DE2027530A1

DE2027530A1 - Oximeter

Info

Publication number: DE2027530A1
Application number: DE19702027530
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: American Optical Corp
Priority date: 1969-06-19
Filing date: 1970-06-04
Publication date: 1970-12-23
Also published as: DK128700B; JPS4917477B1; SE365940B; FR2052617A5; NL7008178A; GB1318552A; IL34454A0; US3628525A; IL34454A

Description

. Patentanwalt - ■

8000 MÜNCHEN 71 (Solin)

Franz-Hals-straße 21 ■ ' München, den 2. Juni 1970

Telefon796213

AO 2716

American Optical Corporation

14- Mechanic Street
Southbridge, Mass. / U.S.A.

Oximeter

Priorität: U.S.A.; 19. Juni 1969 U.S.Ser.No. 834 735

Die Erfindung betrifft (kiwebe-Oximeter, inabesondere eine verbesserte Einrichtung zum ArteriaÜsieren von zu beobach tenden Seilen von Körpergeweben. ■

Peststellung der Sauerstoffsättigung des im Kreislauf befindlichen Blutes ohne Entnahme einer Blutprobe kann man die Ohrmuschel oder einen anderen geeigneten Teil des Körpers durchleuchten und die Durchlässigkeiten für licht mit einer Wellenlänge von etwa 650 mn und für Licht mit einer Wellenlänge von etwa 805 nm miteinander vergleichen. Das Ohr-Oximeter ist allgemein bekannt und in der USA-Patentschrift 2 706 927 beschrieben. . -.■-.■..-■ - ■' ....- ■

Bei diesem Verfahren zum Messen der SäuerstoffSättigung wird im allgemeinen die Haut in dem zu beobachtenden Bereich erwärmt, damit Arteriolen erweitert v/erden und dadurch der Blutstrom soweit verstärkt wird, daß die Desoxygenierung in den Kapillaren sehr gering ist und daher die gemessene Sauerstoff-

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Bayeriiche Verein*bank Mündisn 820993

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Sättigung der arteriellen Sauerstoffsättigung entspricht, die in den meisten Fällen von.größerer klinischer Bedeutung ist/ala die. SauerstoffSättigung von venösem Blut. , . .

Zum Durchleuchten und zum Erwärmen.der Haut' wurde bisher eine kleine Glühlampe verwendet. Bei sehr starkem Blutkreislauf wird die von einer lampe abgegebene Wärme, schnell abgeführt, so daß die Haut unter Umständen nicht so stark erwärmt wird,-wie es für eine Arterialisierung erforderlich wäre» Wenn dagegen der Blutkreislauf schwach "ist'-und, die Wärme nur wenig oder gar nicht abgeführt wird, kann die zu. starke Wärmeabgabe der lampe, für den Patienten unangenehm oder schädlich sein» ■. ·

Ss ist ferner festgestellt worden, daß die Ermittlung von absoluten Werten für die SauerstoffSättigung des Blutes schwierig ist, wenn die länge des lientstrählenganges, in einem Ohr-Oximeter entsprechend der Dicke des zu durchieuente&den Ohrgewebes verändert wird, .

Die vorstehenden Nachteile der bekannten Ohr-Qximeter werden durch die Erfindung beseitigt, üxq außerdem zu weiteren Vorteilen führt» die aus der nachstehenden Beschreibung hervorgehen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Anordnung, in der ein lichtstrahlengäng von festgelegter länge zum Durchleuchten · von Teilen von zu prüfenden Körperteilen verwendet wird und diese Teile auf eine Temperatur in einem schmalen Bereich- erhitzt werden, dessen Temperaturen für den Patienten Weder^; unangenehm noch schädlich sind, aber eine optimale Arterialisierung bewirken.

