DE69735033T2

DE69735033T2 - Intermittierende Messung der arteriellen Sauerstoffsättigung von Hämoglobin

Info

Publication number: DE69735033T2
Application number: DE69735033T
Authority: DE
Inventors: Michael Kaluza; Michael Blank
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2017-04-19
Also published as: DE69735033D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Pulsoximeter und deren Verwendung und/oder ein Verfahren zur Erkennung der Sauerstoffanreicherung von Blut.
Pulsoximeter messen typischerweise verschiedene Blutströmungseigenschaften, einschließlich – jedoch nicht darauf beschränkt – der Blutsauerstoffsättigung von Hämoglobin in arteriellem Blut, der Frequenz der Blutpulsation entsprechend der Herzfrequenz des Patienten, oder eines Perfusionsindikators, und zeigen die Messwerte dieser Eigenschaften an.
Pulsoximeter ermitteln im Allgemeinen die arterielle Sauerstoffsättigung des Hämoglobins (auch als SpO2- oder SaO2-Messung bezeichnet) mittels eines nicht-invasiven Verfahrens unter Verwendung von zwei verschiedenen monochromatischen Lichtquellen, die typischerweise durch LEDs gebildet werden. Normalerweise emittiert eine der LEDs Licht im roten Wellenlängenbereich von ca. 645 nm und die andere im Infrarotbereich von 940 nm. Das von beiden LEDs emittierte Licht wird durch einen vorgegebenen Bereich des Patientenkörpers gesendet.
Typischerweise nutzen Pulsoximetersysteme eine Sauerstoffsättigungsmesssonde, die so vorgesehen ist, dass sie abnehmbar am Finger des Patienten angebracht werden kann. Üblicherweise hat die Sonde die Form eines Clips, der sowohl beide Leuchtdioden als auch einen Lichtdetektor enthält. Die Sonde ist so vorgesehen, dass das Licht von beiden Leuchtdioden nach der Durchquerung des vorgegebenen Bereichs des Patientenkörpers durch einen einzigen Lichtdetektor empfangen wird. Ein Beispiel eines Pulsoximeters ist das Komponentenüberwachungssystem mit Pulsoximetermodul von Hewlett Packard, das „HP M1020A".
Wie in der Technik der Pulsoximetrie bekannt ist, wird das Licht beider Lichtquellen auf seinem Weg durch den Patientenkörper zum Lichtdetektor durch statische und dynamische Absorber abgeschwächt. Das arterielle Blut, dessen Menge mit der Zeit synchron mit den Herzschlägen des Patienten schwankt, stellt den einzigen dynamischen Absorber während der Pulsperiode dar. Alle anderen Absorber, zum Beispiel Haut, Gewebe oder Knochen, sind nicht zeitvariabel. Pulsoximeter nutzen daher die durch den Herzschlag erzeugte pulsierende Komponente des arteriellen Bluts auf nur zwei Spektrallinien.
Der Lichtdetektor, der die Form einer Fotodiode haben kann, empfängt die modulierten Lichtintensitäten jeder Wellenlänge. Anschließend werden diese Signale üblicherweise verstärkt, tiefpassgefiltert, von analoger in digitale Form umgewandelt und weiter verarbeitet, z.B. in einem Mikroprozessorsystem. Ein Pulssuchalgorithmus analysiert die empfangenen Signale, die so genannten spektrophotometrischen Signale, um die Pulse zu identifizieren und den Puls zu ermitteln. Nach dem Identifizieren der Pulsperiode ermittelt das Mikroprozessorsystem die diastolischen und systolischen Werte der spektrophotometrischen Signale und leitet hiervon die so genannten relativen Absorptionsverhältnisse ab. Anschließend berechnet das Mikroprozessorsystem in einem Sättigungsberechnungsalgorithmus die arterielle Sauerstoffsättigung anhand des relativen Absorptionsverhältnisses unter Verwendung von Kalibrierdaten und so genannten Extinktionskoeffizienten aus dem Absorptionsspektrum von Hämoglobin und Oxyhämoglobin bei den entsprechenden Wellenlängen. Der mathematische Hintergrund hiervon, der auf dem Lampert-Beer-Gesetz beruht, wurde in zahlreichen früheren Veröffentlichungen in ausreichender Ausführlichkeit beschrieben. Siehe zum Beispiel das Dokument EP-A-262 778, das eine recht gute Zusammenfassung der Theorie enthält.
