JP2002534146A - 酸素測定を用いる脈拍インジケータ - Google Patents

酸素測定を用いる脈拍インジケータ

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JP2002534146A
JP2002534146A JP2000591911A JP2000591911A JP2002534146A JP 2002534146 A JP2002534146 A JP 2002534146A JP 2000591911 A JP2000591911 A JP 2000591911A JP 2000591911 A JP2000591911 A JP 2000591911A JP 2002534146 A JP2002534146 A JP 2002534146A
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ディヴィア、 スリニヴァサン ブリード、
ジェローム、 ジョーゼフ、 ジュニア. ノヴァク、
アマー、 アル アリ、
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マシモ・コーポレイション
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Abstract

(57)【要約】 規則に基づく知的プロセッサは、パルス酸素濃度計により得られる光プレチスモグラフ波形における個々の脈拍の発生を示す脈拍インジケータを提供する。プレチスモグラフ信号の変形させる歪みがほとんど存在しない場合、このプロセッサは、波形における脈拍の形状を解析し、脈拍の指示を生成する波形の個所を決定する。歪みが存在する場合、より緩い波形基準が用いられ、脈拍が存在するか否かが決定される。脈拍が存在する場合、脈拍の指示は平均脈拍数に基づく。脈拍が存在しない場合は、指示は発生しない。脈拍インジケータは、トリガ及び振幅出力を提供する。トリガ出力は、可聴の音である「ビープ」、又は水平方向のトレースに垂直のスパイク、或いはバー形ディスプレイに対応する指示等のディスプレイ上での視覚的な脈拍の指示を開始するために用いられる。振幅出力は、データの完全性と、それに対応する飽和度及び脈拍数の計算値における信頼度とを指示するために用いられる。振幅出力は、ビープの音量又は周波数、或いは視覚的な表示スパイクの高さ等の脈拍インジケータの特性を変更させることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 酸素測定法とは、血中の酸素の状態を測定することである。低い血中酸素量の
早期検出は、不十分な酸素供給が、数分で脳傷害及び死に至らしめることから、
例えば、重症者管理及び外科的処置等の医療分野において重要である。パルス酸
素測定法は、酸素供給の指標である動脈血の酸素飽和度を測定するために広く容
認された無侵襲的手法である。パルス酸素濃度計(パルス・オキシメータ)は一
般に、患者の酸素飽和度の読出し数値、脈拍数の読取り数値、及び各脈動時に生
じる可聴のインジケータ、即ち「ビープ音」を提供する。更に、パルス酸素濃度
計は、拍動性の動脈血流によりもたらされる、照明された組織における血量の時
間の経過に従った変化の視覚化である、患者のプレチスモグラフ(血量記録器)
の波形を表示する場合もある。プレチスモグラフは、患者の脈拍(パルス)及び
脈拍数も示す視覚的表示を与える。
【0002】 パルス酸素測定システムは、患者に取り付けられたセンサ、モニタ、及びセン
サとモニタとを接続するケーブルから構成される。従来より、パルス酸素測定セ
ンサは、赤色光及び赤外光(IR)発光ダイオード(LED)エミッタ、及び光
ダイオード検出器の両方を有する。センサは一般に、患者の手の指又は足の指に
、或いは非常に若い患者の場合は足に取り付けられる。エミッタが指の爪を通し
てその下の血管及び毛細血管に光を投じるように、センサは指に対して配置され
る。光ダイオードは、LEDの透過光が指の組織から現れた時に、それを検出す
るように、爪と反対側の指先に配置される。
【0003】 パルス酸素測定モニタ(パルス酸素濃度計)は、センサにより放射された2つ
の波長の動脈血による吸収の差を計算することによって、酸素飽和度を決定する
。パルス酸素濃度計は、センサのLEDエミッタの駆動と光ダイオード検出器に
より発生される結果生じる電流の読み取りとを交互に行う。この電流は、検出さ
れた光の強度に比例する。パルス酸素濃度計は、検出された赤色光と赤外光の強
度の比を計算し、動脈の酸素飽和値は、得られた比に基づいて経験的に決定され
る。パルス酸素濃度計は、センサを制御し、センサ信号を処理し、且つ患者の酸
素飽和度及び脈拍数を表示するための回路を含む。パルス酸素濃度計は、本発明
の譲受人に譲渡された米国特許第5,632,272号に記載されている。
【0004】 図1は、パルス酸素濃度計から得られる標準のプレチスモグラフ波形100を
