JP2004508872A - 符号化要素付オキシメータセンサアダプタ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
(発明の背景)
本発明は、一般的に、光学的オキシメータに関し、特に詳細には、光学的オキシメータのプローブ、すなわち、関連するオキシメータモニタに用いられるように設計/構成されたプローブを、異なるプローブ構成を利用する、異なるオキシメータモニタ上で用いられることを可能にするアダプタに関する。
健康な人の新陳代謝における酸素の重要性のため、患者の血液中の酸素含有量を計測できることは重要である。外科手術中および手術後の患者の動脈のヘモグロビンの酸素飽和度のモニタリングが特に重大である。
非浸襲性のオキシメータは開発されており、これは、光を患者の皮膚を通して、動脈の血液を含む、指などの領域に導く。この光は通常、2つ以上の主要な波長の光を含む。このようなオキシメータの例は、Swedlow等により発行された、発明名称が「Adhesive Pulse Oximeter Sensor With Reusable Portion」である米国特許第5,209,230号、およびNew,Jr.等により発行された、発明名称が「Calibrated Optical Oximeter Probe」である米国特許第4,700,708号に開示され、これらの開示は、本発明の譲受人に譲渡され、本明細書の中で参考として援用される。New,Jr.等による特許のオキシメータは、ある抵抗値を有する抵抗器を含有するプローブを含んでおり、この抵抗値は、このプローブに付随するモニタによって計測され得る。この抵抗の計測値は、発光ダイオード(LED)から患者の表皮を通して導かれた光の波長を表している。このモニタは、患者の動脈血液酸素含有量を計算するために、この情報およびこの波長で検出された光の計測強度を用いる。LEDが重複しない時間間隔で駆動されるので、これら2つの波長のそれぞれの光の吸収量が個別に計測される。
時々、オキシメータセンサは、ある製造会社で作られ、そしてモニタは別の製造会社で作られ得る。従って、そのセンサとオキシメータがコンパチブルでない場合、アダプタが必要となり得る。さらに、センサそのものは、異なったオキシメータでもって使われ得るように構成され得る。例えば、Goldberger等により発行された、発明名称が「Universal Pulse Oximeter Probe」である米国特許第5,249,576号では、センサのリードが別の構成において接続されることを可能にする。アダプタの例は、譲受人がNellcor Puritan Bennett,Inc.である米国特許第5,807,247号、およびまたNellcor Puritan Bennett,Inc.に譲渡された米国特許第5,818,985号の中で説明される。さらに別のアダプタが、Nellcor Puritan Bennett,Inc.にさらに譲渡された、Adnan Merchant等による、発明名称が「Active Optical Oximeter Probe Adapter」の米国特許第6,023,541号の中で説明される。
Masimo Corporationの特許第5,758,644号で説明されているオキシメータセンサの1つのタイプでは、符号化(coding)抵抗器に接続される、センサ上の分離したリードが省かれている。代りに、この符号化抵抗器はセンサの発光ダイオード(LED)に並列に接続されている。この符号化抵抗器は、LEDが動作しない低い電圧を印加することによって読み出され得る。例えば、電圧0.5ボルトがこれを達成する。このようにして、構成モードにおいて、低電圧は、LEDリードに伝達され、そして抵抗値が読み出され得る。続いて、より高い電圧が、動作構成においてLEDを駆動するために用いられ得る。明らかに、個別のLEDリードを有するオキシメータセンサは、このような装置とはコンパチブルではない。
(発明の要旨)
本発明は、LEDに並列にある抵抗を有しないセンサが、この並列抵抗器を期待させるオキシメータを動作させ得るオキシメータセンサアダプタを提供する。アダプタは、LED駆動エレクトロニクスおよび適切なオキシメータ駆動電流検知回路を含み、これらは、オキシメータからの駆動信号を、センサのための適切な駆動信号に変換する。1個以上のLEDに並列の、センサにある抵抗器の代りに、この抵抗器は、アダプタのオキシメータ側の、LED駆動エレクトロニクスおよびオキシメータ駆動電流検知回路の前のリードをわたって置かれる。低電圧で大きな電流を引き出せないLED駆動エレクトロニクスおよびオキシメータ駆動電流検知回路を提供することで、オキシメータは、丁度それがLEDに並列にあるが如く、独立に抵抗器を測定できる。
