-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine nichtinvasive Diagnosevorrichtung
und insbesondere einen optimalen Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive
Diagnose von Blutbestandteilen zum Erfassen eines optimalen Diagnosepunkts
an verschiedenen Teilen des Körpers
eines Patienten, und eine nichtinvasive Diagnosevorrichtung zum
Durchführen
einer nichtinvasiven Diagnose an dem erfassten Punkt unter Verwendung
derselben.
-
Im
Allgemeinen strahlt eine nichtinvasive Diagnosevorrichtung Licht
einer spezifischen Wellenlänge
in einen bestimmten Teil des Körpers
ein, wie Finger oder eine Falte, und erfasst das vom bestrahlten
Teil reflektierte oder durchgelassene Licht, wodurch die Konzentration
an Blutbestandteilen wie Hämoglobin,
Glucose, Chlolesterin, Alkohol oder Bilirubin gemessen wird. Mit
anderen Worten, Licht einer spezifischen Wellenlänge, bei der das Licht leicht
mit einem spezifischen Blutbestandteil reagiert und eine große Lichtmenge
absorbiert wird, wird in einen Diagnoseteil eingestrahlt, um dann
reflektiertes oder durchgelassenes Licht zu erfassen. Dann wird
das Licht, das weniger leicht absorbiert wird, in einen spezifischen
Teil eingestrahlt, um dann reflektiertes oder durchgelassenes Licht
zu erfassen. Schließlich
wird die Konzentration an Blutbestandteilen unter Verwendung von
experimentell vorberechneten Daten der Konzentration und Absorption
eines spezifischen Bestandteiles mittels der Menge der beiden Arten von
erfasstem Licht berechnet.
-
Im
Falle der Verwendung einer herkömmlichen
nichtinvasiven Diagnosevorrichtung ist der reflektierte oder durchgelassene
Lichtmenge jedoch sehr gering, da ein Benutzer aufgrund eines hohen Durchflusses
des Bluts in einem zu messenden Blutstrom keinen Teil mit dem erfassten
Maximalwert erfasst, was eine akkurate Messung der Blutbestandteile
schwierig macht. Mit anderen Worten, die Bestandteile, die im Blut
stark konzentriert sind, können in
gewissem Umfang gemessen werden, aber die Messgenauigkeit ist gering.
Ferner ist es schwierig, die Bestandteile zu messen, die im Blut
schwach konzentriert sind.
-
EP 0587009 offenbart ein
Abgleichleitsystem zur Verwendung mit herkömmlichen Pulsoximetriesystemen.
Das System erzeugt eine Anzeige, die das Ausmaß der optischen Kopplung zwischen
Lichtstrahlern und einem Lichtdetektor zeigen, die in einem Sensor
verwendet werden. Durch Einstellen der Position des Sensors, während der
Betrachtung der Anzeige, können
Mediziner korrekten Abgleich zwischen den Lichtstrahlern und dem
Lichtdetektor gewährleisten.
-
Es
ist Ziel der vorliegenden Erfindung, einen optimalen Diagnosepunktdetektor
für nichtinvasive Diagnose
von Blutbestandteilen, zum Erfassen eines Punktes mit dem maximalen
Erfassungswert aufgrund eines hohen Blutdurchflusses in einem Blutstrom
unter verschiedenen Diagnosestellen eines Patienten zur Verfügung zu
stellen.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine nichtinvasive
Diagnosevorrichtung unter Verwendung eines optimalen Diagnosepunktdetektors für nichtinvasive
Diagnose von Blutbestandteilen zur Verfügung zu stellen, um die Konzentration
der Blutbestandteile eines Patienten genau zu messen durch Erfassen
eines Punktes, an dem ein erfasster Wert am größten ist, unter Verwendung
eines optimalen Diagnosepunktedetektors für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen und nichtinvasive Diagnose am erfassten Punkt
durchzuführen.
-
Um
das erste Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird ein
optimaler Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen im Blutstrom eines Patienten zur Verfügung gestellt,
der umfasst:
erste Erfassungsmittel zum Erzeugen eines Eingangssignals
zum Bestrahlen eines Teils des zu diagnostizierenden Patienten,
die von einem bestimmten Signal, das durch den Teil hindurchgeleitet
wurde, und einem bestimmten Signal, das von dem Teil reflektiert
wurde, mindestens eines erfassen und Ausgeben eines Ausgabesignals,
das für
die Blutstromquantität
repräsentativ
ist; erste Antriebsmittel zum Betreiben der ersten Erfassungsmittel;
erste Verstärkungsmittel
zum Verstärken
des Ausgangssignals von den ersten Erfassungsmitteln; Wandlermittel
von analog in digital (A/D) zum Empfangen eines Ausgangssignals
von den ersten Verstärkungsmitteln und
Umwandeln des Ausgangssignals von den ersten Verstärkungsmitteln
in einen digitalen Erfassungswert; Speichermittel kodiert mit einer
Sequenz von computerlesbaren Anweisungen zum Durchführen eines
bestimmten optimalen Diagnosepunkterfassungsverfahrens; Befehlseingabemittel,
durch die ein Benutzerbefehl eingegeben wird; Zentralverarbeitungsmittel
verbunden mit den ersten Antriebsmitteln, A/D-Wandlermitteln, Befehlseingabemitteln
und Speichermitteln, so angeordnet, dass das im Speichermittel kodierte
bestimmte optimale Diagnosepunkterfassungsverfahren gemäß dem Benutzereingabebefehl
durchgeführt
wird, um einen Erfassungspunkt, an dem der digitale Erfassungswert
von den A/D-Wandlermitteln einen maximalen Wert aufweist, als optimalen
Diagnosepunkt zu bestimmen; und Anzeigemittel verbunden mit dem
Zentralverarbeitungsmittel, die angeordnet sind, dass sie den digitalen
Erfassungswert anzeigen und eine Angabe anzeigen, dass der digitale
Erfassungswert ein Maximalwert ist, wenn ein maximales Erfassungssignal
von den ersten Erfassungsmitteln erfasst ist.
