PT88724B - Sistema de oximetria para medir o conteudo de oxigenio no sangue arterial - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

DA

PATENTE DE INVENÇÃO

N.° 88 724

REQUERENTE: CRITIKON, INC . , norte-americana, estabelecida em 4110 George Road, Tampa, Florida 33634, Estados Unidos da América.

EPÍGRAFE: SISTEMA DE OXIMETRIA PARA MEDIR 0 CONTEÚDO DE OXIGÉNIO NO SANGUE ARTERIAL .

INVENTORES: Lawrence Tourek Hersch, Richard Medero e Rush Winglow Hood.

Reivindicação do direito de prioridade-ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883. Estados Unidos da América em 9 de Outubro de 1987, sob o n^e. 107,138.

INPt. MOO 113 R F 1W32

Memória descritiva referente à patente de invenção de CRITIKôN, INC., norte-americana, industrial e comercial, estabelecida em 4110 George Road, Tampa, Florida 33634, Estados Unidos da América (inventores: Lawreace Tourek

Hersch, Richard Federo e Rush V,'inglow Hood, residentes nos 1..U.A.), parc, 31 ΰ.’.Α Dχι» ΟΧIME

TRIA PARA nSDIRO CGNTEÚDC DE LX. GÉNIO NC SANGUE ARTERIAL.

Memória Descritiva

GFPPA presente invenção refere-se a sistemas de oximetria e em particular a um sistema de oxi metria por irnplulsos é uma técnica médica não invasiva útil para a medição de alguns estados vasculares. Na orá tica da técnica faz-se passar luz através de uma parte do corpo do paciente que possua fluxo de sangue arterial. Utiliza-se um sensor para detectar a luz que passa através do corpo e utiliza-se depois as variações na luz dete ctada para diversos comprimentos de onda para se determinar a saturação do oxigénio arterial e/ou ritmos pulsatórios, Pode calcular-se a saturação em oxigénio utilizan do uma forma adequada da equação de absorção clássica conhecida como Lei de Beer.

Na técnica anterior dos sistemas de oximetria produzem-se sinais eléctricos que sejam re- 1 presentativos das transmissões dos dois comprimentos de onda de luz através de tecidos em que exista fluxo de sangue arterial. Estes sinais são fortemente dominados por uma componente essencialmente constante, sendo a conponente representativa do fluxo de sangue pulsatório uma componente muito menor. Normaliza-se o sinal recebido fazendo a sua divisão por um nível de sinal médio referido frequentemente como uma componente DC. Efectua-se a normalização de sinais de ambos os comprimentos de onda para proporcionar amostras de sinal em escalas comparada.

Após a normalização é frequente converter as amostras em valores logarítmicos que se utilizam pósteriormente para calcular a saturação em oxigénic As fórmulas utilizadas para calcular a saturação de oxigénio apresentam-se geralmente na forma de um quociente do expansões de termos em série. Estes cálculos são frequer temente complexos, necessitam de muito tempo de execução e exigem urna substancial capacidade de cálculo.

De acordo com os princípios da presente invenção proporciona-se um sistema de oximetria por impulsos simples mas exa.cto. Os sinais analógicos recebidos a partir da transmissão dos dois comprimentos de onda são controladamente compensados de modo a ocuparem uma porção substancial de domínio de funcionamento dinâmico de um conversor analógico/digitel (A/D). Seguidamente os sinais são controlados até se detectar o fim da diástole. Utiliza-se ó nível do sinal no fim da diástole como valor de referência em conjunto com os sinais que ocorrem durante a sístole. Utiliza-se a sequência de amostras que ocorrem durante a sístole, para calcular um integral de cada sinal de forma de onca durante o interva lo sistólico e seguidamente faz-se a divisão dos valores do integral pelo correspondente valor de referência. No fim da sístole utilizam-se os dois termos assim calculados para os respectivos comprimentos de onda de luz para se obter valor

3ste quociente a uma tabela inter or de le

Referência às figuras:

invenção;

