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TECHNISCHES GEBIET
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Der hierin beschriebene Gegenstand betrifft im Allgemeinen die Überwachung der Atemfrequenz und insbesondere Systeme und Verfahren zum Erzeugen eines Signals, das eine Atemfrequenz eines Patienten angibt.
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STAND DER TECHNIK
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Die Atemfrequenz ist die Zahl der Atemzüge, die eine Person pro Minute nimmt. Die Atemfrequenz kann sich bei Fieber, Krankheit und anderen Beschwerden erhöhen oder verringern, und somit wird die Atemfrequenz eines Patienten häufig als ein Mittel zum Analysieren des medizinischen Gesundheitszustandes eines Patienten überwacht. Die Atemfrequenz kann als eine Zahl der Atemzüge pro Minute oder als eine Frequenz (z. B. entspricht eine Frequenz von 1 Hz 60 Atemzügen pro Minute) dargestellt werden. Die Atemfrequenz eines Patienten kann manuell (z. B. indem ein Kliniker die Zahl der Atemzüge zählt, die der Patient über einen Zeitraum nimmt) oder durch automatisierte Atmungsmessungssysteme gemessen werden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es werden Systeme und Verfahren zum Erzeugen eines Signals, das eine Atemfrequenz eines Patienten angibt, bereitgestellt. In einem Aspekt werden sinusförmige Differenzstromsignale mit einer Modulationsfrequenz erzeugt. Die Differenzstromsignale werden zwischen Elektroden in Kontakt mit dem Brustkorb eines Patienten weitergegeben. Ein Spannungssignal wird basierend auf der Weitergabe der Differenzstromsignale zwischen den Elektroden empfangen. Das Spannungssignal beinhaltet eine sinusförmige Spannung bei der Modulationsfrequenz mit einer Amplitude, die basierend auf der Atmung des Patienten variiert. Ein Ausgangssignal, das eine Niederfrequenz-Komponente und eine Hochfrequenz-Komponente beinhaltet, wird durch Multiplikation des Spannungssignals mit einem sinusförmigen Signal erzeugt. Das sinusförmige Signal weist die Modulationsfrequenz und eine konstante Amplitude auf. Das Ausgangssignal wird gefiltert, um die Hochfrequenz-Komponente zu entfernen, und das gefilterte Ausgangssignal beinhaltet eine Wellenform mit Eigenschaften, die indikativ für eine Atemfrequenz des Patienten sind.
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In einem weiteren zusammenhängenden Aspekt zum Erzeugen eines Signals, das eine Atemfrequenz eines Patienten angibt, wird ein amplitudenmoduliertes (AM) Signal mit einer Amplitude, die basierend auf der Atmung eines Patienten variiert, empfangen. Das AM-Signal basiert auf einer Weitergabe eines sinusförmigen Stromsignals zwischen Elektroden in Kontakt mit dem Brustkorb eines Patienten. Das AM-Signal wird unter Verwendung eines Multiplikators demoduliert. Ein Ausgang des Multiplikators beinhaltet eine Wellenform mit Eigenschaften, die indikativ für eine Atemfrequenz des Patienten sind.
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In einem weiteren zusammenhängenden Aspekt beinhaltet ein System zum Erzeugen eines Signals, das eine Atemfrequenz eines Patienten angibt, eine Stromquelle, die zum Erzeugen sinusförmiger Differenzstromsignale mit einer Modulationsfrequenz konfiguriert ist. Die Differenzstromsignale werden zwischen Elektroden in Kontakt mit dem Brustkorb eines Patienten weitergegeben, um ein Spannungssignal zu erzeugen. Das Spannungssignal ist eine sinusförmige Spannung bei der Modulationsfrequenz mit einer Amplitude, die basierend auf der Atmung eines Patienten variiert. Eine Signalquelle ist zum Erzeugen eines sinusförmigen Signals mit der Modulationsfrequenz und einer konstanten Amplitude konfiguriert. Ein Multiplikator ist zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das eine Niederfrequenz-Komponente und eine Hochfrequenz-Komponente beinhaltet, durch Multiplikation des Spannungssignals mit dem sinusförmigen Signal konfiguriert. Ein Filter ist zum Filtern des Ausgangssignals zum Entfernen der Hochfrequenz-Komponente konfiguriert. Das gefilterte Ausgangssignal beinhaltet eine Wellenform mit Eigenschaften, die indikativ für eine Atemfrequenz des Patienten sind.
