DE3629447A1 - Method and device for oxymetry - Google Patents

Method and device for oxymetry

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Abstract

The oxygen saturation of the blood of a patient is determined by guiding pulses of red and infrared radiation from radiation sources through a body part of the patient. A detector determines the intensity of the radiation which has passed through the body part, and delivers an output signal which indicates this intensity and is filtered and split into two signals, specifically into a red channel and an infrared channel, by means of sample-and-hold circuits which are synchronised with the pulses for the red and infrared light sources. The outputs of the sample-and-hold circuits pass through low-pass filters which deliver output signals which specify the intensity of the red light and infrared light radiation picked up by the detector. In addition, the red and infrared signals are led through high pass filters in order to produce signals which contain only the time-variable component in the emitted intensities. These signals are fed to a digital control circuit which determines the non-temporally varying values of the red and infrared signals, determines the peak-to-peak values of the temporally varying components of the signals and forms a ratio of the peak-to-peak amplitudes to the non-temporally varying values of the red and infrared signals. This ratio can then be used for the purpose of determining the oxygen saturation as a function of the ratio.

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf das Gebiet der Vorrichtungen zum Messen des Sauerstoffgehalts von Blut und speziell auf äußerlich anzuwendende Vorrichtungen, die den Blutsauerstoffgehalt auf der Grundlage der Durchlässigkeit für Licht eines Körperteils messen.The invention relates generally to the field of devices for measuring the oxygen content of blood and specifically for external use Devices that measure blood oxygen levels the basis of light transmission Measure body part.

Es ist seit langem bekannt, daß die Intensität von Licht, das durch ein relativ dünnes Körperteil, wie beispielsweise einen Finger oder ein Ohrläppchen durchgelassen wird, von der Sauerstoffsättigung des Blutes beeinflußt wird. Die Intensität des durch den Körper durchgelassenen Lichtes ändert sich mit dem Sauerstoffgehalt des Blutes, da mit Sauerstoff angereichertes Hämoglobin (Oxyhämoglobin) eine andere Farbe aufweist als Hämoglobin, an das kein Sauerstoff gebunden ist. Da die Lichtabsorption der zwei vorgenannten Substanzen Hämoglobin und Oxyhämoglobin bei einer einzelnen Wellenlänge voneinander abweicht, kann die relative Konzentration eines jeden Bestandteils im Blut aus der relativen Absorption von Licht bestimmt werden, das durch das Blut hindurchgeht, in Übereinstimmung mit dem Gesetz von "Beers", siehe z. B. "Real Time Oximetry" von Yelderman and Corenman, veröffentlicht in "Computing in Anesthesia und Intensive Care", 1983, Martinus Nighoff Publishers.It has long been known that the intensity of Light coming through a relatively thin body part, like for example a finger or an earlobe is allowed by the oxygen saturation of the Blood is affected. The intensity of the by the Body of transmitted light changes with that Oxygen content of the blood, as it is enriched with oxygen Hemoglobin (oxyhemoglobin) a different color exhibits as hemoglobin to which no oxygen is bound is. Because the light absorption of the two aforementioned Substances hemoglobin and oxyhemoglobin at one individual wavelength deviates from each other, the relative concentration of each component in the Blood determined from the relative absorption of light  that goes through the blood in unison with the law of "Beers", see e.g. B. "Real Time Oximetry" by Yelderman and Corenman in "Computing in Anesthesia and Intensive Care ", 1983, Martinus Nighoff Publishers.

Das Gesetz von "Beers" bezieht die Lichtabsorption einer Substanz auf deren Dicke und deren optische Eigenschaften als eine exponentiell abnehmende Funktion des molokularen Löschkoeffizienten, der Konzentration und Dicke der Substanz. Im allgemeinen wird angenommen, daß Blut aus Zellen besteht, die nur zwei Bestandteile enthalten, nämlich Oxyhämoglobin und Hämoglobin, und daß die Sauerstoffsättigung als das Verhältnis der Konzentration von Oxyhämoglobin zur Gesamtkonzentration von Oxyhämoglobin und Hämoglobin definiert ist. In Wirklichkeit enthalten Körpergewebe, durch die Licht hindurchgeleitet wird, nicht nur Mischungen aus Hämoglobin und Oxyhämoglobin, sondern auch venöses Blut, Knochen und feste Gewebsstoffe sowie das rote Blutzellengewebe. Außerdem enthält Blut häufig Hämoglobin, das an andere Moleküle als Sauerstoff gebunden ist, beispielsweise Carboxyhämoglobin und Cyanmethämoglobin.The law of "Beers" relates to light absorption of a substance on its thickness and its optical properties as an exponentially decreasing function the molecular extinction coefficient, the concentration and thickness of the substance. Generally speaking assumed that blood consists of cells that are only two Contain ingredients, namely oxyhemoglobin and Hemoglobin, and that oxygen saturation as that Ratio of concentration of oxyhemoglobin to Total concentration of oxyhemoglobin and hemoglobin is defined. In fact, body tissues contain through which light is passed, not just mixtures from hemoglobin and oxyhemoglobin, but also venous blood, bones and solid tissues as well the red blood cell tissue. It also contains blood often hemoglobin attached to molecules other than Oxygen is bound, for example carboxyhemoglobin and cyanomethemoglobin.

Es sind bereits verschiedene Oximetrievorrichtungen vorgeschlagen worden, die versuchen, den Hämoglobin- und Oxyhämoglobingehalt von arteriellem Blut von anderen Faktoren zu trennen, indem Lichtdurchlässigkeitsänderungen bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen gemessen werden, wenn das Blut pulsiert. Solche Vorrichtungen müssen im allgemeinen gleichzeitig die Exponentialgleichungen des Gesetzes von "Beers" bei jeder Wellenlänge lösen, um die Sauerstoffsättigung zu bestimmen, wobei logarithmische Verstärker, Computer- unterstützte logarithmische Transformationen oder komplexe Signalverarbeitungen ausgeführt werden müssen, um die Notwendigkeit für logarithmische Transformationen zu vermeiden. Solche bekannten Vorrichtungen benötigen komplexe Schaltungen, insbesondere im wesentlichen analog arbeitende Signalverarbeitungseinrichtungen, und benötigen im allgemeinen erhebliche Zeit, um Daten zu erhalten und zu verarbeiten, mit denen die Sättigung bestimmt wird. Außerdem verlangen die bekannten Vorrichtungen einen erheblichen Blutvolumensatz, der während eines Impulses, um genaue Ergebnisse zu erzielen, was die Anwendungsmöglichkeiten solcher Vorrichtungen bei Patienten, die eine schwache Durchblutung haben, beispielsweise unter Schockzuständen befindliche Patienten, einschränkt. Dementsprechend besteht der Wunsch nach einem schnell, einfach, zuverlässig und preiswert arbeitenden, kompakten, tragbaren und dennoch genau arbeitenden Gerät zum Messen der Sauerstoffsättigung in klinischer Umgebung.There are already various oximetry devices been proposed trying to reduce the hemoglobin and arterial blood oxyhemoglobin content of separate other factors by translucency changes at two different wavelengths be measured when the blood pulsates. Such Devices generally have to Exponential equations of the "Beers" law  each wavelength solve the oxygen saturation to determine, using logarithmic amplifiers, computer supported logarithmic transformations or complex signal processing need to the need for logarithmic transformations to avoid. Such known devices need complex circuits, in particular essentially analog signal processing devices, and generally require substantial Time to receive and process data with which the saturation is determined. Also request the known devices have a significant blood volume set, the during an impulse to exact Get results whatever the uses such devices in patients who have a have poor circulation, for example under Shocked patients. Accordingly, there is a desire for a quick, simple, reliable and inexpensive, compact, portable yet accurate device for measuring oxygen saturation in a clinical environment.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden Sättigungswerte unter Verwendung einer ausgewählten linearen Annäherung an das Gesetz von "Beers" erhalten, derart, daß man die Lösung für die Sättigung als eine lineare Funktion der gemessenen durchgelassenen Lichtintensität anstelle einer exponentiellen oder nichtlinearen Funktion erhalten kann. Durch geeignete Wahl der Annäherung kann die Erfindung in einer Mikroprozessorsteuereinrichtung ausgeführt werden, die sowohl hinsichtlich der Hardware als auch der Software gegenüber gegenwärtig erhältlichen Oximetern erheblich vereinfacht ist, schneller anspricht und dennoch hochgenau ist.In accordance with the present invention are saturation values using a selected linear approximation to the law of "Beers" obtained so that you get the solution for saturation as a linear function of the measured transmitted Light intensity instead of an exponential one or non-linear function. By suitable choice of approximation can the invention in a microprocessor control device, that both in terms of hardware and  Software versus currently available oximeters is significantly simplified, responds faster and is still highly accurate.

In dem Gerät nach der Erfindung werden zwei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen, z. B. Rot und Infrarot, alternierend gepulst. Das Licht von den Lichtquellen wird durch ein Körperteil, beispielsweise einen Finger, geleitet und wird von einem Detektor aufgenommen und in eine zeitlich variierende Spannung umgewandelt, die gefiltert werden kann, um Signalüberlagerungen durch Umgebungslicht zu eliminieren. Das Detektorausgangssignal wird in zwei getrennte Signale aufgeteilt entsprechend der sich zeitlich ändernden Intensität der Strahlung, die von dem Detektor bei jeder der zwei Wellenlängen empfangen worden ist. Die Auftrennung des Detektorsignals kann man in der Weise erzielen, daß man zwei getrennte Kanäle vorsieht, von denen jeder eine Abtasthalteschaltung aufweist, die das Ausgangssignal zum Zeitpunkt des zugehörigen Impulses von der Quelle abtastet, und weiterhin ein Tiefpaßfilter enthält, um hohe Frequenzen aus dem Ausgang der Abtasthalteschaltung sowie jegliche hochfrequente Umgebungsstörungen zu beseitigen. Der Ausgang des Tiefpaßfilters ist ein zeitlich variierendes Signal mit einem Mittelwert, das den mittleren Pegel der Strahlungsintensität bei der ausgewählten Wellenlänge entspricht, die durch das Körperteil gelangt ist. Der Ausgang des Tiefpaßfilters wird weiterhin durch ein Hochpaßfilter geleitet, daß die Mittelwertkomponente unterdrückt und die zeitlich veränderliche Komponente verstärkt, so daß die zeitlich veränderliche Komponente des Signals zurückbleibt, die den Schwankungen in der durchgelassenen Lichtintensität entspricht, die während des Blutpulses auftreten. Die vier Signale von den zwei Kanälen werden einer Steuereinrichtung zugeführt, beispielsweise einem Mikroprozessorsystem, um die Sättigung als Funktion der Verhältnisse der sich zeitlich nicht verändernden Werte für jeden Kanal und den Spitze-zu-Spitze-Werten des zeitveränderlichen Anteils eines jeden Kanals zu bestimmen. Indem die Sättigung auf diese Weise bestimmt wird, gelangen keine Fehler in das Meßergebnis, die von Unterschieden in den Absolutwerten der von verschiedenen Individuen unterschiedlicher Hautfarbe und Fingerdicke durchgelassenen Strahlung herrühren könnten.In the device according to the invention there are two light sources different wavelengths, e.g. B. Red and Infrared, alternately pulsed. The light from the Light sources are through a body part, for example a finger, and is guided by a detector recorded and in a time-varying tension converted, which can be filtered to signal overlays to eliminate by ambient light. The Detector output signal is divided into two separate signals divided according to the changing time Intensity of radiation from the detector at each which has received two wavelengths. The Separation of the detector signal can be done in this way achieve that two separate channels are provided, from each of which has a sample and hold circuit which the output signal at the time of the associated pulse scanned from the source, and still a low pass filter contains to high frequencies from the output the sample and hold circuit and any high frequency Eliminate environmental disturbances. The exit of the Low pass filter is a time varying signal with an average that represents the average level of the Radiation intensity at the selected wavelength corresponds to that which has passed through the body part. The Output of the low-pass filter is still a High pass filter passed that the mean component suppressed and the temporally changing component amplified so that the time-varying component of the signal that remains the fluctuations  corresponds to the transmitted light intensity, that occur during the blood pulse. The four signals from the two channels are sent to a control device fed, for example a microprocessor system, saturation as a function of relationships the values that do not change over time for each channel and the peak-to-peak values of the to determine the time-varying proportion of each channel. By determining saturation in this way there will be no errors in the measurement result of differences in the absolute values of that of different ones Individuals of different skin color and Radiation transmitted by the thickness of a finger could result.

Um weiterhin Schwankungen der Meßergebnisse als Folge von Änderungen in der Lichtdurchlässigkeit zwischen Individuen zu minimisieren, wird die den Strahlenquellen zugeführte Energie derart geregelt, daß die Durchschnittsintensität, die von dem Detektor von jeder Quelle empfangen wird, innerhalb eines gewünschten Bereiches liegt. Die Einstellung der Intensität wird direkt in linearer Weise ausgeführt, was sich sehr schnell ausführen läßt, wenn die Untersuchung begonnen wird.To continue fluctuations in measurement results as a result of changes in light transmission between Minimizing individuals becomes that of radiation sources supplied energy regulated in such a way that the average intensity, that from the detector of everyone Source is received, within a desired range lies. The intensity setting will executed directly in a linear fashion, which is very run quickly when the investigation begins becomes.

Die Sonde ist vorzugsweise mit zwei emittierenden Quellen für jede Wellenlänge versehen, die symmetrisch um einen Mittenpunkt angeordnet sind, um einen Transmissionsweg durch den Patienten zu erzeugen, der für Licht beider Wellenlängen im wesentlichen derselbe ist. Die Quellen können mit einer erhöhten konvexen Linse bedeckt sein, die einerseits dazu dienen, Licht von den Quellen zu fokussieren, und andererseits dazu dient, auf das Körpergewebe zu drücken, um auf diese Weise zu begünstigen, daß die Lichtintensität den Detektor erreicht und das Eindringen von Umgebungslicht vermindert wird. Die höhere Konzentration von Licht von den Quellen und die Belastung der Gewebe erlaubt es, zuverlässige Signale von dem Detektor zu erhalten, selbst bei sehr niedrigen Durchblutungspegeln. Weil das Detektorsignal zuverlässig ist und ein relativ hohes Signal/Störverhältnis bei niedriger Durchblutung hat, kann die zeitlich variierende Komponente des Detektorsignals so weit verstärkt werden, bis es in einen gewünschten Bereich fällt. Da die zeitlich variierenden Komponenten der Signale bei beiden Wellenlängen in gleichem Umfang verstärkt werden, wird der Sättigungswert, der als Funktion des Verhältnisses dieser zeitlich variierenden Komponenten bestimmt wird, durch Änderungen bei der Verstärkung nicht beeinflußt.The probe is preferably two-emissive Provide sources for each wavelength that are symmetrical are arranged around a center point, around a transmission path to generate by the patient who for Light of both wavelengths is essentially the same is. The sources can be convex with an increased Be covered lens, which on the one hand serve light  focus from the sources, and on the other hand serves to press on the body tissue to this way to favor that light intensity reaches the detector and the intrusion of ambient light is reduced. The higher concentration of Light from the sources and strain on the tissues allows reliable signals from the detector too preserved, even at very low blood flow levels. Because the detector signal is reliable and a relatively high signal / interference ratio at low Has blood flow, the time-varying component of the detector signal are amplified so far until it falls into a desired area. Because the time varying components of the signals in both Wavelengths will be amplified to the same extent the saturation value, which is a function of the ratio of these time-varying components is not affected by changes in gain.

Als Folge der großen Vereinfachungen bei der Hardware, die zur Ermittlung der erforderlichen Variablen benötigt wird, und der vereinfachten Software für das Mikroprozessorsystem kann die Vorrichtung relativ preiswert hergestellt werden, ist zuverlässig und von kompaktem Aufbau und läßt auch einen Batteriebetrieb zu, so daß sie tragbar ausgestaltet werden kann.As a result of the great simplifications in hardware, which are required to determine the required variables and the simplified software for that Microprocessor system, the device can be relatively inexpensive are reliable and compact Construction and also allows battery operation, so that it can be made portable.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervor. Es zeigt:Other objects, features and advantages of the invention go from the following detailed description below Reference to the drawings. It shows:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der wesentlichen Funktionseinheiten des Oximeters nach der vorliegenden Erfindung; Figure 1 is a block diagram of the essential functional units of the oximeter according to the present invention.

