MXPA06009755A - Cancelacion de luz ambiental de oximetro. - Google Patents

Abstract

Un metodo de oximetro de pulso y aparato el cual provee (1) un filtro de muesca (46) a una distancia entre una frecuencia de modulacion y un multiplo comun de frecuencias de linea de energia comunmente utilizadas (50, 60, 100 y 120) y tambien (2) una frecuencia de desmodulacion mayor que una velocidad de pulso mas elevada de una persona y menor que cualquier harmonica de 50, 60, 100 o 120 Hz, para filtrar interferencia de luz ambiental, al mismo tiempo que elige una frecuencia de desmodulacion optima que evita la interferencia del filtro de muesca y de las harmonicas de la interferencia de linea; tambien, la luz ambiental para cualquier interferencia de baja frecuencia, tal como la interferencia de linea de energia, es medida tanto antes como despues de cada una de las longitudes de onda del emisor de luz y, despues, el promedio de la luz ambiental es sustraido de la senal detectada.

Description

CANCELACIÓN DE LUZ AMBIENTAL DE OXIMETRO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a oxímetros, y en particular a técnicas para la cancelación de luz ambiental en oxímetros de pulso.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El oxímetro de pulso típicamente se utiliza para medir varias características de química sanguínea incluyendo, pero no limitado a, saturación de oxígeno en la sangre de la hemoglobina en sangre arterial, el volumen de pulsaciones sanguíneas individuales que se suministran al tejido, y la velocidad de las pulsaciones sanguíneas correspondientes a cada latido del corazón de un paciente. La medición de estas características se ha logrado mediante el uso de un sensor no invasivo que difunde luz a través de una porción del tejido del paciente, en donde sangre se filtra al tejido, y detecta fotoeléctricamente la absorción de luz en dicho tejido. La cantidad de luz absorbida se utiliza entonces para calcular la cantidad de constituyente de sangre que se está midiendo. La luz esparcida a través del tejido es seleccionada para que sea de una o más longitudes de onda las cuales son absorbidas por la sangre en una cantidad representativa de la cantidad del constituyente de sangre presente en la sangre. La cantidad de luz transmitida esparcida a través del tejido variará de acuerdo con la cantidad cambiante de constituyente de sangre en el tejido y la absorción de luz relacionada. Para medir el nivel de oxígeno en la sangre, dichos sensores típicamente han sido provistos con una fuente de luz que está adaptada para generar luz por lo menos de dos longitudes de onda diferentes, y con fotodetectores sensibles a ambas longitudes de onda, de acuerdo con técnicas conocidas para medir la saturación de oxígeno en la sangre. Sensores no invasivos conocidos incluyen dispositivos que están asegurados a una porción del cuerpo, tal como un dedo, un oído o el cuero cabelludo. En animales y humanos, el tejido de estas porciones del cuerpo es filtrado con sangre y la superficie del tejido es fácilmente accesible al sensor. Un problema con las mediciones de oxímetro es que, además de recibir la luz que fue dirigida al tejido, el fotodetector también detecta luz ambiental. Se han hecho intentos por bloquear la luz ambiental, pero típicamente se detectará cierta cantidad de luz ambiental. Una preocupación particular es la luz en la frecuencia de línea de energía de luz fluorescente u otras luces, que es 60Hz en los Estados Unidos y 50Hz en Europa y otros países. Debido a que típicamente se utiliza un solo fotodetector, la luz de diferentes longitudes de onda, tal como la luz roja e infrarroja, es multiplexada en tiempo. La señal detectada debe ser desmultiplexada. La frecuencia de desmultiplexión debe ser lo suficientemente elevada para que sea mucho más prolongada que la velocidad del pulso. Sin embargo, la elección de una frecuencia de desmultiplexión también sufre el impacto de la interferencia de luz ambiental. Un problema es el solapa iento de harmónicas de la frecuencia de línea de energía AC. La Patente EUA Número 5,713,355 analiza una técnica para alterar la frecuencia de desmultiplexión dependiendo de la cantidad de interferencia ambiental detectada en cada frecuencia. La Patente EUA número 5,885,213 analiza la sustracción de una señal oscura (luz ambiental detectada) de la señal de luz detectada. Esto se logra dejando apagados los dos emisores de luz, tanto roja como infrarroja, con intermedios