Seit Anfang der achtziger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts, als die Pulsoximetrie eingeführt wurde, ist dieses nicht-invasive Verfahren zur Überwachung des arteriellen Sauerstoffsättigungsgrads im Blut eines Patienten (SpO2) zu einem Standardverfahren im klinischen Umfeld geworden, weil es sich einfach anwenden lässt und Krankenschwestern und Ärzten einen hohen Informationswert bietet. Es ist bei der Patientenüberwachung genauso üblich geworden, den Sauerstoffgehalt im Blut zu messen wie die Herzaktivität mit dem EKG zu überwachen. Bei manchen Anwendungsbereichen, zum Beispiel der Anästhesie im Rahmen einer chirurgischen Prozedur, ist es für die Ärzte obligatorisch, diesen lebenswichtigen Parameter zu messen.
Hintergrundinformationen über die Pulsoximetrie sind in der Abhandlung „A New Family of Sensors for Pulse Oximetry" von S. Kästle et al., erschienen im Hewlett-Packard Journal, Februar 1997, Seite 39–53, zu finden.
In jüngerer Zeit ist die Patientenüberwachung von der reinen stationären Überwachung mit stationären Instrumenten, zum Beispiel in Intensivstationen, auf die nicht-stationäre Überwachung mit kleineren und mobilen Instrumenten wie Telemetrie- und tragbaren Instrumenten erweitert worden. Telemetriesysteme, zum Beispiel ein „HP M1403A Digital Telemetry System" von Hewlett Packard besteht aus einem telemetrischen Sender (wie einem „HP M1400A UHF-Sender im Taschenformat" von Hewlett Packard) mit eingebetteten Messvorrichtungen, zum Beispiel EKG oder SpO2. Der Sender ist batteriebetrieben und wird von einem stationären oder ambulanten Patienten mitgeführt. Das Messsignal wird über UHF an eine zentrale UHF-Empfängereinheit (wie einen „HP M1401A" Mainframe von Hewlett Packard) übertragen, der einen Empfangskanal für jeden Sender hat. Die empfangenen Informationen werden an eine zentrale Anzeigeeinheit (zum Beispiel einen „HP7856A Central Monitor" von Hewlett Packard) weitergeleitet, wo die Informationen angezeigt werden.
SpO2-Messsysteme benötigen relativ viel elektrische Energie. Die SpO2-Messung hat daher nur begrenzten Einzug bei Telemetrie- oder tragbaren Instrumenten gehalten, weil die Energie in einer derartigen Messumgebung im Allgemeinen auf die Batterielebensdauer beschränkt ist.
Ein Lösungsansatz für die Nutzung von SpO2-Messungen bei Verwendung von Telemetrie- oder tragbaren Instrumenten besteht darin, einfach den SpO2-Wert mit separaten stationären Einheiten zu messen, jedoch nur manuell und nach Bedarf. Dieser Lösungsansatz kann die Forderung nach einer sicheren Patientenüberwachung, wie sie bei verschiedenen Anwendungen erforderlich ist, nicht erfüllen.
Ein weiterer Lösungsansatz zur Implementierung der SpO2-Messung in telemetrischen oder tragbaren Instrumenten besteht in der Verwendung von größeren Batterien. Diese Batterien mit großer Kapazität neigen jedoch dazu, relativ kostspielig und auch schwer zu sein, so dass sie die Verwendbarkeit dieser Telemetrie- oder tragbaren Instrumente beeinträchtigen.
Ein weiterer Lösungsansatz wurde in dem zuvor eingereichten Dokument WO 97/28739 vorgeschlagen, das sich auf ein Verfahren und ein Gerät zur kontinuierlichen Überwachung physiologischer Parameter eines Patienten bezieht. Das Gerät tritt während der Überwachung, wenn der SpO2-Wert und die Pulsfrequenz für eine vorgegebene Zeitdauer stabil sind, in einen Schlafmodus ein und wird periodisch aus dem Schlafmodus aufgeweckt, um zusätzliche Messungen vorzunehmen und um zu kontrollieren, dass sich die Stabilität der physiologischen Parameter nicht verändert hat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Stabilitätsperiode von 20 Sekunden gewählt. Die Stabilitätskriterien bestehen bei der bevorzugten Ausführungsform darin, dass die Herzfrequenz um nicht mehr als 5% variieren darf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine SpO2-Messung zu schaffen, die in telemetrischen oder tragbaren Instrumenten mit Maßnahmen zur Begrenzung des Energieverbrauchs angewendet werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Messung der arteriellen Sauerstoffsättigung von Hämoglobin (hier als SpO2-Messung bezeichnet) nicht-kontinuierlich in einem so genannten intermittierenden Modus durchgeführt, wodurch der Verbrauch von elektrischer Energie reduziert wird und wodurch sie vor allem mit telemetrischen oder tragbaren Instrumenten möglich wird, indem die Batterielebensdauer verlängert wird. In diesem intermittierenden Modus wird die SpO2-Messung zum Beispiel periodisch gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Testmuster, auf Anforderung oder gemäß einem beliebigen vorgegebenen Messprofil durchgeführt.
