DE69934111T2 - Verfahren und gerät zur schätzung eines physiologischen parameters unter anwendung von transformationen - Google Patents

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Schätzen eines physiologischen Parameters, beispielsweise unter Verwendung von Fourier-Transformierten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Puls-Oximetrie-System zum Schätzen der Sauerstoffsättigung von Hämoglobin in arteriellem Blut, wobei ein Sättigungswert aus Darstellungen der Oximeter-Sensorsignale in einem transformierten Raum bestimmt wird.
  • Mit Hilfe von Puls-Oximetern werden verschiedene Blutströmungscharakteristiken und Blutbestandteile gemessen und angezeigt, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, die Sauerstoffsättigung von Hämoglobin in arteriellem Blut. Ein Oximeter-Sensor leitet Licht durch von Blut durchströmtes Gewebe und misst fotoelektrisch die Absorption des Lichts durch das Gewebe. Das durch das Gewebe geleitete Licht wird so ausgewählt, um ein oder mehrere Wellenlängen zu haben, die durch das Blut in einem Ausmaß absorbiert werden, wodurch die Menge des zu messenden Blutbestandteils dargestellt wird. Die Menge an absorbiertem Licht wird dann verwendet, um die Menge des sich im Blut befindlichen Blutbestandteils zu berechnen.
  • Die gemessenen Lichtsignale können sowohl durch Rauschen als auch durch Bewegungseinflüsse negativ beeinträchtigt werden. Eine Rauschquelle ist Umgebungslicht, das vom Lichtdetektor des Sensors erfasst wird. Eine weitere Rauschquelle ist elektromagnetische Kopplung von anderen elektronischen Geräten. Durch die Bewegung des Patienten wird ebenfalls Rauschen erzeugt und die erfasste Lichtenergie negativ beeinflusst. Beispielsweise kann der Kontakt zwischen dem Detektor und/oder dem Emitter des Sensors und der Gewebeprobe zeitweise unterbrochen werden, wenn durch eine Bewegung bewirkt wird, dass sich einer davon vom Gewebe wegbewegt. Außerdem, da Blut flüssig ist, reagiert es anders als das umgebende Gewebe auf Trägheitseffekte, was zu momentanen Veränderungen hinsichtlich des Volumens an der Stelle führt, an der der Oximeter-Sensor angebracht ist. Die negative Beeinträchtigung der erfassten Lichtenergie kann wiederum zu einer negativen Beeinträchtigung der Ausgabe des Puls-Oximeters und zu einer ungenauen Angabe der Konzentration des Blutbestandteils führen. Es ist offensichtlich, dass solche Ungenauigkeiten negative Folgen haben können.
  • Eine Vielfalt von Techniken wurde entwickelt, um die Effekte von Rauschen und Bewegungseinflüssen bei Puls-Oximetrie-Systemen zu minimieren. Bei einem System, das in dem US-Patent Nr. 5,025,791 beschrieben ist, wird ein Beschleunigungsmessgerät in dem Oximetrie-Sensor verwendet, um Bewegung zu erfassen. Wenn Bewegung erfasst wird, dann werden Daten, die während der Bewegung aufgenommen werden, entweder gelöscht oder als fehlerhaft ausgewiesen. In dem US-Patent Nr. 4,802,486, übertragen auf Nellcor Puritan Bennett, dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung, wird ein EKG-Signal überwacht und mit dem Oximeter-Messwert korreliert, um eine Synchronisation zu bewirken, um den Effekt von Rauschen oder Bewegungseinfluss-Impulsen auf die Oximeter-Messwerte zu begrenzen. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit vermindert, dass das Oximeter auf ein Bewegungssignal eingestellt wird. Im US-Patent Nr. 5,078,136, übertragen Nellcor Puritan Bennett, dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung, werden Signalverarbeitungstechniken verwendet, wie zum Beispiel lineare Interpolation und Analyse der Änderungsgeschwindigkeit, um die Effekte von Rauschen und Bewegungseinflüssen zu begrenzen.
