DE60133533T2

DE60133533T2 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung eines physiologischen parameters

Info

Publication number: DE60133533T2
Application number: DE60133533T
Authority: DE
Inventors: Ziad Newton ELGHAZZAWI
Original assignee: Draeger Medical Systems Inc
Current assignee: Draeger Medical Systems Inc
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: AU2001236703A1; ATE391452T1; WO2001058345A1; US20020007114A1; DE60133533D1; US6574491B2; CN1441648A; JP2003521984A; CN100506143C; EP1253851A1; EP1253851B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Erfassen eines gewünschten physiologischen Parameters in einem physiologischen elektrischen Signal und insbesondere das Entfernen von Artefakten aus dem physiologischen Signal, um den gewünschten Parameter exakter zu erfassen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist oft erforderlich, einen physiologischen Parameter in einem elektrischen physiologischen Signal zu erfassen. Zum Beispiel werden Parameter, die die Herzfunktion betreffen, unter Verwendung bekannter Elektrokardiogramm-Systeme erfasst, Parameter, die die Gehirnfunktion betreffen, werden unter Verwendung bekannter Elektroenzephalogramm-Systeme erfasst und die Parameter des Sauerstoffgehalts im Blut und der Pulsfrequenz werden unter Verwendung bekannter Oximeter-Systeme erfasst. Im verbleibenden Teil dieser Anmeldung werden Puls-Oximeter-Systeme näher beschrieben, gleichwohl der Fachmann weiß, dass die Systeme, Schaltungen und Verfahren der Beschreibung modifiziert werden können, um auf andere Systeme, die physiologische Parameter in einem elektrischen physiologischen Signal erfassen, angewandt zu werden.
Bekannte Oximeter-Systeme verwenden Lichtsignale, um den Sauerstoffgehalt im Blut zu erfassen. Man lasst Licht zweier unterschiedlicher Wellenlängen auf durchblutetes Fleisch fallen und entweder wird ausgesendetes oder reflektiertes Licht erfasst, dieses wird umgewandelt in ein elektrisches physiologisches Signal und dieses elektrische Signal wird verarbeitet, um den physiologischen Parameter des Sauerstoffgehaltes im Blut, alles in bekannter Weise, zu erfassen. Es ist allgemein bekannt, dass viele Faktoren ein Rauschen in das elektrische Signal einschleppen: zum Beispiel eine Bewegung des Patienten, Wechsel der Umgebungslichtstärke und, in einem geringeren Ausmaß, die elektromagnetische Störbeeinflussung durch elektrischer Leitungen und/oder durch andere in Betrieb befindliche elektrische Geräte in der Nähe des Oximeter-Systems.
Zur Steigerung der Exaktheit hat es viele Anstrengungen gegeben, das elektrische oximetrische Signal in dem Rauschen, das solchen Systemen inhärent ist, exakt zu erfassen. Einige aus dem Stand der Technik bekannte Systeme transformieren den Zeitbereich des elektrischen physiologischen Signals (einschließlich dem Rauschen) in den Frequenzbereich und führen die weitere Verarbeitung im Frequenzbereich aus. Derartige Systeme nutzen die Fourier-Transformation, um das elektrische physiologische Signal in den Frequenzbereich zu transformieren. Insbesondere eine diskrete Fourier-Transformation einer bestimmten Form, vorzugsweise die schnelle Fourier-Transformation (FFT) wird verwendet. Die Frequenzbereich-Signale werden dann ausgewertet, um das physiologische Signal von dem Rauschen zu trennen und den gewünschten Parameter zu erfassen.
Das US-Patent 6,122,535 von Kaestle et al., das am 19. September 2000 veröffentlicht wurde, zeigt ein System, bei dem FFTs sowohl aus den IR als auch den Rotlicht darstellenden Signalen, die von dem oximetrischen Sensor erstellt wurden, berechnet werden. Sowohl für die Rotlivht als auch die IR-Signale werden aus den FFTs Größenumwandlungen berechnet. Die Größenumwandlung für eines der Signale wird auf der x-Achse aufgetragen, die Größenumwandlung des jeweils anderen der beiden Signale auf der y-Achse. Der sich hieraus ergebene x-y Auftrag beinhaltet, was Zeiger genannt wird und vom Ursprung weg radial verläuft. Die Größe und Winkel dieser Zeiger und anderer in Beziehung mit diesen stehender Parameter werden in einer Tabelle zusammengetragen. Jeder Eintrag in der Tabelle wird nach verschiedenen Gesichtspunkten gewertet. Der Eintrag mit der höchsten Punktzahl wird als die tatsächliche Pulsfrequenz des Patienten wiedergebend ausgewählt. In Bezug zu diesem Eintrag stehende Daten aus der FFT werden dann verarbeitet, um die Parameter Pulsfrequenz und Sauerstoffgehalt des Blutes (SpO₂) zu generieren.
