DE69030513T2

DE69030513T2 - Gerät und Verfahren zur nichtinvasiven Messung der Sauerstoffsättigung

Info

Publication number: DE69030513T2
Application number: DE69030513T
Authority: DE
Inventors: Herbert Secker
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Agilent Technologies Deutschland GmbH
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2010-02-16
Also published as: EP0613653A2; DE69029152D1; DK0613653T3; EP0613653A3; EP0442011A1; DK0613652T3; JP3218050B2; US5188108A; DE69030513D1; EP0613652A3; EP0613652A2; US5285783A; EP0613652B1; EP0613653B1; JPH04215742A; DE69029152T2; US5285784A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Durchführen von nicht-invasiven Messungen der Sauerstoffsättigung basierend auf der Reflexionstechnik.
Die Sauerstoffsättigung ist ein klinisch sehr relevanter Parameter, um die Situation eines Patienten zu beurteilen. Insbesondere im Operationsraum gibt die Sauerstoffsättigung des Bluts Hinweise auf die Lage des Patienten, auf seine Versorgung mit Sauerstoff und auf weitere physiologische Faktoren.
Eine Möglichkeit, um einen sehr genauen Wert der Sauerstoffsättigung des Patienten zu erhalten, besteht darin, eine Blutprobe abzunehmen und dieselbe in einem Blut-Gas-Analysator zu analysieren. Trotz der hohen Genauigkeit dieses Verfahrens ist dasselbe eine invasive Technik, was bedeutet, daß dasselbe nicht häufig durchgeführt werden kann, d.h. dieses Verfahren erlaubt keine durchgehende Überwachung. Daher können wesentliche Veränderungen des Sauerstoffsättigungswertes verpaßt werden. Nicht zuletzt ist es offensicht lich, daß eine invasive Technik nicht die bevorzugte Art und Weise ist, einen Patienten zu überwachen.
Es ist daher sehr wünschenswert, die Sauerstoffsättigung nicht-invasiv zu messen. Dies kann durch eine Technik, die Oxymetrie genannt wird, erreicht werden.
Ein Oxymeter weist üblicherweise zwei oder mehr Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen auf. Das Licht wird auf menschliches Fleisch gestrahlt, wobei entweder die Intensität des Lichts, das durch das Fleisch transmittiert wird, oder die Intensität des reflektierten Lichts gemessen wird. Allgemeiner gesagt bedeutet "Licht" nicht nur elektromagnetische Wellen in dem sichtbaren Spektrum. Die gebräuchlichsten Oxymeter verwenden beispielsweise eine Wellenlänge in dem sichtbaren Spektrum und eine andere Wellenlänge in dem Infrarotspektrum.
Das Licht, das durch menschliches Fleisch transmittiert oder von demselben reflektiert wird, wird gemäß dem Lambert-Beer-Gesetz gedämpft, welches folgendermaßen lautet:
Dabei stellen I die Intensität des empfangenen Lichts, IO die intensität des einfallenden Lichts, E den molekularen Extinktionskoeffizienten, c die Konzentration der absorbierenden Spezies und I die Dicke der absorbierenden Schicht, d.h. die Länge des Lichtwegs durch Gewebe, dar.
Wenn angenommen wird, daß das menschliche Gewebe Komponenten mit zeitlich konstanten Charakteristika, wie z.B. Knochen, Muskeln, usw., und Komponenten mit zeitlich variierenden Charakteristika, d.h. Blut, enthält, lautet Gleichung (1) folgendermaßen:
Dabei stellen IDC eine zeitlich konstante Komponente (durch Absorbierer mit konstanter Absorbierfähigkeit), IAC die zeitlich variierende Komponente (durch Blut bewirkt) und I(t) die Dickenvariation dar, die durch arterielle Pulsationen bewirkt wird. Diese Gleichung enthält die beiden unbekannten Werte c und I(t).
Da die Sauerstoffsättigung als der Quotient der Konzentration von Oxyhämoglobin und der Konzentration des gesamten Hämoglobins definiert ist, d.h.
(wobei CHbO2 die Konzentration von Oxyhämoglobin und cHb die Konzentration von reduziertem Hämoglobin ist) müssen zwei absorbierende Spezies in Betracht gezogen werden. In diesem Fall lautet Gleichung (2) folgendermaßen:
