DE60028953T2

DE60028953T2 - Verbesserter detektor für pulsoximetersondenablösung

Info

Publication number: DE60028953T2
Application number: DE60028953T
Authority: DE
Inventors: K. Mohamed Mission Viejo DIAB; Al Ammar Tustin ALI
Original assignee: Masimo Corp
Current assignee: Masimo Corp
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2020-03-25
Also published as: EP1171025A1; EP2298159A1; US20040158134A1; CA2368613A1; EP1171025B1; US9730640B2; ATE330536T1; JP4644373B2; EP2298159B1; US20140100434A1; DE60028953D1; WO2000056209A9; BR0009290A; US8532728B2; US20020072660A1; JP2002538920A; DE60045425D1; US6654624B2; US20090112073A1; EP1171025A4

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Oximetrie ist die Messung des Sauerstoffzustands des Bluts. Die frühe Erkennung eines niedrigen Blutsauerstoffniveaus ist auf dem medizinischen Gebiet entscheidend, beispielsweise bei kritischen Pflege- und chirurgischen Anwendungen, weil eine unzureichende Sauerstoffzufuhr in Minuten zu Hirnschäden und zum Tod führen kann. Die Pulsoximetrie ist eine weithin akzeptierte nichtinvasive Prozedur zum Messen des Sauerstoffsättigungsniveaus arteriellen Bluts, wobei es sich um einen Indikator für die Sauerstoffzufuhr handelt. Ein Pulsoximetriesystem besteht aus einem an einem Patienten angebrachten Sensor, einer Überwachungseinrichtung und einem Kabel, das den Sensor und die Überwachungseinrichtung verbindet. Herkömmlicherweise weist ein Pulsoximetriesensor sowohl rote als auch infrarote (IR) Leuchtdioden-(LED)-Emitter und einen Photodiodendetektor auf. Der Sensor ist typischerweise am Finger oder Zeh eines Patienten oder am Fuß eines sehr jungen Patienten angebracht. Für einen Finger ist der Sensor so konfiguriert, dass die Emitter Licht durch den Fingernagel und in die Blutgefäße und Kapillaren, die sich darunter befinden, projizieren. Die Photodiode ist an der Fingerspitze entgegengesetzt dem Fingernagel angeordnet, um das von der LED ausgesendete Licht zu detektieren, wenn es aus den Fingergeweben austritt.
Die Pulsoximetrie-Überwachungseinrichtung (das Pulsoximeter) bestimmt die Sauerstoffsättigung durch Berechnen der differenziellen Absorption der von dem Sensor emittierten zwei Wellenlängen durch arterielles Blut. Das Pulsoximeter aktiviert abwechselnd die Sensor-LED-Emitter und liest den vom Photodiodendetektor erzeugten resultierenden Strom. Dieser Strom ist proportional zur Intensität des detektierten Lichts. Das Pulsoximeter berechnet das Verhältnis zwischen den detektierten Intensitäten roten und infraroten Lichts, und ein Sättigungswert für arteriellen Sauerstoff wird auf der Grundlage des erhaltenen Verhältnisses empirisch bestimmt. Das Pulsoximeter enthält eine Schaltungsanordnung zum Steuern des Sensors, zum Verarbeiten der Sensorsignale und zum Anzeigen der Sauerstoffsättigung des Patienten und der Pulsrate. Ein Pulsoximeter ist in US-A-5 632 272 beschrieben, das auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen wurde.
US-A-4 399 824 betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen einer Sondenablösung. Ein Sondenlösungsalarm wird bereitgestellt, wobei ein zur Anbringung an einem Körper eingerichtetes auf die Temperatur ansprechendes Element periodisch erwärmt wird und die Wirkungen der Selbsterwärmung des auf die Temperatur ansprechenden Elements überwacht werden, um festzustellen, ob das auf die Temperatur ansprechende Element vom Körper abgelöst wurde.
US-A-4 603 700 betrifft ein Überwachungssystem für ein Oximeter, das die Betriebsbedingungen Licht emittierender Vorrichtungen des Oximeters, des Lichtdetektors des Oximeters und der Bezugsspannung des Oximeters sequenziell testet.
