DE102007043669A1 - Fractional oxygen saturation measuring method, involves implementing procedural correction method, which enables display of all saturation parameters such as fractional, functional and dysfunctional hemoglobin saturation - Google Patents

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Abstract

The method involves implementing a procedural correction method, which enables display of all saturation parameters such as fractional, functional and dysfunctional hemoglobin saturations. The functional saturation is determined under utilization of two wavelengths, and saturation of the dysfunctional hemoglobin saturation is determined under utilization of a set of wavelengths. The saturation of the dysfunctional hemoglobin saturation is calibrated by a correction factor, which is determined from a clinical study. An independent claim is also included for a device for measuring fractional oxygen saturation in blood.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der fraktionellen Sauerstoffsättigung unter Berücksichtigung der durch mindestens zwei Wellenlängen bestimmten funktionellen Sauerstoffsättigung.The The invention relates to a method for measuring fractional oxygen saturation considering the functional one determined by at least two wavelengths Oxygen saturation.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Messung eines Parameters, insbesondere der fraktionellen Sauerstoffsättigung, unter Berücksichtigung einer funktionellen Sättigung, insbesondere der funktionellen Sauerstoffsättigung. Schließlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung von Blutparametern.The Invention relates to this In addition, a method for measuring a parameter, in particular fractional oxygen saturation, considering a functional saturation, in particular the functional oxygen saturation. Finally, concerns The invention relates to a device for determining blood parameters.

Die Pulsoximetrie wird zur Überwachung der Sauerstoffsättigung des Hämoglobins eingesetzt. Hierzu wird durch einen Finger Licht von zwei verschiedenen Wellenlängen, beispielsweise 660 nm und 905 nm, geleitet, welches durch das in dem Gewebe pulsierende Blut teilweise absorbiert wird. Der Grad der Absorption wird durch Analyse des auf der anderen Seite des durchstrahlten Gewebe austretenden Lichtanteiles bestimmt, was den direkten Rückschluss auf die Sauerstoffsättigung des pulsierenden und damit arteriellen Blutes erlaubt.The Pulse oximetry is used for monitoring the oxygen saturation of hemoglobin used. This is done by one finger light of two different Wavelengths, For example, 660 nm and 905 nm, passed through the in the tissue pulsating blood is partially absorbed. The degree The absorption is by analysis of the other side of the durchstrahlten tissue emergent light component determines what the direct inference to the oxygen saturation of the pulsating and therefore arterial blood.

Im üblichen Messbereich (80–100% Sättigung) ist die Pulsoximetrie verglichen mit der arteriell invasiv gemessenen Sauerstoffsättigung klinisch hinreichend genau. Die Grenzen der Pulsoximetrie treten beispielsweise beim Vorliegen einer Intoxikation, z. B. durch Kohlenmonoxid, oder bei einer medikamentös-toxisch bedingten Methämoglobinämie auf. Hier wird die pulsoximetrische Sauerstoffsättigung falsch zu hoch gemessen, was gefährliche Folgen haben kann.In the usual Measuring range (80-100% Saturation) is the pulse oximetry compared with the arterial invasive measured oxygen saturation clinically accurate. The limits of pulse oximetry occur for example, in the presence of intoxication, z. By carbon monoxide, or at a drug-toxic conditional methemoglobinemia. Here, the pulse oximetric oxygen saturation is wrongly measured too high, which dangerous Can have consequences.

Mit den existierenden Geräten wird die funktionelle Sauerstoffsättigung (SpO2) berechnet, d. h. nur die oxigenierten und reduzierten Hämoglobine werden bei Messung und Kalibrierung berücksichtigt. Die kontinuierliche Messung der funktionellen Sauerstoffsättigung (SpO2) mit einem Pulsoximeter dient der ununterbrochenen Überwachung einer ausreichenden Oxygenierung. Dabei kann die Messung im Vergleich zum Goldstandard (arterielle Blutgasanalyse, SaO2) zu falsch hohen oder falsch niedrigen Messwerten führen.With the existing devices the functional oxygen saturation (SpO2) is calculated, i. H. only the oxygenated and reduced hemoglobins are measured and calibration. The continuous measurement of functional oxygen saturation (SpO2) with a pulse oximeter is for uninterrupted monitoring adequate oxygenation. The measurement can be compared to gold standard (arterial blood gas analysis, SaO2) to false high or false low readings.

Zur quantitativen Bestimmung der fraktionellen Sättigungen können die folgenden Formeln verwendet werden.to Quantitative determination of fractional saturations can be made by the following formulas be used.

Fraktionelle Sättigung des Mehrkanaloxymeters (invasiv)Fractional saturation of the multichannel oxymeter (Invasive)

  • saO2 = CHbO2/CHbO2 + CHbDe + CCOHb + CMetHbsaO2 = CHbO2 / CHbO2 + CHbDe + CCOHb + CMetHb

Funktionelle Sättigung des Pulsoxymeters (nicht invasiv)Functional saturation of the pulse oximeter (not invasive)

  • saO2(funk) = CHbO2/CHbO2 + CHbDe ≈ spO2saO2 (funk) = CHbO2 / CHbO2 + CHbDe ≈ spO2

Das Vorhandensein von Dyshämoglobinen (COHb, MetHb) und/oder einer niedrigen Konzentration an Hämoglobin kann schwerwiegende Folgen haben und eine Reduzierung der Sauerstofftransport-Kapazität des arteriellen Blutes bewirken.The Presence of dyshemoglobins (COHb, MetHb) and / or a low concentration of hemoglobin can have serious consequences and a reduction in the oxygen transport capacity of the arterial Cause blood.

Die Gesamthämoglobinkonzentration, die für die Diagnostik von Anämien ebenfalls eine wichtige Größe ist, läßt sich mit den derzeit auf dem Markt vorhandenen Pulsoximetern nicht berechnen. Sie kann bis zum heutigen Tag nur invasiv und diskontinuierlich gemessen werden, was grundsätzlich eine Laboruntersuchung zur Folge hat. Außerdem kann die invasive Methode nicht zur kontinuierlichen Beobachtung eingesetzt werden.The Total hemoglobin concentration, the for the diagnosis of anemia is also an important quantity, let yourself Do not calculate with the pulse oximeters currently available on the market. It can only be invasive and discontinuous to this day be measured, which is basically results in a laboratory examination. In addition, the invasive method not used for continuous observation.