このようにして、本発明は本質的に、オキシメータをだまして、実際はLEDに並列接続された抵抗器が存在しない場合なのに、それが存在することに考えさす。ある実施形態では、アダプタは、センサの光検出器とオキシメータへの光検出器入力リード間にシグナルコンディショニングエレクトロニクス(signal conditioning electronics)をさらに含み得る。このことは、オキシメータに期待されるようにLED波長に対応し得ない符号化抵抗器の値などの多数のファクタを調整することを可能にさせる。
本発明の本質および長所のさらなる理解のために、添付の図面と連携して次の説明を参考にするべきである。
【0002】
(特定の実施形態の説明)
図1は、パルスオキシメータプローブ102、アダプタ104、およびオキシメータ106を有するオキシメータシステム100を示す。オキシメータ106は、LED駆動信号をライン108および110に供給し、そしてこれらは、センサ102のLED112および114への入力ラインに接続されるよう考えられている。センサからの光検出器116は、最終的にオキシメータ106の光検出器入力ライン118および120に供給される光検出器信号を供給する。
【0003】
アダプタ104は、LED駆動エレクトロニクス122を含み、そしてこれは、オキシメータ駆動電流検知回路124によって制御され得る。この回路は、この駆動信号がオキシメータ106によって出力されたレベルから特定のプローブ102のための所望レベルに、変換されることを可能にする。さらに、ある実施形態では、オキシメータからの第3番目の線を含んだ3レベル駆動信号が、プローブ102への2線の駆動信号に変換され得るかまたは、その逆である。
【0004】
抵抗器126は、駆動ライン108と110間に置かれる。この抵抗器は、オキシメータによって期待される抵抗値をLEDに並列の、センサの中にあるものとして見せる。この抵抗器は、例えば、通常LEDを駆動しない低電圧を印加することで、読み出され得る。オキシメータ駆動電流検知回路124およびLED駆動エレクトロニクス122がこの低電圧では大きな電流を取り出せない間に限って、この抵抗器126は、この値を読み出し得る。
【0005】
さらに、アダプタは、ある実施形態では、シグナルコンディショニングエレクトロニクス128を提供する。このことは、光検出器の信号を適切なものに改変し得る。例えば、シグナルコンディショニングエレクトロニクスは、光検出器の信号を改変させて、オキシメータ106によって期待されるように抵抗器126を整合させていない波長を有するLEDのために補償させ得る。このことは、シグナルコンディショニングエレクトロニクス128による光検出器の信号の適切な改変によって、LEDの期待される波長からの変動に併せて、補償され得る。
【0006】
図2は、本発明に従うアダプタまたは変換器200のある実施形態の分解組立図である。アダプタは、ケーブル210によってセンサまたはプローブに接続される。もうひとつのケーブル214はオキシメータモニタに装着する。分離したパワーケーブル218は、アダプタ200のエレクトロニクスにパワーを供給する。
【0007】
関連ラベル224を伴う上面ハウジングシェル220および下面ハウジングシェル222が示される。ケーブルは、アダプタの電子構成要素を保持している内部のマザーボード226に接続する。ドータボード228は、下記でさらに詳細に説明されるように、オキシメータが期待するものと異なったLED波長を考慮するために、検出器の信号を変換する回路を保有する。これは、時々、変化率変化(ratio of ratios)の変換またはRAT/RAT変換として引き合いに出される。
【0008】
図3は、アダプタ200に含まれるオキシメータ、プローブ、および電子回路のブロック図である。オキシメータ106は、VO1、VO2、およびCOMのラインから成る電気的ケーブル214を伴って示される。パワーケーブル218は図3の下底に示される。ケーブル210を構成するラインと一緒に、プローブ102がさらに示される。
【0009】
図3は、このモニタが3線LED駆動ライン、VO1,VO2およびCOMに出力する実施形態を示す。これらの駆動ラインは、2個のLEDが並列ではなく、むしろ第3線または中間の共通ライン(COM)と背中合わせ線に実装されるセンサ構成用である。図3の特定の実施形態は、この3線駆動ラインから1つの2線センサへの変換を示す。しかし、本発明は、モニタが図4に示されるように、2ラインセンサ用の2ラインのみを駆動するかまたは、さらに、2駆動ラインモニタでかつ3駆動ラインセンサようなケースに応用され得る。
【0010】
図3で見られ得るように、図1の抵抗器126は、点線で示されるように、共通ライン276と駆動ラインVO1およびVO2のいずれか1つとの間に接続される。次の記述は、回路の残りを説明し、これはまた、本明細書の中で参考として援用される、特許第6,023,541号においても記述されている。
【0011】
