FI82366B - Maetning av blodets sammansaettning. - Google Patents

Description

1 82 366

Veren koostumuksen mittaus

Keksintö koskee menetelmää optisen arteriapulssi-signaalin, joka on saatu antamalla sähkömagneettisen säteilyn kulkea kudoksen läpi, synkronoimiseksi havaittuun sydämenlyönnistä saatuun signaaliin.

Veren koostumusta voidaan mitata noninvasiivisesti eri väristen valojen avulla. Arteriaveren pulsaatio aiheuttaa mitattavaan valon transmissiosignaaliin modulaation, jonka suhteellinen suuruus eri aallonpituuksille kertoo veren koostumuksen.

Mittauksen perusoletus on, että ainoa modulaation aiheuttaja on sydämen mekaanisen toiminnan aiheuttama arteriapulsaatio. Modulaatio voi aiheutua kuitenkin myös liikkeestä, jolloin kyseessä on artefakta. Mittauksen luotettavuuden parantamiseksi arteriapulssit tulisi erottaa artefaktoista mahdollisimman luotettavasti.

Lääketieteellisissä mittauksissa on yleisesti käytetty synkronointia informaatiosisällön parantamiseksi. Useimmiten synkronointi tapahtuu sydämen sähköiseen toimintaan, ja sitä kuvaavaan EKG-signaaliin ja edullisimmin siitä parhaiten erotettavaan QRS-jaksoon. Tälläisiä synkronointeja ovat esimerkiksi sydämen gammakuvaus, jossa EKG-jakso jaetaan osiin ja perättäisten EKG-jaksojen kuvaus integroidaan ko. osiin, defibrillointi, jossa synkronoinnin avulla estetään defibrillaatiopulssin ohjautuminen T-aallon kanssa samanaikaiseksi, sydäntahdistimet, jotka havaitsevat mahdollisen sydämen sähköisen aktiviteetin ja vahvistavat sen tahdistuspulssiksi, ultraäänellä toimivat munuais-kivien murskaimet, joissa murskaava äänipulssi ajoitetaan arteriapulssin kanssa samanaikaiseksi ultraäänienergian johtumisen parantamiseksi sekä veren koostumuksen 2 82366 optisissa non-invasiivisissa mittauksissa arteria- ja artefaktapulssien erottamiseen.

Noninvasiivisesti kudosta valaisemalla saadussa arteriaveren pulsaatiosignaalissa esiintyy usein liikkeistä aiheutuvia virheellisiä pulsseja, joiden vaikutusta mittaustuloksiin on pyritty vähentämään synkronoimalla potilaan sydämen toiminnan aiheuttama arteriaveren puisaatio, mikä havaitaan valon transmissiosignaalissa esiintyvästä modulaatiosta, sydämen lyöntiin, joka puolestaan havaitaan esim EKG-signaalista. Tällainen ratkaisu on esitetty muun muassa EP-hakemuksessa no. 217918. Hakemuksessa esitetyssä menetelmässä mitataan EKG-signaalin puissitaajuutta, optisen signaalin modulaation pulssitaajuutta sekä aikaa, joka kuluu löydetystä EKG-pulssista mahdolliseen arteriapulssiin. Kun pulssitaajuudet vastaavat toisiaan, pulssien välinen ero asetetaan ajanjaksoksi, jonka aikana optisen pulssin tulee seurata EKG-pulssista tunnistettua pulssia, jotta se tulisi hyväksytyksi arteriapulssiksi ja veren koostumuksen laskentaan.

Koska EKG-pulssin havaitsemisesta arteriapulssin havaitsemiseen kulunut aika ei ole aina vakio, on muistiin talletettu ajanjakson eli ns. aikaikkunan muodostamiseksi esim neljän viimeisimmän EKG-pulssin ja arteriapulssin esiintymisen välinen aika. Aikaikkunan muodostamisen jälkeen se pysyy vakiona. Ainoastaan aikaikkunan sisällä olevat optiset pulssit huomioidaan. Mikäli pulsseja ei kuitenkaan havaita tietyn ajan kuluessa tai oletetun pulssimäärän kuluessa, niin EKG-pulssista arteriapulssin esiintymiseen kuluva aika tulee määrittää uudestaan.

Edellä mainitussa patenttihakemuksessa esitetty menetelmä aiheuttaa mittausten yhteydessä ongelmia, koska optisen pulssin viive EKG-pulssiin nähden vaihtelee suuresti 3 82366 riippuen esimerkiksi syketaajuudesta tai hermostollisesta säätelystä. Vaihtelu voi olla seurausta esimerkiksi toimenpiteistä ja kiputiloista. Näin ollen tätä menetelmää käyttäen veren koostumuksen mittauksen yhteydessä esiintyy tarpeettomia taukoja johtuen siitä, että aikaikkunan sijainti suhteessa EKG-signaaliin pysyy vakiona.