Zusammenfassung der Erfindung
Zum Berechnen der peripheren arteriellen Sauerstoffsättigung, die als Sp_aO₂ bezeichnet wird, verwendet die Pulsoximetrie die differenzielle Lichtabsorption oxygenierten Hämoglobins HbO₂ und desoxygenierten Hämoglobins Hb, um ihre jeweiligen Konzentrationen im arteriellen Blut zu berechnen. Die differenzielle Absorption wird bei der roten und der infraroten Wellenlänge des Sensors gemessen. Zusätzlich verwendet die Pulsoximetrie die pulsierende Natur des arteriellen Bluts, um die Hämoglobinabsorption von der Absorption anderer Bestandteile in den umgebenden Geweben zu unterscheiden. Die Lichtabsorption zwischen der Systole und der Diastole variiert infolge der Blutvolumenänderung infolge des Einfließens und des Ausfließens arteriellen Bluts an einer peripheren Gewebestelle. Diese Gewebestelle könnte auch Haut, Muskeln, Knochen, venöses Blut, Fett, Pigmente usw. aufweisen, die jeweils Licht absorbieren. Es wird angenommen, dass die Hintergrundabsorption infolge dieser umgebenden Gewebe unveränderlich ist und ignoriert werden kann. Dementsprechend beruhen Blutsauerstoff-Sättigungsmessungen auf dem Verhältnis zwischen dem zeitabhängigen oder AC-Abschnitt der detektierten Rot- und Infrarotsignale und dem zeitunabhängigen oder DC-Abschnitt. Dieses AC/DC-Verhältnis normiert die Signale und ist für Variationen der Lichtweglängen durch das gemessene Gewebe verantwortlich.
1 zeigt die typischen Betriebseigenschaften eines Pulsoximeters. Während einer Kalibrierungsphase wird die Eingangsverstärkung des Pulsoximeters auf einen höheren Wert eingestellt, um lichtundurchlässiger Haut an der Sensorstelle Rechnung zu tragen, und auf einen niedrigeren Wert eingestellt, um lichtdurchlässiger Haut an der Sensorstelle Rechnung zu tragen. Variationen der Blutperfusion an der Sensorstelle führen zu Variationen der Eingangssignalstärke. Die Graphik 100 zeigt die akzeptierbare Eingangsempfindlichkeit als Funktion der Verstärkung. Die y-Achse 110 stellt die Signalstärke (SS) dar, die das Verhältnis zwischen dem AC-Signal und dem DC-Signal von Spitze zu Spitze, ausgedrückt als ein Prozentsatz, ist. Die x-Achse 120 stellt die Verstärkung dar, und sie ist mit sich verkleinernden Werten entlang der x-Achse dargestellt. Die Graphik 100 weist einen nicht schraffierten Bereich 130 auf, der einen annehmbaren Betriebsbereich des Pulsoximeters darstellt, und einen schraffierten Bereich 140 auf, der Bedingungen außerhalb dieses Betriebsbereichs darstellt, welche, wenn sie detektiert werden, zu einem "Sondenablösungsalarm" des Pulsoximeters führen. Der Betriebsbereich 130 weist eine Untergrenze 150 bei verhältnismäßig niedrigen Verstärkungen auf, wodurch die höchste Empfindlichkeit für Patienten mit einer niedrigen Perfusion dargestellt wird. Weil das Eingangsrauschen mit der Verstärkung zunimmt, hat der Betriebsbereich auch einen Eckpunkt 160, unterhalb dessen die Eingangsempfindlichkeit rauschbegrenzt ist und mit zunehmender Verstärkung, d.h. zunehmender Lichtundurchlässigkeit, abfällt.
Ein Pulsoximeter mit den in 1 dargestellten Betriebseigenschaften erkennt möglicherweise einen Sondenablösungszustand nicht. Dieses Problem tritt auf, wenn der Sensor teilweise oder vollständig vom Patienten abgelöst wird, jedoch weiterhin ein AC-Signal innerhalb des Betriebsbereichs des Pulsoximeters detektiert. Sondenablösungsfehler sind ernst, weil das Pulsoximeter eine normale Sättigung anzeigen kann, wenn die Sonde tatsächlich nicht richtig am Patienten angebracht ist, was möglicherweise zu nicht erkannten Entsättigungsereignissen führt.