dabei stellen EHb den molekularen Extinktionskoeffizienten von reduzierten Hämoglobin und EHbO2 den molekularen Extinktionskoeffizienten von Oxyhämoglobin dar. Es ist leicht zu sehen, daß in diesem Falle drei unbekannte Werte CHb, CHbO2 und I(t) existieren.
Eine Messung bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen erlaubt die Bestimmung der Sauerstoffsättigung. in der Tat resultiert eine Messung bei zwei Wellenlängen in zwei Gleichungen für drei unbekannte Werte, wobei jedoch aufgrund der Definition der Sauerstoffsättigung einer dieser Werte herausfällt.
Da der Sauerstoffsättigung swert ebenfalls von empirischen Konstanten abhängt, werden die beiden Gleichungen, die aus Gleichung (4) erhalten werden (für beide Wellenlängen), verwendet, um ein Verhältnis R zu berechnen, welches wiederum verwendet wird, um SaO&sub2; zu berechnen.
Bezüglich weiterer Details der Theorie der Sauerstoffsättigungsmessung wird auffrühere Veröffentlichungen bezüglich dieser Materie verwiesen, wie z.B. auf die US 4,167,331 oder auf die EP-A-262 778 (wobei die letztere Patentanmeldung einen ziemlich vollständigen Abriß der Theorie aufweist).
Bisher verwenden die meisten Oxymeter auf dem Markt die Transmissionstechnik, d.h. die Messung der intensität des Lichts, das durch ein menschliches Organ, wie z.B. das Ohrläppchen oder den Finger, transmittiert wird. Obwohl die erhaltenen Meßresultate noch nicht mit der Genauigkeit der Blutprobenanalyse vergleichbar sind, ergibt diese Technik sogar bessere Ergebnisse als die Reflexionstechnik. Bezüglich Reflexionsoxymetern wird auf die EP-A-135 8840 verwiesen, welche einen Reflexionssensor für den Fötus zeigt. Ein weiterer Reflexionssensor ist in der EP-A-329 196 beschrieben. Die Reflexionstechnik wurde ebenfalls verwendet, um weitere physische Quantitäten, wie z.B. den Stoffwechsel, zu messen, siehe beispielsweise in der US 4,223,680.
In der Tat ist das Überwachen eines Fötus vor und während der Geburt eine Anwendung, die die Reflexionstechnik benötigt, da es nicht möglich ist, einen Sender auf eine Seite der fötalen Kopfhaut und einen Empfänger auf die andere Seite zu plazieren (wobei ferner aufgrund der Tatsache, daß das Gewebe das meiste einfallende Licht in einer Länge von etwa 10 cm absorbiert, die Ergebnisse unbrauchbar sein würden). Dasselbe gilt für einen erwachsenen Patienten in einem Schockzustand. Aufgrund des Effekts der Zentralisation des Blutes können in diesem Fall aussagefähige Resultate nur unter Verwendung eines Wandlers erhalten werden, der an den Rumpf angelegt wird (d.h. eines Reflexionswandlers) und nicht unter Verwendung eines Wandlers, der an ein Glied angelegt wird. Ergebnisse der Reflexionstechnik sind jedoch mehr als bescheiden, wobei bisher kein klinisch verwendbarer Reflexionssensor entwickelt worden ist.
Die EP 353617 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zum Bestimmen der lokalen Konzentration eines Farbstoffs in einem Gewebe und insbesondere zum Bestimmen der Sauerstoffsättigung in einem Gewebe basierend auf der Reflexionstechnik, wobei die Sauerstoffsättigung von der Lichtintensität zweier unterschiedlicher Wellenlängen abgeleitet wird, welche von dem menschlichen Gewebe reflektiert werden. Das reflektierte Licht der ersten Wellenlänge und eine vorbestimmte Basisnachlaßkurve werden verwendet, um eine spezifische Basisnachlaßkurve für eine zweite Wellenlänge zu bestimmen. Das Nachlassen bei der zweiten Wellenlänge und die spezifische bestimmte Basisnachlaßkurve für die zweite Wellenlänge werden zum Ableiten der Sauerstoffkonzentration verwendet.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur nicht-invasiven Messung der Sauerstoffsättigung zum Verbinden mit einem Sensor zu schaffen, der mehrere Sender und/oder Empfänger aufweist, welche eine Auswahl der Sender/Empfänger-Kombinationen erlaubt, damit eine verbesserte Genauigkeit der Messung der Sauerstoffsättigung erreicht werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Messen der Sauerstoffsättigung auf der Basis elektromagnetischer Wellen zu schaffen, die durch das menschliche Gewebe auf verschiedenen Wegen laufen, welches ebenfalls eine verbesserte Genauigkeit der Messung der Sauerstoffsättigung schafft.