Eine optimale Arterialisierung und die damit verbun- ·^: dene, höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung der ' SauerstoffSättigung werden erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß auf den zu beobachtenden G-ewebeteil kaltes licht" abgegeben und dieser Teil mit einem Heizelement erwärmt wird, 'das in "einem " schmalen Temperaturbereich von etwa 41° 0 gehalten wird, der* für die Arterialisierung der Haut optimal und für den Patienten weder unangenehm noch schädlich ist.

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Dabei wird als "kaltes Licht" jedes Licht bezeichnet, das im wesentlichen nicht von beträchtlichen Wärmemengen begleitet ist, z.B. von faseroptischen Lichtleitern oder Elektrolumineszenz-Zellen (EL-Zellen) abgegebenes Licht, das beim Eintritt in das zu beobachtende Gewebe dieses nur minimal erwärmt.

Die Erfindung schafft ein System mit einem Lichtstrahlengang, der eine festgelegte Länge besitzt und in den ein zu durchleuchtender Körperteil, z.B. das Ohr, eingebracht werden kann, so daß die mit diesem Syscem durchgeführte Messung der Sauerstoffsättigung des Blutes im wesentlichen unabhängig ist von der Dicke des zu prüfenden Körperteils. Ferner wird die Genauigkeit der Messung der Sauerstoffsättigung des Blutes dadurch erhöht, daß der zu durchleuchtende Körperteil Licht von Stellen empfängt, die in gleichem Radialabstand von einigen Millimetern von der Achse angeordnet sind, längs der das zu analysierende Licht von dem Prüfling abgegeben wird. Ähnliche Ergebnisse erzielt man mit einer Einrichtung zum Empfang von Licht von dem durchleuchteten Prüfling an Stellen, die in gleichen Hadialabständen von der Achse eines Bündels von auf den zu prüfenden Körperteil abgegebenen Lichtstrahlen liegen.

Die Erfindung schafft daher ein Ohr-Oximeter in Form eines Meßwertgebers zur Überwachung der SauerstoffSättigung des Blutes und der Pulsfrequenz, wobei eine thermostatgesteuerte Heizeinrichtung zum Arterialisieren des zu beobachtenden Teils ' des Ohrs verwendet wird.

Bin Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten zeichnung ausführlich beschrieben. Darin zeigt

Pig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung zum Überwachen der Sauerstoffsättigung des Blutes und der Pulsfrequenz und

Pig. 2 in größerem Maßstab die Anordnung nach Pig. I, wobei erfindungsgemäß vorgesehene Teile derselben ausführlicher dargestellt sind.

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Fig. 1 zeigt ein zum 'Überwachen der SäuerstoffSättigung und der Pulsfrequenz dienendes System 10 mit einem Ohr-Oximeter 12, das in dem System als Meßwertgeber verwendet wird. Der Sauerstoffgehalt des durch ein Ohr 14 fließenden Blutes und/oder Veränderungen der in dem Ohr enthaltenen Blutmenge werden durch das Oximeter 12 in entsprechende Veränderungen der Lichtstärke von Licht umgewandelt, das bestimmte Wellenlängen besitzt und mit dem die Ohrmuschel durchleuchtet wird.

Bas System 10 -besitzt ferner eine entfernt angeordnete Lichtquelle 16, mindestens eine aus einer Faseroptik bestehende Lichtleitung 18, die Licht von der Lichtquelle 16 zu dem Ohr 14 leitet, und eine Anzahl von Bandfiltern 20, die wahlweise zwischen der Lichtquelle 16 und dem Bnde 22 der Lichtleitung 18 angeordnet werden können und nur einen Eintritt von Licht von ausgewählten Wellenlängen in die Lichtleitung 18 gestatten. Vorzugsweise ist ein Filter vorgesehen, das im wesentlichen nur Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm durchläßt, ferner ein Filter, das ίΐμ wesentlichen nur Licht mit einer Wellenlänge von 805 mn durchläßt, und ein drittes Filter, das im wesentlichen nur Licht mit einer Wellenlänge von 910 nm durchläßt. Die zuletzt angegebene Wellenlänge dient zum Prüfen der Verdünnung von Farbstoffen, weil Licht von 910 nm leicht von den Farbstoffen absorbiert wird, die im allgemeinen zur Prüfung der Verdünnung von Farbstoffen verwendet werden.

