CN1845706B - 血氧计量模拟器 - Google Patents

Abstract

提供一种和传统血氧计一起使用的模拟器适配器，用于监控远离血氧计的患者。在本发明的第一实施例中，模拟器适配器具有装入血氧计的传感器中的模拟器手指。模拟器手指感测血氧计的光输出并向模拟器适配器提供反馈，以便适配器能够使发送到适配器的患者信号适合于血氧计使用，就好像患者就在现场且由血氧计进行测量一样。在第二实施例中，模拟器适配器不用模拟器手指而是具有连接器作为其输出端，所述连接器适合于与作为传统的血氧计的一部分的传统连接器相配合。第二实施例不需要用于血氧计的任何模拟器手指和传感器，因为在模拟器适配器中设置有适当的电路使其能直接连接到血氧计。在患者信号可能受电磁影响的环境中，模拟器适配器可以通过纤维光缆连接到远程血氧计量装置，这样，代表来自患者的遥测生理参数的信号可以直接发送到或者第一实施例的模拟器手指或者第二实施例的适配器连接器。

Description

血氧计量模拟器

发明领域

本发明涉及血氧计，更具体地说，涉及适合于向目标血氧计提供由远程血氧计量装置测量的SpO₂数据的模拟器。

发明概述

转让于本申请同一受让人的共同待批U.S.申请10/284,239公开了一种具有远程电信能力的手指血氧计。’239申请的公开内容已作为参考包括在本申请内。’239申请特别公开了以下内容，即，由手指血氧计测量的数据可以传送到远程装置，例如由本中请受让人制造的Vital Signs监控器，所述监控器具有内装的RF接收器，可将其调谐成接收由手指血氧计量装置所发送的数据。

本发明针对那些配备有连接器(例如传统的DB-9连接器)的传统现场血氧计装置，它具有通过电缆与之配合的传感器。在本发明之前，这种血氧计通过将患者的手指插入传感器来测量患者的血氧饱和度(SpO₂)。每台这种现场血氧计有其自己的特性，因为每台血氧计所采用的电路可能产生不同于其它血氧计的特性，所以只适合特定类型的传感器。

本发明的模拟器使远程血氧计量装置(例如在上述‘239申请中公开的手指血氧计量装置)能对远离目标血氧计的患者进行测量，并有效地使目标血氧计能读出远程血氧计量装置所测量的患者数据，而与所用的目标血氧计类型以及和目标血氧计一起使用的特定传感器无关。

为了实现这个目的，在第一实施例中，本发明的血氧计量模拟器包括类似于患者手指或指状物的装置，它可以插入现场目标血氧计的传感器中。所述装置中包括有光电二极管和光发射源。这样配置所述装置，使得当将其插入目标血氧计的传感器中时，它的光电二极管与目标血氧计的LED成相对关系对准，而其光发射源则与目标血氧计中传感器的光电检测器相对对准。将所述装置连接到模拟器主模块，所述模块中包括有比较器电路、数字-模拟转换电路、光发射器驱动电路和处理器电路。模拟器的光电检测器所测量的光被发送到比较器电路和数字-模拟转换电路。当模拟器接收对应于由远程血氧计量装置测量的患者的SpO₂的信号时，其处理器电路也接收到由模拟器装置的传感器所测量的来自目标血氧计的数据。

接收的SpO₂信号用来产生对应于远程测量的患者数据的一个数。这个数被发送到数字-模拟转换电路。这个数以及由模拟器的光电检测器所测量的的目标血氧计的输入数据用来产生一个输出，所述输出被馈送到光发射器驱动电路，使得适量的光从模拟器装置的光发射源输出到目标模拟器中传感器的光电检测器。通过这样提供反馈，就可将远程测量的患者数据的精确表示馈送到目标血氧计，而与目标血氧计电路的具体特性无关。这样就可对远离目标血氧计的患者的生理参数进行精确显示或监控。

在本发明的第二实施例中，不用类似于插入目标血氧计的传感器中的人体手指形状的模拟器装置，而是将模拟器连接器直接与目标血氧计的配对连接器相配合。这样就省去了模拟器手指和模拟血氧计的传感器的接口。通过连接器将模拟器直接连接到目标血氧计，就不再需要目标血氧计的传感器。这种传感器通常是传统现场血氧计量装置中最昂贵的部件，而且需要经常更换。不用这种传感器相应地显著降低了现场目标血氧计用户的费用。此外，也消除了由于模拟器手指和传感器的配合而可能发生的周围环境干扰。除了模拟器手指及其光电检测器和LED之外，第二实施例的模拟器电路基本上和第一实施例的相同。

