm², bevorzugt um 1 cm² erlaubt es, durch Fokussierung bei geringem konstruktivem Aufwand vergleichsweise hohe Einstrahlungsleistungsdichten zu verwenden, die wiederum die erwünschte schnelle Bilirubin-Transformation erlauben. In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurden zur Beleuchtung (blaue) LEDs verwendet, die mit einer Leistung von 75mW bis 150mW betrieben wurden. Erwähnt sei aber, dass bei einer zu kleinen Einstrahlungsfläche kleinflächige Pigmentflecken auf der Haut einen zu großen Einfluss gewinnen und dass sich gegebenenfalls auch durchstrahlte (Kapillar-)Gefäße im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Lichtdetektor stärker auswirken, was unerwünscht ist.

Was die Geschwindigkeit der Bilirubin-Transformation angeht, so wird diese Transformation derart schnell von statten gehen, dass durch körpereigene Transportprozesse wie Diffusion und Kapillartransport noch unbestrahltes körpereigenes Fluid wie Blut nicht in signifikantem Maß an den Ort des bestrahlten vitalen Gewebes transportiert werden kann, was eine in der Zeitreihe erfassbare lokale Abreicherung der unterschiedlich schnell phototransformierbaren Bilirubin-Formen verhindern würde. Es ist einsichtig, dass die Abreicherung bei größeren Lichtintensitäten schneller erfolgt und dass im Übrigen auch die körpereigenen Transportprozesse für verschiedene Patienten oder Patientengruppen unterschiedlich schnell erfolgen werden. Damit wird die für die Messung erforderliche absolute Mindest-Lichtintensität ebenfalls für bestimmte Patienten oder Patientengruppen höher sein als für andere. Eine Obergrenze findet die Lichtintensität, die eingestreut werden kann, dort, wo durch die Strahlung Schäden verursacht werden, oder, wo der Abbau so schnell erfolgt, dass er mit gegebener Sensorik nicht mehr auflösbar ist oder wo der Erzeugung des einzustrahlenden Lichtes Grenzen gesetzt sind. Erwähnt sei auch, dass es bei der Phototherapie im Gegensatz zum vorliegenden Verfahren im Regelfall erwünscht ist, dass während der Bestrahlung ein körpereigener Transportprozess stattfindet, da dies zu einem effizienten, in der Phototherapie ja therapeutisch gewünschten Bilirubin-Abbau beiträgt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung sollte daher nicht verwechselt werden mit der wiederholten Messung eines Bilirubingehaltes während einer langfristigen, phototherapeutischen Bestrahlung, und zwar auch dann nicht, wenn parallel zu einer solchen phototherapeutischen Bestrahlung wiederholt Bilirubin- Messungen vorgenommen werden, gegebenenfalls auch durch lokale Einstrahlung von Licht, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt sein mag. Die bei der bekannten Phototherapie erfassten Zeitreihen werden nämlich allenfalls einen allmählichen Abfall des Bilirubin-Gesamtwertes erfassen, ohne aber aus einem messtrahlungsinduzierten lokalen Abfall schneller transformierbarer Bilirubin-Formen auf die unterschiedlichen Bilirubin- Formen zu schließen bzw. diese unterschiedlichen Bilirubin-Formen voneinander zu unterscheiden.

Was die Quantifizierung der unterschiedlichen Bilirubinformen angeht, sei angemerkt, vgl. die aus dem Stand der Technik entnommene Fig. 5, dass die Spektren etwa von konjugiertem und unkonjugiertem Bilirubin sehr ähnlich sind, vor allem, wenn Fluoreszenz- Spektren von in Fluid befindlichem Bilirubin nur mit einer auch in der täglichen medizinischen Praxis noch ohne größeren Aufwand erzielbaren Spektralauflösung aufgenommen werden. Eine direkte spektrale Unterscheidung ist somit schwierig. Die Erfindung hat erkannt und umgesetzt, dass die unterschiedliche Photozersetzung in Licht von konjugiertem und unkonjugiertem Bilirubin zur Quantifizierung unterschiedlicher Bilirubin-Formen ausgenutzt werden, zumal es möglich ist, blaues Licht einer Wellenlänge einzusetzen, bei welcher im wesentlichen das unkonjugierte, indirekte Bilirubin abgebaut wird, bei welcher das konjugierte Bilirubin zumindest weniger schnell abgebaut wird und bei welcher andere, ansonsten bei spektralen Untersuchungen störende Moleküle wie Melanin oder Hämoglobin -zumindest bei sinnvoll begrenzter Intensität- nicht signifikant zerstört werden. Es sei im Übrigen erwähnt, dass der schnellere Abbau des indirekten Bilirubins wie des Z,Z Isomers durch die Einwirkung von Licht aus dem blauen bis grünen Bereich therapeutisch genutzt wird, da die durch Einwirkung von Licht erzeugten Isomere eine gegenüber dem indirekten Bilirubins erhöhte Wasserlöslichkeit aufweisen, sodass das Bilirubin auch ohne vorherige Metabolisierung in der Leber ausgeschieden werden kann, was zum Erreichen der therapeutisch angestrebten Bilirubin-Verringerung führt. Als wichtigste Abbauprodukte seien insofern Lumirubin sowie die Isomere Z,E und IXa-Bilirubin genannt.

Aufgrund der vergleichbaren spektralen Eigenschaften von konjugiertem und unkonjugiertem Bilirubin, vgl. Fig,. 5, sind auch die Fluoreszenzspektren vergleichbar; der Abbau von Bilirubin führt aber zu einer Abnahme der Fluoreszenz während der Zeitreihe, weil mangels Transport von unbestrahlten Körperfluid an den Ort der lokalen Bestrahlung ein deutlich merkbarer Abbau von Bilirubin stattfindet. In einer mit hinreichender Zeitauflösung aufgenommenen Zeitreihe wirkt sich der Abbau des schnell abbaubaren Bilirubins somit durch eine schnelle Abnahme der Fluoreszenz ab; dementsprechend kann aus dem Abnahmeverhalten der Fluoreszenz auf das Vorliegen von mehr oder weniger unkonjugiertem, indirektem Bilirubin geschlossen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Fluoreszenz nicht vollständig auf Null fallen wird, gleichwohl aber ein hinreichend starker Abfall bei vertretbaren Einstrahlungsintensitäten und Einstrahlungsleistungsdichten erreichbar ist.

Die Quantifizierung muss nicht zwingend absolut erfolgen, muss also nicht zwingend einen Absolutwert in mg/dl liefern. Es ist diagnostisch oft bereits hilfreich, auf einen besonders hohen oder besonders niedrigen Anteil an unkonjugierte Bilirubin am Gesamtbilirubin hinweisen zu können. Ein Gesamt-Bilirubin-Wert kann dabei aus der Gesamtfluoreszenz selbst, etwa zu Anfang der Messung oder der mittleren Gesamtfluoreszenz im Verlauf einer bestimmten Messzeit ermittelt werden. Als Quantifizierung wird somit bereits die Angabe „unkonjugiertes Bilirubin hoch“ oder „unkonjugiertes Bilirubins niedrig“ verstanden bzw. etwa eine Angabe „unkonjugiertes Bilirubins niedriger als im Normalbereich“ „unkonjugiertes Bilirubins höher als im Normalbereich“ oder „unkonjugiertes Bilirubins im Normalbereich“, denn bereits diese groben Angaben können eine Diagnose erheblich erleichtern. Es sei jedoch betont, dass im Regelfall eine quantitative Bestimmung von Gesamtbilirubin, indirektem Bilirubin und direktem Bilirubin möglich ist, und zwar mit einer Genauigkeit, die es etwa erlaubt, zwischen verschiedenen Ursachen der Hyperbilirubinämie wie Leber- Gallengangs oder Darmproblemem zu differenzieren. Erwähnt sei des weiteren, dass zwar an verschiedenen Stellen der vorliegenden Offenbarung beispielhaft auf (Neugeborenen-) Gelbsucht Bezug genommen wird, um zu motivieren, weshalb die Messung von Bilirubin und gegebenenfalls die Unterscheidung unterschiedlicher Bilirubin-Formen einen diagnostischen Nutzen bringt. Betont sei aber, dass die vorgeschlagene und offenbarte Messung von Bilirubin und die Unterscheidung unterschiedlicher Bilirubin-Formen bereits einen diagnostischen Nutzen bringt, bevor die Bilirubinwerte derart stark überhöht sind, dass eine klare erkennbare Hautfärbung auftritt. Insofern sei betont, dass ein diagnostischer Nutzen des hier offenbarten Verfahrens und der hier offenbarten Vorrichtungen, sowohl was Messungen des Gesamt-Bilirubins basierend auf Messungen, die auf einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen durchgeführt werden, angeht als auch, was Messungen unterschiedlicher Bilirubin-Formen basierend auf Zeitreihen angeht, bereits bei recht geringen Bilirubin-Werten gegeben ist, also keinesfalls eine reine Ni sehen- An wendung vorliegt. Vielmehr kann in vielen Fällen auf die Anwendung klassischer, Blutproben untersuchender Labormethoden dank der hier offenbarten Verfahren und Vorrichtungen verzichtet werden. Mit anderen Worten sind Genauigkeit und Empfindlichkeit von Verfahren und Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung hoch.