例示する。波形100は、y軸110に沿って示される血量の、x軸120に沿
って示される時間に関する表示である。プレチスモグラフ波形100の形は、心
臓拍動量、圧力勾配、動脈の弾性、及び末梢抵抗を含む生理的な状態の関数であ
る。理想的な波形100は、急勾配である短時間の流入フェーズ130の後に、
流入フェーズの3乃至4倍の長さの流出フェーズ140が続く、幅広い末梢血流
曲線を示す。流入フェーズ130は、心室収縮中の急激な血量流入による組織の
拡張の結果である。流出フェーズ140では、血流は弛緩期の間、血管床に流れ
続ける。弛緩期の終わりの基底線150は最小の基底組織潅流を示す。その性質
が議論されている重複切痕160が、流出フェーズ140の最中に存在する。古
くから、重複切痕160は、心室収縮の終わりに大動脈弁が閉じることに起因す
るとされている。しかしながら、これは、大動脈弁が開くと生じ、且つ動脈流波
の前に生じる、最初の素早く伝播する脈圧の周辺からの反射の結果でもあり得る
。二重の重複切痕が、時々観察され得る。その説明ははっきりしないが、恐らく
、反射が異なる時間にセンサに到達する結果であろう。
【0005】 図2から4は、様々な異常を示すプレチスモグラフ波形200、310及び3
60を例示する。図2において、波形200は、二度の不整脈210、220を
示す。図3において、波形310は、一般のプレチスモグラフ100(図1)を
損なう歪みを図示する。図4は、上述の米国特許第5,632,272号に記載されてい
るような適応フィルタリングにより歪みが取り除かれた後のフィルタにかけられ
た波形360を示す。波形360はフィルタにかけられているが、得られた脈拍
362は、図1に例示される脈拍に比べ、歪んだ形状を有することを図4は示し
ている。
【0006】 パルス酸素濃度計の好ましい特徴は、患者の脈拍に応じて生成される可聴の「
ビープ」音である。従来より、ビープはプレチスモグラフ波形形状のある形態の
認識によりトリガされる。このような波形によりトリガされるビープは、図2に
示されるような不整脈を示す場合もあるが、図3及び4に例示されるような動作
アーチファクト又はノイズに誘発される波形の歪みの結果として、偽の脈拍指示
を生成する可能性もある。歪み及び不整脈のどちらも、このビープ・メカニズム
が依存しているプレチスモグラフ波形形状の異常を生ずることになるので、この
特性が生じる。或いは、ビープは、平均脈拍数に設定されている時間基準により
トリガされることが可能である。信号処理は、歪みにより誘発されるエラーに対
して抵抗性の強い平均脈拍数を生成させることが可能である。平均脈拍数に基づ
く脈拍ビープは、偶発的歪みには比較的感応しないが、不整脈にも同様に感応し
ない。
【0007】 歪みの存在下で脈拍数を決定する例は、本願の譲受人に譲渡され、参考文献と
して本願に組み入れられている、1997年4月14日に出願された「改良型信号処理
装置及び方法(Improved Signal Processing Apparatus and Method)」と題さ
れる米国特許出願番号第08/834,194号に記載されている。歪みの存在下で脈拍数
を決定する別の例は、本願の譲受人に譲渡され、参考文献として本願に組み入れ
られている、出願番号は不明であるが、本願より前に、或いは本願と同時に出願
された「プレチスモグラフ脈拍認識プロセッサ(Plethysmograph Pulse Recogni
tion Processor)」と題される米国特許出願に記載されている。
【0008】 本発明の一態様は、波形が歪みがほとんどないか、或いは著しい歪みがあるか
を決定する判断素子を有するプロセッサである。歪みが少ししかない場合、判断
素子は、波形アナライザにより認識された生理的に許容できる脈拍と同時に、リ
アルタイムでトリガを与える。著しい歪みが存在する場合、判断素子は、波形の
脈拍が検出されると、平均脈拍数と同期をとられたトリガを与える。このトリガ
は、偶発的な著しい歪みに感応しないが、不整脈の発生には反応することが可能
な可聴の脈拍ビープを生成させるために用いることが可能である。
【0009】 パルス酸素濃度計の別の好ましい特徴は、患者の脈拍の視覚的な表示である。
従来より、これは、図1に例示されるようなプレチスモグラフ波形の振幅対時間
の表示により与えられる。あるモニタは、プレチスモグラフ振幅のライト・バー
表示のみが可能である。いずれにしても、どちらのタイプのディスプレイも、プ
レチスモグラフ波形の歪みが比較的小さい場合のみ、患者の脈拍の十分な表示を
与える。図3Aに例示するような著しい歪みが存在する場合、このディスプレイ
は、患者の脈拍に関する情報を実質的に全く与えない。
【0010】 パルス酸素濃度計の更に別の好ましい特徴は、入力データの信頼性の表示であ
る。従来より、比較的小さい歪みを示すプレチスモグラフ波形の表示装置は、入
力データの高い信頼性、及び対応するパルス酸素濃度計の飽和度及び脈拍数の出
力の高い信頼性を伝える。しかしながら、パルス酸素濃度計が動作アーチファク
