JP4934768B2 - 酸素計測シミュレータ - Google Patents

Description

本発明は、酸素計に関し、特に、遠隔酸素計測ユニットにより測定したＳｐＯ２データを、目標酸素計に提供すべく適合させたシミュレータに関する。

本願人による、同時係属出願の米国特許出願１０／２８４，２３９には、遠隔通信可能な指酸素計が開示されている。この米国出願の開示は、参照することにより本願の開示に組み込まれるものとする。この米国出願には、特に、指酸素計測ユニットが測定するデータを、この指酸素計測ユニットが送信するＲＦ信号を受信すべく適応させたＲＦ受信器を内部に組み込んだ、本発明の譲受人によって製造されるバイタルサイン（Ｖｉｔａｌ Ｓｉｇｎｓ）モニタのような遠隔装置に送信できることが開示されている。

本発明は、慣例のＤＢ−９コネクタのような、ケーブルと番うセンサを有するコネクタを備える、慣例のオンサイト酸素計ユニットに向けられるものである。本発明に先行するこのような酸素計は、患者の指をセンサに挿入することで、患者の血液酸素飽和レベル（ＳｐＯ２）を測定するために用いられている。これらのオンサイト酸素計は、それぞれの酸素計が使用する回路が他の酸素計とは異なる特性を生じさせるため、それぞれが独自の特性を有し、したがってある特定タイプのセンサのみを収納することになる。

本発明のシミュレータは、例えば前述の米国特許明細書に開示されている指酸素計ユニットのような遠隔酸素計測ユニットによって、目標酸素計から離れた患者を測定することを可能にし、かつ、このシミュレータにより、使用する目標酸素計のタイプ及び目標酸素計と共に使用する特定のセンサに無関係に、目標酸素計によって、測定した患者データを遠隔酸素計測ユニットから読み出すことができるようにする。

このために、本発明の酸素計測シミュレータは、第１の実施形態において、オンサイト酸素計のセンサに挿入可能な、患者の指に似せたユニットを具えている。このユニットは、光ダイオード及び発光源が内部に組み込まれている。このユニットは、ユニットが目標酸素計のセンサに挿入される際に、ユニットの光ダイオードは目標酸素計のＬＥＤと対向して整列するように、またユニットの発光源は目標酸素計のセンサのフォトディテクタに対向して整列するように、構成されている。このユニットは、比較回路、デジタル・アナログ回路、発光器駆動回路、及びプロセサ回路を内蔵するシミュレータの主モジュールに接続されている。シミュレータのフォトディテクタが測定する光は、比較回路及びデジタル・アナログ回路に送信される。シミュレータが、遠隔酸素計測ユニットにより患者から測定したＳｐＯ２に対応する信号を受信すると、シミュレータのプロセサ回路は、シミュレータユニットのセンサが測定した、目標酸素計からのデータも取り込む。

受信したＳｐＯ２の信号は、遠隔測定した患者のデータに対応する数値を生成するために使用される。この数値は、デジタル・アナログ変換回路に送信される。この数値及びシミュレータのフォトディテクタが測定した目標酸素計からの入力データを使用して出力を発生し、この出力は発光器駆動回路に供給され、シミュレータユニットの発光源から適切な量の光が目標酸素計のセンサのフォトディテクタに出力されるようにする。このようにフィードバックをかけることによって、目標酸素計の回路の特定の特性に無関係に、遠隔測定した患者のデータの正しい表示を目標酸素計に供給することが可能となる。したがって、目標酸素計から遠隔に位置する患者の生理的パラメタを正確に表示又は監視することができる。

本発明の第２の実施形態においては、目標酸素計のセンサに嵌合する、人間の指に似せた形状のシミュレータユニットの代わりに、目標酸素計の対応するコネクタにシミュレータコネクタを直接番わせるようにする。したがって、シミュレータの指と目標酸素計のセンサとのインタフェースは不要となる。シミュレータを、コネクタを経て目標酸素計に直接接続することで、目標酸素計のセンサは不要となる。このようなセンサは、通常、慣例のオンサイト酸素計測ユニットの中で最も高価なパーツであり、かつ絶えず交換することが必要である。したがってこのようなセンサを除去することで、オンサイト目標酸素計のユーザにとって、コストを大幅に低減することができる。さらに、シミュレータの指をセンサに番わせることにより生じ得る周囲環境の妨害も除去される。シミュレータの指及びシミュレータのフォトディテクタ並びにＬＥＤを除けば、第２実施形態のシミュレータの回路は、実質上第１実施例の回路と同じものである。