附图简要说明

通过参阅以下结合附图对本发明实施例的说明，可以明白本发明并且最好地理解本发明，附图中：

图1是远程血氧计量装置和本发明模拟器装置之间的相互作用以及后者与现场或目标血氧计的相互作用的总体视图；

图2是说明本发明第一实施例的半方框图；

图3是用于图2所示本发明实施例的电路的示意图；

图4是说明本发明第二实施例的方框图；以及

图5是图4所示本发明实施例的电路示意图。

发明的详细说明

参阅图1，图中示出具有传感器4的血氧计量装置2(例如在上述作为参考包括在本文内的‘239申请中所公开的那种)，患者的手指6插入所述传感器4中。对患者的生理参数例如其SpO₂(血氧饱和度)进行测量。测量的患者参数被发送到RF发射器8，RF发射器8将测量数据以传统的电信方式(例如通过RF)发送到RF接收器10，RF接收器10调谐到接收来自RF发射器8的RF信号。虽然图中所示传感器4和RF发射器8为单独的装置，但它们各自或二者都可以是血氧计量装置2的一部分，特别是如果血氧计量装置2是遥测手指血氧计的话(例如在前述‘239中请中所公开的那种)。

RF接收器10连接到模拟器装置12，或者RF接收器10是模拟器装置12的一部分。在图1所示的实施例中，模拟器12通过电缆14连接到形状似人体手指的装置16。把装置16引入现场传统目标血氧计20的传感器18。众所周知，传统目标血氧计例如血氧计20具有连接器22，例如DB-9连接器，传感器18的电缆24通过配对连接器与连接器22配合。换句话说，如果血氧计20的连接器22是插座，则传感器18的电缆24末端的连接器就是插头，反之亦然。传感器18是传统的血氧计传感器，它具有光电检测器26和光源，例如多波长LED光源28。应理解，有许多公司制造的许多传统现场血氧计。每种品牌的现场血氧计适合于和特定类型的传感器一起工作。本发明的模拟器适合于和大部分(如果不是全部的话)这些现场血氧计一起工作。

图2和图3提供模拟器装置12中的各种电路以及利用模拟器手指和目标血氧计传感器的配合，这些电路和目标血氧计之间的相互作用的图解说明。具体地说，模拟器装置12具有微控制器(或微处理器)34，微控制器34与比较器(或比较器电路)36及数字-模拟转换器(或数字-模拟转换电路)(DAC)38互连。DAC 38又连接到LED驱动电路40。如图2中所示，在所述装置中模拟器手指16与模拟器光电检测器30和模拟器LED光源32结合在一起。当模拟器装置16插入目标血氧计20的传感器18中时，模拟器光电检测器30和模拟器LED32定位成分别与目标血氧计的光发射器28和目标血氧计的光电检测器26相对对准。由于目标血氧计20可以是多种传统血氧计中的任何一种，故目标血氧计20的电路及工作在此不作详述，仅简单提一下，即，这种目标血氧计可以包括监控器或显示器，可以显示患者正被测量的血氧浓度，或SpO₂。

参阅图2和图3，适合于插入传感器18的模拟器手指16具有其模拟器光电检测器30，利用OPT-101(图3的U1)，来感测从传感器18的LED 28输出的光强度。通过感测光强度(利用OPT-101二极管将光强度转换为信号)，模拟器光电检测器30就能输出信号(在图3的部件U1的插脚5)到比较器电路36(U4的插脚3)和数字模拟转换器38(U2的插脚11)。同时，处理器34从RF接收器14接收由血氧计量装置2通过RF发射器8发射的RF信号。代表因患者血液流动而产生的SpO₂的RF信号经由连接器CON2输入到处理器34，如图3所示。或者，如果RF接收器14是模拟器装置12的一部分，信号可直接馈入处理器34。

在接收到来自血氧计量装置2的RF信号后，处理器34产生对应于信号所代表的数据的数N。就是说，如果由血氧计量装置2测量的患者的SpO₂是98.6％，则处理器38在接收到RF信号后产生对应于98.6％SpO₂的数N。处理器34具有存储器，存储器中存储多个N，每一个N代表给定的SpO₂。这样，处理器34在接收到对应于给定的N的RF信号时就从其存储器中检索出对应的N，并将代表实测SpO₂的这个N经处理器38插脚6的输出线CLK输出到DAC 38。如果实测SpO₂有改变，就从处理器34的存储器中检索不同的N，并以由模拟器光电检测器30确定的频率将其馈送到DAC 38。从血氧计量装置2接收的RF信号可以是红和红外波形的组合，对应于从患者手指6所检测的SpO₂。

