JP2004509342A - コンパチブルでないオキシメータとセンサとの間の相互接続回路 - Google Patents

Abstract

ＬＥＤに並列の抵抗器のないセンサが、この並列抵抗器を期待するオキシメータを動作させることを可能にさせるオキシメータセンサアダプタ。このアダプタは、オキシメータのＬＥＤ駆動出力に接続された入力を有するスイッチング回路を有する。スイッチング回路は、２つの対の出力を有し、ひとつはセンサのＬＥＤ駆動ラインに接続され、そして他のものはアダプタ自体の抵抗に接続される。スイッチング回路は、入力ラインの信号が０．５ボルトなどの所定レベルより低くなる場合を検知する検知回路によって制御される。この検知回路は、低電圧に応答して（ＬＥＤに並列の抵抗を読む動作に対応して）、信号をスイッチング回路に印加する。スイッチング回路は、この抵抗を入力ラインにスイッチするので、それが読み出され得る。より高い電圧が入力ラインに戻ると、スイッチング回路はＬＥＤそのものにスイッチして戻す。
【選択図】図１

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は、一般的には、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、関連された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は特に重大である。
非浸襲性のオキシメータが開発されており、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が、Ｓｗｅｄｌｏｗ等により出願された、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．等により出願された、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、両特許は、本発明の譲受人に譲渡され、これらの開示は、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は、通常、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通常個別に計測される。
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／モニ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．ｎ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、１９９８年３月１７日に出願された、同時係属中出願第０９／０４０、２１８号の中で説明される。上述のＮｅｌｌｃｏｒ　Ｐｕｒｉｔａｎ　Ｂｅｎｎｅｔｔ出願の３つの開示すべては本明細書で参考として援用される。
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が大量の電流を流さ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、ＬＥＤリードにまたがって存在する、この抵抗のない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。Ｍａｓｉｍｏセンサのある実施形態では、この抵抗器は、決して符号化機能を提供しないが、むしろＬＥＤの特性を変更する。
【０００２】
（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、オキシメータのＬＥＤ駆動出力に接続される入力を有するスイッチング回路を有する。スイッチング回路は、２つの対の出力を有し、ひとつはセンサのＬＥＤ駆動ラインに接続され、そして他のものはアダプタ自身の抵抗に接続される。スイッチング回路は、入力ラインの信号が０．５ボルトなどの所定レベルより低くなる場合を検知する検知回路によって制御される。この検知回路は、低電圧に応答して（ＬＥＤに並列の抵抗を読む動作に対応して）、信号をスイッチング回路に印加する。スイッチング回路は、この抵抗を入力ラインにスイッチするので、それが読み出され得る。より高い電圧が入力ラインに戻ると、スイッチング回路はＬＥＤそのものにスイッチして戻す。
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。このことは、ＬＥＤにまたがった抵抗器なしのセンサがこの抵抗器を期待するオキシメータを動作されることが可能にさせる。
本発明の本質および長所のさらなる理解のために、付随する図面と連携して次の説明を参考にするべきである。
【０００３】
（特定な実施形態の説明）
図１は、オキシメータシステムにおける本発明のアダプタの、ある実施形態のブロック図である。図１にパルスオキシメータ１、アダプタ３、およびセンサまたはプローブ１６が示される。このセンサは、光、通常は赤および赤外線であるが、この光を患者に導くためのＬＥＤ１７を含む。このＬＥＤは、オキシメータ１にあるオキシメータＬＥＤ駆動回路５によって駆動される。これは、信号をアダプタ３を通してライン２と４とに送る。ライン２と４とは、スイッチング回路１０を介して端子１１に接続され、これはＬＥＤ１７に接続される。これは、このシステムの通常の動作構成である。
