JPH01153139A - パルスオキシメータ装置 - Google Patents

パルスオキシメータ装置

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JPH01153139A
JPH01153139A JP63203045A JP20304588A JPH01153139A JP H01153139 A JPH01153139 A JP H01153139A JP 63203045 A JP63203045 A JP 63203045A JP 20304588 A JP20304588 A JP 20304588A JP H01153139 A JPH01153139 A JP H01153139A
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JP
Japan
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filter
signals
movements
pulse
zone
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Application number
JP63203045A
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English (en)
Inventor
Peter R Hall
ピーター、ロナルド、ホール
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National Research Development Corp UK
Original Assignee
National Research Development Corp UK
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Publication date
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    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、パルスオキシメータ用の、動きによる信号を
除去する装置に関するものであり、更に詳しくいえば、
患者の動きによる信号、すなわち、動きによる人工的な
信号を望ましい信号から除去する装置に関するものであ
る。
（従来の技術） 動脈血中の酸素飽和と脈拍を測定するパルスオキシメー
タの動作は、患者が動いた時に正しくなくなる。オキシ
メータは、動脈血流による脈動信号を患者の動きによる
脈動信号から弁別することが困難だからである。この脈
動信号と、その脈動信号の大きさとから計算されるから
、それら２つの信号発生源からの信号を弁別できること
が非常に望ましい。装置およびこの装置の使用を包含す
る本発明はこの問題の重大性を小さくし、医療従事者に
大きな利益をもたらすものである。
一般的には、パルスオキシメータは、発光光の波長が異
なる（通常は６６０ｎｍと９４０＋ｖ）２個のＬＥＤを
含むセンサと、患者に直接取付けられる光検出器との２
つの装置を備えている。センサはケーブルにより主装置
へ接続される。主装置はＬＥＤの電力、したがって発生
する光の強さを制御する装置と、光検出器からの入来光
を分析する装置とを含む。そしてそれらの入来光の脈動
成分を分離する手段が設けられる。各波長において変化
しない信号（「直流信号」）はＬＥＤ電力調節装置によ
り等しく維持され、それによってその影響は打消され、
またはそれらの信号自体を分離して、７１）Ｉ定できる
。時間的に変化する信号（「交流信号」）がアナログ−
デジタル変換器に適切な信号を供給するように、それら
の交流信号はＡＧＣ（自動利得制御）装置を通り、その
アナログ−デジタル変換器においてデジタル化される。
次に交流信号と直流信号はマイクロプロセッサへ与えら
れる。そのマイクロプロセッサは交流信号の振幅と周波
数（脈拍に対応する）を分析する。マイクロプロセッサ
は、種々の信号の振幅を次式に代入することにより酸素
飽和度を計算する。
ＡＣ２／ＤＣ２ そして、実験により決定されている参照表から結果を読
取る。それらの結果はＬＥＤまたは液晶で表示できる。
交流信号の周波数が変化するかどうかを調べることによ
り、動きによる信号の存在を判定する装置が更に設けら
れる。動きによる信号が存在することが判定されたとす
ると、表示されている値が凍結され、この状態がある任
