JP2002538920A - 改良型パルス酸素濃度計プローブオフ検出器 - Google Patents
改良型パルス酸素濃度計プローブオフ検出器Info
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Abstract
(57)【要約】
知的なルールベースのプロセッサ（３００）は、パルス酸素濃度計の信号強度動作範囲に信号品質ベースの限界を与える。これらの限界は、典型的なゲイン依存の信号強度限界（３１４）に付加される。センサ信号が生理学的に生成されたように見えると、パルス酸素濃度計は、低潅流の性能を最大限に生かす最小の信号強度で動作することができるようになる。センサ信号が、外れたセンサによって誘発された信号に起因する可能性があるならば、信号強度の必要条件が高められる。したがって、信号品質の限界が、低潅流の性能に大きく影響を与えずにプローブオフ検出を向上させる。使用される１つの信号品質の尺度は脈拍数密度（３５４）であり、これは生理学的に許容できるパルスが発生する時間のパーセントである。検出した信号が許容不可能なパルスの大部分を含むならば、最小必要信号強度も比例して高められる。脈拍数密度に関連して使用される別の信号品質の尺度は、エネルギー比（３５２）であり、これは、脈拍数の基本波と関連する高調波に含まれる全エネルギーのパーセントとして計算される。
Description
【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障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など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。パルス酸素測定システムは、患者に取りつけられ
たセンサ、モニタ及びセンサとモニタ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（ＩＲ）発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）エミッタの両方と光ダイオード検出器を有する。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つけられる。指の場
合、センサは、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、構成される。光ダイオードは、ＬＥＤの透過光が指の組織から現れた
ときに、それを検出するように、爪と反対側の指先に配置される。
早期検出は、不十分な酸素供給が数分で脳障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など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。パルス酸素測定システムは、患者に取りつけられ
たセンサ、モニタ及びセンサとモニタ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（ＩＲ）発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）エミッタの両方と光ダイオード検出器を有する。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つけられる。指の場
合、センサは、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、構成される。光ダイオードは、ＬＥＤの透過光が指の組織から現れた
ときに、それを検出するように、爪と反対側の指先に配置される。
【０００２】 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、検出した赤色光と赤外光の強度
の比を計算し、得られた比に基づいて、動脈の酸素飽和値を経験に基づいて決定
する。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、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。
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、検出した赤色光と赤外光の強度
の比を計算し、得られた比に基づいて、動脈の酸素飽和値を経験に基づいて決定
する。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、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。
【０００３】 ＳＰaＯ2として表された末梢動脈酸素飽和度を計算するために、酸素測定法は
、酸素化ヘモグロビンのＨｂＯ2、脱酸素化ヘモグロビンＨｂの光の吸収の差に
基づき、それぞれの動脈血中の濃度を計算する。この吸収の差は、センサの赤色
光の波長及び赤外光の波長で測定される。さらに、パルス酸素測定法は、動脈血
の脈動性質に基づき、ヘモグロビンの吸収と周囲の組織の他の成分の吸収を区別
する。収縮期と弛緩期の光の吸収は、末梢組織部位における動脈血の流入と流出
によって血液量が変化するため、変化する。この組織部位は、それぞれ光を吸収
する、皮膚、筋肉、骨、静脈血、脂肪、色素などを含む場合もある。これらの周
囲の組織によるバックグラウンド吸収は一定で無視することができると考えられ
る。したがって、血中酸素飽和度測定は、検出した赤色光信号と赤外光信号の時
間により変化する部分、即ちＡＣ部分の時間により変化しない部分、即ちＤＣ部
分に対する比に基づく。このＡＣ／ＤＣ比は信号を正規化し、測定した組織を通
る光の光路の長さの変化を補償する。