トの存在下で機能するように設計されている場合は特に、歪んだ波形が必ずしも
、入力データ、並びに得られた飽和度及び脈拍数の出力の低い信頼性を示すわけ
ではない。
【0011】 本発明の別の一態様は、視覚的な脈拍インジケータ(表示装置)を生成するた
めに上述の判断素子のトリガと共に用いられるデータの完全性のインジケータの
生成である。視覚的な脈拍インジケータは、プレチスモグラフ波形表示に加えて
提供が可能な振幅対時間の表示である。トリガは、プレチスモグラフの脈動と同
期している振幅スパイクを生成するために用いられる。データの完全性のインジ
ケータは、測定値における信頼性に比例して、スパイクの振幅を変化させる。
【0012】 本発明の更に別の態様は、複数の脈拍を含むプレチスモグラフ波形を入力とし
て有する処理装置(プロセッサ)である。このプロセッサは、脈拍の発生と同期
するトリガを生成する。プロセッサは、入力として波形を有し、脈拍の形状に応
答する波形アナライザを含む。また、このプロセッサは、波形が実質的に歪みを
有さない場合には波形アナライザの出力に応答し、波形が実質的に歪みを有する
場合には脈拍数に応答する判断素子を含む。トリガは、脈拍の発生の可聴の又は
視覚的なインジケータを生成させるために用いることができる。また、データの
完全性の程度は、酸素飽和度及び脈拍数等の測定値における信頼性の表示を同時
に与えるために、可聴の又は視覚的なインジケータを変化させるためにも用いる
ことができる。
【0013】 本発明の更に別の態様は、プレチスモグラフ波形において脈拍を指示する方法
である。この方法は、波形における歪みの程度を導き出すステップと、この程度
に応じてトリガ基準を決めるステップと、トリガを提供するためにトリガ基準が
満たされているか否かを決定するステップと、トリガが発生すると脈拍の指示を
生成するステップと、を含む。この程度を導き出すステップは、波形の完全性に
関する第1の値を計算するサブステップと、この波形における認識可能な脈拍に
関する第2の値を計算するサブステップと、歪みの程度を導き出すために第1及
び第2の値を組み合わせるサブステップと、を含む。トリガ基準は、波形の形状
、及び場合によっては平均脈拍数に基づく。
【0014】 本発明の更に別の態様は、プレチスモグラフ波形における脈拍の発生を指示す
るための装置である。この装置は、波形における生理的な脈拍を認識するための
波形分析手段を含む。また、波形における歪みの程度を決定するための検出手段
と、可聴の又は視覚的な脈拍インジケータをトリガさせるための判断手段とが含
まれる。この判断手段は、生理的な脈拍に基づいて、歪みの程度によっては脈拍
数を基礎におくものである。
【0015】 図4は、患者の各動脈波に同期する指示の発生をトリガする、パルス酸素濃度
計に組み入れることが可能な脈拍インジケータ400を例示する。インジケータ
400は、IR(赤外光)信号入力403に作用し、トリガ出力409及び振幅
出力410を生成する。トリガ出力409は、パルス酸素濃度計のモニタ内の信
号音生成装置に接続され、脈拍の指示として一定時間持続する可聴の「ビープ音
」を生成することができる。或いは、又は更に、トリガ出力は、パルス酸素濃度
計のモニタ内の表示生成装置に接続され、視覚的な脈拍の表示を生成することが
できる。視覚的な脈拍の表示は、CRT、LCDディスプレイ又は類似の表示装
置上の連続的な水平方向のトレース(記録/軌跡)であり得、以下でより詳細に
説明されるように垂直のスパイクが患者の脈拍と同期してトレース上で発生する
。或いは、視覚的な脈拍の表示は、LED又は類似の表示装置が垂直方向又は水
平方向に積載されて配置されたようなバー形ディスプレイであってもよく、この
バーは、患者の脈拍と同期したパルスを示す。
【0016】 振幅出力410は、入力データの完全性と、それに対応するパルス酸素濃度計
の飽和度及び脈拍数の出力における信頼性とを示すように、可聴の又は視覚的な
指示を変化させるために用いられる。例えば、垂直スパイクの高さは、振幅出力
410に比例して変化することができる。なお、大きい又は小さい垂直スパイク
は、それに応じた高い信頼性又は低い信頼性を示す。別の例として、振幅出力4
10は、同様に、高い信頼性又は低い信頼性を示すために、可聴のビープ音の音
量を変化させるか、又は視覚的な指標を変更する(例えば、色を変える等)ため
に用いることができる。当業者は、本発明の範囲内で、トリガ出力409及び振
幅出力410が、患者の脈拍、及びデータの完全性の様々な可聴の及び視覚的な
指示を生成させるために利用できることを認識するであろう。
【0017】 脈拍インジケータ400への他の入力には、脈拍数401、完全性(Integ)
404、PR(脈拍数)密度405、患者のタイプ406、及びリセット408
が含まれ、これらは以下で詳細に説明される。ビープの判断は、都合のよいこと
に、ノイズの少ない、又は歪みのない状況では患者のプレチスモグラフの脈拍波
形に応答するが、ノイズの多い、又は歪みのある状況では平均脈拍数に依存する