Diese Ziele werden durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 erreicht.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betreiben eines Sensors mit mehr als einem Lichtweg einer bestimmten Wellenlänge. Eine solche Vorrichtung umfaßt eine Umwandlungseinrichtung, die die Intensität der empfangenen elektromagnetischen Wellen in elektrische Signale umwandelt, eine Verarbeitungseinrichtung für die Berechnung der Sauerstofffsättigung aus den elektrischen Signalen, eine Auswahleingabeeinrichtung zum Auswählen des Anbringungsplatzes an dem menschlichen Körper und eine Sender/Empfänger-Auswahleinrichtung, die auf die Auswahleingabeeinrichtung anspricht und abhängig von dem Anbringungsplatz eingestellt ist, um einen bestimmten Sender oder bestimmte Sender und/oder einen bestimmten Empfänger oder bestimmte Empfänger auszuwählen. Wenn eine solche Vorrichtung in Verbindung mit einem der oben erwähnten Sensoren verwendet wird, kann der Betreiber den tatsächlichen Anbringungsplatz, z.B. die Brust, die fötale Kopfhaut usw., unter Verwendung der Auswahleingabeeinrichtung eingeben, wobei die Sender/Empfänger-Auswahleinrichtung dann die geeigneten Sender für diese Anbringung auswählt. Ferner können weitere physiologische Parameter, wie z.B. Geschlecht, Alter des Patienten oder seine Lage, eingegeben werden. Dies erlaubt eine sehr genaue Anpassung an die Meßbedingungen durch Auswählen der geeigneten Sender/Empfänger und daher der Lichtwege. Um die hohe Genauigkeit solcher Oxymeterauslesewerte sicherzustellen, kann ferner eine Plausibilitätsüberprüfungseinrichtung vorgesehen sein, welche die empfangenen Signale mit vordefinierten Grenzen oder vordefinierten Signalen vergleicht, die für den ausgewählten Anbringungsplatz repräsentativ sind, wobei dieselbe eine Alarm- oder Warn-Nachricht bei einer bedeutsamen Abweichung erzeugt. Es kann dadurch vermieden werden, daß Fehler, welche durch das medizinische Personal bewirkt werden, irgendeine negative Auswirkung auf Sauerstoffauslesewerte besitzen.
Statt der manuellen Eingabe des Anbringungsplatzes oder anderer physiologisch wichtiger Werte schlägt eine vorteilhafte Lösung vor, eine Vorrichtung zu verwenden, welche eine Umwandlungseinrichtung, die die intensität der empfangenen elektromagnetischen Wellen in elektrische Signale umwandelt, eine Verarbeitungseinrichtung für die Berechnung der Sauerstoffsättigung aus den elektrischen Signalen und eine Anbringungserfassungseinrichtung aufweist, die eingestellt ist, um sequentiell einen bestimmten Sender oder bestimmte Sender und/oder einen bestimmten Empfänger oder bestimmte Empfänger auszuwählen. Für jede Auswahl eines bestimmten Senders und eines bestimmten Empfängers werden die für diese Auswahl spezifischen elektrischen Signale mit Sätzen von vordefinierten Signalen verglichen, die für bestimmte Anbringungsplätze an dem menschlichen Körper oder für bestimmte Gewebecharakteristika repräsentativ sind. Das spezifische elektrische Signal, welches die meisten gemeinsamen Charakteristika (Amplitude, Gestalt, ...) mit einem bestimmten dieser Sätze aufweist, wird dann ausgewählt, und da dieses spezifische elektrische Signal einem bestimmten Sender und/oder Empfänger zugeordnet ist, werden diese durch die Auswahleinrichtung für eine weitere Messung ausgewählt. Ein solches automatisches Anpassungssystem kann für alle Arten von Anwendungen, für alle Patienten und für alle Gewebecharakteristika verwendet werden. Dasselbe wählt immer die bestmögliche Sender/Empfänger-Kombination für eine spezielle Meßart Die einzige Begrenzung ist die Anzahl von gespeicherten Sätzen von vordefinierten Signalen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend mittels eines nicht-begrenzenden Beispiels bezogen auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen einfachen Reflexionssensor;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Oxymeters;