由处理器34提供到DAC 38的还有来自线DIN/CS(U5的导线7和2)的输出。用于将N记录到DAC 38的频率取决于目标血氧计20的传感器18中LED 28发出的光。这个光强度(由模拟器光电检测器30测量)被馈送到放大器(U1的一部分)并从放大器(插脚5)输出到比较器36，以便与由电阻R8、R7和电容C2的组合所产生的参考电压进行比较。比较器38(U4)感测来自模拟器光电检测器30的电压形式的输出，并且每当目标血氧计20”发射”红色或红外脉冲时比较器38就输出脉冲，所述红色或红外脉冲是用来测量插入传感器18中的手指的SpO₂的光脉冲。于是，根据模拟器光电检测器30从目标血氧计20的LED 28感测到的光强度，从比较器36中输出具有特定频率的脉冲。这些脉冲馈入处理器34(U5的插脚3)，处理器34输出作为由脉冲提供的定时的函数的N。对于当前的实施例，假定以每分钟120次由处理器34输出N。

在从处理器34接收到N以及从模拟器光电检测器30接收到电压输入后，DAC 38根据以下公式计算输出电压：

V_out＝V_in*(N/M)

式中V_out和V_in分别为DAC 38的输出和输入电压；

N＝由处理器34记录到DAC 38中的数；

M＝从2⁸到2²⁴中选择的DAC 38的分辨率数。

对于当前的实施例，发明人发现M＝2¹²或4096的分辨率提供的输出电压V_out能最好地与图3示出的示意图的DAC部件一起工作(这绝无限制意义)。但是应当指出，对于不同的DAC，根据DAC的品牌和类型以及电路中所使用的其它部件而定，可能必需使用在(2⁸到2²²)数值范围内的另一数M。

输出电压V_out由DAC 38提供到电压-电流转换器42(U3A)，它将V_out转换成电流以驱动模拟器LED 32，模拟器LED 32的位置正对着目标血氧计30的光电检测器26，使得就目标血氧计20而言，患者已将其一个手指插入传感器18，并且正从插入的手指上测量SpO₂。对于图3的示意图，LED驱动器40包括电压-电流转换器42和晶体管驱动器Q2。

图4和5中示出本发明的第二实施例。第二实施例不需要由插入传感器18的实体装置16所代表的模拟器手指。还省去了传感器18。第二实施例的优点之一是与不用手指模拟器和传感器18相关联的低成本。而且，还消除了渗透到配对的模拟器手指/传感器的任何环境干扰例如畸变光等，因为第二实施例不受任何环境光的影响。这是由于以下事实的缘故，即，模拟器装置12的输出具有连接器的形式，所述连接器与目标血氧计20中原先用来通过电缆24连接到传感器18的已有连接器配对。第二实施例中与第一实施例相同的部件在图4和5中具有与第一实施例的相同的标记。

参阅图4和5，本发明的第二实施例与第一实施例的区别在于模拟手指16和传感器18已由输入电路42替代，所述输入电路42具有整流器、负载电阻和差分放大器电路的组合以及光耦合器44。对于图4和5所示的实施例，模拟器装置12的电路通过电缆46直接连接到目标血氧计20。在电缆46的末端配备有连接器48，例如传统的DB-9插座，通过与连接器22(假定在此实施例为DB-9插头)配合而连接到目标血氧计20。

输入电路42提供设置在双二极管D1和D2附近的输入整流器电路50。双二极管D1和D2连接到负载，其形式为电阻R101。差分放大器U1放大输入电路42从目标血氧计20的输出中所检测的信号，所述信号在第一实施例中对应于其传感器18的LED输出的光强度。如前所述，放大器U1的输出馈送到比较器36和DAC电路38。处理器34也向DAC 38输出数N，后者代表患者的生理参数，其形式可能是由远程血氧计量装置所测量的SpO₂，其输出频率是来自比较器36的脉冲输出的函数。而脉冲输出又取决于输入电路42从目标血氧计20所感测的信号。