A figura 2 ilustra esquematicamente o circuito utilizado para amplificar a do sinal pulsatório;

A figura ilustra graficamente o figura 2;

A figura representa um fluxogra ma de um programa para computadores utilizado para se determinar a saturação em oxigénio;

A figura 5 computador da figura 4

Tomando como referência em primeiCom um condutor adequado ligam-se ro lugar a figura 1, apresenta-se um sistema de oximetria por impulsos construído de acordo com os princípios da presente invenção dois díodos emissores de luz (LEDS) 12 e 14 a um circuito de alimentação 10, o qual alimenta alternadamente os

Os LEDs transmitem luz em dois comprimentos de

LEiJS onda predeterminados, referidos como vermelho e intraver3 r

melho (IV), atreves õe tecido que contém fluxo de. santjue arterial. A luz transmitida que foi afsctaca pelo fluxo sanguíneo pulsatório é recebida por fotodíodo 16. 0 fotodiodo converte os sinais ópticos recebidos em sinais eléctricos os quais sao transmitidos por um condutor adeO separa as componentes de sinal de infravermelhos (IV), as quais são depois õetectadas por um desm.odulador de amplitude 22.

está descrito mais dispositivo eléc trico para efectuar essas funções par— ticularmente no Pedido de Patente dos Estacios Únicos com o número (CRK-96) depositado em 8 de Outubro de 19tí7 com o título

PULSE 0XIXET3R PLETHYSMOGRAPH SYSTEM

Os sinais separados da banda co vermelho e do infravermelho (IV) são amplificados por um amplificador 24 e transmitidos para um circuito sação 30. O circuito de compensação 30 desvia damente os níveis de sinal da banda do vermelho de compen cont rol ae do infra vermelho (IV) de modo que ocupem uma porção significativa da entrada da zona de funcionamento dinâmico de um conver sor 32 A/D. O conversor 32 a/D digitaliza os sinais da banda do vermelho e do infravermelho (IV) compensados e não compensados, os quais são depois transmitidos para um processador digital 34. O processador digital 34, adian te descrito com maior pormenor, controla as sucessivas amostras de sinal até se detectar o início da sístole. 0 pico do sinal na transmissão da diástole para a sístole é armazenado e efectua-se uma integração de cada forma de onda do sinal durante a sístole. Divide-se cada integral pelo seu nível de sinal de pico armazenado e utilizam-se os dois termos resultantes para calcular um quociente, referido como um valor indexado. 0 valor indexado represen ta uma medição bastante aceitável do grau de saturação em oxigénio do fluxo de sangue arterial. Utiliza-se o valor indexado para acesso a um valor de saturação de oxigénio correspondente numa tabela interior de referência 36, e

irnprime-se este valor numa unidade de visualização 38 comc percentagem da saturação de oxigénio.

O circuito de compensação 30 está esquematicament e representado na figura 2.

Proporcionam-se dois destes circuitos, um para o sinal da banca de ver melho e outro para o sinal da banca do infravermelho (IV) ;

o circuito para o sinal c!a banda cio infravermelho (IV) está apresentado na figura 2, sendo idêntico ao circuito para o sinal da banda do vermelho. Ma figura 2, o sinal Iv está ligado capactivamente por um condensador 4o à entra da de um amplificador 42 de alta impedância, tal como um amplificador FET. Ma união do condensador 40 com a entre da do amplificador 42 existe um interruptor 44. O interruptor 44 é aberto e fechado controladamente pelo processador digital 34 para carregar selectivamente o condensador 40 a partir de uma ponte de tensão compensada v , Os sinais amplificados produzidos pelo amplificador 42 são ligados ao conversor 32 A/D.

