DE69613902T2

DE69613902T2 - Sonden-Anschlussstück mit Messlaserdiode

Info

Publication number: DE69613902T2
Application number: DE69613902T
Authority: DE
Inventors: Kurt Albert Aronow
Original assignee: Datex Ohmeda Inc
Current assignee: Datex Ohmeda Inc
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2016-05-30
Also published as: EP0745348B1; EP0745348A1; DE69613902D1; US5851178A; ES2161329T3

Description

Diese Erfindung betrifft medizinische Überwachungssonden und insbesondere einen Sondenaufbau, welcher von in einem Kabelverbinder montierten Laserdioden als Lichtquelle Gebrauch macht, wobei der Kabelverbinder mit dem wegwerfbaren oder wiederverwendbaren Segment der Sonde verbunden ist, welches die Funktion hat, die Sonde an dem Patienten anzubringen.
Auf dem Gebiet medizinischer Überwachungsinstrumente ist es ein Problem, eine Sonde herzustellen, welche eine Reihe von unterschiedlichen und manchmal widersprüchlichen Anforderungen erfüllt. Es ist wichtig, daß die Sonde sowohl einfach zu verwenden ist, als zu auch einer Vielzahl von Patienten paßt, welche sich in Größe und Form unterscheiden. Die Sonde muß sicher an dem Patienten, wie z.B. einem Anbringungsbereich des Patienten anbringbar sein, ohne komplexe Strukturen oder Elemente zu erfordern, welche den Patienten stören können. Zusätzlich muß zur Reduzierung des Risikos einer Infektion oder Kontamination die Sonde wegwerfbar aufgebaut sein, so daß die Sonde ein- oder zweimal bei dem Patienten verwendet wird und dann vernichtet wird. Die Sonde muß preiswert sein, so daß sie nach dem Gebrauch weggeworfen werden kann und trotzdem muß der Patient vor allen von der Sonde erzeugten potentiell gefährlichen elektrischen Signalen oder Hitze abgeschirmt sein. Die Sonde muß ferner zuverlässig und genau die geforderten Messungen durchführen. Die Sonde, das Kabel und das Überwachungsinstrument sind alle einer aggressiven Umgebung ausgesetzt und müssen in stabiler Form hergestellt werden, um eine rauhe Behandlung und das Vorhandensein hochreaktiver Fluide zu überstehen. Die Sonde muß daher die geforderte Meßgenauigkeit einhalten, stabil sein, um der aggressiven Umgebung zu widerstehen, sicher an dem Patienten anbringbar sein und trotzdem preiswert sein, da sie ein Wegwerfelement ist. Um diese Ziele zu erreichen, werden typischerweise Kompromisse gemacht, obwohl die Genauigkeit der Messungen tendenziell von überragender Bedeutung ist.
Auf dem spezifischen Gebiet der Photoplethysmographie müssen die von der Sonde erzeugten Lichtstrahlen eine ausreichende Intensität aufweisen, um das durchströmte Gewebe zu beleuchten und auch eine konstante Wellenlänge, da die Lichtabsorption des überwachten Analyten mit einer Funktion der Wellenlänge variiert. Licht emittierende Dioden (LEDs), welche Lichtstrahlen bei roten und infraroten Wellenlängen emittieren, werden in der Sonde für diesen Zweck verwendet. Die Erzeugung eines intensiven Lichtstrahls muß gegen das Erfordernis abgewogen werden, daß die Sonde nicht bei einer erheblich erhöhten Temperatur arbeitet, welche eine Reizung der Haut des Patienten bewirken könnte. Ein komplizierender Faktor besteht darin, daß die Licht emittierenden Dioden in dem Sondenmodul montiert sind und an der Haut des Patienten angeordnet sind. Die Lichtemissionsdioden sind daher erheblichen Temperaturschwankungen unterworfen, was zu Veränderungen in der Wellenlänge des von den Licht emittierenden Dioden ausgegebenen Lichtes führt, was eine meßbare Fehlerquelle in den Messungen bewirkt, die von dem Überwachungsinstrument vorgenommen werden.
In photoplethysmographischen Systemen ist die Verwendung von Laserdioden vorzuziehen, welche einen Strahl im wesentlichen monochromatischen Lichtes bei der oder über der Lichtenergie erzeugen, die von Lichtemissionsdioden erhältlich ist, welche typischerweise in der Photoplethysmographie verwendet werden. Die Schwierigkeit bei Laserdioden besteht darin, daß deren Kosten ihre Verwendung in einer Wegwerfsonde verhindern. Die Unterbringung der Laserdiode in dem Überwachungsinstrument erfordert die Verwendung von einem oder mehreren optischen Faserkabeln in dem Kabel, welches die wegwerfbare Sonde mit dem Überwachungsinstrument verbindet. Das Kabel leidet in einer Krankenhausumgebung typischerweise unter einer rauhen Behandlung und die Lebensdauer der faseroptischen Kabel in dem Verbindungskabel ist ziemlich begrenzt, wodurch die effektiven Kosten der wegwerfbaren Sonde zunehmen, da das Kabel typischerweise ziemlich häufig ersetzt werden muß.
Somit gibt es derzeit kein Überwachungsinstrument, welches die Vielzahl der unterschiedlichen Anforderungen in einer Weise in vollem Umfang erfüllen können, welche nicht die Leistung des Überwachungsinstrumentes beeinträchtigt.
