KR20140067976A - 펄스 산소측정법을 이용하여 환자의 생리적 특성을 결정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

펄스 산소측정법을 이용하여 환자의 생리적 특성을 결정하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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크리스찬 레스 피터슨
존 마크 앤서미노
가이 듀몬트
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라이온스게이트 테크놀로지스, 아이엔씨.
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Abstract

방법들, 시스템들 및 관련 장치가, 외부 센서의 이미터들을 구동시키기 위한 오디오 인터페이스의 제1 콘택트 및 제2 콘택트에 고조파 구동 신호를 인가하고, 오디오 인터페이스의 제3 콘택트에서 응답 신호를 수신하고, 응답 신호를 제1 파장 응답 신호 및 제2 파장 응답 신호로 복조하고 역다중화하고, 하나 이상의 생체 징후들을 결정하기 위해 제1 및 제2 파장 응답 신호들을 분석하고, 결정된 하나 이상의 생체 징후들을 출력함으로써, 2개의 서로 다른 파장들의 전자기 방사선을 방출하기 위한 하나 이상의 이미터들 및 오디오 인터페이스에 연결 가능한 2개의 서로 다른 파장들 중 수신된 전자기 방사선에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출기를 포함하는 외부 센서를 전자 장치가 작동시킬 수 있도록 제공된다.

Description

펄스 산소측정법을 이용하여 환자의 생리적 특성을 결정하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING PHYSIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF A PATIENT USING PULSE OXIMETRY}
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은, 그 전체가 여기에서 참조로써 포함된, 2011년 5월 17일에 출원된 미국 가특허출원 제61/486,802호의 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 펄스 산소측정법을 이용하여 환자의 생리적 특성을 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
펄스 산소측정은 실제로 산소를 전달하는 (헤모글로빈이라 불리는) 혈액에서의 산소 공급 분자들(oxygen-carrying molecules)의 비율을 측정하는 진단 방법이다. 이것은 산소 포화도 또는 Sp02로 알려져 있다. 종래의 펄스 산소농도계(oximeter) 센서는 말단(예를 들어 손가락 또는 귀)의 작은 혈관에서 순환하고 있는 혈액을 통해 2개의 서로 다른 파장들(예를 들어, 적색 및 적외선)의 빔(beam)들을 비추고, 그 후 그 말단을 통과할 수 있는 빛의 양을 검출한다. 산소를 전달하는 헤모글로빈(붉은 혈액)은 더 많은 적외선 빛을 흡수하고, 더 많은 적외선 빛이 통과하도록 하는 산소가 없는 헤모글로빈(푸른색 혈액)보다 더 많은 적색 빛이 통과하도록 한다. 산소 포화도는 헤모글로빈에 붙어있는 산소를 갖는 헤모글로빈의 퍼센티지로 표현된다. 혈액에서의 모든 헤모글로빈이 산소로 완벽히 포화될 때, 100퍼센트의 산소 포화도가 이루어진다.
산소는 신체에서 모든 세포들에 대한 생명의 근원이다. 산소는 혈액에 의해 폐로부터 우리의 세포들로 운반된다. 산소의 공급이 잠깐 중단되면 세포들이 죽을 것이고, 약간 더 길게 중단되면 전체 신체가 죽을 수 있다. 혈액의 헤모글로빈은 일반적으로 거의 완전히 산소로 포화된다(Sp02 = 95-100%). 이 레벨 아래로의 감소는 신체를 통해 전달되고 있는 산소의 양이 감소되는 것을 나타내거나 또는 신체에 의해 사용되고 있는 양이 증가하였음을 나타낸다. 펄스 산소측정은 산소 부족의 임상 징후(clinical sign) 이전에 혈액에서의 산소의 감소된 레벨을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 산소의 감소된 레벨의 조기 검출은 산소의 레벨이 치명적인 레벨로 떨어지기 전에 조기 구조를 가능하게 한다. 펄스 산소측정은 마취와 관련된 죽음의 위험을 감소시키는 것에 상당히 기여하고 있다.
1980년대에 수술실에 그것이 도입된 이래로, 펄스 산소측정은 수술 동안 마취 상태에 있는 환자를 모니터링하기 위해 일상적으로 사용되어 왔다. 그것의 사용은 병원 전체에 전파되어, 예를 들어 집중 치료실, 응급실 또는 병실에서 불안정한 산소 레벨을 갖는 어떠한 환자도 모니터링될 수 있다. 펄스 산소측정은 또한 폐 질병을 갖는 환자에 의해 가정에서 사용될 수 있다.
펄스 산소측정은 폐 질병의 조기 징후를 식별할 수 있는 진단 장치 또는 전체 신체에 영향을 주는 질병들의 고통의 지표로서 작용할 가능성을 갖고 있다. 일반적으로, 폐가 망가지기 시작하고 신체의 산소의 사용이 증가하는 경우, 이러한 질병들이 계속해서 악화되기 때문에 SpO2가 감소된다. 폐에서 가스 교환이 지연되는 것에 기인하는 혈액 산소 포화도(SpO2)의 감소는 폐렴 및 다른 전염성 또는 염증성 질병들에서 치명적인 질환의 강한 예측 변수이다. 실제로, 낮은 Sp02에 기초한 폐렴 진단은 심각한 호흡기 질환을 일반적인 감기와 같은 가벼운 호흡기 질환과 구별할 수 있다.