Das US-Patent 6,094,592 von Yorkey et al., veröffentlicht am 25. Juli 2000, zeigt ein anderes System, bei dem FFTs sowohl aus den IR als auch den Rotlicht darstellenden Signalen, die von dem oximetrischen Sensor erstellt wurden, berechnet werden. Ein SpO₂-Parameter wird für jeden einzelnen Punkt der FFT berechnet. Dann wird ein Histogramm von allen SpO₂-Parametern, die zuvor berechnet wurden, erstellt. Nach einem Satz Regeln wird einer der SpO₂-Parameter aus den Informationen des Histogramms ausgewählt. Dieser SpO₂-Wert wird als Parameter des Sauerstoffgehaltes im Blut angezeigt.
Das US-Patent 5,924,980 von Coetzee, veröffentlicht am 20. Juli 1999, zeigt noch ein anderes System, bei dem FFTs sowohl aus den IR als auch den Rotlicht darstellenden Signalen, die von dem oximetrischen Sensor erstellt wurden, berechnet werden. In diesem Patent werden „gute" und „schlechte" Licht-darstellende Signalanteile, die durch den oximetrischen Sensor generiert werden, identifiziert, indem die Licht darstellenden Signale mit einer „idealen" Wellenform verglichen werden. Ausreißer werden identifiziert und entfernt, indem die Rotlicht und IR-Licht darstellenden Signale korreliert werden. Als Ergebnis der Korrelation wird der nachteilige Effekt des Signalrauschens minimiert und der SpO₂-Wert wird in einer exakteren Weise berechnet.
Das US-Patent 5,632,272 von Diab et al., veröffentlicht am 27 Mai 1997, offenbart ein System zur Auswertung zweier gemessener Signale (insbesondere in Bezug auf die Blut-Oximetrie), die durch Koeffizienten in Beziehung miteinander stehen. Um die richtigen Koeffizienten zu finden, nutzt das System eine Transformation, die mehrere mögliche Signalkoeffizienten bewertet.
„Pulse Oximetry Through Spectral Analysis" von J. E. Scharf et al. offenbart die Verwendung der Spektralanalyse für die Verarbeitung der Signale der Puls-Oximetrie-Wellenformen.
Die schnelle Fourier-Transformation von acht einzelnen Rotlicht und Infrarot-Wellenform Datensegmenten wird mittels eines maßgeschneiderten C-Programms erreicht. Des Weiteren werden die Stärken der Spitzen der Spektralanalyse im Herzspektrum zur Berechnung eines SpO₂-Wertes verwendet.
Alle diese aus dem Stand der Technik bekannten Systeme erfordern einen hohen Verarbeitungsaufwand und infolgedessen eine große Menge an Energie. Ein System, das einen geringeren Verarbeitungsaufwand erfordert und weniger Energie verbraucht, ist wünschenswert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein System zum Erfassen eines physiologischen Parameters in einem physiologischen Signal eine Quelle des physiologischen Signals. Eine Schaltung, die mit der Signalquelle verbunden ist, erfasst spektrale Höchstwerte in dem physiologischen Signal. Eine Rechenschaltung, die mit der Schaltung zum Erfassen spektraler Höchstwerte verbunden ist, berechnet zu jedem erfassten spektralen Höchstwert einen entsprechenden Parameterwert. Eine Gewichtungsschaltung, die mit der Rechenschaltung und der Schaltung zum Erfassen der spektralen Höchstwerte verbunden ist, gewichtet jeden Höchstwert entsprechend einem Signalmerkmal und dem Parameterwert, der diesem Höchstwert entspricht. Eine Schaltung, die mit der Gewichtungsschaltung verbunden ist, wählt den Höchstwert entsprechend vorgegebener Kriterien aus. Eine Ausgangsschaltung, die mit der Auswahlschaltung und der Rechenschaltung verbunden ist, generiert dann den Parameterwert, der dem ausgewählten Höchstwert entspricht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das ein den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung entsprechendes System zum Erfassen des Sauerstoffgehalts im Blut (SpO₂) darstellt und
2 ein Diagramm, das ein Verfahren zum Erfassen eines spektralen Höchstwertes darstellt, welches in dem in der 1 dargestellten System einsetzbar ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist ein Blockdiagramm, das ein System zum Erfassen des Sauerstoffgehaltes im Blut (SpO₂) entsprechend den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung aufzeigt. Gemäß 1 ist ein oximetrischer Sensor 10, der durch die Kombination einer Lichtquelle 14 mit einem Lichtsensor 16 dargestellt wird, mit einer Steuerschaltung 100 verbunden. Gemäß 1 ist eine Ausgangsklemme einer Steuerung 102 mit einer Eingangsklemme einer Lichtquelle 14 verbunden. Zusätzliche Ausgangsklemmen der Steuerung 102 sind mit entsprechenden Steuer-Eingangsklemmen (nicht dargestellt) einer anderen Schaltung innerhalb der Steuerschaltung 100 verbunden. Der Fachmann weiß, welche Steuersignale erforderlich sind, wie diese generiert werden und wie sie mit der Schaltung innerhalb der Steuerschaltung 100, die diese benötigt, verbunden werden.