という規則に基づく処理を伴う。この「知的なビープ音」は患者の脈拍を確実に
示し、更に患者の不整脈、不全収縮状態及び同様の不規則なプレチスモグラフに
も応答する。
【0018】 脈拍インジケータ400への脈拍数入力401は、患者の脈拍数の周波数を1
分当たりの拍動で与える。脈拍数は、何れも上述の米国特許出願番号第08/834,1
94号又は「プレチスモグラフ脈拍認識プロセッサ」と題される米国特許出願に記
載されているようにして決定することができる。
【0019】 図5Aは、脈拍インジケータ400(図4)へのInteg入力404の生成を例
示する。パルス酸素濃度計のセンサから得られる赤外光(IR)403及び赤色
光(Red)502信号は、出力としてInteg404を有する適応型のノイズ・キャ
ンセラー(消去器)500に入力される。Integ出力404は、IR403及び
赤色光502入力信号の完全性の程度を示すものである。
【0020】 図5Bは、適応型のノイズ・キャンセラー500を例示する。基準入力502
は、それ自体のインパルス応答を最小自乗法アルゴリズムにより自動的に調整す
る適応フィルタ520により処理される。最小自乗法アルゴリズムは、ノイズ・
キャンセラーの入力403と、適応フィルタの出力522との差510であるエ
ラー信号512に応答する。適応フィルタは、ノイズ・キャンセラーの出力40
4におけるパワーを最小にするために、このアルゴリズムにより調整される。I
R403及び赤色光502信号が、これらの信号のための理論モデルに関して比
較的適切に動作する場合、ノイズ・キャンセラーの出力404は比較的小さい。
このモデルは、IR及び赤色光信号の信号部及びノイズ部において同じ周波数が
存在すると仮定する。対照的に、例えば、多数の例から幾つかを挙げると、散乱
、ハードウェアのノイズ、又はセンサの減結合等の現象がある入力信号に他の信
号に対してとは異なる影響を及ぼす場合、ノイズ・キャンセラーの出力における
パワーは、比較的大きいであろう。入力信号モデル及び適応型のノイズ・キャン
セラー500に関する更なる詳細は、本願の譲受人に譲渡され、参考文献として
本願に組み入れられている、1997年5月27日に発行された「信号処理装置(Signa
l Processing Apparatus)」と題される米国特許第5,632,272号で説明されてい
る。
【0021】 PR密度の入力405は、波形セグメント内の認識可能な脈拍の周期(間隔)
の合計を波形セグメントの長さにより除算した比である。このパラメータは、生
理的に許容可能な脈拍を有するものとして分類することができる波形セグメント
のフラクションを表す。実施の一形態において、1セグメントはフィルタをかけ
られた入力波形の400サンプルから成るスナップショット、即ち、62.5H
zのサンプリング速度でIR波形の6.4秒の「スナップショット」を表す。P
R密度の導き出し方は、上述の「プレチスモグラフ脈拍認識プロセッサ」と題さ
れる米国特許出願に記載されている。
【0022】 脈拍インジケータ400への他の入力は、IR入力403、患者のタイプ40
6、及びリセット408である。IR入力403は、当該技術では周知であるよ
うに、信号を正規化し、直流成分を除去するために、自然対数をとり、帯域フィ
ルタにかけ、そしてスケーリングすることにより前処理される、検出されたIR
信号である。患者のタイプ406は、大人用センサ及び新生児用センサのどちら
が用いられているかを示すブール値である。リセット408は、脈拍インジケー
タ400の状態を、電源が入れられた時点で、及び新たなセンサが取り付けられ
た時点、又は患者のケーブルが再接続された時点等の再較正の期間中に、既知の
値に初期化する。
【0023】 図6は、脈拍インジケータ400の機能ブロック図である。脈拍インジケータ
400は、シフティング・バッファ610、歪みレベル機能620、波形アナラ
イザ630、及び指示判断640を含み、これらは共にインジケータのトリガ4
09を発生させる。脈拍インジケータ400はまた、インジケータの振幅出力4
10を生成する換算対数機能650を含む。シフティング・バッファ610はI
R入力403を受け取り、波形アナライザ630に入力される患者のプレチスモ
グラフの固定サイズのセグメントを表すベクトル出力612を与える。ある実施
の形態において、出力ベクトルは、IR入力403の19サンプル・セグメント
である。この波形セグメントのサイズは、62.5Hzの入力サンプリング速度
で0.304秒に等しい脈拍の発生から脈拍インジケータへの遅延を減じること
と、分析するために十分に大きい波形セグメントを提供することとの間の釣合い
(tradeoff)を表す。この固定サイズのセグメントは、それぞれの新たな入力サ
ンプルにより更新され、それに応じて新たなベクトルが波形アナライザ630に
加えられる。
【0024】 歪みレベル機能620は、IR信号入力403に存在する歪みの量を決定する
。歪みレベル機能620への入力は、Integ入力404及びPR密度入力405