Es ist zu beachten, dass die intermittierende Messung nicht auf die Messung von nur einem SpO2-Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt begrenzt ist, sondern auch die Messung mehrerer SpO2-Werte über ein bestimmtes Zeitintervall umfassen kann. In letzterem Fall können verschiedene Analyseverfahren, wie sie in der Technik bekannt sind, angewandt werden, um einen SpO2-Wert zu ermitteln, der für dieses betreffende Zeitintervall oder diese betreffende Zeitspanne repräsentativ ist. Der durch die Messvorrichtung ausgegebene SpO2-Wert gibt dann den SpO2-Zustand des Patienten zu einem bestimmten Zeitpunkt oder repräsentativ für dieses Zeitintervall an.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die SpO2-Messung in einem so genannten intelligenten Schnappschussverfahren durchgeführt. Ein repräsentativer SpO2-Wert wird erst angegeben, wenn der gemessene SpO2-Wert oder die gemessenen SpO2-Werte ein bestimmtes Konfidenzkriterium erfüllen. Das Konfidenzkriterium entscheidet, ob der (die) ermittelten SpO2-Werte) als repräsentativ für den gegenwärtigen Zustand des Patienten betrachtet werden können oder nicht. Wenn das Konfidenzkriterium während eines laufenden Messintervalls nicht erfüllt wird, wird kein SpO2-Wert für dieses Intervall ausgegeben oder das Intervall wird fortgesetzt, bis das Konfidenzkriterium letzten Endes erfüllt ist und ein repräsentativer Wert angegeben werden kann. Vorzugsweise wird jedem ermittelten SpO2-Wert ein Konfidenzwert zugeordnet.
Die Zeit zwischen aufeinander folgenden Messintervallen kann an die Zeitdauer des jeweiligen Messintervalls, den angegebenen SpO2-Wert, den Konfidenzwert des angegebenen SpO2-Werts oder an andere geeignete Parameter angepasst werden. Die Zeit zwischen aufeinander folgenden Messintervallen kann zum Beispiel verlängert werden, um Energie zu sparen, oder verkürzt werden, um den Patienten intensiver zu überwachen. Wenn sich zum Beispiel die angegebenen SpO2-Werte nur geringfügig unterscheiden und ihre jeweiligen Konfidenzwerte eine hohe Konfidenz aufweisen, kann die Zeit zwischen aufeinander folgenden Messintervallen verlängert werden. Wenn sich jedoch die angegebenen SpO2-Werte erheblich unterscheiden, ihre jeweiligen Konfidenzwerte das Konfidenzkriterium nur knapp erfüllen oder das Konfidenzkriterium erst nach einer bestimmten Zeitdauer erfüllt wird, kann die Zeit zwischen aufeinander folgenden Messintervallen verkürzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird gemäß einem vorgegebenen Zeitschema mit einem neuen Messintervall begonnen, zum Beispiel wird ein neues Messintervall eine Minute nach dem Beginn des vorhergehenden Intervalls gestartet. Falls vor dem geplanten Beginn des folgenden Messintervalls kein repräsentativer SpO2-Wert ermittelt werden kann, kann die laufende Messung fortgesetzt werden, bis ein repräsentativer SpO2-Wert gefunden ist, oder es wird für dieses Messintervall kein repräsentativer SpO2-Wert ausgegeben und mit dem nachfolgenden Messintervall begonnen.
Das Konfidenzkriterium kann als ein festes Kriterium oder abhängig vom Messkontext, zum Beispiel von der Messgeschichte, den SpO2-Werten oder der Zeitdauer, bis das Konfidenzkriterium während eines laufenden Messintervalls erfüllt wird, vorgegeben werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Konfidenzwert bestimmt, indem die gemessenen SpO2-Werte für jedes Messintervall statistisch analysiert werden. Dies erfolgt vorzugsweise, indem die Standardabweichung der gemessenen SpO2-Werte ermittelt wird. Es können jedoch beliebige andere Analysen wie mittlere Abweichung oder Bestimmung des Rauschpegels des Signals oder der Perfusionsindikator angewendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Konfidenzwerte durch ein so genanntes Vorhersage-Stabilitätsverfahren bestimmt, das eine Verringerung der Messdauer ermöglicht. Das Vorhersage-Stabilitätsverfahren ermöglicht die Vorhersage der Stabilität von einzelnen gemessenen Werten bereits dann, wenn nur wenige gemessene Werte zur Verfügung stehen, die für eine kollektive Analyse wie zum Beispiel die Mittelwertbildung eventuell nicht ausreichend sind. Das Vorhersage-Stabilitätsverfahren wird daher vorzugsweise angewandt, bevor die gemessenen Werte kollektiv verarbeitet werden, zum Beispiel durch Mittelwertbildung. Die Stabilität der einzelnen gemessenen Werte könnte ermittelt werden, indem die Standardabweichung berechnet wird oder mittels anderer geeigneter in der Technik bekannter Verfahren, die einen Trend der gemessenen Werte angeben.