O efeito do circuito de compensação consiste em ¹¹ amplificar a componente pulsatória do sinal óptico recebido. 0 circuito efectua esta função desviando o sinal para um nível apropriado predeterminado, sendo amplificado para ocupar uma porção substancial da zona de funcionamento dinâmico do conversor A/D. A Figura 3 explica o modo como ocorre este desvio. No exemplo da Figura 3, a componente IV (t) do sinal IV pulsatório variável no tempo é vista inicialmente no centro de um intervalo variável desde\zero até saturado. Este é o sinal que aparece na ligação do condensador 40, do interruptor 44 e do amplificador 42. No fim da diástole o sinal IV(t) atinge os picos apresentados em 40. O nível do sinal cai durante a sístole para os níveis indicados em 42, após o que o sinal sobe novamente durante a diástole para o nível de 40. Neste exemplo é desejável aumentar os ciclos 40 de modo que estejam próximos do nível de satura5

ção total. A amplificação nível leva-lo-à a ocupar uma de funcionamento dinâmico de subsequente do sinal a este porção substancial da zona um conversor A/D.

Gs primeiros ciclos do sinal 1V44. Nesse momento o condensador 40 possui uma carg tante e liga o sinal IV(t) ao amplificador. o grau é estabelecido pela carga do condensador digital verificará que o nível de sinal é rnuicompensação processador to baixo, e no momento t o interruptor 44 é fechado, placa direita do condensador 40 é agora carregada pela cor rente da fonte de tensão compensada V , obrigando o nível de sinal a subir rapidamente. No momento t tor 44 está aberto e a carga do condensador

A entrada do amplificador 42 segue mas a um nível superior, ruptor 44 está fechado e nível de sinal ainda mais t ant e

Nos momentos t c aberto uma vez mais, ₀ ° interruppermanece cons o sinal IV(t), e t_Q'o inter desviando o para cima t ¹ o sinal à entrada do o sinal IV(t) até se at conforme at é ¹¹ amplificado qual é minimize da

42.

tor tole

Se devido à falta de corrente o nível de sinal IVse desviar para fora do domínio desejado o interrup44 em resposta fecha periodicamente durante a diáspara desviar novamente o sinal. 0 circuito de compensação alimentará sempre o sinal no domínio desejado, o qual se determina pela escolha da tensão de compensação V . No aspecto preferencial da presente invenção é importante desviar o sinal apenas durante a diástole, uma vez que as medições são efectuadas durante a sístole cor forme descrito a seguir.

processador digital 34 é excite do pelos

valores amostrados dos sinais IV(t) e vermelho (t) para proporcionar um valor indexado representativo da de oxigénio saturação s ador

Num aspecto preferencial o proces digital executa um programa para computadoe ilustrado pelo fluxograma da igura 4

As amostras dos sinai s

IV(t) e Vermelho (t) são continuamente controladas ate detectarem os picos de sinal dos sinais não comoen s acos na transição entre a ser efectuado calculando continuamente o diástole e a sístole

Isto declive da ror ma de onda e procurando o ponto de

No aspecto preferencial, os picos de sinal co vas formas de onda do sinal armazenados gração dcs sinal

Os integram tegração sinal

O fim te da

Vermelho .

PI respectiEstes valores de pico são e seguidamente inicia-se o processo circuitos integradores das fornias de de inteonda do integradores das respectivas formas cada sinal compensado durante a sístole os efeitos de ruído, e efectua-se reduz de onda

A insocre o (compensado) amplificado da sístole é indicado pelo ponto de inflexão seguin por uma variação de siII para resolução máxima.

forma de onda do sinal, ou nal

As funções integralJIV e ^Vermelho, efectuadas sobre o intervalo sistólico são combinadas para o cálculo de um valor indexado. Divide-se a função fl V oelo valor IV . armazenado e divide-se a pico função Ç RED pelo valor Vermelho . armazenado. Combi^y pico na-se num quociente as funções divididas o qual define o valor indexado. Utiliza-se depois o valor indexado para acesso a uma tabela interior de referência 36 onde se encontra o valor correspondente da saturação de oxigénio o qual é depois visualizado.

