DE69635228T2 - Vorrichtung für die pulsoximetrie durch laserdiode mittels multifaser optischen kabeln und wegwerf faseroptischen sonden - Google Patents

Vorrichtung für die pulsoximetrie durch laserdiode mittels multifaser optischen kabeln und wegwerf faseroptischen sonden Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aussetzen eines lebenden Körpers gegenüber elektromagnetischer Energie und insbesondere eine Vorrichtung zum Aussetzen eines lebenden Körpers gegenüber Laserlichtenergie über mehrfaserige Lichtleitfasern und zum Empfangen von Information in der Laserlichtenergie nach dem Durchtritt der Laserlichtenergie durch den lebenden Körper.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Man kann den Sauerstoffsättigungsgrad im Blutstrom eines Lebewesens bestimmen, indem man die Absorption von zwei verschiedenen Lichtwellenlängen, gewöhnlich rot und infrarot, vergleicht, nachdem das Licht einen blutgesättigten Abschnitt des Körpers durchquert hat. Bei Menschen ist der Abschnitt des bestrahlten Körpers in der Praxis gewöhnlich ein Finger, Ohrläppchen, Fuß oder die Nase. Diese Aufgabe wird gewöhnlich mit Hilfe von zwei Leuchtdioden bewerkstelligt, und zwar mit einer, die rotes Licht emittiert und einer, die Infrarotlicht emittiert. Die Dioden werden in Kontakt mit der Haut untergebracht, und die Photodioden zeichnen jeweils die hindurchgelassenen Mengen Licht aus jeder Quelle auf.
  • Dieses Verfahren des Standes der Technik weist eine Reihe von Problemen auf. Es ist wichtig, dass die Wellenlängen des Lichts gründlich gesteuert werden, so dass die Menge des absorbierten Anteils des einfallenden Lichts kalibriert wird, und die Daten daher genau sind. Bei Leuchtdioden (LEDs) variiert die dem Massenproduktionsverfahren eigene Wellenlänge stark. Die tatsächliche Wellenlänge des erzeugten Lichts hängt auch von der angelegten Spannung ab. Man kann daher die Wellenlänge des von einer LED erzeugten Lichts für dieses Verfahren festlegen, indem die Wellenlängen-Veränderlichkeit des einzelnen LED an eine spezifische angelegte Spannung angepasst wird. Die an die LED angelegte spezifische Spannung kann festgelegt werden, indem man eine Reihe von Widerständen mit einer bekannten konstanten Spannungsquelle verwendet. Ein Problem bei diesem Ansatz ist, dass jede einzelne LED behandelt werden muss. Die LED muss kundenspezifisch angefertigt werden, indem sie an einen spezifischen Satz von Widerständen angepasst wird. Dieses Verfahren ist zeitraubend und teuer. Ohne diese kundenspezifische Anpassung erfordert diese Technik gewöhnlich eine ausgiebige Kalibrierung der Kalibrierungsausrüstung. Dies führt zu einem Langzeitproblem der Sensoraustauschbarkeit von Einheit zu Einheit und zwischen Teilchen von Konkurrenzausrüstung.
  • Ein weiteres Problem des Standes der Technik ist, dass die LED gewöhnlich mit der Haut des zu behandelnden Patienten direkt zusammenkommt. LEDs sind gewöhnlich zu 20 bis 30 Prozent effizient; daher gehen 70 bis 80 Prozent der angelegten elektrischen Leistung in der Form von Wärme verloren. Gelegentlich kommt es aufgrund dieses Wärmeüberschusses bekanntlich zu Verbrennungen bei dem Patienten, insbesondere wenn Sensoren des Standes der Technik für die Kinder- und Neugeborenen-Pflege verwendet werden.
  • Die beiden LEDs, die die beiden für die Messung notwendigen Wellenlängen produzieren, kommen im Stand der Technik nicht gemeinsam vor. Demzufolge ist der Weg der beiden verschiedenen Lichtformen unterschiedlich, und wenn der Patient sich bewegt, können die Wege variieren und unterschiedlich variieren. Dies trägt zu einem Effekt bei, der in der Gemeinschaft als Bewegungsartefakt bekannt ist. Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt von der Absorption ab, die nur aufgrund der unterschiedlichen Absorption im Blut variiert. Daher können verschiedene Wege zu Absorptionsvariationen führen, die nicht vom Blut abhängen, und können folglich die Messung des Blutsauerstoffs verschlechtern. Ein Hauptproblem bei der Technologie des Standes der Technik sind die resultierenden Fehlalarme.
  • Der Wellenlängenbereich einer LED-Lichtquelle hat zwar eine sehr schmale Wellenlängenspannweite im Vergleich mit einer Glühquelle, jedoch ist dieser immer noch sehr breit. Eine Schwierigkeit bei Messsystemen auf LED-Basis ist daher das Herausfiltern von anderem Lichtstrahlen (wie Raumlicht), die Teil der Umgebung sind und nicht der gewünschten Lichtquelle. Im Stand der Technik kann das Raumlicht die Messung verschlechtern.
  • Zwei zusätzliche Probleme des Standes der Technik sind die Sondenpositionierung am Finger und die Hautpigmentierung. Bei fast 100% der Fälle, bei denen der Stand der Technik verwendet wird, muss das Pflegepersonal die Sonde anlegen und erneut positionieren, damit ein so starkes Signal erhalten wird, dass sich das System kalibrieren kann und es arbeiten kann. Dieses Verfahren ist zeitaufwändig und teuer. Der Stand der Technik arbeitet auch bekanntlich nicht gut bei Individuen mit stark pigmentierter Haut.
  • In vielen Fällen sind die Sondenabschnitte der Pulsoximeter der derzeitigen klinischen Praxis als Wegwerfware ausgelegt. Die Sonde enthält bei solchen Pulsoximetern sowohl Rotlicht- als auch Infrarotlichtquellen sowie den Photodetektor. Der Photodetektor ist gewöhnlich eine Silicium-Photodiode. Da der Sondenabschnitt nach dem Gebrauch weggeworfen wird, müssen dessen Kosten so niedrig wie möglich gehalten werden, damit er praktikabel und kostengünstig ist. Der Bedarf zur Entsor gung der Lichtquellen mit der Sonde erschwert die Kostenreduktion unter ein bestimmtes Maß. Insbesondere, wenn die Lichtquellen LEDs sind (die an sich nicht besonders teuer sind) müssen sie einzeln überprüft und gehandhabt werden. Dies beruht auf der Tatsache, dass man bei der Herstellung der LEDs im großen Maßstab schwer sicherstellen kann, dass die Arbeitswellenlänge einer LED hinreichend konstant bleibt, dass das Auftreten von Fehlern in der frequenzabhängigen Pulsoximetriemessung umgangen wird. Ein Verfahren zur Lösung dieses Problems das im Stand der Technik üblich ist, ist das Sortieren der LEDs nach der Herstellung und das Codieren jeder Sonde auf eine Weise, dass die Pulsoximetrieeinheit diese Wellenlängenabweichung korrigieren kann. Diese einzelne Handhabung der Sonde erfordert die Bemühung, die die Kosten der Sondenherstellung vergrößern.