-
Es
ist bevorzugt, dass das vom Zentralverarbeitungsmittel durchgeführte optimale
Diagnosepunkterfassungsverfahren die Schritte umfasst: a) Betätigen der
Antriebsmittel durch Aufgeben eines bestimmten Signals; b) Umwandeln
des von den ersten Verstärkungsmitteln
verstärkten
Signals, nachdem es von den Erfassungsmitteln erfasst wurde, betätigt vom Ausgangssignal
der Antriebsmittel, in digitale Daten unter Verwendung des A/D-Wandlers;
c) Vergleichen des digitalen Datenwertes mit einem bestimmten Referenzwert,
Verschieben eines Erfassungspunktes und dann Rückkehr zu Schritt (b), wenn
der digitale Datenwert kleiner ist als der bestimmte Referenzwert,
und Weitergehen zu einem anschließenden Schritt, wenn der digitale
Datenwert größer oder
gleich dem bestimmten Referenzwert ist; und d) Anzeigen des digitalen
Datenwerts auf dem Anzeigemittel und Anzeigen einer Angabe, dass
der digitale Datenwert ein Maximalwert ist.
-
Es
ist ebenso bevorzugt, dass das vom Zentralverarbeitungsmittel durchgeführte optimale
Diagnosepunkterfassungsverfahren die Schritte umfasst: a) Betätigen der
Antriebsmittel durch Aufgeben eines bestimmten Signals; b) Umwandeln
des von den ersten Verstärkungsmitteln
verstärkten
Signals, nachdem es von den Erfassungsmitteln erfasst wurde, betätigt vom
Ausgangssignal der Antriebsmittel, in digitale Daten unter Verwendung
des A/D-Wandlers; c) Vergleichen des digitalen Datenwertes mit einem
bestimmten Referenzwert, Verschieben eines Erfassungspunktes und
dann Rückkehr
zu Schritt (b), wenn der digitale Datenwert kleiner ist als der
bestimmte Referenzwert, und Weitergehen zu einem anschließenden Schritt,
wenn der digitale Datenwert größer oder
gleich dem bestimmten Referenzwert ist; d) Ersetzen des Referenzwertes
mit dem Wert der digitalen Daten; e) Anzeigen des digitalen Datenwerts auf
dem Anzeigemittel; f) Bestimmen, ob die Anzahl der Erfassungen größer oder
gleich einer bestimmten Anzahl ist, Verschieben eines Erfassungspunktes und
dann Rückkehr
zu Schritt (b), wenn die Anzahl der Erfassungen kleiner ist als
die bestimmte Anzahl, und Weitergehen zu einem anschließenden Schritt, wenn
der digitale Datenwert größer oder
gleich der bestimmten Anzahl ist; und g) Anzeigen des Referenzwerts
auf dem Anzeigemittel und Anzeigen einer Angabe, dass der Referenzwert
ein Maximalwert ist.
-
Es
ist ebenso bevorzugt, dass ferner Mittel vorgesehen sind zum Filtern
des Ausgangssignals von den Verstärkungsmitteln zwischen den
Verstärkungsmitteln
und dem A/D-Wandler.
-
Es
ist ferner bevorzugt, dass das Erfassungsmittel Lichterzeugungsmittel
zum Erzeugen von Licht zum Einstrahlen des Lichts in den zu diagnostizierenden
Teil aufweist, und ein Photodetektormittel zum Erfassen einer vom
zu diagnostizierenden Teil reflektierten oder durchgelassenen Lichtmenge aufweist.
-
Das
Lichterzeugungsmittel ist bevorzugt irgendeines aus einem Blitzlicht
zum Erzeugen von Lichtimpulsen und einer kontinuierlich leuchtenden Birne.
-
Es
ist ebenso bevorzugt, dass das Erfassungsmittel ein Ultraschallerzeugungsmittel
zum Erzeugen einer Ultraschallwelle zum Einstrahlen der Ultraschallwelle
in den zu diagnostizierenden Teil aufweist und ein Ultraschallerfassungsmittel
zum Erfassen der Frequenz der vom zu diagnostizierenden Teil reflektierten
Ultraschallwelle.
-
Es
ist ebenso bevorzugt, dass das Erfassungsmittel ein piezoelektrisches
Element zum Erfassen von Veränderungen
im Druck des zu diagnostizierenden Teils ist, worin der Druck sich
entsprechend dem Durchfluss des Blutstroms verändert.
-
Es
ist ferner bevorzugt, dass das Erfassungsmittel eine CCD-Kamera
(charge coupled device) ist, und dass das optimale Diagnosepunkterfassungsverfahren
derart durchgeführt
wird, dass der zu diagnostizierende Teil von der CCD-Kamera fotografiert
wird und dann der Teil erfasst wird, wo der Helligkeitswert in der
Gradskala sich aufgrund eines großen Durchflusses an Blut in
einem Blutstrom im fotografierten Teil scharf verändert.