Die Anzeige der funktionellen Sauerstoffsättigung führt insbesondere im Fall einer Kohlenmonoxidvergiftung zu einer fälschlichen Erhöhung des pulsoximetrischen Anzeigewertes. Dieser Wert ist damit für den Arzt nicht mehr zur Diagnostik der tatsächlichen O2-Sättigung des betroffenen Patienten verwertbar.The Display of functional oxygen saturation leads in particular in the case of Carbon monoxide poisoning to a false increase in the pulse oximetric display value. This value is for the doctor not to diagnose actual O2 saturation of the affected patient.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die photometrische nicht-invasive Bestimmung der fraktionellen Hämoglobinsättigungen. Dazu werden ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung angegeben, welche nicht-invasiv die fraktionelle Sauerstoffsättigung und zumindest eine fraktionelle Hämoglobinkonzentration bestimmen. Dieses neue Verfahren erlaubt eine einfache und schnelle Detektion der fraktionellen O2-Sättigung und kann an jedem Ort eingesetzt werden.aim The present invention is therefore the photometric non-invasive Determination of fractional hemoglobin saturations. These are a novel method and a novel device which non-invasively determines the fractional oxygen saturation and determine at least one fractional hemoglobin concentration. This new method allows easy and fast detection fractional O2 saturation and can be used anywhere.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Bestimmung der fraktionellen Sättigung saO2 aus der pulsoximetrischen Sättigung spO2 mit Hilfe zumindest einer bekannten dysfunktionellen Hämoglobinsättigung.The The object of the invention is the determination of the fractional saturation saO2 from the pulsoximetric saturation spO2 with the help of at least one known dysfunctional hemoglobin saturation.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die pulsoximetrische Sättigung SpO2 unter Verwendung von zumindest zwei Wellenlängen bestimmt wird und die Sättigung zumindest einer dysfunktionellen Hämoglobinfraktion, wie beispielsweise SaCO, unter Verwendung zumindest einer weiteren Wellenlänge bestimmt wird. Die Bestimmung der dysfunktionellen Hämoglobinsättigungen erfolgt aufgrund einer bekannten Kalibration. Danach wird die funktionelle saO2, nämlich saO2 (funk), durch eine Korrektur in die fraktionelle Sauerstoffsättigung überführt.According to the invention Task solved by that the pulse oximetric saturation SpO2 is determined using at least two wavelengths and the saturation at least one dysfunctional hemoglobin fraction, such as SaCO, determined using at least one additional wavelength becomes. The determination of the dysfunctional hemoglobin saturations is due to a known calibration. Then the functional saO2, namely saO2 (funk), converted by a correction in the fractional oxygen saturation.

Klassische Pulsoximeter sind nicht fraktionell, sondern entsprechend der funktionellen Definition kalibriert. Dies bedeutet, dass bei allen Blutgasanalysen die mitgemessenen dysfunktionellen – Haemoglobinwerte vom Gesamt-Hb abgezogen werden und das Pulsoximeter nur auf die funktionellen Hb-Komponenten HbO2 und HbDe (deoxgeniert) kalibriert wird.Classical Pulse oximeters are not fractional, but according to the functional Definition calibrated. This means that in all blood gas analyzes the measured dysfunctional - hemoglobin values of total Hb be deducted and the pulse oximeter only on the functional Hb components HbO2 and HbDe (deoxygenated) is calibrated.

Der funktionelle Zusammenhang lautet dabei: sO2, funk = HbO2/(HbDe + HbO2)ca. spO2 The functional context is: sO2, funk = HbO2 / (HbDe + HbO2) approx. SPO2

Pulsoximeter messen jedoch nicht präzise entsprechend der funktionellen Definition, da sich die optischen Eigenschaften der Hb-Fraktionen nicht präzise nach der gewählten funktionellen Definition verhalten. Pulsoximeter messen deshalb näherungsweise für Kohlenmonoxid funktionell und für MetHb praktisch nicht entsprechend dieser Definition.Pulse oximeter however, do not measure accurately according to the functional definition, since the optical Properties of Hb fractions are not precise according to the chosen functional Behave definition. Therefore, pulse oximeters measure approximately for carbon monoxide functional and for MetHb practically not according to this definition.

Die Kalibration wird über eine ausreichende Wertezahl arterieller saO2/saCO Messungen durchgeführt, da eben spO2 nicht präzise saO2, funk darstellt.The Calibration is over a sufficient number of arterial saO2 / saCO measurements has been performed since just spO2 not precise saO2, funk represents.

Erfindungsgemäß wird dieser Sachverhalt zur Bestimmung der fraktionellen O2-Sättigung genutzt.According to the invention this Facts for the determination of fractional O2 saturation used.

Die saCO-Sättigung wird durch eine klinische Vergleichsstudie bestimmt, beispielsweise unter Berücksichtigung venöser Referenz-Messungen, um somit eine ausreichende Anzahl von saCO-Kalibrationsdaten zu erreichen. Alternativ oder ergänzend wird die saMet-Sättigung durch eine klinische Vergleichsstudie bestimmt, beispielsweise unter Berücksichtigung venöser Referenz-Messungen, um somit eine ausreichende Anzahl von saMet-Kalibrationsdaten zu erreichen.The Saco saturation is determined by a clinical comparative study, for example considering venous Reference measurements, thus providing a sufficient number of saCO calibration data to reach. Alternatively or additionally, the saturation saturation determined by a clinical comparative study, for example under consideration venous Reference measurements, thus providing a sufficient number of saMet calibration data to reach.

Die funktionelle saO2-Sättigung wird aus einer klinischen Hypoxie-Studie bestimmt. Damit wird aus Patientenmessungen (ca. saO2)funk als Messergebnis kalibriert.The functional SaO2 saturation is determined from a clinical hypoxia study. This turns into patient measurements (about saO2) radio calibrated as a measurement result.