、酸素化ヘモグロビンのＨｂＯ2、脱酸素化ヘモグロビンＨｂの光の吸収の差に
基づき、それぞれの動脈血中の濃度を計算する。この吸収の差は、センサの赤色
光の波長及び赤外光の波長で測定される。さらに、パルス酸素測定法は、動脈血
の脈動性質に基づき、ヘモグロビンの吸収と周囲の組織の他の成分の吸収を区別
する。収縮期と弛緩期の光の吸収は、末梢組織部位における動脈血の流入と流出
によって血液量が変化するため、変化する。この組織部位は、それぞれ光を吸収
する、皮膚、筋肉、骨、静脈血、脂肪、色素などを含む場合もある。これらの周
囲の組織によるバックグラウンド吸収は一定で無視することができると考えられ
る。したがって、血中酸素飽和度測定は、検出した赤色光信号と赤外光信号の時
間により変化する部分、即ちＡＣ部分の時間により変化しない部分、即ちＤＣ部
分に対する比に基づく。このＡＣ／ＤＣ比は信号を正規化し、測定した組織を通
る光の光路の長さの変化を補償する。
【０００４】 図１は、パルス酸素濃度計の典型的な動作特性を例示している。較正フェーズ
では、パルス酸素濃度計の入力ゲインは、センサ部位で、不透明な皮膚に適合す
るように高く調整され、また半透明な皮膚に適合するように低く調整される。セ
ンサ部位で血液の潅流が変動することによって、入力信号強度が変動する。グラ
フ１００は、ゲインの関数としての許容可能な入力感度を示す。ｙ軸１１０は、
ＡＣ信号のピークからピークとＤＣ信号の比をパーセントで示した信号の強度（
ＳＳ）である。ｘ軸１２０はゲインを表し、ｘ軸に沿って値が減少していく。グ
ラフ１００には、パルス酸素濃度計の許容可能な動作範囲を表す影の付いていな
い領域１３０と、この動作範囲外の状態を表す影の付いた領域１４０があり、こ
の影の付いた領域が検出されると、パルス酸素濃度計の「プローブオフ」アラー
ムを発生する。動作範囲１３０は、ゲインが比較的低い最低値１５０を有し、こ
の最低値は、低い潅流で患者に対する感度が最も高いことを表している。入力ノ
イズはゲインと共に増大するため、動作範囲はコーナーポイント１６０も有し、
このポイントよりも下では、入力感度がノイズにより制限され、ゲインの増大と
共に低下する、即ち不透明性が増大する。
では、パルス酸素濃度計の入力ゲインは、センサ部位で、不透明な皮膚に適合す
るように高く調整され、また半透明な皮膚に適合するように低く調整される。セ
ンサ部位で血液の潅流が変動することによって、入力信号強度が変動する。グラ
フ１００は、ゲインの関数としての許容可能な入力感度を示す。ｙ軸１１０は、
ＡＣ信号のピークからピークとＤＣ信号の比をパーセントで示した信号の強度（
ＳＳ）である。ｘ軸１２０はゲインを表し、ｘ軸に沿って値が減少していく。グ
ラフ１００には、パルス酸素濃度計の許容可能な動作範囲を表す影の付いていな
い領域１３０と、この動作範囲外の状態を表す影の付いた領域１４０があり、こ
の影の付いた領域が検出されると、パルス酸素濃度計の「プローブオフ」アラー
ムを発生する。動作範囲１３０は、ゲインが比較的低い最低値１５０を有し、こ
の最低値は、低い潅流で患者に対する感度が最も高いことを表している。入力ノ
イズはゲインと共に増大するため、動作範囲はコーナーポイント１６０も有し、
このポイントよりも下では、入力感度がノイズにより制限され、ゲインの増大と
共に低下する、即ち不透明性が増大する。
【０００５】 図１に示す動作特性を有するパルス酸素濃度計は、プローブオフ状態を検出し
損ねる可能性がある。この問題は、センサが部分的に又は完全に患者から外れて
いるにも関わらず、依然としてパルス酸素濃度計の動作範囲内のＡＣ信号を検出
し続けている場合に起こる。パルス酸素濃度計は、実際にプローブが患者に適切
に取り付けられていない場合でも通常の飽和度を表示する可能性があるため、プ
ローブオフのエラーは深刻であり、不飽和化の事象を見逃す可能性がある。
損ねる可能性がある。この問題は、センサが部分的に又は完全に患者から外れて
いるにも関わらず、依然としてパルス酸素濃度計の動作範囲内のＡＣ信号を検出
し続けている場合に起こる。パルス酸素濃度計は、実際にプローブが患者に適切
に取り付けられていない場合でも通常の飽和度を表示する可能性があるため、プ
ローブオフのエラーは深刻であり、不飽和化の事象を見逃す可能性がある。
【０００６】 プローブオフ状態を検出し損なった結果、センサ検出器は、患者の組織を透過
しなかった光を、エミッタから直接受け取る。エミッタから直接検出された光の
誘発されたどんな小さな変化も、生理的信号として処理されるのに充分な信号強
度を有するような、最も高い感度でパルス酸素濃度計を作動した場合、パルス酸
素濃度計は、プローブオフエラーを特に受け易い。プローブオフ状態では、検出
器のＡＣ信号は、エミッタと検出器の間の直接的な光路の僅かな変化によって誘
発され得る。例えば、呼吸による胸の運動などの患者の僅かな運動によって、プ
ローブオフＡＣ信号が誘発され得る。他の例では、折り畳みセンサを取り除いた
後センサが徐々に元の形状に戻るなどの、センサ構造の「クリープ」もプローブ
オフＡＣ信号を誘発する可能性がある。図１に示す動作範囲１３０をさらに制限
することによって、プローブオフエラーを低減させることができる。しかしなが
ら、このような制限によって、パルス酸素濃度計が、弱い潅流で患者の飽和度測
定を行う能力も厳しく制限されてしまう。
しなかった光を、エミッタから直接受け取る。エミッタから直接検出された光の
誘発されたどんな小さな変化も、生理的信号として処理されるのに充分な信号強
度を有するような、最も高い感度でパルス酸素濃度計を作動した場合、パルス酸
素濃度計は、プローブオフエラーを特に受け易い。プローブオフ状態では、検出
器のＡＣ信号は、エミッタと検出器の間の直接的な光路の僅かな変化によって誘