Die Lichtquelle 14 ist dazu ausgelegt, Licht abzugeben, das auf durchblutetes Fleisch 5 fällt, wie beispielsweise einen Finger oder ein Ohrläppchen, wie allgemein bekannt. Das Licht, das vom Fleisch 5 durchgelassen oder reflektiert wird, wird von einem Lichtsensor 16 empfangen. Eine Ausgangsklemme des Lichtsensors 16 ist in Reihe geschaltet mit einem Bandpassfilter (BPF) 108, einer Schaltung 110 zur FFT-Berechnung, einem Größenrechner 112, einem Höchstwertdetektor 114, einem SpO₂-Wert Rechner 118, einer Höchstwert-Gewichtungsschaltung 120, einem Höchstwertselektor 122, einer Schaltung 124 zur Überprüfung von Unterschwingungen und einer Schaltung 126, die Ausgangssignale erstellt, welche die Parameter SpO₂ und Pulsfrequenz wiedergeben. Eine erste Ausgangsklemme der Ausgangsschaltung 126 generiert den SpO₂-Parameterwert und ist des Weiteren mit einer Eingangsklemme eines Monitors 128 verbunden. Eine zweite Ausgangsklemme der Ausgangsschaltung 126 erstellt ein die Pulsfrequenz darstellendes Signal.
Die Lichtquelle 14 umfasst im Betrieb wenigstens zwei Leuchtdioden: die eine gibt ein Licht der Wellenlänge von rotem Licht ab, die andere gibt ein Licht der Wellenlänge von Infrarotlicht als Antwort auf ein Steuersignal der Steuerung 102 ab. Die Steuerung 102 liefert der Lichtquelle 14 Signale, welche die Lichtquelle 14 veranlassen, abwechselnde Lichtsignale der jeweiligen Wellenlängen zu erstellen. Alternativ kann in bekannter Weise die Steuerung 102 die LEDs anregen, ein Licht während sich gegenseitig ausschließender Zeitabschnitte abzugeben, einschließlich einer Zeitspanne, während der von keiner LED ein Licht abgegeben wird. Der Lichtsensor 16 empfängt die Lichtsignale, die ausgesendet oder von dem Fleisch 5 reflektiert werden. Die Signale werden in geeigneter Weise verarbeitet, um separate elektrische rote und Infrarot-Signale zu erstellen, welche in bekannter Weise die von der korrespondierenden LED der Lichtquelle 14 empfangenen Signale wiedergeben. Dieser Ablauf kann eine Geräuschfilterung beinhalten, eine Dunkelzeit-Verarbeitung (kein LED-Licht), eine Verstärkungsregelung und möglicherweise eine Umwandlung in digitale Muster, alles in bekannter Weise. In einem weiteren Diagramm werden die elektrischen Rotlicht und Infrarot-Signale durch einzelne Signallinien wiedergegeben, es sei denn, dass es konkret anders beschrieben ist. Der Fachmann weiß, dass ein Teil dieser Verarbeitung durch die Steuerschaltung 100 ausführbar ist, gleichwohl eine solche Schaltung nicht dargestellt ist, um die Figur einfach zu halten.
Da bekannt ist, dass interessante elektrische physiologische Signale nur im Frequenzbereich zwischen 0,5 Hz und 5 Hz vorliegen, filtert der Bandpassfilter 108 die empfangenen Licht-darstellenden Signale und lässt nur die innerhalb des Durchlassbereiches liegenden Frequenzen durch. Die Schaltung 110 zur Berechnung der FFT führt eine Transformation der gefilterten Rotlicht und IR-Signale in den Frequenzbereich aus. Die Rotlicht und IR-FFTs werden in gewohnter Weise durch den Größenrechner 112 in Stärke-Transformationen umgewandelt. Die Schaltung 114 erfasst die Höchstwerte der Stärke-FFT lediglich des IR-Signals. Zum Erfassen des Höchstwertes kann irgendeines der vielen bekannten Verfahren auf die IR-Stärke FFT eingesetzt werden, um die Höchstwerte zu erfassen.