  • Bei einem anderen Oximetrie-System, das in dem US-Patent Nr. 5,490,505 beschrieben ist, wird ein adaptives Rauschunterdrückungsmittel auf verschiedene additive Kombinationen von roten und infraroten Signalen von dem Oximeter-Sensor angewendet, um einen Koeffizienten zu identifizieren, für den die Ausgabe des Rauschunterdrückungsmittels am Besten die Sauerstoffsättigung von Hämoglobin im Blut eines Patienten darstellt. Diese Technik hat den Nachteil, dass eine intensive Berechnung durchgeführt werden muss, was zu einer sehr teuren Implementierung mit unerwünscht hohen Leistungsanforderungen führt.
  • Bei einer weiteren Oximetrie-Vorrichtung im US-Patent Nr. 5,632,272 wird eine Technik unter Verwendung einer Fourier-Transformierten beschrieben. Daten von der Fourier-Transformierten werden analysiert, um die Sättigung von arteriellem Blut zu bestimmen, indem alle Fourier-Energien oberhalb eines Grenzwertes mit gleicher Bedeutung betrachtet werden. Jedoch ist die in dem 5,632,272-Patent beschriebene Technik bei Vorhandensein von signifikanter zufälliger Bewegung ungeeignet, bei der viele unnormale Signale über dem Rauschgrenzwert vorhanden sind.
  • Da jede der vorstehend beschriebenen Techniken ihre eigenen Beschränkungen und Nachteile hat, ist es gewünscht, Techniken zur Verarbeitung der Signale von Oximetrie-Sensoren zu entwickeln, um noch genauer Blutsauerstoffpegel bei Vorhandensein von Rauschen und Bewegungseinflüssen bestimmen zu können.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines physiologischen Parameters zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    Empfangen erster und zweiter Signale von einem Sensor zum Erfassen elektromagnetischer Energie erster und zweiter Wellenlängen;
    Transformieren der ersten und zweiten Signale unter Verwendung einer Transformierten, und Erzeugen eines Verhältniswerte enthaltenden Verhältnissignals unter Verwendung der Transformationen der ersten und zweiten Signale;
    Berechnen, für eine Vielzahl von Verhältniswerten, jeweiliger Summen unter Verwendung variabler Gewichtungsdaten, die aus der Transformation des ersten Signals abgeleitet sind, wobei die variablen Gewichtungsdaten nicht-ganzzahlige Werte beinhalten, und zwar jedes mal dann, wenn das Verhältnissignal mit einer gewichteten Summe übereinstimmt, die mit einem jeweiligen Verhältniswert der Vielzahl von Verhältniswerten in Beziehung steht; und
    Auswählen von einem der Vielzahl von Verhältniswerten, unter Verwendung ihrer jeweiligen Summen, als Darstellung des physiologischen Parameters unter Verwendung eines ersten Spitzenwert-Auswahlalgorithmus, um diesen einen der Vielzahl von Verhältniswerten auszuwählen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen, bei denen Rauschen von Bewegungseinflüssen und einer Vielzahl anderer Quellen wirksam aus den Oximetrie-Sensorsignalen entfernt werden, um die Sauerstoffsättigung von Hämoglobin in dem arteriellen Blut eines Patienten zuverlässig zu bestimmen. Verarbeitete Darstellungen der Rot-Signale und IR-Signale von einem Oximetrie-Sensor werden in einem Fourier-Raum kombiniert und mit einer Vielzahl verschiedener Werte verglichen, von denen jeder einen anderen Sättigungswert entspricht. Ein gewichteter Zählwert, hier auch als eine Summe bezeichnet, wird für jeden der Werte beibehalten, der die Anzahl von Zeitpunkten wiedergibt, an denen das kombinierte Signal den bestimmten Wert durchläuft. Diese Information wird verwendet, um ein Histogramm oder eine "Sättigungs-Transformierte" von möglichen Sättigungswerten zu erzeugen. Die Gewichtungen, die auf Anteilen zu jeder der Summen angewendet werden, werden gemäß einer Darstellung des IR-Signals in dem Fourier-Raum ausgewählt. Das heißt, individuelle Anteile zu jedem Zählwert werden gemäß dem IR-Energiepegel gewichtet, und zwar mit einer entsprechenden Frequenz.