EP-A-0 527 703 beschreibt ein System zur Messung der Sättigung von Sauerstoff im Blut und umfaßt eine Überwachungseinheit und einen mit der Überwachungseinheit über ein Kabel verbundenen abgesetzten Sensor. Der Sensor erhält Lichtemitter und Lichtdetektoren; aus dem von dem Detektoren detektierten Licht ist es möglich, den Betrag der Sauerstoffsättigung im Blut zu messen. EP-A-0 262 779 beschreibt ein Oximeter mit einer Sonde mit zwei Licht emittierenden Dioden zum Ausstrahlen von Lichtstrahlen auf den Finger eines Patienten und einen Detektor für die Messung der Lichtmenge, welche den Finger passiert hat, um die Berechnung des Betrags der Sauerstoffsättigung in dem den Finger passierenden Blut zu messen.
Die vorstehend beschriebenen Probleme werden gelöst und ein technischer Fortschritt auf dem Gebiet medizinischer Überwachungsinstrumente durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist, erzielt, welche von einer monochromatischen Lichtquelle, wie z.B. Laserdioden Gebrauch macht, um im wesentlichen monochromatische Lichtstrahlen hoher Intensität zu erzeugen. In der hierin offenbarten bevorzugten Ausführungsform bilden das Überwachungsinstrument und die Sonde ein Überwachungsinstrument für arterielles Blut, wie z.B. ein Pulsoximeter-Instrument, ein Hämoglobin-Überwachungsgerät oder ein Gesamthämoglobin-Überwachungsgerät, welche nichtinvasiv Blutanalyte in dem Patienten überwachen. Die Verwendung von monochromatischem Licht verbessert die Genauigkeit der Messungen und vereinfacht den Kalibrierungsprozeß.
Diese Vorrichtung bringt die Laserdioden in dem Verbinder an dem distalen Ende des Kabels in der Nähe des wegwerfbaren Abschnittes der Sonde unter, um dadurch ein mit einer Meßeinrichtung und einem Verbinder ausgestattetes Laserdiodensondenkabel zu implementieren. Die Unterbringung der Laserdioden in dem Verbinder bei der Sonde eliminiert die Notwendigkeit optischer Faserkabel in dem Kabel und stellt trotzdem die Vorteile der Lichterzeugung durch Laserdioden gegenüber den derzeit verwendeten Licht emittierenden Dioden bereit. Ferner kann der wegwerfbare Abschnitt der Sonde eine minimalistische Konstruktion sein, da alle aktiven und teuren Elemente in dem Kabelverbinder angeordnet sind. Der wegwerfbare Abschnitt der Sonde besteht lediglich aus der Vorrichtung, welche zum Anbringen der Sonde an dem Anbringungsbereich des Patienten erforderlich ist, und aus dem Vereinigungsabschnitt des Verbinders, der die Verbindung mit dem Kabel und einem Photodetektor herstellt. Diese Sondenvorrichtung überwindet daher die Probleme von Sonden nach dem Stand der Technik, indem von Laserdioden als Lichterzeugungselementen Gebrauch gemacht wird, wobei die Laserdioden nicht Teil des wegwerfbaren Abschnittes der Sonde sind. Der wegwerfbare Abschnitt der Sonde ist so vereinfacht, daß er eine minimale Anzahl von Elementen aufweist, um dadurch die Kosten unter die der derzeitigen auf Licht emittierenden Dioden basierenden Sonden zu drücken.
Fig. 1 stellt den Aufbau der Sonde der vorliegenden Erfindung, einschließlich einer Seitenschnittsansicht des Sondenmoduls und eines Blockschaltbildes der Steuerelemente des Monitors dar;
Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine Implementation des Sondenmoduls;
Fig. 4 und 5 veranschaulichen obere isometrische und untere isometrische (Explosions-) Ansichten des Kabelverbinders;
Fig. 6 veranschaulicht eine Wellenform der vergleichenden Lichtabgabe von Laserdioden und Licht emittierenden Dioden;
Fig. 7 und 8 veranschaulichen eine alternative Implementation des Sondenmoduls; und
Fig. 9 veranschaulicht eine obere isometrische Ansicht der Laserdiodenverdrahtungsanordnung.
Alle auch noch so kleinen Verbesserungen in der Konstruktion und der Herstellbarkeit einer Sonde auf dem Gebiet von medizinischen Überwachungsinstrumenten führt zu erheblichen Kosteneinsparungen. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht aus zwei Segmenten: einem elektronischen (Steuer-) Modul, welches üblicherweise innerhalb des Überwachungsgerätes angeordnet ist, und einem Sondenmodul, das an einer Sondenanbringungsstelle an dem Patienten angeordnet ist. Fig. 1 stellt das Sondenmodul in einer Seitenschnittansicht und ein Blockschaltbild der Elemente dar, welche das Steuermodul bilden. Fig. 4, 5 und 7 bis 9 veranschaulichen Details der Implementation des Sondenmoduls. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung repräsentiert eine Architektur, in welcher die Konfigurationen von Elementen kooperativ zusammenwirken, um die Probleme existierender Sonden von medizinischen Überwachungsgeräten zu lösen.
