Die Pulsoxymetrie ist aus der modernen Medizin nicht mehr wegzudenken. Die Überwachung der Sauerstoffversorgung ist essentiell in der Notfallversorgung, auf der Intensivstation sowie allgemein während der Narkose und wird von nationalen sowie internationalen Berufsverbänden entprechend als Teil des Basismonitorings empfohlen bzw. vorgeschrieben (z.B. Deutsche Gesellschaft für Anästhesie und Intensivmedizin e.V., American Society of Anesthesiologists).

Die Kalibration pulsoxymetrischer Sensoren erfolgt üblicherweise anhand invasiver Probandenstudien (siehe ISO 80601-2-61:2011). Hierbei wird der Sauerstoffgehalt in der inspiratorischen Luft des Probanden schrittweise verringert und somit die Sauerstoffsättigung gesenkt. Parallel dazu werden arterielle Blutproben entnommen und zeitnah mit Labor-CO-Oximetern analysiert und gleichzeitig die Sensorrohsignale aufgenommen. Daraus ergibt sich schliesslich der Zusammenhang zwischen dem nichtinvasiv gewonnen Sensorsignal und der arteriellen Sauerstoffsättigung. Bisher besteht keine andere Möglichkeit, diesen Zusammenhang zu ermitteln! Dieses aufwändige Verfahren ist offensichtlich nicht für wiederkehrende messtechnische Kontrollen anzuwenden, wie sie für Medizinprodukte mit Messfunktionen vorgesehen sind (siehe MPBetreibV §11 und Anlage 2).

Ziel des Projekts ist es, ein System zu entwickeln, welches die spektralen Transmissionsdaten während Entsättigungsstudien aufnehmen kann, um diese anschliessend wieder an den zu überprüfenden Sensor wiederzugeben.

Kern des Konzepts ist die optische Spektralmodulation mit einem Mikrospiegelarray (Digital Micromirror Device, DMD, Texas Instruments/ViALUX GmbH). Das zu modulierende Licht wird über einen spektroskopischen Aufbau in seine Spektralkomponenten zerlegt und das resultierende Spektrum wird auf die Oberfläche des Mikrospiegelarrays abgebildet. Die reflektierte Intensität der einzelnen Spektralbereiche kann nun über die Ansteuerung der einzelnen Spiegel des Arrays gesteuert werden. Als Lichtquelle kann entweder eine breitbandige Glühlampe oder direkt das Pulsoxymeterlicht genutzt werden. Das vom Mikrospiegelarray reflektierte Licht wird anschliessend mit einer Lichtleitfaser gesammelt. Die zeitliche Signalmodulation ermöglicht die Generierung nahezu beliebiger Verläufe.

Für spektrometrische Messungen steht ein Spektrometer (Shamrock SR303i, Andor Technology) mit Subnanometer-Auflösung zur Verfügung. Das Dual-Output-Spektrometer verfügt über zwei Detektoren (Si-CCD und InGaAs-PDA, beide Andor Technology) die in Kombination mit drei verschiedenen Beugungsgittern den gesamten VIS/NIR Spektralbereich von 300 nm bis 2000 nm abdecken. Zur Beleuchtung kann eine 150 W Xenon-Bogenlampe oder eine 50 W Halogen-Lampe eingesetzt werden. Das ganze System ist fasergekoppelt und mit einem Küvettenwechsler inklusive Kollimations-/Fokussieroptiken verbunden, der Küvetten mit einer optischen Pfadlänge von bis zu 10 mm halten kann. Für die Absorptions-/Transmissionsmessungen werden Küvetten aus optischem Spezialglas verwendet.

Des Weiteren verwenden wir ein VIS/NIR Spektrometer der Firma Avantes (Avaspec 2048-USB2).