  • Das Histogramm beinhaltet normalerweise eine Anzahl an lokalen Maxima, von denen lediglich eines dem Sättigungswert des arteriellen Bluts entspricht. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Auswahl des geeigneten Maximums unter Verwendung einer Vielzahl an Spitzenwert-Auswahlalgorithmen erreicht werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise das lokale Maximum ausgewählt, das dem am stärksten gewichteten Zählwert entspricht. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das lokale Maximum ausgewählt, das dem am höchsten Sättigungswert entspricht. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird das lokale Maximum ausgewählt, das einem Sättigungswert entspricht, der zu dem jüngsten, bewegungsfreien Sättigungswert den geringsten Abstand hat.
  • Daher wird durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verwendung in einem System zur Bestimmung eines physiologischen Parameters zur Verfügung gestellt. Das System weist einen Sensor auf, um elektromagnetische Energie erster und zweiter Wellenlängen in Richtung auf eine Gewebeprobe zu übertragen und die elektromagnetischen Energie zu erfassen, nachdem die elektromagnetische Energie durch die Gewebeprobe gestreut wurde, wodurch ein erstes Signal, das der ersten Wellenlänge entspricht, und ein zweites Signal erzeugt wird, das der zweiten Wellenlänge entspricht. Die ersten und zweiten Signale werden in die Frequenz-Domäne transformiert, wodurch dritte und vierte Signale erzeugt werden. Unter Verwendung der dritten und vierten Signale wird ein Verhältnissignal erzeugt. Für jeden einer Vielzahl von Verhältniswerten wird eine zugehörige Summe erzeugt, die der Anzahl von Zeitpunkten entspricht, an denen das Verhältnissignal mit dem Verhältniswert zusammenfällt, der mit der Summe in Beziehung steht. Anteile zu jeder Summe werden gemäß dem dritten Signal gewichtet. Ein bester Verhältniswert wird aus der Vielzahl von Verhältniswerten ausgewählt, und zwar basierend auf den damit in Beziehung stehenden Summen.
  • Ein besseres Verständnis der Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die übrigen Teile der Beschreibung sowie die Zeichnungen erreicht.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm von einem Puls-Oximetrie-System zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das die Funktion des Puls-Oximetrie-Systems aus 1 darstellt;
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das die Berechnung der Sauerstoffsättigung von Hämoglobin in arteriellem Blut gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt; und
  • 4a-4c sind Grafiken, die Darstellungen von verschiedenen Signalen zeigen, die in dem Sättigungsberechnungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • BESCHREIBUNG VON SPEZIELLEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm von einem Oximetrie-System 100 zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung. Ein Oximetrie-Sensor 102 ist beispielsweise an dem Finger 104 eines Patienten angebracht. LEDs 106 und 108 für rotes Licht und infrarotes (IR) Licht senden abwechselnd rotes Licht und IR-Licht in Richtung auf den Finger 104. Ein Detektor 110 empfängt das rote Licht und das IR-Licht, das durch den Finger 104 geleitet wird. Der Sensor 102 ist mit einem Oximeter 112 verbunden, das das Signal von dem Detektor 110 empfängt und verarbeitet und das außerdem das Steuersignal an die LEDs 106 und 108 liefert. Das Detektorsignal wird durch eine Vorschalt-Signalverarbeitungsschaltung 114 empfangen, mit Hilfe derer das abwechselnd transmittierte rote Licht bzw. IR-Licht, das durch den Detektor 110 empfangen wird, demoduliert wird, Umgebungslicht beseitigt wird, und die feststehenden sowie variable Hardware-Verstärkungsstufen vor der Digitalisierung beinhaltet.
  • Das verarbeitete analoge Signal wird mit Hilfe einer Analog/Digital-Wandlerschaltung 116 in ein digitales Signal umgewandelt und zu einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 118 gesendet, um gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Schätzwerte der Sauerstoffsättigung von Hämoglobin in dem arteriellen Blut eines Patienten zu berechnen. Die berechnete Sättigung wird dann an die Anzeige 120 geleitet. Die CPU 118 steuert außerdem eine LED-Steuerschaltung 122, die die Steuersignale an die LEDs 106 und 108 liefert, sowie die Demodulation der gesammelten Lichtsignale von Vorschalt-Schaltung 114 bewirkt. Ein Beispiel von einem Oximetrie-System zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist in der gemeinsam übertragenen, anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 08/660,510 mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING PHYSIOLOGICAL PARAMETERS USING MODEL-BASED ADAPTIVE FILTERING beschrieben, angemeldet am 7. Juni 1996, die auf der vorläufigen Anmeldung Nr. 60/000,195 basiert, angemeldet am 14. Juni 1995.
