DE69730055T2

DE69730055T2 - Kontinuierliche gitterabschirmung für elektromagnetische strahlung für pulsoximeter

Info

Publication number: DE69730055T2
Application number: DE1997630055
Authority: DE
Inventors: Russell Delonzor; Al Namy
Original assignee: Nellcor Puritan Bennett LLC
Current assignee: Nellcor Puritan Bennett LLC
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2017-05-28
Also published as: JP2000504958A; EP1016338A1; EP1016338B1; CA2253915C; DE69730055D1; US5752914A; CA2253915A1; JP3307953B2; WO1997046069A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fotosensoren, insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zur Verhinderung einer elektromagnetischen Störung eines Pulsoximeter-Fotodetektors unter Verwendung einer Faraday-Abschirmung.
Pulsoximetrie wird typischerweise zur Messung verschiedener Blutstrom-Charakteristika verwendet, welche, allerdings nicht ausschließlich, die Blut-Sauerstoffsättigung von Hämoglobin in arteriellem Blut, das Volumen von dem Gewebe zugeführten individuellen Blutpulsen und die Rate von Blutpulsen entsprechend jedem Herzschlag des Patienten umfassen. Eine Messung dieser Charakteristika wurde durch Verwendung eines nicht invasiven Messfühlers erreicht, welcher Licht durch einen Abschnitt des Gewebes des Patienten streut, wenn Blut das Gewebe durchströmt, und die Lichtabsorption in einem solchen Gewebe fotoelektrisch erfasst. Die Menge des absorbierten Blutes wird dann verwendet, um die Menge des gemessenen Blutbestandteiles zu berechnen.
Das durch das Gewebe hindurchgestreute Licht ist derart ausgewählt, dass es sich aus einer oder mehreren Wellenlängen zusammensetzt, die von dem Blut in einem Betrag absorbiert werden, der repräsentativ für die Menge des in dem Blut anwesenden Blutbestandteiles ist. Die Menge von durchgelassenem durch das Gewebe hindurch gestreutem Licht wird sich entsprechend der Veränderung der Menge des Blutbestandteiles in dem Gewebe und der diesbezüglichen Lichtabsorption unterscheiden. Um den Blut-Sauerstoffpegel zu messen, wurden solche Messfühler gemäß bekannten Techniken zur Messung der Blut-Sauerstoffsättigung typischerweise mit einer Lichtquelle, die zur Erzeugung von Licht mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen fähig ist, und mit Fotodetektoren versehen, die auf beide dieser Wellenlängen empfindlich reagieren.
Bekannte nicht invasive Messfühler umfassen Vorrichtungen, die an einem Bereich des Körpers wie einem Finger, einem Ohr oder der Kopfhaut befestigt sind. Bei Tieren und Menschen wird das Gewebe dieser Körperbereiche von Blut durchströmt und die Gewebeoberfläche ist für den Messfühler leicht zugänglich.
Das von dem Fotodetektor erzeugte Detektorsignal kann nicht nur auf Licht ansprechen, sondern kann ebenso einen durch elektromagnetische Strahlungsfelder induzierten Strom umfassen. Diese Felder könnten beispielsweise von weiterer elektrischer Ausstattung in der Nähe stammen. Typischerweise wird eine elektromagnetische Abschirmung, oder Faraday-Gitter, über die Oberseite des Fotodetektors angeordnet und mit dem Boden verbunden, um die Menge einer solchen elektromagnetischen Kopplung in den Detektor hinein zu verringern. Da Licht das Gitter durchdringen muß, damit der Fotodetektor wie gewünscht arbeitet, ist ein Kompromiss erforderlich.