de encendido, de manera que se puede detectar una señal "oscura" supuestamente compuesta de la luz ambiental presente. Esto se puede extraer de la señal deseada. Otros ejemplos de patentes que tratan con el problema de la luz ambiental son las Patentes EUA número 6,385,471, número 5,846,190 y número 4,781,195. La patente EUA número 6,449,501 analiza un filtro de muesca para separar por filtración la frecuencia de línea. Sin embargo, la velocidad de muestreo se describe como establecido a dos veces la frecuencia fundamental de la interferencia de la línea de energía, dejando harmónicas superiores de la interferencia de la línea de energía como un problema, y no queda claro la forma en que la interferencia se puede filtrar sin filtrar la frecuencia de modulación. Otro ejemplo de un filtro de muesca que se utiliza se establece en la Patente EUA número 4,802,486, el cual utiliza un filtro de muesca para la señal EKG.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención provee un método de oxímetro de pulso y aparato el cual provee (1) un filtro de muesca a una distancia entre una frecuencia de desmodulación y un múltiplo común de frecuencias de línea de energía comúnmente utilizadas (50, 60, 100 y 120) y también (2) una frecuencia de desmodulación mayor que una velocidad de pulso más elevada de una persona y menor que cualquier harmónica de 50, 60, 100 ó 120 Hz. Por lo tanto, la invención permite el filtrado de una fuente importante de interferencia de luz ambiental, al mismo tiempo que elige una frecuencia de desmodulación óptima que evita la interferencia del filtro de muesca o de las harmónicas de la interferencia de línea de energía. En una modalidad, el múltiplo común es 1200, en donde la frecuencia de desmodulación se ubica entre 5 y 20 Hz lejos de 1200, de preferencia aproximadamente 1211 en una modalidad. En otro aspecto de la invención, señales oscuras, o luz ambiental, son medidas tanto antes como después de cada una de las longitudes de onda del emisor de luz (rojo e infrarrojo en una modalidad) . En lugar de sustraer simplemente uno de los niveles oscuros, los dos niveles oscuros son ponderados y después sustraídos de la señal detectada. Esto compensa una variación en la luz ambiental durante la señal detectada, reduciendo el efecto de la interferencia de línea de energía u otra interferencia de baja frecuencia. En otro aspecto de la presente invención, el filtrado digital y la decimación se realizan en el dominio digital. Cuando existe un cambio en una configuración de ganancia en el hardware de extremo frontal, o en la energía del LED, los filtros son previamente cargados para poner valores en su memoria que correspondan a un estimado del valor establecido de la salida en las nuevas configuraciones de energía o ganancia. Esta carga previa se acelera cuando datos válidos estén disponibles en la salida del filtro.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es un diagrama en bloques de un oxímetro que incorpora la presente invención. La figura 2 es un diagrama en bloques de una porción de las manipulaciones digitales en una modalidad de la invención, incluyendo un filtro de muesca. La figura 3 es un diagrama que ilustra los múltiples niveles oscuros que se promedian en una modalidad de la invención. La figura 4 es un diagrama que ilustra la carga previa del filtro digital y el dicimador, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Sistema general La figura 1 ilustra una modalidad de un sistema de oxímetro que incorpora la presente invención. Un sensor 10 incluye LED rojo e infrarrojo y un fotodetector. Estos son conectados por medio de un cable 12 a un teclado 1 . La corriente de accionamiento del LED es provista por una interfaz de accionamiento de LED 16. La fotocorriente recibida del sensor es provista a una interfaz I-V 18. Los voltajes rojo e IR se proveen entonces a una interfaz siqma-delta 20 que incorpora la presente invención. La salida de la interfaz sigma-delta 20 se provee a un microcontrolador 22. El microcontrolador 22 incluye memoria instantánea para un programa, y memoria EEPROM para datos. El oxímetro también incluye un chip de microprocesador 24 conectado a una memoria instantánea 26. Por último, se utiliza un cronómetro 28 y se provee una interfaz 30 para una calibración digital en el sensor 10. Un huésped separado 32 recibe la información procesada, de igual forma recibe una señal análoga en una línea 34 para proveer un despliegue análogo.