以下、本発明を、添付の図面と共に、本発明の実施例につき詳細に説明する。

図１を参照するに、前述の米国特許出願第１０／２８４，２３９号に開示されているような酸素計測ユニット２は、図示のように患者の指６を挿入するセンサ４を有している。これは例えばＳｐＯ２（血液酸素飽和度）のような、患者の生理的パラメタを採取又は測定するためのものである。患者の測定されたパラメタはＲＦ送信器８に送信され、このＲＦ送信器８は、測定したデータを、例えばＲＦのような慣例の遠隔通信によって、ＲＦ送信器８からのＲＦ信号を受信すべく適合させたＲＦ受信器１０に送信する。センサ４及びＲＦ送信器８のそれぞれ、又は双方は、図では別個のユニットとして示されているが、酸素計測ユニット２の一部とすることもでき、特に酸素計測ユニット２が前述の米国特許出願に開示したような遠隔計測指酸素計である場合には、そのようにすることが可能である。

ＲＦ受信器１０は、シミュレータユニット１２に接続したり、又はユニット１２の一部としたりすることができる。図１に示す実施例においては、シミュレータ１２は、ケーブル１４によって、人間の指に似た形状のユニット１６に接続している。ユニット１６は、慣例のオンサイト目標酸素計２０のセンサ１８に入力している。周知のように、酸素計２０のような慣例のオンサイト酸素計は、ＤＢ−９コネクタのような、対応するコネクタによりセンサ１８のケーブル２４に番うコネクタ２２を有する。換言するに、酸素計２０のコネクタ２２が雌型コネクタの場合は、センサ１８用のケーブル２４の終端部のコネクタは雄型コネクタとし、また前者が雄型の場合には後者は雌型とする。センサ１８は、フォトディテクタ２６及び慣例の複数波形ＬＥＤ光源２８のような光源を有する、慣例の酸素計センサとする。なお、慣例のオンサイト酸素計は、多数の業者により多数製造されている。それぞれのブランドのオンサイト酸素計は、特定のタイプのセンサと協働するように構成されている。本発明のシミュレータは、これらのオンサイト酸素計の全てではないにしても大部分と協働するように構成される。

図２及び３は、シミュレータユニット１２の種々の回路、及び、シミュレータの指を目標酸素計のセンサに番わせることによる、これら回路間と目標酸素計との相互作用を説明する図である。特に、シミュレータ１２は、比較器（又は比較回路）３６及びデジタル・アナログ変換器（又はデジタル・アナログ変換回路）（ＤＡＣ）３８と相互接続した、マイクロコントローラ（又はマイクロプロセサ）３４を有している。次にＤＡＣ３８は、ＬＥＤ駆動回路４０と接続している。図２が最も良く示しているように、シミュレータの指１６は、シミュレータフォトディテクタ３０及びシミュレータＬＥＤ光源３２と一体とする。シミュレータフォトディテクタ３０及びシミュレータＬＥＤ３２は、シミュレータの指１６を目標酸素計２０のセンサ１８に挿入する際に、目標酸素計発光器２８及び目標酸素計のフォトディテクタ２６に、それぞれ対向する関係で整列するように位置させる。目標酸素計２０は慣例の複数個の酸素計のうちの任意の１つとすることができるため、目標酸素計２０の回路及び動作についてはここでは述べないが、このような目標酸素計は、患者の血液酸素濃度即ちＳｐＯ２を、測定した通りに示すモニタ又はディスプレイを具えている。

図２及び３を参照するに、センサ１８に番わせるのに適合させたシミュレータの指１６は、ＯＰＴ−１０１（図３のＵ１）によって、センサ１８のＬＥＤ２８から出力される光の光強度を検知する、シミュレータフォトディテクタ３０を有している。ＯＰＴ−１０１ダイオードによって信号に変換される光の光強度を検知することにより、シミュレータフォトディテクタ３０は、（図３のコンポーネントＵ１のピン５にて）信号（第２の信号）を比較回路３６（Ｕ４のピン３）及びデジタル・アナログ変換器３８（Ｕ２のピン１１）に出力することができる。同時に、プロセサ３４は、酸素計測ユニット２によって送信されるＲＦ信号を、ＲＦ送信器８を経て、ＲＦ受信器１０から受信している。患者の血流によるＳｐＯ２を表すＲＦ信号は、図３に示すようなコネクタＣＯＮ２を経てプロセサ３４に入力される。また、ＲＦ受信器１０をシミュレータユニット１２の一部とする場合には、信号をプロセサ３４に直接供給することもできる。