Gemäß dem Vorhersage-Stabilitätsverfahren wird eine geschätzte Stabilität jedes gemessenen Werts basierend auf empirischer Kenntnis des Messvorgangs bewertet. Die empirische Kenntnis könnte Informationen über die Messbedingungen oder das transiente Verhalten der Messung umfassen. Falls die geschätzte Stabilität der einzelnen Messwerte zufrieden stellend ist, kann ein Messergebnis (z.B. der letzte gemessene Wert, der das Stabilitätskriterium erfüllt und der Stabilitätswert hiervon) ausgegeben werden und es kann auf eine kollektive Verarbeitung, zum Beispiel Mittelwertbildung, der gemessenen Werte verzichtet werden. Das Vorhersage-Stabilitätsverfahren macht es also möglich, die Messzeit zu verkürzen, ohne die Qualität des Messergebnisses übermäßig zu gefährden. Eine Aussage über die Stabilität der Messwerte kann von nur einer begrenzten Anzahl von Messwerten abgeleitet werden, was für eine kollektive Verarbeitung eventuell nicht ausreicht. Falls die geschätzte Stabilität der einzelnen Messwerte nicht zufrieden stellend ist, müssen die Messwerte eventuell weiter kollektiv verarbeitet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben und viele der hiermit verbundenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht nachzuvollziehen sein und besser verstanden werden, indem Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung genommen und diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird. Es zeigen:
1 ein Funktionsdiagramm einer erfindungsgemäßen SpO2-Messeinheit;
2 zeigt ein Beispiel eines Start-Zeitsteuerungs-Diagramms für ein „gutes" Signal, das relativ frei von Artefakten ist und eine hohe Pulsierkomponente besitzt; und
3 zeigt ein Beispiel eines Start-Zeitsteuerungs-Diagramms für ein „schlechtes" Signal, dessen rohe Welle nicht frei von (Bewegungs-)Artefakten ist oder das nur eine kleine Pulsierkomponente besitzt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Funktionsdiagramm einer erfindungsgemäßen SpO2-Messeinheit 5. Die SpO2-Messeinheit 5 umfasst vorzugsweise eine SpO2-Messvorrichtung 10, die mit einem SpO2-Sensor 20, mit einer Anzeigeeinheit 30 und mit einer Steuereinheit 40 verbunden ist. Die SpO2-Messvorrichtung 10 empfängt Messsignale von dem SpO2-Sensor 20 und wertet die empfangenen Signale aus, wie es in der Technik bekannt ist. Die Ausgabe der SpO2-Messvorrichtung 10 kann durch die Anzeigeeinheit 30 angezeigt werden. Die Steuereinheit 40 steuert die Energieversorgung der SpO2-Messvorrichtung 10 und des SpO2-Sensors 20 und damit die Leistungsaufnahme der SpO2-Messeinheit 5.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Steuereinheit 40 um einen „HP M2601A Telemetric Transmitter" von Hewlett Packard mit einer eingebetteten SpO2-Messvorrichtung 10. Der SpO2-Sensor 20 kann vorzugsweise ein „SpO2 Adult Sensor HP M1191A" von Hewlett Packard sein und die Anzeigeeinheit ist vorzugsweise eine "HP 78560A Central Station" zusammen mit einem "HP M2604A Telemetric Receiver" von Hewlett Packard.
Bei einer tragbaren oder telemetrischen Anwendung wird die SpO2-Messeinheit 5 vorzugsweise durch Batterie oder Akkumulatoren (nicht in 1 dargestellt) versorgt, die so lange wie möglich halten sollten, um eine möglichst lange Überwachung ohne Batteriewechsel zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die SpO2-Messung nicht-kontinuierlich in einem so genannten intermittierenden Modus durchgeführt, wodurch weniger elektrische Energie verbraucht wird, so dass sie insbesondere bei Telemeter- oder tragbaren Instrumenten angewandt werden kann, weil hierdurch die Batterielebensdauer verlängert wird. Das Ein- und Ausschalten der SpO2-Messvorrichtung 10 wird durch die Steuereinheit 40 gesteuert, vorzugsweise ausgelöst durch eine Anfrage der SpO2-Messvorrichtung 10, nachdem sie ihren intermittierend gemessenen Wert an die Anzeigevorrichtung 30 gemeldet hat. Es ist zu beachten, dass die Steuereinheit 40 entweder Teil der SpO2-Messvorrichtung 10 sein kann oder hiervon abgesetzt sein kann. Die durch die Steuereinheit 40 gesteuerte Stromversorgung der SpO2-Messvorrichtung 10 kann auch nur auf Teile der SpO2-Messvorrichtung 10 begrenzt sein.