2 stellt ein Diagramm dar, welches das Verfahren zum Erfassen eines spektralen Höchstwertes wiedergibt und das in das in 1 dargestellte System einsetzbar ist. Gemäß 2 wird die IR-Stärke-FFT hinsichtlich der Frequenz vom dc-Punkt nach oben verschoben. Ein Höchstwert wird immer dann erfasst, wenn die Stärke der IR-FFT von der Stärke des Ausgangspunktes aus um wenigstens einen vorgegebenen Betrag (z. B. 300) steigt, bevor die Stärke der IR-FFT um den vorgegebenen Betrag unterhalb des Höchstwertes fällt. Der erfasste Höchstwert weist eine Frequenz und eine Stärke auf. Die Frequenz des erfassten Höchstwertes ist die Frequenzlage in der FFT, in der die maximale Stärke erfasst wurde, und die maximale Stärke in dieser Frequenzlage ist die Stärke des Höchstwertes.
Insbesondere unter Bezugnahme auf 2 wird eine exemplarische IR-Stärke-FFT wiedergegeben. Der Fachmann weiß, dass eine solche FFT aus einem geordneten Satz von Größenwerten besteht, wobei jeder Wert die Stärke eines IR-Signals einer entsprechenden Frequenz darstellt. Um jedoch klarer das Verfahren zum Erfassen von Höchstwerten zu beschreiben, wird dieser Satz von Werten durch ein Liniendiagramm dargestellt, welches das Stärkenspektrum wiedergibt. Ausgehend vom dc-Punkt 202 wird die Stärke der IR-FFT überwacht, um zu erfassen, wann sie den dc-Wert um einen vorgegebenen Betrag, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel 300 ist, übersteigt. Gemäß 2 geschieht dies an dem Punkt 204. Vom Punkt 204 aus wird der maximale Wert der Stärke der IR-FFT kontinuierlich aktualisiert und die Stärke der IR-FFT wird überwacht, um zu erfassen, wann sie den maximalen Wert um einen vorgegebenen Betrag (z. B. 300) unterschreitet. Ein Maximum wird im Speziellen an dem Punkt 206 erfasst. Das Maximum besitzt den Wert M1 und die Frequenz F1. Dieser Höchstwert wird ausgewählt, wenn die Stärke der IR-FFT um den vorgegebenen Betrag (300) unter den maximalen Wert M1 fällt, welches an dem Punkt 208 erfolgt. Vom Punkt 208 aus wird der minimale Wert der Stärke der IR-FFT kontinuierlich aktualisiert und die Stärke der IR-FFT wird überwacht, um zu erfassen, wann sie den minimalen Wert um einen vorgegebenen Betrag (300) übersteigt. Ein Minimum wird im Speziellen an dem Punkt 210 erfasst. Dieses Minimum wird ausgewählt, wenn die Stärke der IR-FFT die minimale Stärke an dem Punkt 210 um den vorgegebenen Betrag (300) übersteigt, welches an dem Punkt 212 geschieht. Die Stärke und die Frequenz des minimalen Punktes sind nicht relevant.
Von Punkt 210 an wiederholt sich der vorstehend beschriebene Ablauf, um weitere Höchstwerte zu erfassen. Folglich wird, wie vorstehend beschrieben, von Punkt 212 an der maximale Wert der Stärke der IR-FFT kontinuierlich aktualisiert und die Stärker der IR-FFT wird überwacht, um zu erfassen, wann sie den maximalen Wert um den vorgegebenen Betrag (300) unterschreitet. Ein zweites Maximum wird an dem Punkt 214 erfasst. Dieses Maximum besitzt den Wert M2 und die Frequenz F2. Dieser Höchstwert wird ausgewählt, wenn die Stärke der IR-FFT um den vorgegebenen Betrag (300) unter die maximale Stärke M2 fällt, welches an dem Punkt 216 erfolgt. Alle diese Höchstwerte werden auf diese Weise erfasst. Diese Höchstwerte werden weiter verarbeitet wie nachfolgend beschrieben. Alternativ kann eine vorgegebene maximale Anzahl an Höchstwerten weiter verarbeitet werden (z. B. 10 bis 30). In diesem Fall werden die 10 bis 30 Höchstwerte mit der größten Stärke weiter verarbeitet, wie nachfolgend beschrieben, während die übrigen verworfen werden.