v/enn Licht mit einer vorgewählten Wellenlänge, z.B. von 650 nm, in das Ohr 14 eintritt, kann die durch das Ohr tretende Menge dieses Lichtes gemessen werden, indem das durch das Ohr getretene Lieht in ein photoelektrisehes Meß- Wßä Anzeigesystem abgegeben wird, das in Fig. 1 durch den Block 24 dargestellt ist. Diese Lichtmenge ist von der Säuerstoffsättigung abhängig.

Das durch das Ohr 14 getretene Licht wird von einer faseroptiscnen Lichtleitung 26, Fig. 1 und 2, an das Meß- und Anzeigesystem 24 abgegeben. Dieses wird so geeicht, daß es die ■ Sauerstoffsättigung unabhängig von der Pigmentierung des Gewebes

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mißt, iur Uiellung wird der au beobachtende i'eil des Ohrs 14 vorübergehend blutleer gemacht. Für diesen awe eic ist eine aufblasbare Membran 28, Fig. 1 und 2, vorgesehen, die mit über die Leitung 30 zugeführter Druckluft so aufgeblasen wird, daß der benachbarte i'eil des Ohrs 14-gegen eine feste Platte 32 gepreßt wird, wodurch der Blutkreislauf in dem Bereich zwischen der Membran 28 und der Platte 32 unterbrochen .wird, Weitere Einzelheiten von Systemen der vorstehend beschriebenen Art zur Überwachung des Blutkreislaufs gehen aus den USA-Patentsehriften 3 068 739, 2 706 927 und 3 412 729 hervor.

die Abgabe von kaltem Licht an das zu beobachtende Körpergewebe, z.B. das Ohr 14, kann die aus der Lampe 16, den Filtern 2ü und der Lichtleitung 18 bestehende Anordnung durch i£L-Zellen ersetzt werden, die Bmissionsspitzen bei Wellenlängen haben, die den V/ellenlängen des von den Bandfiltern 20 durchgelassenen Lichts entsprechen. Biese BL-Zellen sind dem Fachmann bekannt und im Handel erhältlieh. In dem vorliegenden Fall werden die BL-Zellen hinter der Membran an einer Stelle angeordnet, die an oder in der Nähe der Stelle liegt, an der sich das Lichtaustrittsende 19 der Lichtleitung 18 befindet. Die Membran 28 ist für das von der Lichtleitung 18 abgegebene Licht durchsichtig und daher auch für das Licht, das von EL-ZeIIeη emittiert wird, die anstelle des hier beispielsweise dargestellten Beleuchtungssystems angeordnet sind. Ferner erkennt man, daß im Bereich der Platte 32, z.B. in der liähe des Lichteintrittsendes 27 der Lichtleitung 26, Photowandler angeordnet werden können. In diesem Fall wird die Lichtleitung 26 durch elektrische Verbindungen ersetzt, die von den Photowandlern zu dem Maß- und Anzeigesystem 24 führen.

Vorzugsweise sind die binden der Fasern des die Lichtleitung 18 bzw. 26 bildenden Faserbündels an dessen Lichtaustrittsende 19 bzw. Lichteintrittaende 27 in Form eines xiinges angeordnet, der die Achse des durch das Ohr 14 tretenden Lichtstrahl enganges umgibt, weil es sich gezeigt hat, daß auf diese tfeiae- eine genauere Messung der SäuerstoffSättigung des Blutes erzielt v/erden kann. Man kann auch an dem Lichtaustrittsende 19

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oder dem lichteintrittsende 27 die Faserenden in zwei oder mehreren in Abständen voneinander angeordneten Gruppen vorsehen, die in annähernd gleichen Abständen von 25.B. 4 mm von der Achse des durch das Ohr 14 gehenden Strahlenganges angeordnet sind.

