Bestimmung der Blutflussgeschwindigkeit mit einem faseroptischen Sensor

Projektmitarbeiter

Name/Vorname Titel Position Raum Telefon
Müller, Stefan Prof. Dr.-Ing. Projektleitung 64.100.00.045.00 +49 451 300 5212 E-Mail
Behroozian, Reza M. Sc. Doktorand 64.100.00.042.00 +49 451 300 5622 E-Mail

Motivation

Die Blutflussgeschwindigkeit ist ein bedeutender physiologischer Parameter in diagnostischen und therapeutischen Anwendungsgebieten. Sie ist ein Anzeiger für den funktionellen Status des Herzens und der Blutgefäße. Gerade werden unterschiedliche Methoden benutzt, um die Flussgeschwindigkeit des Bluts zu bestimmen. Die wichtigste etablierte klinische Verfahren sind elektromagnetische oder Doppler-Effekt Messsonden, Ultraschall, MRI, CT oder spektroskopische Methoden.

Die Flussgeschwindigkeit bzw. Flussrate des Bluts wird normalerweise in einem einzelnen Gefäß bestimmt. Allerdings wird sie ausgenutzt, um die Blutannahme von einem besonderen Organ oder einer bestimmten Körperregion zu beurteilen.

Neben den oben genannten Methoden, jede davon ihre eigenen Vorteile hat, ist aber ein günstiger leicht anwendbarer Sensor, der geringe Abmessung in der Form eines Katheters hat und nebenwirkungsarm ist, oft verlangt. Der beschriebene Sensor könnte besonders für die Anwendung bei den Operationen der inneren Organen Beachtung finden.

Projektziel

Ziel dieses Projektes ist es, einen faseroptischen Sensor zu entwickeln, mit dem die Flussgeschwindigkeit des Bluts direkt in einem Gefäß gemessen werden kann.

Lösungsansatz

In diesem Projekt wird Licht zur Bestimmung der Blutflussgeschwindigkeit verwendet. Das Messverfahren nutzt die Streueigenschaften der Blutzellen aus. Die Blutkörperchen befinden sich in direktem Kontakt mit einer faseroptischen Messsonde, die die Lichtstrahlen durch Lichtwellenleiter von einer Lichtquelle an das Blut und das vom Blut zurückgestreute Licht zu einem Spektrometer leitet. Die Lichtintensität, die vom Spektrometer gemessen wird, korreliert mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Blutkörperchen.

Für dieses Projekt wird ein Messaufbau entwickelt, mit dem die Flussgeschwindigkeit des in einer Durchflusszelle zirkulierten Bluts bestimmt werden kann.

Die Blutflussgeschwindigkeit soll mit Hilfe eines geregelten Pumpensystems variiert und mit einem Referenzinstrument gemessen werden. Bei ersten Experimenten werden eine Halogen-oder Xenonlampe als Lichtquelle und ein Spektrometer zur Messung des Ausgangsignales genutzt. Nach erfolgreicher breitbandiger Messung kann in einem nächsten Schritt die Messtechnik auf ein aus LEDs und Fotodiode bestehenden Systemreduziert werden.

Bei diesem Projekt sind Reduzieren der Störeinflüsse wie Sauerstoffsättigung und Hämatokrit des Bluts, Linearität des Sensors, besonders bei hohen Flussgeschwindigkeiten vom Blut sowie Verbesserung der Optik für höhere Signalrauschverhältnis die ersten Herausforderungen.

Quellen

Nr Autoren, Titel, Journal
[1] Reza Tabrizchi, Michael K. Pugsley, "Methods of blood flow measurement in the arterial circulatory system", Journal of Pharmacological and Toxicological Methods, Vol. 44, 2000, pp. 375-384
[2] Lars-Göran Lindberg, Per Åke Öberg, "Optical Properties of Blood in Motion", Optical Engineering, SPIE-Intl Soc Optical Eng, 32, 1993, pp. 253-257