Die fraktionelle O2-Sättigung wird aus den genannten Größen saCO und saO2, funk bestimmt, unter Verwendung der Beziehung saO2 = saO2, funk(1 – saCO) The fractional O 2 saturation is determined from the above parameters saCO and saO 2, funk, using the relationship saO2 = saO2, funk (1 - saCO)

Analog kann eine Bestimmung der SaMet erfolgen. Die saMet-Sättigung wird dazu durch eine klinische Validierungsstudie bestimmt und kalibriert.Analogous A determination of the SaMet can be made. The saMet saturation is done by a clinical validation study determined and calibrated.

Damit erhält man erfindungsgemäß aus der saO2, funk (SpO2) und der saCO die fraktionelle O2-Sättigung und die fraktionelle saCO-Sättigung.In order to receives according to the invention from the saO2, funk (SpO2) and saCO the fractional O2 saturation and the fractional saCO saturation.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Ausgabe zumindest zweier der Werte saO2, funk, SpO2, SaO2, SaCO, SaMet, SaSulf cHb im Bereich eines Displays vorgesehen. Bevorzugt sind dabei zumindest zwei der Werte auf Anwenderauswahl hin alternativ darstellbar, beispielsweise SpO2 und SaO2.at the device according to the invention is an output of at least two of the values saO2, funk, SpO2, SaO2, SaCO, SaMet, SaSulf cHb are provided in the area of a display. Prefers if at least two of the values are alternative to user selection representable, for example SpO2 and SaO2.

Die pulsoximetrische Sättigung spO2 ist näherungsweise eine funktionelle Sauerstoff-Sättigung saO2 funk

Figure 00060001
The pulse oximetric saturation spO2 is approximately a functional oxygen saturation saO2 funk
Figure 00060001

Die fraktionelle Sauerstoffsättigung ist wie folgt definiert und bezieht sich auf die Gesamtheit der Hb-Fraktionen, dabei sowohl auf die Fraktionen cHbO2 und cHbDe, als auch auf die Gesamtheit der dysfunktionellen Hb-Fraktionen.The fractional oxygen saturation is defined as follows and refers to the totality of Hb fractions, both on the fractions cHbO2 and cHbDe, as well as on the whole of the dysfunctional Hb fractions.

Figure 00060002
Figure 00060002

Die Definition der fraktionellen CO-Sättigung ist:

Figure 00070001
The definition of fractional CO saturation is:
Figure 00070001

Im Beispiel sei angenommen, dass die dominierende dysfunktionelle Sättigung die CO-Sättigung sei:

Figure 00070002
In the example, assume that the dominant dysfunctional saturation is CO saturation:
Figure 00070002

Dann gilt für SaO2:

Figure 00070003
Then for SaO2:
Figure 00070003

Unter der Annahme, dass SpO2 näherungsweise SaO2 funk ist, gilt:

Figure 00070004
Figure 00080001
Assuming that SpO2 is approximately SaO2 funk, then:
Figure 00070004
Figure 00080001

Damit gilt für SpO2

Figure 00080002
und im Ergebnis ist nun die fraktionelle Sättigung saO2 aus der pulsoximetrischen Sättigung spO2 mit Hilfe der saCO zu berechnen. saO2 = spO2·(1 – saCO) ≈ saO2,func·(1 – saCO) This applies to SpO2
Figure 00080002
and finally the fractional saturation saO2 from the pulse oximetric saturation spO2 has to be calculated with the help of saCO. SAO 2 = spO 2 · (1 - saCO) ≈ saO 2, func · (1 - saCO)

Alternativ kann auch die MetHb-Sättigung als die dominierende dysfunktionelle Sättigung betrachtet werden. Ebenfalls alternativ kann auch die SulfHb-Sättigung als die dominierende dysfunktionelle Sättigung betrachtet werden.alternative can also MetHb saturation considered to be the dominant dysfunctional saturation. Also alternatively, SulfHb saturation may be the dominant one considered dysfunctional saturation become.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, alle dysHb-Sättigungen die aus klinischen Studien ermittelt wurden, als Berechungsgrundlage für die fraktionelle Sauerstoffsättigung heranzuziehen.Also according to the invention provided, all dysHb saturations calculated from clinical studies as a basis for calculation for the fractional oxygen saturation consulted.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen die Hämoglobinkonzentration zu bestimmen unter Berücksichtigung mindestens einer Korrektur, wobei die Korrektur unter Berücksichtigung einer funktionellen Sättigung SpO2 durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionelle Sättigung unter Verwendung von zumindest zwei Wellenlängen bestimmt wird und die Sättigung zumindest einer dysfunktionellen Hämoglo binfraktion, wie beispielsweise SaCO, unter Verwendung zumindest einer weiteren Wellenlänge bestimmt wird wobei die Sättigung der dysfunktionellen Hämoglobinfraktion durch einen, aus einer klinischen Studie ermittelten, Korrekturfaktor A kalibriert wird und wobei die funktionelle Sättigung durch einen weiteren, ebenfalls aus einer klinischen Studie ermittelten, Korrekturfaktor B kalibriert wird und eine fraktionelle Sättigung aus der funktionellen Sättigung und zumindest einer dysfunktionellen Hämoglobinfraktion berechnet wird.Also according to the invention provided the hemoglobin concentration to be determined under consideration at least one correction, with the correction taking into account a functional saturation SpO2 carried out is characterized in that the functional saturation is determined using at least two wavelengths and the saturation at least one dysfunctional hemoglobin binfraction, such as SaCO, determined using at least one additional wavelength where is the saturation the dysfunctional hemoglobin fraction by a correction factor determined from a clinical trial A is calibrated and wherein the functional saturation by another, also determined from a clinical trial, correction factor B is calibrated and a fractional saturation from the functional saturation and at least one dysfunctional hemoglobin fraction becomes.