Das durch das Ohr 14 tretende Licht hat eine Temperatur, die beträchtlich unter der Temperatur des Lichtes einer ü-lühlampe liegt. Der zu beobachtende Teil des Ohrs wird über die Platte 32 durch eine Heizwendel 34, Fig. 2, auf eine Temperatur erwärmt, die in einem schmalen Bereich von etwa 41° C liegt, der für die Arterialisierung optimal ist.

Die Heizwendel 34 wird durch einen Proportionalregler 36, Fig. 1, gesteuert, der einen Heißleiter 38 besitzt, der in der Platte 32 im Bereich jener Fläche derselben angeordnet ist, die den zu beobachtenden Teil des Ohrs 14 berührt. Die Heizwendel 34 und der Heißleiter 38 sind duroht elektrische Leitungen 40 mit dem Regler 36 verbunden, der seinerseits mit einer geeigneten Stromquelle SC verbunden ist. .

Die Platte 32 und die Membran 28 werden von je einer der Backen 42 und 44 des Qximeters 12 getragen. Die Backe 44 ist mit Hilfe einer Kiemmutter 48 an einem hohlen Tragpfosten 46 befestigt, auf dem die Backe 42 zu der Backe 44 hin und von ihr weg verschiebbar ist. Man kann daher 'die Backe 42 so weit von der Backe 44 wegbewegen, daß das Ohr 14 zwischen die Platte 32 und die Membran 28 eingebracht werden kann. Wenn man die Backe 42 losläßt, wird das Ohr 14 in dem Oximeter 12 unter der Wirkung einer Feder 50 automatisch und nichtsubjektiv mit einer optimalen Haltekraft eingespannt, die eine freie Blutzirkulation durch das Ohr gestattet. Die festgezogene Klemmutter 52 verhindert eine unbeabsi datigte Verstellung des Oximeters 12 im ü-ebrauch und verhindert ferner eine Verschiebung der Backe 42, wenn zum Blutleermachen des zu beobachtenden Teils des Ohrs 14 die Membran 28 aufgeblasen wird.

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Bei ihrer Bewegung zu der .riacke 44 hin und von ihr weg wird die Backe 42 von einem Zapfen 54 geführt, der in dem Tragstück 56 "befestigt ist. dieses ist seinerseits an dem Pfosten 46 befestigt. Der Zapfen 54 hält daher stets die Ausrichtung der Platte 32 und der Membran 28 aufrecht. Das rinde 27 der Lichtleitung 26 ist in dem Tragstück 56 in einem gegebenen Abstand von dem Lichtaustrittsende oder den Liehtaustrittsenden 19 einer oder mehrerer lichtaussendender Lichtleitungen 18 angeordnet. Dieser .abstand bestimmt die vorstehend angegebene, festgelegte Länge des Lichtstrahlenganges, in dem Körpergewebeteile von verschiedener Dicke durch eine von dem i'ragstück 56 unabhängige Einstellung der Backe 42 gegenüber der Backe 44 festgelegt werden können.

jJei der Verwendung des Systems IO zur Pulsüberwachung werden die Veränderungen der durchgelassenen Lichtmengen gemessen* Diese Veränderungen sind darauf zurückzuführen, daß infolge des Pulsierens des Blutstroms die Strömungsmenge des durch das Ohr 14 tretenden Blutes schwankt. Durch die gesteuerte Erwärmung des Ohrs 14 auf die optimale Temperatur von etwa 41° G wird die normale pulsierende Strömung und damit auch der Schwankungsbereich der Stärke des durch das Öhr tretenden Lichtes auf e.twa das dreifache vergrößert.

Da das Ohr ständig auf einer Temperatur in einem schmalen, optimalen Bereich gehalten wird, führt die Überwachung des Pulsierens des Blutstroms in dem Ohr infolge der vorstehend angegebenen Vergrößerung der Schwankungen der Lichtstärke selbst bei einer peripheren Kreislaufschwäche zu einer genauen Anzeige der Pulsfrequenz.