종래 기술의 진단 펄스 산소농도계들은 일반적으로 부피가 크고(예를 들어, 그것들은 큰 공간을 차지하면서 2kg가 넘는다) 비싼, 임상적으로 유용할 수 있는 많은 장소에서 이용 가능하지 않은 주문 제작 장치들이다. 국제 보건 기구(World Health Organization; WHO)는 마취를 위해 전세계 병원에서 9,000-150,000개의 산소농도계의 부족을 추정한다.
많은 종래 기술의 산소농도계들에서, 산소농도계 센서 광 빔(light beam)을 생성하기 위해 사용되는 전기파 신호(electrical waveform signal)들은 실질적으로 장방형(rectangular) 특성이다. 장방형파(rectangular wave)는 기본 주파수의 고조파의 높은 부분대역 콘텐츠를 포함하고, 이것은 노이즈 에일리어싱(noise aliasing)에서 측정된 신호에서 아티팩트(artifacts)를 도입한다. 특히, 선 주파수의 고조파는 제거하기 어렵다. 또한, 많은 종래 기술의 산소농도계들은, 센서 이미터(emitter)들로부터의 광과 위조 주변광을 구별하기 위해 챌린지(challenge)를 도입할 수 있는 검출된 광 신호들을 분석하기 위해 시간 분할 다중화(time division multiplexing)를 사용한다.
또한, 다수의 종래 기술의 시간농도계들에서, 알람들이 환자 인구 통계 및 환자내 변동성(intrapatient variability)을 일반적으로 설명하지 못하는 고정된 임계값(threshold)들에 기초한다. 종종 발생한 알람들이 신뢰할 수 없고, 임상의(clinician)들은 그것들을 주의를 산만하게 하는 것으로 생각하는 경향이 있다.
발명자들은 펄스 산소측정을 안내하기 위한 향상된 방법들 및 시스템들이 필요하다고 판단했다. 발명자들은 비용이 적고, 정확하고 강력한 펄스 산소측정을 안내하기 위한 방법들 및 시스템들이 특히 필요하다고 판단했다.
본 발명은 펄스 산소측정법을 이용하여 환자의 생리적 특성을 결정하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양태는 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결 가능한 외부 센서를 작동시키기 위해 전자 장치를 제어하기 위한 방법을 제공하며, 오디오 인터페이스는 복수의 콘택트(contact)들을 포함하고, 외부 센서는 두 개의 서로 다른 파장의 전자기 방사선을 방출하는 하나 이상의 이미터들 및 수신한 두 개의 서로 다른 파장의 전자기 방사선에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출기를 포함한다. 상기 방법은 외부 센서의 이미터들을 구동하기 위해 오디오 인터페이스의 제1 콘택트 및 제2 콘택트에 고조파 구동 신호(harmonic driving signal)를 인가하는 단계, 오디오 인터페이스의 제3 콘택트에서 응답 신호를 수신하는 단계, 그 응답 신호를 제1 파장 응답 신호 및 제2 파장 응답 신호로 복조하고(demodulate) 역다중화(demultiplex)하는 단계, 하나 이상의 생체 징후(vital sign)를 결정하기 위해 제1 및 제2 파장 응답 신호들을 분석하는 단계 및 결정된 하나 이상의 생체 징후들을 출력하는 단계를 포함한다.
다른 양태는 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결 가능한 외부 센서를 동작시키기 위해 전자 장치를 제어하기 위한 시스템을 제공하고, 오디오 인터페이스는 복수의 콘택트들을 포함하고, 외부 센서는 두 개의 서로 다른 파장의 전자기 방사선을 방출하기 위한 하나 이상의 이미터들 및 수신한 두 개의 서로 다른 파장의 전자기 방사선에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출기를 포함한다. 상기 시스템은 외부 센서의 이미터들을 구동하기 위해 오디오 인터페이스의 제1 콘택트 및 제2 콘택트에 고조파 구동 신호를 인가하도록 구성된 구동 신호 생성기, 오디오 인터페이스의 제3 콘택트로부터 응답 신호를 수신하고, 그 응답 신호를 제1 파장 응답 신호 및 제2 파장 응답 신호로 복조하고 역다중화하도록 구성된 복조기 및 역다중화기, 하나 이상의 생체 징후를 결정하기 위해 제1 및 제2 파장 응답 신호들을 분석하도록 구성된 응답 신호 분석기 및 결정된 하나 이상의 생체 징후들을 출력하도록 구성된 출력부를 포함한다.
다른 양태는 반대 극성들과 병렬로 연결되는 붉은 LED 및 적외선 LED를 포함하는 산소농도계 센서에 대한 구동 신호를 생성하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 붉은 LED 및 적외선 LED의 활성화 전압(activation voltage)보다 작은 기본 진폭(base amplitude)을 갖는 기본 고조파 신호를 제공하는 단계, 및 기본 고조파 신호에서 주기적인 양의 트리거링 피크(positive triggering peak)들 및 음의 트리거링 피크(negative triggering peak)들을 선택적으로 제공하는 단계를 포함하고, 양의 트리거링 피크들 및 음의 트리거링 피크들은 붉은 LED 및 적외선 LED의 활성화 전압보다 더 큰 진폭들을 갖는다.