  • Man kann ein Pulsoximeter herstellen, wobei die Lichtquellen nicht direkt auf dem Ende der Sode untergebracht sind, sondern stattdessen fern am Ende der Lichtleitfaser, wie gezeigt in EP 0702931 A1 oder US 5,103,829 . EP0586025 A offenbart eine ähnliche Anordnung, wobei eine Halogenlichtquelle fern der Sonde an dem Ende einer Lichtleitfaser zum Bestimmen der Blutgasparameter untergebracht wird. An sich befassen sich diese Techniken nicht mit der Kosteneffektivität der Wegwerfsonden, da die Lichtleitfaser gewöhnlich nicht als Wegwerfgegenstand ausgelegt ist. Wegwerfsonden sind gewöhnlich untragbar teuer. Dieses Problem kann jedoch gelöst werden, indem ein kleiner Wegwerfabschnitt der Lichtleitfaser am Ende der Hauptlichtleitfaser über einen vereinfachten Steckanschluss angeschlossen wird.
  • Die Verwendung dieses kleinen Wegwerfabschnitts wird stark durch die Verwendung von Lasern als Lichtquelle im Oximeter vereinfacht, weil man eine effiziente Übertragung von Licht aus der Lichtquelle zu einer Lichtleitfaser und von einer Faser zu einer anderen Lichtleitfaser bereitstellen kann, wenn Laser verwendet werden. Im vorliegenden Patent werden zwei grundlegende Kategorien des Sonden-Designs beschrieben: 1) Sonden, die von Natur aus reine Faseroptiken sind. und 2) Sonden, die ein Hybrid aus Faseroptik und herkömmlicher Elektronik sind. Beide Kategorien der Designs haben signifikante Kosten- und Leistungsvorteile gegenüber der derzeitigen Praxis.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung (10) zum Übertragen von Laserlicht durch einen Abschnitt eines lebenden Körpers (25) bereitgestellt, umfassend: (a) eine erste Quelle für Laserlicht (12) mit einer ersten Frequenz: (b) eine zweite Quelle für Laserlicht (12) mit einer zweiten Frequenz; (c) eine erste Lichtleitfaser (14) zum Leiten des Laserlichts mit den ersten und zweiten Frequenzen von den ersten und zweiten Quellen in die Nähe des Teils des lebenden Körpers, wobei die erste Leitfaser einen Hauptteil (26) zum Aufnehmen des Laserlichts von den ersten und zweiten Quellen und einen distalen Anteil (22) zum Leiten des Laserlichts von dem Hauptteil der ersten Leitfaser in die Nähe des Teils des lebenden Körpers aufweist; (d) ein Erfassungssystem (16) zum Aufnehmen der ersten und zweiten Signale, die den ersten und zweiten Laserlichtfrequenzen entsprechen, nachdem das Laserlicht den Teil des lebenden Körpers passiert hat,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungssystem umfasst:
    (1) einen distalen Teil (30, 32) zum Aufnehmen der ersten und zweiten Signale, wobei der distale Teil Vorrichtungen zum Umwandeln des durchgelassenen Laserlichts in erste und zweite elektrische Signale umfasst; und (2) einen Hauptteil (34) zum Leiten der ersten und zweiten Signale zu einem Messsystem, das die ersten und zweiten Signale interpretiert; und (e) mindestens einen Koppler (28), mit dem der Hauptteil herausnehmbar angeschlossen wird an den distalen Teil der ersten Leitfaser an einer Stelle abseits der ersten und zweiten Quellen und näher an dem Teil des lebenden Körpers als zu den ersten und zweiten Quellen, und mit dem der Hauptteil herausnehmbar angeschlossen wird an den distalen Teil des Erfassungssystems an einer Stelle abseits des Messsystems und näher an dem Teil des lebenden Körpers als zum Messsystem.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform.
  • 1a eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Lichtleitfaserkopplers der 1.
  • 1b eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Elementes.
  • 2a eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer nicht-erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
  • 2b eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform eines Paars von Endoptiken zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sonde.
  • 2c eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform einer Endoptik zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sonde.
  • 3a ist eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer nicht-erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
  • 3b ist eine Detailansicht einer dritten Ausführungsform einer Endoptik zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sonde.
  • 4 eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
  • 5a ist eine schematische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
  • 5b ist eine Querschnittsansicht der Sonde von 5a.
  • 6a ist eine schematische Darstellung einer fünften bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
  • 6b ist eine perspektivische Ansicht der fünften bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
  • 7 ist eine schematische Darstellung einer sechsten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
  • Eingehende Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen
  • Die Erfindung bewältigt sämtliche der vorstehend für den Stand der Technik aufgeführten Probleme. Die 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer nicht-erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Lichtquelle 12, eine ersten Lichtleitfaser 14, und eine zweite Lichtleitfaser 16 (was insgesamt der Detektorabschnitt der Vorrichtung 10 ist). Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lichtquelle 12 ein Paar Standard-Diodenlaser (die nicht kundenspezifisch sind), die jeweils als erste und zweite Quellen für elektromagnetische Energien dienen. Eine elektromagnetische Energie hat eine Frequenz, die Rotlicht entspricht, und die andere elektromagnetische Energie hat eine Frequenz, die Infrarotlicht entspricht. Diese Diodenlaser sind nicht in Kontakt mit dem Patienten. Statt dessen leiten die Diodenlaser das Licht durch die erste Lichtleitfaser 14, die aus einem oder mehreren Lichtleitfasersträngen besteht. Diese Faserstränge können entweder aus einer einzelnen Faser oder einem Faserbündel bestehen. Das Licht aus den Lasern wird in die erste Lichtleitfaser 14 mit einem herkömmlichen Strahlteiler eingebracht, wie einem dichroitischen Strahlteiler. Der dichroitische Strahlteiler erlaubt, dass das Laserlicht aus einem der Diodenlaser geradewegs in die erste Lichtleitfaser 14 übertragen wird, und bewirkt, dass das Laserlicht aus dem anderen Diodenlaser aus einer anderen Richtung (beispielsweise 90 Grad zu dem geraden Weg des Lichts aus dem ersten Diodenlaser) in die erste Lichtleitfaser 14 reflektiert wird.
