DE2263890C3

DE2263890C3 - Catheter for measuring the degree of saturation of blood with oxygen and blood pressure

Info

Publication number: DE2263890C3
Application number: DE19722263890
Authority: DE
Inventors: Syuichi Hachioji Tokio Takayama (Japan)
Original assignee: Gow 33-16
Priority date: 1971-12-29
Filing date: 1972-12-28
Publication date: 1977-08-11

Description

einer weiteren Lichtquelle (17) und einer Foto- lenlängen des dem Beleuchtungsleitfasersystem ab-a further light source (17) and a length of photo from the lighting guide fiber system

zelle (18) umlaufenden motorgetriebenen Rota- wechselnd zugeführten Lichtes 8050 A, 6600 A undcell (18) rotating motor-driven rota alternately supplied light 8050 A, 6600 A and

tionscheibe (13) mit Filtern (11,12) für die Licht- 45 5300A betragen, das Lichtaufnahmeleitfasersystem intion disc (13) with filters (11, 12) for the light 45 5300A, the light receiving fiber system in

wellen mit Wellenlängen von 8050A bzw. 6600A zwei Faserbündel unterteilt ist, von denen dem erstenwaves with wavelengths of 8050A and 6600A, respectively, is divided into two fiber bundles, the first of which is

und mit den Filtern in einer Radiallinie liegenden Faserbündel eine Meß-und Signalbildevorrichtung fürand with the filters in a radial line lying fiber bundles a measuring and signal forming device for

Durchgangsbohrungen (15, 16) besteht. die vom Blut reflektierten Lichtsignale mit den WeI-There is through bores (15, 16). the light signals reflected by the blood with the white

3. Katheter nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, lenlängen 8050 A und 6600 A und dem zweiten Fadadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschal- 50 serbündel eine Meß- und Signalbildevorrichtung für tung aus zwei der Fotozelle (20) nachgeschalteten die entsprechenden Lichtsignal mit einer Wellen-Multiplikationsschaltungen (31, 32) und an diese länge von 5300 A zugeordnet sind, eine dem zweiten anschließende mit der Fotozelle (14) und über Faserbündel nachgeschaltete Korrekturvorrichtung eine Flip-Flop-Schaltung (25) mit der Fotozelle und einen Rechner zur Bildung von dem Blutdruck (18) verbundene Gatt-Schaltungen (26, 28) sowie 55 und dem Sauerstoffanteil entsprechenden Anzeigesieiner mit diesen und der Fotozelle (14) direkt ver- gnalen aus den Ausgangssignalen der zweiten Meßbundenen Subtraktionsschaltung (24) besteht. und Signalbildevorrichtung und der Korrekturvorrich-3. Catheter according to claims 1 and / or 2, lenlengths 8050 A and 6600 A and the second fader, characterized in that the correction scarf 50 serbündel a measuring and signal forming device for two of the photocell (20) downstream the corresponding light signal with a Wave multiplication circuits (31, 32) and assigned to this length of 5300 A, a correction device connected to the second with the photocell (14) and a fiber bundle downstream correction device, a flip-flop circuit (25) with the photocell and a computer for formation Gatt circuits (26, 28 ) connected by the blood pressure (18) and 55 and display signals corresponding to the oxygen content with these and the photocell (14) directly compare from the output signals of the second measuring subtraction circuit (24). and signal forming device and the correction device