将DAC 38的输出(从上述公式得出的同一电压输出)提供给电压-电流转换器42，用于控制驱动晶体管Q2，驱动晶体管Q2又控制光耦合器44(ISO1)。光耦合器44的光电二极管引线连接到DB9连接器48，例如连接器的插脚5和9(图5)，用于输入到目标血氧计30。当模拟器装置12连接到目标血氧计20时，示范来自第二实施例的目标血氧计的LED输出通过连接器的引线2和3(图5)经由连接器48的匹配被送到连接器22。应当指出，目标血氧计20的连接器22是在本发明之前使用血氧计20时，以及在第一实施例中，传统手指传感器18的电缆24所插入的连接器。

关于上述本发明的两个实施例，模拟器可以适合于使传统血氧计能够测量远离血氧计的患者的SpO₂，而传统血氧计通常要求患者在场才能测量其血氧浓度。而且，不再需要比较昂贵且需要经常更换的患者电缆和手指传感器。此外，当使用遥测手指血氧计(例如在共同待批的’239申请中所公开的)时，可以使用用具有多个输入端和显示器的传统血氧计来监控处于不同位置的多个患者。

在具有电或磁干扰的环境中，例如患者在MRI(磁共振成像)扫描室且需要患者的SpO₂，遥测装置不起作用，因为遥测信号会因MRI设备发出的电或电磁干扰而失真。所以，对于这种环境以及电干扰会妨碍远程血氧计或血氧计量装置对患者所测量的生理信号的遥测的其它环境，本发明的另一种传输信号的方法是使用光纤，具体地说，利用纤维光缆使远程血氧计与对患者所测量的生理参数读数进行显示的现场血氧计进行通信连接。在远程血氧计量装置上可以配备输出端口，用以连接到纤维光缆，纤维光缆的另一端以传统方式连接到设置有现场血氧计的室内。连接到现场血氧计的纤维光缆端可配备有与现场血氧计的内置连接器易于配合的连接器。通过玻璃纤维传送信号，信号的强度就不会受MRI或其它类似设备产生的电或电磁干扰的影响。

Claims (18)

1.一种用于提供血氧饱和度的远程测量的设备，所述设备包括：

输入端，用于接收来自远程血氧计的患者信号；

具有电路的模拟器，包括与比较器和数字-模拟转换器DAC互连的处理器，用于将从所述远程血氧计接收的患者信号转换为输出电压信号；以及

具有光源的输出装置，被配置成使与适合于感测患者信号的现场血氧计的传感器相配合，来自所述模拟器的输出电压信号驱动所述输出装置的光源以便模拟来自所述远程血氧计的患者信号用于由所述现场血氧计的传感器来感测。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述输出装置还包括光检测器；以及

其中当所述输出装置与所述传感器相配合时，所述输出装置的所述光源与所述传感器的光电检测器成相对关系对准，并且所述输出装置的所述光检测器与所述现场血氧计的传感器的光发射器成相对关系对准。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述输出装置包括：

光电检测器，其位置与所述现场血氧计的所述传感器的光发射器相对，用于感测由所述光发射器输出的光，所感测到的光作为第二信号被输入到所述比较器用于与参考电压相比较并且被输入到所述数字-模拟转换器DAC，所述比较器向所述处理器输出因此得到的第三信号，所述处理器输出作为由所述第三信号提供的定时的函数的数N，所述数字-模拟转换器DAC响应所述第二信号来输出所述输出电压信号和所述数N以便控制来自所述输出装置处的所述光源的光输出。

4.如权利要求3所述的设备，所述设备还包括：

电压-电流转换器，用于将所述输出电压信号转换成电流，用于控制所述光源的工作。

5.如权利要求1所述的设备，其中还包括：

RF接收器，用于连续地接收来自所述远程血氧计的所述患者信号。

6.如权利要求3所述的设备，其中由所述处理器产生的所述数N代表由所述远程血氧计测量的患者的血流量，用于测定所述患者的血氧饱和度。

7.如权利要求3所述的设备，其中所述数字-模拟转换器DAC在接收到来自所述光电检测器的所述第二信号以及来自所述处理器的所述数N之后，根据以下公式输出所述输出电压信号：

V_out＝V_in*(N/M)