である。歪み出力622は、IR入力403における歪みが所定のしきい値を超
える場合に「真」であるブール値である。歪み出力622は、波形アナライザ6
30及び指示判断640に入力される。歪み出力622は、以下で説明されるよ
うに波形アナライザ630に対するしきい値を決定する。歪み出力622はまた
、これも以下で説明されるように、脈拍指示が発生することが可能なウィンドウ
のサイズに影響を及ぼす。歪み出力622はまた、患者が大人であるか、新生児
であるかを示す患者のタイプの入力406の関数である。この依存関係の理由に
ついても、以下で説明する。
【0025】 波形アナライザ630は、IR入力403の特定の部分が脈拍指示のために許
容可能であるか否かを決定する。波形アナライザ630への入力は、波形セグメ
ントを生成するシフティング・バッファ610からのベクトル出力612である
。波形セグメント部は、3つの条件のうちの1つを満たす場合に、脈拍に対して
許容可能な基準を満たす。これらの条件とは、鋭い下降エッジ、ピークに関して
対称性な中間部のピーク、及び漸減する中間部のピークである。これらの基準の
1つが満たされると、波形アナライザの「品質」出力632は、「真」である。
異なる基準が、これもまた波形アナライザの入力である歪み出力622の状態に
応じて適用される。歪み出力622が歪みを示さない場合、厳密な基準が波形形
状に適用される。歪み出力622が歪みを示す場合、より緩い基準が波形形状に
適用される。また、患者のタイプ406により示されるように、大人及び新生児
の患者から得られる波形に対して異なる基準が適用される。特定の基準は、以下
で更に詳細に説明される。
【0026】 指示判断640は、入力波形の特定のサンプル・ポイントでの脈拍の指示をト
リガするか否かを決定する。具体的には、指示判断640は、脈拍の指示をトリ
ガするのに適した入力波形上の個所であるか否か、また、次の脈拍の指示をトリ
ガするのに適した時間であるように、その前の脈拍の指標からの時間が十分に長
いか否かを判断する。脈拍の指示をトリガするのに適した位置であるかに関する
決定は、アナライザの出力632の関数であり、このアナライザの出力632は
、指示判断640への1つの入力である。インジケータのトリガの正しい時間に
関する決定は、歪み出力622の状態の関数であり、歪み出力622は、指示判
断640へのもう1つの入力である。歪み出力622が「偽」である場合、即ち
、入力波形において歪みが検出されない場合、最後のインジケータから固定の最
小時間間隔が存在しなければならない。ある実施の形態において、この最小時間
間隔は10サンプルである。歪み出力622が「真」である場合、即ち、入力波
形において歪みが検出される場合、最小時間間隔は、脈拍数入力401の関数で
ある。この脈拍数に依存するしきい値は、以下で更に詳細に説明される。
【0027】 図7は、歪みレベル機能620の詳細なブロック図である。歪みレベル機能は
2つの段階を有する。第1段階702は、Integ及びPR密度の入力をフィルタ
にかける。第2段階704は、フィルタにかけられたものと、フィルタにかけら
れていないものとの両方のInteg入力404及びPR密度入力405とに基づい
て、歪みが存在するか否かを決定する。第1段階の構成要素は、Integ入力40
4のための第1の無限インパルス応答(IIR)フィルタ710、及びPR密度
入力405のための第2のIIRフィルタ720である。
【0028】 図8は、IIRフィルタ710及び720(図7)の構造を例示する。これら
のフィルタのそれぞれは、遅延素子入力812から遅延素子出力814に1サン
プルの遅延を提供する遅延素子810を有する。重み付けされた入力値834と
重み付けされたフィードバック値844とを加算する加算器820は、遅延素子
入力812を提供する。第1の乗算器830は、入力802及び第1の定数83
2(c1)の積から、重み付けされた入力値834を生成する。第2の乗算器8
40は、遅延素子出力814及び第2の定数842(c2)の積から、重み付け
されたフィードバック値844を生成する。この構造を用いた場合、フィルタの
出力804は、次の式(1)の通りである。
【数1】
【0029】 即ち、n番目の出力804は、入力及び先の出力の重み付けされた平均であり
、加算平均の大きさはc1及びc2の相対値により決定される。
【0030】 図7に示されるように、2つのIIRフィルタ710及び720のそれぞれは
、異なる相対重み付けを入力信号に適用する。実施の一形態において、重み付け
は、Integフィルタ710では固定されており、PR密度フィルタ720につい
ては患者のタイプの関数である。具体的には、Integフィルタ710では、c1
0.2、且つc2=0.8である。PR密度フィルタ720については、マルチ
プレクサ730と減算740との組合せが、c1及びc2の値を患者のタイプ40
6の関数として設定する。信号が大人からである場合は、c1=0.2、且つc2 =0.8である。信号が新生児からである場合は、c1=0.5、且つc2=0.