4. Katheter nach einem oder mehreren der An- tung. Die erste Meß- und Signalbildevorrichtung kann sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem dabei aus einer zwischen dem Ende des Leitfaserbün-Rechncr (37) mit der Subtraktionsschaltung (24), 60 dels und einer Fotozelle sowie einer weiteren Lichtder Fotozelle (14) und über eine Flip-Flop-Schal- quelle und einer Fotozelle umlaufenden motorgetrielung (25) mit der Fotozelle (18) verbundene Gatt- benen Rotationsscheibe mit Filtern für die Lichtwel-Schaltungen (27, 29) und Speicher (35, 36) vor- len mit den Wellenlängen von 8050 A bzw. 6600 A und eine Schreibvorrichtung (38) nachgeschaltet und mit den Filtern in einer Radiallinie liegenden sind. 65 Durchgangsbohrungen und die Korrekturschaltung4. Catheter according to one or more of the above. The first measuring and signal forming device can Claims 1 to 3, characterized in that the one between the end of the Leitfaserbün -rechner (37) with the subtraction circuit (24), 60 dels and a photocell as well as another Lichtder Photocell (14) and a flip-flop sound source and a photocell revolving motor gearbox (25) Gattbenen rotating disk connected to the photocell (18) with filters for the Lichtwel circuits (27, 29) and memory (35, 36) have the wavelengths of 8050 A and 6600 A, respectively and a writing device (38) connected downstream and lying with the filters in a radial line are. 65 through holes and the correction circuit

5. Katheter nach einem oder mehreren der An- aus zwei der Fotozelle nachgeschalteten Multiplikasprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der tionsschaltungen und an diese anschließende mit der Fotozelle (20) ein Signalwertverschieber (34) und Fotozelle und über eine Flip-Flop-Schaltung mit der5. Catheter according to one or more of the two multipliers following the photocell 1 to 4, characterized in that the tion circuits and subsequent to this with the Photo cell (20) a signal value shifter (34) and photo cell and via a flip-flop circuit with the

Fotozelle verbundene Gatt-Schaltungen sowie einer mit diesen und der Fotozelle direkt verbundenen Subtraktionsschaltung bestehen, Dem Rechner können mit der Subtraktionsschaltung der Fotozelle und über eine Flip-Flop-Schaltung mit der Fotozelle verbundene Gatt-Schaltungen und Speicher vor- und eine Schreibvorrichtung nachgeschaltet werden. Ferntr kann der Fotozelle ein Signalwertverschieber und diesem ein Inverter sowie diesem ggf. eine Schreibvorrichtung nachgeschaltet werden.Photocell connected Gatt circuits as well as a subtraction circuit directly connected to these and the photocell exist, the calculator can use the subtraction circuit of the photocell and over a flip-flop circuit with the photocell connected Gatt circuits and memory upstream and a Writing device are connected downstream. Remote door, the photocell can be a signal value shifter and this an inverter and possibly a writing device can be connected downstream of this.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail using the exemplary embodiment shown in the drawing. In the drawing shows

F i g. 1 den Katheter in perspektivischer Darstellung zusammen mit einem Blockdiagramm,F i g. 1 shows the catheter in perspective together with a block diagram,

F i g. 2 in Schnittdarstellung eine Einzelheit aus Fig. 1,F i g. 2 shows a detail from FIG. 1 in a sectional view,

Fig. 3A bis 31 schematische Darstellungen der verwendeten Wellenformen und3A to 31 are schematic representations of FIG used waveforms and

Fig. 4A und 4B Diagramme der Kennlinien der ao Arbeitsweise des Meßsystems.4A and 4B are graphs showing the characteristics of the ao How the measuring system works.

Aus Fig. 1 sind das Beleuchtungsleitfasersystem5 und die beiden Faserbündel 6 und 7 des Lichtaufnahmeleitfasersystems zu erkennen. Den beiden Bündeln ist, wie in F i g. 2 dargestellt, die Membrane 3 vorgeordnet, auf der sich eine Reflexionsflächc 4 befindet. Die Membrane ist auf ein zylindrisches Distanzstück 2 aufgespannt, das seinerseits auf der die beiden Faserbündel umgebenden Schutzschicht 8 aufsitzt. From Fig. 1 are the lighting guide fiber system5 and to recognize the two fiber bundles 6 and 7 of the light receiving guide fiber system. The two bundles is, as in Fig. 2 shown upstream of the membrane 3, on which a reflection surface 4 is located. The membrane is stretched on a cylindrical spacer 2, which in turn on the two fiber bundles surrounding protective layer 8 is seated.