Aikaikkunan alkuhetken ajoittaminen EKG:n R-piikkiin tunnetun periaatteen mukaisesti johtaa useimmiten huonoon spesifisyyteen, koska R-piikin esiintymisen jälkeen on aina sydämen mekaanisen toiminnan ja paineaallon etenemisen aiheuttamaa viivettä ennenkuin mekaaninen arteriapulssi voidaan mitata. Tämän viiveen aikana esiintyvät pulssit ovat kaikki artefaktoja. Toisaalta viiveen kasvaessa oikeat arteriapulssit eivät enää sijoitu aikaikkunan sisälle ja tulevat siten hylätyiksi heikentäen valikoinnin sensitivisyyttä.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut ongelmat. Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan luotettava havaittuun sydämenlyöntiin nähden muuttuvan optisen pulssin viiveen huomioiva menetelmä. Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan samalla sekä spesifinen että sensitiivinen havaitun sydämenlyönnin ja optisen signaalin synkronointimenetelmä.

Keksinnön mukaisen menetelmän tunnusomaiset piirteet on annettu oheisissa patenttivaatimuksissa.

Keksintö perustuu siihen, että optisen pulssin viive havaittuun sydämenlyöntiin kuten esim EKG-pulssiin nähden on keskimääräinen aika, jolloin optinen pulssi todennäköisesti seuraa EKG-pulssia. Tämä keskimääräinen aika asetetaan sallitun ajanjakson alku- ja loppukohdan väliin, edullisimmin keskelle. Sallitun ajanjakson leveys 4 82366 asetetaan edullisimmin vastaamaan havaittujen viiveiden hajontaa.

Koska keskimääräinen viive on sallitun ajanjakson keskellä, viive voi muuttua molempiin suuntiin ilman, että todellinen pulssi tulee hylätyksi toisin kuin aiemmin tunnetussa menetelmässä, jossa ajanjakson ylittävät pulssit hylätään. Kun ajanjaksoa kasvatetaan tai pienennetään ajanjakson sisään osuneista optisista pulsseista mitattujen viiveiden mukaisesti, pystytään mukautumaan jatkuvasti muuttuvaan mittaustilanteeseen.

Menetelmän avulla sallittua ajanjaksoa voidaan oleellisesti kaventaa. Tyypillisellä syketaajuudella 70/minuutti EKG-pulssin ja optisen pulssin tyypillinen viive on 150 ms. Tunnetulla menetelmällä, missä sallittu ajanjakso alkaa EKG-pulssista ja päättyy optiseen pulssiin spesifisyyssuhde on 7.8. Spesifisyyssuhteella tarkoitetaan sallitun ajanjakson osuutta pulssijakson pituudesta. Keksinnön mukaisella menetelmällä, jos ajanjakson leveys on esimerkiksi +-2% = 47 ms suhde on 24, joten spesifisyys on yli kolminkertainen. Muuttuvan ajanjakson sijainnin ansiosta myös sensitivisyys paranee tunnettuun menetelmään nähden keksinnön mukaisen menetelmän reagoidessa muuttuvaan mittaustilanteeseen. Tässä keksinnössä optisen pulssin viive EKG-pulssiin nähden määritetään yleisesti tunnetun periaatteen mukaisesti.

Keksintöä kuvataan tarkemmin viittaamalla oheiseen patenttipiirustukseen, jossa kuvio 1 esittää EKG-signaalin ja erillisen, mutta samanaikaisesti mitatun optisen signaalin välisestä viiveestä keksinnön mukaisella menetelmällä muodostettua muuttuvaa aj anj aksoa.

5 82366

Markkinoilla on useita laitteita, jotka pystyvät mittaamaan tämän keksinnön toteutukseen tarvittavia EKG-ja eri väristen valojen transmissiosignaaleja. Eräs tällainen on esitetty EP-hakemuksessa no. 217918. Samassa hakemuksessa myös laitteen toiminta on esitetty. Koska tarkoitukseen sopivia laitteita tunnetaan, laitteen rakennetta ja toimintaa ei tässä yhteydessä selosteta.

Kuviossa 1 on esitetty potilaan sydämen sähköistä aktiviteettia kuvaavan EKG-käyrän 1 amplitudi (A) ajan (t) funktiona. Samanaikaisesti kerätty tieto optisesta pulssista 2, 3 ja 4 transmittanssi (T) ajan (t) funktiona on myös esitetty kuviossa 1. Optinen pulssi saadaan antamalla sähkömagneettisen säteilyn kulkea kudoksen esim sormen läpi.