다른 양태는 전자 장치의 오디오 인터페이스에서 수신되도록 구성된 커넥터 - 상기 커넥터는 복수의 콘택트들을 포함함 -, 두 개의 서로 다른 파장의 광을 방출하도록 구성된 한 쌍의 이미터들 - 상기 한 쌍의 이미터들은 상기 커넥터의 제1 콘택트 및 제2 콘택트를 통해 반대 극성에 병렬로 연결됨 -, 상기 두 개의 서로 다른 파장의 광을 검출하고 상기 한 쌍의 이미터들 중 처음 하나로부터 검출된 광에 기초하는 제1 응답 신호 구성요소 및 상기 한 쌍의 이미터들 중 다른 하나로부터 검출된 광에 기초하는 제2 응답 신호 구성요소를 포함하는 응답 신호를 생성하도록 구성된 검출기 - 상기 검출기는 상기 커넥터의 제3 콘택트에 상기 응답 신호를 제공하기 위해 연결됨 -를 포함하는 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결 가능한 산소농도계 센서를 제공한다.
다른 양태는 전자 장치의 오디오 인터페이스에 산소농도계 센서를 연결시키기 위한 어댑터를 제공하고, 상기 어댑터는 복수의 콘택트들을 포함하는 잭 플러그(jack plug)를 갖는 제1 단부(first end) - 상기 잭 플러그는 오디오 잭에서 수신되도록 구성됨 -, 핀 타입 커넥터의 복수의 핀들을 수신하도록 구성된 복수의 구멍들을 포함하는 제2 단부, 및 상기 복수의 콘택트들과 상기 복수의 구멍들 사이에 연결된 복수의 도체(conductor)들을 포함한다.
다른 양태는 펄스 산소측정을 사용하여 환자의 생리적 파라미터들을 결정하기 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 적색 전자기 방사선 및 적외선 전자기 방사선으로 환자의 혈액이 포함된 신체 부분을 조사하기 위한 이미터 - 상기 적색 전자기 방사선 및 적외선 전자기 방사선은 사인파 변조 신호에 의해 변조됨 -, 상기 신체 부분을 통과하는 수신된 적색 전자기 방사선 및 수신된 적외선 전자기 방사선을 포함하는 입력 신호를 수신하기 위한 검출기 - 상기 수신된 적색 전자기 방사선 및 상기 수신된 적외선 전자기 방사선은 90도의 위상차를 가짐 -, 상기 이미터 및 검출기와 전기 통신하는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 변조 신호로 상기 이미터를 변조하고, 상기 검출기로부터 상기 입력 신호를 수신하고, 상기 변조 신호와 동일한 주파수를 갖는 제1 사인파 신호 및 제2 사인파 신호 각각을 이용하여 상기 입력 신호를 직교 복조함으로써 제1 복조 신호를 결정하고 - 상기 제1 사인파 신호 및 제2 사인파 신호는 90도의 위상차를 가짐 -, 상기 변조 신호의 2배의 주파수를 갖는 제3 사인파 신호 및 제4 사인파 신호 각각을 이용하여 상기 입력 신호를 직교 복조함으로써 제2 복조 신호를 결정하고 - 상기 제3 사인파 신호 및 제3 사인파 신호는 90도의 위상차를 가짐 -, 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호의 제1 선형 결합에 기초하여 상기 수신된 적색 전자기 방사선을 결정하고, 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호의 제2 선형 결합에 기초하여 상기 수신된 적외선 전자기 방사선을 결정하고, 상기 수신된 적색 전자기 방사선 및 상기 수신된 적외선 전자기 방사선에 기초하여 상기 환자의 생리적 파라미터들을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태들 및 특징들은 첨부하는 도면들과 함께 특정 실시예들의 이하의 설명을 검토함으로써 당업자들에게 명백할 것이다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여, 오직 예시로써, 설명될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 휴대용 진단 펄스 산소측정 시스템의 도면이다.
도 1a는 일 실시예에 따른 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결 가능한 외부 센서를 동작시키기 위해 전자 장치를 제어하기 위한 예시적인 방법을 도시하는 순서도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결 가능한 외부 센서를 동작시키기 위해 전자 장치를 제어하기 위한 예시적인 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2a는 일 실시예에 따른 예시적인 산소농도계 센서를 개략적으로 도시한다.
도 2b는 일 실시예에 따른 예시적인 산소농도계 센서를 개략적으로 도시한다.
도 2c는 일 실시예에 따른 예시적인 산소농도계 센서를 개략적으로 도시한다.
도 2d는 일 실시예에 따른 산소농도계 센서를 오디오 인터페이스에 연결시키기 위한 예시적인 어댑터를 개략적으로 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 산소농도계 인터페이스로의 그리고 산소농도계 인터페이스로부터의 예시적인 구동 신호 및 응답 신호의 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 산소농도계 구동 신호들을 생성하고 산소농도계 응답 신호들을 처리하기 위한 예시적인 시스템의 기능도이다.
도 5는 도 4의 예시적인 시스템과 같은 시스템으로부터 획득한 예시적인 예시적인 지첨용적맥파(plethysmogram)들의 그래프이다.
도 6은 도 4의 예시적인 시스템과 같은 시스템으로부터 획득한 예시적인 로 산소 포화도 신호(raw oxygen saturation signal)의 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 알람들 및 진단 메시지들을 생성하기 위한 예시적인 방법을 도시하는 순서도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 휴대용 진단 펄스 산소측정과 통신하는 예시적인 원격 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 산소농도계 센서를 구동하기 위한 예시적인 구동 신호의 그래프이다.