Es wird für den Fachmann einsichtig sein, dass die Quantifizierung der unterschiedlichen Bilirubin-Formen basierend auf den Zeitreihen erfordert, dass die entsprechenden, an den Punkten der Zeitreihe aufgenommenen Detektionssignale genauer betrachtet werden, was typisch dadurch geschehen wird, dass die entsprechenden Detektionssignale, gegebenenfalls nach Signalkonditionierung wie Bandpassfilterung, Impedanzanpassung und Analog-Digital- Wandlung als Eingangssignal in einen geeigneten Auswerte Algorithmus oder AI-Auswerte Filter oder dergleichen gespeist werden und dass eine für derartige Operationen geeigneter Hardware bereitgestellt wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass beim Abbau von Bilirubin Substanzen wie Lumirubin entstehen. Weiter ist auch die konfigurationale Photoisomerisation sowie die Photooxidation, bei der Dipyrrole entstehen, bei der Transformation von Bilirubin bei Lichteinstrahlung von Bedeutung. Die entsprechenden Produkte können zum Teil ebenfalls zu den Detektionssignalen beitragen und somit die Zeitreihe beeinflussen. Aus diesem Grund ist es oftmals erwünscht, eine Zeitreihe bei mehr als einer Nachweiswellenlänge aufzunehmen.

Es ist bevorzugt, wenn die Messdauer für die Aufnahme einer Zeitreihe kleiner als 15min ist, bevorzugt kleiner als 10min ist, insbesondere bevorzugt kleiner 5min ist, und ganz besonders bevorzugt kleiner als 2min ist. Eine zu lange Meßdauer wird dazu führen, dass bei typisch bestrahlten vitalen Gewebebereichen, die etwa an der Stirn, einem Finger oder am Arm liegen können und im Regelfall recht gut durchblutet sind, durch Diffusionsprozesse und dergl. die bei der eigentlichen Messung störenden körpereigenen Transportprozesse an Bedeutung gewinnen. Es wird einsichtig sein, dass sich diese körpereigenen Transportprozesse bei besonders gut durchbluteten Gewebebereichen stärker auswirken. Diese Effekte werden sich bei kürzerer Meßdauer weniger stark auswirken. Zudem ist es für Patienten und gegebenenfalls auch für medizinisches Personal im Regelfall wünschenswert, nicht zu lange auf ein Ergebnis warten zu müssen. Daher sind Meßdauern kleiner 2 Minuten, beispielsweise von 1 Minute, besonders bevorzugt. Innerhalb dieser Meßdauer muss jedoch eine Zeitreihe mit hinreichend vielen Detektionssignalen aufgenommen werden, die zudem nicht übermäßig durch Rauschen beeinträchtigt sein sollen. Es ist wünschenswert, dass die ausgewertete Zeitreihe wenigstens 5, bevorzugt wenigstens 10 Detektionssignale umfasst. Erwähnt sei, dass gegebenenfalls, je nach Durchblutung der durchstrahlten Gewebebereiche sich der Puls womöglich störend auswirkt, weil sich mit dem Puls die optischen Eigenschaften des Gewebes per se auch ohne Bilirubin-Abbau ändern. Deswegen sind hinreichend lange Meßperioden mit hinreichend vielen Detektionssignalen in einer Zeitreihe klar bevorzugt.

Demgemäß ist es auch bevorzugt, wenn die Messdauer für die Aufnahme einer Zeitreihe größer als 15Sekunden ist, bevorzugt wenigstens 30Sekunden beträgt und insbesondere bevorzugt wenigstens 50 Sekunden, besser mindestens IMinute beträgt.

Es ist zudem auch bevorzugt, wenn die Integrationsdauer je Detektionssignal der Zeitreihe wenigstes 100ms beträgt, bevorzugt mindestens 500 s beträgt, insbesondere mindestens 1 Sekunde beträgt. Diesbezüglich erwähnt sei, dass ungeachtet der bevorzugt recht hohen Intensitäten und Leistungsdichten des eingestrahlten Lichtes eine vergleichsweise geringe Lichtmenge an Fluoreszenzlicht nachweisbar ist, was bei ökonomisch und technologisch vertretbarem Aufwand hinsichtlich der Detektoren dazu führt, dass Detektionssignale vergleichsweise stark verrauscht sind. Eine ausreichende Integrationsdauer je Detektionssignal mindert dieses Rauschen in bekannter Weise, zumal gegebenenfalls auch über einen Pulsschlag hinweg gemittelt wird.

Die Integrationsdauer je Detektionssignal sollte jedoch nicht zu groß werden, weil andernfalls zu wenig Messwerte in einer Zeitreihe während der sinnvollen, zur Verfügung stehenden Meßdauer erfassbar sind, also bevor Transportprozesse einer weiteren messbaren Änderung des Detektionsignales, etwa einer Flurosezenzsignalabnahme aufgrund eines Abbaus schneller phototransformiebaren Bilirubins merklich und störend entgegenwirken. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren daher derart ausgeführt, dass die Zeitauflösung der Zeitreihe besser ist als 10 Sekunden, bevorzugt besser als 5 Sekunden, insbesondere bevorzugt besser als 2 Sekunden und insbesondere bevorzugt etwa 1 Sekunde beträgt. In einer praktischen Implementierung wurde beispielsweise über eine Meßdauer von 30 Sekunden eine Reihe von 30, jeweils 1 Sekunde langen Fluoreszenz-Intensität-Messungen erfasst, was zu guten Ergebnissen geführt hat.

Es ist möglich und bevorzugt, wenn eine wiederholte Messung von Bilirubin vorgenommen wird, wobei zwischen der Aufnahme zweier Zeitreihen eine Zeit von mindestens 5 Minuten, besser 10 Minuten, bevorzugt wenigstens 15 Minuten abgewartet wird und während dieser Wartezeit die Lichtintensität der lokalen Lichteinstrahlung reduziert wird, wobei bevorzugt die Intensität des Lichtes, mit dem die schneller phototransformierbare Bili- rubin-Form im Vergleich zu anderen Gewebebereichen lokal abgereichert wird, unter 20% der zur Messung verwendeten Lichtintensität, bevorzugt unter 10% der lokalen Lichteinstrahlung beträgt und insbesondere bevorzugt eine lokal Licht einstrahlende Lichtquelle während der Wartedauer kein Licht auf den vitalen Gewebebereich einstrahlt. Eine solche wiederholte Messung kann insbesondere dort vorteilhaft sein, wo eine Phototherapie durchgeführt wird, bei welcher der Patient großflächig und nicht nur, wie zur vorliegenden Messung, lokal mit Bilirubin-abbauender Strahlung bestrahlt wird, und bei welcher der therapeutisch erzielte Bilirubin-Abbau erfasst werden soll. In einem solchen Fall wird ungeachtet der im gesamten Patienten mit der Zeit fortschreitenden Abnahme der Bilirubin-Konzentrationen durch die (hinreichend intensive) lokale Bestrahlung bei einer ersten Messung eine lokale Abreicherung des schneller phototransformierbaren Bilirubins, typisch also des unkonjugierten, indirekten Bilirubins erfolgen, die zu einer charakteristischen Änderung über der Zeit der Detektionsignale einer ersten Zeitreihe, die der ersten Messung zugeordnet sind, führt. Danach kann die lokale intensive Lichtquelle, die gegebenenfalls zusätzlich zu der phototherapeutisch vorgenommenen großflächigen Bestrahlung lokal besonders intensives Licht eingestrahlt hat, ausgeschaltet werden, worauf sich durch die körpereigenen Transportmechanismen auch am Ort der Bestrahlung allmählich wieder jene Verteilung unterschiedlicher Bilirubinformen einstellt, wie sie für die nicht lokal bestrahlten Bereiche vergleichbaren Gewebes charakteristisch sind. Die Geschwindigkeit der Erholung der Bilirubin-Formen am Ort der Bestrahlung hin zu der global beobachteten Verteilung wird abhängig sein von der Effizienz der Transportmechanismen und kann somit von Patient zu Patient variieren. Die angegebenen Wartezeiten zwischen 2 Zeitreihen von mindestens 5 Minuten, besser 10 Minuten und bevorzugt wenigstens 15 Minuten tragen dem Rechnung. Im Regelfall wird, etwa bei Neugeborenen, zu erwarten sein, dass nach 15 Minuten die Erholung eingetreten ist, die erforderlich ist, um eine neue Zeitreihe bestimmen zu können. Es kann dann eine zweite Zeitreihe für eine zweite Messung aufgenommen werden. Auf diese Weise können so mit dem vorliegenden Verfahren Bilirubin-Messungen wiederholt durchgeführt werden, wobei nicht nur ein Maß für die während der großflächig den Patienten bestrahlten den Phototherapie allmählich abnehmenden Bilirubin-Werte erhalten wird, sondern jeweils auch die unterschiedliche Biliru- bin-FormenZustand aktuell neu quantifiziert werden können.

Aufgrund der rein optischen Messungen sind auch keine Einschränkungen, wie sie durch die Beschränkung der Anzahl sinnvoll bei Neugeborenen und Säuglingen entnehmbarer Blutproben auftreten, zu befürchten. Dass nicht nur bei humanen Patienten, auf die die Erfindung primär zielt, wie bei Neugeborenen und Säuglingen, sondern auch bei kleinen Versuchs- deren wie z.B. Mäusen sonst zu befürchtende Probleme übermäßiger Blutentnahme vermieden werden können, sei erwähnt.