Die SpO2-Messung wird vorzugsweise periodisch gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Testmuster durchgeführt, kann jedoch auch auf Anfrage oder gemäß einem beliebigen vorgegebenen Messprofil durchgeführt werden. Die intermittierende SpO2-Messung kann ausgeführt werden, indem zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein SpO2-Wert gemessen wird, jedoch wird sie vorzugsweise ausgeführt, indem eine Vielzahl von SpO2-Werten über ein bestimmtes Zeitintervall gemessen wird. In diesem Fall können verschiedene Analyseverfahren wie Mittelwertbildung angewandt werden, um einen SpO2-Wert zu bestimmen, der für das jeweilige Zeitintervall repräsentativ ist. Die von der SpO2-Messvorrichtung 10 an die Anzeigevorrichtung 30 ausgegebenen SpO2-Werte geben dann – abhängig von dem Messmodus – den SpO2-Zustand des Patienten zu einem bestimmten Zeitpunkt an oder sind repräsentativ für ein bestimmtes Zeitintervall.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die SpO2-Messung in einem so genannten intelligenten Schnappschussmodus durchgeführt. Ein repräsentativer SpO2-Wert wird erst angegeben, wenn der gemessene SpO2-Wert oder die gemessenen SpO2-Werte ein bestimmtes Konfidenzkriterium erfüllen. Das Konfidenzkriterium entscheidet, ob der (die) ermittelte(n) SpO2-Werte) als repräsentativ für den gegenwärtigen Zustand des Patienten betrachtet werden kann (können). Wenn das Konfidenzkriterium während eines taufenden Messintervalls nicht erfüllt wird, wird kein SpO2-Wert für dieses Intervall ausgegeben oder das Intervall wird fortgesetzt, bis das Konfidenzkriterium letzten Endes erfüllt ist und ein repräsentativer Wert angegeben werden kann.
Wenn das Konfidenzkriterium erfüllt ist und „Konfidenzwerte" abgeleitet sind, wird die SpO2-Messvorrichtung 10 ausgeschaltet, so dass die Batterie geschont wird. Wenn eine Fehlerbedingung erkannt wird, wird die SpO2-Messvorrichtung 10 vorzugsweise ebenfalls ausgeschaltet. Die „Einschalt"-Dauer hängt vorzugswesie sowohl von der Signalqualität als auch von dem aktuellen Zustand des SpO2-Trends ab. In diesem Fall wird die Messzeit länger, zum Beispiel wenn das Signal verrauscht ist, der Patient ambulant ist oder wenn der Patient entsättigt ist.
Es hat sich gezeigt, dass eine bessere Leistung erreicht wird, wenn mehr Kenntnisse (und Geschichte) bezüglich der Sättigungsmessphase zur Verfügung stehen. Es ist daher wünschenswert, zu warten, bis mehr Kenntnisse der Messphase zur Verfügung stehen, um einen vertrauenswürdigeren intermittierenden SpO2-Wert zu erhalten.
Gemäß dem intelligenten Schnappschussmechanismus werden nicht nur Kenntnisse über den SpO2-Wert selbst gesammelt, sondern auch Kenntnisse über die Konfidenz und die Stabilität des Sättigungsberechnungsalgorithmus. Wenn die Messbedingung instabil ist, z.B. aufgrund von Rauschen, Artefakten oder schnellen Sättigungsveränderun gen, wird der intelligente Schnappschusswert warten, bis ein repräsentativer SpO2-Wert zur Verfügung steht, der die vorliegende Sauerstoffsättigungsbedingung am besten abdecken könnte, oder Informationen über eine Fehlerbedingung signalisiert werden (zum Beispiel, dass ein Puls nicht gefunden werden kann).
Die Zeit zwischen aufeinander folgenden Messintervallen (aufeinander folgende Intervallzeit) oder die Zeit zwischen dem Beginn von aufeinander folgenden Messintervallen (aufeinander folgende Startzeit) kann zum Beispiel an die Zeitdauer des jeweiligen Messintervalls, den angegebenen SpO2-Wert, den Konfidenzwert des angegebenen SpO2-Werts oder andere geeignete Parameter angepasst werden. Die aufeinander folgende Intervallzeit – oder die aufeinander folgende Startzeit – kann zum Beispiel verlängert werden, um Energie zu sparen, oder verkürzt werden, um den Patienten intensiver zu überwachen. Wenn sich die angegebenen SpO2-Werte nur geringfügig unterscheiden und ihre jeweiligen Konfidenzwerte eine hohe Konfidenz aufweisen, wird die aufeinander folgende Intervallzeit – oder die aufeinander folgende Startzeit – vorzugsweise verlängert. Wenn sich jedoch die angegebenen SpO2-Werte erheblich unterscheiden, ihre jeweiligen Konfidenzwerte das Konfidenzkriterium nur knapp erfüllen oder das Konfidenzkriterium erst nach einer bestimmten Zeitdauer erfüllt wird, wird die aufeinander folgende Intervallzeit – oder die aufeinander folgende Startzeit – verkürzt.