  • Bei herkömmlichen Fasersträngen, die aus einem Bündel von Lichtleitfasern bestehen (gewöhnlich von mehreren Fasern bis zu Tausend Fasern) wie nachstehend beschrieben wird, kann eine effiziente Kopplung von Laserlichtenergie durch die Verwendung von Abbildungslinsen an den Enden des Lichtleitbündels bewerkstelligt werden. Die Linsen sollten eine 1:1-Abbildung des am Ende des Bündels dargestellten Bildes bereitstellen. Sind zwei Lichtleitfasern mit den Enden zueinander platziert, kann die gewünschte 1:1-Abbildung durch Indexierungs- (oder "Taktgebungs-") Vorrichtungen bewerkstelligt werden, die bewirken, dass jede der Fasern in einem Bündel im Wesentlichen mit den entsprechenden Fasern im anderen Bündel ausgerichtet wird. Mit der Linse kann man zudem das Bild, das sie von einem Lichtleitbündel vor der Übertragung zum anderen Lichtleitbündel erhält, leicht defokussieren, damit die Übertragung der Laserlichtenergie effizient bleibt.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform liefern beide Diodenlaser das Licht durch einen einzelnen Lichtleitfaserstrang (der viele Leiter aufweisen kann). Die Frequenz des Laserlichts wird während der Herstellung genau geregelt, so dass kein zusätzliches Abstimmen des Lichts erforderlich ist. Zudem wird im Gegensatz zur Praxis des Standes der Technik die Laserlichtquelle im erfindungsgemäßen System nicht nach jeder Verwendung entsorgt. Stattdessen befindet sich die Laserlichtquelle 12 in einem Messinstrument 18. Das Messinstrument 18 kann entweder eine Einheit sein, die im Stand der Technik bekannt ist oder eine spezielle Einheit, die dazu ausgelegt ist, dass sie elektrische Signale interpretiert, die von der zweiten Lichtleitfaser 16 erzeugt werden.
  • Die Technik der Faserabgabe, die Teil dieses erfindungsgemäßen Systems ist, eliminiert bei Kombination mit LEDs statt mit Lasern die Notwendigkeit für eine kundenspezifische Anpassung, die im Stand der Technik verwendet wird.
  • Zudem reduziert das erfindungsgemäße Abgabeverfahren den "Bewegungsartefakt", da beide Lichtwellenlängen von der gleichen physikalischen Stelle (dem Faserbündel) kommen. Die Reduktion des Bewegungsartefaktes reduziert bzw. eliminiert gänzlich Fehlalarme, wodurch die Sicherheit des Systems vergrößert wird. Damit das Bedienungspersonal den Abschnitt des Messsystems entsorgen kann, der mit dem Patient in Kontakt kommt (was aufgrund von Sterilisierungsbelangen erforderlich ist), verwendet die erste Lichtleitfaser 14 des erfindungsgemäßen Systems einen Koppler 20 und eine kurze Länge 22 des Lichtleitfaserstrangs in dem Abschnitt, der in einem optischen Element 24 endet, das mit einem Abschnitt 25 (wie einen Finger) des Patienten zusammenkommt. Die erste Lichtleitfaser 14 beinhaltet auch einen Hauptfaserstrang 26, der an die Quelle 12 (einschließlich des Lasers) angeschlossen ist und mit der kurzen Länge 22 des Faserkabels über einen Kunststoffstecker 28 verbunden ist, welcher Optiken enthält, die dazu ausgelegt sind, dass sie das Licht vom Hauptlichtleitstrang 26 in die kurze Länge 22 des Faserstrangs abbilden. Diese kurze Länge 22 des Faserstrangs ist billig und hält die Kosten des Wegwerf-Abschnitts des Systems auf einem Minimum (die viel niedriger als die Kosten des Standes der Technik sind, wobei die kundenspezifisch angepassten Lichtquellen selbst verworfen werden). Die beiden Lichtwellenlängen kommen von der gleichen physikalischen Stelle (der kurzen Länge 22 des Faserstrangs und des optischen Elements 24). Das erfindungsgemäße Zufuhrverfahren reduziert den "Bewegungsartefakt", da beide Wellenlängen von der gleichen physikalischen Stelle kommen, d.h. einem einzelnen optischen Lichtleitfaserstrang. Die Erfindung eliminiert den Bedarf an einer Ausrüstungskalibrierung und teurer Software.
  • Die 1a ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Lichtleitfaserkopplers 20. Der Kunststoffstecker 28 beinhaltet den Faseroptikkoppler 20 (und möglicherweise einen Faseroptikkoppler 36 – der anschließend beschrieben ist). Die bevorzugte Ausführungsform des Lichtleitfaserkopplers 20 soll die Faserstränge 22 und 26 aufnehmen, welches mehrfaserige Lichtleitfaserstränge sind. Die mehrfaserigen Lichtleitfaserstränge ermöglichen eine billige Kopplung zwischen den Fasersträngen 22 und 26, die ebenfalls einen großen Signalempfangsbereich aufweisen, welcher ermöglicht, dass ein gutes Signal-Rauschen-Verhältnis aufrechterhalten wird.
  • Die Mehrfaserlichtleitstränge werden in Bezug auf den Koppler 20 indexiert, so dass die Übertragung von Lichtenergie aus dem Faserstrang 26 zum Faserstrang 22 maximiert wird, indem die Fasern in den Fasersträngen 22 und 26 zueinander ausgerichtet werden. Die Drehausrichtung der Faserstränge 22 und 26 wird durch die Indexierung bewerkstelligt.
  • Der Koppler 20 umfasst eine herkömmliche Abbildungslinse 29, die eine 1:1-Abbildung des Faserstrangs 26 auf das Ende des Faserstrangs 22 liefert. Obgleich diese Anordnung arbeitet, wenn die Faserstränge 22 und 26 und die Linse 29 voneinander beabstandet sind, so dass ein genau fokussiertes Bild des Endes des Lichtleitstranges 22 auf dem Ende des Faserstranges 26 gebildet wird, kann es vorteilhaft sein, den Abstand dieser Komponenten zu justieren, damit eine leichte Defokussierung des Bildes des Endes des Lichtleitfaserstranges 22 auf dem Ende des Faserstrangs erzeugt wird. Dies ermöglicht kleine Fehlausrichtungen der Komponenten, die während der Herstellung eingebracht werden.