Es sei im Übrigen auf folgendes hingewiesen: die Messung wird stark durch eine Pigmentierung der Haut, etwa aufgrund von in der Haut vorhandenem Melanin beeinträchtigt, da Melanin nicht nur ähnliche spektrale Eigenschaften wie Bilirubin besitzt und damit die Messungen per se stört, sondern auch den Lichteintritt in die Haut blockiert, also dunkle Haut weniger blaues Licht bis zum Gewebe vordringen lässt, was die Bilirubin-Transformations einsichtiger Weise beeinträchtigt. Gerade dort, wo multispektrale Messungen mit geeigneten Sensoren vorgenommen werden, kann aber eine solche Grundpigmentierung der Haut durch Beleuchtung mit Licht einer oder mehrerer Bilirubin nicht (bzw. nur sehr wenig) transformierender Wellenlängen und Erfassung der entsprechenden Sensorsignale gegebenenfalls bestimmt werden. Dazu ist lediglich erforderlich, dass die Lichtquelle eine oder mehrere Farben neben dem blauen zur Bilirubin-Transformation verwendeten Licht zu emittieren vermag, was ohne weiteres mit geeigneten Mehrfarb-LEDs möglich ist. Es können dann Detektionssignale an den multispektralen Detektoren bei einer solchen Beleuchtung erfasst werden, was einen Rückschluss auf die Hautpigmentierung und damit eine Korrektur der zu bestimmenden Bilirubin-Werte im Hinblick auf die Pigmentierung erlaubt. Eine solche Korrekturmessung kann unmittelbar vor einer ersten Bilirubin-Messung oder im Anschluss daran erfolgen respektive während einer Wartperiode bis zu einer nächsten Messung.

In einer bevorzugten Variante wird das zur Bilirubin-Transformation eingestrahlte Licht eine Wellenlänge von 400 bis 450 nm besitzen, insbesondere von 400nm. Die Wellenlänge bzw. die Wellenlängenverteilung sollte so gewählt sein, dass einerseits mit einer günstigen und energiesparenden Lichtquelle Licht erzeugt werden kann und andererseits das in das Gewebe eingestrahlte Licht eine effiziente Bilirubin-Transformation einer der Bilirubin-Formen bewirken kann. Für eine Wellenlänge um 400 nm ist dies der Fall, weil einerseits Licht dieser Wellenlänge mittels LEDs mit hinreichend hoher Intensität und geringem Energieaufwand auch in einem kleinen Gerät erzeugt werden kann und weil andererseits diese Wellenlänge besonders effizient ist, um eine schnelle Phototransformation von unkonjugiertem Bilirubin und somit eine Abnahme der auf dieses zurückgehenden Fluoreszenz während der Aufnahme einer Zeitreihe zu erreichen.

Es ist möglich und bevorzugt, dass Licht mehrerer unterscheidbarer Wellenlängen aus dem bestrahlten vitalen Gewebebereich detektiert wird, wobei bevorzugt sowohl Licht der Einstrahlungswellenlänge detektiert wird als auch, davon unterscheidbar, längerwelliges Licht. Die Detektion von Licht der Einstrahlungswellenlänge erlaubt zunächst abzuschätzen, wie viel Licht in das Gewebe eingestrahlt wird und durch dieses hindurch bis zu einem Detektor gelangt. Dies ist von Bedeutung, weil z.B. sowohl die Befestigung einer Anordnung auf dem Körper des Patienten als auch beispielsweise seine Pigmentierung einen erheblichen Einfluss haben können, wieviel des mit einer Lichtquelle erzeugten Lichtes tatsächlich zur Phototransformation von Bilirubin zur Verfügung stehen. Es wird somit also eine Normierung etwa der Fluoreszenzstärke ermöglicht.

Es ist auch bevorzugt, dass Licht in mindestens zwei unterscheidbaren Wellenlängenbereichen detektiert wird, die das eingestrahlte Licht nicht umfassen und bevorzugt innerhalb eines FWHM-Bereiches eine der Wellenlängen umfassen, die ausgewählt ist aus den (Zentral-) Wellenlängen 500+-20nm, 550+-10nm, 570+-10nm, 600+-20nm und 650+-20nm. Ergänzend kann Licht der Einstrahlungswellenlänge erfasst werden, z.B. bei 450+-10nm, damit die erfassten Intensitäten normiert werden können. Es sei erwähnt, dass sich in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen unterschiedliche Zeitverläufe der Fluoreszenzkurven ergeben können, etwa weil die bei einer Phototransformation erzeugten Photolyseprodukte unterschiedlich stark auf Bestrahlung mit dem eingestreuten Licht hin fluoreszieren. Es sei erwähnt, dass eine Messung in mehreren Wellenlängenbereichen allenfalls einen vernachlässigbaren zusätzlichen baulichen Aufwand bedingt, weil es Detektor-Bauelemente gibt, die eine Vielzahl separater Photodetektoren, beispielsweise Photodioden, mit jeweils unterschiedlichem vorgeordneten Wellenlängenfilter besitzen. Beispielhaft erwähnt sei der Baustein AS7262 von AMS zur Aufnahme 6 unterschiedlicher spektrale Kanäle, der in einem praktischen Ausführungsbeispiel verwendet wurde, wobei als Zentralwellenlängen der jeweiligen spektrale Kanäle die Wellenlängen 500nm, 550nm, 570nm, 600nm und 650nm mit einer Genauigkeit von plus minus 5 nm und einer FWHM-Bandbreite von 40 nm je Kanal implementiert wurden. Die Auswertung der auf mehreren dieser Kanäle erfassten Detektionssignale erlaubt es, die Genauigkeit der Bilirubin-Messungen zu erhöhen. Durch Betrachtung mehrerer Kanäle wird unter anderem die absolute Bilirubin-Konzentrationen genauer erfassbar, als dies bei Betrachtung nur eines einzelnen Kanals möglich ist. Im Übrigen sei darauf hingewiesen, dass eine Einstrahlung von blauem Licht als Bilirubin-Formen transformierender Strahlung nicht zwingend ist. Zwar arbeiten aktuelle Phototherapielampen, mit denen ja eine Bilirubin-Transformation durch Strahlung ebenfalls erreicht wird, primär bei 450 bis 470 nm, es wird aber auch überlegt, ob Licht längerer Wellenlänge 490 bis 510 nm (also Licht der Farben Türkis oder Grün) besser für den Bilirubin-Abbau geeignet sein könnten, vgl. Hendrik J. Vreman et al., „The effect of light wavelength on in vitro bilirubin photodegradation and photoisomer production“ in Pediatric Research (2019) 85:865 - 873. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich zwar an etlichen Stellen auf eine bestimmte, zur Bilirubin- Transformation verwendete Wellenlänge wie 400 nm oder 450 nm; dies geschieht aber primär, um dem Leser nicht an jeder Stelle, auf der auf eine kurzwellige, zur Bilirubin- Transformation verwendete Wellenlänge Bezug genommen wird, sämtliche potentiellen Möglichkeiten verwendbar Wellenlängen darlegen zu müssen, sondern schnell auf eine kurzwellige, zur Bilirubin-Transformation verwendbare Wellenlänge Bezug nehmen zu können. Damit soll explizit nicht ausgeschlossen sein, eine Bilirubin-Transformation auch mit Licht vorzunehmen, das längerwellig als 400nm bzw. 450 nm ist. Es wird einzuschätzen sein, dass dort, wo etwa als zur Bilirubin-Transformation verwendete Wellenlänge eine Wellenlänge von 510 nm eingesetzt wird, die Fluoreszenz-Intensitäten ebenfalls langweiliger als oben angegeben sein werden.

Das Verfahren wird in einer bevorzugten Ausführungsform so ausgeführt, dass Licht der Einstrahlungswellenlänge und längerwelliges Licht detektiert wird, die Intensität jedes Detektionssignales des detektierten längerwelligen Lichtes auf die Intensität detektierten Licht der Einstrahlungswellenlänge bezogen wird und aus der so erhaltenen Zeitreihe der auf die Intensität längerwelliges Lichtes bzw. die Intensität des detektierten Lichtes der Einstrahlungswellenlänge auf das nichtabgereicherte Verhältnis unterschiedlicher Bilirubin-Formen geschlossen wird. Mit anderen Worten wird zunächst für jede Wellenlänge, auf der Fluoreszenz nachgewiesen werden soll, auf die eingestrahlte Lichtintensität normiert, bevor die unterschiedlichen Bilirubin-Formen quantifiziert werden. Dies ist insofern sinnvoll, als damit dem Umstand Rechnung getragen wird, dass eine stärkere Ein- Strahlung von transformierenden Lichtes in das Gewebe zu einer schnelleren Phototransformation führt, die relative Abnahme der Fluoreszenz also nicht nur vom initialen Verhältnis der verschiedenen Bilirubin-Formen abhängt, sondern eben auch von der Intensität des eingestrahlten Lichtes.