Ein Pulsoximeter-Instrument wird häufig zur Überwachung des Zustandes eines Patienten in einer Krankenhausumgebung verwendet. Das Pulsoximeter-Instrument mißt nichtinvasiv den Sauerstoffgehalt des arteriellen Blutes und erzeugt eine von Menschen lesbare Anzeige, welche sowohl den Herzschlag des Patienten, als auch die Sauerstoffsättigung des arteriellen Blutes darstellt. Diese Meßwerte können wichtig sein, um dem medizinischen Personal die Ermittlung zu ermöglichen, ob das Atmungssystem des Patienten korrekt funktioniert, indem es ausreichend Sauerstoff an das Blut liefert.
Ein Pulsoximeter-Instrument arbeitet unter Verwendung einer Sonde, welche ein Anbringungsbereich des Patienten (wie z.B. einen Finger, ein Ohrläppchen oder das Nasenseptum) das reich an arteriellem Blut ist, verwendet und die differentielle Absorption des Lichtes durch den pulsierenden Anteil des arteriellen Blutflusses mißt, um dadurch die Sauerstoffsättigung des arteriellen Blutes zu ermitteln. Das Pulsoximeter- Instrument nutzt eine Vielzahl von Licht emittierenden Elementen, wovon jedes Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge emittiert, wobei die Wellenlängen so ausgewählt sind, daß mindestens eine sehr stark von oxidiertem Hämoglobin in dem arteriellen Blut absorbiert wird und mindestens eine stark von reduziertem Hämoglobin in dem arteriellen Blut absorbiert wird. Der Betrag der Absorption der Lichtstrahlen, welche von diesen Licht emittierenden Dioden erzeugt wird, die in der Sonde angeordnet sind, ist ein Maß für die relative Konzentration der verschiedenen Hämoglobinspezies, die in dem arteriellen Blut enthalten sind. Die Absorption des Lichtes, welche das Anbringungsbereich eines Patienten beleuchtet, enthält einen konstanten Anteil, welcher ein Ergebnis von Haut, Knochen, (venöser) Stabilzustand-Blutströmung und eines leichten Verlustes aufgrund verschiedener anderer Faktoren ist. Die pulsierende Komponente der Absorption beruht auf der pulsierenden arteriellen Blutströmung und ist ein kleiner Anteil des empfangenen Signals und wird von dem Pulsoximeter verwendet, um seine Messungen durchzuführen. Es ist auch möglich zusätzliche Analyte in dem arteriellen Blut, wie z.B. zusätzliche Dyshämoglobine (Met Hb und Co Hb) mit jeweils einer zusätzlichen Wellenlänge von Licht für jede Komponente zu messen. Eine monochromatische Lichtquelle ist für diese zusätzlichen Licht quellenlängen erwünscht, um Überlappungen, mit den "Ausläufern" jeder spektralen Kennlinie zu vermeiden.
Die Meßwerte werden durch Abtasten des Ausgangssignals des in der Sonde angeordneten Lichtdetektors berechnet, um die inkrementelle Veränderung in der Absorption der verschiedenen Lichtquellenlängen zu messen, welche zur Beleuchtung des Anbringungsbereichs des Patienten verwendet werden. Diese inkrementellen Änderungen in der Lichtabsorption werden dann zur Berechnung der Sauerstoffsättigung des arteriellen Blutes sowie der Pulsrate des Patienten verwendet. Da die pulsierende Komponente der von dem Lichtdetektor empfangenen Signale nur einen kleinen Teil des einfallenden Lichtes darstellt, ist es wichtig, daß das einfallende Licht eine ausreichende Amplitude aufweist, damit sich Übertragungssignale ergeben, welche eine ausreichende Amplitude aufweisen, um genaue Meßergebnisse zu liefern. Zusätzlich muß die die Licht emittierenden Elemente und den Lichtdetektor enthaltende Sonde in engen Kontakt mit der Haut des Patienten stehen, um die genauesten Ergebnisse zu erzielen. Die Sondenauslegung muß daher so sein, daß sie von sich aus an Veränderungen in Größe und Form des Anbringungsbereichs des Patienten anpaßt und es auch dem medizinischen Personal ermöglicht, die Sonde einfach auszurichten, um die maximalen Ergebnisse zu erhalten. Diese strengen Anforderungen sind für existierende Sonden schwierig zu erfüllen, und erhöhen die Herstellungskosten der Sonden, welche wegwerfbare Elemente sein können.
Die in der hierin offenbarten photoplethysmographischen (Pulsoximeter) Instrumentenanwendung offenbarten Licht emittierenden Elementes sind Laserdioden, welche einen intensiven Lichtstrahl erzeugen, welcher im wesentlichen monochromatisch ist. Die Auswahl von Laserdioden zum Erzeugen der Lichtstrahlen, welche zum Beleuchten des durchströmten Gewebes des Patienten verwendet werden, ist ein Ergebnis der vorzuziehenden Ausgangskennlinie der Laserdiode im Vergleich zu der der Licht emittierenden Diode.