Die Lichtquelle 9 erzeugt Licht mit den Wellenlängen 8050 A, 6600 A und 5300 A. Die von dem Motor 10 in Rotation versetzte Scheibe 13 ist mit Filtern 11 und 12 ausgestattet, die jeweils nur Licht mit einer Wellenlänge von 8050 A bzw. 6600 A durchlassen. Das rückwärtige Ende des Faserbündels 6 endet mit seiner Stirnfläche vor dem Umlaufkreis der Filter, und auf der anderen Seite diesem Ende gegenüberliegend ist eine Fotozelle 14 angeordnet. Die Scheibe 13 trägt ferner in radialer Richtung nach außen im Abstand von beiden Filtern je eine Bohrung 15 und 16, die in einem gemeinsamen Umlaufkreis zwischen einer weiteren Lichtquelle 17 und einer Fotozelle 18 liegen. Dem Ende des Faserbündels 7 ist ein Filter 19 nachgeordnet, das nur Licht mit einer Wellenlänge von 5300 Λ durchläßt, das von einer Fotozelle 20 fortgenommen wird.The light source 9 generates light with the wavelengths 8050 A, 6600 A and 5300 A. The of the Motor 10 set in rotation disc 13 is equipped with filters 11 and 12, each with only light at a wavelength of 8050 A or 6600 A. The rear end of the fiber bundle 6 ends with its end face in front of the circuit of the filter, and on the other side opposite this end a photocell 14 is arranged. The disk 13 also contributes in the radial direction outside at a distance from the two filters each have a bore 15 and 16 in a common circuit lie between a further light source 17 and a photocell 18. The end of the fiber bundle 7 is a filter 19 downstream, which only lets through light with a wavelength of 5300 Λ that of a photocell 20 is removed.

F i g. 3 A gibt das von der Fotozelle 14 abgegebene Ausgangssignal wieder, das die abwechselnd aufeinander folgenden Komponenten 21 und 22 enthält. Die Komponente 21 entspricht dem von der Reflexionsschicht 4 der Membran 3 reflektierten Licht mit einer Wellenlänge von 8050 A und die Komponente 22 dem reflektierten Licht mit einer Wellenlänge von 6600 A. Gleichzeitig mit diesem Signal wird durch die Lichtquelle 17 in Verbindung mit den Bohrungen 15 und 16 in der Scheibe 13 und der Fotozelle 18 die in Fig. 3C wiedergegebene Folge von Signalimpulsen erzeugt, die mit den in F i g. 3 dargestellten Signalkomponenten synchron verläuft. Das vom Faserbündel 7 weitergelcitete Licht erzeugt über die Fotozelle 20 ein wellenförmiges Ausgangssignal, das den durch den Herzschlag herbeigeführten Blutdruckündcrimgen entspricht, die ein Ausbiegen der Membrane 3, wie in F i g. 2 in strichpunktierten Linien dargestellt, bewirken. Das Ausmaß der Durchbiegung bestimmt die Menge des reflektierten Lichtes.F i g. 3 A represents the output signal emitted by the photocell 14, which alternates between the two contains the following components 21 and 22. The component 21 corresponds to that of the reflective layer 4 of the membrane 3 reflected light with a wavelength of 8050 A and the component 22 the reflected light with a wavelength of 6600 A. Simultaneously with this signal is through the Light source 17 in connection with the bores 15 and 16 in the disc 13 and the photocell 18 in Fig. 3C reproduced sequence of signal pulses generated with the in F i g. 3 signal components shown runs synchronously. The light passed on by the fiber bundle 7 is generated by the photocell 20 is a wave-like output signal that shows the blood pressure caused by the heartbeat corresponds to a bending of the membrane 3, as in F i g. 2 shown in dash-dotted lines, cause. The amount of deflection determines the amount of light reflected.