Filtro de muesca La figura 2 muestra un convertidor análogo-a-digital 40 que provee una señal digital para que sea manipulada por el microcontrolador 22 de la figura 1. El microprocesador incluiría un desmodulador 42, cuatro etapas de filtro/decimadores 44, un filtro de paso bajo con una muesca 46, así como otros bloques para manipulación digital de las señales y cálculo de la saturación de oxígeno, tal como se conoce en la técnica. Solo se muestra el canal rojo después de la desmodulación, pero se utiliza un canal similar para la señal IR. El filtro de muesca 46 trata con la interferencia de la línea de energía la cual, en los Estados Unidos, surge de las luces que operan en 60 Hz ó 120 Hz, dependiendo de los requerimientos de energía. Europa y otras áreas utilizan 50 Hz y 100 Hz. Un múltiplo común de 50, 60, 100 y 120 Hz es 1200 Hz. El ancho de banda de modulación es elegido para que sea superior a la velocidad más elevada de pulso humano posible, de preferencia, superior a 5 Hz. Al mismo tiempo, se elige para que sea menor que cualquier harmónica de las señales de interferencia de la línea de energía. Se eligen veinte hercios como un límite superior deseable debido a que una segunda harmónica de 2450 se solapará a 2025 Hz. En una modalidad, la frecuencia de modulación elegida es 1211.23 Hz. Esto es 11.23 Hz lejos de 1200 Hz (dentro de un rango de 5-20 Hz) . Por consiguiente, en una modalidad preferida, se provee un cero en el filtro de muesca a 11.23 Hz. El filtro de paso bajo con muesca (46) , en una modalidad, es un filtro Bessel de 8 polos con una muesca a 11.25 Hz . Por lo tanto, la presente invención provee un medio efectivo para eliminar la interferencia de la interferencia de la línea de energía, tal como la fluctuación en luces fluorescentes, las cuales se pueden solapar en la señal detectada. Aunque se han provisto filtros anti-solapamiento en hardware antes de un desmodulador, es difícil hacer efectivo esto, y por lo tanto, habrá cierta interferencia de línea residual en la señal detectada con la que se tendrá que lidiar en el dominio digital.

Ponderación de los niveles oscuros ambientales para reducir la interferencia de baja frecuencia La figura 3 ilustra otro aspecto de la presente invención, reduciendo la interferencia ambiental mediante la ponderación de los niveles oscuros ambientales antes y después de un periodo de muestreo para considerar la interferencia de baja frecuencia de líneas de energía u otras fuentes. La figura 3 muestra una señal a una velocidad de muestreo de 2400. La línea inclinada hacia arriba, en la figura 3, se debe a la interferencia de la línea de energía de 60 Hz. Es deseable eliminar el efecto de esta inclinación hacia arriba (la cual será hacia abajo en otras partes de la señal de 60 Hz (ó 50 Hz, etc) . La figura 3 muestra una señal detectada durante diferentes periodos de modulación. El nivel de la señal detectada se ilustra por medio de una línea 50. Durante un primer periodo oscuro 52, ni el LED rojo ni el LED IR están encendidos, permitiendo un muestreo de la luz ambiental u oscura. Después de este muestreo, durante un periodo de tiempo 54, el LED rojo es encendido, en donde la señal 50 aumenta durante este periodo conforme el LED rojo aparece en toda su intensidad. Durante el periodo de tiempo 56, la señal detectada corresponde al LED rojo que está encendido. Después que el LED rojo es apagado y la señal decae durante un periodo 58, se muestrea un segundo periodo oscuro 60. Posteriormente, el LED IR es encendido durante un periodo 62, y muestreado durante un periodo 64. Este es apagado y la señal decae durante un periodo 66, en donde se toma una tercera muestra oscura durante un periodo 68. La tercera muestra oscura también corresponde al primer periodo oscuro 52, conforme se repite el proceso mismo. Como se puede apreciar en la figura 3, si solo se utiliza uno de los niveles oscuros, un nivel ambiental impreciso puede ser medido si el nivel ambiental está variando, esto puede ser debido a una interferencia de baja frecuencia. Al ponderar los periodos oscuros antes y después del periodo de muestreo para una longitud de onda particular, se obtiene una medición más precisa de la señal del nivel oscuro ambiental. Por ejemplo, la interferencia ambiental durante el periodo de modulación de rojo 56 se determina midiendo la señal oscura 1 durante el periodo 52 y la señal oscura 2 durante el periodo 60 y ponderando estas señales. De manera similar, para el periodo de modulación de infrarrojo 64, la señal oscura 2, durante el periodo 60, y la señal oscura 3, durante el periodo 68, son ponderadas y sustraídas de la señal IR detectada para eliminar la interferencia ambiental. Todos estos cálculos se realizan en el dominio digital a través del microcontrolador 22 de la figura 1.