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In einem weiteren zusammenhängenden Aspekt beinhaltet ein Patientenüberwachungsgerät ein System zum Erzeugen eines Signals, das eine Atemfrequenz eines Patienten angibt. Das System zum Erzeugen des Signals beinhaltet eine Stromquelle, die zum Erzeugen sinusförmiger Differenzstromsignale mit einer Modulationsfrequenz konfiguriert ist. Die Differenzstromsignale werden zwischen Elektroden in Kontakt mit dem Brustkorb eines Patienten weitergegeben, um ein Spannungssignal zu erzeugen. Das Spannungssignal ist eine sinusförmige Spannung bei der Modulationsfrequenz mit einer Amplitude, die basierend auf der Atmung des Patienten variiert. Eine Signalquelle ist zum Erzeugen eines sinusförmigen Signals mit der Modulationsfrequenz und einer konstanten Amplitude konfiguriert. Ein Multiplikator ist zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das eine Niederfrequenz-Komponente und eine Hochfrequenz-Komponente beinhaltet, durch Multiplikation des Spannungssignals mit dem sinusförmigen Signal konfiguriert. Ein Filter ist zum Filtern des Ausgangssignals zum Entfernen der Hochfrequenz-Komponente konfiguriert. Das gefilterte Ausgangssignal beinhaltet eine Wellenform mit Eigenschaften, die indikativ für die Atemfrequenz des Patienten sind.
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Der hierin beschriebene Gegenstand liefert viele technische Vorteile. Wie unten beschrieben, wird ein Multiplikator zum Demodulieren eines Atmungssignals verwendet. Die Verwendung des Multiplikators eliminiert Rauschquellen, die in herkömmlichen Systemen vorliegen, wodurch Atmungsablesungen mit höherer Genauigkeit ermöglicht werden. Außerdem ergibt diese Rauschminderung eine bessere Leistung für sowohl die EKG- als auch die Schrittmacher-Pulserkennungsfunktion. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren eliminieren auch Komplexitäten der Differenzsignalverarbeitung, die in den herkömmlichen Systemen vorliegen, und ermöglichen eine Signalverarbeitung über ein vereinfachtes Filterdesign. Diese und andere technische Vorteile sind unten im Detail beschrieben.
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Die Einzelheiten einer oder mehrerer Variationen des hierin beschriebenen Gegenstandes sind in den beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung unten dargelegt. Andere Merkmale und Vorteile des hierin beschriebenen Gegenstandes werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen offensichtlich sein.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagram, welches ein Beispielsystem zum Erzeugen eines Signals, das eine Atemfrequenz eines Patienten anzeigt, darstellt;
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2 ist ein Schema eines Beispielsystems zum Messen der Atemfrequenz eines Patienten;
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3 ist ein Flussdiagramm, das Beispielschritte eines Verfahrens zum Erzeugen eines Signals, das eine Atemfrequenz eines Patienten anzeigt, darstellt; und
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4 stellt ein beispielhaftes Patientenüberwachungsgerät dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielsystem zum Erzeugen eines Signals, das indikativ für eine Atemfrequenz eines Patienten 106 ist, darstellt. Das System beinhaltet eine Stromquelle 102, die zum Erzeugen der Differenzstromsignale 104 konfiguriert ist. Jedes der Differenzstromsignale 104 ist ein sinusförmiger Strom mit einer Modulationsfrequenz und einer konstanten Amplitude. Die Modulationsfrequenz ist eine relativ hohe Frequenz, die eine oder mehrere Größenordnungen höher als eine Frequenzdarstellung der Atemfrequenz des Patienten ist. Zum Beispiel beträgt eine typische Atemfrequenz für einen gesunden Erwachsenen in Ruhe 12–20 Atemzüge pro Minute. Dargestellt als Frequenzen entsprechen derartige Atemfrequenzen einem Frequenzbereich von 0,20–0,33 Hz. Im Gegensatz dazu weisen die sinusförmigen Differenzstromsignale 104 beispielsweise eine Frequenz von etwa 40 KHz auf.
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Wie in 1 veranschaulicht, werden die sinusförmigen Differenzstromsignale 104 zwischen den Elektroden 108, 110 weitergegeben, die in Kontakt mit dem Brustkorb des Patienten 106 stehen. Eine Spannung zwischen den Elektroden 108, 110 ist proportional zu einer Impedanz des Brustkorbes des Patienten und variiert als eine Funktion der Atmung, wenn sich der Brustkorb des Patienten hebt und senkt. Ein Spannungsmesskreis 112 liest die Spannung zwischen den Elektroden 108, 110 ab und erzeugt ein entsprechendes Spannungssignal 113. Da die Differenzstromsignale 104 sinusförmige Signale sind, welche die Modulationsfrequenz aufweisen, ist das Spannungssignal 113 eine sinusförmige Spannung bei der Modulationsfrequenz mit einer Amplitude, die basierend auf der Atmung des Patienten variiert. Somit ist das Spannungssignal 113 ein amplitudenmoduliertes (AM) sinusförmiges Signal.
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Wie oben angegeben, ist das Spannungssignal 113 ein AM-Signal mit einer Amplitude, die basierend auf der Atmung des Patienten variiert. Zum Demodulieren dieses AM-Signals wird ein Multiplikator 114 genutzt. Wie in 1 gezeigt, empfängt der Multiplikator 114 das Spannungssignal 113 von dem Spannungsmesskreis 112. Der Multiplikator 114 empfängt auch ein sinusförmiges Signal 115 mit der Modulationsfrequenz (z. B. etwa 40 KHz) und einer konstanten Amplitude von einer Signalquelle 116. Das sinusförmige Signal 115 kann ein Spannungssignal mit der konstanten Amplitude sein. Wie oben angegeben, weisen die sinusförmigen Differenzstromsignale 104 auch eine konstante Amplitude auf, und die konstante Amplitude des sinusförmigen Spannungssignals 115 ist beispielsweise proportional zu der der sinusförmigen Differenzstromsignale 104.