도 10은 도 9의 예시적인 구동 신호에 겹쳐진 예시적인 응답 신호를 도시하는 그래프이다.
도 11은 일 실시예에 따른 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결 가능한 외부 센서를 동작시키기 위해 전자 장치를 제어하기 위한 예시적인 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 11a는 일 실시예에 따른 구동 신호 진폭들을 결정하기 위한 예시적인 진폭 제어기를 개략적으로 도시한다.
도 12는 모의 장애에 대한 도 11a의 제어기와 같은 제어기의 응답을 도시하는 그래프이다.
도 13은 실제 센서 응답 신호에 대한 예시적인 제어기 응답을 도시하는 그래프이다.
도 14는 일 실시예에 따른 복조화된 응답 신호들로부터 산소 포화도 및 심박동수를 결정하기 위한 예시적인 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 산소농도계 및 상업적으로 이용 가능한 임상 산소농도계에 의해 획득한 산소 포화도 측정값(reading)들 사이의 비교를 도시하는 그래프이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른 산소농도계 및 상업적으로 이용 가능한 임상 산소농도계에 의해 획득한 심박동수 측정값들 사이의 비교를 도시하는 그래프이다.
일반적으로, 본 발명은 전자 장치의 오디오 인터페이스를 통해 산소농도계와 같은 외부 센서를 제어하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 예시적인 실시예들은 스마트폰들 등과 같은 핸드헬드(hand held) 전자 장치들을 참조하여 여기에서 설명되지만, 여기서 설명되는 시스템들 및 방법들이, 스마트폰들, 피쳐폰들, PDA(personal digital assistant)들, 태블릿 컴퓨터들, 넷북 컴퓨터들, 랩탑 컴퓨터들, 휴대용 게임 시스템들, 프로세스들이 갖춰진 음악 플레이어들, 데스크탑 컴퓨터들 등을 포함하는(이에 한정되지 않음) 오디오 인터페이스 및 적절한 신호 생성 및 처리 능력을 가진 임의의 종류의 전자 장치에서 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 휴대용 진단 펄스 산소측정 시스템(100)은 휴대용 소비자 전자 장치(110), 산소농도계 센서(140), 미디어 커넥터(120), 및 전기 케이블(130)을 일반적으로 포함하는 것으로 도시된다. 휴대용 소비자 전자 장치(110)는 일반적으로 미디어 인터페이스(115)(예를 들어, 오디오 인터페이스), 프로세서, 메모리, 및 (예를 들어, 터치 스크린 디스플레이, 디스플레이 및 물리 키보드 등과 같은) 다양한 입력/출력 수단을 포함한다. 도시된 실시예에서, 휴대용 소비자 전자 장치(110)는 이동 전화이다. 대안적으로, 장치(110)는 오디오 인터페이스 및 적절한 처리 능력을 가진 임의의 전자 장치일 수 있다.
산소농도계 센서(140)는 일반적으로 이미터 및 검출기를 포함한다. 검출기가 일반적으로 신체 부분(150)을 통해 전파되는 전자기 방사선을 검출하도록 기능하는 반면에, 이미터는 일반적으로 환자의 신체 부분(150)을 통해 두 개의 서로 다른 파장들(예를 들어 적색 광 및 적외선 광)에서 전자기 방사선을 방출하도록 기능한다. 산소농도계 센서(140)는 예를 들어, 손가락, 귀 및 발가락과 같은 환자의 임의의 이용 가능한 혈액이 포함된 신체 부분(150)에 부착될 수 있다. 대안적으로 산소농도계 센서(140)는 당업자의 실행에 따라 환자의 이마 또는 가슴, 또는 임의의 다른 적절한 신체 부분에 대한 반사 모드(reflective mode)로 사용될 수 있다.
도시된 실시예에서, 이미터 및 검출기는 환자의 손가락(150) 주위에 편하게 맞도록 구성되는 불투명한 인클로저(enclosure)에 수용된다. 산소농도계 센서 인클로저는 실리콘 고무, 스프링이 있는 폴리메트릭 물질, 그것들의 조합, 또는 임의의 적절한 물질들 또는 물질들의 조합으로 구성될 수 있다.
장치(110)는 산소농도계 센서(140)를 동작시키기 위해 미디어 인터페이스(115)를 제어하기 위한 방법을 수행하도록 구성된다. 특히, 장치(110)는, 이하에서 더 설명되는 것처럼, 산소농도계 센서(140)의 이미터를 제어하기 위해 구동 신호들을 전송하고, 다양한 생체 징후들을 결정하기 위해 산소농도계 센서(140)의 검출기로부터의 응답 신호들을 처리한다. 일부 실시예들에서, 장치(110)는, 장치(110)의 처리 요소들이 실행될 때, 장치(110)로 하여금 그러한 방법을 실행시키도록 하는 메모리에 저장된 컴퓨터 실행 가능한 명령어들을 제공받을 수 있다.