【０００４】
較正時に抵抗を読み出すことが所望される場合、オキシメータ駆動回路５は低電圧信号を出力するが、この低電圧信号は、余りに小さいので、ＬＥＤを通して何ら大きな電流を供給しない。通常、この電圧は、約０．５ボルトである。この低電圧は、電圧検知回路６によって検知される。回路６は次いで、端子１１から端子１２に移すようにスイッチさせるために、スイッチロジック８を通して信号をスイッチング回路１０に信号を印加する。端子１２は抵抗器１４にまたがってライン２と４を置く。このようにして、ＬＥＤ駆動回路５からの０．５ボルトの信号は抵抗器１４に印加され、そして抵抗器１４の値がオキシメータによって読み出され得る。一旦、この読み取りが完了し、そしてオキシメータがＬＥＤを通常モードで駆動することを所望すると、より高い電圧信号がライン２と４間に現われる。このことがさらに、センサ６によって検出され、そしてこれが、スイッチロジック８をして、端子１１に戻るようにスイッチング回路１０をスイッチさせる。
【０００５】
オキシメータセンサはまた、患者を透過するかまたは患者から反射された光を検出する光学的センサ２０を有する。センサ２０は、追加の信号コンディショニング回路２２を通してアダプタ３に接続され、そして次いで、オキシメータ１の検出回路２４に接続される。
【０００６】
図２は、図１の電圧センサ６、スイッチングロジック８、およびスイッチング回路１０のある実施形態のさらなる詳細図である。この例では、電圧センサは、赤外線（ＩＲ）ＬＥＤの順方向電圧が１．０Ｖを越える場合（赤外線ＬＥＤを接続しつつ）、および赤色（Ｒｅｄ）ＬＥＤの順方向電圧が１．５Ｖを越える場合（赤色ＬＥＤを接続しつつ）、スイッチに１１Ｋの符号化抵抗器を切断させる。
【０００７】
オペアンプＵ１ＡおよびＵ１Ｂは差動増幅器をとして機能し、ただし、Ｖ（Ｕ１Ａ）＝Ｖ（２）−Ｖ（４）かつＶ（Ｕ１Ｂ）＝Ｖ（４）−Ｖ（２）である。Ｕ１ＡとＵ１Ｂの出力は、Ｕ２Ａ（１．０Ｖの赤外線閾値）およびＵ２Ｂ（１．５Ｖの赤色閾値）のコンパレータで各閾値電圧で比較される。各コンパレータはオープンコレクタ出力を有しているので、Ｖ（Ｕ１Ａ）またはＶ（Ｕ１Ｂ）のいずれかがその閾値を越えた場合、出力はロウ（ｌｏｗ）に引っ張られ、光学的スイッチＬＳ１とＬＳ２を駆動し、両ＬＥＤをライン２と４に接続する。Ｕ２ＡまたはＵ２Ｂがそれらの共通ラインをロウに引っ張っている場合、トランジスタＱ１はオフになり、そしてこれが光学的スイッチＬＳ３とＬＳ４をオフにして抵抗器１４をライン２と４から切断する。
【０００８】
オキシメータは、抵抗器１４を０．５ボルト信号で計測を試みる場合、両Ｖ（Ｕ１Ａ）およびＶ（Ｕ１Ｂ）は、閾値より低くなり、Ｕ２ＡおよびＵ２Ｂのコンパレータ出力は抵抗器Ｒ１２およびＲ１３によってハイ（ｈｉｇｈ）に引っ張られ、光学的スイッチＬＳ１とＬＳ２を駆動せず、両ＬＥＤをライン２と４から切断する。これはまた、トランジスタＱ１をオンにさせ、そしてこれが光学的スイッチＬＳ３とＬＳ４をオンにして抵抗器１４をライン２と４に接続する。
【０００９】
図１の追加のシグナルコンディショニング回路２２は、実際に用いられたセンサ１６のタイプに対応するように、光学的に検出された信号を変更するように用いられる。例えば、Ｒ（ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｒａｔｉｏｓ）とＳｐＯ_２との関係は、光学的に検出された信号レベルを変えることによって変化され得る。そのような回路の例は、１９９８年３月１７日付けで出願された、同時係属中出願第０９／０４０，２１８号の中で説明され、これは本明細書の中で参考として上述で参照されかつ援用される。
【００１０】
図１に戻って参照すると、他の実施形態おいては、抵抗器１４の代わりに、他の要素が、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は、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。そのようなチップは、Ｄａｌｌａｓ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒからの利用可能な２線のメモリチップであり得る。
【００１１】
アダプタ自体が分離したパワー供給源を有し得るかまたは、オキシメータ１によって供給されるパワーを動作オフにし得る。較正モードの場合、アダプタはＬＥＤ駆動からのエネルギーを蓄積し得る。
【００１２】
当業者に理解されるように、本発明は、ここでの本質的な特質から逸脱することなしに別の特定の形態で具現され得る。例えば、センサのＬＥＤに対する３線接続が、電圧検知とこれに応じて変更されるスイッチングロジックを伴って用いられ得る。アダプタは、３線オキシメータから２線センサへの変換、またはその逆を行い得る。従って、前述の記述は、説明のために意図されたものであるが、上掲の特許請求範囲で説明されている発明の範囲を制限するものでない。
【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有するオキシメータシステムのブロック図である。
【図２】
図２は、図１のアダプタにおいて、電圧センサ６、スイッチングロジック８および検知回路１０のある実施形態のさらなる詳細図である。