COMMON、VO1およびVO2をマークされた3線のLED駆動ラインは、オキシメータ106から出力していることが示されている。これらは第1および第2のLED234と236に接続する。これらは、実際のプローブの中にモニタ106によって見られることを期待される方法で、接続される。しかしながら、その代わりに、LEDは、光学的絶縁体要素である、要素238および240の各部品である。LED234および236を通しての光学的に検知される信号は、結果としてLED駆動回路122に供給される。回路122は、必要な変換を与えそしてプローブ102の一対のLED112および114を駆動し、これらのLEDは、2線で逆並列の配列で接続される。従って、LED駆動回路122はこの信号を、LED234および236の3線構成からLEDの112および114の2線で逆並列の構成に変換する。
【0012】
図4(2線駆動ラインLEDの実施形態を図示する)の実施形態で見られ得るように、図1の抵抗器126は、2線駆動ラインVO1とVO2との間に接続される。次の記述が回路の残りを説明している。
【0013】
マークされたVO1およびVO2の2線のLED駆動ラインは、オキシメータ106から出力することが示される。これらは第1および第2のLED234と236に接続する。これらは、実際のプローブの中にオキシメータ106によって見られることを期待される方法で、接続される。しかしながら、その代わりに、LEDは、光学的絶縁体要素である、要素238および240の各部品である。LED234および236を通しての光学的に検知される信号は、結果としてLED駆動回路122に供給される。回路122は、必要な変換を与えそしてプローブ102の一対のLED112および114を駆動し、これらのLEDも、2線で逆並列の配列で接続される。従って、LED駆動回路122はこの信号を抵抗器262などの分離した符号化要素でもって、LED234および236のモニタの2線構成(抵抗器126と並列)からLEDの244および246のプローブの2線で逆並列(anti−parallel)の構成に変換する。
【0014】
図3および図4の両方において、プローブ102の光検出器116からの信号のために、変換が行われる。この信号は増幅器250に供給され、そして次いで、RAT/RAT変換回路252に供給される。変換回路の出力は、光学的絶縁体256の別のLED254を通して供給され、これは、次いで、オキシメータ106に供給される。見られ得るように、アダプタの回路は、オキシメータ106と電気的に絶縁され、そしてパワー供給源258から別個にパワーが与えられる。電気的絶縁は、患者にグランドからの絶縁を与える。
【0015】
プローブ102の実際のLED112および114がオキシメータ106で期待されるものと異なる波長を有し得るため、RAT/RAT変換回路252が用いられる。これは、オキシメータ106による酸素飽和度の正しくない計算を生む結果となる。これを補償するために、検出された信号の実際の値が従って変更され、従って、実際のLEDのためにあるべき、異なった係数が用いられるという事実の補償を行う。これは、Nellcor Puritan Bennett,Inc.に譲渡された、特許第5,807,247号でさらに詳細に記述されているように、変換回路252によってなされる。
【0016】
図5は、図3の実施形態の別局面を示す別のブロック図である。多数の光学的絶縁体が絶縁インタフェース260として一般的に示される。さらに、較正抵抗器262はプローブ102に示される。デコーダ回路264はRAT/RAT回路の適切なゲインを選択するために供給される。
【0017】
図6−9は、図3および4の実施形態をさらに詳細に示す回路ブロックである。図6、7および8は、図2のマザーボード226上にある構成要素を示し、一方、図9は、ドータボード228上の構成要素を示す。図6は、RAT/RAT変換回路252の構成要素を示し、そしてこれは、図9に示されるように、ドータボード上の回路に続く。図6はまた、パワー供給源258の回路を示す。図6はまた、プローブ102の検出器116を、アダプタ200の増幅器回路250と共に示す。
【0018】
図7および8は、LED駆動回路122の回路詳細を示し、そしてLED駆動のための光学的絶縁体238、240および検出器のための光学的絶縁体256をまた示す。図7は3線の実施形態を示し、そして図8は2線の実施形態を示す。
【0019】
図7の3線の実施形態では、抵抗器126はコモンライン276とLED駆動ラインVO1およびVO2の一方または他方との間に示される。見られ得るように、これらのラインに接続される回路は、約0.5ボルトの電圧レベルで、何ら大きな電流を流さない。このことは、コモン(COM)ライン276と抵抗器126が接続されるラインVO1およびVO2いずれかとの間に0.5ボルトの信号を印加することによって抵抗器126の値が読み出されることを可能にする。
【0020】
図8の2線の実施形態では、抵抗器126はLED駆動ラインVO1およびVO2との間に示される。見られ得るように、これらのラインに接続される回路は、約0.5ボルトの電圧レベルで、何ら大きな電流を流さない。このことは、ラインVO1とVO2との間に0.5ボルトの信号を印加することによって抵抗器126の値が読み出されることを可能にする。