Das Nichterkennen eines Sondenablösungszustands geschieht, wenn der Sensordetektor Licht direkt von den Emittern empfängt, ohne dass dieses durch das Gewebe des Patienten hindurchtritt. Das Pulsoximeter ist besonders anfällig für Sondenablösungsfehler, wenn es bei seiner höchsten Empfindlichkeit arbeitet, bei der selbst kleine induzierte Variationen des direkt von den Emittern detektierten Lichts eine ausreichende Signalstärke haben, um als ein physiologisches Signal verarbeitet zu werden. In einem Sondenablösungszustand kann ein Detektor-AC-Signal durch leichte Änderungen des direkten Lichtwegs zwischen den Emittern und dem Detektor induziert werden. Beispielsweise können kleine Patientenbewegungen, wie eine Bewegung des Brustkorbs beim Atmen, ein Sondenablösungs-AC-Signal induzieren. Als ein anderes Beispiel kann ein "Kriechen" in der Sensorkonfiguration, beispielsweise im Fall eines gefalteten Sensors, der allmählich in seine ursprüngliche nicht gefaltete Form zurückkehrt, nachdem er abgelöst wurde, auch ein Sondenablösungs-AC-Signal induzieren. Weiterhin können durch Beschränken des in 1 dargestellten Betriebsbereichs 130 Sondenablösungsfehler reduziert werden. Diese Beschränkungen würden jedoch auch erheblich die Fähigkeit des Pulsoximeters beschränken, Sätti gungsmessungen an Patienten mit einer schlechten Perfusion vorzunehmen.
Die vorliegende Erfindung ist eine auf einer Überwachungseinrichtung beruhende Verbesserung zum Detektieren des vorstehend beschriebenen Sondenablösungszustands. Natürlich könnten auch andere Verfahren zum Detektieren des Sondenablösungszustands mit der vorliegenden Verbesserung kombiniert werden. Insbesondere verwendet ein intelligenter regelbasierter Prozessor Signalqualitätsmessungen zum Beschränken des Betriebsbereichs des Pulsoximeters, ohne dass er eine erhebliche negative Auswirkung bei einer niedrigen Perfusionsleistung hätte. Diese Signalqualitäts-Betriebsgrenzen werden jenen aus 1 überlagert, um die Sondenablösungsdetektion zu verbessern. Auf diese Weise kann das Pulsoximeter AC-Signale unterdrücken, die eine ausreichende Signalstärke aufweisen, um in den Betriebsbereich 130 aus 1 zu fallen, bei denen jedoch nur eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie ein Plethysmographiesignal sind. Ein Signalqualitätsmaß, das verwendet wird, ist die Pulsratendichte, wobei es sich um den Prozentsatz der Zeit handelt, während dessen detektierte Pulse ein physiologisch annehmbares Modell erfüllen. Ein anderes Signalqualitätsmaß ist das Energieverhältnis, wobei es sich um den Prozentsatz der Signalenergie handelt, der bei der Pulsrate und ihren Harmonischen auftritt. Der Betriebsbereich des Pulsoximeters wird dann in Bezug auf die Signalstärke in Abhängigkeit von der Verstärkung, die Signalstärke in Abhängigkeit von der PR-Dichte und das Energieverhältnis in Abhängigkeit von vordefinierten Energieverhältnisgrenzen definiert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Sondenablösungsdetektor einen Signaleingang bzw. eine Signaleingabe, einen Signalqualitätseingang bzw. eine Signalqualitätseingabe und einen Sondenablösungsausgang bzw. eine Sondenablösungsausgabe auf. Der Signalqualitätseingang hängt von einem Vergleich zwischen einem Sensorausgang und einem physiologischen Signalmodell ab. Der Sondenablösungsausgang liefert einen Hinweis, dass der Sensor möglicherweise nicht richtig an einer Gewebestelle angebracht ist. Der Detektor weist einen Signalstärkerechner, eine gespeicherte Beziehung zwischen der Signalstärke und der Signalqualität und einen Vergleicher auf. Der Signalstärkerechner weist einen Eingang auf, der in Verbindung mit dem Sensorsignal steht und einen Signalstärkeausgang bereitstellt, der von der zeitlich veränderlichen Komponente des Sensorsignals abhängt. Die gespeicherte Beziehung definiert einen annehmbaren Betriebsbereich für den Sensor. Der Vergleicher hat die Signalstärke und die Signalqualität als Eingänge und liefert den Sondenablösungsausgang auf der Grundlage eines Vergleichs der Signalstärke und der Signalqualität mit der gespeicherten Beziehung.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Signal eines Pulsoximetriesensors verarbeitet, um festzustellen, ob er richtig an einer Gewebestelle angebracht ist. Die Prozessschritte umfassen das Festlegen einer Signalstärkegrenze, die von der Signalqualität abhängig ist, das Berechnen eines Signalstärkewerts anhand des Sensorsignals, das Berechnen eines Signalqualitätswerts anhand des Sensorsignals und das Angeben eines Sondenablösungszustands, falls die Signalstärke unter der Grenze für den zuvor bestimmten Signalqualitätswert liegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 eine Graphik, die die minimalen Signalstärke-Betriebsgrenzen für ein Pulsoximeter zeigt,