Fig. 2 ein Schaltbild der Analogschaltungskomponenten der Erfindung; Fig. 2 is a circuit diagram of the analog circuit components of the invention;

Fig. 3 ein Schaltbild des digitalen Steuer- und Verarbeitungssystems; Fig. 3 is a circuit diagram of the digital control and processing system;

Fig. 4 bis 9 Flußdiagramme der Ablaufschritte im Programm des digitalen Steuersystems; FIGS. 4 to 9 are flow charts of the operation steps in the program of the digital control system;

Fig. 10 eine graphische Darstellung des Funktionszusammenhangs zwischen dem Verhältnis R und der Sauerstoffsättigung S; FIG. 10 is a graphical representation of the functional relationship between the ratio R and the oxygen saturation S;

Fig. 11 eine Draufsicht auf die Lichtquellen in der Sonde; und Figure 11 is a plan view of the light source in the probe. and

Fig. 12 einen Querschnitt durch die Sonde längs der Linie 12-12 von Fig. 11. FIG. 12 shows a cross section through the probe along the line 12-12 of FIG. 11.

Die Dämpfung elektromagnetischer Strahlung, z. B. roten und infraroten Lichtes, beim Durchgang durch eine Substanz hängt von der Dicke der Substanz und ihren optischen Eigenschaften entsprechend dem Gesetz von Beers ab und läßt sich ausdrücken als:The attenuation of electromagnetic radiation, e.g. B. red and infrared light, when passing through a substance depends on the thickness of the substance and their optical properties according to the law from Beers and can be expressed as:

wobei I die Intensität des durchgelassenen Lichtes ist, I 0 die Intensität des einfallenden Lichtes ist, E der molekulare Löschkoeffizient der Substanz ist, C die Konzentration der Substanz und d die Dicke der Substanz ist.where I is the intensity of the transmitted light, I 0 is the intensity of the incident light, E is the molecular extinction coefficient of the substance, C is the concentration of the substance and d is the thickness of the substance.

Ein Körperteil, beispielsweise ein Finger, in welchem Blut in Pulsen strömt, kann als ein Modell aufgefaßt werden, das aus zwei getrennten Teilen besteht, durch die das Licht nacheinander fällt. Der erste Teil repräsentiert die Absorption von Licht aufgrund von zeitunveränderlichen Substanzen, wie beispielsweise Knochen, Haut, venöses Blut, usw. Der zweite Teil repräsentiert die zeitveränderliche Substanz, nämlich das pulsierende arterielle Blut im Finger. Die Gesamtabsorption durch die zwei getrennten Teile ist das Produkt der exponentiellen Absorptionsausdrücke für die zwei Teile, oderA part of the body, for example a finger, in which Blood flowing in pulses can be seen as a model which consists of two separate parts that the light falls one by one. The first part represents the absorption of light due to time-constant substances, such as Bones, skin, venous blood, etc. The second part represents the time-varying substance, namely the pulsating arterial blood in the finger. The total absorption by the two separate parts that is Product of the exponential absorption expressions for the two parts, or

wobei A(t) die zeitlich variierende Größe ist, die eine Funktion des Löschkoeffizienten des Blutes (konstant), der Konzentration des Blutes (konstant) und der Dicke des Blutes (zeitveränderlich) ist und B eine Konstante ist, die die nicht-zeitlich varrierende Absorption repräsentiert.where A ( t ) is the time-varying quantity, which is a function of the extinction coefficient of the blood (constant), the concentration of the blood (constant) and the thickness of the blood (time-varying) and B is a constant which is the non-time-varying Absorption represents.

Wenn die nicht-zeitlich variierende Komponente der IntensitätIf the non-temporally varying component of the intensity

ist, dann läßt sich die zeitlich variierende Intensität I(t) wie folgt definieren:then the time-varying intensity I ( t ) can be defined as follows:

oderor

Da Blut durch den Finger oder durch das andere Körperteil, durch den das Licht geleitet wird, pulsiert, hat die Funktion A(t) einen ziemlich konstanten Spitze- zu-Spitze-Wert. Wenn man Ap als eine Hälfte des Spitze- zu-Spitze-Wertes von A(t) definiert, dann ist der Spitze-zu-Spitze-Wert I ac der zeitveränderlichen Komponenten I(t) die Differenz im Wert von I(t) bei Ap und -Ap, was zu der Gleichung führt:Since blood pulsates through the finger or through the other part of the body through which the light is directed, the function A ( t ) has a fairly constant peak-to-peak value. If one defines Ap as a half of the peak-to-peak value of A ( t ), then the peak-to-peak value I ac of the time-varying components I ( t ) is the difference in the value of I ( t ) at Ap and - Ap , which leads to the equation:

Das Verhältnis von I ac zu I dc ist daher wie folgt:The ratio of I ac to I dc is therefore as follows:

Die Exponentialfunktionen der Gleichung (7) lassen sich als Faktorenreihe entwickeln, und wenn gerade der erste oder lineare Term dieser Reihenentwicklung als Annäherung verwendet wird, dann wird das Verhältnis:Let the exponential functions of equation (7) develop as a series of factors, and if so the first or linear term of this series expansion is used as an approximation, then the ratio:

Diese lineare Annäherung an die Exponentialfunktion führt zu einer relativ geringen Abweichung von der wirklichen Exponentialfunktion für Verhältnisse, die wahrscheinlich angetroffen werden. Beispielsweise ist für das Verhältnis I ac /I dc = 0,25 der prozentuale Fehler ungefähr 1%. Dies bedeutet, daß die zeitlich variierende Komponente der Lichtintensität bis zu 25% des gesamten durchgelassenen Lichtes sein kann, bevor der Fehler in der Annäherung 1% erreicht. In der gegenwärtigen Praxis liegt das Verhältnis gewöhnlich zwischen 5% und 20%, was zu einem Fehler führt, der sehr viel kleiner als 1% ist. Auf die unten noch zu beschreibende Weise läßt sich der Fehler auf 0,2% oder weniger über dem normalen Meßbereich reduzieren, weil der endgültige Sättigungswert errechnet wird, indem die approximierten Verhältnisse für zwei Lichtwellenlängen geteilt werden, so daß ein Fehlertrend in einem Verhältnis dazu neigt, den Fehlertrend im anderen Verhältnis aufzuheben. Da außerdem die Verhältnisse der zeitlich variierenden und konstanten Intensitäten verwendet werden, löscht sich jeder konstante Faktor, der die Lichttransmission beeinflussen könnte, wie beispielsweise Knochen oder Muskeldicke oder Hautfarbe, von selbst aus, wenn die Verhältnisse gebildet und ausgewertet werden.This linear approximation to the exponential leads to a relatively small deviation from the real exponential for ratios that are likely to be encountered. For example, for the ratio I ac / I dc = 0.25, the percentage error is approximately 1%. This means that the time-varying component of the light intensity can be up to 25% of the total transmitted light before the approximation error reaches 1%. In current practice, the ratio is usually between 5% and 20%, resulting in an error that is much less than 1%. In the manner to be described below, the error can be reduced to 0.2% or less above the normal measurement range because the final saturation value is calculated by dividing the approximate ratios for two light wavelengths, so that an error trend tends to be in proportion to reverse the error trend in the other ratio. In addition, since the ratios of the time-varying and constant intensities are used, any constant factor that could influence the light transmission, such as bone or muscle thickness or skin color, is automatically deleted when the ratios are formed and evaluated.

Die Größe 2Ap ist der Spitze-zu-Spitze-Wert der zeitlich veränderlichen Absorption A(t). Indem man D P als gesamte Spitze-zu-Spitze-Änderung der Blutdicke definiert, ergibt sich 2Ap = ECD p , wobei E der Löschkoeffizient und C die Konzentration sind.The size 2 Ap is the peak-to-peak value of the time-variable absorption A ( t ). Defining D P as the total peak-to-peak change in blood thickness gives 2 Ap = ECD p , where E is the quenching coefficient and C is the concentration.

Die Sauerstoffsättigung S im Blut ist definiert als das Verhältnis der Konzentration C O von mit Sauerstoff angereichertem Hämoglobin (Oxyhämoglobin) zum Gesamtwert der Konzentration von Oxyhämoglobin und der Konzentration C H von Hämoglobin, d. h. S = 100 C O /(C O +C H ). Zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung werden die Absorptionseigenschaften bei zwei unterschiedlichen Lichtwellenlängen gemessen, üblicherweise im roten und im infraroten Bereich. Das Oxyhämoglobin und das Hämoglobin können als gleichmäßig vermischt in der Dicke D p des Blutes angenommen werden, was zu den folgenden Gleichungen für die roten und infraroten Verhältnisse führt.Oxygen saturation S in the blood is defined as the ratio of the concentration C O of oxygenated hemoglobin (oxyhemoglobin) to the total of the concentration of oxyhemoglobin and the concentration C H of hemoglobin, ie S = 100 C O / ( C O + C H ) . To determine the oxygen saturation, the absorption properties are measured at two different light wavelengths, usually in the red and in the infrared range. The oxyhemoglobin and hemoglobin can be assumed to be uniformly mixed in the thickness D p of the blood, which leads to the following equations for the red and infrared ratios.

Und das Verhältnis R des infraroten Verhältnisses zum roten Verhältnis ist wie folgt: wobei in den Indizes I für die Infrarotgrößen, R für die Rotgrößen, O für Oxyhämoglobin und H für Hämoglobin stehen.And the ratio R of the infrared ratio to the red ratio is as follows: where in the indices I stand for the infrared sizes, R for the red sizes, O for oxyhemoglobin and H for hemoglobin.

Wenn man den Ausdruck für die Sauerstoffsättigung S in die obige Gleichung einsetzt, ergibt sich: Using the expression for oxygen saturation S in the above equation gives:

Dieser Ausdruck kann nach der Sättigung wie folgt aufgelöst werden: This expression can be resolved after saturation as follows:

Der vorangehende Ausdruck ergibt eine sehr gute Annäherung an die Sauerstoffsättigung, wo alle zeitlich variierenden Komponenten von Änderungen im Hämoglobin und im Oxyhämoglobin herrühren. Jedoch können andere Faktoren zu den pulsierenden Signalen beitragen, beispielsweise Hämoglobin kombiniert mit anderen Verbindungen als Sauerstoff, beispielsweie Carboxyhämoglobin oder Cyanmethämoglobin, aber auch Pulsationen in den Kapillaren, die einen kleinen Fehler hervorrufen, da das Blut in den Kapillaren sich teilweise vermindert hat. Um diesen Fehlertermen Rechnung zu tragen, wird das Verhältnis der Infrarot- zu den Rotgrößen neu definiert, indem man eine mit X bezeichnete Substanz einführt, um möglichen Fehlern Rechnung zu tragen, und zwar wie folgt: The preceding expression gives a very good approximation of oxygen saturation, where all time-varying components result from changes in hemoglobin and oxyhemoglobin. However, other factors can contribute to the pulsating signals, for example hemoglobin combined with compounds other than oxygen, for example carboxyhemoglobin or cyanomethemoglobin, but also pulsations in the capillaries which cause a small error since the blood in the capillaries has partially decreased. To account for these error terms, the ratio of infrared to red sizes is redefined by introducing a substance labeled X to account for possible errors, as follows:

Weiterhin wird der Prozentsatz der Sauerstoffsättigung neu definiert als S = 100C O /(C O +C H + C X ), wobei C X die Konzentration der Substanz X ist. Wenn die Gleichung für die Sauerstoffsättigung S nach C H aufgelöst und in die Gleichung für das Verhältnis eingesetzt wird, dann läßt sich der folgende Ausdruck für das Verhältnis R ableiten: Furthermore, the percentage of oxygen saturation is redefined as S = 100 C O / ( C O + C H + C X ), where C X is the concentration of substance X. If the equation for oxygen saturation S is solved for C H and inserted into the equation for the ratio, then the following expression for the ratio R can be derived:

Die vorangehende Gleichung zeigt, daß die Größe S/C O nur von der Summe der Konzentration der drei Substanzen abhängt. Angenommen, daß eine Änderung der Sauerstoffsättigung allein die Blutkonzentration zwischen C O und C H verschiebt und die Konzentration C X der Substanz X konstant ist, dann ist die Summe der drei Konzentrationen konstant. Die letzten Terme der obigen Gleichung können dann als Konstante K I und K R angenommen werden, so daß sich die Gleichung wie folgt neu schreiben läßt: The preceding equation shows that the quantity S / C O only depends on the sum of the concentration of the three substances. Assuming that a change in oxygen saturation alone shifts the blood concentration between C O and C H and the concentration C X of substance X is constant, then the sum of the three concentrations is constant. The last terms of the above equation can then be assumed to be constants K I and K R , so that the equation can be rewritten as follows:

Wenn man die obige Gleichung nach der Sättigung S auflöst, ergibt sich: If you solve the above equation after saturation S , you get:

Die Werte K R und K I können schnell empirisch ermittelt werden, indem man die Sättigungswerte, die sich mit den obigen Gleichungen ergeben, mit Sättigungswerten vergleicht, die unter Verwendung direkter Messungen des Sauerstoffgehaltes von Blut als Standard ermittelt worden sind. Beispielsweise haben angenäherte Werte K R = 5.400 und K I = 1.200 gezeigt, daß sie im wesentlichen genaue Ergebnisse mit 1% oder weniger Abweichung von den Standardmeßwerten ergeben. Allgemeiner gesagt kann die Sättigung in Übereinstimmung mit folgender Funktion ermittelt werden: wobei K 1, K 2, K 3 und K 4 Konstanten sind, die empirisch ermittelt werden können, indem man die Gleichung (18) an eine Sättigungskurve anpaßt, die unter direkter Messung des Sauerstoffgehaltes von Blut ermittelt worden ist. Alternativ kann der Wert von S als eine Funktion von R empirisch bei einer Anzahl von Datenpunkten ermittelt werden, wobei die funktionellen Zusammenhänge in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden.The values K R and K I can be quickly determined empirically by comparing the saturation values resulting from the above equations with saturation values determined using direct measurements of the oxygen content of blood as a standard. For example, approximate values K R = 5,400 and K I = 1,200 have shown that they give essentially accurate results with 1% or less deviation from the standard measurements. More generally, the saturation can be determined in accordance with the following function: where K 1 , K 2 , K 3 and K 4 are constants which can be determined empirically by adapting equation (18) to a saturation curve which has been determined by directly measuring the oxygen content of blood. Alternatively, the value of S as a function of R can be determined empirically for a number of data points, the functional relationships being stored in a look-up table.

Eine Blockschaltung eines Oximetergerätes, das die Sättigung in Übereinstimmung mit den vorangehenden Schritten bestimmt, ist allgemein mit 20 in Fig. 1 bezeichnet. Das Gerät 20 enthält eine Sonde 21, die speziell zum Anklemmen an einen Finger eingerichtet ist und zu diesem Zweck einen festen Auflagekörper 22 und ein bewegliches Klemmteil 23 aufweist, das mittels eines Gelenkes 24 am Auflagekörper montiert ist. Das Klemmteil 23 ist federbelastet, um gegen den Auflagekörper 22 zu drücken, und beinhaltet eine erste Strahlenquelle 25, z. B. eine Leuchtdiode, die sichtbares rotes Licht abgibt und eine zweite Quelle 26, z. B. eine Leuchtdiode, die infrarotes Licht abgibt. Das Licht, das durch den Finger fällt, wird von einem Detektor 28, z. B. eine Fotodiode, empfangen, die ein elektrisches Ausgangssignal an einer Leitung 29 abgibt, das eine Funktion der Intensität von rotem oder infrarotem Licht ist, das von dem Detektor empfangen wird. Der Detektor kann in einem plastischen Schaumkissen (nicht dargestellt) montiert sein, so daß der Finger und das Kissen um den Detektor zusammengedrückt werden, um Umgebungslicht auszusperren. Ein Umgebungslichtfilter 30 ist vorzugsweise in der Vorrichtung eingebaut und dient dazu, die Übertragung jeglichen Signals, das von Umgebungslicht herrührt, das vom Detektor 28 aufgenommen worden ist, zu unterdrücken. Dieses Umgebungsfilter kann auch dazu dienen, das Stromausgangssignal des Fotodiodendetektors 28 in eine Spannung umzuwandeln.A block circuit of an oximeter that determines saturation in accordance with the previous steps is generally indicated at 20 in FIG. 1. The device 20 contains a probe 21 which is specially designed for clamping onto a finger and for this purpose has a fixed support body 22 and a movable clamping part 23 which is mounted on the support body by means of a joint 24 . The clamping part 23 is spring-loaded to press against the support body 22 and includes a first radiation source 25 , e.g. B. a light emitting diode that emits visible red light and a second source 26 , z. B. a light emitting diode that emits infrared light. The light that passes through the finger is detected by a detector 28 , e.g. B. a photodiode, which provides an electrical output signal on line 29 which is a function of the intensity of red or infrared light received by the detector. The detector can be mounted in a plastic foam cushion (not shown) so that the finger and the cushion are compressed around the detector to block out ambient light. An ambient light filter 30 is preferably installed in the device and serves to suppress the transmission of any signal resulting from ambient light which has been picked up by the detector 28 . This environmental filter can also serve to convert the current output signal of the photodiode detector 28 into a voltage.