-
Um
das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird eine
nichtinvasive Diagnosevorrichtung zur Verfügung gestellt, die umfasst:
den
oben beschriebenen optimalen Diagnosepunktdetektor; erste Lichtemissionsmittel
zum Emittieren einer ersten Mehrzahl von Strahlen mit unterschiedlichen
Wellenlängen
zum Reagieren auf zu messende Blutbestandteile, um die erste Mehrzahl
von Strahlen in den zu diagnostizierenden Teil einzustrahlen; zweite
Lichtemissionsmittel zum Emittieren einer zweiten Mehrzahl von Strahlen
mit unterschiedlichen Wellenlängen
zum Reagieren auf andere als die zu messenden Blutbestandteile,
um die zweite Mehrzahl von Strahlen in den zu diagnostizierenden
Teil einzustrahlen; zweite Erfassungsmittel zum Erfassen von reflektiertem
oder durchgelassenem Licht vom zu diagnostizierenden Teil, nachdem
die erste und zweite Mehrzahl von Strahlen eingestrahlt sind; zweite
Antriebsmittel zum Betreiben der ersten Lichtemissionsmittel; dritte
Antriebsmittel zum Betreiben der zweiten Lichtemissionsmittel; erste
Filtermittel mit einer ersten Mehrzahl von Filtern zum Filtern entsprechender Ausgaben
der zweiten Erfassungsmittel bei Frequenzbändern der entsprechenden Strahlen,
die von den ersten Lichtemissionsmitteln emittiert sind; zweite
Filtermittel mit einer zweiten Mehrzahl von Filtern zum Filtern
entsprechender Ausgaben der zweiten Erfassungsmittel bei Frequenzbändern der
entsprechenden Strahlen, die von den zweiten Lichtemissionsmitteln
emittiert sind; zweite Verstärkungsmittel mit
einer ersten Mehrzahl von Verstärkern
zum Verstärken
der entsprechenden Ausgaben der ersten Filtermittel; dritte Verstärkungsmittel
mit einer zweiten Mehrzahl von Verstärkern zum Verstärken der entsprechenden
Ausgaben der zweiten Filtermittel; Multiplexmittel zum Multiplexen
der Ausgaben der ersten, zweiten und dritten Verstärkungsmittel;
worin das A/D-Wandlermittel ferner Ausgangssignale von zweiten und
dritten Verstärkungsmitteln
empfängt, wobei
die Ausgangssignale von den ersten, zweiten und dritten Verstärkungsmitteln
vom A/D-Wandlermittel als Ausgangssignal vom Multiplexmittel empfangen
werden; das Speichermittel ferner mit einer Sequenz von computerlesbaren
Anwei sungen zum Durchführen
eines Blutbestandteilkonzentrationsberechnungsverfahrens kodiert
ist; das Zentralverarbeitungsmittel ferner mit den zweiten und dritten
Antriebsmitteln verbunden ist zum Durchführen des optimalen Diagnosepunkterfassungsverfahrens
und des Blutbestandteilkonzentrationsberechnungsverfahrens, die
im Speichermittel kodiert sind, gemäß dem Benutzereingabebefehl;
und das Anzeigemittel ferner zum Anzeigen der berechneten Blutbestandteilkonzentration
vorgesehen ist.
-
Es
ist bevorzugt, dass das im Zentralverarbeitungsmittel durchgeführte optimale
Diagnosepunkterfassungsverfahren und das Blutbestandteilkonzentrationsberechnungsverfahren
die Schritte umfasst: a) Betätigen
der ersten Antriebsmittel durch Aufgeben eines bestimmten Signals;
b) Umwandeln des von den ersten Verstärkungsmitteln verstärkten Signals,
nachdem es von den Erfassungsmitteln erfasst wurde, betätigt vom Ausgangssignal
der Antriebsmittel, in digitale Daten unter Verwendung des A/D-Wandlers
durch Aufgeben eines Steuersignals auf das Multiplexmittel und Eingeben
des Ausgangssignals vom ersten Verstärkungsmittel in das A/D-Wandlermittel;
c) Vergleichen des digitalen Datenwertes mit einem bestimmten Referenzwert,
Verschieben eines Erfassungspunktes und dann Rückkehr zu Schritt (b), wenn
der digitale Datenwert kleiner ist als der bestimmte Referenzwert,
und Weitergehen zu einem anschließenden Schritt, wenn der digitale
Datenwert größer oder gleich
dem bestimmten Referenzwert ist; d) Anzeigen des digitalen Datenwerts
auf dem Anzeigemittel und Anzeigen einer Angabe, dass der digitale
Datenwert ein Maximalwert ist; e) Betätigen der zweiten Antriebsmittel
durch Aufgeben eines bestimmten Signals, wenn ein optimaler Diagnosepunkt
in den Schritten (a) bis (d) erfasst ist; f) Eingeben einer Mehrzahl
von Signalen, die durch das zweite Verstärkungsmittel verstärkt sind,
nachdem sie vom zweiten Erfassungsmittel erfasst und vom ersten
Filtermittel gefiltert sind, in das A/D-Wandlermittel durch Aufgeben
eines Steuersignals an das Multiplexmittel, Umwandeln der Mehrzahl
von Sig nalen in digitale Daten und Speichern der umgewandelten Daten
im Speichermittel; g) Eingeben einer Mehrzahl von Signalen, die
durch das dritte Verstärkungsmittel
verstärkt
sind, nachdem sie vom zweiten Erfassungsmittel erfasst und vom ersten
Filtermittel gefiltert sind, in das A/D-Wandlermittel durch Aufgeben eines Steuersignals
an das Multiplexmittel, Umwandeln der Mehrzahl von Signalen, die
durch das dritte Verstärkungsmittel
verstärkt
sind, in digitale Daten und Speichern der umgewandelten Daten im
Speichermittel; h) Berechnen des Ausmaßes an Rauschkomponenten, die nicht
den zu messenden Komponenten entsprechen, unter Verwendung des mit
den zweiten Filtermitteln in digitale Daten umgewandelten Wertes;
i) Eliminieren der Rauschkomponenten aus den Daten der zu messenden
Blutbestandteile durch Subtrahieren eines Wertes, der durch Reflektieren
einer Skalenkonstante auf das in Schritt (h) berechnete Rauschkomponentenmaß erhalten
ist, vom mit den ersten Filtermitteln umgewandelten Wert; j) Berechnen
einer Konzentration an zu messenden Blutbestandteilen unter Verwendung
des Wertes der rauscheliminierten Blutbestandteile; und k) Anzeigen
der berechneten Konzentration auf dem Anzeigemittel.