die 2A und 2B Graphiken, die zusätzliche minimale Signalstärke-Betriebsgrenzen für ein Pulsoximeter auf der Grundlage der Signalqualität gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen,
2A eine Graphik von Signalqualitäts-Betriebsgrenzen für ein Pulsoximeter im normalen Eingangsempfindlichkeitsmodus,
2B eine Graphik von Signalqualitäts-Betriebsgrenzen für ein Pulsoximeter im hohen Eingangsempfindlichkeitsmodus,
3 ein Blockdiagramm oberer Ebene eines regelbasierten intelligenten Prozessors, der die in den 2A–2B dargestellten Signalqualitäts-Betriebsgrenzen bereitstellt,
4 ein detailliertes Blockdiagramm des Signalstärkerechner-Abschnitts von 3,
5 ein detailliertes Blockdiagramm des Sondenablösungslogik-Abschnitts aus 3 und
6 ein detailliertes Blockdiagramm des von der Signalstärke abhängigen Prüfteils aus 5.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die 2A und 2B zeigen, wie der Betriebsbereich eines Pulsoximeters auf der Grundlage der Pulsratendichte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung modifiziert wird. Die Berechnung der PR-Dichte ist in der am 30. Dezember 1998 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung 60/114 127 und in der am 23. Dezember 1999 eingereichten US-Patentanmeldung 09/471 510 mit dem Titel "Plethysmograph Pulse Recognition Processor", die auf den Zessionar der vorliegenden Anmeldung übertragen ist, offenbart. Der darin beschriebene Prozessor weist einen Kandidatenpulsabschnitt auf, der mehrere mögliche Pulse innerhalb der IR-Wellenform bestimmt. Ein physiologischer Modellabschnitt des Prozessors bestimmt dann die physiologisch annehmbaren dieser möglichen Pulse. Der Prozessor liefert statistische Informationen in Bezug auf die annehmbaren Pulse. Eine Statistik ist die Pulsdichte, wobei es sich um das Verhältnis zwischen der Periode annehmbarer Pulse und der Dauer eines Blocks oder "Schnappschusses" der IR-Eingangswellenform handelt.
2A zeigt eine Graphik 200 der Signalstärke auf der y-Achse 210 in Abhängigkeit von der PR-Dichte auf der x-Achse 220 für eine normale Empfindlichkeit. Der Betriebsbereich 260 ist nicht schraffiert dargestellt, und der Sondenablösungs bereich 270 ist schraffiert dargestellt. Eine Signalstärken-Untergrenze 230 von 0,02, unterhalb derer ein Sondenablösungszustand für alle Werte der PR-Dichte existiert, bestimmt einen Abschnitt des Betriebsbereichs 260. Das heißt, dass das Pulsoximeter einen Sondenablösungszustand angibt, falls die Signalstärke kleiner als 0,02 ist, und zwar unabhängig davon, wie viele der detektierten Plethysmographenpulse als physiologisch annehmbar angesehen werden. Eine Signalstärken-Obergrenze 250 von 0,25, oberhalb derer sich das Pulsoximeter für alle Werte der PR-Dichte in einem gültigen Betriebsbereich befindet, legt einen anderen Abschnitt des Betriebsbereichs 260 fest. Das heißt, dass die Signalqualität ignoriert wird, falls die Signalstärke oberhalb von 0,25 liegt. Zwischen der Signalstärken-Obergrenze 250 und der Signalstärken-Untergrenze 230 hängt die annehmbare Signalstärke von der PR-Dichte ab. Die Steigung der Begrenzung 240, die diese Beziehung definiert, ist: Steigung = –(0,25 – 0,02)/(0,5 – 0,2) = –0,23/0,3 = –0,7667 (1)
Demgemäß kann diese Begrenzung durch die folgenden äquivalenten Gleichungen definiert werden: SS = –0,7667·PR-Dichte + 0,4033 (2) PR-Dichte = –1,3043·SS + 0,5261 (3)
2B zeigt eine Graphik 200 der Signalstärke auf der y-Achse 210 in Abhängigkeit von der PR-Dichte auf der x-Achse 220 für eine hohe Empfindlichkeit. Diese Graphik entspricht derjenigen aus 2A, abgesehen davon, dass die Signalstärken-Obergrenze 250 auf 0,05 gelegt ist. Demgemäß wird die durch die PR-Dichte angegebene Signalqualität ignoriert, solange die Signalstärke oberhalb von 0,05 liegt.