Der Ausgang des Umgebungsfilters 30 weist einen ersten Kanal 31 auf für die Rotsignalkomponente und einen zweiten Kanal 32 für die Infrarotsignalkomponente. Das Signal vom Umgebungsfilter 30 im Rotkanal wird einer ersten Abtasthalteschaltung 34 zugeführt, die den Ausgang des Umgebungsfilters während der Zeit abtastet, in der der Rotimpuls von der Quelle 25 abgegeben wird und hält diesen Wert, bis der nächste Rotimpuls geliefert wird. Ein Tiefpaßfilter 35 empfängt den Ausgang der Abtasthalteschaltung und filtert die Hochfrequenzkomponenten aus, die in das Signal durch die Abtasthalteschaltung eingebracht worden sind, sowie jegliche weitere Vorfrequenzstörung. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 35 wird an einer Leitung 36 einem Systemregler und -prozessor 38 zugeführt. Die Spannung auf der Leitung 36 entspricht einer rekonstruierten zeitlich veränderlichen Spannung, die die Intensität des Rotlichtes angibt, das durch den Finger während einer Zeit fällt, während der Blut im Finger pulsiert. Dieses Spannungssignal V rdc enthält sowohl eine Durchschnittssignalamplitude als auch einen überlagerten, sich zeitlich ändernden Anteil. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 35 wird weiterhin einem Hochpaßfilter 39 zugeführt, der den unveränderlichen oder Gleichstromanteil aus dem Rotspannungssignal ausfiltert und ein Ausgangssignal auf einer Leitung 40 an das Regelsystem 38 abgibt, das eine Spannung V rac ist, die die zeitlich variierende Komponente des Rotintensitätssignals ist, das von dem Detektor 28 aufgenommen worden ist.The output of the ambient filter 30 has a first channel 31 for the red signal component and a second channel 32 for the infrared signal component. The signal from the ambient filter 30 in the red channel is fed to a first sample and hold circuit 34 , which samples the output of the ambient filter during the time in which the red pulse is emitted by the source 25 and holds this value until the next red pulse is delivered. A low pass filter 35 receives the output of the sample and hold circuit and filters out the high frequency components that have been introduced into the signal by the sample and hold circuit as well as any other pre-frequency interference. The output of the low-pass filter 35 is fed to a system controller and processor 38 on a line 36 . The voltage on line 36 corresponds to a reconstructed time-varying voltage that indicates the intensity of the red light that passes through the finger during a time when the blood in the finger is pulsing. This voltage signal V rdc contains both an average signal amplitude and a superimposed, time-changing component. The output of the low-pass filter 35 is also fed to a high-pass filter 39 , which filters out the unchangeable or direct current component from the red voltage signal and outputs an output signal on a line 40 to the control system 38 , which is a voltage V rac , which is the time-varying component of the red intensity signal, which has been recorded by the detector 28 .

Auf analoge Weise wird das Signal auf der Leitung 32 im Infrarotkanal durch eine Abtasthalteschaltung 42 zu jenen Zeitpunkten abgetastet, in welchen die Infrarotquelle 26 eingeschaltet ist, und die Abtasthalteschaltung 42 hält den abgetasteten Wert bis zum nächsten Puls. Der Ausgang der Abtasthalteschaltung 42 ist einem Tiefpaßfilter 43 zugeführt, das die Hochfrequenzkomponenten herausfiltert, die durch die Abtasthalteschaltung 42 in das Signal eingeführt worden sind, sowie alle weiteren Störgeräusche. Die Ausgangsspannung V irdc vom Tiefpaßfilter 43 enthält sowohl zeitlich veränderliche als auch zeitlich unveränderliche Anteile des Ausgangs des Detektors 28 für Infrarotstrahlung und wird direkt auf einer Leitung 44 der Steuerschaltung 38 und weiterhin einem Hochpaßfilter 45 zugeführt, das die gleiche Komponente aus dem Signal herausfiltert, damit nur der zeitlich veränderliche Anteil der Spannung V irac auf der Leitung 46 übrigbleibt, um der Steuerschaltung 38 zugeführt zu werden.Analogously, the signal on line 32 in the infrared channel is sampled by a sample and hold circuit 42 at those times when the infrared source 26 is turned on, and the sample and hold circuit 42 holds the sampled value until the next pulse. The output of the sample and hold circuit 42 is fed to a low-pass filter 43 , which filters out the high-frequency components which have been introduced into the signal by the sample and hold circuit 42 , as well as all other noise. The output voltage V irdc from the low-pass filter 43 contains both temporally variable and temporally unchangeable portions of the output of the detector 28 for infrared radiation and is fed directly on a line 44 to the control circuit 38 and further to a high-pass filter 45 , which thus filters the same component out of the signal only the time-varying portion of the voltage V irac remains on the line 46 to be supplied to the control circuit 38 .

Die Steuerschaltung berechnet die nicht-zeitlich variierenden Werte der Spannungen V rdc und V idc und verwendet diese Werte als die Gleichspannungsintensitätsanalogwerte I dci und I dcr . Es hat sich gezeigt, daß die Spitzenwerte von V rdc und V idc bequem als nicht- zeitlich variierende Intensitätsanalogwerte I dci und I dcr verwendet werden können, weil die Sättigung mit einem Verhältnis dieser Größen berechnet wird. Selbstverständlich könnten die augenblicklichen Durchschnittswerte von V rdc und V idc als nicht-zeitlich variierende Intensitätsanalogwerte verwendet werden. Die Spitze-zu-Spitze-Werte der zeitlich variierenden Spannungen V rac und V iac werden von der Steuerschaltung 38 benutzt, um die Spitze-zu-Spitze-Intensitätsanalogwerte I aci und I acr zu bestimmen. Die Steuerschaltung bestimmt dann die Sättigung als eine Funktion des Verhältnisses The control circuit calculates the non-time varying values of the voltages V rdc and V idc and uses these values as the DC intensity analog values I dci and I dcr . It has been shown that the peak values of V rdc and V idc can be conveniently used as non-time-varying intensity analog values I dci and I dcr , because the saturation is calculated using a ratio of these quantities. Of course, the current averages of V rdc and V idc could be used as non-time varying intensity analog values. The peak-to-peak values of the time-varying voltages V rac and V iac are used by the control circuit 38 to determine the peak-to-peak intensity analog values I aci and I acr . The control circuit then determines saturation as a function of the ratio

und gibt den Sättigungswert zur Anzeige an der Fronttafel 48 für einen Benutzer ab. Die Steuerschaltung 38 steuert auch den Betrieb des Systems, einschließlich der Zeitgabe für den impulsweisen Betrieb der Quellen 25 und 26, die beispielsweise von Leuchtdioden- Stromverstärkern 49 für Rot und 50 für Infrarot betrieben werden und steuert entsprechend die Rot-Abtasthalteschaltung 34 und die Infrarot-Abtasthalteschaltung 42, um den Betrieb derselben in geeigneter Weise auf den Impulsbetrieb der Leuchtdioden 25 und 26 abzustimmen.and outputs the saturation value for display on the front panel 48 to a user. The control circuit 38 also controls the operation of the system, including the timing for the pulsed operation of the sources 25 and 26 , which are operated, for example, by LED current amplifiers 49 for red and 50 for infrared, and controls the red sample and hold circuit 34 and the infrared accordingly. Sample and hold circuit 42 to suitably match the operation thereof to the pulse operation of LEDs 25 and 26 .

Ein elektrisches Schaltbild der Analogsignal-Verarbeitungskomponenten des Oximeters 20 ist in Fig. 2 gezeigt. Das Ausgangssignal von der Fotodiode 28, ein Strom, der die Intensität der einfallenden Lichtstrahlung abgibt, wird auf der Leitung 29 dem Eingang eines Operationsverstärkers 51 innerhalb des Umgebungsfilterabschnittes 30 zugeführt, der das Stromsignal in ein Spannungssignal an seinem Ausgang umwandelt. Das Spannungsausgangssignal vom Operationsverstärker 51 wird über einen Kondensator 52 dem Eingang eines Operationsverstärkers 53 zugeführt, der das Signal verstärkt und es der Rotkanalleitung 31 und der Infrarotkanalleitung 32 zur Verfügung stellt. Ein Operationsverstärker 55 mit einer Diode 56 in einer Rückkopplungsschleife zu seinem negativen Eingang ist mit dem Verstärker 53 verbunden und klemmt die Grundlinieneingangsspannung zum Verstärker 53 auf im wesentlichen Null Volt, um dadurch mit dem Kondensator 52 zusammenzuwirken, um jegliche Signalkomponente aufgrund von Umgebungslicht, das auf den Detektor fällt, abzublocken.An electrical circuit diagram of the analog signal processing components of the oximeter 20 is shown in FIG. 2. The output signal from the photodiode 28 , a current which emits the intensity of the incident light radiation, is fed on line 29 to the input of an operational amplifier 51 within the ambient filter section 30 , which converts the current signal into a voltage signal at its output. The voltage output signal from the operational amplifier 51 is fed via a capacitor 52 to the input of an operational amplifier 53 , which amplifies the signal and makes it available to the red channel line 31 and the infrared channel line 32 . An operational amplifier 55 with a diode 56 in a feedback loop to its negative input is connected to the amplifier 53 and clamps the baseline input voltage to the amplifier 53 at substantially zero volts, thereby interacting with the capacitor 52 to remove any signal component due to ambient light block the detector.

Das Impulssignal vom Verstärker 53 wird der Rotkanalleitung 31 zugeführt, die mit einem regelbaren Verstärker 58 innerhalb der Abtasthalteschaltung 34 verbunden ist. Der Verstärker 58 empfängt auf einer Leitung 59 über einen Widerstand 60 und einen Transistor 61 einen Abtaststeuerimpuls von der Systemsteuerschaltung 38. Wenn ein Impulseinschaltsignal auf der Leitung 59 erscheint, wird der Verstärker 58 aktiviert, um den Spannungssignalpegel auf der Leitung 31 aufzunehmen und einen Spannungspegel an seiner Ausgangsleitung 62 bereitzustellen, der proportional der Eingangsspannung ist. Diese Spannung wird bis zum nächsten Steuerimpulssignal auf der Leitung 59 gehalten. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal auf der Infrarotkanalleitung 32 einem regelbaren Verstärker 64 zugeführt, der ein Steuerimpulssignal auf einer Leitung 65 über einen Widerstand 66 und einen Transistor 67 entgegennimmt. Der Ausgang des Verstärkers 64 auf einer Leitung 68 ist eine Spannung, die proportional der am Eingang zum Zeitpunkt des Steuerimpulses ist, und diese Spannung wird bis zum nächsten Impuls gehalten.The pulse signal from amplifier 53 is fed to red channel line 31 , which is connected to a controllable amplifier 58 within sample and hold circuit 34 . The amplifier 58 receives a sample control pulse from the system control circuit 38 on a line 59 through a resistor 60 and a transistor 61 . When a pulse on signal appears on line 59 , amplifier 58 is activated to pick up the voltage signal level on line 31 and provide a voltage level on its output line 62 that is proportional to the input voltage. This voltage is held on line 59 until the next control pulse signal. In the same way, the output signal on the infrared channel line 32 is fed to a controllable amplifier 64 , which receives a control pulse signal on a line 65 via a resistor 66 and a transistor 67 . The output of amplifier 64 on line 68 is a voltage proportional to the input at the time of the control pulse and this voltage is held until the next pulse.

Der Ausgang auf der Leitung 62 wird über Widerstände 70 und 71 dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 72 zugeführt, der einen Rückkopplungskondensator 73 und einen geerdeten Eingangskondensator 74 aufweist und Bestandteil des Tiefpaßfilters 35 ist und ein zweipoliges Filter darstellt, das vorzugsweise eine Eckfrequenz von etwa 15 Hz aufweist, um jegliche Hochfrequenzstörung auszufiltern und das Ausgangssignal vom Verstärker 58 zu glätten. Das gefilterte Signal vom Verstärker 72 wird auf der Ausgangsleitung 36 der Systemsteuerschaltung 38 und außerdem auf einer Leitung 76 dem Hochpaßfilterabschnitt 39 zugeführt.The output on line 62 is fed via resistors 70 and 71 to the non-inverting input of an operational amplifier 72 , which has a feedback capacitor 73 and a grounded input capacitor 74 and is part of the low-pass filter 35 and is a two-pole filter, which is preferably a corner frequency of about 15 Hz to filter out any radio frequency interference and smooth the output signal from amplifier 58 . The filtered signal from amplifier 72 is provided on output line 36 to system control circuit 38 and also on line 76 to high pass filter section 39 .

Auf ähnliche Weise wird der Ausgang auf der Leitung 68 von der Abtasthalteschaltung 42 im Infrarotkanal über Widerstände 78 und 79 zum nicht-invertierenden Eingang eines Verstärkers 80 geleitet, der einen Rückkopplungskondensator 81 und einen geerdeten Kondensator 82 aufweist, um den Filterabschnitt 43, wieder ein zweipoliges Filter, zu bilden, das vorzugsweise eine Eckfrequenz von etwa 15 Hz hat. Der Ausgang des Verstärkers 80 wird auf einer Ausgangsleitung 44 der Systemsteuerschaltung 38 zugeführt und weiterhin auf einer Ausgangsleitung 83 dem Filterabschnitt 45 zugeführt.Similarly, the output on line 68 is passed from the sample hold circuit 42 in the infrared channel via resistors 78 and 79 to the non-inverting input of an amplifier 80 which has a feedback capacitor 81 and a grounded capacitor 82 around the filter section 43 , again a two-pole Form filter, which preferably has a corner frequency of about 15 Hz. The output of amplifier 80 is fed to system control circuit 38 on an output line 44 and is further fed to filter section 45 on an output line 83 .

Das gefilterte Ausgangssignal auf der Leitung 76 gelangt über einen Serienkondensator 85 zum nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 86 in dem Hochpaßfilterabschnitt 39. Dieser Eingang des Verstärkers 86 ist weiterhin über einen Widerstand 87 geerdet. Rückkopplungs- und Erdwiderstände 88 und 89 sind mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 86 verbunden. Diese Anordnung schafft ein einpoliges Hochpaßfilter, das vorzugsweise eine Eckfrequenz von 2 Hz hat, um den nicht-zeitlich variierenden Anteil des Signals auf der Leitung 76 zu sperren. Der Ausgang des Verstärkers 86 wird auch über einen Widerstand 90 dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 91 zugeführt, dessen Ausgang durch eine Diode 92 auf eine Minimum von Null Volt geklemmt wird und über einen Widerstand 94 und einen parallel geschalteten Kondensator 95 auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt wird. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 91 erhält über eine Leitung 96 eine Bezugsspannung und von einer Leitung 97 über Spannungsteilerwiderstände 98 und 99. Die Bezugsspannung auf der Leitung 97 wird von der Systemsteuerschaltung 38 zur Verfügung gestellt, um den Durchschnittspegel der zeitlich veränderlichen Spannung am Ausgang des Verstärkers 91 einzustellen, die auf einer Leitung 40 der Systemsteuerschaltung 38 zugeführt wird, um sicherzustellen, daß die Ausgangssignalspannung innerhalb eines gewünschten Bereichs für die Umwandlung in ein Digitalsignal aus den unten beschriebenen Gründen liegt.The filtered output signal on line 76 passes through a series capacitor 85 to the non-inverting input of an operational amplifier 86 in high-pass filter section 39 . This input of amplifier 86 is also grounded via a resistor 87 . Feedback and ground resistors 88 and 89 are connected to the inverting input of amplifier 86 . This arrangement creates a single-pole high-pass filter, which preferably has a corner frequency of 2 Hz, in order to block the non-temporally varying portion of the signal on line 76 . The output of amplifier 86 is also supplied via a resistor 90 to the inverting input of an operational amplifier 91 , the output of which is clamped to a minimum of zero volts by a diode 92 and is fed back to the inverting input via a resistor 94 and a capacitor 95 connected in parallel . The non-inverting input of operational amplifier 91 receives a reference voltage via line 96 and from line 97 via voltage dividing resistors 98 and 99 . The reference voltage on line 97 is provided by system control circuit 38 to adjust the average level of the time-varying voltage at the output of amplifier 91 which is supplied on line 40 to system control circuit 38 to ensure that the output signal voltage is within a desired range for conversion to a digital signal for the reasons described below.