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Der Multiplikator 114 demoduliert das Spannungssignal 113 durch Multiplikation des Spannungssignals 113 mit dem sinusförmigen Signal 115. Wie oben angegeben, weisen die Signale 113 und 115 die gleiche Modulationsfrequenz auf, jedoch trägt das AM-Spannungssignal 113 zusätzliche Informationen über die Atemfrequenz des Patienten über seine variierende Amplitude. Das Multiplizieren der Signale 113, 115 am Multiplikator 114 ermöglicht es, diese zusätzlichen Informationen aus dem Signal 113 zu extrahieren. Spezifisch beinhaltet, wenn die Signale 113, 115 multipliziert werden, ein resultierendes Ausgangssignal 117 des Multiplikators 114 eine Hochfrequenz-Komponente und eine Niederfrequenz-Komponente. Die Hochfrequenz-Komponente weist eine Frequenz auf, die das Doppelte der Modulationsfrequenz beträgt. Die Niederfrequenz-Komponente beinhaltet eine Wellenform mit einer Amplitude, die basierend auf der Atemfrequenz des Patienten variiert. Diese Wellenform weist eine relativ niedrige Frequenz auf, die eine oder mehrere Größenordnungen niedriger als die Frequenz der Hochfrequenz-Komponente ist. In einem Beispiel weist die Hochfrequenz-Komponente eine Frequenz von etwa 80 KHz auf und die Niederfrequenz-Komponente weist eine Frequenz im Bereich von 0,25–3,5 Hz auf, in Abhängigkeit von der Atemfrequenz des Patienten.
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Zum Entfernen der Hochfrequenz-Komponente aus dem Ausgangssignal 117 wird ein Filter 118 verwendet. Der Filter 118 ist beispielsweise ein Tiefpassfilter. Ein gefiltertes Ausgangssignal 120 erzeugt durch den Filter 118 behält die Niederfrequenz-Komponente des Ausgangssignals 117, welche die Wellenform mit einer Amplitude beinhaltet, die basierend auf der Atemfrequenz des Patienten variiert. In einigen Beispielen wird zusätzliche Filterung am Ausgangssignal 117 durchgeführt, um das gefilterte Ausgangssignal 120 zu erzeugen (z. B. Filtern zum Entfernen einer Gleichstrom(DC)-Vorspannung aus dem Ausgangssignal 117 usw.). Das gefilterte Ausgangssignal 120 kann durch verschiedene Komponenten empfangen werden (z. B. analoge oder digitale Signalverarbeitungssysteme usw.), und die Atemfrequenz des Patienten 106 kann basierend auf dem Signal 120 berechnet werden. Daten, welche die berechnete Atemfrequenz kennzeichnen, können, u. a., in einem Speicher gespeichert werden, über eine Anzeigevorrichtung angezeigt werden und/oder an ein entferntes Rechensystem übertragen werden.
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Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren zum Messen einer Atemfrequenz eines Patienten unterscheiden sich von herkömmlichen Ansätzen. Zum Beispiel verwenden herkömmliche Systeme zum Messen der Atemfrequenz eines Patienten multiple Sätze von Schaltern. Ein Modulationssatz von Schaltern wird beim Erzeugen eines Vorstroms verwendet und ein zweiter Satz von Schaltern wird beim Abtasten von Wellenformen von Elektroden in Kontakt mit dem Patienten verwendet. Die Schalter werden mit hoher Geschwindigkeit geöffnet und geschlossen, um diesen Zweck zu erfüllen, und das Schalten der beiden Sätze muss relativ zueinander präzise zeitlich abgestimmt sein. Ein Beispielsystem, das diese herkömmliche Anordnung verwendet, ist das ADS1298R von Texas Instruments, welches dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist. Die herkömmlichen Systeme, welche diese Schalter nutzen, weisen für gewöhnlich zeitliche Koordinierungsprobleme aufgrund der zuvor genannten zeitlichen Abstimmungsanforderungen auf. Ferner erzeugt das in den herkömmlichen Systemen verwendete Hochgeschwindigkeitsschalten Geräusche, welche die in diesen Systemen verwendeten Signale stören können (z. B. Signale, welche die Atemfrequenz darstellen, Elektrokardiogramm(EKG)-Signale, Schrittmachersignale usw.). Die herkömmlichen Systeme beruhen außerdem auf komplexen Differenzsignal-Verarbeitungstechniken für abgetastete Daten.