Ein anderes Maß für die Signalqualität, das Energieverhältnis, wird auch als eine absolute Grenze für den Betriebsbereich auferlegt. Das Energieverhältnis ist der Prozentsatz der bei der Pulsrate auftretenden IR-Signalenergie und der zugeordneten Harmonischen, verglichen mit der Gesamt-IR-Energie. Das Energieverhältnis wird durch Transformieren jedes Blocks des IR-Signals in den Frequenzbereich berechnet, wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist. Das Energieverhältnis wird durch Identifizieren jeder Spitze in dem sich ergebenden Spektrum berechnet. Gemäß einer Ausführungsform werden die bei der Pulsrate auftretenden Spitzen und ihre Harmonischen identifiziert und summiert. Dieser Wert wird durch die Summe der Beträge aller Spitzen dividiert und als das Energieverhältnis ausgegeben. Es sei bemerkt, dass das auf diese Weise berechnete Energieverhältnis keine wahre Energieberechnung ist, weil die Berechnungen auf den Spitzenbeträgen und nicht den quadrierten Beträgen des IR-Signals beruhen. Gemäß dieser Ausführungsform muss das minimale Energieverhältnis 0,6 betragen, falls die Pulsrate größer oder gleich 30 ist, und andernfalls 0,5 betragen. Das heißt, dass 60% (oder 50% für niedrige Pulsraten) des Signals bei der Pulsratenfrequenz oder ihren Harmonischen liegen müssen, wobei das Pulsoximeter andernfalls einen Sondenablösungszustand angibt. Ein Verfahren zum Berechnen der bei dieser Berechnung verwendeten Pulsrate ist in dem am 14. April 1997 eingereichten US-Patent US-A-6 002 952 mit dem Titel "Improved Signal Processing Apparatus and Method" offenbart, das auf den Zessionar der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde.
3 ist ein Blockdiagramm, in dem eine Ausführungsform des verbesserten Sondenablösungsdetektors 300 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Der Detektor weist einen Signalstärkerechner 310, einen Grenzwähler 330 und eine Sondenablösungslogik 350 auf. Der Signalstärkerechner 310 weist einen IR-Signaleingang 312 auf. Dieses Signal ist das detektierte Sensorsignal nach dem Demultiplexieren, Verstärken, Filtern und Digitalisieren. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform wird das IR-Signal bei einer Abtastrate von 62,5 Hz und in überlappenden "Schnappschüssen" oder Blöcken von 390 Abtastwerten, die jeweils um 25 Abtastwerte gegenüber dem vorhergehenden Block verschoben sind, in den Signalstärkerechner 310 eingegeben. Der Signalstärkerechner 310 erzeugt eine Signalstärkevektorausgabe 314, die einen Satz von Signalstärkeskalaren für jeden dieser eingegebenen Blöcke umfasst, wie nachstehend mit Bezug auf 4 beschrieben wird.
