Pulssioksimetrin tarkkuuden ja suorituskyvyn optimointi liikkuvassa monitoroinnissa

The aim of this thesis is to identify the main factors affecting the accuracy and performance of a pulse oximeter in ambulatory and wireless environment. The analysis was done for four different types of sensor designs which were developed by research and development department of General Electric Healthcare. The study compares the performance and accuracy of the earlier, mains current connected SpO2 sensors and the prototypes of the wireless and ambulatory SpO2 sensors. In addition to existing data measured with legacy sensors, new clinical data was collected from 15 subjects at Clinimark clinical research center in Colorado, USA. Impact of probe design to the SpO2 calibration was investigated. Due to the minor differences between sensor specific calibrations only one calibration curve was implemented for all the sensor designs. The very good accuracy results were achieved following the international standard. The same analysis was done to the legacy system and the prototype models, and the new models performed even better than the existing. Correlation between the accuracy and tissue attenuation ratio, ambient light level, oxygen saturation value, pulse strength and the used power level were investigated. Correlation was found only between the accuracy and oxygen saturation value, and the accuracy and pulse strength. Impact of three different types of patient motion to the plethysmographic signal was characterized. It was found that wrap type, firmly attached probes were less sensitive to patient motion than the loosely fitted, finger clip probes. The interference of ambient LED lighting was investigated. The challenges were acknowledged and the validity of frequency hopping method was experimented. The method was functional and the interfering light frequencies peaks could be transferred outside cardiac pulse related frequency band.Tämän diplomityön tarkoitus on tunnistaa langattoman ja kannettavan pulssioksimetrian tarkkuuteen ja suoritustehoon vaikuttavat tekijät. Analyysi tehtiin neljälle erilaiselle sensorimallille, jotka on kehitetty General Electric Healthcaren tuotekehitysosastolla Helsingissä. Tutkimus vertailee yhtiön edellistä, erkkovirtakäyttöistä pulssioksimetria uuteen langattomaan ja kannettavaan pulssioksimetriprototyyppiin. Vanhalla systeemillä kerätyn, jo olemassa olleen datan lisäksi uusilla sensoriprototyypeillä kerättiin dataa 15 koehenkilöltä. Mittaukset suoritettiin Clinimarkin kliinisessä tutkimuslaboratoriossa Coloradossa, USA:ssa. Työssä tutkittiin anturimallin vaikutusta kalibraatioon. Kalibraatio vaihteli eri mallien välillä vain vähän, joten kaikkiin malleihin päädyttiin asentamaan yksi ja sama kalibraatio. Tarkkuustesteissä ja analyysissä noudatettiin kansainvälisen standardiorganisaation vaatimuksia. Kaikki sensorit läpäisivät 2 %-yksikön tarkkuusvaatimuksen, ja sekä tarkkuus että suorituskyky paranivat vanhoihin sensorimalleihin verrattuna. Mittausdatasta etsittiin korrelaatiota mittaustarkkuuden ja kudoksen vaimennuksen, vallitsevan valon, happisaturaatioarvon, pulssin voimakkuuden ja tehonkulutuksen väliltä. Korrelaatio löytyi vain mittaustarkkuuden ja happisaturaatioarvon ja pulssin voimakkuuden väliltä. Työssä arvioitiin myös kolmen eri liikehäriötyypin vaikutusta. Kaikki liikehäiriötyypit vaikuttivat voimakkaimmin väljästi sormeen kiinnitettäviin sensoreihin. Paras liikkeensietokyky oli sensoreilla, jotka kiinnitettiin sormiin teipillä. Lisäksi tarkasteltiin LED-valaistuksen aiheuttaman häiriön suuruutta optiseen mittaukseen. Tarkastelun tuloksena ymmärrettiin ongelman laajuus, jonka jälkeen testattiin taajuushyppely-metodin toimivuutta ongelmaan. Metodi toimi ja se pystyi siirtämään häiriötaajuudet pois sydämen sykkeen mittauskaistalta