도 1a는 일 실시예에 다른 예시적인 방법(160)을 도시한다. 단계(162)에서, 고조파 구동 신호는, 산소농도계 센서가 제1 및 제2 파장들(예를 들어 적색 광 및 적외선 광)의 전자기 방사선을 방출하도록 하기 위해 산소농도계 센서가 연결되는 전자 장치의 오디오 인터페이스에 인가된다. 단계(164)에서, 산소농도계 센서로부터의 응답 신호는 오디오 인터페이스에서 수신된다. 응답 신호는 검출된 제1 파장의 방사선에 대응하는 제2 구성요소와 인터레이스되는(interlaced) 검출된 제1 파장의 방사선에 대응하는 제1 구성요소를 포함한다. 예시적인 구동 신호 및 응답 신호는 도 3, 9 및 10을 참조하여 이하에서 더 설명된다.
단계(166)에서, 응답 신호는 제1 구성요소 및 제2 구성요소를 획득하기 위해 복조되고 역다중화된다. 당업자가 인식하듯이, 미리 형성된 복조 및 역다중화의 유형은 응답 신호의 제1 구성요소 및 제2 구성요소가 어떻게 인터레이스되는지에 따르며, 이는 결국 산소농도계 센서의 이미터가 구동 신호에 의해 어떻게 구동되는지에 따를 것이다. 복조 및 역다중화 스킴들은 도 4 및 11을 참조하여 이하에서 더 설명된다.
단계(168)에서, 응답 신호의 제1 구성요소 및 제2 구성요소가 다양한 생체 징후를 결정하기 위해 분석된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 산소 포화도는 제1 구성요소 및 제2 구성요소의 비율로부터 결정된다. 일부 실시예들에서, 광용적맥파(photoplethysmogram)는 제1 구성요소 및 제2 구성요소로부터 획득되고, 광용정맥파는 심박동수, 호흡 속도, 혈압 및 해당 분야에 알려진 다른 생리적 파라미터들과 같은 다른 생체 징후들을 결정하기 위해 처리된다. 단계(170)에서, 생체 징후들은 환자 및/또는 다른 사용자(들)에게 출력된다. 예를 들어, 생체 징후들을 출력하는 것은 전자 장치의 디스플레이 상에 생체 징후들을 디스플레이하는 것, 내장된 전자 장치의 스피커들로 음향 신호들을 생성하는 것, 전자 장치의 메모리에 생체 징후들을 저장하는 것, 전자 장치에서 이용 가능한 임의의 적절한 통신 프로토콜들을 사용하여 하나 이상의 다른 장치들로 생체 징후들을 전송하는 것, 또는 임의 다른 형태의 출력을 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은 장치(110)와 같은 전자 장치에서 구현되어 산소농도계 센서의 이미터를 작동시키고 산소농도계 센서의 검출기로부터의 응답 신호들을 처리하기 위해 미디어 인터페이스(115)를 제어할 수 있다. 도시된 실시예에서, 미디어 인터페이스는 TRRS(팁(tip), 링(ring), 링(ring), 슬리브(sleeve)) 오디오 인터페이스를 포함하고, 여기서 팁 및 제1 링은 스피커 콘택트들(SPK)을 포함하고, 제2 링은 접지 콘택트(GND)를 포함하고, 슬리브는 마이크로폰 콘택트(MIC)를 포함하지만, 다른 유형의 오디오 인터페이스들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들은 상이한 배치의 콘택트들을 가진 TRRS 오디오 인터페이스를 사용할 수 있다. 일부 실시예들은 한 쌍의 TRS 유형의 인터페이스들(예를 들어, 스피커 출력 인터페이스 및 마이크로폰 입력 인터페이스)를 사용할 수 있다. 일부 실시예들은 전기 신호들을 전송하고 수신하기 위한 복수의 콘택트들을 가진 서로 달리 구성된 오디오 인터페이스들을 사용할 수 있다. 도시된 실시예에서, 시스템(200)은 고조파 구동 신호들을 스피커 콘택트들(SPK)에 인가시키기 위한 구동 신호 생성기(202), 마이크로폰 콘택트(MIC)로부터 응답 신호를 수신하고 그로부터 제1 및 제2 파장 구성요소들(λ1 및 λ2)를 획득하고, 제1 및 제2 파장 구성요소들(λ1 및 λ2)을, 하나 이상의 생체 징후들을 결정하고 결정된 생체 징후들을 출력부(210)에 제공하는 응답 신호 분석기(208)로 제공하기 위한 응답 신호 복조기 및 역다중화기(204)를 포함한다. 내부 접지(206)는 접지 콘택트(GND)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 응답 신호 복조기 및 역다중화기(204)는 또한, 응답 신호 복조기 및 역다중화기(204)를 연결하는 점선에 의해 표시되는, 응답 신호로부터 오류 신호(ERR)를 선택적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 응답 신호 복조기 및 역다중화기(204)는 수신된 응답 신호가 예상하지 못한 특성(예를 들어, 진폭, DC 예상된 범위를 벗어난 오프셋 또는 주파수)을 가질 때를 표시하기 위해 오류 신호(ERR)를 생성하도록 구성되어, 응답 신호 분석기(208)는 제1 및 제2 파장 구성요소들(λ1 및 λ2)에서의 잠재적 위조 측정값들을 무시할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 파장 구성요소들(λ1 및 λ2)은 또한, 이하에서 더 설명되는 것처럼, 고조파 구동 신호들의 파라미터들을 제어할 때 피드백으로서 사용하기 위해, 제1 및 제2 파장 구성요소들(λ1 및 λ2)을 구동 신호 생성기(202)에 연결하는 점선들에 의해 표시된 것처럼, 구동 신호 생성기(202)에 선택적으로 제공될 수 있다.