A tabela de referência interna pode ser gerada empiricamente por aplicação dos LEDs e dos fotodíodos a amostras de tecidos com níveis conhecidos de

saturação de oxigénio. À medida em que varia o nível de saturação de oxigénio registam-se os correspondentes valo res indexados e armazenam-se os valores de saturação de oxigénio na Tabela interior de referência correspondentes aos valores indexados.

Tomando como referência a figura

5, oor ge ilustra-se o modo de operação do da figura 4. (A forma de onda o seu valor de pico programa 'para computacompensada IV (T) atinfim da diástole , IV , no max (t) possui uma configuração iaênti ca e atinge o seu valor mesmo te inpo

Por conseguinte a suficiente para descrever ambas).

o integrador sístole (ou IV . pico durante a ^IV2' * * tívo no sucessivo IVy seu ponto respecde onda que se

Guando a forma . , IV . , considerada no

-1 mm e o nível IV , define o max apresenta como área ponteada na figura 5 de onda atinge o seu valor mínimo integrei da forma o fim da sístole, termina a integração da forma

Seguidamente, a forma de onda sobe de novo duran tervalo diastólico seguinte.

em	IV . , mm
de	onda.
te	o in-

Uma vez que o sistema não utiliza a informação durante a diástole para os cálculos dos integrais, é durante este período que o processador digital pode activar o circuito de compensação para reposição do nível do sinal.

Demonstra-se que os valores indexa dos calculados conforme anteriormente referido proporcionam resolução suficiente para uma indicação exacte da saturação de oxigénio.

Claims (1)

1. REIVINDICAÇÕES

   - lâ Sistema de oximetria para medir a saturação em oxigénio no sangue caracterizado por se incorporarem:

   meios para iluminar o tecido contendo sangue arterial com luz de dois comprimentos de onda;

   meios para receber a luz a partir dos referidos meios de iluminação e produzir sinais eléctricos correspondentes dos comprimentos de onda de luz referidos;

   meios para medir os picos dos sinais referidos na transição do sangue iluminado de diástole para a sístole;

   meios para determinar os valores do integral das formas de onda durante a sístole para se obterem os valores do integral;

   meios para combinar os referidos valores do integral e picos de sinal para determinar um valor indexado; e meios que proporcionam uma indicação da saturação em oxigénio do sangue arterial, em resposta ao referido valor indexado.

   Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos meios receptores incluírem meios que proporcionam componentes de sinal separados representativos da luz de dois comprimentos de on da diferentes, em resposta à luz recebida.

   _ ₃a _

   Sistema de cação 2, caracterizado por os referidos meios receptores incluírem adicionalmente meios desmoduladores que proporcionam sinais eléctricos dos dois comprimentos de onda de luz, em resposta aos referidos componentes de sinal separados .

   — Δ β _

   Sistema de acordo com a reivindica ção 3, caracterizado por os referidos meios desrnoduladores serem constituídos por um desmodulador de amplitude.

   - 5a -

   Sistema de acordo com a reivindica ção 1, caracterizado por adicionalmente se incorporarem; meios para converter sinais analógicos em sinais digitais exibindo os referidos meios de conversão uma zona de funcionamento dinâmico à entrada; e meios que possuem umá entrada excitada pelos sinais eléctricos que correspondem aos dois comprimentos de onda de luz referidos e uma saída acoplada à entrada dos referidos meios de conversão, para desviar os níveis dos referidos sinais recebidos para uma porção significativa da referida zona de funcionamento dinâmico à entrada dos referidos meios de conversão.

   Sistema de acordo com a reivindica ção 5, caracterizado por os referidos meios de desvio incluírem uma fonte de tensão de compensação e um condensador que é carregado selectivamente pela fonte de tensão de compensação para desviar os referidos sinais eléctricos .

   - 7s -

   Sistema de acordo com a reivindica ção 5, caracterizado por os referidos meios de conversão serem posteriormeníe acoplados para receber os referidos sinais eléctricos correspondentes aos dois comprimentos de onda de luz que não tenha sido desviada em amplitude.

   8s -