Es ist möglich und bevorzugt, dass für mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen, die länger als die Einstrahlungswellenläge sind, die jeweiligen Intensitäten auf die Intensität des detektierten Lichtes der Einstrahlungswellenlänge bezogen werden und dann aus den mindestens zwei einstrahlungsintensitätskorrigierten Zeitreihenwerten gemeinsam auf das nichtabgereicherte Verhältnis unterschiedlicher Bilirubin-Formen geschlossen wird. Ein solches Vorgehen ist insofern sinnvoll, als für jede der Wellenlängen zunächst separat auf die unterschiedlichen Bilirubin-Formen geschlossen werden kann und dann eine die entsprechenden Quantifizierungen gemeinsam berücksichtigende Größe berechnet werden kann. Angemerkt sei jedenfalls, dass dort, wo mehrere Fluoreszenzwellenlängen ausgewertet sollen, um eine Quantifizierung der unterschiedlichen Bilirubin-Formen zu erreichen, die Detektionssignale bevorzugt auf die eingestrahlte Lichtintensität normiert werden. Was die Normierung der Detektionssignale angeht, ist es insbesondere auch möglich, auf die bis zu einem Detektionssignal einer Zeitreihe insgesamt während einer Zeitreihe eingestrahlte Lichtmenge, also die über die Zeit integrierte Einstrahlungsintensität, zu normieren und/oder sowohl das Zeitintegral der Einstrahlungsintensität als auch die aktuelle Einstrahlungsintensität zum Zeitpunkt der Fluoreszenz zu berücksichtigen, sofern die Einstrahlungsintensität über die Zeit der Zeitreihe hinweg stark fluktuiert.

Es sei im Übrigen erwähnt, dass nicht nur die Änderung der Detektionssignale während einer Zeitreihe, wie sie sich beispielhaft in der Abnahme der Fluoreszenz auswirkt, aussagekräftig ist. Vielmehr kann auch die absolute Stärke der Fluoreszenz von diagnostischen Interesse sein respektive die daraus erschließbare absolute Bilirubin-Konzentration. Es sei erwähnt, dass es so möglich ist, einen für das Gesamt-Bilirubin indikativen Wert zu bestimmen. Auch hier, d. h. bei der Bestimmung eines für das Gesamtbilirubin integrativen Wertes, etwa bei der Bestimmung einer absoluten Gesamtbilirubin-Konzentration, ist es vorteilhaft, Detektionssignale auf mehreren Wellenlängen gemeinsam auszuwerten. Es wurde festgestellt, dass bei gemeinsamer Auswertung von Detektionssignalen auf mehreren Wellenlängen die Korrelation zwischen den optisch durch lokale transkutane Einstrahlung von Licht in vitales Gewebe und Detektion von Fluoreszenzlicht aus dem vitalen Gewebe durchgeführten Bilirubin-Messungen und den durch Labor-Analyse von entnommenem Blut durchgeführten Bilirubin-Messungen verbessert wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn Verhältnisse der bei verschiedenen Wellenlängen erhaltenen Intensitäten bestimmt werden. Beispielsweise kann - bei einer Einstrahlung mit Licht der Wellenlänge 400nm (blau) das Verhältnis der bei Orange (600nm) und Rot (650nm) erhaltenen Detektionssignale bestimmt werden, das Verhältnis der bei Grün (550nm) und Gelb (570nm) erhaltenen Detektionssignale oder das Verhältnis der bei 450nm und 550nm erhaltenen Detektionssignale bestimmt werden. Auf diese Weise können mit ein und derselben Zeitreihe aufgrund der an unterschiedlichen Stellen des Spektrums erfassten Werte eine Vielzahl von Abschätzungen des Gesamt-Bilirubins erhalten werden. Ein solches Vorgehen führt zu Werten, die für ein einzelnes Farben-Paar wie Blau /Grün oder Orange /Rot schlechter sind, als wenn Extinktionskoeffizient und Schichtdicke genau bestimmt werden und die Werte un- ter der Annahme einer Lambert-Beer‘ sehen Abhängigkeit zur Bilirubinwert-Bestimmung verwendet werden. Allerdings ist es in der Praxis schwierig, Extensionskoeffizienten Schichtdicke genau zu bestimmen, weshalb mit Schätzungen gearbeitet werden muss, die aber durch die erheblichen Variationen etwa hinsichtlich der Hautpigmentierung, die unterschiedliche Durchblutung am Ort der Messstelle und den von Patient zu Patient stark unterschiedlichen Hautaufbau beeinflusst und daher regelmäßig sehr ungenau sind; dass Neugeborene einen gänzlich anderen Haufen Hautaufbau als Erwachsene besitzen, seien diesem Zusammenhang nur ergänzend erwähnt.

Angesichts dieser prinzipiell gegebenen Ungenauigkeiten bietet die vorgeschlagene gleichzeitige Betrachtung von bei unterschiedlichen spektralen Paarungen bestimmten einzelnen Gesamtbilirubin Werten und die Bestimmung eines aus den einzelnen Gesamtbilirubin Werten etwa durch Mittelwert-Bildung abgeleiteten, multispektral bestimmten Gesamtbilirubin Wertes insofern einen Vorteil, als die unterschiedlichen Paarungen die jeweiligen Einflussgrößen zum Teil überschätzen und zum Teil unterschätzen, sodass sich bei geeigneter Mittelung aus der Kombination der bei mehreren Farbpaaren erhaltenen Gesamtbilirubin-Werte zu einem multispektralen Gesamtbilirubin-Wert eine Größe bestimmen lässt, die sehr gut mit bei Blutanalysen im Labor erhaltenen Gesamtbilirubin-Werten korreliert, obwohl jeder Wert, der zu einem einzelnen Farbpaar gehört, für sich genommen recht ungenau ist. Betont sei insofern, dass der zusätzliche Aufwand zur Implementierung eines multispektralen Bestimmungsverfahrens für das Gesamtbilirubin ausgesprochen gering ist. So ist der aus dem Verhältnis Blau / Gelb bestimmte Gesamtbilirubin-Wert eher größer als der blutanalytisch bestimmte Laborwert, wohingegen der aus der Farbpaarung grün/gelb bestimmte Gesamtbilirubin-Wert eher kleiner als der blutanalytisch bestimmte Laborwert ist, aber der Mittelwert dem blutanalytisch bestimmten Laborwert des Gesamtbilirubins eng entspricht.

Noch genauer kann der Gesamt-Bilirubin-Wert bestimmt werden, wenn zumindest die Schichtdicken aus den Detektionssignalen abgeschätzt werden, was bei multi spektraler Auswertung möglich wird. Da letztlich nur Extinktionskoeffizienten und Schichtdicke als unbekannte Größen benötigt werden, um die Lambert-Beer‘ sehen Gesetzmäßigkeiten bei der Gesamtbilirubin-Bestimmung zu berücksichtigen, ist es nämlich prinzipiell möglich, diese beiden Größen aus bei mehreren Farben bestimmten Detektionssignalen durch geeignete mathematische Verfahren zu bestimmen. So wird die Dicke der Schicht, bis zu der eingestrahlte Lichtintensität vordringt, und welche demnach von Fluoreszenzlicht durchstrahlt wird, für alle Farben gleich sein; dies erlaubt es, mit geeigneten mathematischen Methoden wie dem Gaußverfahren die Pfadlänge zu bestimmen. Unterschiede hinsichtlich des Extinktionskoeffizienten sind für unterschiedliche Wellenlängen hingegen durchaus zu erwarten, können aber ungeachtet der realen Variationen von Patient zu Patient entweder real ignoriert oder auf standardisierte Weise berücksichtigt werden. Damit wird durch die multispektrale Gesamtbilirubin-Bestimmung ungeachtet des großen Einflusses der Schichtdicke und des nur ungenau bestimmten Extensionskoeffizienten für menschliches Gewebe, die zur Anwendung im Lambert-Beer ‘sehen Gesetz bekannt sein sollten, eine genaue Gesamtbilirubin-Bestimmung ermöglicht. Es sei erwähnt, dass nach einer solchen genauen Gesamtbilirubin-Bestimmung einleuchtender Weise auch die Absolutwerte des direkten und des indirekten Bilirubins ermittelt werden können. Dass gegebenenfalls mit multispektralen Methoden auch das Vorliegen von Abbauprodukten wie Lumirubin nachweisbar wäre, sei erwähnt. Dass es möglich und bevorzugt, dass als unterschiedliche Bilirubin-Formen direktes und indirektes Bilirubin quantifiziert werden, ergibt sich aus dem bereits dargestellten.

Schutz wird im Übrigen auch beansprucht für eine Vorrichtung zur Messung von Bilirubin insbesondere gemäß einem Mess-Verfahren wie vorstehend beschrieben, mit einer Lichtquelle zur Einstrahlung in einen vitalen Gewebebereich von Licht, das eine Wellenlänge, die zur Transformation von Bilirubin geeignet ist, und das eine Intensität besitzt, die so groß ist, dass eine schneller phototransformierbare Bilirubin-Form ungeachtet körpereigener Transportprozesse gegenüber einer langsamer phototransformierbaren Bilirubinform im Vergleich zu anderen Gewebebereichen lokal abgereichert wird; einer Detektionsanordnung zur Erzeugung einer Zeitreihe von Detektionsignalen, die auf die Detektion von Licht aus dem bestrahlten vitalen Gewebebereich bezogen sind, und einer Auswerteeinheit zur Auswertung einer Zeitreihe der Detekti on s signale derart, dass aus den während der lokalen Abreicherung erfassten Detektionssignalen der Zeitreihe auf das nichtabgereicherte Verhältnis unterschiedlicher Bilirubin-Formen geschlossen wird. Der beschriebene Aufbau einer beanspruchten Vorrichtung zeigt, dass es möglich ist, mit nur sehr geringem baulichen Aufwand diagnostisch besonders wertvolle Information über unterschiedliche Bilirubin-Formen bereitzustellen. Aus der Darstellung der bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens ist erkennbar, dass weder die Lichtquelle noch die Detektionsanordnung besonders aufwendig sein muss. Auch die Signalkonditionierung der Detektionssignale ist einfach und mit geringem baulichen Aufwand möglich. In einer praktischen Implementierung werden die Detektionssignale, gegebenenfalls nach geeigneter Bandpassfilterung, Impedanzanpassung und Verstärkung, digitalisiert. Diese Digitalisierung stellt angesichts der niedrigen Zeitauflösung der Zeitreihe keinerlei besonderen Anforderungen an einen Analog-Digital-Konverter und auch die nachfolgende Auswertung der Daten ist auf einer sehr preiswerten Hardware durchführbar, da nur wenige Messwerte in langen Zeiträumen verarbeitet werden müssen.

