JP2001517991A - データ信号適応平均化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 生理的パラメータを計測するためのシステムでのノイズによる影響を低減する方法。この方法は、（ａ）生物組織を通じて伝達される電磁エネルギーの少なくとも一つの波長から導かれる複数の計測値を生成する工程、（ｂ）選択計測値と、少なくとも一つの期待計測値特性とを比較する工程、（ｃ）複数の可変重みのうちの一つを、上記の比較工程に基づいた各選択計測値に割り当てる工程であって、これにより、複数の異なった重み付き計測値を生成する、ところの工程、及び（ｄ）生理的パラメータの予測に使用するためのフィルター計測値を得るために、複数の異なった重み付き計測値を平均化する工程、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 データ信号適応平均化方法及び装置 本発明は、生理的パラメータを計測するための方法及び装置に関し、特に、生 理的パラメータを計測するためのシステムにおいてノイズによる影響を低減する ための方法及び装置に関する。特に、データ信号を適応的に平均化するための方 法及び装置に関する。本発明は、パルス酸素計にフィルター化技術を用いて、動 脈血のヘモグロビンの酸素飽和度を予測する。 パルス酸素計は、典型的に、動脈血のヘモグロビンの酸素飽和度に限らず、様 々な血流特性を計測、表示する。酸素計は、光を指や耳といった血液潅流組織を 通過させ、組織での光吸収を光学的に感知する。次に、光吸収量は、計測される べき血液構成成分（例えば、オキシヘモグロビン）量を計算するために使用され る。 組織を通過する光には、一つ又はそれ以上の波長のものが選択され、この波長 の光は、血液に存在する血液構成成分量を表す量だけ血液に吸収される。組織を 通過する光の量は、組織の血液構成成分及び関係する光吸収の変化量に従って変 化する。次に、飽和度は、Beer-Lambertの法則に基づいて計算される。伝統的に 、飽和度は、 二つの波長（例えば、赤色光及び赤外光）での光吸収度を計測することによって 決定される。飽和度は、次に、米国特許第４８０２４８６号、米国特許第４９１ １１６７号、米国特許第４９２８６９２号、米国特許第４９６９２５４号、米国 特許第５０７８１３６号及び米国特許第５４８５８４７号に開示されるように、 “割合比（ratio of ratios）”の値を求めることによって計算できる。 組織を通過する光学信号は、ノイズ及びモーションアーチファクト（motion a rtifact）により劣化する。ノイズ源の一つは、光検出器に到達する周囲の光で ある。他のノイズ源は、他の電子機器からの電磁的な接続である。患者のモーシ ョンもまた、ノイズを発生し、信号に影響を与える。例えば、検出器と皮膚との 間の接続やエミッタと皮膚との間の接続が、いずれか一方が皮膚から離れるよう に動くと、一時的に中断される。また、血液が流体であることから、周囲の組織 と異なって慣性効果に応答して酸素計のプローブが取り付けられる場所で瞬間的 にその体積を変化させることになる。 モーションアーチファクトは、医者が気づくことなく、医者の頼るところのパ ルス酸素計信号を劣化させる。これは、特に、患者のモニターが遠隔にある場合 やモーションが小さすぎる場合、又は医者がセンサーの取付位置ではなく患者の 機器や他の部分をみている場合に起こる。 モーション検出のために加速度計を使用する酸素計システムが米国特許第５０ ２５７９１号に開示される。モーションが検出されると、モーションによる読取 り値が、誤りとして除去されるか又は指示される。典型的な酸素計では、脈拍信 号の最上点と最下点でとられた計測値を使用して所望の特性を計算する。モーシ ョンにより最上点に誤りが生じ、この結果、計測値が、誤った値で、誤った時間 に記録されるものとなる。 ＥＫＧ信号をモニターし、酸素計の読取り値と相関して、酸素計の読取り値上 のノイズ及びモーションによる影響を制限するように同期させる他のシステムが 米国特許第４８０２４８６号に開示される。これは、周期的なモーション信号に ロックする酸素計の機会を低減させる。 