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Im Gegensatz zu diesen herkömmlichen Ansätzen nutzen die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren keine Hochgeschwindigkeitsschaltung. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren sind somit nicht anfällig für die Rauschprobleme im Zusammenhang mit dem Hochgeschwindigkeitsschalten und können Atmungsablesungen mit höherer Genauigkeit als die herkömmlichen Systeme aufweisen. Die Ansätze des hierin beschriebenen Gegenstandes eliminieren auch die Komplexitäten der geschalteten Differenzsignalverarbeitung, wie sie in den herkömmlichen Systemen vorliegt. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Verwendung eines Multiplikators der vorliegenden Offenbarung zum Demodulieren eines Atmungssignals im Kontrast zu den herkömmlichen Systemen steht, welche diese Technik nicht nutzen. Zusätzliche Unterschiede zwischen den herkömmlichen Systemen und dem hierin beschriebenen Gegenstand sind in der gesamten vorliegenden Offenbarung detailliert beschrieben.
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2 ist ein Schema eines Beispielsystems zum Messen einer Atemfrequenz eines Patienten 212. Das System von 2 ist ähnlich dem System von 1, stellt jedoch zusätzliche, in 1 nicht gezeigte Einzelheiten dar. Wie in 2 veranschaulicht, beinhaltet das System einen Sender 202 und einen Empfänger 203. Der Sender 202 wird bei der Erzeugung von Stromsignalen verwendet, die zwischen Elektroden in Kontakt mit dem Brustkorb des Patienten weitergegeben werden, und der Empfänger 203 wird zum Ablesen von Spannungssignalen an den Elektroden und Erzeugen eines Ausgangssignals, das indikativ für die Atemfrequenz des Patienten ist, verwendet. Der Sender 202 beinhaltet eine Signalquelle 206, die zum Erzeugen eines digitalen Taktsignals 207 mit einer Modulationsfrequenz gleich etwa 40 KHz (z. B. 39,2 KHz) konfiguriert ist. Beispielsweise ist das digitale Taktsignal 207 ein Spannungssignal, welches Rechteckwellen oder Rechteckschwingungen beinhaltet.
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Die hierin unter Bezugnahme auf 2 angegebenen Frequenzen sind lediglich Beispiele, und in anderen Beispielen werden andere Frequenzen verwendet. Zum Beispiel ist, obwohl die Modulationsfrequenz des digitalen Taktsignals 207 in dem Beispiel von 2 als etwa 40 KHz angegeben ist, die Modulationsfrequenz in anderen Beispielen gleich 10 KHz, 20 KHz, 30 KHz, 50 KHz oder einer anderen Frequenz. Die Modulationsfrequenz des digitalen Taktsignals 207 ist eine relativ hohe Frequenz, die eine oder mehrere Größenordnungen höher als eine Frequenzdarstellung der Atemfrequenz des Patienten ist. Wie oben angegeben, entspricht die Atemfrequenz des Patienten im Allgemeinen einem Frequenzbereich von 0,20–0,33 Hz und die Modulationsfrequenz des digitalen Taktsignals 207 kann etwa 40 KHz betragen oder eine unterschiedliche Frequenz sein (z. B. eine unterschiedliche Frequenz im Kilohertz-Bereich).
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Das digitale Taktsignal 207 wird an einem aktiven Bandpassfilter zweiter Ordnung 240 empfangen. In einigen Ausführungsformen kann ein Filter, der hierin als aktiv beschrieben ist, passiv sein und umgekehrt. Wie in der Figur angegeben, weist der Bandpassfilter 240 eine Mittenfrequenz gleich der Modulationsfrequenz des digitalen Taktsignals 207 (z. B. etwa 40 KHz) und einen Durchlassbereich von etwa 100 Hz auf. Der Bandpassfilter 240 wandelt die Rechteckwellen oder Rechteckschwingungen des digitalen Taktsignals 207 in sinusförmige Wellen um. Dies ist in 2 gezeigt, welche den Bandpassfilter 240 darstellt, wie er ein sinusförmiges Signal 242 ausgibt. Die Verwendung sinusförmiger Signale in dem System von 2 eliminiert den Oberwellengehalt, der in Signalen mit Rechteckwellen oder Rechteckschwingungen vorliegt, bei welchen es sich um eine Rauschquelle handeln kann. Das sinusförmige Signal 242 wird an einem differentiellen Ausgangsspannung-zu-Strom-Wandler 204 empfangen, welcher die Spannungslevel des sinusförmigen Signals 242 in sinusförmige Differenzstromsignale umwandelt. Spezifisch erzeugt der Spannung-zu-Strom-Wandler 204 in dem Beispiel von 2 ein differentielles Paar 208 sinusförmiger Stromsignale, die um 180 Grad phasenverschoben voneinander sind. Die beiden sinusförmigen Stromsignale des differentiellen Paares 208 weisen die Modulationsfrequenz von etwa 40 KHz auf und beide Signale sind Signale mit konstanter Amplitude, welche eine gemeinsame Amplitude aufweisen. Die Stromsignale des differentiellen Paares 208 weisen in dem Beispiel von 2 eine Größe von 40 μA auf. In anderen Beispielen werden Stromsignale anderer Größe (z. B. 30 μA, 50 μA, 60 μA usw.) verwendet.