도 2a 및 2B는 휴대용 소비자 전자 장치(110)(도 1 참조)에 연결 가능한 미디어 커넥터(120)와 산소농도계 센서들(215A, 215B) 사이의 전기 인터페이스 및 도 1의 시스템(100)의 산소농도계 센서(140)로서 사용될 수 있는 2개의 예시적인 산소농도계 센서들(215A 및 215B)을 개략적으로 도시한다. 이러한 실시예들에서, 전기 신호들은 전기 케이블(130) 및 미디어 커넥터(120)를 통해 휴대용 소비자 전자 장치(110)와 산소농도계 센서(215A/215B) 사이에서 전송된다. 전기 케이블(130)은 산소농도계(215A/215B) 및 미디어 커넥터(120)와 전기 통신한다. 전기 케이블(130)은 접지된 도체(290)에 의해 전체 또는 일부에서 차폐된 다연 전기 케이블(multi-stranded electrical cable)일 수 있다. 미디어 커넥터(120)는, 예를 들어 오디오 인터페이스와 같은, 휴대용 소비자 전자 장치(110)에서 이용 가능한 임의의 적절한 미디어 인터페이스(115)와 전기 통신으로 접속되도록 구성된다. 예를 들어, 미디어 커넥터(120)는 휴대용 소비자 전자 장치(110)의 오디오 인터페이스에 접속하도록 구성되는 2.5mm 또는 3.5mm TRRS(tip-ring-ring-sleeve)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 예를 들어 스피커 및 마이크로폰 인터페이스들로의 연결을 위한 한 쌍의 TRS(tip-ring-sleeve), 또는 다른 유형의 오디오 인터페이스들에 연결시키도록 구성된 다른 유형의 커넥터들과 같은, 다른 미디어 커넥터들이 사용될 수 있다. 대안적으로, 산소농도계 센서는, 예를 들어 블루투스™, 적외선, NFC(near field communication) 및 와이파이와 같은(이에 제한되지 않음), 해당 분야에서 알려진 임의의 유선 또는 무선 통신 매체, 방법 또는 프로토콜을 이용하여 휴대용 소비자 전자 장치(110)로 그리고 휴대용 소비자 전자 장치(110)로부터 오디오 신호들을 통신하기 위한 수단을 제공받을 수 있다.
도 2a에 도신된 실시예에서, 산소농도계 센서(215A)는 실질적으로 적색(600-700nm 파장) 및 적외선 (800-1000nm 파장) 요법에 각각 있는 2개의 서로 다른 파장들에서 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 2개의 전자기 방사선 이미터들(220 및 230)을 포함한다. 이미터들(220 및 230)은 LED(Light Emitting Diode)들 또는 당업자들에게 알려진 적색 및 적외선 전자기 방사선을 방출할 수 있는 임의의 다른 이미터들일 수 있다. 이미터들(220 및 230)은 반대 극성으로 병렬로 연결되어 작동할 때 다른 이미터(230)가 음의 구동 신호들에 의해 활성화되는 동안 하나의 이미터(220)는 양의 구동 신호들에 의해 활성화될 것이다. 산소농도계 센서(215A)는 또한 이미터들(220 및 230)의 방출 범위에서 민감하도록 구성되는 전자기 방사선 검출기(240)를 포함한다. 검출기(240)는 또한, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 감광성 레지스터 또는 임의의 다른 적절한 전자기 방사선 검출기일 수 있다.
검출기(240)가 신호 조절 및 필터링 요소(260A)에 전기적으로 연결되는 동안, 이미터들(220 및 230)은 신호 조절 및 필터링 요소(250A)에 전기적으로 연결된다. 신호 조절 및 필터링 요소들(250A 및 260A)은 원하는 신호 조절 및 필터링을 달성하기 위해 필요한 저항성, 용량성, 유도성 및 능동형 전기 구성요소들의 임의의 결합을 포함할 수 있다.
도 2b에 도시된 실시예에서, 산소농도계 센서(215B)는 적색 및 적외선 요법들 양쪽 모두에서 전자기 방사선을 방출하도록 구성된 전자기 방사선 이미터(270)를 포함한다. 이미터(270)는 소형의 백열 전구, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 전자기 방사선의 광대역폭 이미터일 수 있다. 산소농도계 센서(215B)는 또한 적색 및 적외선 방사선에 각각 민감하도록 구성된 2개의 전자기 방사선 검출기들(243 및 248)을 포함한다. 검출기들(243 및 248)의 선택적인 민감도는 검출기들에 고유할 수 있거나, 전자기 방사선 필터들(246 및 241)에 의해 달성될 수 있거나, 양쪽 모두일 수 있다. 필터들(246 및 241)은 유리, 플라스틱, 레진, 젤, 폴리에스터, 폴리카보네이트 또는 임의의 다른 적절한 물질로 이루어질 수 있고, 하나 이상의 광학 코팅층들 및 당업자에게 알려진 전자기 방사선을 필터링하기 위한 임의의 다른 수단을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 검출기들(243 및 248)은 반대 극성들에 병렬로 연결되는 포토다이오드들을 포함하여 작동할 때 하나의 검출기(243)는 적색 또는 적외선 전자기 방사선 중 하나를 포함하는 양극 응답 신호들을 생성하고, 다른 검출기(248)는 적색 또는 적외선 전자기 방사선 중 다른 것을 포함하는 음극 응답 신호들을 생성할 것이다. 대안적으로, 검출기들(243 및 248)은 포토트랜지스터들, 감광성 레지스터들 또는 해당 분야에서 알려진 임의의 다른 적절한 전자기 방사선 검출기를 포함할 수 있다.