Der Grenzwähler 330 weist einen Pulsrateneingang 332 und einen Empfindlichkeitsmoduseingang 334 auf. Wenn der Empfindlichkeitsmoduseingang 334 einen Wert 1 aufweist, gibt dies an, dass sich das Pulsoximeter in einem normalen Empfindlichkeitsmodus, entsprechend 2A, befindet. Ein Wert von 0 gibt an, dass sich das Pulsoximeter in einem hohen Empfindlichkeitsmodus, entsprechend 2B, befindet. Der Bediener des Pulsoximeters wählt den Empfindlichkeitsmodus aus. Der Grenzwähler 330 hat auch einen Energieverhältnisgrenzen-Ausgang 336 und einen Signalstärkegrenzen-Ausgang 338, welche als absolute Minima des Energieverhältnisses und der Signalstärke, worunter ein Sondenablösungszustand 350 angegeben werden kann, in die Sondenablösungslogik 350 eingegeben werden. Das Verhältnis zwischen dem Pulsrateneingang 332 und dem Empfindlichkeitsmoduseingang 334 und dem Energieverhältnisausgang 336 und dem Signalstärkeausgang 338 ist nachstehend spezifiziert:
Die Sondenablösungslogik 350 hat ein Eingangsenergieverhältnis 332, eine PR-Dichte 334 und einen Signalstärkevektor 314. Diese Eingänge werden mit dem Energie verhältnisgrenzen-Ausgang 336 und dem Signalstärkegrenzen-Ausgang 338 vom Grenzwähler 330 verglichen, um den Betriebsbereich des Pulsoximeters zu bestimmen. Die Sondenablösungslogik 350 weist auch einen Zeitsicherungseingang 356 auf. Die Zeitsicherung 356 ist ein Zähler, der die Anzahl der keine annehmbaren Pulse enthaltenden IR-Wellenformblöcke angibt. Annehmbare Pulse werden so bestimmt, wie zuvor für die Berechnung der PR-Dichte 354 beschrieben wurde. Der Zeitsicherungseingang 356 ist –1, falls es in einem Block seit dem Beginn keine annehmbaren Pulse gegeben hat. Die Zeitsicherung 356 wird jedes Mal dann auf 0 zurückgesetzt, wenn keine annehmbaren Pulse für einen Eingangsblock detektiert werden. Für jeden Block, in dem es keine annehmbaren Pulse gibt, wird die Zeitsicherung 356 um eins inkrementiert. Die Zeitsicherung ermöglicht die Energieverhältnisgrenze und jeden Teil der Signalstärkegrenzen oberhalb der Untergrenze 230 (2A–2B). Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit von Sondenablösungsalarmen für vorübergehende Ereignisse verringert. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform wird die Zeitsicherung 356 mit den Konstanten –1 und 5 verglichen. Das heißt, dass die Energieverhältnis- und die Signalstärkegrenze aktiviert werden, falls es seit Beginn oder für mehr als die vorhergehenden 5 IR-Signalblöcke keine annehmbaren Pulse gegeben hat.
Die Sondenablösungslogik 350 hat einen Booleschen Sondenablösungsausgang 358, der auf 1 gesetzt wird, wenn die Sondenablösungslogik 350 detektiert, dass das Pulsoximeter außerhalb der zulässigen Grenzen arbeitet. Andernfalls ist der Sondenablösungsausgang 358 0. Der Sondenablösungsausgang kann vom Pulsoximeter verwendet werden, um einen Sondenablösungsalarm und eine Fehlermeldung auszulösen, um medizinisches Personal dazu aufzufordern, den Sensor zu inspizieren und wieder anzubringen oder andere geeignete Tätigkeiten auszuführen. Die Sondenablösungslogik 350 wird nachstehend in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf 5 beschrieben.
4 zeigt weitere Einzelheiten des Signalstärkerechners 310 (3). Jeder Block mit 390 Abtastwerten des IR-Signals 312 wird zunächst bei 410 gefiltert, um jegliche Trends in dem IR-Signal 312 zu entfernen, die einen Fehler in den Signalstärkerechnungen hervorrufen könnten. Gemäß einer speziellen Ausführungsform ist das Filter 410 ein Bandpass-FIR-Filter mit Grenzfrequenzen von 50 Hz und 550 Hz und ein Kaiser-Fenster mit 151 Abgriffen, das einen Formparameter von 3,906 aufweist. Daher gehen 150 Abtastwerte aus jedem Eingangsblock mit 390 Abtastwerten verloren. Demgemäß umfasst der gefilterte IR-Ausgang 412 Blöcke mit 240 Abtastwerten.