  • Die Verwendung entfernt befestigter Laser ermöglicht die Verwendung äußerst heller Quellen (einschließlich entfernter LEDs) verglichen mit dem Stand der Technik. Die Laserquellen haben eine sehr schmale Wellenlänge, die eine effiziente Unterscheidung des Signals vom Raumlicht durch die Verwendung schmalbandiger optischer Filter ermöglichen. 1 zufolge liefert die kurze Länge 22 des Faserstrangs nur Licht zum Patient; der Überschuss von Wärme aufgrund der inneren Ineffizienz sämtlicher Lichtquellen wird am anderen Ende der kurzen Länge 22 der Lichtleitfaser des Patienten abgeführt. Diese Anordnung eliminiert jegliche Wahrscheinlichkeit, dass sich der Patient durch Abwärme verbrennt.
  • Die zweite Lichtleitfaser 16 kann einen von zwei Konfigurationen aufweisen. Bei einer nicht-erfindungsgemäßen Konfiguration umfasst die zweite Lichtleitfaser 16 ein optisches Element 30 und eine kurze Länge 32 des Lichtleitfaserstrangs, der am Hauptstrang 34 über Koppler 36 angeschlossen ist (welcher der Gleiche sein kann wie der Koppler 20). Der Hauptstrang 34 ähnelt dem Hauptfaserstrang 26. In diesem Fall umfasst die bevorzugte Ausführungsform das optische Element 30, das eine sehr kleine Kunststoff-Lichtsammeloptik ist (beugend und/oder brechend), welche mit dem Patienten-Ende der kurzen Länge 32 der Lichtleitfaser verbunden ist. Die Optik sammelt das transmittierte Licht und fokussiert es in das Faserbündel. Hinter dem Koppler 36 befindet sich der Stecker, der die beiden Fasern in der kurzen Länge 32 des Lichtleitfaserstrangs mit der Hauptfaser 34 verbindet. Die Hauptfaser 34 ist eine Länge des nicht wegwerfbaren Lichtleitfaserstrangs. Bei einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Konfiguration umfasst der Wegwerfabschnitt eine kurze Länge 32 des Lichtleitfaserstrangs, herkömmliche Photodetektoren (wie Photodioden, Photomultiplier-Röhren, CdS-Sensoren, usw., nicht gezeigt), und einen Stecker (nicht gezeigt), der die kurze Länge 32 des Lichtleitfaserstrangs und einen elektrischen Aufnahmestecker koppelt, so dass elektrische Signale mit der Hauptfaser 34 befördert werden.
  • 1b ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Elemente 24 und 30. Jedes der optischen Elemente 24 und 30 befindet sich sehr nahe an Abschnitt 25 des Körpers des Patienten. Das optische Element 24 umfasst ein Gehäuse 40, das ein optisches Element 42 und Vorrichtungen (nicht gezeigt) zum Aufnehmen der kurzen Länge 22 des Lichtleitfaserstrangs enthält. Das optische Element 42 empfängt Laserlicht von dem Ende der kurzen Länge 22 des Faserkabels und leitet das Laserlicht um und fokussiert es in den Abschnitt des Körpers des Patienten. Das optische Element 42 leitet das Laserlicht um und fokussiert es durch Brechung durch den Körper des optischen Elementes 24 (das vorzugsweise aus einem billigen Kunststoffmaterial besteht), oder durch Beugung von einer billigen reflektierenden Beschichtung 44 auf dem optischen Element 24 oder durch Kombination von beidem.
  • Das optische Element 30 umfasst entsprechend ein Gehäuse 50, das ein optisches Element 52 und Vorrichtungen (nicht gezeigt) zum Aufnehmen der kurzen Länge 32 des Lichtleitfaserstrangs enthält. Das optische Element 52 empfängt das Laserlicht, das durch den Abschnitt 25 des Körpers des Patienten transmittiert wurde und leitet das Laserlicht um und fokussiert es auf das Ende der kurzen Länge 32 des Lichtleitfaserstrangs. Das optische Element 52 leitet das Laserlicht um und fokussiert es durch Beugung durch den Körper des optischen Elementes 30 (das vorzugsweise aus einem billigen Kunststoffmaterial besteht), oder durch Beugung von einer billigen reflektierenden Beschichtung 54 auf dem optischen Element 30 oder durch Kombination von beidem.
  • Das optische Element 24 wird sehr nahe zum Abschnitt 25 des Körpers des Patienten gehalten, um das Austreten von Licht um den Abschnitt 25 des Körpers des Patienten zu minimieren, so dass das System 10 nur Laserlicht empfängt, das durch den Abschnitt 25 des Körpers des Patienten gelangt war.
  • Die Verfahren zum Umleiten des Laserlichts (wie oben beschrieben) sind dem Fachmann auf dem Gebiet des Designs optischer Elemente geläufig. In dieser Anmeldung verbessern diese Verfahren jedoch drastisch die Effizient der Messung und reduzieren Artefakte durch Einschränken des Sichtfeldes des Sensors 10 zum Abschnitt 25 des Körpers des Patienten.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform werden Laser und Detektoren an einen Interface-Schaltkreis im Pulsoximetriesystem angepasst. Dieser Schaltkreis täuscht das Verhalten der derzeitigen Sensortechniken vor. Auf diese Weise können existierende Pulsoximetriesysteme in Zusammenhang mit dieser neuen Sensortechnologie verwendet werden.
  • Die Erfindung beseitigt die Anforderung des Standes der Technik zum Anpassen oder Verwerfen von Komponenten. Dies wiederum führt zu einem einfachen Softwareprogramm, das den Bedarf an einer Kalibrierung und Nachschlagetabellen und reduzierten Kosten des Wegwerfabschnitts der Sonde eliminiert. Zudem ermöglicht die Verwendung von Lasern die signifikante Steigerung der Signal-Rauschen-Verhältnisse, während das Problem der Abwärme, die auf der Haut des Patienten verloren geht, eliminiert wird.
  • Ein weiterer Vorteil, den die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik bereitstellt, ist die Eliminierung einer elektrischen Erdung. Aufgrund der inneren Eigenschaft des erfindungsgemäßen Systems wird der Antenneneffekt des Steckerkabels eliminiert, wodurch das Signal-Rauschen-Verhältnis verstärkt wird. Darüber hinaus stellen die natürlichen Eigenschaften des Kunststoffkabels eine hochgradige Isolation und eine Isolation gegen jegliche elektrische Streuströme bereit.
  • In den heutigen Krankenhausumgebungen sind zwei der größten Belange die Kostendämmung und die Kreuzkontamination einer infektiösen Erkrankung. Die Erfindung stellt eine wahre Wegwerfvorrichtung bereit, deren Herstellungskosten verglichen mit den Wegwerfsensoren des Standes der Technik reduziert sind. Zugleich ist die Leistung verglichen mit dem Stand der Technik erhöht.