Die Rechenschaltung 118 berechnet den SpO₂-Wert für die Frequenz eines jeden Höchstwertes, der durch die Schaltung 114 zum Erfassen der Höchstwerte identifiziert wurde. Für jeden dieser Höchstwerte basiert die Berechnung auf dem Quotienten R, der nachfolgend in der Gleichung (1) wiedergegeben ist, in der ACrot die Stärke der Rotlicht-FFT im Bereich Höchstwertes, der in der IR-FFT erfasst wurde, DCrot die Stärke der Rotlicht-FFT im Bereich der Nullfrequenz (DC), ACir die Stärke der IR-FFT im Bereich des Höchstwertes und DCir die Stärke der IR-FFT im Bereich der Nullfrequenz (DC) wiedergibt. Der Quotient R wird dann als Eingabeparameter einer versuchsweise bestimmten Nachschlagetabelle verwendet, um den SpO₂-Wert korrespondierend zu diesem Quotienten zu bestimmen.
Jeder Höchstwert, der von dem Höchstwertdetektor 114 erfasst wird, wird dann durch die Gewichtungsschaltung 120 gewichtet. Die Gewichtung basiert im Allgemeinen auf dem SpO₂-Wert, der in der Rechenschaltung 118 berechnet wurde, und auf anderen Signalmerkmalen. Diese Signalmerkmale können in Beziehung zu den physiologischen Signalen selbst oder zu einem anderen Signal gesetzt werden, wie in 1 als Phantom dargestellt, durch Signalleitungen, die mit einer zweiten Eingangsklemme der Gewichtungsschaltung 120 verbunden sind. Diese Signalmerkmale können beispielsweise ein Wert, eine Steigung oder ein Integral oder irgendeine andere Funktion eines oder mehrerer Signale einschließlich des physiologischen Signals entweder im Zeit- oder Frequenzbereich sein.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Gewicht W wie in der nachfolgenden Gleichung (2) angegeben berechnet, indem der von der Rechenschaltung 118 berechnete SpO₂-Wert genommen wird, in die zweite Potenz erhoben wird, und mit der Größe des korrespondierenden IR-FFT-Höchstwertes (ACir) multipliziert wird, um das Gewicht W zu erhalten, das diesem Höchstwert entspricht. W = (SpO2)3·ACir (2)
Die Auswahlschaltung 122 wählt einen Höchstwert entsprechend einem vorgegebenen Kriterium aus. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Höchstwert als die tatsächliche Pulsfrequenz wiedergebende Höchstwert ausgewählt, der das größte Gewicht W aufweist.
Wenn jedoch der von der Auswahlschaltung 122 ausgewählte Höchstwert zwischen 0,75 Hz und 1,4 Hz liegt, dann ist es möglich, dass die Frequenz dieses Höchstwertes nicht die Pulsfrequenz wiedergibt, sondern statt dessen die erste Oberschwingung der Pulsfrequenz und dass der die Frequenz der Grundschwingung wiedergebende spektrale Höchstwert durch Rauschen überlagert wird. Optional kann daher vor der endgültigen Auswahl eines die Pulsfrequenz wiedergebenden Höchstwertes eine weitere Überprüfung vorgenommen werden.
Die Kontrollschaltung 124 prüft die Frequenz des durch die Auswahlschaltung 122 ausgewählten Höchstwertes, um zu bestimmen, ob dieser zwischen 0,75 Hz und 1,4 Hz liegt. Ist dies der Fall, dann wird die Lage innerhalb der Stärke der IR-FFT bei der halben Frequenz, wiedergegeben durch den ausgewählten Höchstwert, überprüft, um zu bestimmen, ob er als ein Höchstwert identifiziert wurde. Wenn dieser Bereich kein Höchstwert ist, dann wird der anfangs durch die Auswahlschaltung 122 ausgewählte Höchstwert als Höchstwert ausgewählt und die Pulsfrequenz und der SpO₂-Wert, die diesem Wert entsprechen, an den Ausgangsklemmen der Ausgangsschaltung 126 erstellt und auf dem Monitor 128 angezeigt.
Wenn andererseits die Lage der Stärke der IR-FFT bei der halben Frequenz des anfangs durch die Auswahlschaltung 122 ausgewählten Höchstwertes ebenfalls als Höchstwert bestimmt wird, dann wird die Stärke dieses Höchstwertes (unterer Höchstwert) mit der Stärke des anfangs durch die Auswahlschaltung 122 ausgewählten Höchstwertes (oberer Höchstwert) verglichen. Wenn die Stärke des unteren Höchstwertes zweimal größer als die Stärke des oberen Höchstwertes ist, dann wird der SpO₂-Wert für den unteren und den oberen Höchstwert berechnet und verglichen. Wenn der SpO₂-Wert (ausgedrückt in Prozent) für den unteren Höchstwert um 2% größer als der SpO₂-Wert für den oberen Höchstwert ist, dann wird der untere Höchstwert als Basiswert angenommen und die Frequenz des unteren Höchstwertes wird als Wiedergabe der Pulsfrequenz angesehen. In diesem Fall werden die Pulsfrequenz und der SpO₂-Wert, die dem unteren Höchstwert entsprechen, an den Ausgangsklemmen der Ausgangsschaltung 126 erstellt und auf dem Monitor 128 angezeigt. Andernfalls wird der obere Höchstwert als Basiswert angenommen und die Pulsfrequenz und der SpO₂-Wert, die dem oberen Höchstwert entsprechen, an den Ausgangsklemmen der Ausgangsschaltung 126 erstellt und auf dem Monitor 128 angezeigt.