Fig. 6 stellt das spektrale Ausgangssignal dieser entsprechenden Elemente dar, wobei die Laserdiode einen Lichtstrahl erzeugt, dessen spektrales Ausgangssignal (LD) um eine gewählte Wellenlänge, wie z.B. 660 nm zentriert ist und eine Bandbreite von nur 1 nm aufweist. Die Licht emittierende Diode erzeugt einen Lichtstrahl, dessen spektrales Ausgangssignal (LED) um eine gewählte Wellenlänge, wie z.B. 660 nm zentriert ist, und eine Bandbreite von 60 nm Breite oder größer aufweist. Somit ist die Laserdiode in der Lage, eine große Energiemenge über einen schmalen spektralen Bereich im Vergleich zu einer Licht emittierenden Diode zu erzeugen.
Zusätzlich zu der Ausdehnung der Bandbreite stellen die Veränderungen in der Bandbreite und Form der spektralen Ausgangskurve zwischen Licht emittierenden Dioden ein signifikantes Problem dar. Das Ausläuferende der spektralen Emissionen der Licht emittierenden Diode kann einen meßbaren Effekt auf das empfangene Signal aus dem durchströmten Gewebe haben. Die Größe und das Ausmaß des Ausläuferabschnittes der spektralen Emissionen sind schwieriger zu messen und sind dafür verantwortlich, daß das Signal nicht mit maximaler Intensität ausgegeben wird. Ein Komplikationsfaktor besteht darin, daß die Licht emittierenden Dioden in den Sondenmodul montiert sind und an Haut des Patienten liegen. Die Licht emittierenden Dioden sind daher erheblichen Temperaturschwankungen und den entsprechenden Veränderungen in den von den Licht emittierende Dioden ausgegebenen Wellenlängen unterworfen, welche eine merkliche Fehlerquelle darstellen. Schließlich ist eine weitere Fehlerquelle die "venöse Vorfilterung", wobei das spektrale Ausgangssignal der Licht emittierenden Dioden ungleichmäßig und unvorhersehbar über dem Bereich der erzeugten Lichtwellenlängen durch das Vorhandensein der venösen und nicht pulsierenden arteriellen Komponenten des Blutes abgeschwächt wird. Diese Abschwächung des Blutes ist eine Funktion der Sauerstoffsättigung des Blutes und der Wellenlänge, variiert von Person zu Person und ist auch zeitlicher Natur und variiert innerhalb eines Patienten. Die arterielle Blutströmung ist in den Extremitäten eines Patienten, wo die Pulsoximetrie-Messungen durchgeführt werden, hoch variabel. Die Differenz in der Sauerstoffsättigung zwischen arteriellen und venösen Komponenten des Blutes kann von weniger als 1% bis mehr als 25% reichen. Somit ist, je größer die spektrale Bandbreite ist, diese Fehlerquelle um so größer. Die Licht emittierende Diode und das Verfahren ihrer Plazierung auf den Anbringungsbereich des Patienten zur Durchführung von Messungen weisen inhärente Fehlerquellen auf, welche nicht genau quantifiziert oder kompensiert werden können.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht aus zwei primären Segmenten: einem Steuermodul 2, welches typischerweise innerhalb des Überwachungsgerätes angeordnet ist und einem Sondenmodul 1, das an einer Sondenanbringungsstelle auf dem Patienten angebracht ist. Diese zwei Module 1, 2 sind über ein Kabel 3 miteinander verbindbar, welches fest an dem Sondenmodul 1 befestigt oder ein integraler Bestandteil davon sein kann oder ein Element sein kann, das an seinen beiden Enden mit Verbindern versehen ist, um eine Trennung des Kabels 3 sowohl von dem Sondenmodul 1, als auch dem Steuermodul 2 zu ermöglichen. In der hierin offenbarten Ausführungsform ist das Kabel 3 mit dem Sondenmodul 1 über einen Verbinder verbunden, dargestellt.
Das Steuermodul 2 enthält die Schaltung für den Empfang der Rücklaufsignale, welche durch den Empfang von Licht erzeugt werden, welches den beleuchteten Anbringungsbereich sowie durch die Benutzerschnittstellenschaltung passiert. Das Steuermodul 2 enthält eine analoge Schaltung 43, welches die Funktion hat, die elektrischen Signale, welche von dem Lichtdetektor 11 erzeugt werden, der innerhalb des Sondenmoduls 1 enthalten ist, zu empfangen und zu konditionieren wie es allgemein im Fachgebiet bekannt ist. Diese empfangenen Signale werden digitalisiert und an die digitale Steuerung 28 zur Verarbeitung, wie es auf dem Gebiet allgemein bekannt ist übertragen, um die geforderten Meßergebnisse zu erzeugen. Die digitale Steuerung 28 gibt die berechneten Meßergebnisse an die Anzeige 44 für die Erzeugung eines von Menschen lesbaren Ausgangssignals aus. Ein Lautsprecher 45 ist typischerweise mit enthalten, um der digitalen Steuerung 28 zu ermöglichen, einen hörbaren Alarm zu erzeugen, um den Benutzer auf Fehler- oder Gefahrenzustände aufmerksam zu machen. Tasteneingabeeinrichtungen 46 sind ebenfalls typischerweise vorgesehen, um den Benutzer zu ermöglichen, Steuerinformation zur Regelung des Betriebs des Instrumentes einzugeben. Eine Hilfssteuerschaltung 47 empfängt Ausgangssignale aus der digitalen Steuerschaltung 28 zur Übertragung in serieller und/oder analoger Form zu anderen Elementen in dem medizinischen Überwachungsinstrument.