  • Neben den Vorteilen der Rauschen-Reduktion und der Reduktion des Bewegungsartefaktes reduziert die Erfindung das momentane Problem ungenauer Sättigungsablesungen aufgrund von Hautpigmentierung. Der Stand der Technik ist gegenüber fehlerhaften Ablesungen anfällig, die durch niedrige Signalmengen verursacht werden, welche durch übermäßige Lichtabsorptionseigenschaften bestimmter Hautpigmentierungen induziert wird.
  • Das Problem fehlerhafter Ablesungen wird derzeit durch Verwendung von Hochintensitäts-LEDs unangemessen angegangen. Dies führt zu einem erhöhten Sicherheitsrisiko aufgrund des Potentials für Verbrennungen, insbesondere bei Neugeborenen-, Kinder- und pädiatrischen Bevölkerungen. Der neue Stand der Technik lindert dieses Problem, indem größere Mengen Licht (und keine Abwärme) aus der entfernten Quelle zugeführt werden. Das System ist auch innerlich immun gegenüber Lichtinterferenz von außen, was Fehlalarme reduziert.
  • Aufgrund der Verwendung einer Laserlichtquelle werden die üblichen schwierigen Fälle, d.h. schlechte Perfusion, hochpigmentierte Haut und spezifische Erkrankungszustände, eliminiert. und bürden dem neuen System keine besondere Herausforderung auf.
  • Der erfindungsgemäße Hauptinstrumentenanteil besteht aus den Übertragungs-Lasern, Empfangs-Detektoren (oder Elektronik) und einer Elektronik-Packung wie oben beschrieben. Der Hauptinstrumentenanteil ist so ausgelegt, dass die Vorrichtung die Signale aus dem Stand der Technik emuliert. Dies ist vorteilhaft, da die Anwender, die zum erfindungsgemäßen Verfahren und zur erfindungsgemäßen Vorrichtung überwechseln, die Hauptinstrumentenvorrichtung, die sie momentan verwenden, nicht ersetzen müssen. Dies spart Ausgaben, und zwar sowohl bei der Anschaffung der Ausrüstung als auch beim Umlernen der Anwender.
  • Ein Aspekt dieser Erfindung betrifft eine Reihe von spezifischen Designs, die die Verwendung von Wegwert-Lichtleitfaser-Pulsoximetriesonden praktisch und billig machen. Es gibt drei primär bevorzugte Ausführungsformen, die eingehend nachste hend beschrieben werden. Jedes dieser Designs soll zusammen mit der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Lichtleitfaser-Pulsoximetrie zusammenarbeiten. Die Designs sind in den 2, 3 und 4 veranschaulicht.
  • 2a ist eine schematische Darstellung einer nicht-erfindungsgemäßen ersten bevorzugten Ausführungsform einer Pulsoximetriesonde. Das primäre Design besteht aus einer Sonde mit zwei gesonderten Lichtleitfaserwegen. Diese Wege sind entweder eine Einzelfaser oder eine Ansammlung von Fasern in einer einzelnen Schutzleitung. Eine solche Ansammlung von Fasern wird oft als Faserbündel bezeichnet. Die 2b ist eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform eines Paars von Endoptiken zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sonde. Die 2c ist eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform einer Endoptik zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sonde.
  • Die Sonde 60 der 2a–c besteht aus mehreren funktionellen Untergruppen, die zusammen eine abnehmbare Sonde bilden, welche das Laserlicht zu einem Finger 25 (oder einem anderen Körperteil) übertragen kann, das Licht durch den Finger 25 projizieren kann, das übertragene Licht empfangen kann und das empfangenen Licht zu dem permanenten Faserbündel 64 zurückleiten kann. Diese funktionellen Untergruppen sind ein Steckerkörper 66 (einschließlich der passenden Steckerkörper 66a und 66b), Faseroptiken 68 und 70, die das Licht übertragen und empfangen, die Endoptiken 72 und 74, die das Licht projizieren und sammeln, und das Substrat 76, das die Endoptiken 72, 74 und ihre jeweiligen befestigten Faseroptiken 68 und 70 in Kontakt mit dem Patient hält.
  • Der Stecker 66 selbst besteht aus einer Reihe von Komponenten. Insbesondere gibt es die passenden Steckerkörper 66a und 66b, die derart geformt sind, dass sie für eine einzelne Orientierung eingegeben werden. Dadurch wird verhindert, dass das Bedienungspersonal die Sonde 60 an den permanenten Lichtleitfaserstrang 64 falsch anschließt. Gewöhnlich besteht der Steckerkörper aus Nylon oder einem anderen harten stabilen Kunststoff. Die beiden Faseroptiken 68 und 70 sind in dem Steckerkörper 66b eingebettet. Jeder dieser Faseroptiken 68 und 70 ist von einer sich verjüngenden Hülse 90, 92 umgeben, und zwar im Steckerkörper 66b (und ähnlich im Steckerkörper 66a). Die Hülsen 90 und 92 gewährleisten, dass die entsprechenden Optiken 68 und 70 korrekt ausgerichtet werden, wenn der Steckerkörper 66b am permanenten Faserstrang 86 befestigt ist, indem er zum Steckerkörper 66a angepasst wird. Diese Hülsen 90, 92 bestehen gewöhnlich aus einem sehr stabilen Material, wie aus Metall oder Polycarbonat-Kunststoff, während es möglich ist, dass der Steckerkörper 66 aus einem nachgiebigeren Material bestehen kann. Die Faseroptiken 68 und 70 selbst, die entweder einzelne Fasern oder die als Faserbündel bezeichneten Fasergruppen sein können, befördert dann das Licht vom Steckerkörper 66a und Steckerkörper 66b. Einer dieser Lichtleitfaserstränge ist so ausgelegt, dass er sämtliche ausgehenden Laserfrequenzen (gewöhnlich zwei Frequenzen, jedoch können es auch mehrere Frequenzen sein) befördert.
