HUP0500148A2 - Wireless data communication pulse oximetry sensor and pulse oximetry system using the sensor - Google Patents

Description

Translated fromHungarian

«··· · · · ««··· · · · «

KÖZZÉTÉTELI PÉLDÁNY ?ΟΓΟΟ H·?PUBLICATION COPY ?ΟΓΟΟ H·?

Drótnélküli adatkommunikációra alkalmas pulzoximetriás mérőfej és a használatával kialakított pulzoximetriás rendszerPulse oximetry probe suitable for wireless data communication and pulse oximetry system developed using it

Feltalálók:Inventors:

Dr. Sántha Hunor, 2600 Vác, Bajcsy-Zs. u. 11., Tel.: +36-20-2564773, 90 % Prof. Harsány! Gábor, 1157 Budapest, Zsókavár u. 36., Tel.: +36-1-4633634, 10 %Dr. Hunor Sántha, 2600 Vác, Bajcsy-Zs. u. 11., Tel.: +36-20-2564773, 90 % Prof. Gábor Harsány!, 1157 Budapest, Zsókavár u. 36., Tel.: +36-1-4633634, 10 %

A találmány tárgya egy drótnélküli adatkommunikációra alkalmas pulzoxymetriás mérőfej és a használatával kialakított pulzoximetriás rendszer, mely rendszer előnyösen használható a szöveti oxigénszint folyamatos követésére a mérőfejnek emberek vagy más élőlények testfelületére rögzítése által, olyan esetekben is, amikor a jelenleg rendelkezésre álló pulzoximetriás készülékek nem használhatóak.The subject of the invention is a pulse oximetry probe suitable for wireless data communication and a pulse oximetry system formed using it, which system can be advantageously used for continuous monitoring of tissue oxygen levels by attaching the probe to the body surface of humans or other living beings, even in cases where currently available pulse oximetry devices cannot be used.

A pulzoxymetria módszerét részletesen ismertető 1988. 05. 05. elsőbbségi joggal rendelkező EP 0341059 lajstromszámú szabadalomban és számos más publikációban leírt módon a vérkeringéssel rendelkező élő szövetek vértartalmának oxigenizáltsági foka fotometriás úton megállapítható, ugyanis az artériákban szállított - oxigénnel frissen telített - vér az infravörös tartományban rendelkezik nagyobb extinkciós koefficienssel, míg a vénákban szállítottoxigénben szegényebb - vér a látható vörös tartományban rendelkezik nagyobb extinkciós koefficienssel. A jelenség hátterében a hemoglobin két alakjának, az oxigén molekulákat megkötött oxihemoglobinnak és az oxigénmolekulákat már leadott deoxihemoglobinnak a vörösinfravörös tartományban jelentősen különböző fényabszorpciós spektruma áll. A vizsgálat alá vont vérkeringéssel rendelkező élő szöveteken ezen hullámhossztartományokban végzett transzmissziós vagy reflexiós mérésekből, valamint az artériák pulzálásából eredő vértartalom változások méréséből ki lehet számítani az optikai útba eső szövetdarabban az oxigenizált és a deoxigenizált vértartalom arányát. Ezt a módszert hívja a szakirodalom pulzoximetriának.As described in the patent EP 0341059, which has priority right of 1988. 05. 05, and in several other publications, which describes the method of pulse oximetry in detail, the degree of oxygenation of the blood content of living tissues with blood circulation can be determined photometrically, since the blood transported in the arteries - freshly saturated with oxygen - has a higher extinction coefficient in the infrared range, while the blood transported in the veins - poorer in oxygen - has a higher extinction coefficient in the visible red range. The background of this phenomenon is the significantly different light absorption spectra in the red-infrared range of the two forms of hemoglobin, oxyhemoglobin, which has bound oxygen molecules, and deoxyhemoglobin, which has already released oxygen molecules. From transmission or reflection measurements in these wavelength ranges on living tissues with blood circulation under examination, and from the measurement of changes in blood content resulting from the pulsation of the arteries, the ratio of oxygenated to deoxygenated blood content in the tissue piece falling into the optical path can be calculated. This method is called pulse oximetry in the literature.