Der Kabelverbinder 82 besteht aus der Lichterzeugungsvorrichtung (Laserdioden), einem Leiter 32, um den Lichtdetektor 11 in dem Sondenmodul 1 und die optische Vorrichtung zu verbinden, welche die von den Laserdioden erzeugten Lichtstrahlen auf den Anbringungsbereich des Patienten aufbringt. Mehrere Laserdioden sind in Fig. 1 dargestellt, welche mit "LD*" bezeichnet sind. Die Anzahl der Laserdioden LD* ist gleich oder größer als die Anzahl von Blutanalyten, welche von dem Instrument gemessen werden sollen. Für die Standard- Pulsoximetrie kann die Anzahl der Laserdioden nur zwei sein, eine deren Lichtausgangssignal bei einer Wellenlänge von etwa 660 nm liegt und eine zweite deren Lichtausgangssignal bei einer Wellenlänge von etwa 940 nm liegt. In dem hierin offenbarten System sind vier Laserdioden LD* offenbart. Die Wellenlänge der von den Laserdioden LD* ausgegebenen Lichtstrahlen wird von der Betriebstemperatur von der Laserdioden LD* beeinflußt. Diese Konfiguration erlaubt die Ausgabe des von den Laserdioden LD* in dem Kabelverbinder 82 erzeugten Lichtes in einem Konus-förmigen Muster, dessen Symmetrieachse im wesentlichen senkrecht zu der Haut des Patienten verläuft, so daß, obwohl das erzeugte Licht in die Haut des Patienten eindringt, die Laserdioden LD* nicht im engen Kontakt mit der Haut des Patienten stehen.
Die Implementationsdetails der bevorzugten Ausführungsform des Kabelverbinders 82 der vorliegenden Erfindung sind mit zusätzlichen Details in Fig. 4, 5 und 7 bis 9 offenbart.
Fig. 7 und 8 veranschaulichen die Sonde 1 und den Kabelverbinder 82 (welcher die Laserdioden enthält) miteinander verbunden (Fig. 7) und in einzelne Teile getrennt (Fig. 8). Die Sonde von Fig. 8 weist den Bandagenimplementationstyp auf, wobei das Verbindersegment 80 den Lichtdetektor 85 und den optischen Auslaß 84 mit dem Kabelverbinder 82 verbindet. Mehrere Vorsprünge 80A, 80B, 80C dienen zur Ausrichtung des Kabelverbinders 82 zu Stiften 86 auf dem Verbinder 80 und zur sicheren Befestigung des Kabelverbinders 82 an dem Verbinder 80 wie nachstehend beschrieben. Ein flexibles Segment 83 wickelt sich um die Spitze des Patientenfingers 81 gemäß Darstellung in Fig. 7 und die Sonde 1 wird auf dem Finger des Patienten durch Klebestreifen 87, 88 in allgemein bekannter Art ihrer Lage gehalten.
Fig. 4 und Fig. 5 veranschaulichen obere isometrische bzw. untere isometrische Explosionsansichten des Kabelverbinders 82. Dieser Kabelverbinder 82 weist ein Gehäuse 442 auf, welches mit einer Abdeckung 407 ausgestattet ist, um die restlichen Elemente von der Außenumgebung abzuschließen und zu schützen. In dem Kabelverbinder 82 ist ein paar Wärmesenken 414, 415 enthalten, welche dazu dienen, die mehreren Laserdioden 416A, 416B auf einer mäßigen Betriebstemperatur zu halten. Die Wärmesenken 414, 415 sitzen innerhalb des Gehäuses 422 und können thermisch miteinander über eine Beschichtung aus wärmeleitender Paste verbunden sein, die auf ihre Anlageflächen aufgebracht ist. Die Wärmesenken 414, 415 stellen nach ihrem Einbau in das Gehäuse 422 ein Gestell dar, auf welcher die Leiterplatte 408 aufliegt. Die Leiterplatte 408 enthält ein Schaltungselement 523, welches zumindest einen Teil der analogen und digitalen Schaltung bereitstellt, welche als Schnittstelle zu den Laserdioden 416A, 416B und dem Lichtdetektor 11 verwendet wird. Die Leiterplatte 408 kann in großem Maße in Notwendigkeit der in Fig. 1 dargestellten analogen Schaltung 43 erübrigen. Ein Photodetektor 409 ist ebenfalls auf der Leiterplatte 408 montiert und hat in Verbindung mit einem Schaltungselement 523 die Funktion, die Ausgangsleistung der Laserdioden 416A, 416B zu regeln. Das Kabel 3 ist an der Leiterplatte 408 über eine Zugentlastung 413 befestigt, welche auch eine Umgebungsdichtung bereitstellt, da sie durch eine entsprechende Öffnung in dem Gehäuse 422 durchtritt. Mehrere Verbinderbuchsen 419 bis 421 treten durch isolierte Löcher in dem Wärmesenken 414, 415 hindurch und sind dadurch ausgerichtet, um eine Verbindung zu der Leiterplatte 408 und dem Schaltungselement 523 herzustellen. Die Verbinderbuchsen 419 bis 421 haben die Funktion von Leitern, welche den Kabelverbinder 82 mit entsprechenden Verbinderstiften 86 auf dem Sondenverbinder 80 verbinden. Eine Federclip 431 hat die Funktion den Kabelverbinder 82 an dem Sondenverbinder 80 zu sichern, wenn die zwei Elemente gemäß Darstellung in Fig. 7 physisch miteinander verbunden sind. Die Vorsprünge 80A, 80B passen in entsprechende Löcher auf dem Boden des Gehäuses 422 und bilden eine Schnappverbindung mit dem Federclip 431, da sie dessen Löcher passieren. Ein Benutzer kann daher den Kabelverbinder 82 von dem Sondenverbinder 80 lösen, indem er einfach eine Kraft auf dem freiliegenden Abschnitt des Federclips 431 aufbringt, um die Vorsprünge 80A, 80B in einem ausreichenden Abstand auszulenken, um die Ränder der Löcher in dem Boden des Gehäuses 422 freizugeben.