米国特許第５０７８１３６号に開示されるシステムは、酸素計信号を分析する 線形挿間及び変化量技術を使用して、ノイズ及びモーションアーチファクトによ る影響を制限する。 本発明は、様々な重みが異なった計測値に割り当てられ、フィルター計測値を 得るために、重み付き計測値が平均化される、ところの生理的パラメータ（例え ば、血中酸素飽和度）を計測するためのシステムにおいてノイズによる影響を低 下させるための技術を提供する。 従って、本発明の第一の態様は、生理的パラメータを計測するためのシステム においてノイズによる影響を低下させるための方法であって、 （ａ）生物組織を通じて伝達される電磁エネルギーの少なくとも一つの波長から 導かれる複数の計測値を生成する工程、 （ｂ）選択計測値と、少なくとも一つの期待計測値特性とを比較する工程、 （ｃ）複数の可変重みのうちの一つを、上記の比較工程に基づいた各選択計測値 に割り当てる工程であって、これにより、複数の異なった重み付き計測値を生成 する、ところの工程、及び （ｄ）生理的パラメータの予測に使用するためのフィルター計測値を得るために 、複数の異なった重み付き計測値を平均化する工程、を含む。 他の態様では、本発明は、生理的パラメータを計測するためのシステムにおい てノイズによる影響を低減させるための装置を提供する。この装置は、 （ａ）生物組織を通じて伝達される電磁エネルギーの少なくとも一つの波長から 導かれる複数の計測値を生成するための手段、 （ｂ）選択計測値と、少なくとも一つの期待計測値特性とを比較するための手段 、 （ｃ）複数の可変重みのうちの一つを、上記の比較工程に基づいた各選択計測値 に割り当てるための手段であって、これにより、複数の異なった重み付き計測値 を生成する、ところの手段、及び （ｄ）生理的パラメータの予測に使用するためのフィルター計測値を得るために 、複数の異なった重み付き計測値を平均化するための手段、 を含む。 好適に、この装置は、例えば、米国特許第４６２１６４３号、米国特許第４７ ００７０８号及び米国特許第４７７０１７９号に開示されるように、電磁エネル ギーの少なくとも一つの波長を表す信号に応答して生理的パラメータを計測する ため、システムを校正するための手段を含む。 好適に、この装置は、センサーを含み、センサーは、電磁エネルギーの上記の 少なくとも一つの波長のためのエミッタ、電磁エネルギーを感知し且つこれを表 す第一の信号を生成するための感知手段、センサーを酸素計に検出可能に連結し 且つセンサーと酸素計との間で信号を通信するための手段、及び電磁エネルギー の少なくとも一つの波長を表す第二の信号を与えるための手段、を有する。 本発明は、生理的パラメータが時間とともにどのように変化し、これらパラメ ータがノイズ環境で計測値にどのように関係するかを 説明するために、数学的モデルを使用するフィルター化技術を使用する。このよ うなフィルター化は、生理的パラメータの最適な予測値に到達するように、平均 化重み及び平均化時間の組を変更することができる。 本発明の技術は、動脈血のヘモグロビンの酸素飽和度を決定するために、パル ス酸素計に関連して使用できる。少なくとも部分的に、バンド外ノイズを除くた めに、バンドパスフィルターが使用され、０．５Ｈｚ以下、１０Ｈｚ以上のデー タを減衰することができる。フィルター化データは、次に、後述する飽和度計算 アルゴリズムを使用して処理される。 本発明は、適応フィルター化技術（例えば、カルマン（Kalman）フィルター法 ）を利用して、血液酸素飽和度を計算する。カルマンフィルター法は、パラメー タが時間とともに変化するとき、最小二乗的にパラメータを一致させることがで きる。伝統的な、予測量を平均化又はローパスフィルター化する古典的最小二乗 法（ＣＬＳ）を利用できる。カルマンフィルター法は、実質的に同一の結果を達 成するが、カルマンフィルターは、平均化の最適量を計算する。適当なカルマン フィルターアルゴリズムは、「Introduction to Random Signals and Applield Kalman Filtering」（RG Brown及びPYCHwang著、第２版、1992年、John Willey ＆ Sons）に開示される。