発され得る。例えば、呼吸による胸の運動などの患者の僅かな運動によって、プ
ローブオフＡＣ信号が誘発され得る。他の例では、折り畳みセンサを取り除いた
後センサが徐々に元の形状に戻るなどの、センサ構造の「クリープ」もプローブ
オフＡＣ信号を誘発する可能性がある。図１に示す動作範囲１３０をさらに制限
することによって、プローブオフエラーを低減させることができる。しかしなが
ら、このような制限によって、パルス酸素濃度計が、弱い潅流で患者の飽和度測
定を行う能力も厳しく制限されてしまう。
【０００７】 本発明は、上述のプローブオフ状態を検出するためのモニターベースの改良で
ある。もちろん、プローブオフ状態を検出する他の方法を本発明の改良と組み合
わせることもできる。特に、知的なルールベースのプロセッサは、低潅流時の性
能に重大な悪影響を及ぼさずに、パルス酸素濃度計の動作範囲を制限するために
、信号品質測定値を使用する。これらの信号品質動作の限界は、プローブオフ検
出を向上させるために、図１の限界に付加される。このようにして、パルス酸素
濃度計は、図１の動作範囲１３０内にある充分な信号強度を有するが、プレチス
モグラフ信号ではないと思われるＡＣ信号を拒否することができる。用いられる
信号品質測定値の一つは脈拍数密度であり、これは時間ごとに検出したパルスが
生理学的に許容できるモデルを満たすパーセントである。他の信号品質測定値は
エネルギー比であり、これはある脈拍数で起こる信号エネルギーとその高調波の
パーセントである。こうして、パルス酸素濃度計の動作範囲は、信号強度対ゲイ
ン、信号強度対ＰＲ密度、エネルギー比対予め定義したエネルギー比の限界によ
って画定される。
ある。もちろん、プローブオフ状態を検出する他の方法を本発明の改良と組み合
わせることもできる。特に、知的なルールベースのプロセッサは、低潅流時の性
能に重大な悪影響を及ぼさずに、パルス酸素濃度計の動作範囲を制限するために
、信号品質測定値を使用する。これらの信号品質動作の限界は、プローブオフ検
出を向上させるために、図１の限界に付加される。このようにして、パルス酸素
濃度計は、図１の動作範囲１３０内にある充分な信号強度を有するが、プレチス
モグラフ信号ではないと思われるＡＣ信号を拒否することができる。用いられる
信号品質測定値の一つは脈拍数密度であり、これは時間ごとに検出したパルスが
生理学的に許容できるモデルを満たすパーセントである。他の信号品質測定値は
エネルギー比であり、これはある脈拍数で起こる信号エネルギーとその高調波の
パーセントである。こうして、パルス酸素濃度計の動作範囲は、信号強度対ゲイ
ン、信号強度対ＰＲ密度、エネルギー比対予め定義したエネルギー比の限界によ
って画定される。
【０００８】 本発明の一態様では、プローブオフ検出器は、信号入力、信号品質入力及びプ
ローブオフ出力を有する。信号品質入力は、センサ出力と生理学的信号モデルと
の比較に基づく。プローブオフ出力は、センサが組織部位に適切に装着されてい
ない可能性があるという表示を与える。検出器は、信号強度計算機、信号強度と
信号品質の記憶された関係及び比較器を含む。信号強度計算機は、センサ信号と
通信する入力を有し、センサ信号の時間によって変化する成分に依存する信号強
度出力を与える。この記憶された関係は、センサの許容可能な動作範囲を画定す
る。比較器は、信号強度及び信号品質を入力として有し、信号強度及び信号品質
と記憶された関係との比較に基づくプローブオフ出力を与える。
ローブオフ出力を有する。信号品質入力は、センサ出力と生理学的信号モデルと
の比較に基づく。プローブオフ出力は、センサが組織部位に適切に装着されてい
ない可能性があるという表示を与える。検出器は、信号強度計算機、信号強度と
信号品質の記憶された関係及び比較器を含む。信号強度計算機は、センサ信号と
通信する入力を有し、センサ信号の時間によって変化する成分に依存する信号強
度出力を与える。この記憶された関係は、センサの許容可能な動作範囲を画定す
る。比較器は、信号強度及び信号品質を入力として有し、信号強度及び信号品質
と記憶された関係との比較に基づくプローブオフ出力を与える。
【０００９】 本発明の他の態様では、パルス酸素濃度計のセンサ信号は、パルス酸素濃度計
が組織部位に適切に装着されているかどうかを判定するように処理される。この
処理ステップは、信号品質に依存する信号強度限界を設定するステップ、センサ
信号から信号強度値を計算するステップ、センサ信号から信号品質値を計算する
ステップ、及び信号強度が、先に決定した信号品質値の限界未満である場合にプ
ローブオフ状態を示すステップを含む。
が組織部位に適切に装着されているかどうかを判定するように処理される。この
処理ステップは、信号品質に依存する信号強度限界を設定するステップ、センサ
信号から信号強度値を計算するステップ、センサ信号から信号品質値を計算する
ステップ、及び信号強度が、先に決定した信号品質値の限界未満である場合にプ
ローブオフ状態を示すステップを含む。
【００１０】 図２Ａ及び２Ｂは、パルス酸素濃度計の動作範囲が、本発明の一実施形態の脈
拍数密度に基づいて、どのように変更されるかを例示している。ＰＲ密度の計算
は、1998年12月30日に出願された米国仮出願番号第60/114,127号及び本願の譲受
人に譲渡され、本明細書中に参考として援用する、1999年12月23日に出願された
、"Plethysmograph Pulse Recognition Processor"という名称の米国出願番号第
09/471,510号に記載されている。本明細書中で説明するプロセッサは、入力ＩＲ
波形内の複数の潜在的パルスを決定する候補となるパルス部分を有する。次いで
プロセッサの生理学的モデル部分が、これらの潜在的パルスのうち生理学的に許