  • 2 ist ein Flussdiagramm 200, das die Funktion des Puls-Oximetrie-Systems aus 1 darstellt. Die Datengewinnung (Schritt 202) kann unter Verwendung einer Vielfalt an verfügbaren Sensoren und Analogsignal-Verarbeitungseinrichtungen erreicht werden, wie zum Beispiel der Sensor 102 und die Schaltung 114 aus 1. Die gewonnenen Daten werden mit einer geeigneten Abtastrate (Schritt 204) digitalisiert, und der natürliche Logarithmus der digitalisierten roten Wellenformen und IR-Wellenformen wird aufgenommen (Schritt 206). Die resultierenden Daten werden dann Bandpass-gefiltert (Schritt 208), und zwar mit einem Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR) mit einer Hochpass-Sperrfrequenz von 0,5 Hz und einer Tiefpass-Dämpfung von 10 bis 20 Hz.
  • Die Signale werden dann für die Berechnung der Pulsrate und der Sättigung (Schritte 212 und 214) verwendet. Die Werte, die durch diese Prozessschritte gewonnen werden, sind beide Gegenstand einer Nachverarbeitung (Schritte 216 und 218), die verfügbare Metriken bezüglich der berechneten Werte verwendet, um deren Zuverlässigkeit zu bestimmen, sowie ob und wie sie angezeigt werden sollen. Die jeweiligen Werte werden dann angezeigt (Schritte 220 und 222). Ein Teil des Sättigungsalgorithmus 214 wird nun unter Bezugnahme auf 3 in größerem Detail beschrieben.
  • 3 ist ein Flussdiagramm 300, das die Berechnung der Sauerstoffsättigung von Hämoglobin in arteriellem Blut gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. 4a-4c zeigen Darstellungen verschiedener Signale, die in dem Sättigungsberechnungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Es soll verstanden werden, dass das beschriebene Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer Vielzahl anderer Verfahren zur Berechnung der Sättigung verwendet werden kann, um dadurch verschiedene unabhängig berechnete Werte zur Verfügung zu stellen, aus denen dann der beste Wert ausgewählt werden kann. Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel werden die verarbeiteten und digitalisierten roten Signale bzw. IR-Signale in einen Fourier-Raum transformiert (Schritt 302). Diese Fourier-Transformierte resultiert aus Frequenz-Abtastungen f1. Die transformierten Fourier-Signale werden mit IR(f1) sowie Rot(f1) bezeichnet, die beide komplexe Zahlen sind.
  • Die relativen Werte von einigen repräsentativen transformierten Fourier-Signalen sind in 4a gezeigt.
  • Sowohl die roten Wellenformen als auch die IR-Wellenformen (402 beziehungsweise 404) haben Komponenten mit der Herzrate (etwa 1 Hz) sowie Vielfache davon. Das IR-Signal wird dann mit dem Rot-Signal kombiniert (Schritt 304), wodurch ein Verhältnissignal 406 (4b) erzeugt wird, das angegeben ist durch
    Figure 00100001
    wobei * eine komplexe Konjugierte bezeichnet, und Re{x} den realen Teil von {x} bezeichnet.
  • Wie in 4b gezeigt, ist das Verhältnissignal 406 in den Frequenzbereichen um jedes Vielfache der Herzrate herum relativ stabil und außerhalb dieser Bereiche scheinbar zufällig.
  • Ein gewichteter Zählwert oder Summe h(ω) wird dann (Schritt 306) für jeden einer Vielzahl von Verhältniswerten ω1 erzeugt. Die Zählwerte stellen die Höhe der IR-Amplitude bei Frequenz-Indizes (fi) dar, wobei der Verhältniswert ω1 gleich dem bestimmten Verhältniswert ω ist. Das heißt
    Figure 00100002
    wobei die Summe für alle i so ist, dass ωi gleich ω.