カルマン フィルター定理を利用したカルマン心臓ゲート化平均化プロセッサが酸素飽和度 の計算に使用され、このプロセッサは、例えば、心拍数を計算するためのアルゴ リズムにより供給され、又はＥＣＧ波形からの心拍数に基づいたトリガーにより ゲート化される。酸素計から心拍数を計算するための技術の詳細は「Method and Apparatus for measuring Pulse Rate and Saturation」（国際出願番号ＩＢ９ ６／ ）（代理人用整理番号Ｐ２１９８８Ｂ）に開示される。これに開示さ れる情報は、本出願に参照文献として組み入れられる。 カルマンフィルターを使用すると、本発明は、適当な前処理データを、適当な 減光係数を使用してオキシヘモグロビン及び全ヘモグロビン濃度に対応する量に 変換することを含む。これら二つの変換量のある瞬間の比は、飽和度を与える。 ある瞬間の飽和度値は、減光係数を使用するか又は割合比から直接的に計算され 得る。この方法は、（所望の場合、最大値又は最小値は使用され、カルマンフィ ルター化されるが、）パルス探索アルゴリズムのような最大値又は最小値を探索 する必要がない。最大値／最小値の比（つまり、事象ベースのアルゴリズム）で はなく、ある瞬間の比（つまり、時間ベースのアルゴリズム）を使用することは 、それが到達すると事象を払いのけデータを修正するコードを維持する。したが って、本発明の方法は、パルス探索、事象ベースの飽和度計算アルゴリズムよ りも簡単に適用できる点に利点がある。 好適に、平均化した異なった重み付き計測値の数は、上記の割り当て工程に応 答して変化する。 好適に、異なった重み付き計測値の第一の数は、フィルター計測値を得るため に平均化され、ここで、第一の数は、割り当て工程での複数の継続する異なった 重み付き計測値に割り当てられる重みに従って変化する。次に、時間外（又は、 オーバータイム（over time））に、各波長のための複数のフィルター計測値が 生成されることが好適である。 好適に、複数の可変重みは、第一及び第二の重みに対応する計測値の第一及び 第二の組を含む。比較工程及び割り当て工程は、次に、計測値の第一の組で行わ れる。本方法が、計測値の第一の組に割り当てられるものと同一の計測値の第二 の組の重みに割り当てる工程を含み、これにより、第一及び第二の波長の各々の ための別々のフィルター計測値が得られることが好適である。 好適に、複数の計測値は、少なくとも二つの波長からのデータを組み合わせる ことによって得られる。 好適に、各選択計測値へ割り当てられた可変重みは、部分的に、選択計測値と 直前の計測値との間の変化量に基づく。 好適に、本方法の上記の生成する工程は、 （ａ）電磁エネルギーの少なくとも一つの波長を表す信号の対数をとる工程であ って、これにより、第一の信号を生成する、ところの工程、及び （ｂ）第一の信号をバンドパスフィルター化する工程であって、これにより、第 二の信号を生成し、複数の計測値が第二の信号から導かれる、ところの工程、 を含む。 好適に、上記の生成する工程は、次に、第三の信号を生成するために第二の信 号を正規化する工程を含み、複数の計測値が第三の信号から導かれる。上記の生 成する工程は、次に、第四の信号を生成するために第三の信号の導関数をとる工 程を含むことができ、複数の計測値が第四の信号から導かれる。 好適に、各選択計測値と対応する直前の計測値との間の相似点は、期待値と比 較される。期待値は、生理的モデルに対応し得る。それは、複数の対応する直前 の計測値の間の変化量に対応し得る。 好適に、可変重みを割り当てるため、選択計測値と比較される対応する直前の 期待値は、フィルター計測値に対応する。 好適に、少なくとも一つの期待計測値特性は、少なくとも一つの直前のフィル ター計測値に対応する予測値を含む。 好適に、選択計測値は、デジタル信号を含む。 好適に、本方法の工程（ａ）で生成した複数の計測値は、一連の心拍に対応す る。 好適に、生成した重み付き計測値の可変重みは、複数の異なったゼロでない数 を含む。 好適に、本方法の工程（ａ）で生成した複数の計測値は、時間ベースであり、 被駆動事象（又は、イベント・ドライブン（event driven））ではない。各フィ ルター時間ベース計測値は、次に、下記のうちの少なくとも一つに対応する。 １．動脈血中のヘモグロビンの酸素飽和度を表す割合比の現在の値。 ２．