-
Es
ist bevorzugt, dass das im Zentralverarbeitungsmittel durchgeführte optimale
Diagnosepunkterfassungsverfahren und das Blutbestandteilkonzentrationsberechnungsverfahren
die Schritte umfasst: a) Betätigen
der ersten Antriebsmittel durch Aufgeben eines bestimmten Signals;
b) Umwandeln des von den ersten Verstärkungsmitteln verstärkten Signals,
nachdem es von den Erfassungsmitteln erfasst wurde, in digitale
Daten unter Verwendung des A/D-Wandlers durch Aufgeben eines Steuersignals
auf das Multiplexmittel und Eingeben des Signals in das A/D-Wandlermittel; c)
Vergleichen des digitalen Datenwertes mit einem bestimmten Referenzwert,
Verschieben eines Erfassungspunktes und dann Rückkehr zu Schritt (b), wenn
der digitale Datenwert kleiner ist als der bestimmte Referenzwert,
und Weitergehen zu einem anschließenden Schritt, wenn der digitale
Datenwert größer oder
gleich dem be stimmten Referenzwert ist; d) Ersetzen des Referenzwertes
mit einem Wert der digitalen Daten; e) Anzeigen des Referenzwerts
auf dem Anzeigemittel; f) Bestimmen, ob die Anzahl der Erfassungen
größer oder
gleich einer bestimmten Anzahl ist, Verschieben eines Erfassungspunktes und
dann Rückkehr
zu Schritt (b), wenn die Anzahl der Erfassungen kleiner ist als
die bestimmte Anzahl, und Weitergehen zu einem anschließenden Schritt, wenn
der digitale Wert größer oder
gleich der bestimmten Anzahl ist; g) Anzeigen des Referenzwerts und
Anzeigen einer Angabe, dass der Referenzwert ein Maximalwert ist;
h) Betätigen
der zweiten Antriebsmittel durch Aufgeben eines bestimmten Signals,
wenn der optimale Diagnosepunkt in den Schritten (b) bis (g) erfasst
ist; i) aufeinander folgendes Eingeben einer Mehrzahl von Signalen,
die durch das zweite Verstärkungsmittel
verstärkt
sind, nachdem sie vom zweiten Erfassungsmittel erfasst und vom ersten
Filtermittel gefiltert sind, in das A/D-Wandlermittel durch Aufgeben
eines Steuersignals an das Multiplexmittel, Umwandeln der Signale
in digitale Daten und Speichern der umgewandelten Daten im Speichermittel;
j) Eingeben einer Mehrzahl von Signalen, die durch das dritte Verstärkungsmittel
verstärkt
sind, nachdem sie vom zweiten Erfassungsmittel erfasst und vom ersten
Filtermittel gefiltert sind, in das A/D-Wandlermittel durch Aufgeben
eines Steuersignals in das A/D-Wandlermittel, Umwandeln der Signale
in digitale Daten und Speichern der umgewandelten Daten im Speichermittel;
k) Berechnen des Ausmaßes
an Rauschkomponenten, die nicht den zu messenden Komponenten entsprechen,
unter Verwendung des mit den zweiten Filtermitteln in digitale Daten
umgewandelten Wertes; l) Eliminieren der Rauschkomponenten aus den
Daten der zu messenden Blutbestandteile durch Subtrahieren eines
Wertes, der durch Reflektieren einer Skalenkonstante auf das in
Schritt (k) berechnete Rauschkomponentenmaß erhalten ist, vom mit den
ersten Filtermitteln umgewandelten Wert; m) Berechnen der Konzentration an
zu messenden Blutbestandteilen unter Verwendung des Wertes der rauscheliminierten
Blut bestandteile; und n) Anzeigen der berechneten Konzentration
auf dem Anzeigemittel.
-
Es
ist ferner bevorzugt, dass das erste Erfassungsmittel Lichterzeugungsmittel
zur Erzeugen von Licht zum Einstrahlen von Licht in den zu diagnostizierenden
Teil umfasst, und ein Photodetektormittel zum Erfassen einer vom
zu diagnostizierenden Teil reflektierten oder durchgelassenen Lichtmenge.
-
Es
ist ebenso bevorzugt, dass das Lichterzeugungsmittel irgendeines
aus einem Blitzlicht zum Erzeugen von Lichtimpulsen und einer kontinuierlich leuchtenden
Birne ist.
-
Es
ist bevorzugt, dass das Lichterzeugungsmittel irgendeines aus einem
Blitzlicht zum Erzeugen von Lichtimpulsen und einer kontinuierlich
leuchtenden Birne ist.
-
Es
ist bevorzugt, dass jedes der ersten und zweiten Lichtemissionsmittel
irgendeines aus einer Laserdiode und einer Emissionsdiode und einer Lampe
zum Erzeugen von Licht mit einer Breitbandfrequenz ist.
-
Es
ist ebenso bevorzugt, dass die ersten und zweiten Lichtemissionsmittel
irgendeines aus einer Kombination einer Laserdiode und einer Emissionsdiode
und einer Lampe zum Erzeugen von Licht mit einer Breitbandfrequenz
sind.