Auf gleiche Weise wird der Ausgang auf der Leitung 83 dem Hochpaßfilterteil 45 zugeführt, das aus einem Serienkondensator 101 besteht, der mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 102 verbunden ist, der außerdem über einen Widerstand 103 mit Masse verbunden ist. Ein Rückkopplungswiderstand 104 und ein geerdeter Widerstand 105 sind mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 102 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 102 ist über einen Serienwiderstand 106 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 107 verbunden, dessen Ausgang über eine Diode 108 geleitet und über einen Widerstand 109 und einem Parallelkondensator 110 dem Eingang rückgekoppelt ist. Der Verstärker 107 empfängt in ähnlicher Weise eine Bezugsspannung an seinem nichtinvertierenden Eingang auf einer Leitung 111 von der Verbindung zwischen Widerständen 98 und 99, so daß der Bereich der Ausgangsspannung, die auf der Leitung 46 vom Verstärker 107 bereitgestellt wird, von der Systemsteuerschaltung 38 geregelt werden kann.In the same way, the output on line 83 is fed to high-pass filter part 45 , which consists of a series capacitor 101 , which is connected to the non-inverting input of an operational amplifier 102, which is also connected to ground via a resistor 103 . A feedback resistor 104 and a grounded resistor 105 are connected to the inverting input of amplifier 102 . The output of amplifier 102 is connected via a series resistor 106 to the inverting input of an operational amplifier 107 , the output of which is conducted via a diode 108 and is fed back to the input via a resistor 109 and a parallel capacitor 110 . Amplifier 107 similarly receives a reference voltage at its non-inverting input on line 111 from the connection between resistors 98 and 99 so that the range of output voltage provided on line 46 from amplifier 107 is regulated by system control circuit 38 can.

Ein Blockschaltbild der Funktionskomponenten der digitalen Systemsteuerschaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Steuerschaltung enthält einen Mikroprozessor 114, der in üblicher Weise mit einem Schwingkristall 115 verbunden ist, der ein Bezugstaktsignal bereitstellt. Die Steuerschaltung enthält Adressbusausgangsleitungen 116, Datenbusleitungen 117 und Lese- und Schreibleitungen 118 und 119. Ein Taktausgang vom Mikroprozessor an der Leitung 120 wird einem Unterbrecherzähler 121 zugeführt, der die Anzahl der Impulse von dem Taktimpulsgenerator abwärts zählt und nach einer gewissen Anzahl gezählter Impulse einen Impuls an den Unterbrechereingang 122 des Mikroprozessors 114 liefert. Das Steuersystem enthält auch einen Nur-Lesespeicher (ROM) 124, der mit den Adress- und Datenbusleitungen verbunden ist, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 125, der mit den Adress- und Datenbusleitungen verbunden ist, einen Chipwähldekoder 126, der Eingänge von dem Adressbus aufnimmt und die Chipauswahlausgänge an Leitungen 127 an die verschiedenen Komponenten in üblicher Weise liefert. Der Eingang erfolgt über eine Tastatur und Einstellschalter 129 an der Fronttafel des Gerätes für eine Datenverriegelung und einen Puffer 130, der mit dem Datenbus 117 verbunden ist. Der Ausgang des Systems wird von einer Ausgangsdatenverriegelungs- und Pufferschaltung 132 an eine Anzeigeeinheit 133 geliefert, z. B. eine Flüssigkristallanzeigeeinheit, an der Fronttafel des Gerätes.A block diagram of the functional components of the digital system control circuit is shown in FIG. 3. The control circuit includes a microprocessor 114 , which is connected in a conventional manner to an oscillating crystal 115 , which provides a reference clock signal. The control circuit includes address bus output lines 116 , data bus lines 117, and read and write lines 118 and 119 . A clock output from the microprocessor on line 120 is provided to an interrupt counter 121 which counts down the number of pulses from the clock pulse generator and supplies a pulse to the interrupt input 122 of the microprocessor 114 after a certain number of counted pulses. The control system also includes a read only memory (ROM) 124 connected to the address and data bus lines, a random access memory (RAM) 125 connected to the address and data bus lines, a chip select decoder 126 which inputs from the address bus and supplies the chip selection outputs on lines 127 to the various components in a conventional manner. The input is via a keyboard and setting switch 129 on the front panel of the device for a data lock and a buffer 130 , which is connected to the data bus 117 . The output of the system is provided by an output data latch and buffer circuit 132 to a display unit 133 , e.g. B. a liquid crystal display unit on the front panel of the device.

Das System empfängt Daten auf den Leitungen 36, 40, 44 und 46 von den Analogverarbeitungskomponenten für einen Analog/Digital-Wandler 135, der die Analogsignale in digitale Signale umwandelt, die an den Datenbus 117 abgegeben werden. Eine Bezugsspannung wird dem A/D-Wandler 135 auf einer Leitung 136 von einem D/A-Wandler 138 zur Verfügung gestellt, der seinen Eingang von dem Datenbus 117 empfängt. Der D/A-Wandler 138 erzeugt auch ein Wechselstrombezugssignal auf der Leitung 97, um die Durchschnittsausgangspegel von den Verstärkern 91 und 107 einzustellen. Der D/A-Wandler 138 erzeugt eine getrennte Ausgangsbezugsspannung auf der Grundlage des Eingangs auf den Datenleitungen vom Mikroprozessor auf einer Leitung 139 über Spannungsteilerwiderstände 140 und 141 für die positiven Eingänge eines Treiberverstärkers 143 innerhalb des Treiberteils 49 für den Rotleuchtdiodenkanal und eines Treiberverstärkers 144 innerhalb des Treiberteils 50 für den Infrarotleuchtdiodenkanal. Die Spannung vom D/A-Wandler 138 auf der Leitung 139 liefert einen Bezugspegel für die Treiber 133 und 134, um die Einstellung der Ausgangsintensität der Leuchtdioden unter der Steuerung durch den Mikroprozessor zu ermöglichen. Variationen in der optischen Absorption von Finger zu Finger können ausgeglichen werden, indem man den Betriebsstrom für die Leuchtdioden derart ändert, daß der Gleichstromausgangsspannungspegel auf den Leitungen 36 und 44 bei vollem Aufnahmevermögen (z. B. 4/5 des vollen Aufnahmevermögens) des A/D-Wandlers 135 liegt. Die Leuchtdiodenintensitäten können auf diese Weise so eingestellt werden, daß sie das größte Signal /Störverhältnis ohne Sättigung des Eingangsverstärkers 51 liefern. Weil das Verhältnis der Amplituden der zeitlich veränderlichen und nicht-zeitlich veränderlichen Signale in den Berechnungen verwendet wird, anstelle der Verwendung von Absolutwerten, beeinflußt keinerlei relative Spannungsänderung die Berechnung des Sättigungswertes. Die Treiber 143 und 144 werden durch ein Torsignal auf Leitungen 146 bzw. 147 über Schnittstellentransistoren 148 und 149 ein- und ausgeschaltet. Die Treiberströme von den Verstärkern 143 und 144 werden an Ausgangsleitungen 150 bzw. 151 an die Rotleuchtdiode 25 und die Infrarotleuchtdiode 26 geliefert.The system receives data on lines 36, 40, 44, and 46 from the analog processing components for an analog-to-digital converter 135 , which converts the analog signals to digital signals that are provided on the data bus 117 . A reference voltage is provided to the A / D converter 135 on a line 136 by a D / A converter 138 which receives its input from the data bus 117 . D / A converter 138 also generates an AC reference signal on line 97 to adjust the average output levels from amplifiers 91 and 107 . The D / A converter 138 generates a separate output reference voltage based on the input on the data lines from the microprocessor on a line 139 via voltage dividing resistors 140 and 141 for the positive inputs of a driver amplifier 143 within the driver part 49 for the red light-emitting diode channel and a driver amplifier 144 within the Driver part 50 for the infrared light-emitting diode channel. The voltage from D / A converter 138 on line 139 provides a reference level for drivers 133 and 134 to allow adjustment of the output intensity of the LEDs under the control of the microprocessor. Variations in the optical absorption from finger to finger can be compensated for by changing the operating current for the light emitting diodes such that the DC output voltage level on lines 36 and 44 at full capacity (e.g. 4/5 of the full capacity) of the A / D converter 135 lies. In this way, the light-emitting diode intensities can be set in such a way that they deliver the greatest signal / interference ratio without saturation of the input amplifier 51 . Because the ratio of the amplitudes of the time-varying and non-time-varying signals is used in the calculations instead of using absolute values, no relative change in voltage influences the calculation of the saturation value. The drivers 143 and 144 are switched on and off by a gate signal on lines 146 and 147, respectively, via interface transistors 148 and 149 . The driver currents from the amplifiers 143 and 144 are supplied to the red light-emitting diode 25 and the infrared light-emitting diode 26 on output lines 150 and 151, respectively.

Die Steuersignale für die Treiber 49 und 50 und die synchronisierten Abtasthaltesteuersignale auf den Leitungen 59 und 65 werden von einem Dekoder 153 geliefert, der Eingänge von dem Mikroprozessor auf den Adressbusleitungen 116 und den Datenbusleitungen 117 empfängt.The control signals for drivers 49 and 50 and the synchronized sample hold control signals on lines 59 and 65 are provided by a decoder 153 which receives inputs from the microprocessor on address bus lines 116 and data bus lines 117 .

Der Analog/Digital-Wandler 135 ist vorzugsweise ratiometrisch, so daß der digitale Ausgang, der dem Mikroprozessor 114 zugeführt wird, das Verhältnis der Eingangsspannung auf einer ausgewählten der Leitungen 36, 40, 44 oder 46 in bezug auf die Bezugsspannung auf der Leitung 136 repräsentiert. Der Mikroprozessor ändert über den D/A-Wandler 138 diese Bezugsspannung, sofern notwendig, um den Ausgang des A/D-Wandlers nahe seinem vollen Bereich zu halten, um auf diese Weise die größtmögliche Genauigkeit der Verhältnisberechnung zu erzielen, bei der das Verhältnis der Spitzen-zu-Spitzen-Werte des Signals auf den Leitungen 40 und 46 ermittelt wird. Die Verhältnisse sind einfach durch ganzzahlige Teilung bestimmt; solche ganzzahlige Teilung führt jedoch größere Fehler ein, wenn die Werte der Wechselstromkomponenten kleiner werden. Der A/D-Wandler wird daher zweckmäßigerweise für jeden der vier Eingänge getrennt in seiner Größe festgelegt, um sicherzustellen, daß die Verhältnisse so groß wie möglich sind, um die größtmögliche Genauigkeit bei der Teilung zu erzielen; die Verhältnisse werden später durch die Größe (Schrittgröße) korrigiert, auf die der A/D-Wandler gemessen worden war.The analog to digital converter 135 is preferably ratiometric so that the digital output supplied to the microprocessor 114 represents the ratio of the input voltage on a selected one of the lines 36, 40, 44 or 46 with respect to the reference voltage on the line 136 . The microprocessor, via D / A converter 138, changes this reference voltage if necessary to keep the output of the A / D converter close to its full range, so as to achieve the greatest possible accuracy of the ratio calculation in which the ratio of the Peak-to-peak values of the signal on lines 40 and 46 are determined. The relationships are simply determined by integer division; however, such integer division introduces larger errors as the AC component values decrease. The A / D converter is therefore conveniently sized separately for each of the four inputs to ensure that the ratios are as large as possible in order to achieve the greatest possible accuracy in the division; the ratios are later corrected by the size (step size) to which the A / D converter was measured.

Die Operationen, die von dem Mikroprozessor und der zugehörigen Schaltung innerhalb der Steuerschaltung 38 ausgeführt werden, weisen zwei Hauptbetriebsroutinen auf. Die erste ist die Taktunterbrechungsroutine, die den A/D-Wandler abtastet, die Impulswellenformen vom Wandler analysiert, um Durchschnittswerte auf den Leitungen 36 und 44, die Spitzen-zu-Spitzen-Werte der zeitvariablen Signale auf den Leitungen 40 und 46 und die Periode der zeitlich variierenden Signale zu ermitteln, und sendet die so ermittelten Daten zum Hauptprogramm. Die Hauptprogrammroutine läuft kontinuierlich im Hintergrund, wartet auf die Taktunterbrechungsanalysenroutine, um das Ende des Blutpulses zu ermitteln. Wenn der volle Pulse ermittelt worden ist, sendet die Unterbrechungsroutine eine Sendung zur Hauptprogrammschleife, die dann tätig wird, um die Pulsfrequenz und die Sauerstoffsättigungswerte zu berechnen. Die Ergebnisse der Berechnung werden einer Datenzurückweisungs- und Mittelwertroutine zugeführt, die die Pulsfrequenz und die Sauerstoffsättigung über mehrere Pulse mittelt und dann die so berechneten Mittelwerte für den Benutzer auf der Anzeigeeinheit 133 darstellt.The operations performed by the microprocessor and associated circuitry within control circuit 38 have two main operating routines. The first is the clock interrupt routine, which samples the A / D converter, analyzes the pulse waveforms from the converter to average values on lines 36 and 44 , the peak-to-peak values of the time-varying signals on lines 40 and 46, and the period of the time-varying signals, and sends the data thus determined to the main program. The main program routine runs continuously in the background, waiting for the clock interrupt analysis routine to determine the end of the blood pulse. When the full pulse has been determined, the interrupt routine sends a broadcast to the main program loop, which then operates to calculate the pulse rate and oxygen saturation values. The results of the calculation are fed to a data rejection and mean value routine which averages the pulse frequency and the oxygen saturation over several pulses and then displays the mean values thus calculated for the user on the display unit 133 .

Die funktionellen Operationen des Steuersystems sind detaillierter in den Flußdiagrammen nach den Fig. 4 bis 9 dargestellt. Insbesondere zeigt Fig. 4 das Hauptprogrammschleifenflußdiagramm. Beim Einschalten des Gerätes bei 160 führt das System Anfangstests aus, enthaltend einen Eigentest zur Prüfung der Anzeige und zum Ablesen der Alarmgrenzen, die vom Benutzer eingestellt worden sind. Das Programm prüft dann die Schalter bei 162, um zu ermitteln, ob ein "Test"- Schalter vom Benutzer eingestellt worden ist oder eine "Audiorücksetzung" eingeschaltet worden ist. Wenn der Testschalter eingeschaltet ist, fährt das System fort, um den Systemtest auszuführen (Block 163). Wenn der Audiorücksetzschalter gesetzt ist, wird der Audioalarm für drei Minuten gesperrt, wenn freigeschaltet, oder der Audioalarm wird freigeschaltet, wenn zu anfangs gesperrt (Block 164). Nach der Prüfung der Schalter prüft das Programm von der A/D-Datensammelroutine (Block 166) und prüft dann beim Block 167, um zu bestimmen, ob ein Pulsschlag festgestellt worden ist; wenn ein Pulsschlag festgestellt worden ist, geht das Programm zur Subroutine 5 über (Block 168), um den neuen Pulsschlag zu verarbeiten. Wenn kein Pulsschlag ermittelt worden ist oder wenn die Verarbeitung eines neuen Pulsschlages abgeschlossen ist, geht das Programm zum Block 162 zurück, um wieder die Schalter zu prüfen.The functional operations of the control system are shown in greater detail in the flow diagrams of Figs. 4-9. 4 shows the main program loop flow diagram. When the device is turned on at 160, the system runs initial tests, including a self-test to check the display and read the alarm limits that have been set by the user. The program then checks the switches at 162 to determine whether a "test" switch has been set by the user or whether an "audio reset" has been turned on. If the test switch is on, the system continues to perform the system test (block 163 ). If the audio reset switch is set, the audio alarm is disabled for three minutes if enabled, or the audio alarm is enabled if initially disabled (block 164 ). After checking the switches, the program checks from the A / D data collection routine (block 166 ) and then checks at block 167 to determine if a pulse has been detected; if a pulse has been detected, the program goes to subroutine 5 (block 168 ) to process the new pulse. If no pulse rate has been determined, or if processing of a new pulse rate is complete, the program returns to block 162 to again test the switches.

