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Technisches Gebiet
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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.
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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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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.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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1a eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Lichtleitfaserkopplers
der 1.
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1b eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen
Elementes.
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2a eine
schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform
einer nicht-erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
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2b eine
Detailansicht einer ersten Ausführungsform
eines Paars von Endoptiken zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sonde.
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2c eine
Detailansicht einer zweiten Ausführungsform
einer Endoptik zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sonde.
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3a ist
eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
einer nicht-erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
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3b ist
eine Detailansicht einer dritten Ausführungsform einer Endoptik zur
Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sonde.
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4 eine
schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
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5a ist
eine schematische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
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5b ist
eine Querschnittsansicht der Sonde von 5a.
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6a ist
eine schematische Darstellung einer fünften bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
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6b ist
eine perspektivische Ansicht der fünften bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
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7 ist
eine schematische Darstellung einer sechsten bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Pulsoximetriesonde.
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Eingehende Beschreibung
der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.