Fig. 3a und 3b ein Ausführungsbeispiel eines Reflexionssenors, welcher für eine Adaption an unterschiedliche Anbringungen oder Gewebecharakteristika entworfen ist;
Fig. 4 die Grundanordnung eines seibst-adaptierenden Reflexionssensors;
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Fätalsensor; und
Fig. 6 die Ansicht dieses Sensors in der Richtung eines Pfeils X von Fig. 5.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Oxymetriesensor des Reflexionstyps, der allgemein als 1 bezeichnet ist. Dieser Sensor umfaßt einen Träger 2, welcher an einem Teil des menschlichen Körpers angebracht ist, welcher allgemein mit 3 bezeichnet ist. Der Teil 3 des menschlichen Körpers kann die Brust, der Magen, ein Bein usw. eines Patienten sein. Für zentralisierte Patienten (d.h. Patienten im Schock) kännen die Extremitäten, wie z.B. Arme oder Beine, aufgrund des Mangels an pulsierendem Blut nicht verwendet werden. Dies stellt eine spezielle Anwendung dar, bei der die Reflexionsoxymetrie erforderlich ist, da eine Durchleuchtung durch die Brust oder den Magen nicht möglich ist, weshalb nur ein Reflexionssensor angebracht werden kann.
Obwohl der Trägerkörper 2 als ein Einkomponententeil in der Fig. 1 gezeichnet ist, ist es offensichtlich, daß die Trägereinrichtung ebenfalls aus mehreren verbundenen oder nicht-verbundenen Komponenten bestehen kann. Der Trägerkörper 2 kann an dem menschlichen Körper aufirgendeine herkömmliche Art und Weise, z.B. unter Verwendung eines Chirurgenklebstoffs oder eines seibst-haftenden Bandes (hier nicht gezeigt), befestigt werden.
Der Trägerkörper 2 weist drei Bohrungen 4, 5 und 6 auf. Die Bohrungen 4 und 6 halten Licht-emittierende Dioden (LEDs) 7 und 9, wohingegen in der Bohrung 5 ein photoelektrischer Empfänger 8, wie z.B. ein Phototransistor oder eine Photodiode, untergebracht ist. Die elektrische Verbindung der Drähte, die zu diesen LEDs und zu dem photoelektrischen Empfänger führen, sind hier nicht detailliert gezeigt. Diese Verbindungen können auf eine herkömmliche Art und Weise hergestellt werden, z.B. sie können zu einen Verbindungskabel zur Verbindung mit einem geeigneten Oxymeter führen.
Die LEDs 7 und 9 emittieren Licht mit verschiedenen Wellenlängen in das menschliche Fleisch. Die LED 7 kann beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm (rot) emittieren, wohingegen die LED 9 Licht mit einer Wellenlänge von 940 nm (Infrarot) emittieren kann. Licht, das von diesen LEDs emittiert worden ist, wird in das menschliche Gewebe transmittiert und reflektiert, wie es durch Lichtwege 10,11 (rot) und 12,13 (Infrarot) gezeigt ist. Das reflektierte Licht wird von einem photoeiektrischen Empfänger 8 empfangen, welcher für beide Wellenlängen empfindlich ist.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Eindringtiefe in das menschliche Gewebe zwischen den beiden Wellenlängen unterschiedlich, d.h. dieselbe hängt von der Wellenlänge ab. Die Sender-LEDs 7 und 9 sind bezüglich des photoelektri schen Empfängers 8 nicht symmetrisch angeordnet. Stattdessen sind der Abstand d&sub1; (der Abstand zwischen der LED 7 und dem Empfänger 8) und der Abstand d&sub2; (der Abstand zwischen der LED 9 und dem Empfänger 8) ungleich.
Die Abstände d&sub1; und d&sub2; werden derart ausgewählt, daß die Länge des Lichtwegs für das rote Licht (I&sub2; + I&sub2;, d.h. die Länge der Lichtwege 10 und 11) gleich dem Infrarotlichtweg I&sub3; + I&sub4;, d.h. die Länge der Lichtwege 12 und 13) ist. Da Infrarotlicht einen kleineren Extinktionskoeffizienten, d.h. eine kleinere Absorbanz, und daher eine tiefere Eindringung in das menschliche Gewebe aufweist, wird die Infrarot-LED 9 näher als die Rot-LED 7 an den photoelektrischen Empfänger 8 plaziert.