Was optische Komponenten angeht, so ist es zwar bevorzugt, wenn bei der Vorrichtung zur Messung von Bilirubin die Detektionsanordnung ein Spektralfiltermittel aufweist, um empfangenes Licht unterschiedlicher Wellenlängen voneinander unterscheiden zu können. Es wurde aber schon rein beispielhaft darauf hingewiesen, dass es integrierte Bauelemente gibt, die für eine Hardware-Implementierung verwendbar sind und sogar eine Vielzahl von Detektorelementen unterschiedlicher spektrale Empfindlichkeit aufweisen. Dass daneben womöglich Linsen und womöglich weitere optische Elemente im Strahlengang zwischen dem (LED-) Leuchtmittel zur Erzeugung des einzustrahlenden lichtes und der Haut sowie im Strahlengang zwischen der Haut an der Austrittsstelle und den Detektoren benötigt werden, sei ebenso erwähnt wie die Tatsache, dass auch diese weiteren benötigten Elemente keinen übermäßigen baulichen Aufwand bedingen.

Bei einer Vorrichtung zur Messung von Bilirubin ist es insoweit weiter bevorzugt und führt auch nicht zu einer wesentlich komplexeren Anordung, wenn der Einstrahlungsort beanstandet von der Detektionsanordnung ist, wobei zwischen der Einstrahlungstelle und einer oder jeder lichtempfindlichen Detektorfläche bevorzugt ein Abstand von mindestens 3mm, bevorzugt wenigstens 4mm, insbesondere wenigstens 5mm liegt. Es wird einsichtig sein, dass eine solche Beabstandung dafür Sorge trägt, dass sowohl das zur Anregung eingestrahlte kurzwellige Licht als auch das im Ansprechen darauf erfasste langwelligere Licht eine hinreichend lange Strecke des Gewebes durchläuft, so dass brauchbar starke Signaldetektionssignale erfasst werden können. Die Lichtquelle sollte so ausgerichtet sein, dass sie von einem Lichtquellen-Träger wie einer Leiterplatte als Träger einer Lichtquel- len-LED wegstrahlt, und zwar steil genug, damit eingestrahltes Licht hinreichend tief ins Gewebe eindringt. Zugleich sollte sie aber auch in Richtung auf die Detektoren zu strahlen, da damit mehr Licht in Gewebebereiche näher bei den Detektoren eingestrahlt wird. Wird dies beachtet, würden zu große Abstände von Detektoren und Lichtquellen zu einer zu flachen Einstrahlung führen, was das Vordringen von Licht in hinreichend tiefe Gewebeschichten beeinträchtigt. Dass der Detektor gegebenfalls schräg montiert sein kann oder ihm eine geeignete Linse vorgesetzt sein kann, damit er mehr Licht aus dem bestrahlten Bereich empfängt, sei im Übrigen erwähnt.

Weiter trägt die entsprechende Beanstandung auch dafür Sorge, dass innerhalb einer Anordnung die Detektoranordnung hinreichend gegen innerhalb der Vorrichtung sich von der Lichtquelle zur Detektoranordnung hin ausbreitendes Streulicht geschützt werden kann. In einer praktischen Implementierung hat sich ein Abstand zwischen Detektor Anordnung und Lichtquelle von 0,5 cm als ausreichend erwiesen, was es unter Verwendung von SMD-Bauteilen erlaubt, eine Gesamtgröße einer praktischen Implementierung von weniger als 3 cm zu erreichen.

Es ist im Übrigen bei einer Vorrichtung zur Messung von Bilirubin weiter bevorzugt, dass eine Lichtquelle mit diskretem Spektrum verwendet wird, insbesondere eine Halbleiter- Lichtquelle. Besonders erwähnt sei die Eignung von LEDs bzw. Halbleiterlasern.

Bei einer Vorrichtung zur Messung von Bilirubin ist es weiter bevorzugt, dass zumindest die Lichtquelle und die Detektionsanordnung gemeinsam auf einem Träger angeordnet sind, mit welchem die Vorrichtung beim Bereich des lokalen vitalen Gewebe gehalten werden kann, insbesondere unmittelbar auf der Haut eines Patienten. Typisch können Lichtquelle und Detektionsanordnung auf einer Leiterplatte als Träger angeordnet sein. Am Träger bzw. an einem diesen umgebenden Gehäuse können z.B. Bänder angeordnet sein, um den Patienten die Anordnung um zu schnallen bzw. manschettenartig umzulegen; alternativ kann die Anordnung auch mit einem größeren Stück medizinischen Klebeband bzw. Pflaster auf der Haut angebracht werden. Die Anordnung wird also bevorzugt unmittelbar in Kontakt mit der Haut stehen. Dass dies entsprechende Anforderungen an Hautverträglichkeit und somit das verwendete Trägermaterial bzw. Gehäusematerial mit sich bringt, wird für den Fachmann einsichtig sein.

Es ist im Übrigen möglich und bevorzugt, dass die Vorrichtungs- Ansprüche eine Kommunikationsschnittstelle zur drahtlosen Übertragung von erfassten Signalen und/oder von im Ansprechen darauf erzeugten Daten aufweist. Diesbezüglich sei erwähnt, dass die Anordnung nicht nur baulich einfach gestaltet werden kann, sondern auch einen ausgesprochen geringen Energiebedarf hat, sodass sie bereits mit handelsüblichen kleinen Batterien über einen längeren Zeitraum Messungen erlaubt. Damit ist dann durch die drahtlose Übertragung erfasster Signale bzw. dem Ansprechen darauf erzeugten Daten ein gegenüber drahtgebundenen Lösungen gerade für Langzeitmessungen erheblicher zusätzlicher Komfort ermöglicht. Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In dieser ist dargestellt durch:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bilirubinmessung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine mit einer Vorrichtung nach Figur 1 aufgenommene Fluoreszenzkurve, aus welcher eine Abnahme der erfassten Fluoreszenz-Intensität über der Zeit erkennbar ist;

Fig. 4 ein mit einer Vorrichtung nach Figur 1 aufgenommener Fluoreszenzverlauf für Licht aus dem Wellenlängenbereich um 570nm;

Fig. 4 ein Vergleich von Gesamtbilirubin-Werten, die aus dem Verhältnis der bei 450 nm und 550 nm aufgenommenen Lichtintensitäten bestimmt sind, mit Gesamtbilirubin-Werten, die blutanalytisch im Labor bestimmt wurden.

Fig. 5 Fluoreszenspektren von in Lösung befindlichen konjugiertem und unkonjugiertem Bilirubin gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1, mit welcher auf einfache Weise ein Verfahren zur Bestimmung von Bilirubin ausgeführt werden kann, bei welchem Licht in einen vitalen Gewebebereich mit einer Wellenlänge, die zur Transformation von Bilirubin geeignet ist, eingestrahlt wird, Licht aus dem bestrahlten vitalen Gewebebereich detektiert wird und eine Zeitreihe sich entsprechend der Transformation verändernder Detektionssignale ermittelt wird und Bilirubin im Ansprechen auf die Zeitreihe bestimmt wird, und bei welchem in den vitalen Gewebebereich lokal Licht eingestrahlt wird, dessen die Intensität groß genug ist, eine schneller phototransformierbare Bilirubin-Form ungeachtet körpereigener Transportprozesse gegenüber einer langsamer phototransformierbaren Bilirubinform im Vergleich zu anderen Gewebebereichen lokal abzureichern, und dass aus den während der Abreicherung erfassten Detektionssignalen der Zeitreihe unterschiedliche Bilirubin- Formen im nichtabgereicherten Zustand quantifiziert werden.

Dabei weist die in Fig. 1 gezeigte und allgemein mit 1 bezeichnete die Vorrichtung 1 zur Messung von Bilirubin eine Lichtquelle 101 zur Einstrahlung von Licht in einen vitalen Gewebebereich vG auf, wobei das in den vitalen Gewebebereich vG eingestrahlte Licht eine Wellenlänge Lambda 1 besitzt, die zur Transformation von Bilirubin geeignet ist, und das weiter eine Intensität besitzt, die so groß ist, dass eine schneller phototransformierbare Bilirubin-Form ungeachtet körpereigener Transportprozesse gegenüber einer langsamer phototransformierbaren Bilirubinform im Vergleich zu anderen Gewebebereichen lokal abgereichert wird. Die Vorrichtung 1 weist weiter zur Erzeugung einer Zeitreihe von Detektionsignalen, die auf die Detektion von Licht aus dem bestrahlten vitalen Gewebebereich bezogen sind, eine Detektoranordnung 103 auf, wobei die Detektoranordnung mehrere, vorliegend getrennte Detektoren 103a, 103b für Licht unterschiedlicher Wellenlängen, vorliegend dargestellt durch die Pfeile Lambda 1 und Lambda 2, sowie einer Auswerteeinheit (nicht eingezeichnet) zur Auswertung einer Zeitreihe der Detektionssignale derart, dass aus den während der lokalen Abreicherung erfassten Detektionssignalen der Zeitreihe auf das nichtabgereicherte Verhältnis unterschiedlicher Bilirubin-Formen geschlossen werden kann.