  • Gewöhnlich sind die Faseroptiken 68 und 70 etwa 1 Fuß lang und enden an den Endoptiken 72 und 74. Beide Endoptiken 72 und 74 sind von ähnlichem Design und haben das allgemeine Aussehen eines Prismas 93 (gewöhnlich in der Größenordnung von einigen wenigen Millimetern). Diese Endoptik ist mindestens so ausgelegt, dass das Laserlicht, das von dem Ende der Faser emittiert wird, so gedreht wird, dass es fast senkrecht auf den Finger des Patienten (oder auf eine andere Stelle) trifft. Durch Krümmung der gewinkelten Oberfläche der Endoptik kann man den Strahl fester in den Patienten fokussieren, damit die einfallende Intensität vergrößert wird, oder damit der Bereich der Beleuchtung eingeschränkt wird. Gewöhnlich werden die oberen Ränder 94 der Endoptiken 72 und 74 wie in den 2b und 2c gezeigt, getrimmt. Zudem können ebenfalls wie in den 2b und 2c gezeigt die angewinkelten Oberflächen 96 der Optiken 72 und 74 eine solche Krümmung dazu aufweisen, dass ein Strahl 98 in den Patienten fokussiert wird, oder das Licht effizienter im Fall der Empfangsendoptik 74 gesammelt wird.
  • Das von der Kombination aus Faser und Endoptik emittierte Licht durchquert dann den Finger oder einen anderen Körperteil, wo die beiden verschiedenen Frequenzen unterschiedlich durch das Hämoglobin im Blut absorbiert werden. Das vom Körper gestreute Licht fällt dann in eine ähnliche Endoptik ein (die sich hinsichtlich der Größe und der optischen Leistung unterscheidet, aber sehr viel ähnlicher aussieht). Diese Optik sammelt das gestreute Licht und koppelt es in die zweite Faseroptik, die gewöhnlich ein Faserbündel ist. Das gesammelte Licht wandert entlang der zweiten Faseroptik zum Stecker. In dem Stecker ist die zweite Faseroptik in einem gerieften Mantel eingeschlossen, damit eine korrekte Platzierung im Stecker gewährleistet ist. In dem Stecker wird dieses Licht über eine Abbildungslinse, wie vorstehend offenbart, zu dem Haupt-Lichtleitfaserstrang übertragen, wo das Licht zum Empfänger befördert wird. Wie ersichtlich gibt es in diesem Design keine elektronischen Komponenten innerhalb der Wegwerfsonde (abnehmbaren Sonde).
  • Die Endoptiken 72 und 74 können zusätzliche Modifikationen aufweisen. Eine dieser Modifikationen ist der Einschluss eines kleinen Satzes von Verlängerungen oder Füßen 100, deren Zweck es ist, die korrekte Orientierung der Endoptiken 72 und 74 relativ zum Substrat 76 zu gewährleisten, an dem die Endoptiken 72 und 74 befes tigt werden. Wird das Substrat 76 um den Patientenfinger gewickelt, werden die Endoptiken 72 und 74 mit ihren Füßen 100 gegen den Patientenfinger gewickelt. Folglich gewährleistet ein breiterer Stand der Füße 100 eine korrekte Orientierung der Endoptiken 72 und 74.
  • Eine weitere Modifikation der Endoptiken 72 und 74 ist die Aufnahme einer halbkugeligen (oder nahezu kugeligen) Optik 104 am Ende der Faseroptiken 72 und 74 unmittelbar vor dem Prismenabschnitt 93. Das gleiche Ergebnis kann durch kugelförmiges Polieren des Endes der Faseroptiken 72 und 74 im Falle einer einzelnen Faser erhalten werden. Diese bewirkt die Kollimation oder leichte Fokussierung des von den Faseroptiken 72 und 74 emittierten Lichts.
  • Dieses emittierte Licht hat gewöhnlich die Form eines sich rasch ausdehnenden Kegels und durch dessen Kollimation wird die Effizienz der Primenanteile der Endoptiken 72 und 74 stark verbessert. Ähnliche Modifikationen können an der Empfänger-Endoptik 74 vorgenommen werden. Die Empfänger-Endoptik 74 wird an die Rückleit-Faseroptik 70 angeschlossen, die entweder eine einzelne Faser oder ein Faserbündel ist. Zudem kann diese Faseroptik 70 aus Glas oder Kunststoff sein. Bei einer Kunststoff-Faseroptik kann man eine permanente Biegung oder eine bleibende Verformung in die Faseroptik 70 während der Herstellung durch die Einwirkung von Wärme und Druck erzeugen. Man kann eine solche bleibende Verformung in die Rückleitfaser in dem Bereich einbauen, wo sie und das Substrat um die Fingerspitze gewickelt sind. Dies unterstützt die korrekte Platzierung der Sonde am Finger.
  • Die 3a ist eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer nicht-erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde. Dieses Design der Sonde 118 ähnelt dem Design der 2a–c mit einigen signifikanten Änderungen. Dieses Design hat einen eingegebenen Stecker ähnlich dem des Steckers 66, der in den 2a–c gezeigt ist, aber in diesem Fall gibt es zwei bestimmte Faseroptiken 68a und 68b, die zur Abgabe von Licht an den Patienten verwendet werden. Eine Faseroptik 68a ist für das rote Licht, und die andere Faseroptik 68b ist für das infrarote Licht zuständig. Diese Trennung der Lichtleitfaser 68 wird in der permanenten Lichtleitfaser 86 reflektiert, die auch zwei bestimmte Fasern (86a und 86b) für das transmittierte Licht aufweist. Durch diese Maßnahmen kann man einen Vorteil für das als Pigtailing bekannte Herstellungsverfahren ziehen, durch das die Laserdioden am Transmitterabschnitt des permanenten Faserstrangs 86 zum Übertragungs-Lichtleitfaserstrang einem Pigtailing unterworfen werden. Dies gewährleistet die korrekte und stabile Ausrichtung der Laserdioden zum Übertragungs-Lichtleitfaserstrang. An der Wegwerfsonde enden diese beiden Fasern in einer einzelnen Endoptik 120, die der in dem ersten Design beschriebenen Endoptik 72 ähnelt. Die 3b ist eine Detailansicht einer dritten Ausführungsform einer Endoptik zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sonde. Wie beim ersten Design und bei 3b kann die Endoptik 120 mit Kugellinsen und fußartigen Verlängerungen modifiziert sein, damit deren Gesamtleistung verbessert wird. Der Rückweg ist identisch zu dem in dem vorhergehenden Design offenbarten und in 2a–c gezeigten. In 3a ist der Rück-Lichtleitfaserstrang 126 speziell als Faserbündel gezeigt, jedoch kann es auch eine einzelne Faser sein.
  • In diesem Fall gibt es zwei Lichtleitfaserstränge 68a und 68b, die zum Leiten der beiden verschiedenen Laserfrequenzen verwendet werden, und zwar eine für jede Frequenz. Dies hat den Vorteil, dass die Laser einzeln gekoppelt werden, wobei das vorstehend beschriebene "Pigtailing"-Verfahren verwendet wird. Diese Technik ist von Interesse aufgrund der potentiellen Einsparungen, die die Verwendung des Pigtailings während der Herstellung der Haupt-Lichtleitfaserstranks und der Oximeter-Box bereitstellen kann. Sämtliche anderen Aspekte der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Sonde 118 ähneln denen der ersten bevorzugten Ausführungsform.