-
Es
ist ferner bevorzugt, dass das erste und zweite Lichtemissionsmittel
irgendeines aus einem Blitzlicht zum Erzeugen von Lichtimpulsen
und einer kontinuierlich leuchtenden Birne zum Ausstrahlen von kontinuierlichem
Licht sind.
-
Die
obigen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser
ersichtlich durch ausführliche
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
-
1 ein Blockdiagramm ist,
das einen optimalen Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
2 ein Blockdiagramm ist,
das einen optimalen Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
3 ein Blockdiagramm ist,
das einen optimalen Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
4 ein Blockdiagramm ist,
das einen optimalen Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
5 ein Fließbild ist,
das den Betrieb des in 1 gezeigten
optimalen Diagnosepunktdetektors für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen erläutert;
-
6 ein anderes Fließbild ist,
das den Betrieb des in 1 gezeigten
optimalen Diagnosepunktdetektors für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen erläutert;
-
7 ein Blockdiagramm einer
nichtinvasiven Diagnosevorrichtung unter Verwendung des optimalen
Diagnosepunktdetektors für
nichtinvasive Diagnose von Blutbestandteilen gemäß der vorliegenden Erfindung
ist; und
-
8 ein Fließbild zur
Erläuterung
des Betriebs der in 7 gezeigten
nichtinvasiven Diagnosevorrichtung unter Verwendung des optimalen
Diagnosepunktdetektors für
nichtinvasive Diagnose von Blutbestandteilen ist.
-
Mit
Bezug zu 1 weist ein
optimaler Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive Diagnose von Blutbestandteilen
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Lichterzeuger 12 zum Einstrahlen
von Licht einer bestimmten Wellenlänge in einen Teil 10 des
zu diagnostizierenden Patienten auf, einen Photodetektor 14 zum
Erfassen der Lichtmenge, die von den Blutbestandteilen des Patienten
reflektiert wird, ein Antriebsmittel 18 zum Betreiben des
Lichterzeugungsmittels 14, einen Verstärker 13 zum Verstärken des
Erfassungssignalausgangs vom Photodetektor 14, einen Filter 15 zum
Filtern des Ausgangssignals des Verstärkers 13, einen Wandler 16 von
analog in digital (A/D) zum Empfangen eines Ausgangssignals vom
Filter 15 und seine Umwandlung in digitale Daten, einen
Speicher 24, in dem ein bestimmtes optimales Diagnosepunkterfassungsverfahren
gespeichert ist, eine Tastatur 17, durch die ein Benutzerbefehl
eingegeben wird, einen mit dem Antriebsmittel 18, dem A/D-Wandler 16,
der Tastatur 17 und dem Speicher 24 verbundener
Mikroprozessor 20, um das im Speicher 24 gespeicherte optimale
Diagnosepunkterfassungsverfahren gemäß dem eingegebenen Benutzerbefehl
durchzuführen, und
eine mit dem Mikroprozessor 20 verbundene Anzeige 22,
um den erfassten Wert anzuzeigen und um anzuzeigen, dass der erfasste
Wert der Maximalwert ist, wenn das maximale Erfassungssignal vom
Photodetektor 14 erfasst ist.
-
Der
Betrieb des obigen optimalen Diagnosepunktdetektors für nichtinvasive
Diagnose von Blutbestandteilen gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu 5 in Hinblick auf das vom Mikroprozessor 20 durchgeführte optimale
Diagnosepunkterfassungsverfahren erläutert.
-
Mit
Bezug zu den 1 und 5 setzt, wenn ein „Start"-Befehl vom Benutzer
durch die Tastatur 17 eingegeben wird, in Schritt S62 der
Mikroprozessor 20 einen bestimmten Referenzwert. In Schritt
S64 wird ein bestimmtes Signal auf das Antriebsmittel 18 aufgegeben,
um dieses an zutreiben. Wenn das Antriebsmittel 18 betätigt ist,
erzeugt der Lichterzeuger 12 Licht einer bestimmten Wellenlänge, um
das Licht in den zu diagnostizierenden Teil 10 einzustrahlen. Hier
ist der Lichterzeuger 12 bevorzugt ein Blitzlicht zum Erzeugen
von Lichtimpulsen einer bestimmten Breite oder eine kontinuierlich
leuchtende Birne zum Aussenden von kontinuierlichem Licht. Speziell, wenn
ein Blitzlicht als Lichterzeuger 12 verwendet wird, erzeugt
der Lichterzeuger 12 unmittelbar sehr starke Lichtimpulse.
Auf diese Weise wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert, wodurch die
Gesamtleistung verbessert wird. Von den in den zu diagnostizierenden
Teil 10 eingestrahlten Lichtstrahlen wird das reflektierte
Licht im Photodetektor 14 erfasst, im Verstärker 13 verstärkt und
vom Filter 15 gefiltert. In Schritt S66 wird dieses Signal
vom A/D-Wandler in digitale Daten umgewandelt. In Schritt S68 werden
die konvertierten digitalen Daten, d. h. der erfasste Wert, und
ein bestimmter Referenzwert verglichen. Wenn der Erfassungswert
kleiner ist als der bestimmte Referenzwert, wird der Erfassungspunkt
verschoben und der Ablauf kehrt zu Schritt S66 zurück. Wenn
der Erfassungswert größer als
oder gleich dem Referenzwert ist, schreitet der Ablauf zu einem
nachfolgenden Schritt fort. In Schritt S70 wird der Referenzwert
durch den Erfassungswert ersetzt. In Schritt S72 wird der durch
den Erfassungswert ersetzte Referenzwert auf der Anzeige 22 angezeigt.
In Schritt S74 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob die Anzahl der
Erfassungen größer als
oder gleich einer bestimmten Anzahl (N) ist. Wenn die Anzahl der
Erfassungen weniger als N beträgt,
wird der Erfassungspunkt verschoben und der Ablauf kehrt zu Schritt
S66 zurück.