Die Lichtquelle und die Detektoren sind mit einem Abstand voneinander auf einer als Träger dienenden Leiterplatte 105 angeordnet, die auch die Auswerteeinheit sowie eine zugehörige Leistungsversorgung wie eine austauschbare Batterie umfasst sowie den Detektoren zugeordnete Schaltkreise, mit welchem durch die Detektoren erzeugte elektrische Lichtdetektionssignale verstärkt, impedanzangepasst und digitalisiert werden, damit sie als digitale Daten von der Auswerteeinheit digital verarbeitbar sind. Der Abstand von Lichtquelle und Detektor beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 5 mm, was einerseits eine hinreichende Abschirmung gegen direkt aus der Lichtquelle zum Detektor tretendes Licht erlaubt und andererseits eine Orientierung von Lichtquelle und Detektor so ermöglicht, dass Licht hinreichend weit und tief in das vitale Gewebe eindringen kann. Die Lichtquelle strahlt dabei, durch Montage und/oder die zugeordnete Optik, Licht schräg in das vitale Gewebe ein, und zwar mit einer Neigung in Richtung auf den Detektor hin. Die Lichtquelle und die Detektoren sind so angeordnet, dass ihre Ein- bzw. Austrittsoptik unmittelbar gegen das vitale Gewebe gepresst werden kann. Die Einstrahlfläche ist dabei kleiner als 1 cm².

Der Träger kann dergestalt in eine Kunststoffmasse eingebettet oder mit einem Gehäuse versehen sein, dass er an einem gewählten lokalen Ort fixiert werden kann, beispielsweise durch elastische oder Klettbänder. Dargestellt ist als Bereich des vitalen Gewebes eine Fingerspitze, was aber nicht zwingend ist. Vielmehr können auch andere Hautbereiche ausgewählt werden, wobei etwa Bereiche nahe des Handgelenkes (dort, wo typisch Armbanduhren getragen werden) vorteilhaft für Langzeitüberwachungen sind; andere Bereiche können Vorteile bieten, wenn dort körpereigene Transportprozesse aufgrund einer etwas schwächeren Durchblutung langsamer ablaufen und somit ein Fluoreszenz-Kurvenabfall über eine längere Zeit verfolgt werden kann.

Die Lichtquelle hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Wellenlänge von 450 nm, also eine Wellenlänge, von der wohlbekannt ist, dass bei dieser eine effiziente Transformation insbesondere von unkonjugiertem Bilirubin bewirkt werden kann, und welche sich gut mit am Anmeldetag verfügbaren LEDs erzeugen lässt. Auf die Verwendbarkeit anderer Wellenlängenbereiche zur Bilirubin-Transformation wird aber explizit hingewiesen.

Der Detektor ist im vorliegenden Fall ein integriertes multispektral-Detektorbauelement mit separaten Sensoren für die Zentral-Wellenlängen 450 nm, 500 nm, 550 nm, 570 nm, 600 nm 650 nm. Die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit der jeweiligen Sensoren wird dabei durch vorgeschaltete optische Bandpassfilter erreicht. Hingewiesen sei darauf, dass auch moderne Photosensoren mit Bayer-Filter oder dergleichen Pixel mit unterschiedlicher spektrale Empfindlichkeit haben und, eine hinreichend hohe Empfindlichkeit vorausgesetzt, gegebenenfalls einsetzbar wären, so dass prinzipiell denkbar ist, etwa Kameras von Smartphones als Detektoren einzusetzen, vor allem, wenn diese nah genug an einer geeigneten Lichtquelle sind.

Die Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, nicht nur die digitalisierten Sensorsignale derart zu verarbeiten, dass zunächst in vorliegend wie bevorzugt und möglich äquidistanten Zeiten von 1 see. die über jeweils eine Sekunde integrierten Detektionssignale aller separaten Sensoren erfasst und gespeichert werden, bis eine Zeitreihe von 60 Werten je Spektralkanal erfasst wurde, sondern auch die Lichtquelle derart zu steuern, dass die Lichtquelle während der Aufnahme der Zeitreihe dauerhaft Licht emittiert und nach Beendigung der Zeitreihe die Lichtemission ebenfalls beendet wird. Die Auswerteeinheit kann weiter dazu ausgebildet sein, nach einer bestimmten Zeitperiode wie 15 Minuten eine weitere Zeitreihe aufzunehmen. Es sei darauf hingewiesen, dass die oben genannten äquidistanten Zeiten von 1 Sekunde, die Integrationszeit von 1 Sekunde, die Anzahl von 60 Werten je Spektralkanal in einer Zeitreihe und die angegebene Wartezeit bis zur Aufnahme einer neuen Zeitreihe nicht zwingend sind, sondern gegebenenfalls auch andere Werte gewählt werden können, insbesondere einstellbare Werte. In einer bevorzugten Variante ist eine drahtlose Schnittstelle, beispielsweise zur Kommunikation über Bluetooth, vorhanden, um u.a. derartige Einstellungen vorzunehmen und Messwerte zu übertragen. Bei der Messwertübertragung können bevorzugt die Detektionssignale lokal ausgewertet werden und dann lediglich ein daraus bestimmter aktueller Gesamtbilirubin-Messwert sowie die Verteilung von unkonjugiertem zu konjugiertem Bilirubin übertragen werden, was in der klinischen Praxis bevorzugt ist; alternativ können auch die einzelnen Detektionssignale zur Überprüfung des Gerätes, etwa durch einen Servicetechniker, übermittelt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass zusätzlich oder anstelle einer drahtlosen Schnittstelle eine drahtgebundene Schnittstelle und/oder ein Display vorgesehen sein kann, auf dem Information wie ein aktueller Gesamtbilirubin-Messwert bzw. die Verteilung von unkonjugiertem zu konjugiertem Bilirubin angezeigt werden können.

Die Anordnung wird verwendet wie folgt:

Zunächst wird die Vorrichtung in direktem Kontakt mit der Haut eines menschlichen Patienten angebracht und dann die Lichtquelle aktiviert, sodass in das vitale Gewebe bei der Haut lokal Licht eingestrahlt wird, welches eine zur Transformation einer signifikanten Menge des dort befindlichen Bilirubins geeignete Intensität und Wellenlänge besitzt. Bei einer solchen Bilirubin-Transformation werden lichtempfindlichere Formen des Bilirubins, insbesondere unkonjugiertes Bilirubin, schneller abgebaut als andere Formen wie konjugiertes Bilirubin. Dies führt einerseits zu einer Veränderung des anfänglich gegebenen Verhältnisses von konjugiertem zu unkonjugiertem Bilirubin einerseits und andererseits, da die Bilirubin-Transformation auch mit einem Abbau der Bilirubinformen hin zu anderen Verbindungen wie Lumirubin einhergeht, auch zu einer Abnahme des Gesamt- Bilirubin-Wertes innerhalb des kleinen lokalen Bereiches, jedenfalls solange diese Änderungen nicht messbar durch körpereigene Transportprozesse kompensiert werden, durch welche das Fluid aus dem bestrahlten vitalen Gewebebereich ausgetauscht wird. Ein solcher Austausch findet einleuchtender Weise unter anderem durch den Blutkreislauf statt, sodass der im Blut erfolgende, durch die lokale Bestrahlung bewirkte Gesamtbilirubin- Abbau und die Änderungen des Verhältnisses unterschiedlicher Bilirubinformen nur bei vergleichsweise sehr hohen Intensitäten erfassbar sind, wohingegen innerhalb des Gewebes der Austausch langsamer erfolgt. Gleichwohl trägt das im Blut befindliche Bilirubin und dessen selektiver Abbau, da ja vitales Gewebe regelmäßig durchblutet ist, zum Meßsignal bei, sodass durch die Bezugnahme auf eine Messung an vitalen Gewebebereichen auch eine Messung in Blut als vor allem dann mit abgedeckt angesehen werden kann, wenn hinreichend hohe Intensitäten verwendet werden.

Es wird dann eine Meßreihe an digitalisierten Detektionssignalen während einer einminütigen Meßperiode erfasst, während die Lichtquelle weiter dauerhaft mit gleichbleibender (Soll-) Intensität leuchtet. Mit dieser Messreihe wird einerseits, zur Normierung auf die Intensität des Lichtes der eingestrahlten Lichtwellenlänge, Licht der Einstrahlungswellen- länge erfasst und andererseits Licht auch aller anderen Wellenlängen des multispektralen Detektors, wobei jede Messung über eine Messdauer von 1 Sekunde integriert.