Az említett szabadalmat 1993-ban visszavonták, de jónéhány (kb. 30) más szerző is adott be az elmúlt 16 év során a pulzoximetra témáját érintő szabadalmakat, és a pulzoximetria módszerét számos gyártó használja termékeiben. A jelenlegi megoldásokról összefoglalóan el lehet mondani, hogy egy központi vezérlő és adatfeldolgozó készülékhez több-eres vezetékkel hozzákötött passzív szerepet betöltő transzmissziós vagy reflexiós mérőfej van közvetlen érintkezésben a vizsgált egyeddel a mérés során, és az adatokat a központi készülék dolgozza fel, értékeli ki és jeleníti meg. A mérőfej rögzítésére vagy valamilyen külső rászorító eszközt, vagy a mérőfej és a vezetékek súlyát megtartani képes de a vizsgált testfelszínre ártalmatlan ragasztó réteget alkalmaznak.The aforementioned patent was withdrawn in 1993, but several other authors (about 30) have filed patents on the subject of pulse oximetry over the past 16 years, and the pulse oximetry method is used by many manufacturers in their products. In summary, the current solutions can be said that a passive transmission or reflection probe connected to a central control and data processing device by multi-core wires is in direct contact with the subject during the measurement, and the data is processed, evaluated and displayed by the central device. Either some external clamping device or an adhesive layer that can support the weight of the probe and wires but is harmless to the body surface being examined is used to fix the probe.

Bizonyos felhasználási területek esetében olyan integrált készüléket használnak pulzoximetriára, ahol nincs szükség a mérőfej és a vezérlő-kiértékelő készülék külön vezetékkel történő összekötésére, mert az egész pulzoximetriás rendszert egyetlen, testen viselhető műszerbe integrálják. Ilyen példát mutat be az interneten a http://www.wearable.ethz.ch/fileadmin/Ddf files/pub/iswc02 amon.pdf URL-en elérhető publikáció.In certain applications, an integrated device is used for pulse oximetry, where there is no need to connect the measuring head and the control-evaluation device with a separate cable, because the entire pulse oximetry system is integrated into a single, wearable device. An example of such a device is presented in the publication available on the Internet at the URL http://www.wearable.ethz.ch/fileadmin/Ddf files/pub/iswc02 amon.pdf.

Néhány alkalmazási területen azonban egyik fentebb ismertetett elrendezéssel sem lehet biztosítani a pulzoximetriás készülék és a vizsgálni kívánt élő szövet elegendően stabil, és elegendően tartós érintkezését, így e területeken bár hasznos lenne, a tudomány mai állása szerint mégsem kivitelezhető a vérkeringéssel rendelkező élő szövetek oxigenizáltsági fokának monitorozása. Ilyen alkalmazási területek például kistestű állatok in-vivo vizsgálatai, bizonyosHowever, in some application areas, none of the above-described arrangements can ensure sufficiently stable and sufficiently long-lasting contact between the pulse oximetry device and the living tissue to be examined, so although it would be useful in these areas, monitoring the oxygenation level of living tissues with blood circulation is not feasible according to the current state of science. Such application areas include, for example, in-vivo studies of small animals, certain

Claims (8)