Zur Ermittlung von Messwerten wird Licht aus einer oder mehreren Lichtquellen in ein Köperteil eingestrahlt. In variablem Abstand von diesen Quellen werden ein oder mehrere analysierende Detektorelemente bereitgestellt, die das Licht nach einer Lichtabschwächung und/oder Lichtstreuung im Gewebe empfangen.to Determining measured values is light from one or more light sources in a body part irradiated. At a variable distance from these sources will be one or a plurality of analyzing detector elements provided the light after a light attenuation and / or light scattering in the tissue.

Die Quelle elektromagnetischer Strahlung ist beispielsweise eine oder mehrere Laserdioden und/oder eine oder mehrere Weißlichtquellen und/oder eine oder mehrere LEDs.The The source of electromagnetic radiation is, for example, an or a plurality of laser diodes and / or one or more white light sources and / or one or more LEDs.

Die elektromagnetische Strahlung ist unter anderem ausgewählt aus einem oder mehreren Bereichen von 150 nm ± 15%, 400 nm ± 15%, 460 nm ± 15%, 480 nm ± 15%, 520 nm ± 15%, 550 nm ± 15%, 560 nm ± 15%, 600 nm ± 15%, 606 nm ± 15%, 617 nm ± 15%, 620 nm ± 15%, 630 nm ± 15%, 650 nm ± 15%, 660 nm ±, 705 nm ± 15%, 710 nm ± 15%, 720 nm ± 10%, 805 nm ± 15%, 810 nm ± 15%, 880 nm ± 15%, 905 nm ± 15%, 910 nm ± 15%, 950 nm ± 15%, 980 nm ± 15%, 980 nm ± 15%, 1050 nm ± 15%, 1200 nm ± 15%, 1310 nm ± 15%, 1380 nm ± 15%, 1450 nm ± 15%, 1600 nm ± 15%, 1800 nm ± 15%, 2100 nm ± 15%, 2800 nm ± 15%.The Electromagnetic radiation is selected among others one or more ranges of 150 nm ± 15%, 400 nm ± 15%, 460 nm ± 15%, 480 nm ± 15%, 520 nm ± 15%, 550 nm ± 15%, 560 nm ± 15%, 600 nm ± 15%, 606 nm ± 15%, 617 nm ± 15%, 620 nm ± 15%, 630 nm ± 15%, 650 nm ± 15%, 660 nm ±, 705 nm ± 15%, 710 nm ± 15%, 720nm ± 10%, 805 nm ± 15%, 810 nm ± 15%, 880 nm ± 15%, 905 nm ± 15%, 910 nm ± 15%, 950 nm ± 15%, 980 nm ± 15%, 980 nm ± 15%, 1050 nm ± 15%, 1200 nm ± 15%, 1310 nm ± 15%, 1380 nm ± 15%, 1450 nm ± 15%, 1600 nm ± 15%, 1800 nm ± 15%, 2100 nm ± 15%, 2800 nm ± 15%.

Die elektromagnetischen Wellen werden durch das zu untersuchende biologische Gewebe, mit oder ohne technische Behältnisse, geleitet.The electromagnetic waves are transmitted through the biological to be examined Tissue, with or without technical containers.

Der transmittierte und/oder der reflektierte Anteil der elektromagnetischen Wellen wird von einem Empfangssystem detektiert, dass bevorzugt als ein oder mehrere Photodetektoren ausgebildet ist. Das Empfangssystem ist in der Lage, im wesentlichen gleichzeitig verschiedene Wellenlängen zu detektieren. Das Empfangssystems ist weiterhin in der Lage, die detektierten elektromagnetischen Wellen aufzunehmen und/oder zu speichern und/oder weiterzugeben, beispielsweise in Form zumindest eines elektrischen Impulses, bevorzugt als Strom- und/oder Spannungssignal.Of the transmitted and / or the reflected portion of the electromagnetic Waves are detected by a receiving system that is preferred is formed as one or more photodetectors. The receiving system is able to transmit different wavelengths at substantially the same time detect. The receiving system is still capable of to record and / or to detect detected electromagnetic waves store and / or pass on, for example in the form of at least an electrical pulse, preferably as a current and / or voltage signal.

Das Signal wird von einer Auswerteeinheit durch eine Signalkonditionierung aufbereitet. Zumindest ein Signal wird durch aktive und/oder passive elektronische Bauelemente weiterverarbeitet. Bevorzugt erfolgt eine Signalverarbeitung durch Verstärkung und Filterung. Besonders bevorzugt erfolgt eine Anpassung der Signale durch Quotientenbildung des Wechselanteils zum Gleichanteil, und/oder durch Filtern, Rauschunterdrückung, Gleichrichten, Verstärken, über Widerstände, Kondensatoren, Verstärker, Hochpassfilter, logische Flip-Flops. Im Ergebnis ist die Ausgabe der Auswerteeinheit bevorzugt ein gefiltertes Signal bezüglich des Detektionssignals.The Signal is received from an evaluation unit through signal conditioning edited. At least one signal is active and / or passive electronic components further processed. Preferably, a signal processing takes place through reinforcement and filtering. Particularly preferably, an adaptation of the signals takes place Quotient formation of the alternating component to the DC component, and / or through filtering, noise reduction, rectifying, Amplify, over resistors, capacitors, Amplifier, High pass filter, logical flip flops. The result is the output the evaluation unit preferably prefers a filtered signal with respect to Detection signal.

Das aufbereitete Signal wird von einem A/D-Wandler mit hoher Bitbreite und Auflösung digitalisiert. Bevorzugt wird dazu ein A/D-Wandler von zumindest 12 Bit eingesetzt.The conditioned signal is from a high bit-width A / D converter and resolution digitized. For this purpose, preference is given to an A / D converter of at least 12 bits used.

Diese digitalisierten Signale, die repräsentativ für zumindest zwei verschiedene Wellenlängen der ursprünglich einge strahlten elektromagnetischen Strahlung sind, werden von zumindest einer CPU analysiert. Bevorzugt wird dazu mittels der Rechenleistung einer CPU ein Analysator realisiert. Im Bereich der CPU erfolgt eine Signalaufbereitung. Für die digitalen Signale wird im Bereich der CPU zumindest ein auslesbarer Datenspeicher bereitgestellt.These digitized signals that are representative of at least two different ones wavelength the original one are radiated electromagnetic radiation, are at least a CPU analyzed. This is preferred by means of the computing power a CPU realized an analyzer. In the area of the CPU is a Signal conditioning. For the digital signals become at least one readable in the area of the CPU Data store provided.