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In dem Beispiel von 2 wird das differentielle Paar 208 von Stromsignalen mit einem passiven Hochpassfilter 210 mit einer Grenzfrequenz von 2 KHz gefiltert. Der Hochpassfilter 210 kann ein passives Netzwerk, einschließlich Widerständen und Kondensatoren und/oder anderer Komponenten, beinhalten. Der Hochpassfilter 210 entfernt die Niederfrequenz-Komponenten aus den Stromsignalen, bevor die Stromsignale zwischen Elektroden in Kontakt mit dem Brustkorb des Patienten 212 weitergegeben werden. Diese Elektroden werden in der Figur als RA („rechter Arm”) und LA („linker Arm”) bezeichnet, um die unterschiedlichen Seiten des Brustkorbes des Patienten anzugeben, auf welchen die Elektroden platziert sind.
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Spannungen über die Elektroden hinweg sind ein Ergebnis des Stromes, der den Körper des Patienten durchquert, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben. Derartige Spannungen werden an einem Bandpassfilter 214, der eine Mittenfrequenz gleich der Modulationsfrequenz von etwa 40 KHz und einen Durchlassbereich von etwa 100 Hz aufweist, gefiltert. Der Bandpassfilter 214 filtert die Spannungen zum Entfernen von Hoch- und Niederfrequenz-Komponenten außerhalb des Durchlassbereiches des Filters und liefert Schutz für das System (z. B. im Falle einer Defibrillation). Wie der oben beschriebene Hochpassfilter 210 kann der Bandpassfilter 214 ein passives Netzwerk aus Widerständen und Kondensatoren und/oder anderen Komponenten aufweisen. Der Bandpassfilter 214 gibt erste und zweite Spannungssignale 216 aus, und diese Spannungssignale 216 werden an einem Instrumentenverstärker 218 empfangen. Die Spannungssignale 216 (in 2 als V+ und V– gekennzeichnet) sind ein Ergebnis des Passierens des differentiellen Paares 208 von Stromsignalen durch den Körper des Patienten, wobei jedes der beiden Spannungssignale 216 einem entsprechenden Stromsignal des differentiellen Paares 208 entspricht. Somit basiert zum Beispiel das V+ Spannungssignal auf dem Weitergeben des I+ Stromsignals zwischen den Elektroden und das V– Spannungssignal basiert auf dem Weitergeben des I– Stromsignals zwischen den Elektroden.
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Die V+ und V– Spannungssignale 216 sind sinusförmige Spannungen mit der Modulationsfrequenz von etwa 40 KHz. Jedes dieser Signale 216 weist eine Amplitude auf, die basierend auf der Atmung des Patienten variiert. Die Amplitudenvariation ist ein Ergebnis dessen, dass sich der Brustkorb des Patienten hebt und senkt, wenn er oder sie atmet, wobei das Heben und Senken verursacht, dass die Impedanz des Brustkorbs des Patienten variiert, wie oben beschrieben. Der Instrumentenverstärker 218 ist ein präziser, hochohmiger Differenzverstärker, der (i) zum Messen einer Differenz zwischen den V+ und V– Signalen 216 und (ii) zum Verstärken der Differenz konfiguriert ist. Eine Ausgabe des Instrumentenverstärkers 218 ist ein unsymmetrisches Spannungssignal 219. Das unsymmetrische Spannungssignal 219 ist eine sinusförmige Spannung bei einer Modulationsfrequenz von etwa 40 KHz mit einer Amplitude, die basierend auf der Atmung des Patienten variiert. Somit ist das Spannungssignal 219 ein amplitudenmoduliertes (AM) Signal, ähnlich dem oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Spannungssignal 113.
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Zum Demodulieren des unsymmetrischen Spannungssignals 219 wird dieses Signal an einen Multiplikator 220 bereitgestellt. Zum Beispiel ist der Multiplikator 220 ein Vier-Quadranten-Analogmultiplikator (z. B. Analog Devices AD534) und kann eine integrierte Schaltung und/oder andere Komponenten beinhalten. In einem anderen Beispiel ist der Multiplikator 220 ein Zwei-Quadranten-Multiplikator. Ferner wird in einigen Ausführungsformen ein nicht-analoger (d. h. digitaler) Multiplikator verwendet. Der Multiplikator 220 empfängt auch ein sinusförmiges Signal 222 mit der Modulationsfrequenz von etwa 40 KHz und einer konstanten Amplitude. Zum Beispiel ist das sinusförmige Signal 222 ein Spannungssignal mit der konstanten Amplitude. Wie oben angegeben, weisen die sinusförmigen Stromsignale des differentiellen Paares 208 eine konstante Amplitude auf, die bei beiden Signalen gleich ist, und die konstante Amplitude des sinusförmigen Spannungssignals 222 ist beispielsweise proportional zu der des differentiellen Paares 208. Obwohl das Beispiel von 2 zeigt, dass das sinusförmige Signal 222 vom Bandpassfilter 240 am Multiplikator 220 empfangen wird, wird das sinusförmige Signal in einem anderen Beispiel von einer unterschiedlichen Komponente (z. B. eine Signalquelle, die von der Komponente 240 usw. getrennt ist), empfangen.