動脈血中のヘモグロビンの酸素飽和度の現在の値。少なくとも一つの期待計 測値特性は、次に、酸素飽和度値の変化量を表す一定値を含む。 複数の時間ベース計測値は、比較工程前に正規化され、これにより、時間ベー ス計測値上のモーションアーチファクトに対応するノイズによる影響を低減する 。 好適に、本発明の方法は、電磁エネルギーの少なくとも一つの波長を表す信号 を与える工程を含む。 好適に、本発明の方法は、電磁エネルギーの波長に対応するデータをフィルタ ー化する工程を含み、患者の心拍数の整数倍でない モーション及びノイズエネルギーが減衰される。 本発明は、生理的パラメータを計測するときに、ノイズによる影響を低減する ことを含む。それは、ノイズによる影響を低減するための装置を含み、この装置 は、 生物組織を通じて伝達される電磁エネルギーの少なくとも一つの波長から導か れる複数の計測値を生成するための手段、 電磁エネルギーの少なくとも一つの波長を表す信号を与えるための手段、 選択計測値と、少なくとも一つの期待計測値特性とを比較するための手段、 複数の可変重みのうちの一つを、上記の比較工程に基づいた各選択計測値に割 り当てるための手段であって、これにより、各波長のための複数の異なった重み 付き計測値を生成し、可変重みは、各選択計測値と対応する直前の計測値との間 の相似点に応答して部分的に割り当てられ、可変重みは、複数の異なったゼロで ない数を含む、ところの手段、 生理的パラメータの予測に使用するためのフィルター計測値を得るために、複 数の異なった重み付き計測値を平均化するための手段、及び 電磁エネルギーの少なくとも一つの波長を表す信号に応答して、 生理的パラメータを計測するために、システムを校正するための手段、 を含む。 本発明は、また、生理的パラメータをモニターするためのモニターを含み、モ ニターはセンサーと一緒に使用される。センサーは、電磁エネルギーの少なくと も一つの波長を放出するための手段、電磁エネルギーを感知し且つそれを表す第 一の信号を生成するための感知手段、センサーを酸素計に検出可能に連結し且つ センサーと酸素計との間の信号の通信を与えるための手段、及び電磁エネルギー の少なくとも一つの波長を示す第二の信号を与えるための手段、を有する。モニ ターは、 第一の信号から導かれた複数の計測値を生成するための手段、 選択計測値と、少なくとも一つの期待計測値特性とを比較するための手段、 複数の可変重みのうちの一つを、上記の比較工程に基づいた各選択計測値へ割 り当てるための手段であって、これにより、複数の異なった重み付き計測値を生 成し、可変重みは、各選択計測値と対応する直前の計測値との間の相似点に応答 して、部分的に、割り当てられ、可変重みは、複数の異なったゼロでない数を含 む、ところの手段、 生理的パラメータを予測することに使用するためのフィルター計測値を得るた めに、複数の異なった重み付き計測値を平均化するための手段、及び 第二の信号に応答して生理的パラメータを計測するために、モニターを校正す るための手段、 を含む。 次に、添付の図面を参照して、本発明の例のみを説明する。 図１は、患者のヘモグロビンの酸素飽和度のような生理的パラメータを計測す るための装置の略図である。 図２は、図１に示す装置でのデータフローを示すブロック図である。 図３は、古典的最小二乗アルゴリズムの性能とカルマンアルゴリズムの性能を 比較するグラフである。 図４は、カルマン心臓ゲート化平均化フィルターの入出力を比較するグラフで ある。 図面を参照すると、図１は、患者のヘモグロビンの酸素飽和度のような生理的 パラメータを計測するための装置をしめす。センサー／酸素計組合せ６０は、セ ンサー６１、及び酸素計モニター６２、から構成される。センサー６１は、それ ぞれ、赤外線及び赤色スペクトル範囲の波長放出特性を典型的に有するＬＥＤ６ ３、６４を含 む。光ダイオードセンサー６５が、ＬＥＤ６３、６４によって伝えられた光を受 信する。抵抗器６６（又は同様の電気的インピーダンス関連）が、特定波長、又 は波長に対する対照インピーダンス値により特定されるような波長の組合せに一 致するように選択される。デコード手段６７が、抵抗器６６のインピーダンス値 を決定し、特定のセンサー６１の送信特性に対応する適当な減光係数が生成され る。