Die Pulsdatenverarbeitungs-Subroutine 5 ist als Flußdiagramm in Fig. 5 gezeigt. Bei Einleitung des Programms (Block 170) werden Datenwerte von der Datensammelroutine (Block 171) aufgenommen und dann die gesammelten Gleichstromspannungswerte mit vorbestimmten Einstellwerten verglichen (Block 162), um zu ermitteln, ob die Werte innerhalb eines Bereiches liegen. Wenn nicht, werden Steuersignale dem D/A-Wandler 138 zugeführt, um den Ausgangspegel auf der Leitung 139 in geeigneter Weise zu erhöhen oder zu vermindern, um die Leuchtdiodenhelligkeit zu verändern (Block 173) . Danach geht das Programm zur Hauptschleife zurück. Wenn die Gleichstrom- oder nicht-zeitlich veränderlichen Werte im Bereich liegen, prüft das Programm dann, ob die Wechselstrom- oder zeitvariablen Werte im Bereich liegen (Block 175). Wenn nicht, prüft das Programm, ob die A/D-Wandler-Bezugsspannung auf Minimum ist (Block 176), und wenn nicht, wird die A/D-Bezugsspannung vermindert (Block 177). Wenn die A/D-Bezugsspannung auf einem Minimum ist, wird ein Ausgangssignal an die Anzeigeeinheit 133 abgegeben, um eine "lo perf"-Anzeige zu erzeugen (Block 180), die dem Benutzer anzeigt, daß die Durchblutung im Finger zu niedrig ist, um eine zuverlässige Messung auszuführen. Wenn sich erwiesen hat, daß die Wechselstromwerte im Bereich sind (Block 175), werden die Pulsfrequenz und die Sauerstoffsättigungswerte berechnet und in einer Subroutine 6 angezeigt (Block 182), bevor die Subroutine bei 183 in das Hauptschleifenprogramm zurückkehrt.The pulse data processing subroutine 5 is shown as a flowchart in FIG. 5. Upon initiation of the program (block 170 ), data values are captured by the data collection routine (block 171 ) and then the collected DC voltage values compared to predetermined set values (block 162 ) to determine if the values are within a range. If not, control signals are provided to the D / A converter 138 to appropriately increase or decrease the output level on line 139 to change the LED brightness (block 173 ). Then the program goes back to the main loop. If the DC or non-time varying values are in the range, the program then checks to see if the AC or time variable values are in the range (block 175 ). If not, the program checks whether the A / D converter reference voltage is at a minimum (block 176 ) and if not, the A / D reference voltage is decreased (block 177 ). When the A / D reference voltage is at a minimum, an output signal is provided to display unit 133 to produce a "lo perf" display (block 180 ) which indicates to the user that finger perfusion is too low, to make a reliable measurement. If the AC values have been found to be in range (block 175 ), the pulse rate and oxygen saturation values are calculated and displayed in a subroutine 6 (block 182 ) before the subroutine returns to the main loop program at 183.

Die Sauerstoffsättigungs- und Pulsfrequenzsubroutine ist als Flußdiagramm in Fig. 6 dargestellt. Nach dem Eintritt in die Subroutine (Block 135) werden die aktualisierten Wechselstromwerte (I aci , I acr ) und die Gleichstromwerte (I dci , I dcr ) dazu verwendet, einen neuen Verhältniswert R (Block 186) zu berechnen und anschließend werden die Pulsfrequenz und der Sauerstoffsättigungswert S berechnet (Block 187) als Funktion von R. Das Funktionsverhältis zwischen der Sättigung S und dem Verhältnis R kann auf verschiedene Weise bestimmt werden. Wie Fig. 10 zeigt, kann das Verhältnis zwischen S und R als eine Serie von Datenpunkten ausgedrückt werden, die aus empirischen Daten bestimmt werden, bei welchen Daten, die von der Vorrichtung ermittelt werden, mit Sättigungsdaten verglichen werden, die unter Verwendung von Standarddirektsättigungsmessungen ermittelt worden sind. Die numerischen Daten, die sich auf S und R beziehen, werden dann im ROM 124 (z. B. EPROM) in einer Nachschlagetabelle gespeichert, mit Interpolation zwischen Datenpunkten, sofern gewünscht. Alternativ kann das System so programmiert sein, daß die Gleichung gelöst wird, wobei E HR der Löschkoeffizient für Hämoglobin bei Rotlicht, E HI der Löschkoeffizient für Hämoglobin bei Infrarotlicht, E OR der Löschkoeffizient für Oxyhämoglobin bei Rotlicht, E OI der Löschkoeffizient für Oxyhämoglobin bei Infrarotlicht und K R und K I Konstanten sind, die so gewählt sind, daß die errechnete Sättigung korrigiert wird, um mit Standarddaten übereinzustimmen. Diese Gleichung kann ausgedrückt werden als wobei K 1, K 2, K 3 und K 4 Konstanten sind. Anstelle diese Konstanten aus den Löschkoeffizienten zu berechnen, ist es auch möglich, die Konstanten unter Verwendung einer besten Übereinstimmung der obigen Gleichung mit empirischen Daten, die sich auf die Sättigung S und das Verhältnis R beziehen, zu bestimmen. Die vorangehenden Gleichungen können für jeden neuen Sättigungswert gelöst werden. Es ist jedoch vorteilhaft, die Berechnungszeit zu vermindern, um die Gleichung für einen Satz von R-Werten über den erwarteten Bereich bei Beginn zu lösen, die berechneten S-Werte in einer Nachschlagetabelle im RAM zu speichern und die S-Werte aus der Nachschlagetabelle während der Beobachtung des Patienten zu ermitteln.The oxygen saturation and pulse rate subroutine is shown as a flow chart in FIG . After entering the subroutine (block 135 ), the updated AC values ( I aci , I acr ) and the DC values ( I dci , I dcr ) are used to calculate a new ratio value R (block 186 ) and then the pulse rate and the oxygen saturation value S calculated (block 187 ) as a function of R. The functional relationship between the saturation S and the ratio R can be determined in various ways. As shown in Fig. 10, the relationship between S and R can be expressed as a series of data points determined from empirical data, at which data determined by the device is compared to saturation data determined using standard direct saturation measurements have been. The numerical data relating to S and R are then stored in ROM 124 (e.g. EPROM) in a look up table with interpolation between data points if desired. Alternatively, the system can be programmed so that the equation is solved, where E HR is the quenching coefficient for hemoglobin in red light, E HI is the quenching coefficient for hemoglobin in infrared light, E OR is the quenching coefficient for oxyhemoglobin in red light, E OI is the quenching coefficient for oxyhemoglobin in infrared light and K R and K I constants, so are selected so that the calculated saturation is corrected to match standard data. This equation can be expressed as where K 1 , K 2 , K 3 and K 4 are constants. Instead of calculating these constants from the cancellation coefficients, it is also possible to determine the constants using a best match of the above equation with empirical data relating to the saturation S and the ratio R. The above equations can be solved for each new saturation value. However, it is advantageous to reduce the computation time to solve the equation for a set of R values over the expected range at the start, to store the computed S values in a lookup table in RAM, and to store the S values from the lookup table during the patient's observation.

Der Bereich der berechneten Sättigung wird dann geprüft (Block 188). Wenn die so bestimmte Sauerstoffsättigung nicht zwischen 50% und 100% liegt, werden die Daten als außerhalb des Bereiches liegend ignoriert (Block 189), und das Programm kehrt zur Hauptschleife zurück (Block 190). Wenn die Sättigung zwischen 50% und 100% liegt, prüft das Programm anschließend, ob die Herzfrequenz zwischen 0 und 199 Schläge pro Minute liegt (Block 192). Wenn nicht, werden die Daten wieder ignoriert (Block 199) und das Programm kehrt zurück. Wenn die Herzfrequenz richtig im Bereich zwischen 0 und 199 Schlägen pro Minute liegt, prüft das Programm anschließend, ob die Anzahl der aufeinanderfolgenden akzeptablen Pulse in drei Bereiche fällt, ein nachfolgender Puls, 2 bis 25 nachfolgende Pulse oder 16 oder mehr nachfolgende Pulse (Blöcke 193 und 194). Wenn die Zahl der nachfolgenden akzeptierten Pulse 1 ist, werden die Herzfrequenz- und Sauerstoffsättigungsmittelwerte initialisiert (Block 195), und das Programm kehrt zurück (Block 196). Wenn die Zahl nachfolgender akzeptierter Pulse 2 bis 15 ist, werden die neuen Herzfrequenz- und Sauerstoffsättigungsdaten mit den zuvor akzeptierten Werten gemittelt (Block 198), und die neuen Herzfrequenz- und Sauerstoffsättigungsmittelwerte werden angezeigt (Block 199), bevor das Programm zurückkehrt. Wenn die Zahl der nachfolgenden akzeptierten Pulse 16 oder mehr ist, werden nur die Daten, die für die letzten Pulse akzeptiert worden sind, gemittelt (Block 197), und die neuen Herzfrequenz- und Sauerstoffsättigungsmittelwerte werden angezeigt (Block 199), bevor das Programm rückkehrt.The range of the calculated saturation is then checked (block 188 ). If the oxygen saturation so determined is not between 50% and 100%, the data as out of range is ignored (block 189 ) and the program returns to the main loop (block 190 ). If the saturation is between 50% and 100%, the program then checks whether the heart rate is between 0 and 199 beats per minute (block 192 ). If not, the data is again ignored (block 199 ) and the program returns. If the heart rate is correctly in the range between 0 and 199 beats per minute, the program then checks whether the number of consecutive acceptable pulses falls into three ranges, one subsequent pulse, 2 to 25 subsequent pulses or 16 or more subsequent pulses (blocks 193 and 194 ). If the number of subsequent pulses accepted is 1, the heart rate and oxygen saturation averages are initialized (block 195 ) and the program returns (block 196 ). If the number of subsequent accepted pulses is 2 to 15, the new heart rate and oxygen saturation data are averaged with the previously accepted values (block 198 ) and the new heart rate and oxygen saturation averages are displayed (block 199 ) before the program returns. If the number of subsequent accepted pulses is 16 or more, only the data that has been accepted for the last pulses is averaged (block 197 ) and the new mean heart rate and oxygen saturation values are displayed (block 199 ) before the program returns .

Die Unterbrechungsroutine ist in Fig. 7 für die periodische Abtastunterbrechung dargestellt. Wenn ein Unterbrechungsimpuls von dem Unterbrechungszähler 121 abgegeben wird (Block 201), dann prüft das Programm, ob die letzte Abtastung aus dem Rotkanal stammt (Block 202). Ist dies der Fall, wird die Infrarotleuchtdiode gepulst (Block 203), und die Infrarot-Abtasthalteschaltung wird dann getriggert (Block 204). Wenn die letzte Abtastung nicht Rot war, wird die Rotleuchtdiode gepulst (Block 205) und die Rot-Abtasthalteschaltung wird getriggert (Block 206). Das Programm prüft dann, ob eine 2,5-ms-Verzögerung verstrichen ist, und wenn dies der Fall ist, geht das Programm auf die Subroutine 8 (Block 208) über, um neue A/D-Wandler-Daten aufzunehmen, bevor es zurückkehrt. Wenn die 2,5-ms- Verzögerungszeit nicht verstrichen ist, kehrt das Programm unmittelbar zurück (Block 209), ohne neue A/D-Wandler-Daten aufzunehmen.The interrupt routine is shown in Fig. 7 for the periodic scan interrupt. If an interrupt pulse is given by interrupt counter 121 (block 201 ), the program checks whether the last sample comes from the red channel (block 202 ). If so, the infrared light emitting diode is pulsed (block 203 ) and the infrared sample and hold circuit is then triggered (block 204 ). If the last sample was not red, the red light emitting diode is pulsed (block 205 ) and the red sample and hold circuit is triggered (block 206 ). The program then checks to see if a 2.5 ms delay has passed, and if so, the program proceeds to subroutine 8 (block 208 ) to receive new A / D converter data before it returns. If the 2.5 ms delay time has not elapsed, the program immediately returns (block 209 ) without taking new A / D converter data.

Das A/D-Datensammelflußdiagramm ist in Fig. 8 gezeigt. Beim Block 210 tritt man in das Programm ein und initiiert es durch Speichern von Daten aus der letzten A/D-Wandlung (Block 211). Dann fährt das Programm fort, um den Bezugswertpegel für die nächste Wandlung einzustellen (Block 212) und anschließend wird die nächste Wandlung begonnen (Block 213). Das Programm bestimmt dann, ob die letzten Daten für den Rot- oder den Infrarot-Wechselstromkanal oder für den Rot- oder Infrarot-Gleichstromkanal war (Block 214). Wenn die letzten Daten für den Rot- oder Infrarot-Wechselstromkanal waren, ermittelt das Programm die Minimum- und Maximumwerte der Eingangsdaten (Block 215) und speichert die Differenz zwischen den so gefundenen Maximum- und Minimumwerten als zeitlich variierende Analogwerte I aci oder I acr , und erwartet dann das Ende eines Pulses (Block 216). Wenn ein Puls ermittelt worden ist, wird die Pulsperiode bestimmt (Block 217) auf der Grundlage von konventionellen Kriterien, wie beispielsweise die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Maximum- oder Minimumwerten, und eine "Puls ermittelt"- Mitteilung wird zur Hauptschleife gesandt (Block 218), bevor das Programm zurückkehrt (Block 219). Wenn das Ende des Pulses beim Block 216 nicht gefunden wird, wird eine "kein Puls"-Mitteilung (Block 220) zur Hauptschleife übermittelt und das Programm kehrt zurück. Wenn der letzte Kanal, bei welchem Daten umgewandelt worden sind, im Block 214 als der Rot- oder Infrarot-Gleichstromkanal ermittelt worden ist, wird der Spitzenwert der Daten ermittelt (Block 222) und wird als der nicht-zeitlich variierende Analogwert I dci oder I dcr gespeichert, und das Programm kehrt dann zurück.The A / D data collection flowchart is shown in FIG . At block 210 , the program is entered and initiated by storing data from the last A / D conversion (block 211 ). The program then continues to set the reference level for the next conversion (block 212 ) and then the next conversion is started (block 213 ). The program then determines whether the latest data was for the red or infrared AC channel or for the red or infrared DC channel (block 214 ). If the last data was for the red or infrared AC channel, the program determines the minimum and maximum values of the input data (block 215 ) and stores the difference between the maximum and minimum values found in this way as time-varying analog values I aci or I acr , and then awaits the end of a pulse (block 216 ). If a pulse has been determined, the pulse period is determined (block 217 ) based on conventional criteria, such as the time between successive maximum or minimum values, and a "pulse detected" message is sent to the main loop (block 218 ), before the program returns (block 219 ). If the end of the pulse is not found at block 216 , a "no pulse" message (block 220 ) is sent to the main loop and the program returns. If the last channel on which data has been converted has been determined in block 214 as the red or infrared DC channel, the peak value of the data is determined (block 222 ) and is determined as the non-time varying analog value I dci or I dcr is saved and the program then returns.