Mittels der Auswahl I&sub1; + I&sub2; = I&sub3; + I&sub4; werden die Wege des Lichts mit unterschiedlichen Wellenlängen durch menschliche Gewebe gleich gemacht. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß die Annahmen der Theorie erfüllt sind, wodurch zuverlässige Sauerstoffs ättigungsauslesewerte erreicht werden. Das Oxymeter (hier nicht gezeigt), mit dem der Sensor 1 verbunden ist, mißt die Intensität, d.h. wandelt das empfangene Signal in eine analoge Spannung und/oder einen digitalen Wert um und verwendet die Intensitäten und insbesondere die Wechselstrom- und Gleichstrom-Komponenten derselben, um die Sauerstoffsättigung zu berechnen, wie es oben beschrieben worden ist.
Wenn der photoelektrische Empfänger für beide Wellenlängen empfindlich ist, muß der Sensor in einem gepulsten Modus betrieben werden, derart, daß zu jedem beliebigen Zeitpunkt nur eine Lichtwelle empfangen wird. Stattdessen ist es ebenfalls möglich, einen kombinierten Empfänger zu verwenden, der auf eine der verwendeten Wellenlängen selektiv anspricht. In diesem Fall können die Sender-LEDs durchgehend betrieben werden.
Die Abstände d&sub1; und d&sub2; werden derart ausgewählt, daß die Bedingung I&sub1; + I&sub2; = I&sub3; + I&sub4; an dem Anbringungsplatz erfüllt ist, für den der Sensor entworfen ist. Stattdessen ist es ebenfalls möglich, durchschnittliche Gewebecharakten stika, d.h. Extinktionskoeffizienten, zu verwenden, um d&sub1; und d&sub2; zu bestimmen. Dies ist besonders für einen Mehrzwecksensor nützlich, weicher an verschiedenen Teilen des menschlichen Körpers (z.B. die Brust, den Bauch, ein Bein, einen Arm, usw.) angebracht werden kann.
Bei dem gezeigten Beispiel, bei dem die Oberfläche des Sensors relativ flach ist, resultiert eine identische Länge der Lichtwege in verschiedenen Abständen d&sub1; und d&sub2; zwischen den verschiedenen Sender-LEDs 7, 9 und dem photoelektrischen Empfänger 8. Es muß hier darauf hingewiesen werden, daß dies nicht zwingend ist. Im Falle eines Sensors, welcher bezüglich seiner Geometrie sehr komplex ist, könnte es ebenfalls vorkommen, daß die Abstände zwischen den Sender-LEDs und dem photoelektrischen Empfänger gleich sind. Ferner können zusätzliche Sender-LEDs vorhanden sein, welche verwendet werden, um weitere Körperparameter zu messen. Es ist offensichtlich, daß für diese zusätzlichen LEDs die Bedingung gleicher Länge der Lichtwege nicht notwendigerweise erfüllt werden muß.
Fig. 2 stellt die Grundstruktur eines Oxymeters, d.h. einer Vorrichtung zum Betreiben eines der oben beschriebenen Sensoren, dar. Der Sensor, der mit dem Oxymeter verbunden ist, ist allgemein mit 43 bezeichnet. Das von dem photoelektrischen Empfänger erzeugte Signal wird über eine Leitung 44 in eine Strom/Spannung-Umwandlungseinheit 45 eingespeist und dann in einen Analog-zu-Digital-Wandler 46, welcher eine digitale Darstellung der gemessenen Intensität erzeugt. Dieser digitale Wert wird dann in einen Mikroprozessor 47 eingespeist, der unter der Steuerung eines Programmspeichers 48 arbeitet. Dieser Programmspeicher enthält den gesamten notwendigen Code für den Prozessor, um die Sauerstoffsättigung zu berechnen. Derselbe enthält ebenfalls einen Programmcode, der dafür bestimmt ist, eine Plausibilitätsüberprüfung der empfangenen und umgewandelten Signale durchzuführen. Der Programmcode kann insbesondere die empfangenen Signale mit vordefinierten Grenzen oder vordefinierten Signalen vergleichen und verursachen, daß der Prozessor eine Alarm- oder eine Warn-Nachricht für den Benutzer erzeugt, wenn derartige Grenzen überschritten werden oder die vordefinierten Signale nicht erfüllt werden. Dies ist eine Anzeige, daß entweder der angebrachte Wandler an dem falschen Platz ist oder daß derselbe nicht fest angebracht ist.