  • In der 3a zeigt der Stecker drei verschiedene Faseroptikenden. Die beiden Enden 128a und 128b rechts sind Eingangsfasern für die beiden verschiednen Frequenzen, wohingegen die Faseroptik 129 links dasjenige Faserbündel ist, das das transmittierte Licht von dem Patienten zurück leitet. Die beiden Faseroptiken 68a und 68b, die das Laserlicht zum Patienten bringen, enden beide in der gleichen Endoptik 120 und sind in der Optik 120 nahe beieinander. Dies ist wichtig, damit das höchstmögliche Maß an gemeinsamen Lichtwegen gewährleistet ist, die jegliche fehlerhafte Information reduzieren, die von der Sondenbewegung verursacht wird. In den ersten beiden Sondendesigns (eingehend gezeigt in den 2a–c und 3a–b) kann der Rückleit-Lichtleitfaserstrang jeweils thermogeformt werden, so dass es eine andauernde "Verformung" oder eine Form annimmt, die die Applikation der Sonde an den Finger unterstützt.
  • Die 4 ist eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde. Die dritte bevorzugte Ausführungsform ist ein Hybrid-Design, das eine Kombination von Faseroptiken und herkömmlichen Elektronikkomponenten zur Oximetriemessung verwendet. Bei diesem Design wird die optische Konfiguration vereinfacht, wohingegen ein Großteil des Vorteils des vollständigen Faseroptikdesigns erhalten bleibt, da ein Großteil der Kosten für die Auswahl und die Kalibrierung der Lichtquellen verwendet wird, wohingegen die Photodiode billig ist. Die dritte bevorzugte Ausführungsform der Sonde 130 ist insofern eine signifikante Entfernung von den vorherigen beiden, als es kein vollständiges Faseroptikdesign ist. Dieses dritte Sondendesign zieht einen Vorteil aus der Tatsache, dass ein Großteil der Kosteneinsparungen, die in einem Wegwert-Faseroptik-Design erhältlich sind, dadurch zustande kommt, dass man nicht die Lichtquellen verwerfen muss, die einzeln kalibriert werden müssen, wohingegen man sich etwas weniger von der gängigen Technologie entfernt, indem man den eingebauten Photodetektor des Standes der Technik beibehält. In diesem Fall stammt das Licht noch von Laserdioden, die sich an dem Instrumentenende des permanenten Faserstrangs 131 befinden. Das Licht aus den Laserdioden wird zu einem eingegebenen Steckersatz 132 (der die zueinander passenden Steckerkörper 132a und 132b enthält) geleitet, die den Designs der 2 und 3 ähneln.
  • Speziell in 4 wird gezeigt, dass das abgegebene Licht wie bei dem zweiten Design durch einen Satz von zwei Faseroptiken 134, 136 gelangt. Eine einzelne Faseroptik 134 wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform des Sondendesigns kann genauso verwendet werden. Die Übertragungs-Faseroptiken 134 und 136 enden in einer Endoptik 138 des in den ersten und zweiten Sondendesigns beschriebenen Typs. Die Empfängerseite des Substrats 140 enthält einen Photodetektor 145, wie eine Standard-Photodiode des im Stand der Technik verwendeten Typs. Die transmittierten Lichtsignale werden am Photodetektor 145 in elektrische Signale umgewandelt und auf leitenden Drähten 148, 150 zum Stecker 132 übertragen, wo sie in zwei elektrischen Stiften 152 und 154 enden. Diese Stifte 152 und 154 passen zu den elektrischen Enden in Stecker 132 auf dem permanenten Faserstrang 160 zur Übertragung zurück zum Instrument.
  • Die 5a ist eine schematische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde. Die 5b ist eine Querschnittsansicht der Sonde von 5a. Die 5a–b zeigen ein alternatives Verfahren zur Bereitstellung von Endoptiken 180a und 180b für die Übertragungs- und Empfangs-Lichtleitfaser oder das Lichtleitfaser-Bündel. In diesem Fall werden die Endoptiken 180 jeweils in Kunststoff- oder kunststoffähnlichem Material durch ein beliebiges Standard-Herstellungsverfahren hergestellt. Thermoformen und Spritzformen sind spezifische Beispiele, aber andere Verfahren sind dem Fachmann auf den relevanten Gebieten bekannt. Die Endoptik 180 hat eine kleine Wanne 182 (oder einen anderen Aufnahmebehälter), die so ausgelegt ist, dass sie die Faser 184 (oder das Faserbündel) aufnimmt. Die Wanne 182 ist so ausgelegt, dass sie eine korrekte Positionierung der Faser 184 (oder des Faserbündels) relativ zu einer angewinkelten Oberfläche 186 gewährleistet. Der Zweck der angewinkelten Oberfläche 186a ist das Zurückleiten des Lichts, das von der Faser 184a emittiert wird. Die angewinkelten Oberflächen 186a und 186b verlaufen in einem Winkel von 45 Grad zu den beiden Fasern 184a und 184b und der Haut des Patienten. Die angewinkelten Oberflächen 186a und 186b können mit einer reflektierenden Beschichtung oder einer diffusen Beschichtung beschichtet sein. Zudem können die angewinkelten Oberflächen 186a und 186b gekrümmt sein, damit der Strahl fokussiert wird, und so die Intensität des einfallenden Lichts gesteigert wird. Die Empfängeroptik 180b ähnelt im Aussehen und der Konstruktion der Übertragungsoptik 180a. Die Empfängeroptik 180b kann ebenfalls gekrümmt sein, damit die Sammeleffizienz verbessert wird.
  • In diesem Fall haben die Optiken 180a und 180b die gleiche Funktion wie die Optiken 72, 74, 120 und 138, jedoch sind sie so ausgelegt, dass sie sich leicht über Thermoformen oder Spritzformen herstellen lassen, was vom Standpunkt der Herstellungskosten vorteilhaft sein kann. Bei diesem Design werden die Optiken 180a und 180b durch Formen eines Stücks Kunststoff in die richtige Form wie gezeigt hergestellt. Insbesondere die gegossenen oder geformten Formen der Optiken in den 5a–b sind so ausgelegt, dass sie die Fasern 184a und 184b positionieren und dass sie das Licht, das von der ersten Faser emittiert wird, reflektieren, damit dessen Richtung geändert wird, so dass es im Wesentlichen senkrecht oder normal zur Oberfläche des Patienten verläuft. Es kann einige Vorteile in Bezug auf Raumsignalmittlung geben, die durch die Verwendung einer diffusen Oberfläche an dieser Stelle zustande kommen.