Das Oximeter 20 ist vorzugsweise in der Lage, eine Selbstprüfung beim Einschalten auszuführen, um sicherzustellen, daß alle Komponenten richtig arbeiten. Wenn der Selbstprüfungsschalter durch die Bedienungsperson geschlossen worden ist, wie bei der Initialisierung geprüft (Block 162), tritt das System in eine Selbstprüfungssubroutine nach Fig. 9 ein (Block 225). Zunächst werden die Alarme gesperrt und die Anzeige unterdrückt (Block 226). Die Steuerschaltung 38 stellt dann Signale an die Leuchtdiodentreiber 49 und 50 (Block 227) zur Verfügung, um die Intensität der gepulsten Ausgänge von den Leuchtdioden 25 und 26 als zyklische Funktion der Zeit zu variieren (z. B. sägezahnförmig), um Intensitätsänderungen aufgrund von Pulsschlägen zu simulieren. Ein Stück eines halbtransparenten Filtermaterials wird vorzugsweise in die Sonde 21 zwischen die Leuchtdioden und den Detektor 28 während dieses Tests eingesetzt. Sättigungs- und Herzfrequenzwerte werden in Übereinstimmung mit den normalen Routinen bestimmt, und das Programm wartet für eine ausgewählte Zeitdauer, um es der Datenmittelwertbildung zu erlauben, einen Ruhezustand zu erreichen (Block 228). Die berechneten Sättigungs- und Herzfrequenzwerte werden dann mit vorbestimmten Werten für die Vorrichtung verglichen (Blöcke 229 und 230). Es hat sich erwiesen, daß unter den vorangehenden Testbedingungen bei ordnungsgemäßer Funktion des Gerätes der berechnete Sättigungswert stets gleich einem gewissen numerischen Wert entspricht, ohne Rücksicht auf die Dämpfungscharakteristik des benutzten Filters, sofern genügend Licht den Detektor 28 erreicht, um die Messungen ausführen zu können. Wenn daher der Sättigungswert dem vorbestimmten Wert gleichkommt, wird ein "Test O.K."-Signal angezeigt und der normale Betrieb wird ermöglicht (Block 231). Wenn der Sauerstoffsättigungswert den vorbestimmten Wert nicht erreicht, dann wird ein "Prüfe System"-Zeichen angezeigt und der normale Betrieb wird blockiert (Block 232) und das Programm hält an (Block 233), damit die Bedienungsperson das System prüft.The oximeter 20 is preferably capable of performing a self-check on power up to ensure that all components are working properly. If the self-check switch has been closed by the operator, as checked during initialization (block 162 ), the system enters a self-check subroutine of Figure 9 (block 225 ). First, the alarms are blocked and the display is suppressed (block 226 ). Control circuit 38 then provides signals to light emitting diode drivers 49 and 50 (block 227 ) to vary the intensity of the pulsed outputs from light emitting diodes 25 and 26 as a cyclic function of time (e.g. sawtooth) to accommodate changes in intensity due to To simulate pulse beats. A piece of semi-transparent filter material is preferably inserted into the probe 21 between the light emitting diodes and the detector 28 during this test. Saturation and heart rate values are determined in accordance with normal routines, and the program waits for a selected period of time to allow data averaging to go to sleep (block 228 ). The calculated saturation and heart rate values are then compared to predetermined values for the device (blocks 229 and 230 ). It has been found that, under the preceding test conditions and with the device functioning properly, the calculated saturation value always corresponds to a certain numerical value, regardless of the attenuation characteristic of the filter used, provided that sufficient light reaches the detector 28 in order to be able to carry out the measurements. Therefore, if the saturation value equals the predetermined value, a "test OK" signal is displayed and normal operation is enabled (block 231 ). If the oxygen saturation value does not reach the predetermined value, a "Check System" sign is displayed and normal operation is blocked (block 232 ) and the program stops (block 233 ) for the operator to check the system.

Übliche kommerziell erhältliche digitale Schaltungskomponenten können in dem vorliegenden System verwendet werden. Beispielsweise können geeignete handelsübliche Komponenten für die Digitalschaltung nach Fig. 3 eingesetzt werden, nämlich NSC800 für den Mikroprozessor 114, 27C64 für den ROM 124, 6116 für den RAM 125, 4599 für den Dekoder 153, 74HC138 für den Chipauswahldekoder 126, 4040 für den Unterbrechungstaktzähler 121, 74HC541 für den Datenpuffer 130, 80CO844 für den A/D-Wandler 135, AC7528 für den D/A-Wandler 138, CA3094 für die Leuchtdiodenstromtreiber 143 und 144. Für die Analogkomponenten nach Fig. 3 können LTI013 für die Verstärker 50, 53, 55, 72, 86, 91, 80, 102 und 107 verwendet werden und CA3280 für die Verstärker 58 und 64.Common commercially available digital circuit components can be used in the present system. For example, suitable commercially available components for the digital circuit according to FIG. 3 can be used, namely NSC800 for the microprocessor 114 , 27C64 for the ROM 124 , 6116 for the RAM 125 , 4599 for the decoder 153 , 74HC138 for the chip selection decoder 126 , 4040 for the interrupt clock counter 121 , 74HC541 for the data buffer 130 , 80CO844 for the A / D converter 135 , AC7528 for the D / A converter 138 , CA3094 for the LED current drivers 143 and 144 . For the analog components of FIG. 3 can be LTI013 80, used for the amplifiers 50, 53, 55, 72, 86, 91, 102 and 107 and CA3280 for the amplifiers 58 and 64.

Eine bevorzugte Montage der Lichtquellen 25 und 26 innerhalb der Sonde 21 ist in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Wie Fig. 11 zeigt, sind zwei Rotlicht-emittierende Leuchtdioden 25 und zwei Infrarotlicht-emittierende Leuchtdioden 26 auf der Sondenbacke 23 symmetrisch um einen Mittenpunkt angeordnet, wobei jeweils gleichartige Leuchtdioden einander diametral gegenüberstehend an den Ecken eines Quadrates angeordnet sind. Jedes Paar Leuchtdioden 25 und 26 ist jeweils vorzugsweise in Serie geschaltet, um mit Strom von den Treibern 49 und 50 versorgt zu werden und erzeugt auf diese Weise die doppelte Lichtintensität für einen speziellen Strompegel im Vergleich zu einer einzelnen Leuchtdiode. Weil die vier Leuchtdioden symmetrisch um einen Mittelpunkt angeordnet sind, der vorzugsweise direkt dem Detektor 28 gegenübersteht, wenn die Sonde geschlossen ist, verläuft das Licht von den zwei Leuchtdioden 26 im wesentlichen auf demselben Weg durch das Körpergewebe, wie das Licht von den Leuchtdioden 25. Eine Linse 240, die transparent ist und in der Lage ist, sowohl Infrarotlicht als auch Rotlicht zu brechen, ist über den Lichtquellen 25 und 26 angeordnet, um das Licht von diesen Lichtquellen auf den Detektor 28 zu fokussieren. Die Linse 240, die aus einem geeigneten transparenten Epoxyharz hergestellt werden kann, in das die Leuchtdioden 25 und 26 vorzugsweise eingebettet sind, ist konvex und erstreckt sich nach außen über die benachbarte Oberfläche 241 des Klemmabschnitts 23. Die vorstehende konvexe Linse dient nicht nur dazu, das Licht von den Lichtquellen zu fokussieren, sondern drückt auch in das Fingergewebe und belastet dieses, so daß die Pulsschläge im Finger deutlicher werden. Als Folge der Fokussierung des Lichtes in das Gewebe und der Belastung des Gewebes ist es möglich, zuverlässig ermittelte Lichtintensitäten, die durch das Gewebe laufen, zu erhalten, selbst wenn die Durchblutung nur sehr gering ist.A preferred mounting of the light sources 25 and 26 within the probe 21 is shown in FIGS. 11 and 12. As shown in FIG. 11, two red light-emitting light-emitting diodes 25 and two infrared light-emitting light-emitting diodes 26 are arranged symmetrically around a center point on the probe jaw 23, light-emitting diodes of the same type being arranged diametrically opposite one another at the corners of a square. Each pair of light emitting diodes 25 and 26 are preferably each connected in series to be supplied with current from drivers 49 and 50 and in this way produce twice the light intensity for a specific current level compared to a single light emitting diode. Because the four light-emitting diodes are arranged symmetrically around a center point, which preferably faces directly the detector 28 when the probe is closed, the light from the two light-emitting diodes 26 travels through the body tissue in essentially the same way as the light from the light-emitting diodes 25 . A lens 240 , which is transparent and capable of refracting both infrared light and red light, is placed over the light sources 25 and 26 to focus the light from these light sources onto the detector 28 . The lens 240 , which can be made from a suitable transparent epoxy resin in which the light emitting diodes 25 and 26 are preferably embedded, is convex and extends outward over the adjacent surface 241 of the clamping section 23 . The above convex lens not only serves to focus the light from the light sources, but also presses into the finger tissue and stresses it, so that the pulse beats in the finger become clearer. As a result of the focusing of the light in the tissue and the stress on the tissue, it is possible to obtain reliably determined light intensities that run through the tissue, even if the blood circulation is only very low.

Claims (28)