Wenn die Anzahl der Erfassungen größer als oder gleich N ist,
schreitet der Ablauf zu einem nachfolgenden Schritt fort. In Schritt
S76 wird der durch den Erfassungswert ersetzte Referenzwert auf
der Anzeige 22 angezeigt und ein Hinweis angezeigt, dass
der Referenzwert der Maximalwert ist. In Schritt S78 wird eine Bestimmung
vorgenommen, ob ein Befehl „Erneut
Erfassen" eingegeben
wurde. Wenn „Erneut
Erfassen" eingegeben wurde,
kehrt der Ablauf zu Schritt S66 zurück, ansonsten ist das optimale
Diagnosepunkterfassungsverfahren beendet.
-
Um
den Photodetektor 14 auf einen Punkt zurückzusetzen,
wo der Erfassungswert am größten ist,
werden die Schritte S66 und S68 wiederholt durchgeführt, bis
ein Wert größer als
oder gleich dem maximalen Erfassungswert erfasst ist, während die Erfassungspunkte
erneut durch Verschieben des Lichterzeugers 12 und des
Photodetektors 14 erfasst werden. Wenn der Maximalwert
erneut auf der Anzeige 22 angezeigt wird, ist die Erfassung
beendet.
-
6 zeigt ein anderes optimales
Diagnosepunkterfassungsverfahren, bei dem der optimale Diagnosepunkt
durch Bestimmen eines Punktes, wo der Erfassungswert größer als
oder gleich einem bestimmten Referenzwert ist, als optimaler Diagnosepunkt
erfasst wird. Hier ist der Referenzwert ein experimentell erhaltener
Wert zur genauen Berechnung von Blutbestandteilen.
-
Mit
Bezug zu den 1 und 6 setzt, wenn ein „Start"-Befehl durch die
Tastatur 17 eingegeben wird, in Schritt S80 der Mikroprozessor 20 einen
bestimmten Referenzwert. In Schritt S82 wird ein bestimmtes Signal
auf das Antriebsmittel 18 aufgegeben, um dieses zu betätigen. Wenn
das Antriebsmittel 18 betätigt ist, erzeugt der Lichterzeuger 12 Licht einer
bestimmten Wellenlänge,
um das Licht in den zu diagnostizierenden Teil 10 einzustrahlen.
Von den in den zu diagnostizierenden Teil 10 eingestrahlten Lichtstrahlen
wird das reflektierte Licht im Photodetektor 14 erfasst,
im Verstärker 13 verstärkt und
vom Filter 15 gefiltert. In Schritt S84 wird dieses Signal vom
A/D-Wandler 16 in digitale Daten umgewandelt. In Schritt
S86 wird der konvertierte digitale Wert, d. h. der erfasste Wert,
und ein bestimmter Referenzwert verglichen. Wenn der Erfassungswert
kleiner ist als der bestimmte Referenzwert, wird der Erfassungspunkt
verschoben und der Ablauf kehrt zu Schritt S84 zurück.
-
Wenn
der Erfassungswert größer als
oder gleich dem Referenzwert ist, schreitet der Ablauf zu einem
nachfolgenden Schritt fort. In Schritt S88 wird der Erfassungswert
auf der Anzeige 22 angezeigt und ein Hinweis, dass der
Erfassungswert der Maximalwert ist wird angezeigt, wodurch das optimale
Diagnosepunkterfassungsverfahren beendet wird.
-
Gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden ein Ultraschallerzeugungsmittel
und ein Ultraschallerfassungsmittel als Lichterzeuger 12 bzw.
Photodetektor 14 verwendet. In diesem Fall erfasst das
Ultraschallerfassungsmittel die Frequenz der reflektierten Ultraschallwellen, wegen
der Höhe
des Signalausgangs gemäß der Frequenz
des Erfassungssignals, um ein Erfassungssignal zu diskriminieren,
wodurch der optimale Diagnosepunkt erfasst wird.
-
Die 2, 3 und 4 zeigen
schematisch den optimalen Diagnosepunktdetektor zur nichtinvasiven Diagnose
von Blutbestandteilen gemäß der zweiten, dritten
und vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Mit
Bezug zu 2 erfasst im
optimalen Diagnosepunktdetektor zur nichtinvasiven Diagnose von
Blutbestandteilen gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Photodetektor 14 Licht,
das durch den zu diagnostizierenden Teil 10 durchgelassen
wurde, im Gegensatz zum in 1 gezeigten
optimalen Diagnosepunktdetektor, bei dem der Photodetektor 14 das
reflektierte Licht erfasst. Hier ist der Lichterzeuger 12 bevorzugt
ein Blitzlicht zum Erzeugen von Lichtimpulsen einer bestimmten Breite
oder eine kontinuierlich leuchtende Birne zum Aussenden von kontinuierlichem
Licht. Auch mit Bezug zu 3 wird
anstelle des Lichterzeugers 12 und des Photodetektors 14 wie
sie in der ersten Ausführungsform
verwendet werden, ein piezoelektrisches Element 26 im optimalen
Diagnosepunktdetektor gemäß der dritten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet, um den Druck eines Punktes zu
erfassen, wo der Durchfluss des Blutes durch einen Blutstrom am
größten ist,
wodurch ein Punkt erfasst wird, wo der Erfassungswert maximal ist.