Ein Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik ist in 1 gezeigt, bei dem ein Faradayscher Käfig einen Fotodetektor umgibt, wenn die oberen Abschnitte über die Rückseite des Fotodetektors gefaltet sind. Ein Gitter 12 liegt der Stirnseite des Fotodetektors gegenüber, wohingegen der Körper des Käfigs ein festes Metall wie Kupfer ist. Ein Isolationsband 14 ist an der Innenseite des Metalls angebracht, um ein Kurzschließen zu dem Fotode tektor zu vermeiden. Die Leitungen des Fotodetektors erstrecken sich aus einer Öffnung 16 heraus. Die Herstellung einer solchen Abschirmung erfordert es, dass das feste Metall geätzt wird, um den Gitterabschnitt zu erzeugen. Wenn in einem Messfühler angeordnet, muß sorgfältig darauf geachtet werden, dass die scharfen Kanten des Käfigs andere Abschnitte des Messfühlers nicht zerstören.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wie beansprucht schafft eine verbessterte elektromagnetische Abschirmung für einen Fotodetektor, welcher ein auf eine Isolationsschicht geschichtetes Drahtgeflecht-Gitter verwendet. Ein Abschnitt des Sandwiches aus Drahtgeflecht-Gitter und laminierter Schicht kann dann ausgeschnitten werden, um eine individuelle elektromagnetische Abschirmung zur Verfügung zu stellen. Die Sandwichverbindung ist flexibel und kann einfach um den Fotodetektor herum gewickelt werden. Vorzugsweise liegt auf einer Seite der Isolationsschicht ein Klebstoff vor, um es der herumgewickelten Verbindung zu ermöglichen, an dem Fotodetektor zu haften.
Die Erfinder haben festgestellt, dass eine solche Abschirmung mit einem um alle Seiten des Fotodetektors herumliegenden Drahtgeflecht geeignet ist, die elektromagnetische Störung zu verringern. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Drahtgeflecht Kupfer, welches auf einen druckempfindlichen Klebstoff geschichtet ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein getönter Kunststoff verwendet. Die Tönung ist aus einem leitfähigen Material hergestellt, welches eine ausreichende Leitfähigkeit hat, um gegen unerwünschte elektromagne tische Strahlung abzuschirmen, wohingegen es ausreichend transparent ist, um zu ermöglichen, dass ausreichend Licht der geeigneten Wellenlängen durch die getönte Schicht hindurch zu dem Fotodetektor durchdringt. Vorzugsweise ist der getönte Kunststoff derart flexibel, dass er um den Fotodetektor herumgewickelt werden kann, und weist an einer Seite einen Klebstoff auf, um an dem Fotodetektor zu haften.
Für ein besseres Verständnis der Art und der Vorteile der Erfindung sollte die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beachtet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Bild eines Faradayschen Käfigs nach dem Stand der Technik;
2 zeigt ein Bild einer elektromagnetischen Drahtgeflecht-Abschirmung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Bild, welches die Umwicklung einer Drahtgeflecht-Abschirmung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung um den Fotodetektor herum veranschaulicht; und
4 zeigt ein Bild einer elektromagnetischen Abschirmung aus getöntem Kunststoff gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die 2 zeigt ein Bild eines Ausführungsbeispieles einer elektromagnetischen Abschirmung, die ein Drahtgeflecht-Gitter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Ein Drahtgeflecht-Gitter 20 ist oberhalb einer Isolationsschicht 22 gezeigt. Das Drahtgeflecht-Gitter setzt sich vorzugsweise aus Kupferdrähten zusammen, wobei die Drähte einen Durchmesser zwischen 0,0020 und 0,0024 Inch, vorzugsweise 0,0022 Inch haben. Zusätzlich ist das Gitter mit einer Dichte von vorzugsweise zwischen 75 × 75 und 125 × 125 Drähte pro Quadrat-Inch (psi), bevorzugter 100 Drähte × 100 Drähte psi geflochten.