5である。新生児の脈拍数は一般に、大人よりも高いので、PR密度はよりゆっ
くり変化し、従ってより少ないフィルタリングが適用される。
【0031】 図7はまた、歪みの存在を決定するためのしきい値論理750を有する第2段
階704を示す。しきい値論理750への入力は、Integ404、PR密度40
5、フィルタされたInteg712、及びフィルタされたPR密度722である。
また、しきい値論理750は、患者のタイプ406に依存する。歪み出力622
は、歪みが存在する場合は「真」であり、歪みが存在しない場合は「偽」である
ブール値である。実施の一形態において、歪み出力622は、次の式(2)及び
(3)のように計算される。
【数2】
【0032】 図9は、波形アナライザ630の詳細なブロック図である。上述のように、波
形アナライザ630は3つの形状基準に基づいており、それらの基準は、急下降
エッジ検出器910、対称性ピーク検出器920、及び漸減検出器930により
実行される。「or(論理和)」機能940は、波形アナライザ出力632を生
成し、この出力632は、これらの基準の何れかが満たされる場合に「真」の値
を有する。波形アナライザ630への入力は、バッファ610(図6)からのI
R波形サンプル612、患者のタイプ406、及び歪みレベル機能620(図6
)からの歪み出力622である。IR波形サンプル612は、プレチスモグラフ
波形セグメントを表す19サンプル・ベクトルである。勾配計算器950及びピ
ーク/勾配検出器960は、形状基準構成要素910、920及び930への入
力を提供する。
【0033】 図10に示されるように、勾配計算器950は、IR波形サンプル612に作
用し、下降勾配出力952で与えられる下降勾配値と、上昇勾配出力954で与
えられる上昇勾配値と、を計算する。下降勾配値及び上昇勾配値は、中間点と最
後の点との差、及び中間点と最初の点との差をそれぞれ62.5/9の係数で基
準化して定義される。基準化係数は、62.5Hzであるサンプリング速度を、
19サンプルのIR波形612における中間点と終点との間のサンプル数、即ち
9により除算した値である。勾配計算器950は、IR波形612から中心のサ
ンプル、最も左のサンプル、及び最も右のサンプルを決定する要素セレクタ10
10を有する。ブロックからスカラーへの変換機能1020は、第1の減算器1
030に左のサンプル出力1022及び中心のサンプル出力1024を提供し、
第2の減算器1040に中心のサンプル出力1024及び右のサンプル出力10
28を提供する。中心値から右のサンプル値を引いた値である第1の減算器の出
力1032は、下降勾配出力952を生成する第1の乗算器1050により62
.5/9で基準化される。中心値から左のサンプル値を引いた値である第2の減
算器の出力1042は、上昇勾配出力954を生成する第2の乗算器1060に
より62.5/9で基準化される。
【0034】 図9に示されるように、ピーク/勾配検出器960は勾配計算器950と同様
に、入力としてIR波形サンプル612を有する。ピーク/勾配検出器960は
、ピーク出力962と、勾配出力964との2つのブール出力を有する。ピーク
出力962は、入力波形がピークを含む場合に「真」である。勾配出力964は
、入力波形が勾配を含む場合に「真」である。ピーク出力962及び勾配出力9
64もまた、ピーク/勾配検出器960に入力される患者のタイプ406に依存
する。実施の一形態において、ピーク出力962及び勾配出力964は、次の式
(4)乃至(7)のように計算される。
【数3】
【0035】 図9は、急下降エッジ検出器910を示す。急下降エッジ検出器910は、波
形アナライザ630の副構成要素であり、入力波形セグメントの形状が急下降エ
ッジの基準に適合するか否かを決定する。これを実行するために、エッジ検出器
910は、下降勾配値が所定のしきい値より大きいか否か、並びにピークが存在
するか否かを決定する。エッジ検出器910は入力として、勾配計算器950か
らの下降勾配出力952と、勾配/ピーク検出器960からのピーク出力962
と、歪みレベル機能620(図6)からの歪み出力622と、患者のタイプ40
6とを有する。エッジ検出器の出力912は、波形形状基準が満たされている場
合に「真」であるブール値である。実施の一形態において、エッジ検出器の出力
912は、次の式(8)乃至(10)のように計算される。
【数4】
【0036】 図9はまた、対称性ピーク検出器920を示す。対称性ピーク検出器920は
、波形アナライザ630の補助構成要素/素子であり、波形が対称性のピークを
含むか否かを決定する。これを実行するために、対称性ピーク検出器920は、
下降勾配値と上昇勾配値が所定のしきい値よりも大きいか否か、下降勾配と上昇
勾配の大きさの差が小さいか否か、並びにピークが存在するか否かをチェックす
る。対称性ピーク検出器920は入力として、勾配計算器950からの下降勾配
出力952及び上昇勾配出力954と、勾配/ピーク検出器960からのピーク
出力962と、歪みレベル機能620(図6)からの歪み出力622と、患者の
タイプ406とを有する。対称性ピーク出力922は、波形形状基準が満たされ
ている場合に「真」であるブール値である。実施の一形態において、対称性ピー
ク出力922は、次の式(11)乃至(13)のように定義される。
【数5】
【0037】 図9は更に、漸減検出器930を示す。漸減検出器930は、波形アナライザ
630の副構成要素であり、波形が漸減を含むか否かを決定する。これを実行す