Claims

Patentansprüche:

Oximeter, gekennzeichnet durch einen Träger (46), zwei parallele Klemmbacken (42, 44), die.sich von dem Träger (46) seitwärts erstrecken und von denen wenigstens die eine (42) längs des' Trägers (46) zu der anderen (44) hin derart bewegbar ist, daß ein Körpergewebe (14) zwischen den einander entsprechenden freien Enden der Backen (42, 44) eingespannt werden kann, einen in der einen Backe im Bereich ihres freien Endes angeordneten Lichtsender (19)» eine im Bereich des freien Endes der anderen Backe (44) angeordnete, lichtempfangende Platte (32), so daß das eingespannte Körpergewebe zwischen dem Lichtsender (19) und der lichtempfangenden Platte (32) angeordnet ist und mit dem von dem Lichtsender (19) abgegebenen Licht durchleuchtet wird, ein im Bereich der Platte (32) angeordnetes und zu deren Erwärmung dienendes elektrisches Heizelement (34), einen in der Platte angeordneten Heißleiter (38) und einen Temperaturregler (36), der mit dem Heizelement (34) und dem Heißleiter (38) in einem elektrischen Stromkreis angeordnet ist und in Abhängigkeit von Veränderungen des elektrischen Widerstandes des Heißleiters (38) die Temperatur der Platte (32) und des Körpergewebes (14) während des Durchleuchtens desselben im wesentlichen konstanthält.
2. Oximeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender von dem einen Ende (19) eines langgestreckten Bündels (18) von lichtleitenden Fasern gebildet wird und im Bereich des entgegengesetzten Endes dieses Bündels eine Lichtquelle (16,.20) angeordnet ist.
3. Oximeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender von mindestens einer Elektroluiiiineszenz-Zelle gebildet wird.
4. Oximeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiter (38j in der Platte (32) im Bereich jener Fläche der Platte {-j2) angeordnet ist, die das eingespannte Gewebe (14) berührt.

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5.. Oximeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Backe (42) von einer Feder (50) gegen die andere Backe (44) gedrückt wird, so daß das Gewebe (14) nicht-subjektiv eingespannt werden kann.
6. Oximeter nach Anspruch 5_f gekennzeichnet durch-eine Einrichtung (52) zum lösbaren Pestlegen der Backen (42, 44) in der Stellung, in der sie ein Körpergewebe (14) einspannen» .
7. Oximeter nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine aufblasbare Membran (28), die sich über die Lichtquelle (19) erstreckt, und eine Binrichtung (50) zur Abgabe eines Aufblas- .mediums an die Membran (28) zum Aufblasen derselben.
8. Oximeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des freien Endes der zweitten Backe (44) ein Liohtempfänger (27) im festen Abstand von dem Lichtsender (19) ange-. ordnet und dem Liehtempfänger (27) eine Binrichtung (24) zum Messen der Lichtstärke des von dem Lichtempfänger (27) empfangenen Lichtes zugeordnet ist. .
9. Oximeter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger von dem einen Ende (27) eines langgestreckten Bündels (26) von lichtleitenden fasern gebildet wird und die Einrichtung (24) zum Messen der Lichtstärke ein photoelektriedh·· Wandleraystern aufweist,
10. Oximeter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dt:? Lichtempfänger mindestens einen Photowandler besitzt, d«r su der Einrichtung (24) zum Messen der Lichtstärke gehört, uxd ditie Einrichtung (24) außerdem eine elektrisch· Signalaaßttnd -anzeigeeinrichtung besitzt, die mit dem Photowandler in •in·Β Stromkreis Angeordnet ist.

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11. Oximeter nach Anspruch 2 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß Teile der lichtleitenden Fasern im Bereich des einen Endes (19_f 27) des Bündels (18, 26) in einem Yorgewählten Abstand von der Hauptachse des Bündels (18, 26) angeordnet sind.
12. Oximeter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teile der lichtleitenden Fasern die Hauptachse des Bündels (18, 26) ringförmig umgeben.

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