  • Die Zählwerte können reale Zahlen sein, die der Auflösung des Messwerts |IR(fi)| entsprechen, oder können Ganzzahlen oder quantifizierte Annäherungen sein. In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden mehr als zwei mögliche Werte der Zählwerte/Gewichtungen verwendet. Unter Verwendung der Zählwerte für jedes ωi wird ein Histogramm erzeugt (Schritt 308). Ein Beispiel von dem Histogramm h(ω) ist in 4c gezeigt. Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Bereich der ωi-werte wie folgt: 0,4 < ωi < 2,5; Δωi = 0,05. Jeder Anteil zu dem Zählwert für ein bestimmtes ωi wird gemäß der Höhe des IR-Signals an diesem Fourier-Index gewichtet. Das heißt, die Gewichtungen gemäß jedem Übergang des Verhältnissignals (4b) durch einen bestimmten Verhältniswert ωi werden durch Bezugnahme auf die Amplitude des IR-Signals bestimmt, wie in 4a gezeigt. Daher werden die Übergänge, die an oder in der Nähe der Spitzenwerte (in dem Fourier-Raum) der IR-Wellenform stattfinden, signifikant stärker gewichtet als jene, die dort stattfinden, wo die IR-Amplitude klein ist. Während der Bewegung führt dies normalerweise zu einem Histogramm mit lokalem Maxima an zwei oder mehr verschiedenen Werten von ωi, wobei lediglich eines dem tatsächlichen Sättigungswert entspricht.
  • Wenn mehrere Spitzenwerte in dem Histogramm auftreten, kann die Auswahl des geeigneten ωi-Spitzenwertes, der der arteriellen Sauerstoffsättigung (Schritt 310) entspricht, zur Anzeige unter Verwendung eines "Spitzenwert-Auswahlalgorithmus" erreicht werden. Ein solcher Algorithmus kann in vielerlei Weise konfiguriert werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt:
    • 1) Der Spitzenwert mit dem am stärksten gewichteten Zählwert kann ausgewählt werden;
    • 2) Der Spitzenwert entsprechend dem Wert mit höchster Sättigung kann ausgewählt werden;
    • 3) Der Spitzenwert entsprechend einem Sättigungswert, der zu dem jüngsten Sättigungswert den geringsten Abstand hat, der vor dem Auftreten der Bewegung berechnet wurde, kann ausgewählt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Bestimmung des Vorhandenseins von Bewegung mit einem "Bewegungserfassungsalgorithmus" erreicht, wie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5,662,106 für OXIMETER WITH MOTION DETECTION FOR ALARM MODIFICATION offenbart, das am 2. September 1997 veröffentlicht wurde;
    • 4) Der Spitzenwert entsprechend einem Sättigungswert, der zu einem vorbestimmten Sättigungswert den geringsten Abstand hat, kann ausgewählt werden, wobei der vorbestimmte Sättigungswert daher stammt, dass dem Trend der zuletzt angezeigten Sättigungen gefolgt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann dieser Trend beispielsweise den zuletzt angezeigten Sättigungswert, die Zeitrate der Veränderung der zuletzt angezeigten Sättigungswerte (d.h. Sättigungs-"Geschwindigkeit") und die Zeitrate der Veränderung jener Veränderung der zuletzt angezeigten Sättigungswerte (d.h. Sättigungs-"Beschleunigung") gemäß der folgenden Formel beinhalten: vorhergesagte Sättigung = zuletzt angezeigte Sättigung + Cv (dS/dt) + Ca (d2S/dt2)wobei
      Cv
      = Geschwindigkeitskonstante
      Ca
      = Beschleunigungskonstante
      dS/dt
      = Zeitrate der Veränderung von gerade zuvor angezeigten Sättigungen
      d2S/dt2
      = Zeitrate der Veränderung der jüngsten Werte von dS/dt;
    • 5) Der Spitzenwert, der dem höheren von zwei Verfolgungssättigungen entspricht, kann ausgewählt werden, wobei der Trend (wie vorstehend beschrieben) von jedem der Spitzenwerte, die sich in dem Histogramm befinden, durchgeführt wird, und jene, die aufeinander folgen, können mit den venösen und arteriellen Blutsauerstoff-Sättigungen in Beziehung gesetzt werden. Das heißt, ein reiner "Bewegungs"-Spitzenwert wird oft erzeugt und ist nahe ωi=1 unverändert, wobei Spitzenwerte, die infolge der Bewegung von venösem und arteriellem Blut entstehen, aufeinander folgen, und insbesondere während eines sich ändernden Sättigungszustands aufeinander folgen. Der ωi-Spitzenwert, der der höheren Sättigung der beiden "aufeinanderfolgenden" Spitzenwerte entspricht, wird mit der arteriellen Sauerstoff-Sättigung in Beziehung gesetzt;
    • 6) Ein Algorithmus, der zwischen einer Untergruppe der vorstehend angeführten Algorithmen vermittelt, kann verwendet werden, wobei die Vermittlung durch Auswahl des am Besten geeigneten Verfahrens zur Verwendung ausgewählt wird, und zwar basierend auf verschiedenen Signalfaktoren. Solche Signalfaktoren können, aber nicht darauf beschränkt, die Anzahl an lokalen Maxima in dem Histogramm, das Nichtvorhandensein oder Vorhandensein von Bewegung oder das Ausmaß an Bewegung umfassen. Beispielsweise wird gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel das Verfahren #2 des Nicht-Vorhandenseins von Bewegung verwendet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Verfahren #3 bei Vorhandensein von Bewegung verwendet. In einem weiteren speziellen Ausführungsbeispiel ist der vermittelnde Algorithmus so konfiguriert, dass bei Nicht-Vorhandensein von Bewegung und/oder wenn zwei ωi-Spitzenwert vorhanden sind, das Verfahren #2 verwendet wird. Wenn jedoch drei oder mehr Spitzenwerte vorhanden sind, dann wird das Verfahren #5 verwendet.