-
Beim
in 4 gezeigten optimalen
Diagnosepunktdetektor gemäß der vierten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird eine CCD-Kamera 28 (charge coupled device)
als Erfassungsmittel verwendet. Das von einer Lichtquelle 30 erzeugte
Licht wird in den zu diagnostizierenden Teil 10 eingestrahlt und
dann der zu diagnostizierende Teil 10 von der CCD-Kamera 28 fotographiert,
wodurch ein Punkt erfasst wird, wo der Helligkeitswert in der Gradskala sich
aufgrund eines großen
Durchflusses im Blutstrom scharf verändert, so dass dann der Erfassungspunkt
auf der Anzeige 22 angezeigt wird. Zur Durchführung einer
nichtinvasiven Diagnose unter Verwendung des optimalen Diagnosepunktdetektors gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Detektor einer nichtinvasiven Diagnosevorrichtung
(nicht gezeigt) am in der Anzeige 22 angegebenen optimalen
Diagnosepunkt positioniert.
-
Danach
wird der Betrieb der nichtinvasiven Diagnosevorrichtung mit dem
optimalen Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug zu den 7 und 8 beschrieben.
-
7 ist ein Blockdiagramm
einer nichtinvasiven Diagnosevorrichtung unter Verwendung des optimalen
Diagnosepunktdetektors für
nichtinvasive Diagnose von Blutbestandteilen gemäß der vorliegenden Erfindung,
und 8 ist ein Fließbild zur
Erläuterung
des Betriebs der in 7 gezeigten nichtinvasiven
Diagnosevorrichtung unter Verwendung des optimalen Diagnosepunktdetektors
für nichtinvasive
Diagnose von Blutbestandteilen.
-
Mit
Bezug zu den 7 und 8 weist die nichtinvasive
Diagnosevorrichtung mit dem optimalen Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive
Diagnose von Blutbestandteilen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung einen ersten Lichterzeuger 69 auf zum Einstrahlen
von Licht einer bestimmten Wellenlänge in einen Teil 10 des
zu diagnostizierenden Patienten, einen ersten Photodetektor 73 zum
Erfassen der Lichtmenge, die von den Blutbestandteilen des Patienten
reflektiert oder durchgelassen wird, einen ersten Antrieb 40 zum
Betreiben des ersten Lichterzeugers 69, einen ersten Verstärker 46 zum
Verstärken
eines Erfassungssignalausgangs aus dem ersten Photodetektor 73,
einen ersten Filter 56 zum Filtern eines Ausgangssignals
des ersten Verstärkers 46,
einen zweiten Lichterzeuger 70 zum Einstrahlen einer Mehrzahl
von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen in einen Teil 10 des
zu diagnostizierenden Patienten, so dass sie auf zu messende Blutbestandteile
ansprechen, einen dritten Lichterzeuger 72 zum Einstrahlen einer
Mehrzahl von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen in
einen Teil 10 des zu diagnostizierenden Patienten, so dass
sie auf andere Bestandteile als die zu messenden Blutbestandteile
ansprechen, einen zweiten Photodetektor 74 zum Erfassen
das vom zu diagnostizierenden Teil 10 reflektierten oder durchgelassenen
Lichts, einen zweiten Antrieb 42 zum Betreiben des zweiten
Lichterzeugers 70, einen zweiten Filter 1 zum
Filtern eines Signals im Bereich der Wellenlängen, die auf zu messende Blutbestandteile
unter den Ausgaben des zweiten Photodetektors 74 ansprechen,
einen dritten Filter 2 zum Filtern eines Signals im Bereich
der Wellenlängen,
die auf andere Bestandteile als zu messenden Blutbestandteile unter
den Ausgaben des zweiten Photodetektors 74 ansprechen,
einen zweiten Verstärker 3 zum Verstärken des
Ausgangs des zweiten Filters 1, einen dritten Verstärker 4 zum
Verstärken
des Ausgangs des dritten Filters 2, einen Multiplexer 66 zum Multiplexen
der Ausgaben des ersten Filters 56, zweiten und dritten
Verstärker 3 und 4,
einen Wandler 68 von analog in digital (A/D) zum Umwandeln
des Ausgangssignals des Multiplexers 66 in digitale Daten,
ei nen Speicher 78, in dem ein bestimmtes optimales Diagnosepunkterfassungsverfahren
und ein Blutbestandteilkonzentrationsberechnungsverfahren gespeichert
ist, eine Tastatur 76, durch die ein Benutzerbefehl eingegeben
wird, einen mit dem ersten, zweiten und dritten Antrieb 40, 42 und 44,
dem A/D-Wandler 68, dem Speicher 78 und der Tastatur 76 verbundener
Mikroprozessor 80, zur Durchführung des optimalen Diagnosepunkterfassungsverfahrens
und des Blutbestandteilkonzentrationsberechnungsverfahrens gemäß dem eingegebenen
Benutzerbefehl, und eine mit dem Mikroprozessor 80 verbundene
Anzeige 82, um einen Erfassungswert anzuzeigen, eine Angabe
anzuzeigen, dass der Erfassungswert der Maximalwert ist, und die
berechnete Blutbestandteilskonzentration anzuzeigen, wenn das maximale
Erfassungssignal vom ersten Photodetektor 73 erfasst ist.
-
In
der zuvor genannten Konfiguration beinhaltet der zweite Filter 1 eine
Mehrzahl von Filtern, der dritte Filter 2 beinhaltet eine
Mehrzahl von Filtern, der zweite Verstärker 3 beinhaltet
eine Mehrzahl von Verstärkern
und der dritte Verstärker 4 beinhaltet
eine Mehrzahl von Verstärkern.
-
Die
Lichterzeuger und Photodetektoren bilden zusammen eine Anzahl von
Erfassungsmitteln.
-
Als
nächstes
wird der Betrieb der nichtinvasiven Diagnosevorrichtung mit dem
oben genannten optimalen Diagnosepunktdetektor für nichtinvasive Diagnose von
Blutbestandteilen gemäß der vorliegenden
Erfindung in Hinblick auf das optimale Diagnosepunkterfassungsverfahren
und das Blutbestandteilkonzentrationsberechnungsverfahren erläutert, die
vom Mikroprozessor 80 durchgeführt werden.