Im Bereich des Analysators erfolgen folgende Operationen alternativ, sequenziell oder zeitgleich:

  • • Messwerterfassung und Verarbeitung
  • • Bestimmung von Pulswellencharakteristiken bzw. -morphologien bzw. daraus abgeleitete Parameter wie Extrempunkte, Ableitungen, etc.
  • • Ein Maß für die Extinktionen des Gewebes wird durch Bezug zum Emissionsstrom ermittelt (berechnet oder ausgelesen)
  • • Artefaktbereinigung von Artefakten (Bewegung, Umlagerung, Perfusion,
  • • Parallele Meßwertreihen werden zu einem neuen Ergebnis zusammengeführt bzw. zurückgerechnet
  • • Berechnung und Konditionierung eines analogen oder digitalen Signals zur Steuerung weiterer Module oder Geräte
In the area of the analyzer, the following operations occur alternatively, sequentially or simultaneously:
  • • Data acquisition and processing
  • • Determination of pulse wave characteristics or morphologies or derived parameters such as extreme points, derivatives, etc.
  • A measure of the extinctions of the tissue is determined by reference to the emission current (calculated or read)
  • • artifact cleansing of artifacts (movement, rearrangement, perfusion,
  • • Parallel series of measurements are merged or recalculated into a new result
  • • Calculation and conditioning of an analog or digital signal to control other modules or devices

Eine Artefaktbereinigung erfolgt bevorzugt mittels einer CPU, die das Ausgangssignal der Auswerteeinheit im Zeitbereich (beispielsweise durch Polynomfunktionen) oder Frequenzbereich (beispielsweise durch Fouriertransformation oder Wavelets), weiterverarbeitet. Die Funktionen sind derart ausgewählt, dass sie an die möglichen Artefakteigenschaften angepasst sind.A Artefact cleaning is preferably done by means of a CPU, which the Output signal of the evaluation in the time domain (for example by polynomial functions) or frequency domain (for example by Fourier transformation or wavelets), further processed. The functions are selected such that to the possible ones Artifact properties are adjusted.

Unter Verwendung dieses Kalibrationsverfahrens werden die Meßwerte typischerweise auf eine Genauigkeit von zumindest 5%, bevorzugt 2% oder besser, bestimmt.Under Using this calibration method, the readings typically become to an accuracy of at least 5%, preferably 2% or better, certainly.

Der Wertebereich für die arterielle Blutsauerstoffsättigung liegt typisch bei 94% bis 99% Sättigung, wobei sich physiologische und/oder pathophysiologische Schwankungen aufgrund der sehr begrenzten Sauerstoffreserven des Körpers rasch auswirken können.Of the Value range for the arterial blood oxygen saturation is typically 94% to 99% saturation, being physiological and / or pathophysiological fluctuations due to the very limited oxygen reserves of the body quickly can affect.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, SaO2 mit einer Genauigkeit von zumindest 5%, bevorzugt zumindest 2%, nicht invasiv zu ermitteln, wobei der Messwert für Sauerstoff in weniger als 1 Minuten vorliegen kann, besonders bevorzugt ist der Messwert für SaO2 in weniger als 5 Sekunden zu ermitteln. Zur Ermittlung von SaO2 werden erfindungsgemäß zumindest zwei Wellenlängen, ausgewählt aus dem Bereich 590 nm bis 1000 nm, verwendet.Therefore, according to the invention proposed, SaO2 with an accuracy of at least 5%, preferably at least 2%, non-invasive, with the reading for oxygen in less than 1 minute, is particularly preferred the measured value for Determine SaO2 in less than 5 seconds. For the determination of SaO2 according to the invention at least two wavelengths, selected from the range 590 nm to 1000 nm.

Der Wertebereich für einen Kohlenmonoxidanteil SaCO im Blut liegt bei Nichtrauchern typisch bei < 3% und bei Rauchern typisch 5% ... 8% mit erhöhten Werten bis zu 15% Sättigung, wobei sich Veränderungen recht rasch auswirken können. Symptomatische CO-Vergiftungen liegen praktisch immer bei Werten > 20% vor.Of the Value range for A carbon monoxide SaCO in the blood is typical in nonsmokers at <3% and at Smokers typically 5% ... 8% with elevated levels up to 15% saturation, where changes are right can have a rapid impact. Symptomatic CO intoxications are practically always present at values> 20%.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen SaCO mit einer Genauigkeit von zumindest 5%, bevorzugt zumindest 2%, nicht invasiv zu ermitteln, wobei der Messwert für einen Kohlenmonoxidanteil SaCO im Blut in weniger als 100 Sekunden, bevorzugt in weniger als 20 Sekunden, besonders bevorzugt in weniger als 5 Sekunden, ermittelt ist. Zur Ermittlung von SaCO werden erfindungsgemäß zumindest drei Wellenlängen aus dem Bereich 590 nm bis 1000 nm verwendet.Therefore, according to the invention suggested SaCO with an accuracy of at least 5%, preferably at least 2%, non-invasive, taking the reading for one Carbon monoxide SaCO in the blood in less than 100 seconds, preferably in less than 20 seconds, more preferably in less than 5 Seconds, is determined. In order to determine SaCO, at least according to the invention three wavelengths used from the range 590 nm to 1000 nm.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Schaltplans der Vorrichtung. 1 shows a schematic representation of the circuit diagram of the device.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach 1 weist eine Sendereinheit (1) auf, in der sich wenigstens eine Leuchtdiode LEDa einer ersten vorbestimmten Nenn-Wellenlänge LAMBDAa befindet.A device according to the invention 1 has a transmitter unit ( 1 ), in which there is at least one light emitting diode LEDa of a first predetermined nominal wavelength LAMBDAa.