酸素計測ユニット２からのＲＦ信号を受信すると、プロセサ３４は、この信号が表すデータに対応する数値Ｎを生成する。具体的に説明するに、酸素計測ユニット２によって測定される患者のＳｐＯ２値が９８．６％である場合には、プロセサ３４は、ＲＦ信号を受信すると、９８．６％のＳｐＯ２値に対応する数値Ｎを生成することになる。プロセサ３４は、所定のＳｐＯ２値をそれぞれ表す複数の数値Ｎを記憶しているメモリを有している。したがって、所定のＮに対応するＲＦ信号を受信すると、プロセサ３４は、メモリから対応するＮを読み出し、そして測定したＳｐＯ２を表すＮを、プロセサ３４のピン６にて出力線ＣＬＫを経て、ＤＡＣ３８に出力する。測定したＳｐＯ２が変化する場合には、異なるＮがプロセサ３４のメモリから読み出され、シミュレータフォトディテクタ３０によって決定される頻度で、ＤＡＣ３８に供給される。酸素計測ユニット２から読み出されるＲＦ信号は、患者の指６から検出されるＳｐＯ２に対応する、赤色及び赤外波形の組合せとすることができる。

プロセサ３４によって、ラインＤＩＮ及び／ＣＳ（Ｕ５のリード線７及び２）からの出力もまたＤＡＣ３８に供給される。ＮがＤＡＣ３８にクロックされる周波数は、目標酸素計２０のセンサ１８のＬＥＤ２８からの光に依存する。シミュレータフォトディテクタ３０が測定したこの光強度は、増幅器（Ｕ１の一部）を経て供給され、そこ（ピン５）から、抵抗Ｒ８及びＲ７並びにキャパシタＣ２の組合せによって発生される基準電圧と比較するために、比較器３６に出力される。目標酸素計２０が、センサ１８に挿入した指からＳｐＯ２を測定すべく使用する光のパルスである、赤色または赤外線のパルスを「発射する」毎に、比較器３６（Ｕ４）は、シミュレータフォトディテクタ３０の出力を電圧として検知し、そしてパルスを出力する。したがって、目標酸素計２０のＬＥＤ２８から、シミュレータフォトディテクタ３０が検知した光の強度に応じて、特定の周波数を有するパルスが比較器３６から出力される。これらのパルスはプロセサ３４（Ｕ５のピン３）に供給され（第３の信号）、このプロセサ３４は、パルスにより供給されるタイミングの関数としてＮを出力する。手近な例として、Ｎは１分間に１２０回プロセサ３４により出力されるものとする。

プロセサ３４からＮを、及びシミュレータフォトディテクタ３０から入力される電圧を受信すると、ＤＡＣ３８は、次式に基づいて出力電圧（第４の信号）を計算する。

Ｖ_ｏｕｔ＝Ｖ_ｉｎ・（Ｎ／Ｍ）

ここで、Ｖ_ｏｕｔ及びＶ_ｉｎは、それぞれ、ＤＡＣ３８からの出力電圧及びＤＡＣ３８への入力電圧であり、
Ｎは、プロセサ３４により、ＤＡＣ３８にクロックされる数であり、
Ｍは、２^８〜２^２４から選択した、ＤＡＣ３８の分解能である。

限定するものではなく手近な例として、本発明者等は、Ｍ＝２^１２即ち４０９６の分解能が、図３に示す概略図のＤＡＣコンポーネントと最も良好に作動する出力電圧Ｖ_ｏｕｔを供給する、ということを確かめた。しかしながら、異なるＤＡＣに対しては、ＤＡＣのブランド及びタイプ並びに回路で用いられる他のコンポーネントに応じて、２^８〜２^２４で記した値の範囲内の、他の値Ｍを用いなければならない。