容できるパルスを決定する。プロセッサは、許容可能なパルスに関する統計項目
を提供する。ある１つの統計項目は脈拍数密度であり、これは、許容可能なパル
スの周期のＩＲ入力波形のブロック又は「スナップショット」の持続時間に対す
る比である。
拍数密度に基づいて、どのように変更されるかを例示している。ＰＲ密度の計算
は、1998年12月30日に出願された米国仮出願番号第60/114,127号及び本願の譲受
人に譲渡され、本明細書中に参考として援用する、1999年12月23日に出願された
、"Plethysmograph Pulse Recognition Processor"という名称の米国出願番号第
09/471,510号に記載されている。本明細書中で説明するプロセッサは、入力ＩＲ
波形内の複数の潜在的パルスを決定する候補となるパルス部分を有する。次いで
プロセッサの生理学的モデル部分が、これらの潜在的パルスのうち生理学的に許
容できるパルスを決定する。プロセッサは、許容可能なパルスに関する統計項目
を提供する。ある１つの統計項目は脈拍数密度であり、これは、許容可能なパル
スの周期のＩＲ入力波形のブロック又は「スナップショット」の持続時間に対す
る比である。
【００１１】 図２Ａは、通常の感度の場合のｙ軸２１０の信号強度対ｘ軸２２０のＰＲ密度
のグラフ２００を示す。動作範囲２６０は影を付けずに示され、プローブオフ領
域２７０は影を付けて示されている。０．０２の信号強度最低値２３０（これよ
り小さな値では、ＰＲ密度の全ての値に対してプローブオフ状態が存在する）が
、動作範囲２６０の一部分を決定する。即ち、どれほど多くの検出されたプレチ
スモグラフパルスが生理学的に許容可能であっても、信号強度が０．０２未満な
らば、パルス酸素濃度計はプローブオフ状態を示す。０．２５の信号強度最高値
２５０（これより大きな値では、パルス酸素濃度計がＰＲ密度の全ての値に対し
て有効動作範囲にある）が、動作範囲２６０の別の部分を決定する。即ち、信号
強度が０．２５よりも大きければ、信号品質は無視される。信号強度の最低値２
５０と最高値２５０の間では、許容可能な信号強度はＰＲ密度によって変わる。
この関係を定義する境界の勾配は、以下の通りである。 勾配＝- (0.25-0.02)/(0.5-0.2) = -0.23/0.3 = -0.7667 ...(1) したがって、この境界を以下の等式で定義することができる。 SS = -0.7667・PR密度 + 0.4033 ...(2) PR密度 = -1.3043・SS + 0.5261 ...(3)
のグラフ２００を示す。動作範囲２６０は影を付けずに示され、プローブオフ領
域２７０は影を付けて示されている。０．０２の信号強度最低値２３０（これよ
り小さな値では、ＰＲ密度の全ての値に対してプローブオフ状態が存在する）が
、動作範囲２６０の一部分を決定する。即ち、どれほど多くの検出されたプレチ
スモグラフパルスが生理学的に許容可能であっても、信号強度が０．０２未満な
らば、パルス酸素濃度計はプローブオフ状態を示す。０．２５の信号強度最高値
２５０（これより大きな値では、パルス酸素濃度計がＰＲ密度の全ての値に対し
て有効動作範囲にある）が、動作範囲２６０の別の部分を決定する。即ち、信号
強度が０．２５よりも大きければ、信号品質は無視される。信号強度の最低値２
５０と最高値２５０の間では、許容可能な信号強度はＰＲ密度によって変わる。
この関係を定義する境界の勾配は、以下の通りである。 勾配＝- (0.25-0.02)/(0.5-0.2) = -0.23/0.3 = -0.7667 ...(1) したがって、この境界を以下の等式で定義することができる。 SS = -0.7667・PR密度 + 0.4033 ...(2) PR密度 = -1.3043・SS + 0.5261 ...(3)
【００１２】 図２Ｂは、高感度の場合の、ｙ軸２１０の信号強度対ｘ軸２２０のＰＲ密度の
グラフ２００を示す。このグラフは、信号強度の最高値２５０が０．０５に設定
されている以外、図２Ａのグラフと同一である。したがって、信号強度が０．０
５より大きい限りは、ＰＲ密度によって示される信号の品質は無視される。
グラフ２００を示す。このグラフは、信号強度の最高値２５０が０．０５に設定
されている以外、図２Ａのグラフと同一である。したがって、信号強度が０．０
５より大きい限りは、ＰＲ密度によって示される信号の品質は無視される。
【００１３】 別の信号品質の尺度であるエネルギー比もまた、絶対限界として動作範囲に加
えられる。エネルギー比は、ある脈拍数で起こるＩＲ信号エネルギーと関連する
高調波のＩＲエネルギー全体と比べたパーセントである。エネルギー比は、当業
界で周知であるように、ＩＲ信号の各ブロックを周波数ドメインに変換すること
によって計算される。エネルギー比は、得られたスペクトルの各ピークを特定す
ることによって、計算される。一実施の形態では、ある脈拍数で起こるピークと
その高調波が特定され、加算される。この値を、全てのピークの大きさとエネル
ギー比としての出力の合計で除算する。計算が、ＩＲ信号を二乗した大きさでは
なく、ピークの大きさに基づくため、このように計算したエネルギー比は、真の
エネルギー計算値ではないことに留意されたい。本実施の形態では、脈拍数が３
０以上であれば最小エネルギー比は０．６となり、その他の場合は０．５となる
。即ち、信号の６０％（脈拍数が低い場合は５０％）がその脈拍数の周波数又は
その高調波にある筈であり、パルス酸素濃度計はプローブオフ状態を示すであろ
う。この計算で用いる脈拍数の計算方法は、本願の譲受人に譲渡され、本明細書
中に参考として援用する、1997年4月14日に出願された"Improved Signal Proces
sing Apparatus and Method"という名称の米国特許第6,002,952号に記載されて