Die Isolationsschicht 22 ist vorzugsweise ein doppelseitiger Klebstoff, welcher auf beiden Seiten mit einer Trenneinlage abgedeckt ist. Die Trenneinlage wird von einer an das Kupfergeflecht angrenzenden Seite abgezogen und das Kupfergeflecht wird dann auf den Klebstoff geschichtet. Eine elektromagnetische Abschirmung kann dann aus einer großen Platte herausgeschnitten werden, indem durch das Drahtgeflecht und die Isolationsschicht 22 geschnitten wird, jedoch nicht durch die verbleibende Trenneinlage. Anschließend, beim Zusammenbau, kann ein bestimmtes elektromagnetisches Gitter-Sandwich aus einem Drahtgeflecht 20 und einer Isolationsschicht 22 von der Trenneinlage abgezogen und an einem Fotodetektor angebracht werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Isolationsschicht 22 ein Polyester, der 0,5 mil dick ist und zu einer Dicke von 1,5 mil an jeder Seite mit Klebstoff beschichtet ist.
Es wurde experimentell herausgefunden, dass ein Geflecht der obigen Abmessungen ausreichend für eine elektromagnetische Abschirmung ist, wohingegen es die gewünschten Wellenlängen des Lichts um lediglich näherungsweise 40% abschwächt.
3 veranschaulicht die Umwickelung eines laminierten Sandwiches 24 um den Fotodetektor 26 herum. Die Isolationsschicht 22 ist an den Fotodetektor angrenzend angeordnet und deren Klebstoff hilft dabei, sie an dem Fotodetektor festzuhalten. Zusätzlich weist der Fotodetektor Leitungen 28 auf, welche sich zwischen dem Fotodetektor und einer Leitungs-Abschirmung 30 erstrecken. Diese nicht abgeschirmten Leitungen zwischen der Abschirmung 30 und dem Fotodetektor 26 können ebenfalls anfällig für eine elektromagnetische Störung sein. Dementsprechend wird die elektromagnetische Abschirmung 24 vorzugsweise ebenso um diese Leitungen herum verwendet.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kupfergeflecht plattiert, um eine Korrosion zu verhindern. Eine Korrosion des Kupfergeflechts wird dessen Farbe zu grün verändern, was sich auf die Kalibrierung eines Pulsoximeter-Messfühlers auswirken könnte, der für eine bestimmte Wellenlänge der Quellen roten und Infrarot-Lichts kalibriert ist. Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Zinn-Blei-Plattierung verwendet.
Ein Vorteil des Ausführungsbeispiels der 2 und 3 besteht darin, dass die elektromagnetische Abschirmung flexibel ist und um den Fotodetektor herum verbogen werden kann, ohne dass scharfe Kanten geschaffen werden, wie es bei dem Käfig nach dem Stand der Technik von 1 der Fall ist.
4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine elektromagnetische Abschirmung 32 unter Verwendung einer Isolationsschicht 34 ausgebildet ist, die eine darauf aufgebrachte leitfähige Schicht 36 aufweist. Die zusätzliche Schicht 36 stellt ein getöntes Erscheinungsbild bereit. Die Beschichtung 36 ist ausreichend leitfähig, um die elektromagnetische Störung zu verringern, wohingegen sie ausreichend transparent ist, um zu ermöglichen, dass ausreichend Licht durch sie hindurchtritt. Vorzugsweise wird weniger als 50% des Lichts abgeschwächt und wenigstens 50% der elektromagnetischen Störung, die in einen ungeschützten Fotodetektor induziert würde, beseitigt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Schicht 34 ein Kunststoff-Film sein und die leitfähige Schicht 36 könnte Indium-Zinn-Oxid sein. Alternativ könnte eine dünne Silberschicht oder eine andere Schicht verwendet werden.