Fig. 9 veranschaulicht zusätzliche Details des Laserdiodeneinbaus in dem Kabelverbinder 82. Die vier Laserdioden sind in zwei Paaren 416A, 416B eingebaut, wobei jedes Laserdiodenpaar über eine Substratbasis 925 und ein thermisch leitendes Bindemittel 927 an einer entsprechenden Wärmesenke 414, 415 zur Wärmeableitung befestigt ist. Drei Stifte 410A, 411A, 412A sind in der Wärmesenke 414 eingebaut, um Leiter bereitzustellen, an welche die Anschlüsse der Laserdioden 926A, 926B angeschlossen sind. Der Leiter 411A ist elektrisch mit den Wärmesenken 414 und den Laserdioden 926A, 926B über den Leiter 929 verbunden. Die Stifte 410A und 412A sind elektrisch von der Wärmesenke 414 isoliert und dienen zur Verbindung der Laserdioden 926A, 926B mit der Leiterplatte 408. Die Leiter 928, 930 haben die Funktion, die Laserdioden 926A, 926B mit den Stiften 410A, 412A zu verbinden. Das Lichtausgangssignal der Laserdioden 926A, 926B wird durch ein Fenster 418 durch eine Öffnung 524 in dem Gehäuse 422 geführt. Das Fenster 418 kann klär oder zumindest teilweise diffus sein, um eine Augenschädigung des Benutzers zu verhindern, wenn der Benutzer direkt in dem von den Laserdioden 926A, 92GB erzeugten Lichtstrahl blickt und der Kabelverbinder 82 angesteuert wird. Ein opaker Schirm 417 ist vorgesehen, um eine optische Übertragung von Umgebungslicht von der Öffnung 524 auf die Photodiode 409 zu verhindern.
Fig. 2 und 3 veranschaulichen perspektivische und Explosionsansichten einer Ausführungsform eines Sondenmoduls 1. Diese Konfiguration ist eine "Clip-Tip"- oder "Federclip" Sonde, welche von einem paar federbelasteter gegenüberliegender Arme 211, 212 Gebrauch macht, um den Finger eines Patienten in der korrekten Position bezogen auf den optischen Anschluß 332 und die Lichtdetektorelemente 333 zu plazieren, und um diese Elemente mit der Haut des Patienten an der Sondenanbringungsstelle in Kontakt zu bringen. Die Federclip- Sonde 1 besteht aus einem ersten Abschnitt 211, welcher mit einem verformbaren Polster 311 ausgestattet ist, das an der Innenoberfläche des ersten Abschnittes 211 angebracht ist und eine Öffnung 315 aufweist, um Licht von dem optischen Auslaß 332 auf den Finger des Patienten hindurch zu lassen, der in der Federclipsonde plaziert ist. Ferner ist in dem ersten Abschnitt 211 ein Verbinder 320 enthalten, um ein Kabel 3 mit dem Lichtdetektor 333 zu verbinden, der in der Federclipsonde 1 enthalten ist, und um die in dem Verbinder 220 enthaltenen optischen Elemente über dem optischen Auslaß 332 zu positionieren. Der zweite Abschnitt 212 der Federclipsonde 1 enthält einen Lichtdetektor 333 und ein kleberbeschichtetes Material 321, welches zur Befestigung der Federclipsonde 1 an dem Finger 250 des Patienten dient. Der erste Abschnitt 211 und der zweite Abschnitt 212 sind in der Konfiguration ähnlich, und haben im zusammengebauten Zustand die Funktion den optischen Auslaß 332 und den Lichtdetektor 333 gegen einen Finger 250 des Patienten zu drücken, der zwischen dem ersten 211 und zweiten 212 Abschnitt eingeführt ist. Der erste 211 und zweite 212 Abschnitt sind schwenkbar aneinander befestigt und enthalten ein in dem ersten Abschnitt 211 integriertes Federelement 314, das die Funktion hat den ersten 211 und zweiten 212 Abschnitt miteinander in eine geschlossene Position, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, vorzuspannen. Der erste 211 und zweite 212 Abschnitt enthalten Verbindungsteile, welche, wenn sie mit einem Schwenkzapfen 213 verbunden sind, die Funktion eines Gelenkes haben. Insbesondere enthält der erste Abschnitt 211 zwei Bereiche 312, wovon jeder eine Öffnung 313 darin ausgebildet hat, die einer Verbindungsöffnung 323 im Bereichen 322 auf dem zweiten Abschnitt 212 entsprechen. Der erste 211 und 212 Abschnitt werden durch die Einführung eines Schwenkstiftes 213 in die entsprechenden Öffnungen 313, 323 ausgerichtet und miteinander verbunden, wenn sie so zueinander ausgerichtet sind, daß die Gewebekontaktflächen der Innenoberflächen der ersten und zweiten Abschnitte 211, 212 einander gegenüberliegen. Die integrierte Feder 314, die einen Teil des ersten Abschnittes 211 ist, übt eine Kraft gegen den zweiten Abschnitt 212 aus, um die Enden des ersten und zweiten Gehäuseabschnittes 211, 212 voneinander weg zu drücken, was bewirkt, daß der erste und zweite Gehäuseabschnitt 211, 212 bezogen zueinander um den Schwenkstift 213 rotieren und dadurch die anderen Endes des Gehäuses zusammendrücken.