Translated fromHungarian

sportolók sportolás közbeni állapotkövetése vagy egyes intenzív kórházi monitorozást igénylő állapotok.monitoring the condition of athletes during sports or certain conditions requiring intensive hospital monitoring.A mérőfej méretének és súlyának megfelelő csökkentésével valamint mozgásszabadságának biztosításával azonban e területeken is megvalósítható lenne a pulzoximetria a vérkeringéssel rendelkező élő szövetek oxigenizáltsági fokának monitorozására.However, by appropriately reducing the size and weight of the measuring head and ensuring its freedom of movement, pulse oximetry could be implemented in these areas to monitor the degree of oxygenation of living tissues with blood circulation.A fentiek alapján célul tűztem ki egy olyan pulzoximetriás rendszer megtervezését, amely a jelenleg ismert rendszereknél hatékonyabban használható olyan esetekben, amikor a vizsgálat alá vont egyed szabad mozgásának igénye, esetleg maga a mérési testfelület vagy annak elhelyezkedése a jelenlegi rendszerek használatát nem teszi lehetővé a pulzoximetriás mérőfej mérete, tömege vagy összekötő vezetékei miatt.Based on the above, I set the goal of designing a pulse oximetry system that can be used more efficiently than currently known systems in cases where the need for free movement of the individual under examination, or perhaps the measurement body surface itself or its location, does not allow the use of current systems due to the size, weight or connecting wires of the pulse oximetry probe.Találmányom azon a felismerésen alapul, hogy ha a fotometriás mérési folyamatokat valamint a kinyert adatok digitalizálását végző egységet fizikailag függetlenítjük az adatok értelmezését végző eszköztől, azaz a mérőfej a fényforrásokon és fénydetetorokon kívül tartalmaz egy beépített vezérlő, adatgyűjtő, adatkonvertáló és drótnélküli adattovábbító integráltáramkört, akkor a kitűzött cél megvalósul, mert a mérőfej a jelenleg megvalósítható adatfeldolgozó és kijelző rendszert is tartalmazó testen viselhető készülékek méreteinél jóval kisebbre miniatürizálható, mind súlyát, mind térfogatát tekintve, és továbbra sem korlátozza vezeték a mérőfej használatát.My invention is based on the realization that if the unit performing the photometric measurement processes and the digitization of the extracted data is physically separated from the device interpreting the data, i.e. the measuring head contains, in addition to the light sources and light detectors, a built-in controller, data collector, data converter and wireless data transmission integrated circuit, then the set goal is achieved, because the measuring head can be miniaturized to a size much smaller than the currently feasible body-worn devices containing a data processing and display system, both in terms of weight and volume, and the use of the measuring head is still not limited by wires.Találmányom tehát, drótnélküli adatkommunikációra alkalmas pulzoxymetriás mérőfej és a használatával kialakított pulzoxymetriás rendszer, melyben a mérőfej a fényforrásokon és fénydetetorokon kívül tartalmaz egy beépített vezérlő, adatgyűjtő, adatkonvertáló és drótnélküli adattovábbító integráltáramkört, és egy különálló adatfeldolgozó és kijelző készülékkel kiegészítve alkot egy komplett pulzoximetrás rendszert.My invention is therefore a pulse oximetry measuring head suitable for wireless data communication and a pulse oximetry system formed using it, in which the measuring head, in addition to light sources and light detectors, contains a built-in controller, data collector, data converter and wireless data transmission integrated circuit, and when supplemented with a separate data processing and display device, forms a complete pulse oximetry system.Az általam kitalált pulzoximetriás rendszert egy kiviteli példa kapcsán rajz segítségével ismertetem. Az 1. ábra egy a találmány szerinti mérőfejből és a hozzá kapcsolódó adatfeldolgozó készüléből álló pulzoximetriás rendszer lehetséges kiviteli alakjának vázlata.I will describe the pulse oximetry system I invented with the help of a drawing in connection with an embodiment example. Figure 1 is a diagram of a possible embodiment of a pulse oximetry system consisting of a measuring head according to the invention and a data processing device connected to it.A példaként bemutatott egyik lehetséges kiviteli alakban - mint az 1. ábrán látszik - a 