るために、漸減検出器930は、下降勾配値と上昇勾配値との差が2つのしきい
値の間の値であるか否か、並びに、勾配が存在するか否かをチェックする。漸減
検出器930は入力として、勾配計算器950からの下降勾配出力952及び上
昇勾配出力954と、勾配/ピーク検出器960からの勾配出力964と、歪み
レベル機能620(図6)からの歪み出力622と、患者のタイプ406とを有
する。漸減(検出器の)出力932は、波形形状基準が満たされている場合に「
真」であるブール値である。実施の一形態において、漸減出力932は、次の式
(14)乃至(16)のように定義される。
【数6】
【0038】 図11は、指示判断640の副構成要素の詳細なブロック図である。指示判断
640の第1段階1102は、脈拍の指示の発生が可能な最小の時間間隔を決定
する。第2段階1104は、最後の指示以降のサンプル数が最小許容脈拍間隔よ
りも大きいか否かを決定する。第3段階1106は、脈拍インジケータのトリガ
を生成するか否かを決定する。トリガが発生しない場合、サンプルのカウントは
増分される。インジケータのトリガが発生すると、サンプルのカウントはゼロに
リセットされる。
【0039】 図11に示されるように、第1段階1102は、除算器1110、切捨て器1
120、及び第1のマルチプレクサ1130を有する。これらの構成要素は、脈
拍の指示間の許容可能な最小間隔を設定するように機能する。歪みが存在しない
状況下では、最小間隔は10サンプルである。歪みが存在する状況下では、この
間隔は、脈拍数により決定される。具体的には、歪みが存在する状況下では、最
小間隔は、脈拍数入力401により決定される脈拍間のサンプル数の80%に設
定される。これは、62.5Hzであるサンプル周波数を0.8倍し、1秒当た
りの脈動である脈拍数により除算することにより計算される。即ち、 最小間隔=0.8×(60/脈拍数)×62.5=3000/脈拍数 (17) である。
【0040】 除算器1110は、3000/脈拍数を計算する。除算器の出力1112は、
整数値に切り捨てられる(1120)。第1のマルチプレクサ1130は、最小
間隔を、歪み入力622が「偽」である場合には10サンプルを選択し、歪み入
力622が「真」である場合には3000/脈拍数の切り捨てられた値を選択す
る。選択された値は、マルチプレクサの出力1132に与えられ、これは第2段
階1104へ供給される。第2段階1104は、比較器(コンパレータ)114
0であり、この比較器1140は、カウンタの出力1152が第1のマルチプレ
クサ出力1132で与えられる最小間隔値以上である場合に「真」であるブール
出力1142を提供する。
【0041】 図11はまた、カウンタ及び「論理積」機能を有する第3段階1106を例示
している。カウンタは、カウンタ出力1152を提供する遅延素子1150、加
算器1160、及び第2のマルチプレクサ1170を含む。カウンタが初期化さ
れると、第2のマルチプレクサ1170がマルチプレクサ出力1172にゼロ値
を与える。マルチプレクサ出力1172は、遅延素子に入力される。この遅延素
子は、マルチプレクサの出力値をカウンタ出力1152で与える前に1サンプル
周期分だけこの値を遅延させる。カウンタ出力1152は、加算器1160によ
り1ずつ増分される。加算器の出力1162は、第2のマルチプレクサ1162
に入力され、この第2のマルチプレクサは、上述のようにカウンタが初期化され
る場合を除き、マルチプレクサ出力1172として加算器出力1162を選択す
る。カウンタは、「論理積」構成要素1180の出力により脈拍インジケータの
トリガ409が「真」であると決定されると、ゼロに初期化される。「論理積」
1180は、比較器の出力1142が「真」であり、且つ波形アナライザ630
(図6)からの品質出力632も「真」である場合にのみ、「真」の出力を生成
する。
【0042】 図12乃至14は、脈拍インジケータ400(図4)のインジケータのトリガ
出力409(図4)及びインジケータの振幅出力410に応答して生成される視
覚的な脈拍インジケータを例示する。図12の上部のトレース1210は、著し
い歪みを伴わない典型的なプレチスモグラフ波形である。下部のトレース126
0は、入力波形1210の下降エッジとほぼ同期する一連の比較的大きい振幅ス
パイクを含む、(プレチスモグラフ波形に)対応する視覚的な脈拍の表示である
。入力波形1210の歪みは僅かなので、脈拍の表示1260は幾分余分である
。即ち、脈拍の発生及びデータの信頼性は、入力波形単独で明白である。それで
もなお、図12は、本発明の視覚的な脈拍インジケータを例示する。
【0043】 図13において、上部トレース1330で図示されるプレチスモグラフ波形は
、著しい歪みを表す。図12の例とは対照的に、脈拍の発生及びデータの信頼性
は、入力波形単独では明白でない。しかしながら、対応する視覚的な脈拍インジ
ケータ1360は、表示されるスパイクの位置での脈拍の発生を示す。更に、比
較的大きいスパイクの振幅は、波形の歪みに関わらず、データの完全性の高さ、
並びに、それに対応する脈拍数及び飽和度の計算値における信頼性の高さを示す
【0044】 図14においても、プレチスモグラフ波形1410は著しい歪みを表す。図1
3の例とは対照的に、視覚的な脈拍インジケータ1460は、波形サンプルの後
半に対応する比較的小さい振幅スパイクを表示しており、比較的低いデータの完
全性、並びに、計算された脈拍数及び飽和度における低い信頼性を示している。
【0045】 パルス酸素濃度計の脈拍インジケータは、本発明の様々な実施の形態に関連し