Das Konfidenzkriterium kann als ein festes Kriterium oder abhängig vom Messkontext, zum Beispiel von der Messgeschichte, den SpO2-Werten oder der Zeit bis das Konfidenzkriterium während eines Messintervalls erfüllt ist, vorgegeben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Konfidenzwert bestimmt, indem die gemessenen SpO2-Werte jedes Messintervalls statistisch analysiert werden. Diese erfolgt vorzugsweise, indem die Standardabweichung der gemessenen SpO2-Werte ermittelt wird.
Die 2 und 3 zeigen Beispiele der Start-Zeitsteuerungsdiagramme, wobei 2 ein Beispiel für ein „gutes" Signal darstellt, d.h. ein Signal, das relativ frei von Artefakten ist und eine hohe pulsierende Komponente (hohe Perfusion) aufweist, und 3 ein Beispiel für ein "schlechtes" Signal darstellt, d.h. ein Signal, dessen Rohwelle nicht frei von (Bewegungs-)Artefakten ist oder die nur eine kleine pulsierende Komponente aufweist. Ein erstes Messintervall I_n wird zu einem Zeitpunkt Tn gestartet. Der während des Messintervalls I_n ermittelte Konfidenzwert liegt unterhalb eines vorgegebenen Konfidenzkriteriums. Die Konfidenz kann verstanden werden als zum Beispiel ein Wert zwi schen 0 und 100%, wobei 0% keine Konfidenz bedeutet und 100% die höchstmögliche Konfidenz bedeutet. Da ein gemessener Wert immer gewissem Rauschen und Artefakten unterliegt, ist eine Konfidenz von 100% nicht realistisch. Es hat sich gezeigt, dass eine Konfidenz von 85% eine angemessene Konfidenzgrenze für das Ende eines Messintervalls ist.
In den Beispielen aus den 2 und 3 wurde als Konfidenzkriterium ein Wert von 85% ausgewählt. Sobald der Konfidenzwert der SpO2-Messung das Konfidenzkriterium zu einem Zeitpunkt Tcn erreicht, wird die Steuervorrichtung 40 die SpO2-Messvorrichtung 10 ausschalten, vorzugsweise, bis ein nächstes Messintervall I_n+1 zu einem Zeitpunkt Tn + 1 gestartet wird. Es ist zu erkennen, dass es im Fall des „schlechten" Signals, wie es in 3 dargestellt ist, länger dauert, bis eine Konfidenz der SpO2-Messung erreicht ist, als dies bei einem „guten" Signal wie in 2 der Fall ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Konfidenzwerte bestimmt, indem das Vorhersage-Stabilitätsverfahren angewandt wird, so dass die Messzeit verringert werden kann. Ausgangspunkt für die Bestimmung des Konfidenzwerts sind SpO2-Werte von Herzschlag zu Herzschlag, also SpO2-Werte, die für jeden erkannten Puls vor irgendeiner Filterung oder Mittelwertbildung ermittelt wurden. Gemäß dem Vorhersage-Stabilitätsverfahren wird zuerst die Standardabweichung der SpO2-Werte von Herzschlag zu Herzschlag berechnet. Parallel dazu werden die SpO2-Werte von Herzschlag zu Herzschlag weiter verarbeitet, zum Beispiel durch Filterungs- und Mittelwertbildungsstufen des Sättigungsberechnungsalgorithmus. Gemäß dem Vorhersage-Stabilitätsverfahren wird eine von dem Sättigungsberechnungsalgorithmus empfangene geschätzte Standardabweichung der SpO2-Werte basierend auf empirischen Kenntnissen beurteilt. Die empirischen Kenntnisse umfassen vorzugsweise, welche Art von Auswirkung die Filterungs- und Mittelwertbildungsstufen auf die Standardabweichung von Herzschlag zu Herzschlag haben.