9 testfelülethez illesztett 8 mérőfejben egy 4 vezérlőegység vezérli a különböző hullámhosszú 1 és 2 fényforrásokat valamint a 3 fénydetektort. Az ábrán feltüntetett nyilak az elektronikus jelek áramlásának irányát demonstrálják. A 3 fénydetektor mérési eredményei az 5 jeldigitalizáló egységbe jutnak, ahonnan azután a 6 drótnélküli adatkommunikációs egységbe kerülnek. A 6 drótnélküli adatkommunikációs egység rádiófrekvenciás úton a 7 jelfeldolgozó és kijelző készülékbe sugározza a digitalizált mérési eredményeket.In one possible embodiment shown as an example - as shown in Figure 1 - in the measuring head 8 fitted to the body surface 9, a control unit 4 controls the light sources 1 and 2 of different wavelengths and the light detector 3. The arrows shown in the figure demonstrate the direction of flow of the electronic signals. The measurement results of the light detector 3 are transmitted to the signal digitizing unit 5, from where they are then transmitted to the wireless data communication unit 6. The wireless data communication unit 6 transmits the digitized measurement results to the signal processing and display device 7 via radio frequency.Szabadalmi igénypontokPatent claims1. Minimum két darab különböző hullámhosszú szűkített spektrumú fényforrást (1, 2) és minimum egy darab fénydetektort (3) tartalmazó pulzoximetriás mérőfej azzal jellemezve, hogy maga a mérőfej (8) tartalmaz Drótnélküli Adattovábbító integráltáramkört (6), Beépített Vezérlő áramkört (4) valamint Beépített Adatgyűjtő/Adatkonvertáló áramkört (5), és önállóan nem, azonban egy különálló Drótnélküli Adatforgalmú Adatfeldolgozó és Kijelző készülékkel (7) kiegészítve komplett pulzoximetrás rendszert alkot.1. A pulse oximetry measuring head comprising at least two narrow spectrum light sources (1, 2) of different wavelengths and at least one light detector (3), characterized in that the measuring head itself (8) comprises a Wireless Data Transmission integrated circuit (6), a Built-in Control circuit (4) and a Built-in Data Acquisition/Data Conversion circuit (5), and does not form a complete pulse oximetry system independently, but when supplemented with a separate Wireless Data Processing and Display device (7).2. Az 1. igénypont szerinti mérőfej (8) azzal jellemezve, hogy a mérőfej (8) a vizsgált egyed testéhez (9) történő rögzítés biztosítására önrögzítő külső burkolattal rendelkezik.2. The measuring head (8) according to claim 1, characterized in that the measuring head (8) has a self-fastening outer casing for securing it to the body (9) of the tested individual.3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti mérőfej (8) azzal jellemezve, hogy a mérőfej (8) reflexiós pulzoximetriás mérésre alkalmas kialakítású.3. The measuring head (8) according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring head (8) is designed for reflection pulse oximetry measurement.4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti mérőfej (8) azzal jellemezve, hogy a mérőfej (8) transzmissziós pulzoximetriás mérésre alkalmas kialakítású.4. The measuring head (8) according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring head (8) is designed for transmission pulse oximetry measurement.5. Az 1., 2. 3. vagy 4. igénypont szerinti mérőfej (8) azzal jellemezve, hogy a mérőfej (8) saját energiaforrással rendelkezik.5. The measuring head (8) according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the measuring head (8) has its own energy source.6. Az 1., 2. 3. vagy 4. igénypont szerinti mérőfej (8) azzal jellemezve, hogy a mérőfej (8) vezeték nélküli úton betáplálható energia felhasználásával működtethető.6. The measuring head (8) according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the measuring head (8) can be operated using energy that can be supplied wirelessly.7. Az 2. igénypont szerinti mérőfej (8) azzal jellemezve, hogy a mérőfej (8) önrögzítését egy beépített mikropumpa által keltett vákuum biztosítja.7. The measuring head (8) according to claim 2, characterized in that the self-fixation of the measuring head (8) is ensured by a vacuum created by a built-in micropump.8. Pulzoximetriás mérőrendszer azzal jellemezve, hogy az 1. - 7. igénypont szerinti bármely mérőfej (8) felhasználásával kerül kialakításra.8. Pulse oximetry measurement system characterized in that it is constructed using any measuring head (8) according to claims 1 to 7.