Nach Verstärkung durch den Verstärker 23 wird der Ausgang der Fotozelle 14 auf die Subtraklionsschaltung 24 geführt. Der Ausgang der Fotozelle 18 wird auf eine Steuerelektrode der Flip-Flop-Schaltung 25 geschaltet und bewirkt die in F i g. 3 D und 3 E wiedergegebenen Ausgangssignale Q und "Q. Diese Signale weisen einander entgegengesetzte Polaritäten auf. Das Signal Q wird den Gait-SchaltungenAfter amplification by the amplifier 23, the output of the photocell 14 is fed to the subtraction circuit 24. The output of the photocell 18 is switched to a control electrode of the flip-flop circuit 25 and causes the in FIG. 3 D and 3 E reproduced output signals Q and "Q. These signals have polarities opposite to each other. The signal Q is transmitted to the gait circuits

26 und 27 zugeführt, und das Signal ~Q den Gatt-Schaltungen 28 und 29. Nach Verstärkung im Verstärker 30 gelangt das Ausgangssignal der Fotozelle 20 in die Multiplikationsschaltungcn 31 und 32 und über einen Schaltverstärker 33 in den Signalwertverschieber 34. Obgleich das Ausgangssignal der Fotozelle 14 an sich nur die Signalkomponenten aufweisen sollte, die den Lichtwcllenlängen 8050 A und 6600 A entsprechen. Praktisch enthält das Ausgangssignal aber eine Fehlersignalkomponcnte, die sich mit der Durchbiegung der Membrane 3 ändert, im übrigen aber synchron zu dem Ausgangssignal der Fotozelle 20 verläuft. Die Fehlersignalkomponente wird dadurch korrigiert, daß diese Signale, die die Multiplikationsschaltungen 31 und 32 durchlaufen, von den anfangs erwähnten individuellen Komponenten 21 und 22 subtrahiert werden, d. h., bei Abgabe der Signalkomponente 21 wird die Gatt-Schaltung26 durch das Ausgangssignal Q der Flip-Flop-Schaltung 25 geöffnet und ein Ausgang der MultiplikationsschaUung 31 auf die Subtraktionsschaltung 24 zur Korrektur der Signalkomponente 21 geschaltet. Beim Auftreten der Signalkomponenten 22 wird die Gatt-Schallung 28 vom Ausgang φ der Flip-Flop-Schaltung 25 geöffnet und ein Ausgangssignal der Multiplikationsschaltung 32 zur Korrektur der Signalkomponcntc 22 der Subtraktionsschaltung 24 aufgeschaltet. Die auf diese Weise durch die Subtraktionsschaltung 24 korrigierten Signalkomponenten 21 und 22 werden jeweils auf die Gatt-Schaltungen 27 und 29 geführt. Da aber die Gatt-Schaltung 27 über den anderen Eingang synchron mit der in F i g. 3 A dargestellten Signalkomponente 21 den Ausgang Q der Flip-Flop-Schaltung 25 aufgeschaltet erhält, kann wie in Fi g. 3 F dargestellt, nur die Signalkomponente 21 über die Gatt-Schaltung26 and 27, and the signal ~ Q to the Gatt circuits 28 and 29. After amplification in the amplifier 30, the output signal of the photocell 20 reaches the multiplication circuit 31 and 32 and via a switching amplifier 33 in the signal value shifter 34. Although the output signal of the photocell 14 should only have the signal components that correspond to the light wave lengths 8050 A and 6600 A. In practice, however, the output signal contains an error signal component which changes with the deflection of the membrane 3, but which is otherwise synchronous with the output signal of the photocell 20. The error signal component is corrected in that these signals, which pass through the multiplication circuits 31 and 32, are subtracted from the initially mentioned individual components 21 and 22, that is, when the signal component 21 is output, the Gatt circuit 26 becomes the flip-flop through the output signal Q Circuit 25 is opened and an output of the multiplication circuit 31 is switched to the subtraction circuit 24 for correcting the signal component 21. When the signal components 22 occur, the Gatt sounding 28 is opened by the output φ of the flip-flop circuit 25 and an output signal from the multiplication circuit 32 for correcting the signal components 22 is applied to the subtraction circuit 24. The signal components 21 and 22 corrected in this way by the subtraction circuit 24 are applied to the Gatt circuits 27 and 29, respectively. Since, however, the Gatt circuit 27 via the other input is synchronized with the circuit shown in FIG. 3 A shown signal component 21 receives the output Q of the flip-flop circuit 25 switched on, can as in Fi g. 3 F shown, only the signal component 21 via the Gatt circuit