出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、ＤＡＣ３８により、Ｖ_ｏｕｔを、シミュレータＬＥＤ３２を駆動するための電流に変換する電圧／電流変換器４２’（Ｕ３Ａ）に供給され、このシミュレータＬＥＤ３２は、目標酸素計２０のフォトディテクタ２６に対向して位置付けられているため、目標酸素計２０に関する限り、患者が１本の指をセンサ１８に挿入することで、この挿入した指によりＳｐＯ２が測定される。図３に示す概略図においては、ＬＥＤ駆動部４０は、電圧／電流変換器４２’及びトランジスタドライバＱ２を含んでいる。

図４及び５は、本発明の第２実施例を示している。第２実施例では、センサ１８に挿入するユニット１６により表されるシミュレータの指を必要としない。センサ１８も除去されている。第２実施例の有利な点のひとつは、指シミュレータ及びセンサ１８を除去することに関連してコストが低減されることにある。さらに、第２実施例は周囲環境の光に影響を受けないため、番うシミュレータの指／センサに浸透する迷光のような周囲環境の妨害は除去される。これは、シミュレータユニット１２からの出力端のコネクタが、通常はケーブル２４を経てセンサ１８に接続すべく用いられる目標酸素計２０にて、既に存在するコネクタに番う形状となっているためである。第２実施例にて、第１実施例と同じコンポーネントは、図４及び５において同じ参照番号を付してある。

図４及び５を参照するに、本発明の第２実施例が第１実施例と異なるのは、シミュレータの指１６及びセンサ１８を、整流器、負荷抵抗、及び差動増幅回路の組合せを有する入力回路４２、並びに光結合器４４と交換させていることにある。図４及び５に示す実施例においては、シミュレータユニット１２の回路は、ケーブル４６によって目標酸素計２０に直接接続されている。本実施例では雄型ＤＢ−９コネクタとするコネクタ２２に番わせることで、目標酸素計２０と結合させるために、ケーブル４６の終端部に例えば慣例のＤＢ−９雌型コネクタの形式のコネクタ４８を設ける。

入力回路４２は、２重のダイオードＤ１及びＤ２周囲に形成した入力整流回路５０を提供する。２重のダイオードＤ１及びＤ２は、抵抗Ｒ１０１の形式の負荷に接続されている。差動増幅器Ｕ１は、入力回路４２により目標酸素計２０の出力から検出される信号を増幅し、この信号は、第１実施例では、センサ１８のＬＥＤから出力される光の強度に対応する。増幅器Ｕ１からの出力は、前述同様、比較器３６及びＤＡＣ回路３８に供給される。また、プロセサ３４は、遠隔酸素計測ユニットによって測定されるＳｐＯ２の形式とし得る、患者の生理的パラメタを表す数値Ｎを、ＤＡＣ３８に、比較器３６から出力されるパルスの関数とする頻度にて出力する。ここで、パルス出力は、入力回路４２によって目標酸素計２０から検知される信号に依存する。

上述した式から出力される電圧と同じであるＤＡＣ３８からの出力は、駆動トランジスタＱ２を制御すべく電圧／電流変換器４２’に供給され、ここでこの駆動トランジスタＱ２は、光結合器４４（ＩＳＯ１）を制御する。光結合器４４の光ダイオードのリード線は、ＤＢ−９コネクタ４８、例えば目標酸素計２０への入力のためのコネクタ（図５）のピン５及び９に経路指定する。模範の第２実施例では、コネクタ４８をコネクタ２２に番わせることによりシミュレータユニット１２を目標酸素計２０に結合する際に、目標酸素計からのＬＥＤ出力は、コネクタ（図５）のリード線２及び３を経て経路指定する。なお、本発明に先んじて、また第１実施例に関して酸素計２０を使用する際に、目標酸素計２０のコネクタ２２は、慣例の指センサ１８のケーブル２４が差込まれるコネクタとする。

上述した本発明の両実施例に関して、通常なら血液酸素濃度レベルを測定するために、患者が傍にいる必要のある慣例の酸素計で、酸素計から遠隔して位置し得る患者のＳｐＯ２を測定することができるようにシミュレータを構成することができる。さらに、比較的高価でかつ絶えず交換する必要のある、患者ケーブル及び指センサは必要でなくなる。その上、同時係属の米国特許出願１０／２８４，２３９にて開示したような遠隔計測指酸素計を使用する際には、多数の入力及び表示を有する慣例の酸素計を使用して、それぞれ異なる場所に位置する複数の患者を監視することができる。