검출기들(243 및 248)이 신호 조절 및 필터링 요소(260B)에 전기적으로 연결되는 동안, 이미터(270)는 신호 조절 및 필터링 요소(250B)에 전기적으로 연결된다. 신호 조절 및 필터링 요소들(250B 및 260B)은 원하는 신호 조절 및 필터링을 달성하기 위해 필요한 저항성, 용량성, 유도성 및 능동형 전기 구성요소들의 임의의 결합을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 신호 조절 및 필터링 요소(260B)는, 예를 들어 연산 증폭기(operational amplifier), 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor), 양극성 트랜지스터(bipolar transistor) 과 같은 증폭기, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 증폭 요소 또는 그것들의 결합들을 포함한다. 검출기들(243 및 248)은 반대 극성의 포토 전압들 또는 전류들을 생성하고 증폭기(260B)는 그 다른 크기를 미디어 커넥터(120)로 전송한다.
도 2c는 도 1의 시스템(100)에서 산소농도계 센서(140)로 사용될 수 있는 다른 실시예에 다른 예시적인 산소농도계 센서(215C)를 개략적으로 도시한다. 산소농도계 센서(215C)는, 반대 극성들에 병렬로 연결되는 위에서 설명된 2개의 이미터들(220 및 230) 및 하나의 검출기(240)를 포함하는 점에서, 도 2a의 센서(215A)와 유사하다. 그러나, 센서(215C)는, 이미터들(220 및 230) 및 검출기(240)가 미디어 커넥터(120)와 직접 연결되는 점에서, 센서(215A)와 상이하다.
도 2d는 일 실시예에 따른 예시적인 산소농도계 센서 어댑터(216)를 개략적으로 도시한다. 어댑터(216)는 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결하도록 구성된 제1 단부(217), 및 산소농도계 센서에 연결된 (예를 들어, D-SUB 9핀 커넥터와 같은) 표준 의료 장치 인터페이스에 연결하도록 구성된 제2 단부(218)를 포함한다. 특히, 제2 단부(218)는 의료 장치 커넥터의 핀들을 수신하도록 구성된 복수의 구멍들(219)을 포함하여, 오디오 인터페이스에 삽입되는 경우, 어댑터(216)는 오디오 인터페이스의 콘택트들과 의료 장치 커넥터의 핀들 사이의 전기적 연결을 제공한다. 어댑터(216)는 또한 전치 증폭기(preamplifier) 및 선택적으로 다른 신호 조절 요소들을 포함한다. 전치 증폭기(214)(및 다른 신호 조절 요소들)은, 예를 들어, 종래의 전기 마이크로폰들과 동일한 방식으로 오디오 인터페이스의 마이크로폰 콘택트로부터 전력 공급을 받을 수 있다.
도 3은 도 2a/2C에 도시된 산소농도계 센서(215A/215C)의 검출기(240)에 의해 제공된 예시적인 응답 신호(320)뿐만 아니라, 도 2a/2C에 도시된 산소농도계 센서(215A/215C)의 이미터들(220 및 230)을 구동하기 위해 오디오 인터페이스의 콘택트들에 인가될 수 있는 예시적인 구동 신호(310)의 그래프를 도시한다. 구동 신호(310)는 사인파이고 입체음향(stereophonic)이고, 2개의 출력 채널들(예를 들어, 도 2에 도시된 스피커 콘택트들(SPK)) 사이의 위상차는 실질적으로 180도이다. 응답 신호(320)는 모노포닉(monophonic)이고, 산소농도계 센서의 적색 및 적외선 이미터들은 구동 신호의 교번 극성들(alternate polarities)에서 활성화시키기 때문에, 구동 신호의 주파수의 2배로 교번 피크(alternating peak)(320A 및 320B)를 포함한다. 구동 신호(30)의 주파수는, 예를 들어 약 100-40,000Hz의 범위에 있을 수 있다. 도시된 실시예에서, 구동 신호(310)의 주파수는 약 275Hz이다.
도 4는 도 3의 예시적인 신호들(310 및 320)과 같은 산소농도계 신호들을 생성하고 처리하기 위한 시스템(400)의 기능도를 도시한다. (예를 들어 오디오 인터페이스의 스피커 콘택트를 통해 연결될 수 있는) 출력부들(420)에 인가되는 입체음향 구동 신호는 고조파 오실레이터(41)(OA)에 의해 생성되고, 수학식 1에 의해 수학적으로 표현되는 반대 극성의 2개의 사인파 신호들로 구성되는, 구동 신호(310)를 생성하기 위해 위상 시프터(430)에 의해 실질적으로 180도 위상 변이된다.
[수학식 1]
Figure pct00001
여기서 O1은 제1 사인파 신호이고, O2는 제2 사인파 신호이고, A는 그 신호들의 진폭이고, ω는 각주파수이고, t는 시간이다.