  • Der Fachmann erkennt, dass weitere Schemata zur Auswahl des ωi-Spitzenwertes, der einer arteriellen Sättigung entspricht, zwecks Anzeige verwendet werden kann, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
  • Obwohl die Erfindung speziell unter Bezugnahme auf ihre speziellen Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurde, ist für den Fachmann offensichtlich, dass Änderungen hinsichtlich Ausgestaltung und Details der offenbarten Ausführungsbeispiele erfolgen können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Signal-Transformierte verwendet werden, die andere sind als die Fourier-Transformierte. Diese anderen Wellenformen umfassen die Wavelet-Transformierte, die Kosinus-Transformierte, eine Bessel-Transformierte und die Legendre-Polinom-Transformierte. Außerdem können mehr als zwei Licht-Wellenlängen verwendet werden, wie in dem gemeinsam übertragenem US-Patent Nr. 5,645,060 mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR REMOVING ARTIFACT AND NOISE FROM PULSE OXIMETRY bezeichnet, angemeldet am B. Juli 1997, oder die Verwendung von multivarianter Analyse, bei der viele Wellenlängen betrachtet werden. Daher soll der Schutzbereich der Erfindung unter Bezug

Claims (16)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines physiologischen Parameters, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Empfangen erster und zweiter Signale von einem Sensor zum Erfassen elektromagnetischer Energie erster und zweiter Wellenlängen; Transformieren der ersten und zweiten Signale unter Verwendung einer Transformierten, und Erzeugen eines Verhältniswerte enthaltenden Verhältnissignals unter Verwendung der Transformationen der ersten und zweiten Signale; Berechnen, für eine Vielzahl von Verhältniswerten, jeweiliger Summen unter Verwendung variabler Gewichtungsdaten, die aus der Transformation des ersten Signals abgeleitet sind, wobei die variablen Gewichtungsdaten nicht-ganzzahlige Werte beinhalten, und zwar jedes mal dann, wenn das Verhältnissignal mit einer gewichteten Summe übereinstimmt, die mit einem jeweiligen Verhältniswert der Vielzahl von Verhältniswerten in Beziehung steht; und Auswählen von einem der Vielzahl von Verhältniswerten, unter Verwendung ihrer jeweiligen Summen, als Darstellung des physiologischen Parameters unter Verwendung eines ersten Spitzenwert-Auswahlalgorithmus, um diesen einen der Vielzahl von Verhältniswerten auszuwählen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gewichtungsdaten mindestens drei verschiedene Werte beinhalten, einschließlich der Ganzzahl 1 und Brüche davon.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Spitzenwert-Auswahl einer von einer Vielzahl von Spitzenwert-Auswahlalgorithmen ist, wobei das Verfahren außerdem den Schritt umfasst: Auswählen des ersten Spitzenwert-Auswahlalgorithmus aus der Vielzahl von Spitzenwert-Auswahlalgorithmen, basierend auf mindestens einem Faktor, der mit der Vielzahl von Verhältniswerten in Beziehung steht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gewichtungsdaten für die jeweiligen Summen aus einer Amplitude des ersten Signals abgeleitet und zu dieser proportional sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Daten Werte haben, die proportional zu der Amplitude der Transformation des ersten Signals sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der physiologische Parameter Blutsauerstoffsättigung von Hämoglobin in arteriellem Blut umfasst, und jeder der Vielzahl von Verhältniswerten einem bestimmten Sättigungswert entspricht.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem mit dem Schritt des Transformierens, unter Verwendung einer auswählbaren Transformation, der ersten und zweiten Signale, um die Transformation der ersten und zweiten Signale zu erzeugen, wobei die auswählbare Frequenzbereich-Transformation mindestens eine ist von einer Fourier-Transformation, einer Laplace-Transformation, einer Wavelet-Transformation, einer Cosinus- Transformation, einer Bessel-Transformation oder einer Legendre-Polynom-Transformations-Transformierten.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem mit dem Schritt des Berechnens einer Abschätzung einer Herzrate aus der Transformation der ersten und zweiten Signale.