1. Gerät zum Bestimmen der Sauerstoffsättigung von Blut in einem Patienten, gekennzeichnet durch:
a) eine Quellenanordnung (25, 26) zum Erzeugen einer elektromagnetischen Strahlung mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen;
b) einen Detektor (28) zum Ermitteln der Intensität der Strahlung von der Quellenanordnung (25, 26), nachdem diese durch den Patienten gefallen ist, und zum Erzeugen eines diese anzeigenden Ausgangssignals;
c) eine Trenneinrichtung (30) zum Auftrennen des Ausgangssignals des Detektors (28) in ein erstes Signal, das der Intensität der von dem Detektor (28) bei der ersten der zwei Wellenlängen empfangenen Strahlung entspricht, und in ein zweites Signal, das der Intensität der von dem Detektor (28) bei der zweiten der Wellenlängen empfangenen Strahlung entspricht;
d) eine Einrichtung (38) zum Ermitteln der Mittelwerte der ersten und zweiten Signale und zum Ermitteln der Spitze-zu-Spitze-Amplituden der zeitvariablen Anteile der ersten und zweiten Signale zum Errechnen eines Verhältnisses R aus dem Produkt des Mittelwertes des zweiten Signales mit der Spitze-zu-Spitze-Amplitude des ersten Signales einerseits und dem Produkt aus dem Mittelwert des ersten Signals und dem Spitze-zu-Spitze-Wert des zweiten Signales andererseits und zum Bestimmen der Sauerstoffsättigung in Übereinstimmung mit der Gleichung: wobei E HR der Löschkoeffizient von Hämoglobin bei der ersten Wellenlänge, E HI der Löschkoeffizient von Hämoglobin bei der zweiten Wellenlänge, E or der Löschkoeffizient von Oxyhämoglobin bei der ersten Wellenlänge, E oi der Löschkoeffizient von Oxyhämoglobin bei der zweiten Wellenlänge und K r und K 1 vorgewählte Konstanten sind.
1. Device for determining the oxygen saturation of blood in a patient, characterized by :
a) a source arrangement ( 25, 26 ) for generating electromagnetic radiation with two different wavelengths;
b) a detector ( 28 ) for detecting the intensity of the radiation from the source assembly ( 25, 26 ) after it has passed through the patient and for generating an output signal indicative thereof;
c) a separator ( 30 ) for separating the output signal of the detector ( 28 ) into a first signal which corresponds to the intensity of the radiation received by the detector ( 28 ) at the first of the two wavelengths, and into a second signal which corresponds to the intensity corresponds to the radiation received by the detector ( 28 ) at the second of the wavelengths;
d) a device ( 38 ) for determining the mean values of the first and second signals and for determining the peak-to-peak amplitudes of the time-variable components of the first and second signals for calculating a ratio R from the product of the mean value of the second signal with the Peak-to-peak amplitude of the first signal on the one hand and the product of the mean value of the first signal and the peak-to-peak value of the second signal on the other hand and for determining the oxygen saturation in accordance with the equation: where E HR is the quenching coefficient of hemoglobin at the first wavelength, E HI is the quenching coefficient of hemoglobin at the second wavelength, E or is the quenching coefficient of oxyhemoglobin at the first wavelength, E oi is the quenching coefficient of oxyhemoglobin at the second wavelength and K r and K 1 are selected constants.
2. Gerät nach Anspruch 1, bei der die Quellenanordnung elektromagnetische Strahlungen bei der Wellenlänge von Rotlicht und bei der Wellenlänge von Infrarotlicht abgibt und wobei die Löschkoeffizienten für die Rotlichtwellenlänge und für die Infrarotlichtwellenlänge sind.2. The apparatus of claim 1, wherein the source arrangement electromagnetic radiation at the wavelength of red light and at the wavelength of infrared light gives and where the extinction coefficient for the red light wavelength and for the infrared light wavelength are. 3. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Quellenanordnung wenigstens zwei Leuchtdioden (25, 26) enthält, von denen die eine Rotlicht und die andere Infrarotlicht abgibt, wobei der Detektor eine Fotodiode (28) enthält, die sowohl auf Rotlicht als auch auf Infrarotlicht anspricht und ein Ausgangssignal für die Intensität derselben abgibt.The apparatus of claim 1, wherein the source arrangement includes at least two light emitting diodes ( 25, 26 ), one emitting red light and the other emitting infrared light, the detector including a photodiode ( 28 ) that is sensitive to both red light and infrared light responds and emits an output signal for the intensity of the same. 4. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Quellenanordnung zwei Quellen (25, 26) enthält, die die elektromagnetische Strahlung bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen abgibt und fernerhin enthaltend eine Einrichtung (38) zum alternierenden Pulsen der zwei Quellen mit einer gewählten Taktfrequenz, und enthaltend eine Einrichtung (30), die mit dem Ausgang des Detektors (28) verbunden ist, um das Detektorausgangssignal zu filtern, um die Einflüsse von Umgebungslicht, das nicht von den zwei Quellen (25, 26) stammt, zu eliminieren. 4. The apparatus of claim 1, wherein the source arrangement includes two sources ( 25, 26 ) that emits the electromagnetic radiation at two different wavelengths and further including means ( 38 ) for alternately pulsing the two sources at a selected clock frequency, and containing means ( 30 ) connected to the output of the detector ( 28 ) for filtering the detector output signal to eliminate the effects of ambient light not from the two sources ( 25, 26 ). 5. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Quellenanordnung zwei getrennte Quellen (25, 26) enthält, die die zwei unterschiedlichen Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung erzeugen, und eine Einrichtung (38) vorgesehen ist, um die zwei Quellen (25, 26) alternierend ein- und auszuschalten, und bei der die Trenneinrichtung erste und zweite Abtasthalteschaltungen (34, 42) enthält, um das Ausgangssignal des Detektors (28) abzutasten und ein Ausgangssignal konstanter Amplitude für eine vorbestimmte Zeitdauer zu liefern, die proportional dem abgetasteten Signal zum Abtastzeitpunkt ist, wobei jede Abtasthalteschaltung (34, 42) den Ausgang des Detektors (28) zu einem Zeitpunkt abtastet, der mit den Impulsen einer zugehörigen der Quellen (25, 26) synchronisiert ist, um das zeitveränderliche Signal von dem Detektor (28) zu rekonstruieren, das der Strahlungsintensität entspricht, das von dem Detektor (28) nur von der zugehörigen der Quellen (25, 26) empfangen worden ist, und weiterhin enthaltend eine Tiefpaßfilteranordnung (35, 43), die mit den Ausgängen der Abtasthalteschaltungen (34, 42) verbunden ist, um die Hochfrequenzkomponenten in Signal, die von den Abtasthalteschaltungen (34, 42) eingeführt worden sind, auszufiltern.The apparatus of claim 1, wherein the source arrangement includes two separate sources ( 25, 26 ) that generate the two different wavelengths of electromagnetic radiation, and means ( 38 ) is provided to alternate one of the two sources ( 25, 26 ) - and off, and wherein the separator includes first and second sample and hold circuits ( 34, 42 ) to sample the output signal of the detector ( 28 ) and to provide a constant amplitude output signal for a predetermined period of time which is proportional to the sampled signal at the time of sampling, each sample and hold circuit ( 34, 42 ) samples the output of the detector ( 28 ) at a time synchronized with the pulses of an associated one of the sources ( 25, 26 ) to reconstruct the time-varying signal from the detector ( 28 ) that corresponds to the radiation intensity received by the detector ( 28 ) only from the associated one of the sources ( 25, 26 ), and w further comprising a low pass filter arrangement ( 35, 43 ) connected to the outputs of the sample and hold circuits ( 34, 42 ) to filter out the high frequency components in signal introduced by the sample and hold circuits ( 34, 42 ). 6. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Quellenanordnung zwei Paare Leuchtdioden (25, 26) aufweist, von denen ein Paar Rotlicht und das andere Paar Infrarotlicht abgibt, wobei die Diodenpaare (25, 26) in einem Sondenkörper symmetrisch um einen Mittelpunkt angeordnet sind, und wobei der Detektor eine Fotodiode (28) aufweist, die im wesentlichen gegenüber dem Mittenpunkt der Leuchdioden (25, 26) in dem Sondenkörper derart angeordnet ist, daß ein Finger des Patienten zwischen die Leuchtdioden (25, 26) und den Detektor (28) gebracht werden kann.6. The apparatus of claim 1, wherein the source arrangement comprises two pairs of light emitting diodes ( 25, 26 ), one pair of red light and the other pair emitting infrared light, the diode pairs ( 25, 26 ) being arranged symmetrically about a center point in a probe body , and wherein the detector has a photodiode ( 28 ) which is arranged substantially opposite the center point of the light emitting diodes ( 25, 26 ) in the probe body such that a patient's finger between the light emitting diodes ( 25, 26 ) and the detector ( 28 ) can be brought. 7. Gerät nach Anspruch 6, enthaltend eine konvexe Linse (241), die in dem Sondenkörper oberhalb der Leuchtdioden (25, 26) angeordnet ist, um das von diesen emittierte Licht zu fokussieren, und der sich nach außen über den Umgebungsbereich des Sondenkörpers erstreckt, um das Gewebe eines Patientenfingers zusammenzudrücken, um die Ermittlung von Pulsschlägen zu begünstigen.7. Apparatus according to claim 6, including a convex lens ( 241 ), which is arranged in the probe body above the light emitting diodes ( 25, 26 ) to focus the light emitted by them, and which extends outward over the surrounding area of the probe body to squeeze the tissue of a patient's finger to help determine pulse rates. 8. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Ermitteln der zeitlich nicht variierenden Werte und der Spitze-zu-Spitze Amplituden der ersten und zweiten Signale Hochpaßfilter (39, 45) enthält, um das erste und das zweite Signal zu filtern, um den zeitlich invarianten Anteil aus dem Signal zu entfernen und Ausgangssignale zu liefern, die nur den zeitlich variierenden Anteilen der ersten und zweiten Signale entsprechen.The apparatus of claim 1, wherein the means for determining the non-time varying values and the peak-to-peak amplitudes of the first and second signals includes high pass filters ( 39, 45 ) to filter the first and second signals to to remove the time-invariant part from the signal and to supply output signals which only correspond to the time-varying parts of the first and second signals. 9. Gerät nach Anspruch 1, enthaltend eine Einrichtung (38) zum Ermitteln der Pulsfrequenz des Patienten aus den zeitvariablen Werten der ersten und zweiten Signale.9. The device according to claim 1, comprising a device ( 38 ) for determining the pulse rate of the patient from the time-variable values of the first and second signals. 10. Gerät nach Anspruch 8, bei dem die Einrichtung zur Bestimmung der zeitlich nicht variierenden Werte und der Spitze-zu-Spitze-Amplituden der ersten und zweiten Signale weiterhin enthält: einen Mikroprozessor (114), einen Analog/Digital-Wandler (135), der zur Entgegennahme der ersten und zweiten Signale und der zeitlich variierenden Anteile der ersten und zweiten Signale vom Ausgang der Hochpaßfilter (39, 45) vorgesehen ist, und das digitale Äquivalent davon dem Mikroprozessor (114) unter Steuerung durch den Mikroprozessor (114) zuführt, einen Digital/Analog-Wandler (138) zur Aufnahme von Daten vom Mikroprozessor (114) und zum Abgeben dementsprechender analoger Ausgangssignale, und zwei Treiber (49, 50) für die Quellen (25, 26) elektromagnetischer Strahlung, und wobei der Mikroprozessor (114) Daten über den Digital/Analog-Wandler (138) abgibt, um die Treiber (49, 50) mit einem Pegel zu betreiben, daß die mittlere Intensität der von dem Detektor (28) empfangenen Strahlung einen gewünschten Pegel hat.10. The apparatus of claim 8, wherein the means for determining the non-time varying values and the peak-to-peak amplitudes of the first and second signals further includes: a microprocessor ( 114 ), an analog-to-digital converter ( 135 ) which is provided for receiving the first and second signals and the temporally varying portions of the first and second signals from the output of the high-pass filters ( 39, 45 ) and which supplies the digital equivalent thereof to the microprocessor ( 114 ) under the control of the microprocessor ( 114 ) , a digital / analog converter ( 138 ) for receiving data from the microprocessor ( 114 ) and for outputting corresponding analog output signals, and two drivers ( 49, 50 ) for the sources ( 25, 26 ) of electromagnetic radiation, and wherein the microprocessor ( 114 ) outputs data via the digital / analog converter ( 138 ) in order to operate the drivers ( 49, 50 ) at a level such that the average intensity is received by the detector ( 28 ) NEN radiation has a desired level. 11. Gerät zur Ermittlung der Sauerstoffsättigung von Blut in einem Patienten, gekennzeichnet durch:
a) eine Sonde (21), die dazu eingerichtet ist, ein Körperteil des Patienten aufzunehmen, und enthaltend eine Quellenanordnung (25, 26) zur Erzeugung alternierender Impulse von rotem und infrarotem Licht, das auf den Patienten gerichtet wird, und einen Detektor (28) zur Aufnahme der Intensität des von der Quellenanordnung (25, 26) abgegebenen roten und infraroten Lichtes, nachdem dieses durch das Körperteil gelaufen ist und zum Erzeugen eines diesbezüglichen Ausgangssignals;
b) eine Trenneinrichtung (34, 42) zum Trennen des Ausgangssignals des Detektors (28) in ein erstes Signal, das der Intensität des von dem Detektor (28) empfangenen Rotlichts entspricht, und in ein zweites Signal, das der Intensität des von dem Detektor (28) empfangenen Infrarotlichts entspricht, und
c) eine Hochpaßfilteranordnung (39, 45), die zur Aufnahme der ersten und zweiten Signale eingerichtet ist und Ausgangssignale erzeugt, die nur den zeitlich variierenden Anteilen der ersten und zweiten Signale entsprechen;
d) eine Einrichtung (38) zur Aufnahme der ersten und zweiten Signale der Ausgänge von der Hochpaßfilteranordnung (39, 45) entsprechend nur den zeitlich variierenden Anteilen der ersten und zweiten Signale, um die nicht-zeitlich variierenden Werte (I dci und I dcr ) der ersten und zweiten Signale und die Spitze-zu-Spitze- Amplituden I aci und I acr der zeitvariablen Anteile der ersten und zweiten Signale zu bestimmen; und
e) eine Einrichtung (38) zum Ermitteln der Sauerstoffsättigung des Blutes in dem Patienten als Funktion des Verhältnisses R der nichtzeitlich variierenden Werte der ersten und zweiten Signale und der Spitze-zu-Spitze-Amplituden der ersten und zweiten Signale, wobei
11. Device for determining the oxygen saturation of blood in a patient, characterized by:
a) a probe ( 21 ) which is set up to record a part of the patient's body and contains a source arrangement ( 25, 26 ) for generating alternating pulses of red and infrared light which is directed onto the patient, and a detector ( 28 ) for recording the intensity of the red and infrared light emitted by the source arrangement ( 25, 26 ) after it has passed through the body part and for generating an output signal relating thereto;
b) separation means ( 34, 42 ) for separating the output signal of the detector ( 28 ) into a first signal which corresponds to the intensity of the red light received by the detector ( 28 ) and a second signal which corresponds to the intensity of the from the detector ( 28 ) corresponds to received infrared light, and
c) a high-pass filter arrangement ( 39, 45 ) which is set up to receive the first and second signals and generates output signals which correspond only to the temporally varying portions of the first and second signals;
d) a device ( 38 ) for receiving the first and second signals of the outputs from the high-pass filter arrangement ( 39, 45 ) corresponding only to the temporally varying portions of the first and second signals in order to adjust the non-temporally varying values ( I dci and I dcr ) determine the first and second signals and the peak-to-peak amplitudes I aci and I acr of the time-variable components of the first and second signals; and
e) means ( 38 ) for determining the oxygen saturation of the blood in the patient as a function of the ratio R of the non-time varying values of the first and second signals and the peak-to-peak amplitudes of the first and second signals, wherein
12. Gerät nach Anspruch 11, bei dem die Quellenanordnung (25, 26) zwei Leuchtdiodenpaare (25, 26) enthält, von denen ein Paar (25) Licht mit roter Wellenlänge und das andere Paar (26) Licht mit infraroter Wellenlänge abgibt, wobei die Diodenpaare (25, 26) an dem Sondenkörper symmetrisch um einen Mittelpunkt angeordnet sind und wobei der Detektor eine Fotodiode (28) enthält, die im wesentlichen dem Mittelpunkt der Leuchtdioden (25, 26) gegenüberliegend angeordnet ist und sowohl auf Rotlicht als auch auf Infrarotlicht anspricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der empfangenen Lichtintensität entspricht.12. The apparatus of claim 11, wherein the source arrangement (25, 26) has two light-emitting diodes couples (25, 26), of which a pair of outputs (25) of light of red wavelength and the other pair (26) light to infrared wavelength, the diode pairs ( 25, 26 ) on the probe body are arranged symmetrically around a center point and the detector contains a photodiode ( 28 ) which is arranged essentially opposite the center point of the light-emitting diodes ( 25, 26 ) and on both red light and infrared light responds to generate an output signal that corresponds to the received light intensity. 13. Gerät nach Anspruch 11, enthaltend eine Einrichtung (30), der das Ausgangssignal des Detektors (28) zugeführt ist, um dieses zu filtern und aus diesem Signalanteile zu unterdrücken, die von Umgebungslicht stammen, das nicht von der Quellenanordnung (25, 26) abgegeben worden ist.13. Apparatus according to claim 11, comprising a device ( 30 ) to which the output signal of the detector ( 28 ) is fed in order to filter it and to suppress from it signal components which originate from ambient light which does not come from the source arrangement ( 25, 26 ) has been submitted. 14. Gerät nach Anspruch 11, bei der die Trenneinrichtung eine erste und eine zweite Abtasthalteschaltung (34, 42) zur Abtastung des Ausgangssignals des Detektors (28) aufweist und die ein Signal konstanter Amplitude für eine vorbestimmte Zeitdauer abgeben, das proportional dem Abtastsignal zum Abtastzeitpunkt ist, wobei jede Abtasthalteschaltung (34, 42) den Ausgang des Detektors (28) zu einem Zeitpunkt abtastet, der mit den Impulsen der zugehörigen Quellen (25, 26) synchronisiert ist, um das zeitlich variierende Signal von dem Detektor (28) zu rekonstruieren, das der Intensität der Strahlung entspricht, die von dem Detektor (28) nur von der zugehörigen der Quellen (25, 26) empfangen worden ist, und weiterhin enthaltend eine Tiefpaßfilteranordnung (35, 43), die mit dem Ausgang einer jeden Abtasthalteschaltung (34, 42) verbunden ist, um Hochfrequenzkomponenten im Signal auszufiltern, die durch die Abtasthalteschaltungen (34, 42) eingeführt worden sind.14. The apparatus of claim 11, wherein the separator comprises a first and a second sample hold circuit ( 34, 42 ) for sampling the output signal of the detector ( 28 ) and which emit a signal of constant amplitude for a predetermined period of time, which is proportional to the sampling signal at the time of sampling wherein each sample hold circuit ( 34, 42 ) samples the output of the detector ( 28 ) at a time synchronized with the pulses of the associated sources ( 25, 26 ) to reconstruct the time varying signal from the detector ( 28 ) which corresponds to the intensity of the radiation received by the detector ( 28 ) only from the associated one of the sources ( 25, 26 ), and further comprising a low pass filter arrangement ( 35, 43 ) which is connected to the output of each sample and hold circuit ( 34 , 42 ) is connected to filter out high frequency components in the signal which have been introduced by the sample and hold circuits ( 34, 42 ). 