【0021】
図7および8の両方において、追加の光学的絶縁体266および268が、回路270からトランジスタ272に供給された接断信号に応答して、回路を無効にするように設けられ、そしてこの信号は光学的絶縁体を駆動する。光学的絶縁体266は、抵抗器126および駆動LEDための光学的絶縁体240および238と直列になっており、一方、光学的絶縁体268は、検出器出力の光学的絶縁体256と直列になっている。
【0022】
LED駆動回路122はノード276に直列につながる小さな抵抗器274からの入力を受ける。印加された信号の振幅は、増幅器278を介して検出される。LEDを駆動する電流レベルを決定するために振幅を検出することは重要である。なぜなら、モニタは、強度を適切なレベルに設定するためにフィードバックループを用いるからである。この増幅された信号は追加された光学的絶縁体282からLED駆動回路122に供給される。ここから、この信号は、別の増幅器284に印加され、そしてこれは、電圧分割器286を通して、ある電圧レベルを電流駆動回路288に供給する。
【0023】
駆動回路288からの電流は、赤外線(IR)LED駆動ライン290かまたは、赤色(RED)LED駆動ライン292のいずれかに供給される。これらのうちのいずれかが駆動されるかは、IR同期ライン294およびRED同期ライン296にのる光学的絶縁体238および240からの各信号によって個々に制御される。光学的絶縁体238がライン294をアクティブロウ(active low)に引っ張った場合、これはトランジスタ302をオンにし、かつトランジスタ298をオフにする(トランジスタ300をオンにする)。ライン296がイナアクティブハイ(inactive high)のため、これはトランジスタ308をオフにしかつトランジスタ304をオンにする(これによりトランジスタ306をオフにする)。電流は、赤外線LEDを通ってライン290からライン292に流れる。光学的絶縁要素240がライン296をアクティブロウ(active low)に引っ張った場合、これはトランジスタ308をオンにし、かつトランジスタ304をオフにする(これによりトランジスタ306をオンにする)。ライン294がイナアクティブハイ(inactive high)のため、これはトランジスタ302をオフにし、かつトランジスタ298をオンにする(これによりトランジスタ300をオフにする)。電流は、赤色LEDを通ってライン292からライン290に流れる。この電流は、患者/プローブインタフェースの温度を制限するために、好ましく最大50mAに制限され、そして患者が火傷するおそれを避ける。この制限は、電流源のゲインの大きさを設定することによってなされる。
【0024】
本発明は、これらに関してある好ましい実施形態を参照して記述されたが、これによって限定されることではない。例えば、光学的絶縁体に加えて、追加の直列または並列の構成要素が、期待されるLEDの順方向電圧特性とかなり綿密に整合させるように用いられ得る。ここで記述されたフォトトランジスタおよびトランジスタよりも他の多数のエレクトニクス要素が電子スイッチングを達成するように用いられ得る。例えば、アノードおよびカソードよりむしろ、発光駆動端子および発光出力端子として考えられる広範囲の端子を伴ったLED以外の発光要素が用いられ得る。さらに、これらの方向性の一つに丁度特化されたものよりもむしろ、アダプタの2線の部分が、2線のオキシメータまたは2線のプローブのいずれかに接続可能になるように、アダプタを設計し得る。同じように、アダプタの3線の部分が3線のモニタまたは3線のプローブのいずれかのに接続され得る。
【0025】
さらに、抵抗器126の代わりに、別の要素が、情報を伝達するかまたは、センサを利用できるようにオキシメータを開放するために用いられ得る。例えば、デジタルデータを供給する半導体チップが、簡単な抵抗器が供給し得るよりも、より複雑な符号化情報を提供するように用いられ得る。オキシメータのある実施形態は、存在するそのようなデジタルチップを期待し得る。そのようなチップは、例えば、Dallas Semiconductorからの利用可能な2線のメモリチップであり得る。そのような等価なすべてが、本発明によって達成され、本発明は上掲の特許請求の範囲によって限定されるだけである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、本発明に従ったアダプタを含むオキシメータシステムのブロック図である。
【図2】
図2は、本発明に従ったアダプタのハウジングの実施形態の分解組立図である。
【図3】
図3は、本発明の3線の実施形態に従ったアダプタのブロック図である。
【図4】
図4は、本発明の2線の実施形態に従ったアダプタのブロック図である。