Carga previa de filtros Bessel y de decimación La figura 4 ilustra otro aspecto de la presente invención en donde se cargan previamente los filtros y el software. Antes que la señal de entrada análoga sea procesada a través del modulador sigma-delta y el convertidor análogo digital de múltiples bits, ésta típicamente es amplificada en un amplificador de hardware 84. Después del procesamiento por medio del modulador sigma-delta 86 y la conversión al dominio digital, ésta es decimada para reducir la velocidad de muestra por medio de un decimador 88 y filtrada por medio de un filtro Bessel 88. Un controlador 92 carga previamente las memorias del filtro Bessel y el decimador con un estimado de lo que sería el valor fijado de la salida. Esto reducirá significativamente el tiempo de fijación del filtro después de un cambio gradual en su entrada. Dicho cambio gradual en la entrada puede ocurrir a partir de un cambio en las configuraciones de ganancia del amplificador 84. De manera alterna, un cambio gradual puede ser el resultado de un cambio en el LED particular que se está activando, la energía del LED, u otras configuraciones de ganancia del hardware de extremo frontal. Debido a que el controlador 92 estaría activando dichos cambios, éste tendrá el conocimiento de cuándo pre-cargar el filtro y el decimador con los valores apropiados. Aunque éstos se muestran como bloques en la figura 4, se entiende que en la modalidad preferida esto se realiza por medio de un programa de software que funciona como el controlador 92, el filtro 88 y el decimador 90. Esta carga previa del filtro y el decimador provee que estén disponibles datos válidos más pronto acortando el tiempo de fijación. Tal como lo entenderán aquellos expertos en la técnica, la presente invención se puede incorporar en otras formas específicas sin apartarse de las características esenciales de la misma. Por ejemplo, se podrían utilizar más de dos longitudes de onda de luz diferentes. Alternativamente, se podría elegir una frecuencia de desmodulación diferente. Además, el filtrado de muesca se puede realizar ya sea antes o después de otro procesamiento digital de la señal detectada. Por consiguiente, la descripción anterior pretende ser ilustrativa de, pero no limitativa del alcance de la invención, el cual se estipula en las siguientes reivindicaciones.

Claims (18)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un método para operar un oxímetro de pulso, que comprende: generar, de manera alterna, luz en dos longitudes de onda utilizando una frecuencia de modulación que es una distancia predeterminada de un múltiplo común de 50, 60, 100 y 120; dicha distancia predeterminada es mayor que una velocidad de pulso más elevada de una persona y menor que una distancia de cualquier harmónica de 50, 60, 100 ó 120; dirigir dicha luz a un sitio del tejido; detectar una señal de luz detectada esparcida fuera de dicho sitio de tejido; realizar filtrado de muesca de dicha señal de luz a una frecuencia a dicho múltiplo común.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende: digitalizar dicha señal de luz detectada para proveer una señal digitalizada; y dicho filtrado de muesca se realiza en dicha señal digitalizada.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho múltiplo común es 1200.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha distancia predeterminada se ubica entre 5 y 20 hercios.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha distancia predeterminada es aproximadamente 11 hercios.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho filtrado de muesca se realiza proveyendo un cero en un filtro digital a dicha distancia.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: dicha frecuencia de modulación se utiliza para alternar entre un primer periodo de luz de dicha primera longitud de onda que se está generando, un periodo oscuro sin luz que se está generando, y un segundo periodo de luz de dicha segunda longitud de onda que se está generando; estimar un nivel de luz ambiental en dicha señal de luz detectada durante dicho primer periodo ponderando una cantidad de dicha señal de luz detectada en dichos periodos oscuros antes y después de dicho primer periodo; estimar un nivel de luz ambiental en dicha señal de luz detectada durante dicho segundo periodo ponderando una cantidad de dicha señal de luz detectada en dichos periodos oscuros antes y después de dicho segundo periodo.