式中V_out和V_in分别为DAC的输出和输入电压；

N＝记录在DAC中的数；以及

M＝从2⁸到2²⁴中选择的分辨率数。

8.如权利要求1所述的设备，其中所述远程血氧计通过所述患者信号在其上传输的纤维光缆与所述设备的所述输入端通信连接。

9.一种和现场血氧计一起使用的适配器，用于使所述现场血氧计能够监控正在由远程血氧计测量的患者的血氧饱和度，所述适配器包括：

输入电路，用于接收来自所述远程血氧计的患者信号，以及；

具有模拟器电路的电路模块，其包括与比较器电路和数字-模拟转换器DAC电路互连的处理器电路，用于将从所述远程血氧计接收的患者信号转换成输出信号，

光耦合器电路，使所述输出信号能够被传递至所述现场血氧计的光电检测器电路，以及

电缆，具有与所述光耦合器电路通信连接的输入端和直接与连接传感器的所述现场血氧计的输入连接器相匹配的连接器，使得来自所述电路模块的输出信号直接输入到所述现场血氧计。

10.如权利要求9所述的适配器，其中所述比较器电路从所述输入电路接收患者信号并基于接收到的患者信号将脉冲信号输出到所述处理器电路；

其中所述处理器电路包括用于接收所述患者信号的输入端和用于接收所述脉冲信号的另一个输入端，所述处理器电路输出代表从所述远程血氧计接收到的所述患者信号的数N，输出频率是所述脉冲信号的函数；以及

其中所述数字-模拟转换器DAC接收来自所述输入电路的所述患者信号以及来自所述处理器电路的所述数N，所述数字-模拟转换器DAC电路响应所述脉冲信号和所述数N向所述光耦合器电路输出输出电压信号。

11.如权利要求10所述的适配器，其中所述适配器还包括：

电压-电流转换器电路，用于将所述输出电压信号转换成电流，以便驱动所述光耦合器电路中的光电二极管，所述光电二极管的输出被馈送到所述现场血氧计的光电检测器电路。

12.如权利要求10所述的适配器，其中所述数字-模拟转换器DAC电路，在接收到来自所述输入电路的所述患者信号以及来自所述处理器电路的所述数N之后，根据以下公式输出作为输出电压的所述输出电压信号：

V_out＝V_in*(N/M)

式中V_out和V_in分别为DAC的输出和输入电压；

N＝记录到DAC中的数；以及

M＝从2⁸到2²⁴中选择的分辨率数。

13.如权利要求10所述的适配器，其中所述输入电路包括具有双二极管的负载电阻整流器电路，用于接收来自所述现场血氧计的光发射器电路的所述患者信号。

14.如权利要求9所述的适配器，其中所述远程血氧计通过光纤连接将所述信号输出到所述适配器的输入端。

15.一种和现场血氧计一起使用的适配器，用于使所述现场血氧计能够监控正在由远程血氧计测量的患者的血氧饱和度，所述适配器包括：

与RF接收器的连接，用于接收来自所述远程血氧计的信号；

连接器，适合于与所述现场血氧计上的配对连接器配合；以及

电路模块，用于使从所述远程血氧计接收的所述信号适合于由所述现场血氧计使用，其中所述电路模块包括：

输入电路，通过所述连接器与所述现场血氧计的光发射电路连通，用于接收表示来自所述现场血氧计的光输出的第二信号；

光耦合器电路，通过所述连接器与所述现场血氧计的光电检测器电路连通；

处理器，用于通过与所述RF接收器的连接来接收来自所述远程血氧计的信号，所述处理器生成与来自所述远程血氧计的接收到的信号相对应的数；

比较器，用于接收来自所述输入电路的第二信号，所述比较器基于接收到的信号将第三信号输出到所述处理器；以及

数字-模拟转换器，用于接收来自所述输入电路的第二信号和来自所述处理器的所述数，所述模拟-数字转换器响应所述第二信号和所述数通过所述光耦合器电路将第四信号输出到所述现场血氧计的所述光电检测器电路。

16.如权利要求15所述的适配器，其中所述第四信号包括输出电压，所述适配器还包括：

电压-电流转换器，用于将所述输出电压转换成电流，以便驱动所述光耦合器电路中的光电二极管，所述光电二极管的输出被馈送到所述现场血氧计的所述光电检测器电路。

17.如权利要求15所述的适配器，其中所述数字-模拟转换器DAC在接收到来自所述输入电路的所述第二信号以及来自所述处理器的所述数之后，根据以下公式输出作为输出电压的所述第四信号：

V_out＝V_in*(N/M)

式中V_out和V_in分别为DAC的输出和输入电压；

N＝记录到DAC中的数；以及

M＝从2⁸到2²⁴中选择的分辨率数。

18.如权利要求15所述的适配器，其中所述输入电路包括具有双二极管的负载电阻整流器电路，用于接收来自所述现场血氧计的光发射器电路的所述第二信号。

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