【図5】
図5は、図3の要素のいくつかを示すブロック図である。
【図6】
図6は、2線および3線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図6A】
図6Aは、2線および3線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図6B】
図6Bは、2線および3線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図7】
図7は、3線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図7A】
図7Aは、3線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図7B】
図7Bは、3線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図8】
図8は、2線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図8A】
図8Aは、2線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図8B】
図8Bは、2線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図9】
図9は、2線および3線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図9A】
図9Aは、2線および3線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
【図9B】
図9Bは、2線および3線の実施形態に対する図5の回路の1実施形態を示す回路ブロック図である。
Claims (14)
- オキシメータLED駆動出力ラインに接続可能な少なくとも第1および第2の入力ラインと、
オキシメータプローブのLED駆動入力ラインに接続可能な一対の出力ラインと、
該入力ラインに結合され、該入力ラインの信号に対応して駆動信号を該一対の出力ラインに供給するためのLED駆動回路と、
該一対の入力ラインにまたがって接続された符号化要素と
を含む、オキシメータアダプタ。 - 前記符号化要素が抵抗器である、請求項1に記載のオキシメータアダプタ。
- 前記抵抗器が付属のプローブのLEDの値に関連する値を有する、請求項2に記載のオキシメータアダプタ。
- 前記符号化要素が半導体チップである、請求項1に記載のオキシメータアダプタ。
- 前記LED駆動回路は、所定の低電圧で、ある量の電流を引き出し、該所定の低電圧は前記抵抗器の値の計測を可能にするために充分小さい、請求項2に記載のオキシメータアダプタ。
- 第3の入力ラインをさらに含む、請求項1に記載のオキシメータアダプタ。
- 前記入力ラインと前記LED駆動回路との間に結合されたLED駆動検知回路をさらに含む、請求項1に記載のオキシメータアダプタ。
- 前記LED駆動検知回路が一対の光学的絶縁体要素を含む、請求項7に記載のオキシメータアダプタ。
- 前記プローブからの光検出器出力とオキシメータへの光検出器入力との間に結合された変換回路をさらに含み、該変換回路は、該プローブのLEDの波長と該オキシメータで期待される波長との差を明かにするために検出信号を変更する、請求項1に記載のオキシメータアダプタ。
- (a)オキシメータであって、一対のLED駆動出力ラインを有するLED駆動回路と、光検出器の入力ラインに接続される光検出器センサ回路とを含むオキシメータと、
(b)オキシメータアダプタであって、オキシメータLED駆動出力ラインに接続可能な一対の入力ラインと、オキシメータセンサのLED駆動入力ラインに接続可能な一対の出力ラインと、該入力ラインに結合され、該入力ラインの信号に対応して駆動信号を該一対の出力ラインに供給するためのLED駆動回路と、該一対の入力ラインにまたがって接続される符号化要素とを含むオキシメータアダプタと
を含む、オキシメータシステム。 - 前記オキシメータアダプタが第3の入力ラインをさらに含む、請求項10に記載のオキシメータシステム。
- 前記オキシメータアダプタが、前記入力ラインと前記LED駆動回路との間に結合されたLED駆動検知回路をさらに含む、請求項10に記載のオキシメータシステム。
- 前記LED駆動検知回路が一対の光学的絶縁体要素を含む、請求項12に記載のオキシメータシステム。
- 前記オキシメータアダプタは、前記プローブからの光検出器出力と前記オキシメータへの光検出器入力との間に結合された変換回路をさらに含み、該変換回路は、該プローブのLEDの波長と前記オキシメータで期待される波長との差を明かにするために検出信号を変更する、請求項10に記載のオキシメータシステム。
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