Der in dem Speicher 48 enthaltene Programmcode kann ferner Anweisungen an den Prozessor 47 enthalten, die empfangenen und umgewandelten Signale mit Sätzen von vordefinierten Signalen zu vergleichen, von denen jedes für einen bestimmten Anbringungsplatz an dem menschlichen Körper oder für bestimmte Gewebecharakteristika repräsentativ ist. Ein solcher Vergleich kann beispielsweise durch eine Kreuzkorrelation durchgeführt werden. Es ist ebenfalls möglich, einen derartigen Vergleich auf der Basis von Dämpfungswerten oder Amplituden durchzuführen. Der Programmcode weist dann den Prozessor an, bestimmte der Sätze von vordefinierten Signalen auszuwählen, die die meisten Gemeinsamkeiten mit dem empfangenen Signal aufweisen.
Es können mehrere Gründe für eine derartige Überprüfung vorhanden sein. Im Falle eines Sensors, welcher speziell für eine Anbringung an ein bestimmtes menschliches Glied entworfen ist, kann eine derartige Überprüfung herausfinden, ob der Sensor korrekt angebracht ist und sich in gutem Kontakt mit der menschlichen Haut befindet. Ferner kann das Oxymeter eine Selbstadaption an eine bestimmte Gewebestruktur durchführen (selbst von Patient zu Patient können Variationen des Fleisches, beispielsweise eines Fingers, vorhanden sein). Nicht zuletzt kann im Falle eines Allzwecksensors der Anbringungsplatz erfaßt werden.
Der Programmcode weist daher den Prozessor 47 an, um das korrigierte Signal abhängig von dem ausgewählten Satz zu korrigieren, wodurch sich beträchtlich bessere Sauerstoffsättigungsauslesewerte ergeben.
Nachfolgend wird auf Fig. 3a Bezug genommen. Der Reflexionssensor 49, der in dieser Fig. gezeigt ist, umfaßt einen Trägerkörper 50 mit Bohrungen 51, 52, 53 und 54. Diese Bohrungen nehmen Sender-LEDs 55, 56 und 58 sowie einen photoelektrischen Empfänger 57 auf.
Die Sender-LEDs 55 und 56 emittieren Licht der gleichen Wellenlänge, wohingegen die Sender-LED 58 Licht mit einer anderen Wellenlänge sendet.
Die Sender-LEDs 55 und 56 können beispielsweise elektromagnetische Wellen in dem roten Spektrum emittieren, während die LED 58 in dem Infrarotspektrum emittiert. Der photoelektrische Empfänger 57 ist für beide Wellenlängen empfindlich.
Ein solcher Sensor kann an unterschiedliche Anbringungsplätze oder unterschiedliche Gewebecharakteristika angepaßt werden. Bei dem Beispiel von Fig. 3a ist der Abstand zwischen der Sender-LED 55 und dem photoelektrischen Empfänger 57 derart ausgewählt, daß die Gesamtlänge von Lichtwegen 60, 61 gleich der Gesamtlänge von Lichtwegen 62, 63 in einem be stimmten Gewebe 59, wie z.B. der Brust, ist. Die andere Sender-LED 56 ist derart positioniert, daß die Gesamtlänge von Lichtwegen 64, 65 gleich der Gesamtlänge von Lichtwegen 66, 67 in einer anderen Gewebeart, z.B. der Kopfhaut, 68 ist. Dies ist in Fig. 3b dargestellt.
Es ist ohne weiteres zu sehen, daß die Eindringtiefe und daher auch die Länge der Lichtwege für jede Wellenlänge mit der Gewebeart variiert. Nichtsdestoweniger ist es mit dem in den Fig. 3a und 3b gezeichneten Entwurf möglich, den Sensor für die spezifische Anbringung anzupassen. Eine Adaption kann aus zwei unterschiedlichen Gründen durchgeführt werden.
Zuerst kann ein Allzwecksensor an einem bestimmten Anbringungsplatz angepaßt werden. Zweitens kann zusätzlich zu oder statt der ersten Adaption eine Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Gewebestrukturen hergestellt werden, selbst wenn der Anbringungsplatz der gleiche ist (z.B. die Brust), wobei jedoch die Charakteristika des Gewebes von Patient zu Patient variieren.