Kuten kuviosta 1 käy ilmi, seuraa optinen pulssi pienellä viiveellä EKG-käyrässä havaittavaa sydämen lyöntihetkeä. Edelleen optisen pulssin esiintymishetki voi vaihdella erilaisista syistä johtuen, vaikka mittauspaikka säilyy samana. Juuri tätä tilannetta kuvaavat käyrät 2, 3 ja 4.

Ajan mittauksen alkuhetkeksi on edullisesti valittu EKG-signaalista tunnistettava R-aalto. Ajanjakso t3 - on muodostettu eri kerroilla mitattujen optisten pulssien viive huomioonottaen. Keskimääräinen aika, jolloin optinen pulssi todennäköisesti seuraa EKG-signaalin R-aaltoa, on ajan t2 kuluttua ja ajanjakson t3 - tj_ välissä.

Optisen pulssin viiveen määritys hakuvaiheessa tapahtuu varmistamalla, että EKG:stä mitattu pulssitaajuus ja optisen pulssin taajuus pysyvät samoina. Viive tulee näin ollen hyväksytyksi. Ajanjakson t3 - tx ulkopuolella esiintyvät pulssit ovat artefaktoja eivätkä vaikuta ajanjaksoon.

6 8 2 3 66

Ajanjaksoa muovataan edullisesti jatkuvasti huomioimalla säännöllisesti mitattavien optisten pulssien viiveiden muutos ja laskemalla viiveiden keskimääräinen aika. Näin ollen ajanjakson sijainti suhteessa EKG-signaalin R-aaltoon muuttuu sitä mukaan kuin optisten signaalien viiveissä tapahtuu muutoksia. Tällöin oikeiden optisten pulssien hylkäyksiä ei tapahdu, vaan jatkuvasti muuttuvan ajanjakson paikka mukautuu optisten signaalien viiveiden mukaisesti.

Jatkuvasti muuttuva ajanjakso tekee myös mahdolliseksi ajanjakson t3 - t3 leveyden kaventamisen. Voidaan siis hyväksyä kapea ajanjakso pelkäämättä optisen pulssin hylkäystä, koska optisen pulssin viiveen muutos suhteessa EKG-signaaliin huomioidaan jatkuvasti. Tästä syystä sekä sensitiivisyys että spesifisyys kasvavat.

Keksintö ei mitenkään rajoitu edellä esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan patenttivaatimusten puitteissa voidaan keksinnön eri yksityiskohtia muunnella.

Kuvion yhteydessä esitetyssä sovellutusmuodossa ajanjakson leveys pysyi mittauksen aikana vakiona. Itsestään selvää on, että mittauksen aikana ajanjaksoa voidaan myös kaventaa tai leventää, jos mitattujen optisten pulssien viive antaa tähän aihetta.

Sydämenlyönti voidaan tunnetusti havaita myös muilla menetelmillä kuin EKG-käyrästä. Tärkeintä on saada kaksi keskenään riippumatonta signaalia tapahtuneesta sydämenlyönnistä.

Claims (6)

7 8 2 3 6 6

1. Menetelmä optisen arteriapulssisignaalin, joka on saatu antamalla sähkömagneettisen säteilyn kulkea kudoksen läpi, synkronoimiseksi havaittuun sydämenlyönnistä saatuun signaaliin, tunnettu siitä, että muodostetaan optisten arteriapulssien viiveistä suhteessa vastaaviin sydämenlyönteihin ajanjakso, jonka kuluessa verenkuvan määrittämisessä hyväksyttävän arteriapulssin tulee esiintyä, ja toistuvasti määritetään ajanjakson sijainti suhteessa havaittuun sydämenlyöntiin mittausten jatkuessa saaduista ajanjakson aikana esiintyvistä optisista pulsseista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajanjakson sijainti suhteessa havaittuun sydämenlyöntiin määritetään jatkuvasti jokaisesta ajanjakson aikana esiintyvästä optisesta pulssista.

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että arteriapulssien viiveistä määritetään ajanjakson sisälle sijoittuva keskimääräinen arvo tai tästä arvosta riippuva muu arvo, joka muuttuessaan siirtää myös ajanjakson sijaintia suhteessa havaittuun sydämenlyöntiin.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajanjakson leveys pysyy vakiona mittauksen aikana.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajanjakson leveys muuttuu mittauksen aikana. 8 8 2 3 6 6

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sydämenlyönti havaitaan EKG-signaalista. li 9 8 2 3 6 6