Die Innenoberfläche des ersten 211 und zweiten 212 Abschnittes enthalten einen gekrümmten Bereich, um im wesentlichen parallel den Konturen eines typischen Fingers 250 zu folgen, mit welchen die Federclipsonde 1 verbunden wird. Das verformbare Polster 311 und das kleberbeschichtete Material 321 haben die Funktion, topologische Differenzen zwischen dem Finger 250 des Patienten und der Krümmung der Innenseite der zwei Abschnitte 211, 212 der Federclipsonde 1 zu kompensieren. Somit bilden, wenn die zwei Abschnitte 211, 212 der Federclipsonde 1 um einen Finger 250 des Patienten geschlossen sind, das verformbare Polster 311 und das kleberbeschichtete Material 321 eine Oberfläche, die im wesentlichen den Konturen des Fingers 250 eines Patienten folgt. Die Verwendung des verformbaren Polsters 311 und des kleberbeschichteten Materials 321 und des Federmechanismus 314 der Federclipsonde 1 stellen sicher, daß der optische Auslaß 332 und der Lichtdetektor 333 in einem engen und festen Kontakt mit der Haut des Fingers 250 des Patienten gebracht werden. Der enge Kontakt des optischen Auslasses 332 und des Lichtdetektors 333 mit dem Finger 250 des Patienten ist kritisch wichtig, da jedes Umgebungslicht, das durch den Lichtdetektor 333 empfangen wird, die Messung der speziellen Eigenschaften des arteriellen Blutes, die von dem Überwachungsinstrument ausgeführt wird, stört.
Die Innenoberfläche des zweiten Abschnittes 312 ist auch zur Anpassung an die Konturen der Unterseite eines Fingers 250 so geformt, daß das innere Ende 324 dieser Ausspannung die Funktion eines Fingeranschlags hat, welche dafür ausgelegt ist, den Finger 250 des Patienten innerhalb des Gehäuseabschnittes 212 in einer vorbestimmten Lage zu positionieren. Die Höhe des Fingeranschlages 324 ist so ausgelegt, daß sie das Passieren eines Fingernagels, insbesondere eines langen Fingernagels, über die Oberseite ermöglicht, aber auch verhindert, daß sich die fleischige Fingerspitze über einen ausgewählten Punkt hinaus zwischen den zwei Abschnitten 211, 212 der Federclipsonde 1 erstreckt. Der Lichtdetektor 333 ist in dem Boden des konturierten Bereiches des zweiten Abschnittes 212 in einer vorbestimmten Lage montiert.
Um die Bewegung des Fingers 250 des Patienten innerhalb der Federclipsonde 1 zu verhindern, ist das kleberbeschichtete Material 321 in dem zweiten Abschnitt 212 mittels mindestens einem, bevorzugt mehreren (in Fig. 3 dargestellten) Schichten eines klaren verformbaren Materials 321 implementiert, die auf ihren beiden Seiten klebend beschichtet sind. Das klebend an dem ersten Abschnitt 211 befestigte verformbare Polster 311 kann aus einem opaken Material mit einer darin ausgeschnittenen Öffnung (Loch 350) hergestellt werden, um den an der Innenoberfläche des ersten Abschnittes 211 der Federclipsonde 1 angebrachten optischen Auslaß 232 das Aussenden von Licht durch das Loch 315 in dem verformbaren Polster 311 zu ermöglichen, so daß es auf den Finger 250 des Patienten an einer vorbestimmten Stelle, wie z.B. in der Nähe der Epidermis des Fingers scheint.
Der Aufbau des ersten Abschnittes 211 und des zweiten Abschnittes 212 der Federclipsonde 1 ist so, daß, wenn sie auf dem Finger 250 des Patienten geschlossen ist, der erste 211 und zweite 212 Abschnitt Oberflächen aufweisen, die mit dem Finger 250 übereinstimmen, und die Haut in einer Klammer einschließen. Die schwenkbar verbundenen Enden der ersten 211 und zweiten 212 Abschnittes der Federclipsonde 1 sind so geschnitten, daß in einer geschlossenen Position eine Öffnung 215 zwischen dem ersten 211 und zweiten 212 Abschnitt erzeugt wird. Diese Öffnung 215 ist geschlossen, wenn der erste 211 und zweite 212 Abschnitt in vollem Umgang geöffnet sind, wobei der Bereich des Weges durch die Größe der Öffnung 215 bestimmt ist. Daher treffen in einer vollständig geöffneten Position das ausschwenkende Ende des ersten 211 und zweiten 212 Abschnittes aufeinander, was den Bewegungsbereich des ersten 211 und zweiten 212 Abschnittes einschränkt.
Der Lichtdetektor 333 weist eine herkömmliche Konstruktion auf, wie man sie typischerweise im Pulsoximeter-Sonden findet. Die mehreren Leiter sind mit dem Lichtdetektor 333 verbunden und diese Leiter sind in einem Verbinder 220 angeschlossen, der auf der Oberseite des ersten Abschnittes 212 der Federclipsonde 1 angeordnet ist. Dieser Verbinder 220 enthält mehrere Stiften 341, die in einem vorbestimmten Muster darin angeordnet sind, wobei der Verbinder 220 auf dem Patientenende der Federclipsonde 1 angeordnet ist, um den Benutzer einen ausreichenden Raum zur Erfassung der Federclipsonde 11 zur Anbringung an dem Finger 250 des Patienten zugeben.