-
Da
das optimale Diagnosepunkterfassungsverfahren das selbe ist wie
es in 5 oder 6 dargestellt ist, wird
seine Beschreibung weggelassen. Nach Erfassen des optimalen Diagnosepunkts wird
der Ablauf bezüglich
des Blutbestandteilkonzentrationsberechnungsverfahrens erläutert.
-
Mit
Bezug zu den 6, 7 und 8 wird in Schritt S90 der optimale Diagnosepunkt
gemäß der in 5 oder 6 gezeigten Reihenfolge erfasst, wobei
der erste Antrieb 40, der erste Lichterzeuger 69,
der erste Photodetektor 73, der erste Verstärker 46 und
der erste Filter 56 verwendet werden. In Schritt S92 wird
der zweite Antrieb 42 betätigt, indem ein bestimmtes
Signal aufgegeben wird, der zweite Lichterzeuger 70 erzeugt
nachfolgend das Licht der Gruppe I, so dass es auf zu messende Blutbestandteile
anspricht, durch das Ausgangssignal des zweiten Antriebs 42,
um es in den zu diagnostizierenden Teil 10 einzustrahlen,
Teile des in den zu diagnostizierenden Teil 10 eingestrahlten
Lichts werden reflektiert, so dass es vom zweiten Filter 1 gefiltert
wird, vom zweiten Verstärker 3 verstärkt wird
und dann wandelt der Mikroprozessor 80 durch den A/D-Wandler 68 das
erfasste Signal in digitale Daten um, wobei ein Steuersignal CS
auf den Multiplexer 66 aufgebracht wird, und speichert
nachfolgend die konvertierten Daten im Speicher 78.
-
In
Schritt S94 wird ein dritter Antrieb 44 durch Aufbringen
eines bestimmten Signals auf den dritten Antrieb 44 betätigt, der
dritte Lichterzeuger 72 erzeugt dann Licht der Gruppe II,
so dass es auf andere Bestandteile als Blutbestandteile anspricht,
z. B. Haut, Knochen, Wasser oder Fett, durch das Ausgangssignal
des dritten Antriebs 44, so dass das Licht in den zu diagnostizierenden
Teil 10 eingestrahlt wird, Teile des in den zu diagnostizierenden
Teil 10 eingestrahlten Lichts werden reflektiert, so dass
es vom zweiten Filter 1 gefiltert wird, vom dritten Verstärker 3 verstärkt wird
und dann wandelt der Mikroprozessor 80 durch den A/D-Wandler 68 das
erfasste Signal in digitale Daten um, wobei ein Steuersignal CS
auf den Multiplexer 66 aufgebracht wird, und speichert
nachfolgend die konvertierten Daten im Speicher 78.
-
In
Schritt S96 wird unter Verwendung der im Speicher 78 gespeicherten
digitalen Daten für
das durch Reagieren auf andere Bestandteile als zu messende Blutbestandteile
reflektierte Signal der Anteil an Rauschkomponenten berechnet. In
Schritt S98 wird der Rauschkomponenteneffekt von den digitalen Daten
für die
zu messenden Blutbestandteile minimiert durch Subtrahieren eines
Werts, der durch Multiplizieren des berechneten Ausmaßes an Rauschkomponenten
mit einer bestimmten Proportionalkonstante aus den digitalen Daten
für das
im Speicher 78 gespeicherte durch Reagieren auf zu messende
Blutbestandteile reflektierte Signal erhalten wurde. Wie oben beschrieben
werden die Rauschkomponenten aus dem erfassten Signal eliminiert,
wodurch die Konzentration an zu messenden Blutbestandteilen genau
berechnet wird.
-
In
Schritt S100 wird die genaue Konzentration der rauscheliminierten
zu messenden Blutbestandteile unter Verwendung ihrer digitalen Daten
berechnet. Die Blutbestandteile werden unter Verwendung des Schaubilds,
das die experimentell erhaltene Konzentration an zu messenden Blutbestandteilen
darstellt, und einer bestimmten Gleichung genau berechnet. In Schritt
S110 wird die in Schritt S100 berechnete Konzentration der Blutbestandteile
auf der Anzeige 82 angezeigt, um den Benutzer zu informieren.
Hier sind der erste, zweite und dritte Lichterzeuger 69, 70 und 72 bevorzugt
ein Blitzlicht zum Erzeugen von Lichtimpulsen einer bestimmten Breite
oder eine kontinuierlich leuchtende Birne, die kontinuierlich Licht
ausstrahlt. Speziell, wenn das Blitzlicht als der erste, zweite
und dritte Lichterzeuger 69, 70 und 72 verwendet
wird, erzeugen der erste, zweite und dritte Lichterzeuger 69, 70 und 72 unmittelbar Lichtimpulse
mit einer sehr starken Intensität.
Auf diese Weise kann das gesamte Signal-Rausch-Verhältnis verbessert
werden.
-
Wie
oben beschrieben kann, gemäß der vorliegenden
Erfindung, da die nichtinvasive Diagnose an einem Punkt durchgeführt wird,
wo der Erfassungswert der Maximalwert wird, aufgrund der maximalen
Blutstrom menge nach Erfassung des Punktes, die Konzentration der
Blutbestandteile des Patienten genau gemessen werden. Da auch eine
Mehrzahl von Lichtstrahlen verwendet wird und Rauschkomponenten
daraus eliminiert werden, um den Rauschkomponenteneffekt zu minimieren,
können
die Bestandteile, die im Blut sehr gering konzentriert sind, genau
gemessen werden.