意の長さの時間継続すると警報メツセージが発せられる
。
使用時には、センサが患者の良く満されている（ｗｅｌ
ｌ−ｐｅｒｆｕｓｅｄ　）部位、たとえば指先に密着さ
せられる。良い交流信号を得るためには、ＬＥＤからの
光が患者の良く満されている部位を透過する必要がある
。出た光の強さは動脈の脈動のために脈動する。心臓の
収縮中は内管（１ｎｔｅｒｎａｌｖｅｓｓｅｌｓ）が拡
張させられるから、光の全光路長が長くなって光は弱く
なる。動脈血液だけが交流信号源であるから、動脈血液
だけが検査される。
患者の動きはパルスオキシメータの動作をいくつかの態
様で妨げる。ＬＥＤまたは光検出器が皮膚に直接接触固
定されていないと、皮膚からのしＥＤまたは光検出器ま
での距離が患者の動きにより僅かに変化することがある
。空気中での簡単な１／ｄ２関数により、測定される光
の強さは実生活の状況においては大幅に変化することが
ある。
また、光学部品が皮膚に理想的に固定されたとしても、
患者の動きにより患者の組織が僅かに変形させられるな
らば、光学部品の間の光路長が変ることがある。更に、
このメカニズムにより光の強さが変化させられるために
測定が大きな影響を受けることがある。この場合には光
の強さと距離の関係を表す関数は１／ｄ２よりも複雑で
ある。
その理由は、組織が変形させられるとその組織の光学的
特性が変化するからである。そうなる理由は、使用波長
の主な吸収種である血液が動くことである。たとえば、
指先が圧縮されると光学部品の間の光路長が短くなるが
、更に、静脈中の血と毛細血管中の血が光路から押し出
される。
更に、激しい動きの間に一方または両方のトランスデユ
ーサが測定中の組織に沿って横に引かれることがあり、
そのために測定の場所が実効的に変化する。この現象は
、センサと主装置を結んでいるケーブルが引張られる時
に起るのが普通で、そのために大きな光学的擾乱をひき
起すことがある。
交流信号の振幅は直流信号の振幅の２〜５％にすぎない
のが普通であるから、動きによる信号によって比例的に
最も大きな影響を受けるのは交流信号の振幅である。こ
れを考えると、交流信号にろ波アルゴリズムを適用し、
直流信号中の誤差を除去することは妥当な近似である。
驚くべきことに、プレスチモグラフ波形としても知られ
ている望ましい交流信号は第１図に示すような典型的な
周波数対パワーのスペクトルを有することが現在までに
発見されている。すなわち、交流信号のエネルギーの約
９０％が基本周波数（脈拍）に含まれ、調波のエネルギ
ーは比較的少ない。また、動きにより発生される望まし
くない信号は脈拍の周波数帯の外側にあるのがしばしば
である。第２図および第３図は、ランダムな動きと規則
的な動きにより妨害を受けている信号の周波数対パワー
のスペクトル図である。それらの図から、望ましい信号
から動きによる信号を除去するためには帯域フィルタを
選択的に適用できることがわかる。第４図は望ましいプ
レスチモグラフ信号から動きによる望ましくない信号を
除去する本発明の有効性を示すものである。
第１の実施例においては、本発明は、動きによる人工的
な信号を望ましい信号から除去するために選択的に機能
させられる帯域フィルタを備えるパルスオキシメータ装
置に関するものである。
これを達成するために、フィルタは最初は脈拍に同調さ
せねばならない。更に、脈拍が変化したら、フィルタの
通過帯域が周波数の変化を追従するようにフィルタが更
新させられる。
先に説明したように、動きによる信号を検出する装置が
、入力交流信号の振幅と周波数の変化を調べることによ
り、動きによる影響が存在するか否かを判定する。動き
による影響が存在しないものと判定されると、帯域フィ
ルタは通常のオキシメータアルゴリズムの決定に従って
脈拍に同調させられる。また、望ましい入力交流信号に
大きい、ｔことえば１６倍、過負荷余裕が存在するよう
に、ＡＧＣ装置が入力信号のレベルを帯域フィルタに合
わせて調節する。動きによる信号が存在すると、ＡＧＣ
装置は動作を停止させられて利得レベルを固定し、第５
図に示すように帯域フィルタは帰還ループで構成される
。帯域フィルタの出力はほぼ正弦波状であるから、それ
の出力周波数を決定するためには簡単な周波数検出器た
とえば零交差カウンタが適当である。この周波数検出器
の出力は低域ループフィルタを通る。この低域ループフ
ィルタの出力は帯域フィルタを直接同調する。このよう
にして構成された装置は周波数ロックループすなわちト
ラッキングフィルタである。
したがって、動きによる信号が存在する時は、帯域フィ
ルタは脈拍に同調されてままにでき、脈拍の変化に追従