て詳細に開示された。これらの実施の形態は、例として開示されたものであり、
本願の請求項により定義される本発明の範囲を制限するものではない。当業者は
、本発明の範囲内の多数の変形及び変更を理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 パルス酸素濃度計から得られる標準のプレチスモグラフ波形を例示する図であ
る。
【図2】 不整脈を示すプレチスモグラフ波形を例示する図である。
【図3A】 歪みにより変形されたプレチスモグラフ波形を例示する図である。
【図3B】 図3Aの歪みにより変形されたプレチスモグラフに対応する、フィルタされた
プレチスモグラフを例示する図である。
【図4】 本発明の脈拍インジケータの入力及び出力を例示する図である。
【図5】 脈拍インジケータの入力の1つの生成を例示する図である。
【図6】 脈拍インジケータのトップレベルのブロック図である。
【図7】 脈拍インジケータの「歪みレベル」部の詳細なブロック図である。
【図8】 図7に例示される「歪みレベル」部の無限インパルス応答(IIR)フィルタ
のブロック図である。
【図9】 脈拍インジケータの「波形アナライザ」部の詳細なブロック図である。
【図10】 図9に例示される波形アナライザの「勾配計算器」部の詳細なブロック図であ
る。
【図11】 脈拍インジケータの「指示判断」部の詳細なブロック図である。
【図12】 正常なプレチスモグラフと、対応する視覚的な脈拍インジケータとを例示する
ディスプレイである。
【図13】 歪みを伴うプレチスモグラフと、対応する高信頼度の視覚的な脈拍インジケー
タとを例示するディスプレイである。
【図14】 歪みを伴うプレチスモグラフと、対応する低信頼度の視覚的な脈拍インジケー
タとを例示するディスプレイである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノヴァク、 ジェローム、 ジョーゼフ、 ジュニア. アメリカ合衆国 92656 カリフォルニア 州 アリソ ヴィエホ オヴエイション レーン 4 (72)発明者 アリ、 アマー、 アル アメリカ合衆国 92782 カリフォルニア 州 タスティン フィリプス ストリート 10880 Fターム(参考) 4C017 AA10 AA12 AB02 AB03 AB10 AC27 BC07 BC11 BC20 CC03 CC06 4C038 KK01 KL05 KL07 KX01 KX04

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の脈拍を含むプレチスモグラフ波形を入力として有する
    処理装置であって、前記脈拍の発生と同期するトリガを生成し、 前記波形と通信し、前記脈拍の形状に応答する波形アナライザと、 条件によって前記波形アナライザの出力に応答して前記トリガを提供する判断
    素子と、 を含む、プレチスモグラフ波形を入力として有する処理装置。
  2. 【請求項2】 脈拍数入力を更に含み、前記判断素子が条件によって前記脈
    拍数入力に応答して前記トリガを提供する、請求項1に記載の処理装置。
  3. 【請求項3】 前記判断素子が、前記波形が実質的に歪みを伴わない場合は
    前記波形アナライザの出力に応答し、前記波形が実質的に歪みを伴う場合は前記
    脈拍数に応答する、請求項2に記載の処理装置。
  4. 【請求項4】 前記トリガが、脈拍の発生の可聴のインジケータを生成する
    ために用いられる、請求項1に記載の処理装置。
  5. 【請求項5】 前記トリガが、脈拍の発生の視覚的なインジケータを生成す
    るために用いられる、請求項1に記載の処理装置。
  6. 【請求項6】 前記視覚的なインジケータが、データの完全性の指示も含む
    、請求項5に記載の処理装置。
  7. 【請求項7】 プレチスモグラフ波形における脈拍を指示する方法であって
    、 前記波形の歪みの程度を導き出すステップと、 前記程度に依存するトリガ基準を確立するステップと、 トリガを提供するために前記トリガ基準が満たされているか否かを決定するス
    テップと、 前記トリガの発生時に、脈拍の指示を生成するステップと、 を含む、プレチスモグラフ波形における脈拍指示方法。
  8. 【請求項8】 前記歪みの程度を導き出すステップが、 前記波形の完全性に関する第1の値を計算するステップと、 前記波形において認識可能な脈拍に関する第2の値を計算するステップと、 前記程度を導き出すために、前記第1の値と前記第2の値とを組み合わせるス
    テップと、 を含む、請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記トリガ基準が波形形状に基づいている、請求項7に記載
    の方法。
  10. 【請求項10】 前記トリガ基準が脈拍数に基づいている、請求項7に記載
    の方法。
  11. 【請求項11】 プレチスモグラフ波形における脈拍の発生を指示するため
    の装置であって、 前記波形における生理的な脈拍を認識するための波形分析手段と、 前記波形における歪みの程度を決定するための検出手段と、 前記程度に応じて、前記生理的な脈拍及び脈拍数の少なくとも1つに基づいて
    脈拍インジケータをトリガさせるための判断手段と、 を含む、プレチスモグラフ波形における脈拍発生指示装置。
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