Die Auswahl unter den Sender-LEDs 55 und 56 kann von dem Oxymeter auf unterschiedliche Arten und Weisen durchgeführt werden. Zuerst kann eine Auswahleingabeeinrichtung zum Auswählen des Anbringungsplatzes an dem menschlichen Körper vorgesehen sein, d.h. der Benutzer kann den Anbringungsplatz (und/oder andere Charakteristika der Messung, wie z.B. das Alter des Patienten) eingeben. Das Oxymeter umfaßt eine Senderauswahleinrichtung, die auf die Auswahleingabeeinrichtung anspricht und den geeigneten Sender auswählt. Ferner kann das Oxymeter eine Plausibilitätsüberprüfungseinrichtung zum Vergleichen der empfangenen Signale mit vordefinierten Grenzen oder vordefinierten Signalen, die für den ausgewählten Anbringungsplatz repräsentativ sind, aufweisen. Wenn eine beträchtliche Abweichung erfaßt wird, kann ein Alarm oder eine Warnnachricht erzeugt werden, da es in einem solchen Fall wahrscheinlich ist, daß der Benutzer den falschen Anbringungsplatz eingegeben hat.
Alternativ kann das Oxymeter ebenfalls eine automatische Auswahl dieser Sender schaffen, welche für eine bestimmte Anbringung oder für ein bestimmtes Gewebe am besten geeignet sind. Ein sdches Oxymeter wählt sequentiell alle verfügbaren Sender und/oder Empfänger aus, d.h. dasselbe testet alle möglichen Lichtwege. Die in jedem Fall empfangenen Signale werden mit Sätzen von vordefinierten Signalen verglichen, welche für bestimmte Anbringungsplätze an dem menschlichen Körper oder für bestimmte Gewebecharakteristika repräsentativ sind. Ein solcher Vergleich kann beispielsweise durch Kreuzkorrelation durchgeführt werden. Für jede Sender/Empfänger-Kombination, d.h. für jeden Lichtweg wird der Übereinstimmungsgrad (z.B. das Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion) gespeichert. Wenn alle Tests durchgeführt worden sind, wird die Sender/Empfänger-Kombination mit dem höchsten Übereinstimmungsgrad ausgewählt, wonach weitere Messungen mit dem zugeordneten Sender/Empfänger durchgeführt werden.
Es ist offensichtlich, daß die obigen Prinzipien für den Sensoraufbau und den Oxymeterbetrieb ebenfalls "umgekehrt" werden können, und zwar in dem Sinn, daß nicht mehrere Sender-LEDs der gleichen Wellenlänge vorgesehen werden (wie die LEDs 55, 56 in den Fig. 3a und 3b), sondern daß statt dessen eine Mehrzahl von Empfängern vorhanden ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Mehrzahl von Sender-LEDs einer Wellenlänge und eine weitere Mehrzahl von Sender-LEDs einer zweiten Wellenlänge vorzusehen.
Ein solcher Sensor ist in Fig. 4 dargestellt. Ein Trägerkörper 69 umfaßt Rot-LEDs 70a bis 70d und 71a bis 71d sowie Infrarot-LEDs 72a bis 72d und 73a bis 73d. Der photoelektrische Empfänger ist als 74 skizziert. Ein solcher Sensor kann in Verbindung mit einem geeigneten Oxymeter für eine sehr genaue manuelle oder automatische Adaption an unterschiedliche Meßarten durch Auswählen einer geeigneten Rot-LED/Infrarot-LED-Kombination verwendet werden.
Ein fötaler Sensor zum Anbringen auf der fötalen Haut, welcher dieses Prinzip ausführt, ist in den Fig. 5 und 6 gezeichnet. Ein Sensorgehäuse 75 ist mit einem Oxymeter (hier nicht gezeigt) über ein Kabel 76 verbunden. Eine Ansaugröhre 77 ist mit einer Düse 78 verbunden, welche eine Verbindung mit einem Ansaugring 79 schafft. Eine Ansaugkammer 80 ist in Kontakt mit der fötalen Haut und hält den Sensor an derselben, wenn ein Unterdruck an die Kammer angelegt wird.
Mittig in dem Sensor angeordnet befinden sich zwei Infrarot-LEDs 81a und alb, zwei Rot-LEDs 82a und 82b sowie ein photoelektrischer Empfänger 83. Aufgrund der unterschiedlichen Abstände zwischen den LEDs jeder Wellenlänge unter dem photoelektrischen Empfänger kann eine Adaption an unterschiedliche Gewebecharakteristika durchgeführt werden (wie es oben skizziert wurde), und zwar entweder manuell oder auf einer automatischen Basis. Der in Fig. 5 und 6 gezeigte Sensor kann ebenfalls Elektrokardiogrammkontakte umfassen (obwohl sie hier nicht gezeigt sind).