いる。
えられる。エネルギー比は、ある脈拍数で起こるＩＲ信号エネルギーと関連する
高調波のＩＲエネルギー全体と比べたパーセントである。エネルギー比は、当業
界で周知であるように、ＩＲ信号の各ブロックを周波数ドメインに変換すること
によって計算される。エネルギー比は、得られたスペクトルの各ピークを特定す
ることによって、計算される。一実施の形態では、ある脈拍数で起こるピークと
その高調波が特定され、加算される。この値を、全てのピークの大きさとエネル
ギー比としての出力の合計で除算する。計算が、ＩＲ信号を二乗した大きさでは
なく、ピークの大きさに基づくため、このように計算したエネルギー比は、真の
エネルギー計算値ではないことに留意されたい。本実施の形態では、脈拍数が３
０以上であれば最小エネルギー比は０．６となり、その他の場合は０．５となる
。即ち、信号の６０％（脈拍数が低い場合は５０％）がその脈拍数の周波数又は
その高調波にある筈であり、パルス酸素濃度計はプローブオフ状態を示すであろ
う。この計算で用いる脈拍数の計算方法は、本願の譲受人に譲渡され、本明細書
中に参考として援用する、1997年4月14日に出願された"Improved Signal Proces
sing Apparatus and Method"という名称の米国特許第6,002,952号に記載されて
いる。
【００１４】 図３は、本発明の改良型プローブオフ検出器３００の１つの実施の形態を示す
ブロック図である。検出器は、信号強度計算機３１０、限界セレクタ３３０及び
プローブオフ論理回路３５０を有する。信号強度計算機３１０は、ＩＲ信号３１
２の入力を有する。この信号は、逆多重化、増幅、フィルタリング及びデジタル
化の後の検出されたセンサ信号である。特定の実施の形態では、ＩＲ信号は、６
２．５Ｈｚのサンプリング速度で、また、それぞれが前のブロックから２５サン
プルだけずれた、３９０個のサンプルがオーバーラップする「スナップショット
」即ちブロックで、信号強度計算機３１０に入力される。信号強度計算機３１０
は、図４を参照して以下に説明するように、これらの入力ブロックのそれぞれに
対する信号強度スカラーのセットからなる信号強度ベクトル出力３１４を生成す
る。
ブロック図である。検出器は、信号強度計算機３１０、限界セレクタ３３０及び
プローブオフ論理回路３５０を有する。信号強度計算機３１０は、ＩＲ信号３１
２の入力を有する。この信号は、逆多重化、増幅、フィルタリング及びデジタル
化の後の検出されたセンサ信号である。特定の実施の形態では、ＩＲ信号は、６
２．５Ｈｚのサンプリング速度で、また、それぞれが前のブロックから２５サン
プルだけずれた、３９０個のサンプルがオーバーラップする「スナップショット
」即ちブロックで、信号強度計算機３１０に入力される。信号強度計算機３１０
は、図４を参照して以下に説明するように、これらの入力ブロックのそれぞれに
対する信号強度スカラーのセットからなる信号強度ベクトル出力３１４を生成す
る。
【００１５】 限界セレクタ３３０は、脈拍数入力３３２及び感度モード入力３３４を有する
。感度モード入力３３４の値が１の場合、パルス酸素濃度計が図２Ａに対応する
通常の感度モードにあることを示す。値０は、パルス酸素濃度計が図２Ｂに対応
する高感度モードにあることを示す。パルス酸素濃度計のオペレータは、この感
度モードを選択する。限界セレクタ３３０はまた、エネルギー比限界３３６及び
信号強度限界３３８の出力も有し、これらの出力は、エネルギー比と信号強度の
絶対最小値（この値より小さな値では、プローブオフ状態が３５０で示される可
能性がある）としてプローブオフ論理回路３５０に入力される。脈拍数３３２及
び感度モード３３４の入力の関係並びにエネルギー比３３６及び信号強度３３８
の出力の関係を以下に説明する。
。感度モード入力３３４の値が１の場合、パルス酸素濃度計が図２Ａに対応する
通常の感度モードにあることを示す。値０は、パルス酸素濃度計が図２Ｂに対応
する高感度モードにあることを示す。パルス酸素濃度計のオペレータは、この感
度モードを選択する。限界セレクタ３３０はまた、エネルギー比限界３３６及び
信号強度限界３３８の出力も有し、これらの出力は、エネルギー比と信号強度の
絶対最小値（この値より小さな値では、プローブオフ状態が３５０で示される可
能性がある）としてプローブオフ論理回路３５０に入力される。脈拍数３３２及
び感度モード３３４の入力の関係並びにエネルギー比３３６及び信号強度３３８
の出力の関係を以下に説明する。
【００１６】
【表１】
【００１７】 プローブオフ論理回路３５０は、入力として、エネルギー比３３２、ＰＲ密度
３３４及び信号強度ベクトル３１４を有する。これらの入力を、限界セレクタ３
３０からのエネルギー比限界３３６及び信号強度限界３３８の出力と比較してパ
ルス酸素濃度計の動作範囲を決定する。プローブオフ論理回路３５０はまた、時
間ヒューズ入力３５６も有する。時間ヒューズ３５６は、許容可能なパルスを含
まないＩＲ波形ブロックの数を示すカウンタである。許容可能なパルスは、ＰＲ
密度３５４の計算について上記に説明したように、決定される。起動時からブロ
ックに許容可能なパルスがない場合、時間ヒューズ３５６の入力値は−１になる
。入力ブロックに対して許容可能なパルスが検出されなかった場合ごとに、時間
ヒューズ３５６は０にリセットされる。許容可能なパルスがないブロックごとに
、時間ヒューズ３５６は１だけ増分される。時間ヒューズによって、エネルギー
比の限界及び信号強度の限界のその部分が最低値２３０よりも上になる（図２Ａ
−２Ｂ）。これによって、過渡的な事象に対してプローブオフ警告が発生する可
能性が低減する。特定の実施の形態では、時間ヒューズ３５６は−１及び５の定