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Der Multiplikator 220 demoduliert das unsymmetrische Spannungssignal 219 durch Multiplikation des Spannungssignals 219 mit dem sinusförmigen Signal 222. Wie oben angegeben, weisen das unsymmetrische Spannungssignal 219 und das sinusförmige Signal 222 beide die gleiche Modulationsfrequenz von etwa 40 KHz auf, jedoch trägt das unsymmetrische Spannungssignal 219 zusätzliche Informationen über die Atemfrequenz des Patienten über seine variierende Amplitude. Das Multiplizieren der Signale 219, 222 am Multiplikator 220 ermöglicht es, diese zusätzlichen Informationen aus dem Signal 219 zu extrahieren. Wenn die Signale 219, 222 multipliziert werden, beinhaltet ein resultierendes Vmult Ausgangssignal 224 des Multiplikators 220 eine Hochfrequenz-Komponente und eine Niederfrequenz-Komponente.
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Die Hochfrequenz-Komponente des Vmult Ausgangssignals 224 weist eine Frequenz auf, die das Doppelte der Modulationsfrequenz ist, und ist somit in dem Beispiel von 2 gleich etwa 80 KHz (z. B. 78,4 KHz). Die Niederfrequenz-Komponente des Vmult Ausgangssignals 224 beinhaltet eine Wellenform mit einer Amplitude, die basierend auf der Atemfrequenz des Patienten variiert. Diese Wellenform weist eine relativ niedrige Frequenz auf, die eine oder mehrere Größenordnungen niedriger als die etwa 80 KHz Frequenz der Hochfrequenz-Komponente ist. In einem Beispiel weist die Niederfrequenz-Komponente eine Frequenz im Bereich von 0,25-3,5 Hz auf, in Abhängigkeit von der Atemfrequenz des Patienten. Die Niederfrequenz-Komponente kann auch eine DC-Vorspannung beinhalten, die von verschiedenen Faktoren, einschließlich Eigenschaften des Patienten, Eigenschaften der Elektroden und deren Positionierung am Brustkorb des Patienten, und/oder anderen Faktoren abhängt.
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Um die Hochfrequenz-Komponente aus dem Vmult Ausgangssignal 224 zu entfernen, wird ein aktiver Tiefpassfilter zweiter Ordnung 226 mit einer Grenzfrequenz von 10 Hz verwendet. Wie oben angegeben, weist die Niederfrequenz-Komponente eine Frequenz im Bereich von 0,25–3,5 Hz auf, sodass die Niederfrequenz-Komponente den Filter 226 durchquert, während die Hochfrequenz-Komponente bei etwa 80 KHz entfernt wird. Die große Frequenzdifferenz zwischen der Niederfrequenz-Komponente und der Hochfrequenz-Komponente ermöglicht ein relativ einfaches Filterdesign. Ein gefiltertes Ausgangssignal DC_RESP 228, erzeugt durch den Filter 226, behält die Niederfrequenz-Komponente des Vmult Ausgangssignals 224, welche die Wellenform mit einer Amplitude, die basierend auf der Atemfrequenz des Patienten variiert, beinhaltet.
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Wie oben angegeben, kann die Niederfrequenz-Komponente des Vmult Ausgangssignals 224 eine DC-Vorspannung beinhalten, und das Filtern durch den Tiefpassfilter 226 entfernt diese DC-Vorspannung nicht. Um die DC-Vorspannung aus dem gefilterten Ausgangssignal DC_RESP 228 zu entfernen, wird dieses Signal in dem Beispiel von 2 an einem aktiven Hochpassfilter 230 mit einer Grenzfrequenz von 0,05 Hz empfangen. Der Hochpassfilter 230 entfernt die DC-Vorspannung aus dem Signal DC_RESP 228, während die Niederfrequenz-Komponente im Bereich von 0,25-3,5 Hz beibehalten wird. Ein ACRESP Ausgangssignal 232 des Hochpassfilters 230 ist eine Wellenform mit einer Amplitude, die basierend auf der Atemfrequenz des Patienten variiert. Das ACRESP Ausgangssignal 232 kann durch verschiedene Komponenten (z. B. analoge oder digitale Signalverarbeitungssysteme usw.) empfangen werden und die Atemfrequenz des Patienten 212 kann basierend auf dem Signal 232 berechnet werden. In einigen Beispielen wird das ACRESP Ausgangssignal 232 an einem Analog/Digital-Wandler (ADC – analog-to-digital converter) empfangen und ein resultierendes digitales Signal ausgegeben durch den ADC wird verarbeitet, um die Atemfrequenz des Patienten zu bestimmen. Obwohl das System von 2 hierin derart beschrieben ist, dass es analoge Signalverarbeitung nutzt, kann in einigen Ausführungsformen mindestens ein Teil der Signalverarbeitung nichtanalog (d. h. digital) sein. Daten, welche die Atemfrequenz kennzeichnen, können, unter anderem, auf einem Anzeigegerät angezeigt werden, in einem Speicher gespeichert werden und/oder an ein entferntes Rechensystem übertragen werden.