Claims

1. Vorrichtung zur nicht-invasiven Messung einer Sauerstoffsättigung zum Verbinden mit einem Sensor, der mehrere Sender und/oder Empfänger zum Umwandeln der Intensität von empfangenen elektromagnetischen Wellen in elektrische Signale aufweist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

eine Verarbeitungseinrichtung (47) für die Berechnung der Sauerstoffsättigung aus den elektrischen Signalen;

einer Anbringungserfassungseinrichtung (47), die eingestellt ist, um sequentiell einen bestimmten Sender oder bestimmte Sender und/oder einen bestimmten Empfänger oder bestimmte Empfänger auszuwählen;

eine Vergleichseinrichtung (47), die eingestellt ist, um jedes der spezifischen elektrischen Signale, die einem bestimmten Sender und einem bestimmten Empfänger zugeordnet sind, mit Sätzen von vordefinierten Signalen zu vergleichen, die für bestimmte Anbringungsplätze an dem menschlichen Körper oder für bestimmte Gewebecharakteristika repräsentativ sind, und um die der spezifischen elektrischen Signale auszuwählen, die die meisten gemeinsamen Charakteristika mit einem bestimmten der Sätze aufweisen; und

eine Auswahleinrichtung (47), die eingestellt ist, um den Sender oder die Sender (54, 55, 56) und/oder den Empfänger oder die Empfänger (53) für eine weitere Messung auszuwählen, die den spezifischen elektrischen Signalen zugeordnet sind, die die meisten gemeinsamen Charakteristika mit einem bestimmten der Sätze aufweisen.

2. Verfahren zum Messen einer Sauerstoffsättigung aus der Intensität elektromagnetischer Wellen bei zumindest zwei unterschiedlichen Wellenlängen, die von menschlichem Gewebe reflektiert werden, wobei mindestens die elektromagnetischen Wellen, die eine vordefinierte Wellenlänge aufweisen, durch das menschliche Gewebe auf unterschiedlichen Wegen laufen, mit folgenden Schritten:

(2.1) sequentielles Auswählen eines bestimmten Senders oder bestimmter Sender und eines bestimmten Empfängers oder bestimmter Empfänger, derart, daß unterschiedliche Wege für die elektromagnetischen Wellen eingestellt werden.

(2.2) Umwandeln der intensität der empfangenen elektromagnetischen Wellen in elektrische Signale;

(2.

3) Vergleichen jedes der spezifischen elektrischen Signale, die einem bestimmten Sender und einem bestimmten Empfänger zugeordnet sind, mit Sätzen von vordefinierten Signalen, die für bestimmte Anbringungsplätze oder bestimmte Gewebecharakteristika repräsentativ sind;

(2.

4) Auswählen der spezifischen elektrischen Signale, welche die meisten gemeinsamen Charakteristika mit einem bestimmten der Sätze aufweisen;

(2.

5) Auswählen des Senders oder der Sender und/oder des Empfängers oder der Empfänger, die den spezifischen elektrischen Signalen zugeordnet sind, welche die meisten gemeinsamen Charakteristika mit einem bestimmten der Sätze aufweisen;

(2.

6) Durchführen weiterer Messungen nur mit dem Sender oder mit den Sendern und mit dem Empfänger oder mit den Empfängern, die in dem Schritt (2.5) ausgewählt worden sind.