Gegenüber der Sendereinheit befindet sich ein Photodetektor PD (2). Zwischen Sendereinheit (1) und Photodetektor PD (2) kann ein menschliches und/oder tierisches Gewebe und/oder Gefäß dergestalt angeordnet werden, dass das von der Sendereinheit (1) ausgesandte Licht nach dem Hindurchtreten durch das Gewebe und/oder Gefäß den Photodetektor PD (2) erreicht. Dabei wird die vom PD empfangene Lichtintensität in eine elektrische Größe umgewandelt und im Gerät analog aufbereitet, anschließend A/D gewandelt und digital weiterverarbeitet.Opposite the transmitter unit is a photodetector PD ( 2 ). Between transmitter unit ( 1 ) and photodetector PD ( 2 ), a human and / or animal tissue and / or vessel may be arranged in such a way that that of the transmitter unit ( 1 ) emitted light after passing through the tissue and / or vessel the photodetector PD ( 2 ) reached. In this case, the light intensity received from the PD is converted into an electrical quantity and processed analogously in the device, then A / D converted and further processed digitally.

Die Leuchtdioden LEDa, LEDn sind mit einem Multiplexer MUX (3) verbunden. Die Steuereinheit des Multiplexers MUX (3) steuert die Leuchtdioden so, dass im Falle von beispielsweise vier angeschlossenen LEDs, alle vier LEDs nach einem bestimmten Ablaufschema abwechselnd ein- bzw. ausgeschaltet sind.The light-emitting diodes LEDa, LEDn are provided with a multiplexer MUX ( 3 ) connected. The control unit of the multiplexer MUX ( 3 ) controls the LEDs so that in the case of, for example, four LEDs connected, all four LEDs are alternately turned on and off according to a specific flow scheme.

Der Multiplexer MUX (3) weist einen weiteren Anschluß (6) auf, der mit einer der Auswerteeinrichtungen (7) verbunden ist. Über diese Verbindung mit der Auswerteeinrichtung (7) wird unter anderem die Information bezüglich der Einschaltzeiten der Leuchtdioden LEDa bis LEDn übermittelt. Die Auswerteeinrichtung weist wenigstens einen Mikrokontroller (8) oder wenigstens eine CPU (9) auf.The multiplexer MUX ( 3 ) has another connection ( 6 ), which is connected to one of the evaluation devices ( 7 ) connected is. Via this connection with the evaluation device ( 7 ), inter alia, the information regarding the switch-on of the LEDs LEDa to LEDn is transmitted. The evaluation device has at least one microcontroller ( 8th ) or at least one CPU ( 9 ) on.

Der Ausgangsstrom des Photodetektors PD (2) wird dem Eingang einer Strom-/Spannungs-Wandlereinrichtung (4) zugespeist. Die Strom/Spannungs-Wandlereinrichtung (4) wandelt den Ausgangsstrom des Photodetektors in eine Ausgangsspannung um. Zudem wird das analoge Signal des PD durch einen A/D-Wandler von zumindest 8 bit digitalisiert und über ein Stellglied an die Auswerteeinrichtung (7) weitergeleitet.The output current of the photodetector PD ( 2 ) is connected to the input of a current / voltage converter device ( 4 ). The current / voltage converter device ( 4 ) converts the output current of the photodetector into an output voltage. In addition, the analog signal of the PD is digitized by an A / D converter of at least 8 bits and via an actuator to the evaluation ( 7 ) forwarded.

In Verbindung mit der Auswerteeinrichtung (7) befinden sich zumindest ein volatiler Speicher, RAM (10) und ein nicht volatiler Speicher ROM (11). Der nicht volatile Speicher (11) ist beispielsweise als EEPROM oder Flash ausgeführt. In dem nicht volatilen Speicher (11) ist ein Algorithmus hinterlegt, der zur Bestimmung der funktionellen und/oder fraktionellen Sauerstoffsättigung dient. An die Auswerteeinrichtung (7) ist eine Eingabevorrichtung (12) in Form einer Tastatur anschließbar. Außerdem sind verschiedene Ausgabeeinrichtungen (13, 14, 15) an die Auswerteeinrichtung (7) anschließbar. Über einen Lautsprecher (13) lassen sich beispielsweise Warntöne oder Sprachausgaben generieren, die den Anwender informieren oder leiten können. Über Leuchten (14) lassen sich beispielsweise Warnsignale und/oder Statussignale generieren. Über ein Display (14) werden die Messwerte angezeigt.In conjunction with the evaluation device ( 7 ) are at least one volatile memory, RAM ( 10 ) and a non-volatile memory ROM ( 11 ). The non-volatile memory ( 11 ) is executed, for example, as EEPROM or Flash. In the non-volatile memory ( 11 ) is an algorithm used to determine the functional and / or fractional oxygen saturation. To the evaluation device ( 7 ) is an input device ( 12 ) can be connected in the form of a keyboard. In addition, different output devices ( 13 . 14 . 15 ) to the evaluation device ( 7 ) connectable. Via a loudspeaker ( 13 ) can be used, for example, to generate warning sounds or voice output that can inform or guide the user. About lights ( 14 ), for example, warning signals and / or status signals can be generated. Via a display ( 14 ), the measured values are displayed.

In zumindest einem beispielhaften Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1 wird das Gewebe/Gefäß von eines Sequenz von LED-Leuchtzyklen der n LEDs durchstrahlt, wobei das durch das Gewebe/Gefäß hindurchtretende Licht von mindestens einem Photodetektor PD aufgenommen und in einen Photodetektorausgangsstrom umgesetzt wird. Die Leuchtdioden LEDa, LEDn können entweder digital angesteuert werden, hierbei emittiert eine LID zu jedem Zeit- Punkt entweder kein Licht oder Licht bei einer vorgebbaren Leistung, alternativ können die LED mit einem Analogsignal vorgegebener Amplitude, angesteuert werden. Der Zeittakt für die Ansteuerung der LED kann in Abhängigkeit der Pulswellenphasen, beispielsweise alle 100 μsec, erfolgen.In at least one exemplary operating state of the device according to the invention 1 The tissue / vessel is irradiated by a sequence of LED light cycles of the n LEDs, wherein the light passing through the tissue / vessel is received by at least one photodetector PD and converted into a photodetector output current. The light-emitting diodes LEDa, LEDn can either be digitally controlled; in this case, an LID either emits no light or light at a predefinable power at any point in time; alternatively, the LEDs can be controlled with an analog signal of predetermined amplitude. The timing for the activation of the LED can be carried out as a function of the pulse wave phases, for example every 100 μsec.