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3 ist ein Flussdiagramm 300, welches Beispielschritte eines Verfahrens zum Erzeugen eines Signals zeigt, das eine Atemfrequenz eines Patienten angibt, darstellt. Bei 302 werden sinusförmige Differenzstromsignale mit einer Modulationsfrequenz erzeugt. Bei 304 werden die Differenzstromsignale zwischen Elektroden in Kontakt mit dem Brustkorb eines Patienten weitergegeben. Bei 306 wird ein Spannungssignal basierend auf der Weitergabe der Differenzstromsignale zwischen den Elektroden empfangen. Das Spannungssignal beinhaltet eine sinusförmige Spannung bei der Modulationsfrequenz mit einer Amplitude, die basierend auf der Atmung des Patienten variiert. Bei 308 wird ein Ausgangssignal, das eine Niederfrequenz-Komponente und eine Hochfrequenz-Komponente beinhaltet, durch das Multiplizieren des Spannungssignals mit einem sinusförmigen Signal erzeugt. Das sinusförmige Signal weist die Modulationsfrequenz und eine konstante Amplitude auf. Bei 310 wird das Ausgangssignal gefiltert, um die Hochfrequenz-Komponente zu entfernen, und das gefilterte Ausgangssignal beinhaltet eine Wellenform mit Eigenschaften, die indikativ für eine Atemfrequenz des Patienten sind.
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4 stellt ein beispielhaftes Patientenüberwachungsgerät 402 dar. Das Patientenüberwachungsgerät 402 beinhaltet ein System 404 zum Erzeugen eines Signals, das eine Atemfrequenz eines Patienten angibt. Beispielsweise ist das System 404 (i) das oben mit Bezug auf 1 beschriebene System, (ii) das oben mit Bezug auf 2 beschriebene System oder (iii) ein anderes System, das die hierin beschriebenen Ansätze zum Erzeugen eines Signals, das eine Atemfrequenz eines Patienten angibt, nutzt. Das System 404 erzeugt ein Ausgangssignal 406 mit Eigenschaften, die indikativ für die Atemfrequenz des Patienten sind. In dem Beispiel von 4 ist das Ausgangssignal 406 ein analoges Signal, das an einem ADC 408 empfangen wird. Der ADC 408 ist zum Erzeugen eines digitalen Signals 410 basierend auf dem analogen Ausgangssignal 406 konfiguriert. Das digitale Signal 410 wird an einem Verarbeitungsmodul 412 empfangen, das zum Verarbeiten des digitalen Signals 410 zum Bestimmen der Atemfrequenz des Patienten konfiguriert ist. Das Verarbeitungsmodul 412 wird zum Beispiel über einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, ein Ein-Chip-System (SOC – system an a chip) oder eine andere feste oder programmierbare Logik implementiert und kann einen oder mehrere Prozessoren oder Prozessorkerne beinhalten.
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Die Daten 414, welche die Atemfrequenz kennzeichnen, wie unter Verwendung des Verarbeitungsmoduls 412 bestimmt, sind zum Beispiel in einem Speicher 416 des Patientenüberwachungsgerätes 402 gespeichert. Die Daten 414 werden zum Beispiel an eine Anzeige 418 des Patientenüberwachungsgerätes 402 übertragen, wodurch es ermöglicht wird, die Daten 414 an dem Gerät 402 anzuzeigen. Ferner werden die Daten 414 in einigen Beispielen an einer Netzwerkkomponente 420 des Patientenüberwachungsgerätes 402 empfangen. Die Netzwerkkomponente 420 wird beim Übertragen der Daten 414 an ein anderes System (z. B. ein Rechensystem, auf das über ein drahtgebundenes oder drahtloses Netzwerk zugegriffen werden kann) verwendet. Das Patientenüberwachungsgerät 402 von 4 ist nur ein Beispiel, und in anderen Beispielen beinhaltet ein Patientenüberwachungsgerät einen unterschiedlichen Satz von Komponenten (z. B. beinhaltet das Patientenüberwachungsgerät möglicherweise nicht alle der Komponenten, die in 4 gezeigt sind, und/oder das Patientenüberwachungsgerät kann zusätzliche andere Komponenten beinhalten, die in 4 nicht gezeigt sind).
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Ein oder mehrere Aspekte oder Merkmale des hierin beschriebenen Gegenstandes können in digitalen elektronischen Schaltungen, integrierten Schaltungen, speziell entwickelten anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs – application specific integrated circuits), feldprogrammierbarer Gate-Array (FPGA – field programmable gate array) Computerhardware, Firmware, Software und/oder Kombinationen davon realisiert werden. Diese verschiedenen Aspekte oder Merkmale können die Implementierung in einem oder mehreren Computerprogrammen beinhalten, die auf einem programmierbaren System ausführbar und/oder interpretierbar sind, einschließlich mindestens eines programmierbaren Prozessors, bei welchem es sich um einen speziellen oder Mehrzweck-Prozessor handeln kann, der zum Empfangen von Daten und Anweisungen von und zum Übertragen von Daten und Anweisungen an ein Speichersystem gekoppelt ist, mindestens eines Eingabegerätes und mindestens eines Ausgabegerätes. Das programmierbare System oder Rechensystem kann Clients und Server beinhalten. Client und Server sind im Allgemeinen voneinander entfernt und interagieren üblicherweise über ein Kommunikationsnetzwerk. Die Beziehung von Client und Server entsteht aufgrund von Computerprogrammen, die auf den entsprechenden Computern laufen und eine Client-Server-Beziehung zueinander aufweisen.