  9. Vorrichtung zum Restimmen eines physiologischen Parameters, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Empfänger zum Empfangen erster und zweiter Signale, die von einem Sensor zum Erfassen elektromagnetischer Energie erster und zweiter Wellenlängen abgeleitet sind; einen Signalprozessor zum Transformieren der ersten und zweiten Signale unter Verwendung einer Transformierten, und Erzeugen eines Verhältniswerte enthaltenden Verhältnissignals unter Verwendung der Transformationen der ersten und zweiten Signale, und Berechnen, für eine Vielzahl von Verhältniswerten, jeweiliger Summen unter Verwendung variabler Gewichtungsdaten, die aus der Transformation des ersten Signals abgeleitet sind, wobei die variablen Gewichtungsdaten nicht-ganzzahlige Werte beinhalten, und zwar jedes mal dann, wenn das Verhältnissignal mit einer gewichteten Summe übereinstimmt, die mit einem jeweiligen Verhältniswert der Vielzahl von Verhältniswerten in Beziehung steht; und ein Auswahlmittel zum Auswählen von einem der Vielzahl von Verhältniswerten, unter Verwendung ihrer jeweiligen Summen, als Darstellung des physiologischen Parameters unter Verwendung eines ersten Spitzenwert- Auswahlalgorithmus, um diesen einen der Vielzahl von Verhältniswerten auszuwählen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Gewichtungsdaten mindestens drei verschiedene werte beinhalten, einschließlich der Ganzzahl 1 und Brüche davon.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die erste Spitzenwert-Auswahl einer von einer Vielzahl von Spitzenwert-Auswahlalgorithmen ist, wobei das Auswahlmittel außerdem Mittel aufweist, um den ersten Spitzenwert-Auswahlalgorithmus aus der Vielzahl von Spitzenwert-Auswahlalgorithmen auszuwählen, basierend auf mindestens einem Faktor, der mit der Vielzahl von Verhältniswerten in Beziehung steht.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die Gewichtungsdaten für die jeweiligen Summen aus einer Amplitude des ersten Signals abgeleitet und zu dieser proportional sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Daten Werte haben, die proportional zu der Amplitude der Transformation des ersten Signals sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei der der physiologische Parameter Blutsauerstoffsättigung von Hämoglobin in arteriellem Blut umfasst, und jeder der Vielzahl von Verhältniswerten einem bestimmten Sättigungswert entspricht.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, außerdem mit einem Transformationsmittel zum Transformieren, unter Verwendung einer auswählbaren Transformation, der ersten und zweiten Signale, um die Transformation der ersten und zweiten Signale zu erzeugen, wobei die auswählbare Transformation mindestens eine ist von einer Fourier-Transformation, einer Laplace-Transformation, einer Wavelet-Transformation, einer Cosinus-Transformation, einer Bessel-Transformation einer Legendre-Polynom-Transformations-Transformierten.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, außerdem mit einem Berechnungsmittel zum Berechnen einer Abschätzung einer Herzrate aus der Transformation der ersten und zweiten Signale.
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