Um das Stromsignal möglichst rauscharm und mit ausreichender Verstärkung in ein zur Weiterverarbeitung in der Auswerteeinrichtung (7) verwendbares Spannungssignal umzusetzen, wird es zunächst verstärkt, dann gefiltert und schließlich der Strom-/Spannungs-Wandlereinrichtung (4) und dem A/D-Wandler zugespeist. Die Auswerteeinrichtung (7) ermittelt aus dem Spannungssignal Werte, die von der spektralen Absorption des Gewebes/Gefäßes abhängig sind, gültig für die bei den durch die LED definierten Wellenlängen.To the current signal as low noise and with sufficient gain in a for further processing in the evaluation ( 7 ) is first amplified, then filtered and finally the current / voltage converter device ( 4 ) and the A / D converter. The evaluation device ( 7 ) determines from the voltage signal values which are dependent on the spectral absorption of the tissue / vessel, valid for the wavelengths defined by the LED.

Es werden aus diesen spektralen absorptionsabhängigen Messwerten durch Aufbereitung und/oder Weiterverarbeitung und/oder Verknüpfung die jeweils interessierenden Meßwerte, beispielsweise die funktionelle oder fraktionelle Sättigung, bestimmt. Unter anderem wird jede Wellenlänge im volatilen (10) und/oder nicht volatilen Speicher (11) hinterlegt. Anschließend werden die Messwerte durch die Auswerteeinrichtung (7) mit Hilfe des Mikrokontrollers (8) wieder ausgelesen und in der CPU (9) mit Hilfe des im ROM (11) hinterlegten Algorithmus analysiert.From these spectral absorption-dependent measured values, the relevant measurement values, for example the functional or fractional saturation, are determined by processing and / or further processing and / or linking. Among other things, each wavelength is volatile ( 10 ) and / or non-volatile memory ( 11 ) deposited. Subsequently, the measured values are read by the evaluation device ( 7 ) with the help of the microcontroller ( 8th ) and in the CPU ( 9 ) with the help of the ROM ( 11 ) stored algorithm analyzed.

Im Ergebnis werden funktionelle und/oder fraktionelle Messwerte ermittelt. In Abhängigkeit von, beispielsweise über die Tastatur (12) definierbaren, Grenzwerten und/oder Voreinstellungen werden die Ergebnisse elektronisch, optisch (14, 15) und/oder akustisch (13) ausgegeben. Außerdem findet zumindest eine Grenzüberwachung bezüglich der ermittelten Anzeigegrößen statt.As a result, functional and / or fractional measured values are determined. Depending on, for example, via the keyboard ( 12 ) definable, limit values and / or default settings, the results are electronically, visually ( 14 . 15 ) and / or acoustically ( 13 ). In addition, at least one border monitoring with respect to the determined display sizes takes place.

Angezeigt werden unter anderem auf dem beleuchteten Grafik-Display wahlweise die Plethysmogrammkurve, die funktionelle Sauerstoffsättigung (SpO2) des arteriellen Blutes, die fraktionelle Sauerstoffsättigung (SaO2), die fraktionelle Kohlenmonoxidsättigung (SaCO), die fraktionelle Methämoglobinsättigung (SaMet), die Hämoglobinkonzentration (cHb) und die Pulsfrequenz. Weiterhin ist eine spezielle Anzeige mit variabler Darstellung der Ziffern und eine graphische Anzeige verfügbar, die z. B. für aktuelle Messwerte und Trendmesswerte ausgeführt sein kann.appropriate Among other things, the plethysmogram curve can be displayed on the illuminated graphic display, the functional oxygen saturation (SpO2) of the arterial blood, the fractional oxygen saturation (SaO2), the fractional carbon monoxide saturation (SaCO), the fractional Methämoglobinsättigung (SaMet), the hemoglobin concentration (cHb) and the pulse rate. Furthermore, a special advertisement with variable display of numbers and a graphic display available, the z. For example current measured values and trend measured values can be executed.

Zur Überwachung von z. B. Puls- und SpO2-Werten können Alarmgrenzen eingestellt werden. Beim Über- bzw. Unterschreiten dieser Grenzwerte erfolgt die Alarmierung z. B. akustisch über Signaltöne und/oder optisch durch das Aufleuchten einer Signalisierungsquelle. Die Alarmgrenzen werden ebenfalls auf dem Display angezeigt.For monitoring z. Eg pulse and SpO2 values, alarm limits can be set. At the Exceeding or falling below these limits, the alarm z. B. acoustically via beeps and / or visually by the illumination of a signaling source. The alarm limits are also shown on the display.

Alarme bei Verletzung der festgelegten Grenzwerte werden mit einem speziellen, mehrstufigen Alarmsystem bewertet und die Lautstarke bei Alarmen niedriger und mittlerer Priorität kann eingestellt werden. Ein weiterer Lautsprecher dient außerdem zur akustischen Überwachung der Messung. Ein erkannter Pulsschlag wird unter anderem durch einen Signalton angezeigt, dessen Charakteristik sich mit dem Wert der Sauerstoffsättigung ändert. So kann akustisch die Pulsfrequenz und der tendenzielle Verlauf der Sauerstoffsättigung verfolgt werden, ohne die Anzeige des Geräts ständig zu beobachten.alarms violation of the specified limits will be dealt with by a special, Multi-level alarm system rated and the volume on alarms low and medium priority can be set. Another speaker is also used for acoustic monitoring the measurement. A recognized pulse rate is among others by a Beep, the characteristic of which varies with the value of the Oxygen saturation changes. So can acoustically the pulse rate and the trend of the oxygen saturation be followed without constantly monitoring the display of the device.