Das in der 1 dargestellte System wird vorstehend beschrieben als ein System, das aus separaten miteinander verbundenen Hardware-Elementen besteht, und ein solches System könnte in dieser Weise implementiert werden. Der Fachmann jedoch weiß, dass die Kontrollschaltung 100 auch als ein Computer-System implementiert werden könnte, das unter der Kontrolle eines Kontrollprogramms abläuft, bei welchem von einem Lichtsensor 16 empfangene Signale durch einen Analog-Digital-Wandler in bekannter Weise in ein Muster in digitaler Form umgewandelt werden. Die digitalen Muster werden von dem Computer 100 empfangen und das ganze Filtern, Transformieren und Berechnen sowie Vergleichen wird von dem Computer unter Kontrolle eines in einem Speicher (nicht dargestellt) abgelegten Programms in bekannter Weise ausgeführt.
Beim Erfassen spektraler Höchstwerte in den elektrischen Rotlicht und Infrarot-Signalen wird die Anzahl der Berechnungen, die es durchzuführen gilt, gegenüber den vorstehend beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren reduziert und demzufolge die Energie, die zum Erfassen der Pulsfrequenz und des SpO₂-Gehaltes erforderlich sind, ebenfalls reduziert.
In der Beschreibung genannte Referenzdokumente
Die vom Anmelder genannte Liste der Referenzdokumente dient lediglich dem Nutzen des Lesers. Sie ist nicht Bestandteil der Europäischen Patentschrift. Gleichwohl große Sorgfalt auf die Zusammenstellung der Referenzen verwendet wurde, können Fehler oder Unvollständigkeiten nicht ausgeschlossen werden und das EPA lehnt jegliche Haftung in diesem Zusammenhang ab.
In der Beschreibung genannte Patentschriften:

– US 6,122,535 A , Kaestle
– US 5,924,980 A , Coetzee
– US 6,094,592 A , Yorkey
– US 5,632,272 A , Diab

Claims

System zum Erfassen eines physiologischen Parameters in einem physiologischen Signal, das aus dem Blut des Patienten hergeleitet wird, umfassend eine Vorrichtung (16) zum Aufnehmen des physiologischen Signals und zur Vornahme einer Transformation des Frequenzbereichs des physiologischen Signals; einen Höchstwertdetektor (114), der gekoppelt ist mit der Einrichtung zur Vornahme der Frequenzbereichstransformation zur Aufnahme einer Anzahl Höchstwerte aus der Transformation des Infrarotfrequenzbereichs des physiologischen Signals, ausschließlich der Höchstwerte aus der Transformierung des Rotfrequenzbereichs, welche dem physiologischen Signal entsprechen: eine mit dem Höchstwertdetektor gekoppelte Rechenschaltung (118) zum Berechnen eines den jeweils aufgenommenen Höchstwerts entsprechenden Parameterwerts; einen Gewichtungsprozessor (120) zum Gewichten eines jeden erfassten Höchstwerts aus der Anzahl Höchstwerte auf Basis einer Signaleigenschaft und dem SpO₂-Wert, der dem Höchstwert entspricht; einen Höchstwertselektor (122), der gekoppelt ist mit dem Gewichtungsprozessor zum Auswählen eines gewichteten Höchstwerts gemäß einem vorgegebenen Kriterium; und eine Ausgangsschaltung, die mit dem Höchstwertselektor gekoppelt ist, zum Erzeugen eines Parameterwerts, der dem gewählten gewichteten Höchstwert entspricht.
System nach Anspruch 1, zudem umfassend einen Bandpassfilter, der zwischen der Vorrichtung zum Empfangen des physiologischen Signals und der Vorrichtung zum Erzeugen einer Frequenzbereichstransformation eingebaut ist.
System nach Anspruch 1, worin der Gewichtungsprozessor einen einzelnen Höchstwert der erfassten Höchstwerte gemäß dem Wert aus der Infrarot-Frequenzbereichstransformation, der dem einzelnen Höchstwert entspricht, und dem SpO₂-Wert, der dem Höchstwert entspricht, und ohne weitere Faktoren gewichtet.