Claims

1. Vorrichtung zur Beleuchtung von Gewebe eines Patienten, um die Lichtabsorption des Gewebes mittels eines Meßsystems (2) zu messen, welches aufweist:

mindestens zwei Lichtquellen (LD, 416) zum Erzeugen von mindestens zwei Strahlbündeln mit unterschiedlicher Wellenlänge zur Aufbringung auf das Gewebe;

mehrere elektrische Leiter (3) zum elektrischen Verbinden der mindestens zwei Lichtquellen mit dem Meßsystem (2);

eine Einrichtung (83, 87, 88, 211, 212) zum lösbaren Anbringen der Sondeneinrichtung an dem Patienten; und

eine Einrichtung (524, 332) zum Aufbringen der mindestens zwei Lichtstrahlbündel auf das Gewebe,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung enthält:

eine Verbindungseinrichtung (82) mit:

einem ersten Verbindersegment (82);

den mindestens zwei Lichtquellen (LD, 416), wobei die Lichtquellen jeweils Laserdioden sind; und

den mehreren elektrischen Leitern (3); und

eine Sondeneinrichtung (1) mit:

einem zweiten Segment (80), das lösbar mit dem ersten Verbindersegment (82) verbindbar ist, um die Verbindungseinrichtung (82) mit der Sondeneinrichtung (1) zu kombinieren;

einer Einrichtung (83, 87, 88, 211, 212) zum lösbaren Anbringen der Sondeneinrichtung an dem Patienten; und

die Einrichtung (524, 332) zum Aufbringen der mindestens zwei Lichtstrahlbündel auf das Gewebe.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sondeneinrichtung (1) ferner aufweist:

eine Lichtdetektoreinrichtung (85, 333) zum Erzeugen von Signalen, welche eine Lichtintensität von den mindestens zwei aus dem Gewebe eines Patienten empfangenen Lichtstrahlbündeln anzeigen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sondeneinrichtung ferner aufweist: mindestens zwei elektrische Leiter (32)·, die an ihrem ersten Ende mit der Lichtdetektoreinrichtung (85, 333) verbunden sind, und über die ersten und zweiten Verbindersegmente an ihrem zweiten Ende mit entsprechenden von den mehreren elektrischen Verbindern (3) in der Verbindungseinrichtung verbindbar sind, um die Lichtdetektoreinrichtung mit dem Meßsystem (2) zu verbinden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweiten Enden von den mindestens zwei elektrischen Verbindern (32) mit den mehreren elektrischen Verbindern (3) über ein Stift/Buchsen-Verbindersystem (86, 419 bis 421) verbunden sind, das in den ersten und zweiten Verbindersegmenten (80, 82) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die lösbare Anbringungseinrichtung (83 bis 88, 211, 212) aufweist:

eine flexible Stützstruktur, um die Lichtquellen (LD, 416) und die Lichtdetektoreinrichtung (85, 333) in optischen Kontakt mit dem Patienten zu halten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verbindungseinrichtung (82) ferner aufweist:

eine Einrichtung (431, 80A, 80B) zum Verriegeln der ersten und zweiten Verbindersegmente.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die lösbare Anbringungseinrichtung (211, 212) aufweist:

einen ersten Gehäuseabschnitt (211);

einen zweiten Gehäuseabschnitt (212), der gelenkig an dem ersten Gehäuseabschnitt angebracht ist, um ein greiferförmiges Gehäuse auszubilden, wobei die ersten und zweiten Abschnitte zwischen einer offenen und geschlossenen Position drehbar sind, und eine Öffnung in einem Ende davon aufweisen, wenn sie sich in der geschlossenen Position befinden, um ein Glied (250) eines Patienten aufzunehmen, wobei sowohl der erste als auch der zweite Gehäuseabschnitt (211, 212) eine einander gegenüberliegende Innenoberfläche und eine Außenoberfläche aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die lösbare Anbringungseinrichtung (211, 212) ferner aufweist:

eine Klebefolieneinrichtung (321), die an der Innenoberfläche des zweiten Gehäuseabschnitts (212) angebracht ist, um den zweiten Gehäuseabschnitt an dem Glied (250) anzubringen, wenn sich der erste und der zweite Abschnitt (211, 212) in der geschlossenen Position befinden, um die Klebefolieneinrichtung mit dem zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseabschnitt befindlichen Glied in Kontakt zu bringen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die lösbare Anbringungseinrichtung (211, 212) ferner aufweist:

eine verformbare Einrichtung (311), die an der Innenoberfläche des ersten Gehäuseabschnitts (211) angebracht ist, um sich elastisch dem Glied (250) anzupassen, wenn sich das erste und zweite Gehäuseelement (211, 212) in der geschlossenen Position befinden, um die verformbare Einrichtung mit dem Glied in Kontakt zu bringen.