Claims (11)

1. オキシメータＬＥＤ駆動出力ラインに接続可能な一対の第１および第２のオキシメータ入力ラインと、
   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センサ出力ラインと、
   該第１および第２のオキシメータ入力ラインに結合され、該第１入力ラインの信号が第１の所定レベルを超える場合および該第２入力ラインの信号が第２の所定レベルを超える場合とを検出すための検知回路と、
   符号化要素と、
   スイッチング回路であって、該検知回路に接続された制御入力を有し、該第１および第２のオキシメータ入力ラインに結合された第１の一対のスイッチ入力と、該センサ出力ラインに接続された第１の一対のスイッチ出力と、該符号化要素に結合された第２の一対のスイッチ出力とを有し、そして該制御入力の信号に応答して該第１および第２の一対のスイッチ出力間をスイッチするように構成されるスイッチング回路と
   を含む、オキシメータセンサアダプタ。
2. 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センサアダプタ。
3. 前記第１入力ラインの前記信号が所定の電圧よりも低い電圧の信号である、請求項２に記載のオキシメータセンサアダプタ。
4. 前記所定の電圧が０．５ボルトである、請求項３に記載のオキシメータセンサアダプタ。
5. 前記検知回路は、前記オキシメータ入力ラインの電圧が０．５ボルト以下の場合、駆動信号を前記スイッチング回路に印加し、該駆動信号が該スイッチング回路に前記抵抗器をスイッチさせる、請求項２に記載のオキシメータセンサアダプタ。
6. 前記抵抗器が付属するセンサの中のＬＥＤの値に関連した値を有する、請求項２に記載のオキシメータセンサアダプタ。
7. 前記符号化要素は半導体チップである、請求項１に記載のオキシメータセンサアダプタ。
8. 前記検知回路は、前記入力ラインに結合された少なくとも１つの差動増幅器と、該差動増幅器の出力に結合された少なくとも１つのコンパレータとを含む、請求項１に記載のオキシメータセンサアダプタ。
9. 前記スイッチング回路は少なくとも第１および第２の光学的スイッチを含む、請求項１に記載のオキシメータセンサアダプタ。
10. 光学的に検出された信号レベルを変更するために、センサ検出器ラインとオキシメータ検出器ラインとの間に結合されたコンディションニング回路をさらに含む、請求項１に記載のオキシメータセンサアダプタ。
11. （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た光検出器センサ回路と
    を含むオキシメータと、
    （ｂ）オキシメータセンサアダプタであって、オキシメータＬＥＤ駆動出力ラインに接続可能な一対の第１および第２のオキシメータ入力ラインと、
    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センサ出力ラインと、
    該第１および第２のオキシメータ入力ラインに結合され、該第１入力ラインの信号が第１の所定レベルを超える場合および該第２入力ラインの信号が第２の所定レベルを超える場合とを検出すための検知回路と、
    符号化要素と、
    スイッチング回路であって、該検知回路に接続された制御入力を有し、該第１および第２のオキシメータ入力ラインに結合された第１の一対のスイッチ入力と、該センサ出力ラインに接続された第１の一対のスイッチ出力と、該符号化要素に結合された第２の一対のスイッチ出力とを有し、そして該制御入力の信号に応答して該第１および第２の一対のスイッチ出力間をスイッチするように構成されるスイッチング回路とを含むオキシメータセンサアダプタと
    を含む、オキシメータシステム。

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