よって、酸素計は、再校正せずに様々な波長の光を放出するＬＥＤを有する 様々なセンサーと一緒に使用できる。センサー６１は、コネクターの手段によっ て酸素計モニター６２に検出可能に連結される。このようなセンサー／酸素計組 合せの一例は、米国特許第４６２１６４３号に開示される。 センサーから受信したデータは、図２に示すスキームに従って処理される。そ れは、米国特許第５３４８００４号に開示されるタイプの装置を使用して処理で きる。最初の処理工程１、２では、（通常、赤色及び赤外ＬＥＤからの）データ の自然対数がとられ、データは、バンドパスフィルター化される（工程１）。次 に、フィルターデータは、酸素飽和度の計算用のアルゴリズムによって処理され る。フィルターデータを処理するためのアルゴリズムは、カルマンフィルター化 を使用でき（工程１１）、これは、心臓ゲート化平均化しても、しなくてもよい （工程９）。これらフィルター化技術 は、上記の刊行物「Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filt ering」に開示される。 カルマンフィルター化を使用すると、予測されるべきパラメータｘ（例えば、 酸素飽和度又は心拍数）が、幾らか周期的に、時間的に変化する。ｘ値が、ある 時間の幾らかのサンプルで知られている場合、ｘは、直前の値からの変化が少し だけ又は全くないことが期待され得る。Ｑは、この差の分散である。パラメータ ｘは、直接的に計測されない。実際に計測されるのは、パラメータｚであり、こ れは、ｘに一定値Ｈを掛け、これに計測ノイズを加えたものである。Ｒは、この 計測ノイズの分散である。これらは、下記のように書ける。 ｘ_k＝ｘ_k-1＋ｎ_k ^Q ｚ_k＝Ｈ_kｘ_k＋ｎ_k ^R ｚを知ってｘ値を予測できる能力及びｘの最終的な予測は、Ｒ及びＱにより量 化された二つのノイズに関連する。カルマンフィルターは、予測誤差Ｐと呼ばれ るパラメータで、二つのノイズを量化する。カルマンフィルターは、また、カル マン利得Ｋと呼ばれる中間項を使用する。Ｐ_o-1は、ゼロ値で初期化される。次 に、各々の新しいデータ点Ｋでは、以下の工程が行われる。 Ｐ_k ^-1＝Ｐ_k-1 ^-1＋Ｈ_k ²Ｐ_k ^-1 Ｋ_k＝Ｐ_kＨ_kＰ_k ^-1 ｘ_k＝ｘ_k-1＋Ｋ_k（ｚ_k−Ｈ_kｘ_k-1） Ｐ_k+1＝Ｐ_k＋Ｑ_k カルマンフィルター（工程１１）で、飽和度は変化でき、モデルは、二つの部 分に分けられる。第一の部分は、 ｖ_k＝ｕ_kｓ_k＋ｎ^R _k である。 つまり、伝達される前処理したデータの比は、計測ノイズを除いた飽和度値で ある。データの点在は、ノイズ分散の実時間計測値を与える。第二の部分は、平 均飽和度が経時変化しないが、それが変化するならば、その変化の標準偏差は実 測可能の変化量である幾らかの一定値Ｑ^1/2であることを示す。つまり、第二の 部分は、 ｓ_k＝ｓ_k-1+ｎ^Q _k である。 この第二の方程式は、飽和度が２秒間に１０ポイントだけ変化した場合にそれ が計測ノイズに起因するものであることを認知する能力をカルマンフィルターに 与える。次に、カルマンフィルターは、直前の値とともに、計算した飽和度をさ らに平均化し、この変化を、生理学で期待されるものにさらに一致させる。対照 的に、この変化が境界内である場合は、カルマンフィルターは、ほんの少しだ け平均化する。 Ｒの値は、最後のＮポイント上のｕｓとｖとの間の差から予測される、ここで 、使用者は、値Ｎを特定する。一つの実施例では、飽和度のためのカルマンモデ ルは、また、パルスのより小さい部分に小さい重みを与え、より大きい部分に大 きい重みを与え、実際の分散に小さい増分値を加えて、計測システムの誤差固有 値（例えば、ハードウェアノイズ）を表す。 第二のカルマンフィルター（工程１２）では、カルマンフィルターは、変化を 飽和度の時間微分に制限する。このフィルターの方程式は、飽和度の時間分散が 統計的に経時変化しないことを示す。 ｄｘ_k／ｄｔ＝ｄｘ_k-1／ｄｔ＋ｎ^Q _k ｄｚ_k／ｄｔ＝ｄｘ_k／ｄｔ＋ｎ^R _k ここで、ｚは、第一のカルマンフィルターからの飽和度の予測値であり、ｘは 、変化をその時間微分に制限した後の飽和度の予測値である。