8.- Un método para medir una señal de luz detectada en un oxímetro de pulso, que comprende: generar, de manera alterna, luz en dos longitudes de onda utilizando una frecuencia de modulación; dirigir dicha luz a un sitio del tejido; detectar una señal de luz detectada esparcida fuera de dicho sitio de tejido; utilizar dicha frecuencia de modulación para alternar entre un primer periodo de luz de dicha primera longitud de onda que se está generando, un periodo oscuro sin luz que se está generando, y un segundo periodo de luz de dicha segunda longitud de onda que se está generando; estimar un nivel de luz ambiental en dicha señal de luz detectada durante dicho primer periodo ponderando una cantidad de dicha señal de luz detectada en dichos periodos oscuros antes y después de dicho primer periodo; y estimar un nivel de luz ambiental en dicha señal de luz detectada durante dicho segundo periodo ponderando una cantidad de dicha señal de luz detectada en dichos periodos oscuros antes y después de dicho segundo periodo.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 8, que además comprende: sustraer un nivel estimado de luz ambiental de dicha señal de luz detectada.

10.- Un oxímetro de pulso, que comprende: por lo menos un emisor de luz; un circuito de control para generar, de manera alterna, luz a dos longitudes de onda por lo menos a partir de dicho emisor de luz utilizando una frecuencia de modulación que es una distancia predeterminada de un múltiplo común de 50, 60, 100 y 120; dicha distancia predeterminada es mayor que una velocidad de pulso superior de una persona y menor que una distancia de cualquier harmónica de 50, 60, 100 ó 120; un detector para detectar una señal de luz detectada esparcida fuera de un sitio de tejido; un circuito de procesamiento para procesar dicha señal de luz detectada, dicho circuito de procesamiento incluye un filtro de muesca configurado para filtrar dicha señal de luz detectada a una frecuencia a dicho múltiplo comú .

11.- El oxímetro de pulso de conformidad con la reivindicación 10, que además comprende: un convertidor análogo-a-digital para digitalizar dicha señal de luz detectada para proveer una señal digitalizada; y dicho filtro de muesca es un filtro digital.

12.- El oxímetro de pulso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque dicho múltiplo común es 1200.

13.- El oxímetro de pulso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque dicha distancia predeterminada es entre 5 y 20 hercios.

14.- El oxímetro de pulso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque dicha distancia predeterminada es aproximadamente 11 hercios.

15.- El oxímetro de pulso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque dicho filtro de muesca provee un cero en un filtro digital a dicha distancia.

16.- El oximetro de pulso de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende: dicho circuito de control está configurado para alternar entre un primer periodo de luz de dicha primera longitud de onda que se está generando, un periodo oscuro sin luz que se está generando, y un segundo periodo de luz de dicha segunda longitud de onda que se está generando; dicho circuito de procesamiento está configurado para estimar un nivel de luz ambiental en dicha señal de luz detectada durante dicho primer periodo ponderando una cantidad de dicha señal de luz detectada en dichos periodos oscuros antes y después de dicho primer periodo; y estimar un nivel de luz ambiental en dicha señal de luz detectada durante dicho segundo periodo ponderando una cantidad de dicha señal de luz detectada en dichos periodos oscuros antes y después de dicho segundo periodo.

17.- Un oxímetro de pulso, que comprende: por lo menos un emisor de luz; un circuito de control para generar, de manera alterna, luz a dos longitudes de onda por lo menos a partir de dicho emisor de luz utilizando una frecuencia de modulación; un detector para detectar una señal de luz detectada esparcida fuera de un sitio de tejido; dicho circuito de control está configurado para alternar entre un primer periodo de luz de dicha primera longitud de onda que se está generando, un periodo oscuro sin luz que se está generando, y un segundo periodo de luz de dicha segunda longitud de onda que se está generando; un circuito de procesamiento configurado para estimar un nivel de luz ambiental en dicha señal de luz detectada durante dicho primer periodo ponderando una cantidad de dicha señal de luz detectada en dichos periodos oscuros antes y después de dicho primer periodo, y estimar un nivel de luz ambiental en dicha señal de luz detectada durante dicho segundo periodo ponderando una cantidad de dicha señal de luz detectada en dichos periodos oscuros antes y después de dicho segundo periodo.

18.- Un aparato de oxímetro, que comprende. un modulador sigma-delta que tiene una entrada acoplada para recibir una señal de sensor análoga; un amplificador de hardware para amplificar una señal de sensor para proveer una señal amplificada como dicha señal de sensor análoga; un convertidor análogo-a-digital de múltiples bits acoplado a dicha salida de dicho modulador sigma-delta para proveer una salida digital; un decimador configurado para operar en dicha salida digital; un filtro digital configurado para operar en dicha salida digital; y un programa de control para cargar previamente dicho decimador y filtro digital con un estimado de un valor de salida establecida después de modificar la ganancia de dicho amplificador de hardware.