Eine Schwierigkeit bei einer solchen leitfähigen Schicht ist es, ein Erdungskabel mit der Abschirmung zu verbinden, was auch für das Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 erfolgen muß. Es ist schwierig, einen Draht an eine solche leitfähige Schicht anzulöten. Vorzugsweise wird ein anderes Verfahren zur Verbindung eines Drahtes wie Tieftemperatur-Härten eines leitfähigen Epoxids oder eines leitfähigen Klebstoffs verwendet. Materialien, die in Z-Achse leitfähig oder anisotrop sind, könnten alternativ verwendet werden. Andere Alternativen sind gasdichte mechanische Kröpfungen, Kantenverbindungen ohne Eindringkräfte, Klammern oder Niete. Einmal gebildet, kann die elektromagnetische Abschirmung von 4 aus einer größeren Platte ausgestanzt und wie in dem Ausführungsbeispiel von 3 um einen Fotodetektor herumgewickelt werden.
Für Fachleute ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung in anderen spezifischen Ausführungen gebildet werden kann, ohne dass man ihren Gedanken oder grundlegende Eigenschaften verlässt. Demgemäß ist die obige Beschreibung veranschaulichend, jedoch nicht einschränkend für den Gegenstand der Erfindung gedacht, welcher in den nachstehenden Ansprüchen ausgedrückt wird.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung einer elektromagnetischen Abschirmung für einen Fotodetektor (26), welches umfasst: Bereitstellen einer Isolationsschicht (22); Bereitstellen eines Drahtgeflecht-Gitters (20); Schichten des Drahtgeflecht-Gitters auf die Isolationsschicht zur Erzeugung eines laminierten Sandwiches; Ausschneiden einzelner elektromagnetischer Abschirmungen aus dem laminierten Sandwich; und Anordnen einer der elektromagnetischen Abschirmungen, so daß sie an dem Fotodetektor (26) anliegt, wobei die Isolationsschicht auf den Fotodetektor weist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches den Schritt der Bereitstellung eines Klebstoffes auf einer Seite der Isolationsschicht (22) umfasst, die entgegengesetzt zu dem Drahtgeflecht-Gitter (20) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Isolationsschicht als doppelseitige Klebstoffschicht ausgebildet ist, die auf wenigstens einer Seite mit einer Trenneinlage verbunden ist, und bei dem der Schneideschritt durch die doppelseitige Klebstoffschicht schneidet, jedoch nicht durch die Trenneinlage.
Verfahren nach Anspruch 1, welches den Schritt umfasst, daß die elektromagnetische Abschirmung um zu dem Fotodetektor führende Leitungen (28) herum gewickelt wird, so daß eine Abschirmung um die Leitungen herum gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Drahtgeflecht aus Kupfer ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Drahtgeflecht Drähte umfasst, welche einen Durchmesser von 0,05 bis 0,061 mm (0,0020 bis 0,0024 in) aufweisen, und ein Gitter von 3 × 3 bis 4,9 × 4,9 Drähte mm^–2 (75 × 75 und 125 × 125 Drähte in^–2) aufweist.
Meßfühler, welcher umfasst: einen Fotodetektor (26), der in dem Meßfühler befestigt ist; ein Drahtgeflecht-Gitter (20); und eine Isolationsschicht (22), welche derart auf das Drahtgeflecht-Gitter laminiert ist, daß sich eine elektromagnetische Abschirmung ausbildet, wobei die elektromagnetische Abschirmung den Fotodetektor wenigstens teilweise umschließt.
Meßfühler nach Anspruch 7, welcher einen mit der Isolationsschicht verbundenen Klebstoff umfasst, so daß die elektromagnetische Abschirmung in Position gehalten wird.
Meßfühler nach Anspruch 7, bei dem die elektromagnetische Abschirmung ebenfalls wenigstens teil weise Leitungen des Fotodetektors entsprechend einer Abschirmung für die Leitungen umschließt.
Meßfühler nach Anspruch 7, bei dem das Drahtgeflecht aus Kupfer ist.
Meßfühler nach Anspruch 7, bei dem das Drahtgeflecht Drähte umfasst, welche einen Durchmesser von 0,05 bis 0,61 mm (0,0020 bis 0,0024 in) aufweisen, und ein Gitter von 3 × 3 bis 4,9 × 4,9 Drähte mm^–2 (75 × 75 und 125 × 125 Drähte in^–2) aufweist.