  • Neben der Fingerspitzenkonfigurationen (Messung der Pulsoximetrie an der Fingerspitze ist der derzeitige Standard im Stand der Technik) kann man die hier gezeigten Designs für die Verwendung an der Basis eines Fingers 206 verwenden. Die 6a ist eine schematische Darstellung einer fünften bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde, und die 6b ist eine perspektivische Ansicht der fünften bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wurde die Sensorkonfiguration so geändert, dass deren Verwendung an der Basis eines Fingers 206 statt an der Fingerspitze ermöglicht wird. Es gibt einige praktische Vorteile für diese Stelle, da es weniger physikalische Bewegung gibt und das medizinische Personal sich um Stellenanomalien, wie Nagellack, nicht zu sorgen braucht, welche die Effizienz des Sensors reduzieren können. Zur effizienten Verwendung dieser Stelle muss die Konfiguration der Sonde geändert werden. In diesem Fall wird die Übertragungsoptik 210 nicht diametral gegenüber der Empfängeroptik 212 untergebracht. Die Empfängeroptik 212 ist als Photodiode gezeigt, kann aber ein erster Lichtleitfaserstrang mit einer Endoptik sein, wie vorstehend erörtert. Diese Übertragungs- und Empfängerelemente 210 und 212 werden auf einem Haftkissensubstrat 214 untergebracht, das um die Basis des Fingers 206 gewickelt ist.
  • Auf diese Weise trifft das einfallende Licht, das von der Übertragungsendoptik 210 emittiert wird, auf den Körper auf und wird nach außen reflektiert, so dass es von der Empfänger-Endoptik 212 empfangen wird, von wo es zurück zum Stecker 80 über ein Faseroptik-Leitbein 224 geleitet wird. Die Verwendung von Faseroptiken und Endoptiken in der reflektierenden Geometrie ist vorteilhaft, da die limitierten Sichtfelder der Übertragungs- und Empfängerwege verhindern, dass jegliches Streulicht, das längs der Oberfläche der Haut wandert, erfasst wird. Dieses Licht birgt gewöhnlich nicht die gewünschte Information und ist daher eine Quelle für Artefakte und Rauschen.
  • In dieser sechsten bevorzugten Ausführungsform der Sonde 228, die in der 7 gezeigt ist, ist die emittierende Faseroptik nicht diametral gegenüber der Sensor- oder Empfänger-Faseroptik-Kombination, wie die Empfänger-Endoptik 232. (In der 7, haben Teile, die Identisch sind oder die denen in der 2 ähneln, die gleiche Bezugszahl wie in der 2). Stattdessen sind sie etwas näher aneinander. Diese Geometrieänderung vermeidet den Großteil des Fingerknochens, der Licht absorbiert, aber keine Signalinformation birgt. Diese Geometrieänderung wird durch die Verwendung von Lasern und Fasern im Übertragungsbein der Vorrichtung vereinfacht. Dies beruht auf der Beschaffenheit der Richtung des Lichts, das von der Faser/Endoptik-Konfiguration emittiert wird, die es ermöglicht, das das gemessene Licht im Hauptteil aus dem Inneren des Körpers erhalten wird, und nicht längs der Oberfläche übertragen wird. Durch Lokalisieren der Sonde in dieser Position mit dieser Konfiguration werden insofern Vorteile erreicht, als die Probe 208 sich in einem Bereich reduzierter Bewegung befindet, und das medizinische Personal braucht sich um nebensächliche Überlegungen, wie die Entfernung von Nagellack usw. nicht zu kümmern.
  • Sämtliche der gezeigten Designs können zur Reflektions-Pulsoximetrie umkonfiguriert werden, indem die emittierende Endoptik und die Empfängerendoptik (oder die Photodiode) in einer ebenen Weise angeordnet werden.
  • Der vorhergehende Text ist zwar eine eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, jedoch gibt es viele alternative Ausführungsformen der Erfindung, die dem Fachmann geläufig sind und die im Schutzbereich der Erfindung liegen. Folglich wird die Erfindung durch die folgenden Patentansprüche bestimmt.

Claims (3)

  1. Vorrichtung (10) zum Leiten von Laserlicht durch einen Teil eines lebenden Körpers (25), umfassend: (a) eine erste Quelle für Laserlicht (12) mit einer ersten Frequenz; (b) eine zweite Quelle für Laserlicht (12) mit einer zweiten Frequenz; (c) eine erste Lichtleitfaser (14) zum Leiten des Laserlichts mit den ersten und zweiten Frequenzen von den ersten und zweiten Quellen in die Nähe des Teils des lebenden Körpers, wobei die erste Leitfaser einen Hauptteil (26) zum Aufnehmen des Laserlichts von den ersten und zweiten Quellen und einen distalen Anteil (22) zum Leiten des Laserlichts von dem Hauptteil der ersten Leitfaser in die Nähe des Teils des lebenden Körpers aufweist; (d) ein Erfassungssystem (16) zum Aufnehmen der ersten und zweiten Signale, die den ersten und zweiten Laserlichtfrequenzen entsprechen, nachdem das Laserlicht den Teil des lebenden Körpers passiert hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungssystem umfasst: (1) einen distalen Teil (30, 32) zum Aufnehmen der ersten und zweiten Signale, wobei der distale Teil Vorrichtungen zum Umwandeln des durchgelassenen Laserlichts in erste und zweite elektrische Signale umfasst; und (2) einen Hauptteil (34) zum Leiten der ersten und zweiten elektrischen Signale zu einem Messsystem, das die ersten und zweiten Signale interpretiert; und (e) mindestens einen Koppler, mit dem der Hauptteil herausnehmbar angeschlossen wird an den distalen Teil der ersten Leitfaser an einer Stelle abseits der ersten und zweiten Quellen und näher an dem Teil des lebenden Körpers als zu den ersten und zweiten Quellen, und mit dem der Hauptteil herausnehmbar angeschlossen wird an den distalen Teil des Erfassungssystems an einer Stelle abseits des Messsystems und näher an dem Teil des lebenden Körpers als zum Messsystem.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der distale Teil des Erfassungssystems einen Photodetektor zum Umwandeln des durchgelassenen Laserlichts in die ersten und zweiten elektrischen Signale umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der distale Anteil der ersten Lichtleitfaser ein optisches Bauteil (42) zum Leiten des Laserlichts mit den ersten und zweiten Frequenzen in einen lebenden Körper umfasst.
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