27 in den Speicher 35 eingeführt werden. Ebenso kann, wie in Fig. 3G dargestellt, nur die Signalkomponente 22 über die Gatt-Schaltung 29 in den Speicher 36 eingeführt werden. Die Speicher 35 und 36 speichern den Wert der ihnen aufgeschaltcten Spannung, wobei der Ausgang des Speichers35 (F i g. 3 H) eine Gleichspannung ist, deren Wert einer Amplitude der Signalkomponente 21 entspricht, während der Ausgang des Speichers 36 (Fig. 3E) eine Gleichspannung ist, deren Wert der Amplitude der Signalkomponente 22 entspricht. 1st nun der Wert des Ausgangssignals des Speichers, der dem Lichtsignal von 8050 A entspricht, gleich /,, der Wert des Ausgangssignals des Speichers 36, der dem Lichtsignal von 6600 A entspricht, gleich Λ,. dann ergibt sich experimentell die Gleichung27 are introduced into the memory 35. Likewise, as shown in FIG. 3G, only the signal component can 22 can be introduced into the memory 36 via the gate circuit 29. The memories 35 and 36 save the value of the voltage applied to them, where the output of memory 35 (Fig. 3 H) is a DC voltage, the value of which corresponds to an amplitude of the signal component 21, during the Output of memory 36 (Fig. 3E) is a DC voltage whose value corresponds to the amplitude of the signal component 22. Is now the value of the output signal of the memory corresponding to the light signal of 8050 A is equal to / ,, the value of the output signal of the memory 36, which corresponds to the light signal of 6600 A, is equal to Λ ,. then it results experimentally the equation

ίλν ("ίλν ("

JlJl

In dieser Gleichung istIn this equation is

λ, /i -- Konstante bestimmt durch den Typ und die Eigenschaften der zur Meßvorrichtung gehörenden Konstruktionselemente und der Meßhediniuinnen.λ, / i - constant determined by the type and the Properties of the construction elements belonging to the measuring device and the measuring principles.

Es ergibt sich das Verhältnis zwischen /, und /_a und damit der prozentuale Anteil des im Blut enthaltenen Sauerstoffs.The result is the ratio between /, and / _a and thus the percentage of oxygen contained in the blood.

Der prozentuale SaucrstofTantcil läßt sich dadurch bestimmen, daß die Ausgangssignalc der Haltekrcise der Speicher35 und 36 auf einen Rechner37 geschaltet werden, indem dann die Berechnung nach der aufgeführten Gleichung durchgeführt wird. Ein Ausgang des Rechners kann auf eine Schreibvorrichtung38 geführt werden.The percentage of oxygen tantcil can be determined by switching the output signals of the holding crisis of the memories 35 and 36 to a computer 37 , in which the calculation is then carried out according to the equation given. An output of the computer can be fed to a writing device 38.