System nach Anspruch 1, worin der Höchstwertdetektor ausschließlich Höchstwerte von einer Infrarot-Frequenzbereichstransformation des physiologischen Signals, unabhängig von einer zugehörigen Rotlicht-Frequenzbereichstransformation des physiologischen Signals erfasst.
System nach Anspruch 1, wobei der Höchstwertselektor einen gewichteten Höchstwert mit der höchsten Wichtigkeit auswählt.
System nach Anspruch 1, wobei der physiologische Parameter die Blutsauerstoff-Konzentration (SpO₂) ist.
System nach Anspruch 6, zudem umfassend einen Bandpassfilter, der zwischen der Signalquelle und dem Höchstwertdetektor angeschlossen ist.
System nach Anspruch 7, wobei der Durchlassbereich des Bandpassfilters im Wesentlichen zwischen etwa 0,5 Hz und etwa 5 Hz liegt.
System nach Anspruch 6, zudem umfassend eine Quelle für ein Rotsignal, welches das empfangene Rotlicht darstellt, und eine Quelle für ein Infrarotsignal, welches das empfangene Infrarotlicht darstellt.
System nach Anspruch 9, worin der Höchstwertdetektor zum Erfassen von Höchstwerten einer Infrarot-Frequenzbereichstransformation eines physiologischen Signals einen Fourier-Transformationsprozessor umfasst, der transformierte Rot- und Infrarotsignale erzeugt.
System nach Anspruch 10, worin der Fourier-Transformationsprozessor eine FFT-Schaltung umfasst.
System nach Anspruch 10, wobei der Prozessor zum Berechnen eines Wertes, der die Blutsauerstoffkonzentration darstellt, umfasst: eine Schaltung zum Berechnen eines Verhältniswertes R gemäß der Gleichung:
worin ist: ACred Stärke des transformierten Rotsignals bei jedem Höchstwert der Infrarot-Frequenzbereichstransformation; DCred DC-Stärke des transformierten Rotsignals; ACir Stärke des transformierten IR-Signals bei jedem Höchstwert; und DCir DC-Stärke des IR-Signals; und eine Nachschlagetabelle zum Nachschlagen des SpO₂-Wertes gemäß dem Verhältnis R.
System nach Anspruch 10, wobei der Gewichtungsprozessor einen einzelnen Höchstwert der erfassten SpektralHöchstwerte gemäß der Gleichung: W = (SpO2)2·ACir wichtet, worin ist: ACir Stärke des transformierten IR-Signals bei jedem Höchstwert.
System nach Anspruch 6, wobei jeder erfasste Höchstwert zudem eine Frequenz aufweist, und das System zudem umfasst einen Prozessor zum Bestimmen, ob die mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehende Frequenz in einem festgelegten Frequenzbereich ist, und wenn die mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehende Frequenz in einem festgelegten Frequenzbereich ist, dann: Überprüfen, ob das transformierte Signal bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz ebenfalls ein Höchstwert ist, und wenn das Signal bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz ebenfalls ein Höchstwert ist, dann: Vergleichen der jeweiligen Stärken des ausgewählten Höchstwerts und des Höchstwerts bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz, und wenn die Stärke des Höchstwerts bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz um einen festgelegten Faktor größer ist als die Stärke des ausgewählten Höchstwerts, und der SpO₂-Wert des Höchstwerts bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz um einen festgelegten Betrag größer ist als der SpO₂-Wert des ausgewählten Höchstwerts, dann Auswählen des Höchstwerts bei der halben Frequenz des ausgewählten Höchstwerts.
System nach Anspruch 14, wobei der festgelegte Faktor im Wesentlichen 2 ist.
System nach Anspruch 14, wobei der SpO₂-Wert ausgedrückt ist als Prozentsatz; und der festgelegte Betrag im Wesentlichen 2% ist.
System nach Anspruch 14, wobei der festgelegte Frequenzbereich im Wesentlichen zwischen etwa 0,5 Hz und etwa 1,4 Hz liegt.
System nach Anspruch 6, das in einem Computersystem befindlich unter der Steuerung eines Steuerprogramms arbeitet.