する。動作中にフィルタは動きによる信号を選択的に除
去し、フィルタから出た交流信号の振幅を正常であると
してオキシメータが使用できる。したがって、患者の動
きによりひき起される酸素飽和度測定値および脈拍の誤
差は小さくされるから有利である。
一例として、本発明の装置を付加６８０００−１０スレ
ーブプロセツサとしてツバメトリックス（Ｎｏｖａｍｅ
ｔｒｉｘ）オキシメータモデル５００に組込んだ。ハー
ドウェアのブロック図を第６図に示す。
デジタル信号処理アルゴリズムに関して、本発明の装置
が第５図に示されている。交流信号が高度な５．５Ｈｚ
帯域フイルタをまず通される。この帯域フィルタは１２
９タツプＦＩＲフイルタであって、最低の帯域フィルタ
サンプリング速度において必要なアンチエイリアシング
フィルタである。
低域フィルタのサンプリング速度は１００１１ｚに固定
される。帯域フィルタは固定された係数を有し、第５図
に示すように、それのサンプリング速度を変えることに
より同調させられる。予測可能な周波数対遅延特性のた
めに有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタが使用され
ている。このフィルタの設計は下記のようないくつかの
相反する要求の結果である。
（ｉ）　　最適アーティファクトか波は狭い通過帯域と
高い阻止帯域除去を必要とし、このことは長いタップ長
のフィルタを意味する。
（１１）　　脈拍の変化に適切に追従するためには広い
通過帯域と高速サーボループ性能を必要とする。
このことは短いタップ長のフィルタを意味する。
１つの適当なフィルタは、サンプリング速度が１５〜８
０Ｈｚ、　−３ｄＢ点が中心周波数の±１６％、阻止帯
−４０ｄＢ除去が中心周波数の±５０％であるようなフ
ィルタである。
【図面の簡単な説明】
第１図は周波数対パワーのスペクトル図、第２図および
第３図はランダムな動きと規則的な動きによる信号妨害
している時の信号の周波数対パワーのスペクトル図、第
４図は望ましいプレスチモグラフ信号からの動きによる
望ましくない信号の除去における本発明の装置の効果を
示すグラフ、第５図はデジタル信号処理アルゴリズムに
よる本発明の装置のブロック図、第６図はハードウェア
のブロック図である。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 図百のξ二・ごＣ内口：ニゴニよなし）＋７４ 手続乎市正書（方式） １．事件の表示 昭和６３年特許願第２０３０４５号 ２、発明の名称 パルスオキシメータ装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ナショナル、リサーチ、ディベロプメント、コーポレー
シ日ン ４、代　理　人　（郵便５号１００） 昭和６３年１１月２日 （発送口　昭和６３年１１月２９０） １父　し′

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、動きによる人工的な信号を望ましい信号から除去す
    るために選択的に機能させられる帯域フィルタを備える
    ことを特徴とするパルスオキシメータ装置。 ２、請求項１記載の装置において、帯域フィルタは脈拍
    を追従するようにされることを特徴とする装置。 ３、請求項１または２記載の装置において、帯域フィル
    タ帰還ループが破られるようにされ、動きによる人工的
    な信号が存在しないと判定された時に標準パルスオキシ
    メータアルゴリズムにより決定された脈拍に同調させら
    れることを特徴とする装置。 ４、請求項１〜３のいずれかに記載の装置において、動
    きによる人工的な信号が存在しないと判定された時に大
    きな過負荷余裕が存在するように、帯域フィルタの入力
    端子に自動利得制御装置が存在することを特徴とする装
    置。 ５、脈拍と動脈血酸素飽和の少なくとも一方を決定する
    ために請求項１〜４のいずれかに記載の装置を使用する
    技術。
JP63203045A 1987-08-14 1988-08-15 パルスオキシメータ装置 Pending JPH01153139A (ja)

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GB878719333A GB8719333D0 (en) 1987-08-14 1987-08-14 Motion artefact rejection system
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