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Zu diesen Computerprogrammen, welche auch als Programme, Software, Softwareanwendungen, Anwendungen, Komponenten oder Code bezeichnet werden können, zählen Maschinenanweisungen für einen programmierbaren Prozessor, und sie können in einer hohen verfahrensorientierten Programmiersprache, einer objektorientierten Programmiersprache, einer funktionalen Programmiersprache, einer logischen Programmiersprache und/oder in Assembler-/Maschinensprache implementiert werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „maschinenlesbares Medium” auf jedes Computerprogrammprodukt, jede Vorrichtung und/oder jedes Gerät, wie zum Beispiel Magnetplatten, Bildplatten, Speicher und programmierbare logische Schaltungen (PLDs – Programmable Logic Devices), die verwendet werden, um Maschinenanweisungen und/oder Daten an einen programmierbaren Prozessor bereitzustellen, einschließlich eines maschinenlesbaren Mediums, welches Maschinenanweisungen als ein maschinenlesbares Signal empfängt. Der Begriff „maschinenlesbares Signal” bezieht sich auf jedes Signal, das zum Bereitstellen von Maschinenanweisungen und/oder Daten an einen programmierbaren Prozessor verwendet wird. Das maschinenlesbare Medium kann derartige Maschinenanweisungen nicht-transitorisch speichern, so wie es zum Beispiel ein nicht-transienter Festkörperspeicher oder eine magnetische Festplatte oder ein äquivalentes Speichermedium tun würde. Das maschinenlesbare Medium kann alternativ oder zusätzlich dazu solche Maschinenanweisungen auf transiente Art und Weise speichern, so wie es zum Beispiel ein Prozessor-Cache oder ein anderer Zufallszugriffspeicher im Zusammenhang mit einem oder mehreren physischen Prozessorkernen tun würde.
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In den Beschreibungen oben und in den Ansprüchen können Phrasen wie „mindestens ein” oder „ein oder mehrere” gefolgt von einer konjunktiven Liste von Elementen oder Merkmalen auftauchen. Der Begriff „und/oder” kann auch in einer Liste von zwei oder mehr Elementen oder Merkmalen auftauchen. Wenn nicht anderweitig implizit oder explizit durch den Kontext, in welchem sie verwendet wird, widersprochen wird, soll eine derartige Phrase jedes der aufgeführten Elemente oder Merkmale einzeln oder jedes der angegebenen Elemente oder Merkmale in Kombination mit einem der anderen angegebenen Elemente oder Merkmale bedeuten. Zum Beispiel sollen die Phrasen „mindestens entweder A oder B”, „ein oder mehrere aus A und B” und „A und/oder B” jeweils „A allein, B allein oder A und B zusammen” bedeuten. Eine ähnliche Interpretation ist auch für Listen vorgesehen, die drei oder mehr Elemente beinhalten. Zum Beispiel sollen die Phrasen „mindestens entweder A, B oder C”, „ein oder mehrere aus A, B und C” und „A, B und/oder C” „A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen oder A und B und C zusammen” bedeuten. Außerdem soll die Verwendung des Begriffes „basierend auf” oben und in den Ansprüchen „mindestens teilweise basierend auf” bedeuten, derart, dass ein nicht angegebenes Merkmal oder Element auch zulässig ist.
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Der hierin beschriebene Gegenstand kann, in Abhängigkeit von der gewünschten Konfiguration, in Systemen, Vorrichtungen, Verfahren und/oder Gegenständen verkörpert sein. Die in der vorstehenden Beschreibung dargelegten Implementierungen stellen nicht alle Implementierungen dar, die mit dem hierin beschriebenen Gegenstand in Einklang stehen. Stattdessen sind sie lediglich einige Beispiele, die mit Aspekten in Bezug auf den beschriebenen Gegenstand in Einklang stehen. Obwohl oben einige Variationen im Detail beschrieben wurden, sind auch andere Modifikationen oder Zusätze möglich. Insbesondere können weitere Merkmale und/oder Variationen zusätzlich zu den hierin dargelegten vorgesehen sein. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Implementierungen auf verschiedene Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale und/oder Kombinationen und Unterkombinationen mehrerer weiterer oben offenbarter Merkmale gerichtet sein. Außerdem erfordern die in den beigefügten Figuren dargestellten und/oder hierin beschriebenen Logikfolgen nicht notwendigerweise die bestimmte gezeigte Reihenfolge oder sequentielle Reihenfolge, um gewünschte Ergebnisse zu erzielen. Andere Implementierungen können innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche liegen.