Der Konfidenzwert wird auf eine solche Weise auf die geschätzte Standardabweichung interpoliert, dass eine Standardabweichung von 0% einer Konfidenz von 100% entspricht, eine Standardabweichung von 1,5% einer Konfidenz von 85% entspricht und eine Standardabweichung von mehr als 10% einer Konfidenz von 0% entspricht. Sobald genügend gefilterte und gemittelte SpO2-Ausgangswerte zur Verfügung stehen (zum Beispiel 5 oder mehr SpO2-Werte), basiert die Standardabweichung, die für die Konfidenzberechnung verwendet wurde, nicht mehr auf der geschätzten Standardabweichung, sondern wird direkt anhand der gefilterten und gemittelten SpO2-Ausgangswerte berechnet.
Weitere mögliche Verbesserungen der Leistungsfähigkeit im intermittierenden Modus unter Verwendung eines gepufferten RAM und der Abspeicherung einiger Kenntnisse aus dem letzten Messintervall können einen neuen Messzyklus beschleunigen (zum Beispiel letzter SpO2-Wert, letzte Standardabweichung (STD), letzte Pulsfrequenz, letzte Steuerparameter, letzter Konfidenzwert). Diese zwischengespeicherten Werte können nach dem Starten der Messvorrichtung als Ausgangswerte verwendet werden. Der letzte SpO2-Wert könnte als erster Wert für das gestartete Messintervall benutzt werden. Dadurch spart man einen Herzschlag des laufenden Messintervalls ein. Weitere Informationen neben dem letzten SpO2-Wert könnten helfen, die Konfidenzberechnung als zusätzliche Parameter zu justieren, zum Beispiel Erhöhen der berechneten Konfidenz, wenn die letzte geschätzte STD der neu berechneten ähnlich war.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die abgeleitete Konfidenz weitere verfügbare Informationen aus dem Sättigungsberechnungsalgorithmus enthalten, zum Beispiel die Anzahl der erkannten Herzschläge in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz, die Korrelation zwischen roten und infraroten Wellen, erkannte Artefakte, anstehende Fehlerbedingungen, Rauschen der rohen Signale, usw.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der intermittierende Modus auf eine solche Weise konzipiert, dass wenn ein intermittierender Messwert zur Verfügung steht, die SpO2-Messvorrichtung 10 unter bestimmten Umständen automatisch auf eine kontinuierliche Messung umschaltet. Derartige Umstände können zum Beispiel vorliegen, wenn eine Entsättigung aufgetreten ist. Die Messung kann weiterhin mit Energie versorgt werden und die Messvorrichtung wird weiterhin ohne eine Unterbrechung kontinuierlich SpO2-Werte kommunizieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Arzt wählen, ob die intermittierende SpO2-Messung bei einem Patienten angewandt werden soll oder nicht. Die Vorrichtung kann so konfiguriert werden, dass die SpO2-Messung kontinuierlich (mit einer reduzierten Batterielebensdauer) oder intermittierend (mit längerer Batterielebensdauer) erfolgt.
Die Konfidenzberechnung basiert vorzugsweise auf einer statistischen Analyse der Herzschlag-zu-Herzschlag-SpO2-Werte des Sättigungsberechnungsalgorithmus. Wenn jedoch ein anderer Sättigungsberechnungsalgorithmus in der Messvorrichtung verwendet wird (zum Beispiel ein anderer Sättigungsberechnungsalgorithmus), könnte dieser Sättigungsberechnungsalgorithmus eventuell nicht auf der Pulssuche und der Herzschlag- zu-Herzschlag-Verarbeitung basieren. Andere Methoden der SpO2-Berechnung basieren auf der Signalanalyse der roten und infraroten rohen Welle unter Verwendung eines Zeitfensters (zum Beispiel Korrelation oder Fast-Fourier-Transformation). Wenn ein derartiges SpO2-Sättigungsberechnungsalgorithmusverfahren angewandt wird, stehen keine Herzschlag-zu-Herzschlag-Werte für die STD-Berechnung zur Verfügung. In diesem Fall sollte der Sättigungsberechnungsalgorithmus mit einem minimalen Zeitfenster für die Signalanalyse beginnen. Die für dieses minimale Zeitfenster berechneten SpO2-Werte könnten dann weiter als Herzschlag-zu-Herzschlag-SpO2-Werte betrachtet und wie hier beschrieben weiter verarbeitet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die gemessenen SpO2-Werte nur auf der Anzeigevorrichtung 30 aktualisiert, nachdem ein neuer repräsentativer SpO2-Wert ermittelt wurde. Der angegebene SpO2-Wert ist jedoch vorzugsweise auch dann auf der Anzeigevorrichtung 30 anzeigbar, wenn die SpO2-Messvorrichtung 10 ausgeschaltet ist. Neben dem SpO2-Wert kann die Anzeigevorrichtung eventuell auch einen Verweis auf die jeweilige Messzeit angeben, zum Beispiel durch Angeben der Messzeit des letzten angezeigten SpO2-Wertes. Dies ist beispielhaft in 1 veranschaulicht. Text in der Zeichnung Figur 1

SpO2 time SpO2 Zeit

Figur 2 + 3

Power Energieversorgung

Confidence value Konfidenzwert

Claims

System (5) zur Überwachung der Sauerstoffanreicherung von Blut mit einer Messvorrichtung (10) zur Durchführung der Messung der Sauerstoffanreicherung von Blut und mit einer Steuereinheit (40) mit Mitteln zum Ein- und Ausschalten der Messvorrichtung (10) oder Teilen hiervon, so dass die Messung der Sauerstoffanreicherung des Bluts auf nicht-kontinuierliche Weise erfolgen kann, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel (40, 10) enthält zum statistischen Analysieren der für die Sauerstoffanreicherung des Bluts während eines Messintervalls gemessenen Werte und zum Angeben eines repräsentativen Werts der Sauerstoffanreichung des Bluts nur dann, wenn ein oder mehrere gemessene Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts ein Konfidenzkriterium erfüllen.