15. Gerät nach Anspruch 11, bei dem die Einrichtung zum Ermitteln der nicht-zeitlich variierenden Werte und der Spitze-zu-Spitze-Amplituden der ersten und zweiten Signale weiterhin enthalten: einen Mikroprozessor (114), einen A/D-Wandler (135), der die ersten und zweiten Signale und die zeitlich variierenden Anteile der ersten und zweiten Signale vom Ausgang der Hochpaßfilter (39, 45) entgegennimmt und das digitale Äquivalent davon an den Mikroprozessor (114) unter der Steuerung durch den Mikroprozessor (114) abgibt, einen D/A-Wandler (138), der Ausgangsdaten vom Mikroprozessor (114) entgegennimmt und dementsprechende Analogausgangssignale erzeugt, und zwei Treiber (49, 50) für die Quellen (25, 26) für Rot- und Infrarotlicht, wobei der Mikroprozessor (114) Daten über den D/A-Wandler (138) liefert, um die Treiber (49, 50) mit einem Pegel zu betreiben, der die mittlere Intensität der von dem Detektor (28) empfangenen Strahlung auf einen gewünschten Pegel bringt.15. The apparatus of claim 11, wherein the means for determining the non-time varying values and the peak-to-peak amplitudes of the first and second signals further includes: a microprocessor ( 114 ), an A / D converter ( 135 ) which receives the first and second signals and the temporally varying portions of the first and second signals from the output of the high-pass filters ( 39, 45 ) and delivers the digital equivalent thereof to the microprocessor ( 114 ) under the control of the microprocessor ( 114 ), a D / A converter ( 138 ) which receives output data from the microprocessor ( 114 ) and generates corresponding analog output signals, and two drivers ( 49, 50 ) for the sources ( 25, 26 ) for red and infrared light, the microprocessor ( 114 ) Provides data via the D / A converter ( 138 ) to operate the drivers ( 49, 50 ) at a level that brings the average intensity of the radiation received by the detector ( 28 ) to a desired level. 16. Gerät nach Anspruch 11, bei dem die Sonde (21) eine konvexe Linse (241) enthält, die an dem Sondenkörper oberhalb der Quellenanordnung (25, 26) angebracht ist, um das von dieser emittierte Licht zu fokussieren, und die sich nach außen über die Umgebungsflächen der Sonden (21) erstreckt, um auf das Gewebe eines Patientenfingers zu drücken, um die Ermittlung von Pulsschlägen zu begünstigen.16. The apparatus of claim 11, wherein the probe ( 21 ) includes a convex lens ( 241 ) attached to the probe body above the source assembly ( 25, 26 ) to focus the light emitted therefrom and after extends outside over the surrounding surfaces of the probes ( 21 ) in order to press on the tissue of a patient's finger in order to favor the determination of pulse beats. 17. Gerät nach Anspruch 11, bei dem die Einrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung als Funktion des Verhältnisses R einen Speicher (124) zum Speichern vorbestimmter Werte der Sättigung für eine Serie von Werten von R über den erwarteten Bereich von Sättigungswerten enthält, die zugänglich sind, wenn das Verhältnis R berechnet ist, um den Sättigungswert entsprechend diesem Verhältnis zu ergeben.17. The apparatus of claim 11, wherein the means for determining oxygen saturation as a function of the ratio R includes a memory ( 124 ) for storing predetermined values of saturation for a series of values of R over the expected range of saturation values that are accessible; when the ratio R is calculated to give the saturation value corresponding to this ratio. 18. Gerät zur Ermittlung der Sauerstoffsättigung von Blut in einem Patienten, gekennzeichnet durch:
a) eine Sonde (21) mit zwei lichtemittierenden Quellen (25, 26), von denen die eine Licht mit roter Wellenlänge und die andere Licht mit infraroter Wellenlänge abgibt, die in einem Sondenkörper benachbart einander angeordnet sind, und einen Fotodetektor (28), der in dem Sondenkörper an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß er Licht von den Quellen (25, 26) aufnimmt, nachdem dieses durch ein Körperteil eines Patienten gegangen ist, das zwischen die lichtemittierenden Quellen (25, 26) und den Fotodetektor (28) eingeführt worden ist, wobei der Fotodetektor (28) ein Ausgangssignal abgibt, das von der Intensität der von ihm empfangenen roten oder infraroten Strahlung abhängig ist;
b) einen Verstärker (30) zum Umwandeln des Ausgangssignals des Fotodetektors (28) in ein Spannungssignal;
c) einen Rotkanal-Schaltkreis (31), enthaltend eine Abtasthalteschaltung (34), die das Ausgangssignal des Verstärkers (30) aufnimmt und dieses zu solchen Zeitpunkten abtastet, die mit Pulsen von der Rotlicht-emittierenden Quelle (25) synchronisiert sind, und die Ausgangssignal abgibt, das mit einer Amplitude konstant ist, die proportional der Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers (30) zum Zeitpunkt der Abtastung ist, ein Tiefpaßfilter (35), das mit dem Ausgang der Rotsignal-Abtasthalteschaltung (34) verbunden ist, um die Hochfrequenzkomponenten herauszufiltern, die durch die Abtasthalteschaltung (34) in das Signal gelangt sind, und die ein Ausgangssignal abgibt, ein Hochpaßfilter (39), das das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (35) entgegennimmt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das nur eine zeitlich variierende Komponente beeinhaltet,
und einen Rotkanal-Schaltkreis (32), enthaltend eine Abtasthalteschaltung (42) zur Aufnahme des Ausgangssignal des Verstärkers (30) und zum Abtasten desselben zu Zeitpunkten, die mit den Pulsen der Infrarotlicht-emittierenden Quelle (26) synchronisiert sind, und die ein Ausgangssignal abgibt, das mit einer Amplitude konstant ist, die proportional der Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers (30) zum Zeitpunkt der Abtastung ist, ein Tiefpaßfilter (43), das mit dem Ausgang der Infrarot- Abtasthalteschaltung (42) verbunden ist, um die Hochfrequenzkomponenten auszufiltern, die in das Signal durch die Abtasthalteschaltung (42) hineingelegt sind, und die ein Ausgangssignal liefert, und ein Hochpaßfilter (45), das das vorgenannte Ausgangssignal vom Tiefpaßfilter (43) entgegennimmt, um ein Ausgangssignal zu geben, das nur eine zeitlich variierende Komponente aufweist;
d) eine digitale Steuereinrichtung, enthaltend:
(1) einen A/D-Wandler (135), der die Ausgänge der Rot- und Infrarot-Tiefpaßfilter (35, 43) und der Rot- und Infrarot-Hochpaßfilter (39, 45) entgegennimmt,
(2) einen Mikroprozessor (114), der mit dem A/D-Wandler (135) verbunden ist, um den Betrieb desselben zu steuern und die Digitalsignale davon aufzunehmen,
(3) einen D/A-Wandler (138), mit dem der Mikroprozessor (114) verbunden ist, um diesem Daten zuzuführen, um den Betrieb desselben zu steuern,
(4) einstellbare Treiber (49, 50), die mit der Rotlichtquelle (25) und der Infrarotlichtquelle (26) verbunden sind, die die Ausgangssignale von dem D/A-Wandler (138) empfangen, und wobei der Mikroprozessor (114) die nichtzeitlich variierenden Werte I dcr und I dci der Rot- und Infrarotsignale, die von ihm empfangen werden, und die Spitze-zu-Spitze- Amplituden I acr und I aci der zeitvariablen Anteile der Rot- und Infrarotsignale, die von ihm empfangen worden sind, bestimmt und ein Verhältnis von berechnet, die Sauerstoffsättigung S als eine Funktion von R bestimmt und wobei der Mikroprozessor (114) den D/A-Wandler (138) derart steuert, daß dieser Ausgangssignale an die Quellentreiber (49, 50) abgibt, um die Intensität des von den Quellen (25, 26) emittierten Licht derart einzustellen, daß die Mittelwerte der Rotlicht- und Infrarotlichtsignale im wesentlichen vor einem ausgewählten gewünschten Pegel liegen.
18. Device for determining the oxygen saturation of blood in a patient, characterized by:
a) a probe ( 21 ) with two light-emitting sources ( 25, 26 ), one of which emits light with a red wavelength and the other light with an infrared wavelength, which are arranged adjacent to one another in a probe body, and a photodetector ( 28 ), which is arranged in the probe body at a location such that it receives light from the sources ( 25, 26 ) after it has passed through a body part of a patient which is between the light-emitting sources ( 25, 26 ) and the photodetector ( 28 ) has been introduced, the photodetector ( 28 ) emitting an output signal which is dependent on the intensity of the red or infrared radiation received by it;
b) an amplifier ( 30 ) for converting the output signal of the photodetector ( 28 ) into a voltage signal;
c) a red channel circuit ( 31 ) containing a sample and hold circuit ( 34 ) which receives the output signal of the amplifier ( 30 ) and samples it at those times which are synchronized with pulses from the red light emitting source ( 25 ), and Outputs a signal which is constant with an amplitude which is proportional to the amplitude of the output signal of the amplifier ( 30 ) at the time of sampling, a low-pass filter ( 35 ) which is connected to the output of the red signal sample and hold circuit ( 34 ) to the high frequency components to filter out which has entered the signal through the sample and hold circuit ( 34 ) and which outputs an output signal, a high-pass filter ( 39 ) which receives the output signal of the low-pass filter ( 35 ) to produce an output signal which contains only a time-varying component ,
and a red channel circuit ( 32 ) containing a sample and hold circuit ( 42 ) for receiving the output signal of the amplifier ( 30 ) and for sampling the same at times synchronized with the pulses of the infrared light emitting source ( 26 ) and which has an output signal outputs a constant with an amplitude proportional to the amplitude of the output signal of the amplifier ( 30 ) at the time of sampling, a low-pass filter ( 43 ) connected to the output of the infrared sample and hold circuit ( 42 ) to filter out the high frequency components which are inserted into the signal through the sample and hold circuit ( 42 ) and which provide an output signal, and a high-pass filter ( 45 ) which receives the aforementioned output signal from the low-pass filter ( 43 ) to give an output signal which is only a time-varying component having;
d) a digital control device comprising:
(1) an A / D converter ( 135 ) which receives the outputs of the red and infrared low-pass filters ( 35, 43 ) and the red and infrared high-pass filters ( 39, 45 ),
(2) a microprocessor ( 114 ) connected to the A / D converter ( 135 ) to control its operation and receive the digital signals therefrom,
(3) a D / A converter ( 138 ) to which the microprocessor ( 114 ) is connected to supply data to control the operation thereof,
(4) adjustable drivers ( 49, 50 ) connected to the red light source ( 25 ) and the infrared light source ( 26 ) that receive the output signals from the D / A converter ( 138 ), and wherein the microprocessor ( 114 ) receives the non-time-varying values I dcr and I dci of the red and infrared signals received by it and the peak-to-peak amplitudes I acr and I aci of the time-variable components of the red and infrared signals received by it, determined and a ratio of calculated, determining the oxygen saturation S as a function of R , and wherein the microprocessor ( 114 ) controls the D / A converter ( 138 ) to output the source drivers ( 49, 50 ) by the intensity of the sources ( 25, 26 ) adjust emitted light such that the mean values of the red light and infrared light signals are essentially before a selected desired level.
19. Gerät nach Anspruch 18, bei dem die digitale Steuereinrichtung einen Speicher (124) enthält, der vorbestimmte Werte der Sättigung S für eine Serie von Werten von R über den erwarteten Bereich von Sättigungswerten speichert, und wobei der Speicher (124) wirkungsmäßig mit dem Mikroprozessor (114) verbunden ist, um es diesem zu erlauben, zuzugreifen, wenn ein Verhältnis R errechnet wird, um den Sättigungswert entsprechend jenem Verhältnis zu ermitteln. 19. The apparatus of claim 18, wherein the digital controller includes a memory ( 124 ) that stores predetermined values of saturation S for a series of values of R over the expected range of saturation values, and the memory ( 124 ) operatively associated with the Microprocessor ( 114 ) is connected to allow it to access when a ratio R is calculated to determine the saturation value corresponding to that ratio. 20. Gerät nach Anspruch 18, enthaltend eine Einrichtung zum alternierenden Pulsen der zwei Quellen (25, 26) mit einer vorgewählten Taktfrequenz, und enthaltend eine Einrichtung (30), die mit dem Ausgang des Fotodetektors (28) verbunden ist, um den Ausgang des Fotodetektors (28) zu filtern, um das Ausgangssignal von Einflüssen von Umgebungslicht, das nicht von Quellen (25, 26) emittiert worden ist, zu befreien.20. Apparatus according to claim 18, including means for alternately pulsing the two sources ( 25, 26 ) at a preselected clock frequency, and including means ( 30 ) connected to the output of the photodetector ( 28 ) to control the output of the Filtering photodetectors ( 28 ) in order to free the output signal from influences of ambient light which has not been emitted by sources ( 25, 26 ). 21. Gerät nach Anspruch 18, enthaltend eine Einrichtung zum Ermitteln der Pulsfrequenz des Patienten aus den zeitlich variierenden Amplituden der ersten und zweiten Signale.21. The apparatus of claim 18, including a device to determine the patient's pulse rate from the time-varying amplitudes of the first and second signals. 22. Gerät nach Anspruch 18, bei der der A/D-Wandler (138) einen digitalen Ausgang liefert, der auf ein Verhältnis von seinem Eingang zu einem Bezugsspannungspegel bezogen ist, und wobei der Mikroprozessor (114) eine Bezugsspannung dem A/D-Wandler (138) zuführt, derart, daß der digitalisierte Ausgang des Wandlers (138) entsprechend den Ausgängen der Rot- und Infrarothochpaßfilter (39, 40) innerhalb einem gewünschten Bereich liegt.22. The apparatus of claim 18, wherein the A / D converter ( 138 ) provides a digital output related to a ratio of its input to a reference voltage level, and wherein the microprocessor ( 114 ) provides a reference voltage to the A / D- Transducer ( 138 ) supplies such that the digitized output of the converter ( 138 ) corresponding to the outputs of the red and infrared high-pass filter ( 39, 40 ) is within a desired range. 23. Verfahren zur Ermittlung der Sauerstoffsättigung von Blut in einem Patienten, gekennzeichnet durch:
a) alternierendes Richten von Rotlicht und Infrarotlicht durch ein Körperteil des Patienten;
b) Ermitteln der Intensität des durch das Körperteil hindurchgegangenen Rotlichts und Infrarotlichts und Erzeugen eines Signals, das für die Intensität der durch das Körperteil hindurchgegangenen Lichtmengen jeweils repräsentativ ist.
c) Auftrennen des ermittelten Signals in ein erstes Signal, das der Strahlung entspricht, das der Detektor bei Rotlicht empfangen hat, und ein zweites Signal, das der Intensität der Strahlung entspricht, die der Detektor bei Infrarotlicht empfangen hat;
d) Berechnen der nicht-zeitlich variierenden Werte I dcr und I dci der ersten und zweiten Signale und der Spitze-zu-Spitze-Amplituden I acr und I aci der zeitlich variierenden Anteile der ersten und zweiten Signale;
e) Berechnen eines Verhältnisses f) Bestimmen der Sauerstoffsättigung S aus dem berechneten Wert von R in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten funktionellen Zusammenhang zwischen S und R.
23. A method for determining the oxygen saturation of blood in a patient, characterized by:
a) alternately directing red light and infrared light through a body part of the patient;
b) determining the intensity of the red light and infrared light that has passed through the body part and generating a signal that is representative of the intensity of the quantities of light that have passed through the body part.
c) separating the determined signal into a first signal that corresponds to the radiation that the detector has received in red light and a second signal that corresponds to the intensity of the radiation that the detector has received in infrared light;
d) calculating the non-time-varying values I dcr and I dci of the first and second signals and the peak-to-peak amplitudes I acr and I aci of the time-varying components of the first and second signals;
e) Calculating a ratio f) determining the oxygen saturation S from the calculated value of R in accordance with a predetermined functional relationship between S and R.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Infrarotlicht und das Rotlicht alternierend durch den Patienten impulsweise hindurchgeleitet wird und wobei das ermittelte Signal in zwei Signale aufgetrennt wird für jede der Impulsarten unterschiedlicher Wellenlängen durch Abtastung des ermittelten Signals zu dem Zeitpunkt der Rotlichtimpulse, Halten der ermittelten Amplitude des Ausgangssignals bis zum Zeitpunkt des nächsten Rotlichtimpulses und entsprechend getrenntes Abtasten des ermittelten Signals zum Zeitpunkt des Infrarotimpulses und Halten der ermittelten Amplitude des Ausgangssignales bis zum Zeitpunkt des nächsten Infrarotimpulses.24. The method of claim 23, wherein the infrared light and the red light alternating through the Patient is passed through in pulses and the signal determined being separated into two signals  becomes different for each of the pulse types Wavelengths by scanning the determined Signal at the time of the red light pulse, Holding the determined amplitude of the output signal until the time of the next red light pulse and accordingly separate sampling of the determined signal at the time of the infrared pulse and holding the determined amplitude of the Output signals until the time of the next Infrared pulse. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Infrarot- und der Rotstrahlung, die auf den Patienten gerichtet wird, derart variiert wird, daß der zeitlich nicht variierende Wert im ermittelten Rotlicht- und Infrarotlichtsignal im wesentlichen auf einem vorbestimmten Pegel liegt.25. The method according to claim 24, characterized in that the Intensity of infrared and red radiation, the directed towards the patient varies in such a way is that the value that does not vary over time in the determined red light and infrared light signal in is substantially at a predetermined level. 26. Sonde zur Verwendung bei der Bestimmung der Sauerstoffsättigung im Blut eines Patienten, gekennzeichnet durch
a) einen festen Gehäusekörper;
b) ein bewegliches Klemmenteil, das an einem Gelenk am Gehäusekörper angebracht ist;
c) zwei Paare lichtemittierende Quellen, die an dem Klemmenteil angebracht sind, von denen ein Paar Rotlicht und das andere Paar Infrarotlicht emittiert, wobei die Lichtquellen symmetrisch um einen Mittenpunkt angeordnet sind;
d) einen Fotodetektor, der an dem festen Gehäusekörper an einer Stelle im wesentlichen gegenüber dem Mittelpunkt angeordnet ist, wenn die Sonde um den Finger eines Patienten geschlossen ist; und
e) eine konvexe Linse, die an dem Klemmenteil über den Quellen angeordnet ist, um das Licht derselben zu fokussieren.
26. A probe for use in determining oxygen saturation in a patient's blood, characterized by
a) a solid housing body;
b) a movable clamp member attached to a hinge on the housing body;
c) two pairs of light emitting sources attached to the clamp member, one pair emitting red light and the other pair emitting infrared light, the light sources being arranged symmetrically about a center point;
d) a photodetector disposed on the fixed housing body at a location substantially opposite the center when the probe is closed around a patient's finger; and
e) a convex lens located on the clamp member above the sources to focus the light thereof.
27. Sonde nach Anspruch 26, bei der sich die Linse nach außen von umgebenden Bereichen des Klemmenteils der Sonde erstreckt, wodurch sie auf das Fingergewebe eines Patienten drückt, um die Ermittlung von Pulsschlägen zu verbessern.27. The probe of claim 26, wherein the lens outwards from the surrounding areas of the terminal part the probe extends, causing it to A patient's finger tissue squeezes to determine from improving heartbeats. 28. Sonde nach Anspruch 27, bei dem die Quellen Leuchtdioden sind und wobei die Dioden in einem erstarrten Epoxykörper eingebettet sind, der für Rotlicht und Infrarotlicht transparent ist und der sich von dem Klemmenteil mit einer konvexen Oberfläche erstreckt, um die Linse auszubilden.28. The probe of claim 27, wherein the sources LEDs are and the diodes in one solidified epoxy body are embedded, which for Red light and infrared light is transparent and which differs from the terminal part with a convex Surface extends to form the lens.
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