Jeder Block mit 240 Abtastwerten des gefilterten IR-Ausgangs 412 wird bei 430 in mehrere überlappende Teilblöcke umgewandelt. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform umfassen die Teilblöcke jeweils 100 Abtastwerte, und jeder Teilblock ist um 10 Abtastwerte gegenüber dem vorhergehenden Teilblock verschoben. Demgemäß erzeugt der Teilblockwandler 430 15 Teilblockausgaben 432 für jeden gefilterten IR-Block 412 mit 240 Abtastwerten. Für jeden Teilblock wird eine Max-Min-Berechnung 460 ausgeführt. Das heißt, dass der minimale Abtastwertbetrag in einem bestimmten Teilblock von dem maximalen Abtastwertbetrag in diesem Teilblock subtrahiert wird. Jede Max-Min-Ausgabe 462 ist ein einziger Skalar, der die Signalstärke eines bestimmten Teilblocks darstellt. Eine Skalar-zu-Vektor-Wandlung 490 kombiniert die Max-Min-Ausgaben 462 zu einer Vektorausgabe 314, die mehrere Signalstärkewerte enthält, welche die Signalstärke eines bestimmten Blocks des IR-Signals 312 darstellen.
5 stellt weitere Einzelheiten der Sondenablösungslogik 350 bereit (3). Die Sondenablösungslogik 350 hat drei Funktionsprüfungen, die jeweils eine Boolesche Ausgabe bereitstellen. Eine Energieverhältnisprüfung 510 vergleicht das Energieverhältnis 352 mit der vom Grenzwähler 330 (3) bereitgestellten Energieverhältnisgrenze 336, wie in der vorstehenden Tabelle spezifiziert ist. Die Energieverhältnisprüfung 510 legt die "Schlechtes-Energieverhältnis"-Ausgabe 512 fest, falls das Energieverhältnis 352 unter der Energieverhältnisgrenze 336 liegt.
Eine Zeitsicherungsprüfung 520 bestimmt, ob die Zeitsicherung 356 angibt, dass in dem IR-Signal 312 (3) während eines ausreichend langen Zeitraums keine annehmbaren Pulse aufgetreten sind. Falls dies der Fall ist, wird eine Zeitablaufausgabe 522 festgelegt. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform umfasst die Zeitsicherungsprüfung 520 Vergleicher, welche feststellen, ob die Zeitsicherung 356 –1 oder größer als 5 ist, wodurch angegeben wird, dass keine annehmbaren Pulse seit dem Beginn oder während eines längeren Zeitraums als die letzten 5 Blöcke des IR-Signals 312 aufgetreten sind.
Die von der Signalstärke abhängigen Prüfungen 530 stellen fest, ob sich das Pulsoximeter innerhalb der vorstehend mit Bezug auf die 2A und 2B beschriebenen Betriebsgrenzen befindet. Falls die durch den Signalstärkevektor 314 bestimmte Signalstärke unterhalb der Untergrenze 230 liegt (2A–B), wird die Signalstärke-Fehlerausgabe 534 festgelegt. Falls die Signalstärke oberhalb der Untergrenze 230 liegt (2A–B), jedoch ansonsten außerhalb des Betriebsbereichs liegt, d.h. innerhalb des schraffierten Bereichs 270 (2A–B) oberhalb der Untergrenze 230 (2A–2B), wird die "Schlechte-Signalstärke"-Ausgabe 532 festgelegt.
Eine logische UND-Funktion 540 legt eine "Schlechte-Signalqualität"-Ausgabe 542 fest, falls die Ausgaben schlechtes Energieverhältnis 512, schlechte Signalstärke 532 und Zeitablauf 522 festgelegt sind. Eine logische ODER-Funktion 550 legt die Sondenablösungsausgabe 358 fest, falls die Ausgaben schlechte Signalqualität 542 oder Signalstärkenfehler 534 festgelegt sind.