電気的又は磁気的な妨害環境、例えば、患者がＭＲＩ（磁気共鳴結像）走査用の部屋にいて、かつ患者のＳｐＯ２測定が所望されるような場合には、ＭＲＩ装置から生じる電気的及び／又は電磁的妨害により、遠隔計測信号が損なわれてしまうため、遠隔計測ユニットは機能しなくなる。ゆえに、電気的な妨害のために、遠隔酸素計又は酸素計測ユニットにより患者から測定した生理的信号の遠隔計測が妨げられるような環境では、本発明の信号を伝える他の方法としては、ファイバ光学系を用いる方法、特に、患者から測定した生理的パラメタを読込んだものが表示されるオンサイト酸素計に、遠隔酸素計を通信で接続する、光ファイバケーブルによる方法がある。遠隔酸素計には、光ファイバケーブルに接続して、光ファイバケーブルの他の終端部を慣例の方法でオンサイト酸素計が位置している部屋に経由させるための、出力ポートを設けることができる。オンサイト酸素計に接続する光ファイバケーブルの終端は、オンサイト酸素計の組込みコネクタに番わせ易いコネクタに嵌合させることができる。グラスファイバを経て信号を送信することで、信号の完全性は、ＭＲＩ又は他の同様な装置から発生される電気的又は磁気的な妨害によっては影響を受けなくなる。

遠隔酸素計測ユニットと本発明のシミュレータユニットとの間、及び本発明のシミュレータユニットとオンサイト又は目標酸素計との間の相互関係を示した概略図である。 本発明の第１実施例を示す概略ブロック図である。 図２に示したような本発明の実施例に用いる回路の概略図である。 本発明の第２実施例を示す概略ブロック図である。 図４に示した本発明の実施例の概略回路図である。

Claims (4)

1. 酸素計から離間した酸素計測ユニットで測定される患者のＳｐＯ２（血液酸素飽和レベル）を当該酸素計により監視することを可能にする酸素計用のアダプタにおいて、
   前記酸素計測ユニットからの信号を受信するためのＲＦ受信器への接続部と、
   前記酸素計にて、対応するコネクタと番うようにしたコネクタと、
   前記酸素計測ユニットから受信した信号を用いて、前記酸素計が使用するための信号に対応する出力を生成する回路モジュールと、
   を具え、
   前記回路モジュールは、
   前記酸素計から出力される光を表す第２の信号を受信するために前記コネクタを経て前記酸素計の発光器回路と通信する入力回路と、
   前記コネクタを経て前記酸素計のフォトディテクタ回路と通信する光結合回路と、
   前記ＲＦ受信器との前記接続部を経て、前記酸素計測ユニットからの信号を受信し、前記酸素計測ユニットから受信した信号を用いて、当該酸素計測ユニットから受信した信号に対応する数値を生成するプロセサと、
   前記入力回路からの第２の信号を受信し、受信した信号に基づく第３の信号を前記プロセサに出力する比較器と、
   前記入力回路から第２の信号及び前記プロセサから前記数値を受信し、前記第２の信号及び前記数値に応答して、第４の信号を、前記光結合回路を経て、前記酸素計の前記フォトディテクタ回路に出力するデジタル・アナログ変換器と、
   を具えるようにした、アダプタ。
2. 前記第４の信号は出力電圧とし、かつ、この出力電圧を、前記光結合回路において光ダイオードを駆動するための電流に変換し、前記光ダイオードの出力は、前記酸素計の前記フォトディテクタ回路に供給されるようにした電圧／電流変換器をさらに具えるようにした請求項１記載のアダプタ。
3. 前記デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）は、前記入力回路から第２の信号、及び前記プロセサから数値を受信して、
   Ｖｏｕｔ及びＶｉｎは、それぞれ、ＤＡＣからの出力電圧及びＤＡＣへの入力電圧とし、
   Ｎは、ＤＡＣにクロックされる数とし、
   Ｍは、２８〜２２４から選択した分解能の数値とした場合に、
   式Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ・（Ｎ／Ｍ）に基づく出力電圧として第４の信号を出力するようにした請求項１記載のアダプタ。
4. 前記入力回路は、前記酸素計の発光回路からの第２の信号を受信するための２重のダイオードを有する負荷抵抗整流回路を具えるようにした請求項１記載のアダプタ。

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