数と比較される。即ち、起動時から、又は先行するＩＲ信号ブロックが５個より
多くある場合に許容可能なパルスがないならば、エネルギー比の限界及び信号強
度の限界が使用可能となる。
３３４及び信号強度ベクトル３１４を有する。これらの入力を、限界セレクタ３
３０からのエネルギー比限界３３６及び信号強度限界３３８の出力と比較してパ
ルス酸素濃度計の動作範囲を決定する。プローブオフ論理回路３５０はまた、時
間ヒューズ入力３５６も有する。時間ヒューズ３５６は、許容可能なパルスを含
まないＩＲ波形ブロックの数を示すカウンタである。許容可能なパルスは、ＰＲ
密度３５４の計算について上記に説明したように、決定される。起動時からブロ
ックに許容可能なパルスがない場合、時間ヒューズ３５６の入力値は−１になる
。入力ブロックに対して許容可能なパルスが検出されなかった場合ごとに、時間
ヒューズ３５６は０にリセットされる。許容可能なパルスがないブロックごとに
、時間ヒューズ３５６は１だけ増分される。時間ヒューズによって、エネルギー
比の限界及び信号強度の限界のその部分が最低値２３０よりも上になる（図２Ａ
−２Ｂ）。これによって、過渡的な事象に対してプローブオフ警告が発生する可
能性が低減する。特定の実施の形態では、時間ヒューズ３５６は−１及び５の定
数と比較される。即ち、起動時から、又は先行するＩＲ信号ブロックが５個より
多くある場合に許容可能なパルスがないならば、エネルギー比の限界及び信号強
度の限界が使用可能となる。
【００１８】 プローブオフ論理回路３５０は、パルス酸素濃度計が許容可能な限界の外で作
動していることをプローブオフ論理回路３５０が検出したときに１に設定される
、ブールプローブオフ出力３５８を有する。そうでない場合は、プローブオフ出
力３５８は０である。センサを検査したり再装着するか又は他の適切な処置を行
うように医療従事者に警告する目的でプローブオフ警告及びエラーメッセージを
トリガするために、パルス酸素濃度計でプローブオフ出力を使用することができ
る。プローブオフ論理回路３５０は、図５を参照して以下により詳細に説明する
。
動していることをプローブオフ論理回路３５０が検出したときに１に設定される
、ブールプローブオフ出力３５８を有する。そうでない場合は、プローブオフ出
力３５８は０である。センサを検査したり再装着するか又は他の適切な処置を行
うように医療従事者に警告する目的でプローブオフ警告及びエラーメッセージを
トリガするために、パルス酸素濃度計でプローブオフ出力を使用することができ
る。プローブオフ論理回路３５０は、図５を参照して以下により詳細に説明する
。
【００１９】 図４は、信号強度計算機３１０（図３）をより詳細に示す。ＩＲ信号３１２の
３９０個のサンプルブロックはそれぞれ、最初に４１０でフィルタされて、信号
強度の計算に誤差を生ずるようなＩＲ信号３１２のあらゆるトレンドを除去する
。特定の実施の形態では、フィルター４１０は、５０Ｈｚと５５０Ｈｚのカット
オフ周波数及び形状パラメータ３．９０６の１５１タップカイザーウィンドウを
有するバンドパスＦＩＲフィルターである。その結果、１５０個のサンプルが３
９０個のサンプル入力ブロックから失われる。したがって、フィルタされたＩＲ
出力４１２は、２４０個のサンプルブロックからなる。
３９０個のサンプルブロックはそれぞれ、最初に４１０でフィルタされて、信号
強度の計算に誤差を生ずるようなＩＲ信号３１２のあらゆるトレンドを除去する
。特定の実施の形態では、フィルター４１０は、５０Ｈｚと５５０Ｈｚのカット
オフ周波数及び形状パラメータ３．９０６の１５１タップカイザーウィンドウを
有するバンドパスＦＩＲフィルターである。その結果、１５０個のサンプルが３
９０個のサンプル入力ブロックから失われる。したがって、フィルタされたＩＲ
出力４１２は、２４０個のサンプルブロックからなる。
【００２０】 フィルタされたＩＲ出力４１２の２４０個のサンプルブロックはそれぞれ、４
３０で多数のオーバーラップするサブブロックに変換される。特定の実施の形態
では、サブブロックはそれぞれ１００個のサンプルからなり、各サブブロックは
先行するサブブロックから１０サンプルだけずれている。したがって、サブブロ
ック変換器４３０は、２４０個のフィルタされたＩＲサンプルブロックのそれぞ
れに対して１５個のサブブロック出力４３２を生成する。各サブブロックに対し
て最大−最小計算４６０を実行する。即ち、特定のサブブロックの最小のサンプ
ルの大きさを、そのサブブロックの最大のサンプルの大きさから減算する。最大
−最小出力４６２はそれぞれ、特定のサブブロックの信号強度を表す単一のスカ
ラーである。スカラー−ベクトル変換器４９０は、最大最小出力４６２を合わせ
て、ＩＲ信号３１２の特定のブロックの信号強度を表す複数の信号強度値を含む
ベクトル出力３１４に変換する。
３０で多数のオーバーラップするサブブロックに変換される。特定の実施の形態
では、サブブロックはそれぞれ１００個のサンプルからなり、各サブブロックは
先行するサブブロックから１０サンプルだけずれている。したがって、サブブロ
ック変換器４３０は、２４０個のフィルタされたＩＲサンプルブロックのそれぞ
れに対して１５個のサブブロック出力４３２を生成する。各サブブロックに対し
て最大−最小計算４６０を実行する。即ち、特定のサブブロックの最小のサンプ
ルの大きさを、そのサブブロックの最大のサンプルの大きさから減算する。最大
−最小出力４６２はそれぞれ、特定のサブブロックの信号強度を表す単一のスカ
ラーである。スカラー−ベクトル変換器４９０は、最大最小出力４６２を合わせ
て、ＩＲ信号３１２の特定のブロックの信号強度を表す複数の信号強度値を含む
ベクトル出力３１４に変換する。
【００２１】 図５は、プローブオフ論理回路３５０（図３）をより詳細に示す。プローブオ