6 zeigt eine bestimmte Ausführungsform der von der Signalstärke abhängigen Prüfungen 530 (5). Der Signalstärkevektor 314 wird in die 15 einzelnen Signalstärkeskalare 612 umgewandelt. Relative Prüfungen 620 und absolute Prüfungen 630 werden an jedem der 15 Skalare 612 ausgeführt. Jede relative Prüfung 620 bestimmt, ob die Signalstärke innerhalb der Signalstärkegrenze 338 in Bezug auf die PR-Dichte 354 liegt. Das heißt, dass jede relative Prüfausgabe 622 wie nachfolgend dargelegt festgelegt wird, wobei auf die vorstehende Gleichung 3 verwiesen sei:
Jede absolute Prüfung 630 bestimmt, ob die Signalstärke oberhalb der absoluten minimalen Untergrenze 230 liegt (2A–2B). Das heißt, dass jede absolute Prüfausgabe 632 folgendermaßen festgelegt wird:
Die 15 relativen Prüfausgaben 622 werden durch einen Summier- und Vergleichsschritt 660 verarbeitet, wodurch eine arithmetische Summe dieser Ausgaben 622 gebildet wird. Falls die Summe größer oder gleich 5 ist, wird die Ausgabe 532 der schlechten Signalstärke festgelegt. Das heißt, dass eine schlechte Signalstärke angegeben wird, falls mindestens 1/3 der Skalare in dem Signalstärkevektor 314 ihre relativen Prüfungen 620 nicht bestehen. Ebenso werden die 15 absoluten Prüfausgaben 632 durch einen Summier- und Vergleichsschritt 670 verarbeitet, der eine arithmetische Summe dieser Ausgaben 632 bildet. Falls die Summe größer oder gleich 5 ist, wird die Signalstärke-Fehlerausgabe 534 festgelegt. Das heißt, dass ein Signalstärkefehler angegeben wird, falls mindestens 1/3 der Skalare in dem Signalstärkevektor 314 die absoluten Prüfungen 630 nicht bestehen.
Diese Verbesserung für das Detektieren von Pulsoximetrie-Sondenablösungszuständen wurde detailliert in Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart. Diese Ausführungsformen sind nur durch Beispiele offenbart und schränken den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht ein, der durch die nachstehenden Ansprüche definiert ist. Durchschnittsfachleuten werden viele Variationen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung einfallen.

Claims

Verbesserter Sondenablösungsdetektor für einen Pulsoximetriesensor, wobei der Detektor einen Signaleingang (312), der so ausgebildet ist, daß er einer Lichtabschwächungsmenge an einer Gewebestelle entspricht, einen Signalqualitätseingang (354) und einen Sondenablösungsausgang (358) aufweist, wobei der Signalqualitätseingang (354) von einem Vergleich zwischen einem Sensorausgang und einem physiologischen Signalmodell abhängig ist, der Sondenablösungsausgang einen Hinweis auf eine nicht richtige Anbringung an der Gewebestelle gibt und der Detektor aufweist: einen Signalstärkerechner (310), der einen in Verbindung mit dem Signaleingang (312) stehenden Eingang aufweist und einen von der zeitlich sich ändernden Komponente des Signaleingangs (312) abhängigen Signalstärkeausgang (314) bereitstellt; ein gespeichertes Verhältnis zwischen dem Signalstärkeausgang (314) und dem Signalqualitätseingang (354), das einen annehmbaren Betriebsbereich für den Sensor definiert; und einen Vergleicher (530), der als Eingänge den Signalstärkeausgang (314) und den Signalqualitätseingang (354) aufweist und den Sondenablösungsausgang (358) auf der Grundlage eines Vergleichs des Signalstärkeausgangs (314) und des Signalqualitätseingangs (354) mit dem gespeicherten Verhältnis bereitstellt.
Verbessertes Verfahren zum Detektieren einer nicht richtigen Anbringung eines Pulsoximetriesensors an einer Gewebe stelle durch Verarbeitung eines Sensorsignals (312), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Festsetzen einer von der Signalqualität abhängigen Signalstärkegrenze (338); Berechnen eines Signalstärkewerts (314) anhand des Sensorsignals (312); Berechnen eines einen Vergleich zwischen dem Sensorsignal (312) und einem physiologischen Modell anzeigenden Signalqualitätswerts (354); und Angeben eines Sondenablösungszustands bei Unterschreiten der Grenze (338) für den im Berechnungsschritt bestimmten Signalqualitätswert durch den Signalstärkewert (314).