Weil die Lichtmenge von 5300 A, wie bereits erläutert, vom Ausmaß der Durchbiegung der Membran 3 bestimmt wird und diesem Ausmaß umgekehrt proportional ist, kann wie in Fig. 4A dargestellt,das Verhältnis zwischen dem Blutdruck und der Größe des Ausgangssignals des Verstärkers 33 linear sein.As already explained, since the amount of light of 5300 A is determined by the amount of deflection of the diaphragm 3 and is inversely proportional to this amount, the relationship between the blood pressure and the magnitude of the output signal of the amplifier 33 can be linear as shown in FIG. 4A .

Dieser Ausgang wird einem Signalwcrtverschieber 34 abgeschaltet, dessen Ausgang dann Null ist, wenn die Durchbiegung der Membrane 3 ebenfalls Null ist, Zur Erzielung einer Ausgangskennlinir. entsprechend Fig. 4B kann der Ausgang des Signalwertverschie- This output is switched off to a signal value shifter 34, the output of which is then zero when the deflection of the membrane 3 is also zero , in order to achieve an output characteristic. according to Fig. 4B, the output of the signal value differ-

ίο bers 34 einem Inverter 39 und dessen Ausgang eint Schreibvorrichtung 38 zur Registrierung der Blut druckhöhe nachgeordnet werden. O over 34 an inverter 39 and the output of a writing device 38 for registering the blood pressure level are arranged downstream.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

this an inverter (39) as well as this given patent claims: if a writing device (38) are connected downstream.

1. Catheter for measuring the degree of saturation

of blood to oxygen and blood pressure with s

one lighting fiber optic system and one in parallel light-receiving fiber system arranged for this purpose, the end faces of which lie in one plane,

where in front of the front end faces at a distance,

liquid-tight a thin, transparent ela- ₁₀ The invention relates to a catheter for the stic membrane and at the end of the Lichtaufnah- measurement of the saturation level of blood to oxygen fiber system photoelectric elements with and the blood pressure with an illumination fiber display devices are arranged with the system and a parallel to this arranged light membrane is provided with a coating, the recording fiber system _{, the end faces of which are in a light with a wavelength less than about 15} level, in which in front of the front end faces 6500 A is reflected and light with a wave at a distance liquid-tight a thin , through length greater than about 6500 A, with term elastic membrane and at the end of the light on the lighting guide fiber system alternately near guide fiber system photoelectric elements with light of different wavelengths supplied display devices are arranged, which is, because of the geke η η ζ e I η et that the _ao membrane is provided with a coating, the light wavelengths of the lighting guide fiber with a wavelength less than about 6500 A resystem (5) alternately deflects light and light with a wavelength greater than 8050 A, 6600 A and 5300 A, which lets through 6500 A of light, the lighting guide fiber receiving guide fiber system being alternately divided into two fiber bundles and light of different waves, of which 35 lengths are supplied to the first fiber bundle (6).

a measuring and signal forming device (14,18) for In a known catheter of this type (DT-OS the light signals reflected by the blood with the 22 15 984) are the light intensities transmitted by the light reception guide wavelengths of 8050 A and 6600 A and the fiber system by means of the second fiber bundle (7) a measuring and signal η achored photoelectric elements and the forming device (20) for the corresponding 30 these associated display and possibly recording light signals with a wavelength of 5300 A voltage devices are assigned in the order of their passage A correction device (31,32) connected downstream of the second fiber bundle (7) displayed and recorded through the system, and the different displayed and recorded computer (37) for forming the blood-recorded values, the measured saturation level and pressure and the oxygen content corresponding 35 represent the blood pressure.

Display signals from the output signals of the invention is based on the object of providing a

second measuring and signal forming device (20) and theter of this type to be further developed and

the correction device (31, 32). mend that reading and recording this

2. Catheter according to claim 1, characterized in that the degree of saturation and the pressure of the bluic are identified, that the first measurement and signal image representing values facilitates and the accuracy of the direction from one between the end of the guide playback is enlarged.

fiber bundle (6) and a photocell (14) as well as This object is achieved in that the WeI-