Es werden dabei Zeitreihen erhalten wie in Fig. 3 für gelbes Licht gezeigt, oder wie in Fig. 2 für die Gesamtintensität über alle Fluoreszenzkanäle für einen etwas längeren Ausschnitt aus der Zeitreihe gezeigt. Die Figuren 2 und 3 lassen klar erkennen, dass während der Aufnahme der Zeitreihen die Fluoreszenz abnimmt, was auf den Abbau der Bilirubin- Formen durch Phototransformation zurückgeführt werden kann. Hingewiesen sei dabei darauf, dass die in Figur 2 gezeigten Werte einer periodischen Schwankungen unterworfen sind, was unter anderem auf den Puls des Patienten und die damit einhergehenden Änderungen am Ort der Messung zurückgeführt werden kann. Gleichwohl kann aus den Messwerten der Zeitreihe sowohl auf den Gesamtbilirubin-Wert als auch auf das Verhältnis unterschiedlicher Bilirubinformen, d. h. vorliegend von konjugiertem und unkonjugiertem Bilirubin, mit hoher Genauigkeit geschlossen werden.

Nach Aufnahme der Zeitreihe wird diese ausgewertet. Dafür werden zunächst die einzelnen Messwerte auf die Einstrahlungsintensität normiert. Prinzipiell ist es möglich, aus einer einzelnen Fluoreszenzwellenlänge, die länger als das zur Bilirubin-Transformation eingestrahlte kurzwellige Licht ist, die Gesamtbilirubin-Werte zu bestimmen; bevorzugt werden jedoch - und es sei betont, dass dies für sich als erfinderisch und, als gegebenenfalls auch in Teilanmeldungen separat beanspruchbar angesehen wird - zur Bestimmung eines Gesamtbilirubin- Wertes die Verhältnisse unterschiedlicher spektrale Paare der zu Beginn der Messung erhaltenen Messwerte gebildet; dass diese Art der Gesamt-Bilirubinwertbestimmung auch in Verbindung mit der Unterscheidung unterschiedlicher Bilirubin-Formen durch Betrachtung der Zeitreihen, insbesondere der Abnahme der Fluoreszenz, vorteilhaft, wenn auch nicht zwingend ist, sei explizit offenbart. Bei der Spektralpaar-Bildung braucht gegebenenfalls nicht nur der erste, von Bilirubin-Transformation noch unbeeinflusste Messwert berücksichtigt werden, sondern es können, zur Verringerung von Pulseffekten und dergleichen, einige anfängliche Werte gemeinsam betrachtet werden. Durch die Quotientenbildung der bei verschiedenen Stellen im Spektrum erfassten (normierten) Intensitäten wird zwar der Extinktionskoeffizient und die Schichtdicke nicht berücksichtigt, es kann aber zu mehreren Paaren auseinanderliegender Wellenlängen ein Quotient berechnet werden und für diesen Quotienten ein zugehöriger Gesamtbilirubin-Wert ermittelt werden. Diese Ermittlung eines Gesamtbilirubin-Wertes für einen jeweiligen Quotienten kann auf eine vorherige Kalibrierung durch Labormessungen Bezug nehmen. Eine entsprechende Vergleichskurve ist beispielsweise in Figur 4 für das Verhältnis der Detektionssignale bei 550nm/450 nm gezeigt, wobei dort eine Messung verwendet wurde, bei der auch mit 450 nm eingestrahlt wurde, also im Wesentlichen eine Normierung der bei 550nm erfassten Detektionssignale auf die Einstrahlungsintensität vorgenommen wurde.

Über die so erhaltenen Gesamtbilirubin-Messwerten, die sich für die unterschiedlichen spektrale Paare ergeben, und die zum Teil den blutanalytischen Laborwert überschätzen und zum Teil unterschätzen, kann dann eine Mittelung vorgenommen werden, die im einfachsten Fall ungewichtet sein kann, aber selbst dann noch eine hohe Genauigkeit bietet.

Dass daneben auch andere Methoden der Auswertung und Bestimmung eines Gesamtbilirubin-Wertes bestehen, sei erwähnt. Da letztlich die Messreihe für alle Wellenlängen - zumin- dest, was das eingestrahlte Licht betrifft - durch die gleichen Parameter von Extinktionskoeffizient und Schichtdicke beeinflusst sind, und die Messreihen aller Wellenlängen bei einem gleichen Gesamtbilirubin-Wert aufgenommen sind, kann gegebenenfalls ein Gleichungssystem mit mehreren Unbekannten aufgestellt werden und daraus Extinktionskoeffizient bzw. Schichtdicke bestimmt werden, was wiederum eine noch genauere Bestimmung des Bilirubin- Wertes erlaubt.

Es kann dann aus der eingestrahlten Lichtintensität und der Geschwindigkeit der Fluoreszenzabnahme, die in der Zeitreihen erfasst wird, auf den Anteil an unkonjugiertem Bilirubin geschlossen werden. Dass dabei die erfassten Detektionssignale auch durch die Abbauprodukte mit beeinflusst sind, und dass dies gegebenenfalls zu messbaren und die Messwerte verbessernden Effekten führen kann, sei erwähnt.

Nachdem der Gesamtbilirubin-Wert und das Verhältnis von konjugiertem zu unkonjugiertem Bilirubins bestimmt wurden, können diese Werte angezeigt werden und abgewartet werden, bis eine neue Messreihe aufzunehmen ist.

In der Zusammenfassung werden somit auf einfache Weise und mit geringem baulichen Aufwand diagnostisch besonders wertvolle Messwerte bereitgestellt.

Abschließend erwähnt sei, dass der Anmelder sich vorbehält, gegebenenfalls in Teilanmeldungen, ebenfalls Schutz zu beanspruchen für ein Verfahren zur in vivo transkutanen Messung des Gehalts von Bilirubin in Körperflüssigkeiten, umfassend die Schritte Einstrahlen von Licht mit einer ersten Wellenlänge lambdal und bekannter Intensität aus einer Lichtquelle (101) auf einen vitalen Gewebebereich, Erfassen der Intensität des von Bilirubin in den Körperflüssigkeiten ausgesendeten Lichts mit einer zweiten Wellenlänge lambda2 mit einem ersten Sensor in einem Detektor, a) Erfassen der Intensität des von dem vitalen Gewebebereich zurückgesendeten Lichts mit der ersten Wellenlänge lambdal mit einem zweiten Sensor in dem Detektor, b) Abbilden des Verhältnisses der erfassten Intensitäten des Lichts der zweiten Wellenlänge lambda2 zum Licht der ersten Wellenlänge lambdal und dadurch Eliminieren von nicht relevanten Einflussfaktoren und c) Berechnen des Gehalts von Bilirubin. Darauf hingewiesen sei, dass mit „transkutaner Messung“ eine nichtinvasive Messung bezeichnet wird, welche durch die Haut hindurch vorgenommen wird, ohne die Haut dabei zu verletzen und unter „Körperflüssigkeiten“, in denen das Bilirubin vorkommt, insbesondere Blut verstanden werden kann, insbesondere der Blutplasma- Anteil, wobei aber erwähnt sei, dass Bilirubin auch in Gewebeflüssigkeiten vorkommt. Dass bei Betrachtung der Phototransformation eher eine Bezugnahme auf andere Gewebeflüssigkeiten in Frage kommt, weil bei diesen der Austausch durch körpereigene Transportprozesse langsamer als bei Blut stattfindet, weshalb in Gewebeflüssigkeiten eher eine Abnahme bestimmter Bilirubin-Formen beobachtbar ist, sei erwähnt. Als „vitaler Gewebebereich“ kann ein Teil des menschlichen Körpers bezeichnet werden, der vor allem Haut aufweist, welche normal durchblutet ist, sowie allenfalls noch dicht darunter liegende Schichten, sei erwähnt, obwohl auch diese Definition nicht zwingend ist. Erwähnt sei aber diesbezüglich, dass es eine Reihe von nur zum Teil bekannten, zum Teil aber auch unbekannten Faktoren gibt, welche die Messung beeinflussen, wobei zu diesen Faktoren beispielsweise die Dichte des vitalen Gewebebereichs (vG) und Schichtdicke des vitalen Gewebebereichs (vG) gehören. Diese Faktoren sind zum einen abhängig von der Körperstelle der Messung, zum anderen ganz individuell von dem Patienten selbst. Erwähnt sei, dass dieser Vorbehalt des Anmelders, gegebenenfalls für bestimmte Ausführungen zu beanspruchen, nicht so interpretiert werden darf, dass Merkmale, die bezüglich dieser vorbehaltenen, ebenfalls als schutzfähig angenommenen Verfahren und Vorrichtung auch bei den vorstehend beschriebenen und nachfolgend beanspruchten Varianten von Vorrichtung und Verfahren vorhanden sein müssen, geschweige denn zwingend vorhanden sein müssen.

Es kann in einer bevorzugten Variante des vorstehenden Verfahrens auch vorgesehen sein, dass das Einstrahlen von Licht mit der ersten Wellenlänge 21 in Schritte a) dauerhaft durchgeführt wird, um freies Bilirubin in den Körperflüssigkeiten zu einer Phototransformation in Umwandlungsprodukte von Bilirubin anzuregen, die Schritte b) bis d) in vorbestimmten Zeitintervallen an demselben vitalen Gewebebereich n-fach wiederholt werden, Schritt e) die Unterschritte el) Berechnen des Ite Gehalts von Bilirubin bis en) Berechnen des n-ten Gehalts von Bilirubin aufweist, ferner umfassend den Schritt f) Erfassen der zeitlichen Veränderung der Intensität des von Bilirubin in den Körperflüssigkeiten ausgesendeten Lichts mit einer zweiten Wellenlänge lambda2 anhand der Ite bis n-ten Gehalte von Bilirubin und Korrelieren mit dem Gehalt an indirektem Bilirubin.