この実施例では、 パラメータｎ^Qは、実測変化量の第二の微分に対応するように選択されることが 好適である。カルマンフィルターの一般形では、これら二つの別々のフィルター は、一つのフィルターに組み合わせることができる。これらを別々に分けること によって、行列代数を使用する必要が除かれ、各カルマンフィルターを別々に試 験できる。 計測ノイズは、使用されるデータ値の周りのウィンドウを中心に置く（又はセ ンターリングする）ことによって予測される。このセンターリングは、ノイズの より正確な予測値を与えるが、半分のウィンドウ長さたけカルマンフィルターの 出力を遅らせる。１秒のウィンドウが使用されると、フィルターがモーションに 直ぐに応答し、飽和度予測値での１／２秒の遅れは、臨床的に著しいものではな い。心臓ゲート化平均化カルマンフィルター化 カルマンＣＧＡ（Kalman cardiac gated averaging）アルゴリズムは、カルマ ン飽和度アルゴリズムと直列的に適用される（工程８、９）。カルマンＣＧＡプ ロセッサは、継続する血量計パルス又は波形を最適に平均化して、最適な血量計 波形を作り出す。下記の第一の方程式は、計測ノイズを除く、計測血量計形状と 平均化血量計波形とを相関する。 ｚ_k＝ｘ_k＋ｎ_k ^Q Ｑ値は、データから予測される。以下の方程式に従って、新しいパルスは、許 容できる数パーセント以上、平均化血量計パルスと異なり得ない。 ｘ_k＝ｘ_k-N＋ｎ_k ^R カルマン心臓ゲート化平均化モデルは、入力波形が著しく変化し た場合、より多数のデータポイントを自動的に平均化し、波形が、期待される生 理的な変化に基づいた仮説に従う場合、直ちに更新する能力を有する。カルマン ゲート化平均化は、米国特許第４８０２４８６号に開示されるような、ネルコー ・インコーポレイテッドから入手可能の酸素計（Ｎ２００及びＮ３０００（商標 ））に使用される従来技術の飽和度計算方法を著しく改善する。図４は、本発明 の一つの実施例に従ったカルマンフィルターの入出力の例を示す。トリガー波形 １００は、ＥＣＧのＲ波又は心拍計算方法からのものである。未修正データ波形 １０２は、モーションにより損なわれたものであり、可変平均化により、カルマ ン心臓ゲート化平均化技術が、規則的なフィルター化波形１０４を維持させるこ とができる。予測される残余１０６は、計測データ上のノイズと時間的によく相 関する。 カルマン心臓ゲート化平均化技術が、ＣＬＳ飽和度計算技術、カルマン飽和度 計算技術又はその他の技術のうちのいずれかによって処理するための酸素計デー タパルスを形づけるために使用され得る。いずれかの実施例は、心臓ゲート化平 均化トリガーのように酸素計データを処理するアルゴリズムによって生成される 心拍数又はＥＣＧ心拍数を使用できる。カルマン飽和度計算技術は、カルマン心 臓ゲート化平均化技術なしで使用できる。 図２を参照すると、二つの飽和度値が、バンドパスフィルターからのデータか ら計算される。一つの飽和度値は、ＥＣＧ波形からのトリガーを使用し、ハーモ ニックフィルター（工程７）及び心臓ゲート化平均化を有するカルマンフィルタ ーを使用して得られる。 ハーモニックフィルター（工程７）は、心拍数の整数倍のエネルギーのみがフィ ルターを通過できるように、ＩＲ及び赤色波をデジタル式にフィルター化する。 ハーモニックフィルター（工程７）の応答は、それに印加される心拍数信号とと もに変化し、心拍数にないモーション及びノイズエネルギーを減衰させる。この アレンジメントでは、これに続くカルマンＣＧＡによるフィルター化（工程９） 及び／又は後述する飽和度計算（工程１１）アルゴリズムが、幾らかの重み化及 び平均化を、フィルター化データストリームに基づいて、ＩＲ及び赤色データス トリームに適用する。 本発明の装置に使用し得る、ノイズによる液強を低減するハーモニックフィル ターの使用の詳細は、本出願と同時に出願した「Method and Apparatus for Har monically Filtering Data」（国際出願番号ＩＢ９６／ ）（代理人用整 理番号Ｐ２１９７７Ｄ）に開示される。