System (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel (40, 10) zum Anpassen der Zeit zwischen aufeinander folgenden Messintervallen oder zum Anpassen der Zeit zwischen dem Start von aufeinander folgenden Messintervallen an die Zeitdauer eines jeweiligen Messintervalls, einen angegebenen Wert der Sauerstoffanreicherung des Bluts oder an einen Konfidenzwert des angegebenen Werts der Sauerstoffanreicherung des Bluts enthält.
System (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Konfidenzkriterium ein festes Kriterium ist oder von dem Messkontext abhängt.
System nach einem der obigen Ansprüche, weiterhin mit Mitteln (10) zur Vorhersage der Stabilität der gemessenen Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts, mit Mitteln zum Ermitteln einzelner Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts von Herzschlag zu Herzschlag, Mitteln zum Beurteilen einer geschätzten Standardabweichung für die Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts basierend auf empirischen Kenntnissen, und Mitteln zum Interpolieren des Konfidenzwertes auf die geschätzte Standardabweichung.
System (5) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Sensor (20) und eine Anzeigeeinheit (30) umfasst.
Verfahren zum Erkennen der Sauerstoffanreicherung des Bluts, mit einem ersten Schritt des Einschaltens der Messvorrichtung (10) oder Teilen hiervon, um eine Messung der Sauerstoffanreicherung des Bluts vorzunehmen, einem zweiten Schritt des Durchführens der Messung der Sauerstoffanreicherung des Bluts, der einen Schritt der statistischen Analyse der gemessenen Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts, die während jedes Messintervalls gemessen wurden, wobei ein repräsentativer Wert der Sauerstoffanreicherung des Bluts nur dann angegeben wird, wenn ein oder mehrere Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts ein Konfidenzkriterium erfüllen, und mit einem dritten Schritt des Ausschaltens der Messvorrichtung (10) oder Teilen hiervon, wobei die drei Schritte periodisch wiederholbar sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Zeit zwischen aufeinander folgenden Messintervallen an die Zeitdauer eines jeweiligen Messintervalls, einen angegebenen Wert der Sauerstoffanreicherung des Bluts oder an einen Konfidenzwert des angegebenen Werts der Sauerstoffanreicherung des Bluts angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des statistischen Analysierens der gemessenen Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts einen Schritt des Ermittelns der Standardabweichung der gemessenen Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts umfasst.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, wobei der zweite Schritt einen Schritt der Vorhersage der Stabilität der gemessenen Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts umfasst, indem a) einzelne Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts von Herzschlag zu Herzschlag ermittelt werden, b) eine geschätzte Standardabweichung für die Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts basierend auf empirischen Kenntnissen beurteilt wird, c) der Konfidenzwertes auf die geschätzte Standardabweichung interpoliert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt der Vorhersage der Stabilität der gemessenen Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts ausgeführt wird, bis genügend gemessene Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts für eine kollektive Verarbeitung zur Verfügung stehen.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Zeit zwischen aufeinander folgenden Messintervallen oder die Zeit zwischen dem Start von aufeinander folgenden Messintervallen verlängert wird, wenn sich die angegebenen Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts nur geringfügig unterscheiden und ihre jeweiligen Konfidenzwerte eine hohe Konfidenz aufweisen, und/oder verkürzt wird, wenn sich die angegebenen Werte der Sauerstoffanreicherung des Bluts erheblich unterscheiden, ihre jeweiligen Konfidenzwerte das Konfidenzkriterium nur knapp erfüllen oder das Konfidenzkriterium erst nach einer bestimmten Zeitdauer erfüllt wird.
Verwendung des Systems (5) nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 5 in telemetrischen oder tragbaren Instrumenten.