Erwähnt sei auch, dass dabei vorbehalten bleibt, insbesondere Ausführungsformen zu beanspruchen, wonach in Schritt b) die zweite Wellenlänge lambda2 im Fluoreszenzspektrum von Bilirubin in einem zweiten Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 600 nm im Bereich von gelbem Licht verwendet wird, insbesondere bei 550 nm. Weiter erwähnt sei, dass dabei bevorzugt sein kann, dass die erste Wellenlänge lambdal im Bereich von blauem Licht liegt, insbesondere bei 450 nm. Es sei auch erwähnt, dass in einer bevorzugten Variante des vorstehenden Verfahrens, für welches sich der Anmelder ebenfalls Schutz vorenthält, die Lichtquelle ein diskretes Spektrum aufweist.

Weiter sei angemerkt, dass sich der Anmelder auch vorbehält, Schutz zu beanspruchen für eine Vorrichtung zur transkutanen Messung des Gehalts von Bilirubin in Körperflüssigkeiten, umfassend eine Lichtquelle, die dazu ausgelegt ist, Licht mit einer ersten Wellenlänge lambdal im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 500 nm mit bekannter Intensität zu erzeugen und auf einen vitalen Gewebebereich einzustrahlen, -einen Detektor, der dazu ausgelegt ist, Licht mit einer zweiten Wellenlänge lambda2 im Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 600 nm mit einem ersten Sensor sowie Licht der ersten Wellenlänge lambdal mit einem zweiten Sensor getrennt voneinander zu erfassen, wobei das Licht jeweils von dem vitalen Gewebebereich zurückgesendet wird, - ein Montageelement, in welchem die Lichtquelle und der Detektor in einem vorgegebenen Winkel und einem vorgegebenen Abstand zueinander und zu dem vitalen Gewebebereich angeordnet sind, eine Recheneinheit. Bei einer solchen Vorrichtung kann es dann vorteilhaft sein, dass sie Abmessungen von 1 cm bis 4 cm aufweist. Zudem ist es möglich, eine solche Vorrichtung so zu gestalten, dass sie in ein persönliches elektronisches Gerät integriert ist, das eine Person direkt auf der Haut trägt.

Dass eine solche Vorrichtung dann eine Kommunikationsschnittstelle zur drahtlosen Übertragung von in der Recheneinheit erfassten und erzeugten Daten, sei ebenfalls erwähnt wie die Verwendbarkeit der Vorrichtung in der Telemedizin.

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Bestimmung von Bilirubin, bei welchem

Licht in einen vitalen Gewebebereich mit einer Wellenlänge, die zur Transformation von Bilirubin geeignet ist, eingestrahlt wird,

Licht aus dem bestrahlten vitalen Gewebebereich detektiert wird und eine Zeitreihe sich entsprechend der Transformation verändernder Detektionssignale ermittelt wird und

Bilirubin im Ansprechen auf die Zeitreihe bestimmt wird, wobei in den vitalen Gewebebereich lokal Licht eingestrahlt wird, dessen die Intensität groß genug ist, eine schneller phototransformierbare Bilirubin-Form ungeachtet körpereigener Transportprozesse gegenüber einer langsamer phototransformierbaren Bilirubinform im Vergleich zu anderen Gewebebereichen lokal abzureichern, und aus den während der Abreicherung erfassten

Detektionssignalen der Zeitreihe unterschiedliche Bilirubin-Formen im nichtabgereicherten Zustand quantifiziert werden.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdauer für die Aufnahme einer Zeitreihe kleiner als 15min ist, bevorzugt kleiner als 10min ist, insbesondere bevorzugt kleiner 5min ist, und ganz besonders bevorzugt kleiner als 2min ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdauer für die Aufnahme einer Zeitreihe größer als 15 Sekunden ist, bevorzugt wenigstens 30Sekunden beträgt und insbesondere bevorzugt wenigstens Imin beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Integrationsdauer je Detektionssignal der Zeitreihe wenigstens 100ms beträgt, bevorzugt mindestens 500 ms beträgt, insbesondere mindestens 1 Sekunde beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitauflösung der Zeitreihe besser ist als 10 Sekunden, bevorzugt besser als 5 Sekunden, insbesondere bevorzugt besser als 2 Sekunden und insbesondere bevorzugt gleich oder besser als mindestens 1 Sekunde ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine wiederholte Messung von Bilirubin vorgenommen wird, wobei zwischen der Aufnahme zweier Zeitreihen eine Zeit von mindestens 5 Minuten, besser 10 Minuten, bevorzugt wenigstens 15 Minuten abgewartet wird

22 und während dieser Wartezeit die Lichtintensität der lokalen Lichteinstrahlung reduziert wird, wobei bevorzugt die Intensität des Lichtes, mit dem die schneller phototransformierbare Bilirubin-Form im Vergleich zu anderen Gewebebereichen lokal abgereichert wird, unter 20% der zur Messung verwendeten Lichtintensität, bevorzugt unter 10% der lokalen Lichteinstrahlung beträgt und insbesondere bevorzugt eine lokal Licht einstrahlende Lichtquelle während der Wartedauer kein Licht auf den vitalen Gewebebereich einstrahlt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestrahlte Licht eine Wellenlänge von 400 bis 450 nm besitzt, insbesondere von 450nm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Licht mehrerer unterscheidbarer Wellenlängen aus dem bestrahlten vitalen Gewebebereich detektiert wird, wobei bevorzugt sowohl Licht der Einstrahlungswellenlänge detektiert wird als auch, davon unterscheidbar, längerwelliges Licht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Licht in mindestens zwei unterscheidbaren Wellenlängenbereichen detektiert wird, die das eingestrahlte Licht nicht umfassen und bevozugt innerhalb eines FWHM- Bereiches eine der Wellenlängen umfassen, die ausgewählt ist aus den Wellenlängen 500nm, 550nm, 570nm, 600nm und 650nm. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass

Licht der Einstrahlungswellenlänge und längerwelliges Licht detektiert wird, die Intensität jedes Detektionssignales des detektierten längerwelligen Lichtes auf die Intensität detektierten Licht der Einstrahlungswellenlänge bezogen wird und aus der Zeitreihe der so erhaltenen, auf die Intensität längerwelliges Lichtes und die Intensität des detektierten Lichtes der Einstrahlungswellenlänge bezogenen normierten Detektionssignale auf das nichtabgereicherte Verhältnis unterschiedlicher Bilirubin-Formen geschlossen wird. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dass bevorzugt nachdem für mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen, die länger als die Einstrahlungs- wellenläge sind, die jeweiligen Intensität auf die Intensität des detektierten Lichtes der Einstrahlungswellenlänge bezogen wurde, aus den mindestens zwei bevorzugt einstrahlungsintensitätskorrigierten Zeitreihenwerten gemeinsam auf das nichtabgereicherte Verhältnis unterschiedlicher Bilirubin-Formen geschlossen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass als unterschiedliche Bilirubin-Formen direktes und indirektes Bilirubin quantifiziert werden. orrichtung zur Messung von Bilirubin insbesondere gemäß einem Mess- Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrens-Ansprüche, mit einer Lichtquelle zur Einstrahlung in einen vitalen Gewebebereich von Licht, das eine Wellenlänge besitzt, die zur Transformation von Bilirubin geeignet ist, und das eine Intensität besitzt, die so groß ist, dass eine schneller phototransformierbare Bili- rubin-Form ungeachtet körpereigener Transportprozesse gegenüber einer langsamer phototransformierbaren Bilirubinform im Vergleich zu anderen Gewebebereichen lokal abgereichert wird; einer Detektionsanordnung zur Erzeugung einer Zeitreihe von Detektionsignalen, die auf die Detektion von Licht aus dem bestrahlten vitalen Gewebebereich bezogen sind, und einer Auswerteeinheit zur Auswertung einer Zeitreihe der Detektionssignale derart, dass aus den während der lokalen Abreicherung erfassten Detektionssignalen der Zeitreihe auf das nichtabgereicherte Verhältnis unterschiedlicher Bilirubin-Formen geschlossen wird. orrichtung zur Messung von Bilirubin nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsanordnung ein Spektralfiltermittel aufweist, um empfangenes Licht unterschiedlicher Wellenlängen voneinander unterscheiden zu können. orrichtung zur Messung von Bilirubin nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstrahlungsort beanstandet von der Detektionsanordnung ist, wobei zwischen der Einstrahlungstelle und einer oder jeder lichtempfindlichen Detektorfläche bevorzugt ein Abstand von mindestens 3mm, bevorzugt wenigstens 4mm, insbesondere wenigstens 5 mm liegt. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle mit diskretem Spektrum verwendet wird, insbesondere eine Halbleiter-Lichtquelle. orrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs- Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Lichtquelle und die Detektionsanordnung gemeinsam auf einem Träger angeordnet sind, auf welchem die Lichtquelle und die Detektionsanordnung beim Bereich des lokalen vitalen Gewebe gehalten werden können, insbesondere unmittelbar auf der Haut eines Patienten. orrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs- Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kommunikationsschnittstelle zur drahtlosen Übertragung von erfassten Signalen und/oder im Ansprechen darauf erzeugten Daten aufweist.