Der Speicher zeichnet unter anderem die Uhrzeit sowie die Messwerte auf. Im Speicher liegen z. B. Messdaten bis zu 24 Stunden vor. Die Messwerte werden z. B. einmal pro Sekunde abgespeichert. Es können Daten zum PC übertragen werden. Die Daten können unter anderem auch auf einen Drucker ausgegeben werden, der drahtlos die Daten erhält.Of the Memory records, among other things, the time and the measured values on. In memory are z. Eg measurement data up to 24 hours before. The Measured values are z. B. once per second. It can be data transferred to the PC become. The data can among other things also be spent on a printer, which wirelessly receives the data.

Eine eingebaute Uhr ermöglicht eine Zuordnung von Datum und Uhrzeit zu den abgespeicherten Messergebnissen. Sowohl die Uhr als auch der Speicherinhalt werden beim Abschalten des Gerätes nicht gelöscht, da sie weiter von der Spannungsquelle versorgt werden. Z. B. ein Akkumulator kann einen mobilen netzunabhängigen Betrieb des Geräts für z. B. bis zu 10 Stunden ermöglichen. Das Gerät bietet die Möglichkeit einer Trenddarstellung. Dabei werden wahlweise weiterhin die aktuellen Messwerte angezeigt. Ebenfalls sichtbar sind die aktuellen Alarmgrenzen.A built-in clock allows an assignment of date and time to the stored measurement results. Both the clock and the memory contents are turned off of the device not deleted, because they are still powered by the voltage source. For example, a Accumulator can be a mobile network-independent operation of the device for z. B. allow up to 10 hours. The device offers the possibility of a Trend display. Here are optionally still the current Measured values displayed. Also visible are the current alarm limits.

Claims (11)

Verfahren zur Messung der fraktionellen Sauerstoffsättigung unter Berücksichtigung der durch mindestens zwei Wellenlängen bestimmten funktionellen Sauerstoffsättigung sowie durch weitere Wellenlängen bestimmter dysfunktioneller Hämoglobin-Sättigungen mittels einer verfahrenstechnischen Korrekturmethode, welche die Anzeige aller Sättigungsparameter, nämlich fraktioneller und funktioneller sowie dysfunktioneller Hämoglobin-Sättigungen, ermöglicht.Method for measuring fractional oxygen saturation considering the functional one determined by at least two wavelengths oxygen saturation as well as other wavelengths certain dysfunctional hemoglobin saturations by means of a procedural correction method, which the Display of all saturation parameters, namely fractional and functional as well as dysfunctional hemoglobin saturations. Verfahren zur Messung eines Parameters, insbesondere der fraktionellen Sauerstoffsättigung, unter Berücksichtigung einer funktionellen Sättigung, insbesondere der funktionellen Sauerstoffsättigung, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Sättigung unter Verwendung von zumindest zwei Wellenlängen bestimmt wird und die Sättigung zumindest einer dysfunktionellen Hämoglobinsättigung, die unter Verwendung zumindest einer weiteren Wellenlänge bestimmt wird, wobei die Sättigung der dysfunktionellen Hämoglobinsättigung durch einen, aus einer klinischen Studie ermittelten, Korrekturfaktor A kalibriert wird und der Parameter aus der funktionellen Sättigung und zumindest einer dysfunktionellen Hämoglobinsättigung berechnet wird.Method for measuring a parameter, in particular fractional oxygen saturation, considering a functional saturation, in particular the functional oxygen saturation, characterized that functional saturation is determined using at least two wavelengths and the saturation at least one dysfunctional hemoglobin saturation using at least one further wavelength is determined, with the saturation dysfunctional hemoglobin saturation a correction factor determined from a clinical trial A is calibrated and the parameter from the functional saturation and at least one dysfunctional hemoglobin saturation is calculated. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Sättigung durch einen weiteren, ebenfalls aus einer klinischen Studie ermittelten, Korrekturfaktor B kalibriert wirdMethod according to claim 1, characterized that functional saturation by another, also determined from a clinical study, Correction factor B is calibrated Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfaktoren A und B unterschiedlich sind.Method according to claim 2, characterized that the correction factors A and B are different. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Sättigung SpO2 ist.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that the functional saturation is SpO2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die fraktionelle Sättigung SaO2 bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that as a parameter the fractional saturation SaO2 is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als dysfunktionellen Hämoglobinsättigung, SaMet bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims characterized characterized as being dysfunctional hemoglobin saturation, SaMet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als dysfunktionellen Hämoglobinsättigung, SaCO bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that as dysfunctional hemoglobin saturation, SaCO is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als dysfunktionellen Hämoglobinsättigung, SaSulf bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that is determined as dysfunctional hemoglobin saturation, SaSulf. Verfahren nach einem der vorhergenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die Hämoglobinkonzentration cHb bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims characterized in that the hemoglobin concentration cHb is determined as a parameter becomes. Vorrichtung zur Messung der fraktionellen Sauerstoffsättigung unter Berücksichtigung der durch mindestens zwei Wellenlängen bestimmten funktionellen Sauerstoffsättigung sowie durch weitere Wellenlängen bestimmter dysfunktioneller Hämoglobinsättigungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Korrektureinheit ein Korrekturverfahren implementiert ist, das zur Anzeige aller Sättigungsparameter, nämlich fraktioneller und funktioneller sowie dysfunktioneller Hämoglobin-Sättigungen ausgebildet ist.Apparatus for measuring fractional oxygen saturation considering the functional one determined by at least two wavelengths oxygen saturation as well as more wavelengths dysfunctional hemoglobin saturation, characterized in that in Area of a correction unit implemented a correction method that is to display all saturation parameters, namely fractional and functional as well as dysfunctional hemoglobin saturations is formed.
DE102007043669A 2007-03-30 2007-09-13 Fractional oxygen saturation measuring method, involves implementing procedural correction method, which enables display of all saturation parameters such as fractional, functional and dysfunctional hemoglobin saturation Withdrawn DE102007043669A1 (en)

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