本発明の装置に使用し得る、ノイズによ る影響を低減する適応組合せフィルター化の使用の詳細は、本出願と同時に出願 した「Method and Apparatus for Mcasuring Measuring Pulsc Rate and Saturation」（国際出願番号ＩＢ９６／ ）（代理人用整理番号Ｐ２１９ ７７Ｂ）に開示される。 本発明のこれら特徴に関する情報は、これら出願書類に開示され、参照文献と して、本出願の明細書に組み入れる。 第二の飽和度値は、カルマンフィルター（工程１１）を適用することによって 得られる。事象ベースの心臓ゲート化平均化を有する第一のカルマンフィルター とは対照的に、第二のフィルターは時間ベースである。第二のフィルターは、バ ンドパスフィルターからのデータ及び第一のフィルターからのデータで動作する 。第二のフィルターの適用の前に、不可能な飽和度計算（例えば、負の飽和度） になるデータポイントが除去される（工程１０）。第二のフィルターの適用後、 最も良好な飽和度値が、各値に関連した信頼レベルに従って選択される（工程１ ２）。 第二のフィルター後の飽和度値は、どれをどのように表示するかを決定する適 当な後処理を行った後に表示される（工程１４）。酸素飽和度の信頼レベルは、 どの飽和度が信頼できるかを決定する、酸素計データで行われるアルゴリズムか ら入手可能のメトリック（metric）から予測できる。例えば、信頼レベルは、飽 和度レベルを計算する信号のエージ（age）及び予測値からのそのレベルの分散 に従って決定できる。飽和度レベルの信頼性を評価する技術のより詳 細は、本出願と同時に出願した「Method and Apparatus for Arbitrating to ob tain Best Estimates for Blood Constituent Values and Rejecting Harmonics 」（国際出願番号ＩＢ９６／ ）（代理人用整理番号Ｐ２１９７７Ｃ）に 開示される。本発明のこれら特徴に関する情報は、この出願書類に開示され、参 照文献として本出願の明細書に組み入れる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．生理的パラメータを計測するためのシステムにおいてノイズによる影響を低 減するための方法であって、 （ａ）生物組織を通じて伝達される電磁エネルギーの少なくとも一つの波長から 導かれる複数の計測値を生成する工程、 （ｂ）選択計測値と、少なくとも一つの期待計測値特性とを比較する工程、 （ｃ）複数の可変重みのうちの一つを、前記の比較する工程に基づいた各選択計 測値に割り当てる工程であって、これにより、複数の異なった重み付き計測値を 生成する、ところの工程、及び （ｄ）生理的パラメータの予測に使用するためのフィルター計測値を得るために 、複数の異なった重み付き計測値を平均化する工程、 を含む方法。 ２．請求項１の方法であって、 平均化される異なった重み付き計測値の数が、前記の割り当てる工程に応答し て変化する、ところの方法。 ３．請求項１の方法であって、 異なった重み付き計測値の第一の数が、フィルター計測値を得るために平均化 され、 この第一の数は、前記の割り当てる工程で複数の引き続く異なっ た重み付き計測値に割り当てられる重みに従って変化し、時間外に、複数のフィ ルター計測値が、各波長のために生成される、 ところの方法。 ４．請求項１の方法であって、 複数の計測値が、それぞれ、第一及び第二の波長に対応する計測値の第一及び 第二の組を含み、 前記の比較する工程及び割り当てる工程が、計測値の第一の組で行われ、 計測値の第一の組に割り当てられる重みと同一の重みを計測値の第二の組に割 り当てる工程をさらに含み、 これにより、第一及び第二の波長の主主のための別々のフィルター計測値を得 る、 ところの方法。 ５．請求項１の方法であって、 複数の可変重みが、少なくとも二つの波長からのデータを組み合わせることに よって得られる、 ところの方法。 ６．請求項１の方法であって、 各選択計測値に割り当てられる可変重みが、部分的に、選択計測値と直前の計 測値との間の変化量に基づいたものである、 ところの方法。 ７．請求項１の方法であって、 前記の生成する工程が、 （ａ）電磁エネルギーの少なくとも一つの波長を表す信号の対数をとる工程であ って、これにより、第一の信号を生成する、ところの工程、及び （ｂ）この第一の信号をバンドパスフィルター化する工程であって、これにより 、第二の信号を生成し、第二の信号から複数の計測値が導かれる、ところの工程 、 を含む、 ところの方法。 ８．請求項７の方法であって、 前記の生成する工程が、 第二の信号を正規化する工程、 をさらに含み、 これにより、第三の信号を生成し、第三の信号から複数の計測値が導かれる、 ところの方法。 ９．請求項８の方法であって、 前記の生成する工程が、 第三の信号の導関数をとる工程、 をさらに含み、 これにより、第四の信号を生成し、第四の信号から複数の計測値が生成される 、 ところの方法。 １０．請求項１の方法であって、 各選択計測値と、対応する直前の計測値との間の相似点が、期待値と比較され る、 ところの方法。 １１．請求項１０の方法であって、 期待値は、生理的モデルに対応する、 ところの方法。 １２．請求項１０の方法であって、 期待値は、複数の対応する直前の計測値の間の変化量に対応する、 ところの方法。 １３．請求項１の方法であって、 対応する直前の計測値は、フィルター計測値に対応する、 ところの方法。 １４．請求項１の方法であって、 少なくとも一つの期待計測値特性は、少なくとも一つの直前のフィルター計測 値に対応する予測値を含む、 ところの方法。 １５．請求項１の方法であって、 選択計測値は、デジタル信号を含む、 ところの方法。 １６．請求項１の方法であって、 工程（ａ）で生成される複数の計測値は、一連の心拍に対応する、 ところの方法。 １７．請求項１の方法であって、 前記の生成された重み付き計測値の可変重みは、複数のゼロでない数を含む、 ところの方法。 １８．請求項１の方法であって、 工程（ａ）で生成される複数の計測値は、時間ベースであり、被駆動事象では ない、 ところの方法。 １９．請求項１８の方法であって、 各フィルター化時間ベース計測値は、動脈血のヘモグロビンの酸 素飽和度を表す割合比の現在の値に対応する、 ところの方法。 ２０．請求項１８の方法であって、 各フィルター化時間ベース計測値は、動脈血のヘモグロビンの酸素飽和度の現 在の値に対応する、 ところの方法。 ２１．請求項２０の方法であって、 少なくとも一つの期待計測値特性は、酸素飽和度値の変化量を表す一定値を含 む、 ところの方法。 ２２．請求項１８の方法であって、 複数の時間ベース計測値は、前記の比較する工程の前に正規化され、これによ り、幾らかの時間ベース計測値上のモーションアーチファクトに対応するノイズ による影響を低減する、 ところの方法。 ２３．請求項１の方法であって、 少なくとも一つの電磁エネルギーを表す信号を与えることを含む、 ところの方法。 ２４．請求項１の方法であって、 電磁エネルギーの前記波長に対応するデータをフィルター化する工程を含み、 患者の心拍数の整数倍にないモーション及びノイズエネルギーが、減衰される 、 ところの方法。 ２５．生理的パラメータを計測するためのシステムにおいてノイズによる影響を 低減するための装置であって、 （ａ）生物組織を通じて伝達される電磁エネルギーの少なくとも一つの波長から 導かれる複数の計測値を生成するための手段、 （ｂ）選択計測値と、少なくとも一つの期待計測値特性とを比較するための手段 、 （ｃ）複数の可変重みのうちの一つを、上記の比較工程に基づいた各選択計測値 に割り当てるための手段であって、これにより、複数の異なった重み付き計測値 を生成する、ところの手段、及び （ｄ）生理的パラメータの予測に使用するためのフィルター計測値を得るために 、複数の異なった重み付き計測値を平均化するための手段、 を含む装置。 ２６．請求項２５の装置であって、 電磁エネルギーの少なくとも一つの波長を示す信号に応答して生 理的パラメータを計測するために、システムを校正するための手段を含む、 ところの装置。 ２７．請求項２５の装置であって、 センサーを含み、 このセンサーは、 電磁エネルギーの前記の少なくとも一つの波長を放出するためのエミッタ、 電磁エネルギーを感知し且つそれを表す第一の信号を生成するための感知手段 、 センサーを酸素計に検出可能に連結し且つセンサーと酸素計との間の信号の通 信を与えるための手段、及び 電磁エネルギーの少なくとも一つの波長を示す第二の信号を与えるための手段 、 を有する、 ところの装置。