Verfahren zum Erfassen eines physiologischen Parameters aus einem von Patientenblut hergeleiteten physiologischen Signal, umfassend die Schritte: Aufnehmen des physiologischen Signals, das den Parameter darstellt: Erzeugen einer Frequenzbereichstransformation des physiologischen Signals; Erfassen einer Anzahl Höchstwerte aus einer Transformation des Infrarotfrequenzbereichs des physiologischen Signals, ausschließlich der Höchstwerts einer Transformation im Bereich der Rotfrequenz, welche dem physiologischen Signal entspricht; Gewichten eines jeden erfassten Höchstwerts aus der Anzahl Höchstwerte gemäß einer Signaleigenschaft und dem SpO₂-Wert, der diesem Höchstwert entspricht Auswählen eines gewichteten Höchstwerts gemäß einem vorgegebenen Kriterium; und Erzeugen eines physiologischen Parameters, der dem ausgewählten gewichteten Höchstwert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 19, zudem umfassend den Schritt: Begrenzen der Bandbreite des physiologischen Signals.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Erfassens der Höchstwerte umfasst das ausschließliche Erfassen von Höchstwerten aus einer Infrarot-Frequenzbereichstransformation des physiologischen Signals unabhängig von einer damit einhergehenden Rotlicht-Frequenzbereichstransformation des physiologischen Signals.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Gewichtungsschritt umfasst das Gewichten eines einzelnen Höchstwerts der erfassten Höchstwerte gemäß dem stellvertretenden Wert der Infrarot-Frequenzbereichstransformation, der dem einzelnen Höchstwert entspricht, und dem SpO₂-Wert, der dem einzelnen Höchstwert entspricht, und ohne weitere Faktoren.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Auswahlschritt den Schritt des Auswählens eines gewichteten Höchstwerts mit der höchsten Gewichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der physiologische Parameter die Blutsauerstoffkonzentration (SpO₂) ist.
Verfahren nach Anspruch 24, zudem umfassend den Schritt des Begrenzens der Bandbreite des physiologischen Signals.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Begrenzungsschritt den Schritt umfasst des Begrenzens der Bandbreite auf im Wesentlichen zwischen etwa 0,5 Hz und etwa 5 Hz.
Verfahren nach Anspruch 24, zudem umfassend einen Transformationsschritt, umfassend den Schritt des Transformierens der Rot- und IR-Signale zu transformierten Rot- bzw. IR-Signalen, und wobei der Empfangsschritt den Schritt umfasst des Empfangens eines Rotsignals, das das empfangene Rotlicht darstellt, und eines IR-Signals, das das empfangene IR-Licht darstellt; wobei der Erfassungsschritt den Schritt umfasst des Erfassens von Höchstwerts im transformierten IR-Signal.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das transformierte physiologische Signal eine DC-Stärke aufweist, und der Rechenschritt die Schritte umfasst: Berechnen eines Verhältniswertes R gemäß der Gleichung:
worin ist: ACred Stärke des transformierten Rotsignals bei jedem Höchstwert der Infrarot-Frequenzbereichstransformation; DCred DC-Stärke des transformierten Rotsignals; ACir Stärke des transformierten IR-Signals bei jedem Höchstwert; und DCir DC-Stärke des IR-Signals; und Nachschlagen des SpO₂-Wertes aus einer Nachschlagetabelle gemäß dem Verhältnis R.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Gewichtungsschritt die Schritte umfasst des Gewichtens eines einzelnen Höchstwerts des erfassten SpektralHöchstwerts gemäß der Gleichung: W = (SpO2)2·ACirworin ist: ACir Stärke des transformierten IR-Signals bei dem Höchstwert.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Transformationsschritt zudem den Schritt des Transformierens der Rot- und IR-Signale zu stärkentransformierten Rot- bzw. IR-Signalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei ein jeder erfasste Höchstwert zudem eine Frequenz aufweist, und das Verfahren nach dem Auswahlschritt zudem die Schritte umfasst: Bestimmen, ob die mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehende Frequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich ist, und wenn die mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehende Frequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich ist, dann Durchführen der Schritte: Überprüfen, ob das transformierte Signal bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz ebenfalls ein Höchstwert ist, und wenn das Signal bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz ebenfalls ein Höchstwert ist, dann Durchführen der Schritte: Vergleichen der jeweiligen Stärken des ausgewählten Höchstwerts und des Höchstwerts bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz, und wenn die Stärke des Höchstwerts bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz um einen festgelegten Faktor größer ist als die Stärke des ausgewählten Höchstwerts, und der SpO₂-Wert des Höchstwerts bei der mit dem ausgewählten Höchstwert einhergehenden halben Frequenz um einen festgelegten Betrag größer ist als der SpO₂-Wert des ausgewählten Höchstwerts, dann Auswählen des Höchstwerts bei der halben Frequenz des ausgewählten Höchstwerts.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der festgelegte Faktor im Wesentlichen 2 ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Wert, der den SpO₂ darstellt, ausgedrückt ist als Prozentsatz; und der vorgegebene Betrag im Wesentlichen 2% ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der vorgegebene Frequenzbereich im Wesentlichen zwischen etwa 0,5 Hz und etwa 1,4 Hz liegt.