フ論理回路３５０は、それぞれがブール出力を生成する３つの機能チェックを有
する。エネルギー比チェック５１０は、エネルギー比３５２と、上の表に説明し
た限界セレクタ（図３）から出力されたエネルギー比限界３３６に対して比較す
る。エネルギー比チェック５１０は、エネルギー比３５２がエネルギー比限界３
３６よりも小さい場合に「低エネルギー比」出力５１２を設定する。
フ論理回路３５０は、それぞれがブール出力を生成する３つの機能チェックを有
する。エネルギー比チェック５１０は、エネルギー比３５２と、上の表に説明し
た限界セレクタ（図３）から出力されたエネルギー比限界３３６に対して比較す
る。エネルギー比チェック５１０は、エネルギー比３５２がエネルギー比限界３
３６よりも小さい場合に「低エネルギー比」出力５１２を設定する。
【００２２】 時間ヒューズチェック５２０は、充分に長い時間にＩＲ信号３１２に許容可能
なパルスが発生しないと時間ヒューズ３５６が示したかどうか（図３）を判定す
る。もし時間ヒューズがそのように示したならば、時間切れ出力５２２が設定さ
れる。特定の実施の形態では、時間ヒューズチェック５２０は、時間ヒューズ３
５６が、起動時から又はＩＲ信号３１２の５ブロックを超える長い時間許容可能
なパルスがないことを示す数値である−１か又は５より大きいかを判定するコン
パレータからなる。
なパルスが発生しないと時間ヒューズ３５６が示したかどうか（図３）を判定す
る。もし時間ヒューズがそのように示したならば、時間切れ出力５２２が設定さ
れる。特定の実施の形態では、時間ヒューズチェック５２０は、時間ヒューズ３
５６が、起動時から又はＩＲ信号３１２の５ブロックを超える長い時間許容可能
なパルスがないことを示す数値である−１か又は５より大きいかを判定するコン
パレータからなる。
【００２３】 信号強度依存チェック５３０は、図２Ａ及び２Ｂに関して上記に説明したよう
に、パルス酸素濃度計が動作限界内にあるかどうかを判定する。信号強度ベクト
ル３１４によって決定された信号強度が最低値２３０（図２Ａ−Ｂ）より小さい
場合、信号強度異常出力５３４が設定される。信号強度が最低値２３０（図２Ａ
−Ｂ）よりも大きいか動作範囲外である場合、即ち最低値２３０（図２Ａ−Ｂ）
より上の影の付いた領域２７０（図２Ａ−Ｂ）内にある場合、「低信号強度」出
力５３２が設定される。
に、パルス酸素濃度計が動作限界内にあるかどうかを判定する。信号強度ベクト
ル３１４によって決定された信号強度が最低値２３０（図２Ａ−Ｂ）より小さい
場合、信号強度異常出力５３４が設定される。信号強度が最低値２３０（図２Ａ
−Ｂ）よりも大きいか動作範囲外である場合、即ち最低値２３０（図２Ａ−Ｂ）
より上の影の付いた領域２７０（図２Ａ−Ｂ）内にある場合、「低信号強度」出
力５３２が設定される。
【００２４】 低エネルギー比５１２、低信号強度５３２及び時間切れ５２２の出力が設定さ
れた場合、論理積機能５４０が「低信号品質」の出力５４２を設定する。低信号
品質５４２又は信号強度異常５３４の出力が設定された場合、論理和機能５５０
がプローブオフ出力３５８を設定する。
れた場合、論理積機能５４０が「低信号品質」の出力５４２を設定する。低信号
品質５４２又は信号強度異常５３４の出力が設定された場合、論理和機能５５０
がプローブオフ出力３５８を設定する。
【００２５】 図６は、信号強度依存チェック（図５）の特定の実施の形態を示す。信号強度
ベクトル３１４は、６１０で１５個の個々の信号強度スカラー６１２に変換され
る。相対的チェック６２０及び絶対的チェック６３０を１５個のスカラー６１２
のそれぞれに実行する。各相対的チェック６２０は、信号強度がＰＲ密度３５４
に対して信号強度限界内にあるかどうかを判定する。即ち、相対的チェックの各
出力６２２は、以下にしたがって設定される。上記の３つの式を参考のこと。
ベクトル３１４は、６１０で１５個の個々の信号強度スカラー６１２に変換され
る。相対的チェック６２０及び絶対的チェック６３０を１５個のスカラー６１２
のそれぞれに実行する。各相対的チェック６２０は、信号強度がＰＲ密度３５４
に対して信号強度限界内にあるかどうかを判定する。即ち、相対的チェックの各
出力６２２は、以下にしたがって設定される。上記の３つの式を参考のこと。
【００２６】
【表２】
【００２７】 各絶対的チェック６３０は、信号強度が絶対最小値２３０（図２Ａ−２Ｂ）よ
りも大きいかどうかを判定する。即ち、絶対的チェックの各出力６３２は、以下
にしたがって設定される。
りも大きいかどうかを判定する。即ち、絶対的チェックの各出力６３２は、以下
にしたがって設定される。
【００２８】
【表３】
【００２９】 １５個の相対的チェックの出力６２２は、これらの出力６２２の算術和を実行
する、和及び比較６６０によって処理される。和が５以上ならば、低信号強度出
力５３２が設定される。即ち、信号強度ベクトル３１４のスカラーのうち少なく
とも１／３が相対的チェック６２０に失敗した場合に、低信号強度が表示される
。同様に、１５個の絶対的チェック出力６３２は、これらの出力６３２の算術和
を実行する和及び比較６７０によって処理される。和が５以上ならば、信号強度
異常出力５３４が設定される。即ち、信号強度ベクトル３１４のスカラーのうち
少なくとも１／３が絶対的チェック６３０に失敗した場合に、信号強度異常が表
示される。
する、和及び比較６６０によって処理される。和が５以上ならば、低信号強度出
力５３２が設定される。即ち、信号強度ベクトル３１４のスカラーのうち少なく
とも１／３が相対的チェック６２０に失敗した場合に、低信号強度が表示される
。同様に、１５個の絶対的チェック出力６３２は、これらの出力６３２の算術和
を実行する和及び比較６７０によって処理される。和が５以上ならば、信号強度
異常出力５３４が設定される。即ち、信号強度ベクトル３１４のスカラーのうち
少なくとも１／３が絶対的チェック６３０に失敗した場合に、信号強度異常が表
示される。
【００３０】 パルス酸素濃度計のプローブオフ状態を検出するためのこの改良を、本発明の
種々の実施の形態に関連させて詳細に記載してきた。これらの実施の形態は例示
のためだけに記載されたもので、特許請求の範囲によって定義される本発明の範
囲を限定するためのものではない。当業者なら、本発明の趣旨内の多くの改変及
び変更を理解するであろう。
種々の実施の形態に関連させて詳細に記載してきた。これらの実施の形態は例示
のためだけに記載されたもので、特許請求の範囲によって定義される本発明の範
囲を限定するためのものではない。当業者なら、本発明の趣旨内の多くの改変及
び変更を理解するであろう。
【図１】 パルス酸素濃度計の最小信号強度動作限界を例示するグラフである。
【図２Ａ】 本発明の信号品質に基づいた、パルス酸素濃度計の他の最小信号強度動作限界
を例示するグラフであり、且つ通常の入力感度モードでのパルス酸素濃度計の信
号品質動作限界のグラフである。
を例示するグラフであり、且つ通常の入力感度モードでのパルス酸素濃度計の信
号品質動作限界のグラフである。
【図２Ｂ】 本発明の信号品質に基づいた、パルス酸素濃度計の他の最小信号強度動作限界
を例示するグラフであり、且つ高い入力感度モードでのパルス酸素濃度計の信号
品質動作限界のグラフである。
を例示するグラフであり、且つ高い入力感度モードでのパルス酸素濃度計の信号
品質動作限界のグラフである。
【図３】 図２Ａ−２Ｂに例示された信号品質動作限界を提供する、ルールベースの知的
なプロセッサのトップレベルブロック図である。
なプロセッサのトップレベルブロック図である。
【図４】 図３の信号強度計算機部分の詳細なブロック図である。
【図５】 図３のプローブオフ論理回路部分の詳細なブロック図である。
【図６】 図５の信号強度依存チェック部分の詳細なブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA06 BB12 BB13 CC16 EE01 EE12 GG02 GG08 HH01 JJ02 KK01 LL04 MM01 MM04 MM05 MM09 MM10 NN01 PP03 PP04 4C038 KK01 KL05 KL07 KM00 KX01 KX02
Claims (2)
- 【請求項１】 信号入力、信号品質入力及びプローブオフ出力を有するプロ
ーブオフ検出器の改良品であって、前記信号品質入力が、センサ出力と生理学的
信号モデルの比較に依存し、前記プローブオフ出力が、前記センサが組織部位に
適切に装着されていない可能性があるという表示を与え、前記改良品は、 前記信号と通信する入力を有し、前記信号の時間によって変化する成分に依存
する信号強度出力を提供する、信号強度計算機と、 前記センサの許容可能な動作範囲を画定する、前記信号強度と前記信号品質の
記憶された関係と、 前記信号強度及び前記信号品質を入力として有し、前記信号強度及び前記信号
品質の前記記憶された関係の比較に基づいて、前記プローブオフ出力を与える、
比較器と、を備える、 改良品。 - 【請求項２】 センサ信号を処理することによって、パルス酸素濃度計が組
織部位に適切に装着されていない可能性を検出する改良方法であって、 信号品質に依存する信号強度限界を設定するステップと、 前記センサ信号から信号強度値を計算するステップと、 前記センサ信号から信号品質値を計算するステップと、 前記信号強度が、前記計算ステップで求めた前記信号品質値の前記限界よりも
小さい場合に、プローブオフ状態を示すステップと、を備える、 改良検出方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12614899P | 1999-03-25 | 1999-03-25 | |
| US60/126,148 | 1999-03-25 | ||
| PCT/US2000/008005 WO2000056209A1 (en) | 1999-03-25 | 2000-03-24 | Improved pulse oximeter probe-off detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002538920A true JP2002538920A (ja) | 2002-11-19 |
| JP4644373B2 JP4644373B2 (ja) | 2011-03-02 |
Family
ID=22423233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000606119A Expired - Lifetime JP4644373B2 (ja) | 1999-03-25 | 2000-03-24 | 改良型パルス酸素濃度計プローブオフ検出器 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (5) | US6360114B1 (ja) |
| EP (2) | EP2298159B1 (ja) |
| JP (1) | JP4644373B2 (ja) |
| AT (1) | ATE330536T1 (ja) |
| AU (1) | AU3773300A (ja) |
| BR (1) | BR0009290A (ja) |
| CA (1) | CA2368613A1 (ja) |
| DE (2) | DE60028953T2 (ja) |
| WO (1) | WO2000056209A1 (ja) |
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