출력 신호(420)는 환자의 신체 부분(150)에 조사하기 위해 산소농도계 센서(140)의 이미터(들)로 보내진다. 산소농도계 센서(140)의 검출기(들)에 의해 생성된 들어오는 응답 신호는 (예를 들어, 오디오 인터페이스의 마이크로폰 콘택트(MIC)에 연결될 수 있는) 입력(440)에서 수신된다. 그 응답 신호는 수학식 2처럼 수학적으로 표현되는, 다른 진폭의 양의 사인 1/2 주기에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pct00002
여기서 I는 들어오는 응답 신호이고, IRed 및 IIR은 검출된 적색 및 적외선 광에 대응하는 검출기로부터의 신호의 진폭이고(도 3의 피크들(320A 및 320B)에 비교됨), sp(ωt)는 푸리에 전개의 구형파형(square waveform)이다.
[수학식 3]
Figure pct00003
수학식 2는 다음과 같이 간략화될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pct00004
직교 복조(quadrature demodulation)는 배율기(multiplier)들(450A 내지 450D), 고조파 오실레이터들(410A 내지 410D), 및 저역 통과 필터들(460A 내지 460D)을 사용하여 각주파수들(ω 및 2 ω)로 입력(440)에서 수신된 응답 신호로 수행된다. 특히, 고조파 오실레이터(41)(OA)는 각주파수(ω)로 제1 사인파 신호를 생성하도록 구성되고; 고조파 오실레이터(410B)는 각주파수(ω)로 제1 사인파 신호와 90도 위상차를 가지고 제2 사인파 신호를 생성하도록 구성되고; 고조파 오실레이터(410C)는 각 주파수(2ω)로 제3 사인파 신호를 생성하도록 구성되고; 고조파 오실레이터(410D)는 각주파수(2ω)로 제3 사인파 신호와 90도 위상차를 가지고 제4 사인파 신호를 생성하도록 구성된다.
입력(440)에서 수신된 응답 신호는 배율기들(450A 내지 450D)에 의해 제1, 제2, 제3 및 제4 사인파 신호들로 곱해진다. 곱해진 제1, 제2, 제3 및 제4 사인파 신호들은 그 후에, 더 높은 주파수 고조파들을 제거하기 위해, 저역 통과 필터들(460A 내지 460D)에 의해 필터링되어 다음을 생성한다.
[수학식 5]
Figure pct00005
[수학식 6]
Figure pct00006
여기서 Iω는 필터링되고 곱해진 제1 및 제2 사인파 신호들이고 I2ω는 필터링되고 곱해진 제3 및 제4 사인파 신호들이다.
각각의 전자기 이미터로부터의 신호들의 진폭(IRed 및 IIR)은 그 후, Ιω 및 Ι2ω의 다음의 선형 결합을 해석함으로써, 단계(470 및 475)에서 각각 결정된다.
[수학식 7]
Figure pct00007
[수학식 8]
Figure pct00008
주파수들(ω 및 2ω)에서의 복조된 신호들의 크기들 및 수학식 7 및 8에서 제공된 선형 결합에 의지함으로써, 시스템의 구동 신호와 응답 신호 사이에서 일반적으로 발생하는 임의의 위상 변이들이 결정될 필요가 없다. 반면에, 단일 주파수에서의 복조는 위상 변이가 알려진 경우에만 일반적으로 수행될 수 있는 직교 분해를 포함한다. 시스템의 구동 신호와 응답 신호 사이의 위상 변이는 오디오 인터페이스의 특정 구현, 온도 및 시스템 설정과 같은 다양한 요인들에 따른다.
도 5를 참조하면, IRed 및 IIR의 실시간 변화의 예시적인 그래프가 신호들(520 및 510)로서 도시된다. 이러한 플레시스모그램들(plethysmograms)은 심박동수, 호흡 속도, 혈압, 및 환자의 임의의 다른 생리적 파라미터들과 같은 생리적 파라미터들을 추출하기 위해 더 처리될 수 있다. 그 처리는 피크 검출, 주파수 도메인 변환들, 시간 도메인 분석 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 기술 또는 그것들의 결합을 사용하여 수행될 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 각각의 파형(IRed 및 IIR)의 직류(DC) 구성요소는, 예를 들어 저역 통과 필터와 같은 표준 신호 처리 방법들에 의해 단계(480)에서 결정된다. 비교정 산소 포화도 비율은 그 후 다음과 같이 도출된다.
[수학식 9]
Figure pct00009
여기서 R은 비교정 산소 포화도 비율이고, DCred는 lRed 파형의 DC 구성요소이고, ACred는 IRed-DCred이고, DCinfrared는 IIR 파형의 DC 구성요소이고 ACinfrared는 IIR-DCinfrared이다.
단계(485)에서, 산소 포화도는 다음에 의해 결정된다.
[수학식 10]
Figure pct00010
여기서 SpO2는 산소 포화도고, f는 해당 분야에서 알려진 교정(calibration)함수이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, f는 f(R) = a - bR 이기 위한 실질적으로 선형일 수 있고, 여기서 a 및 b는 표로 만들어진 교정 상수들이다. 단계(485)에서 획득된 산소 포화도는 출력부(490)로 제공된다. IIR 파형은 또한, 예를 들어 IIR 파형의 피크들에 기초하여 심박동수를 결정하기 위한 피크 검출 단계와 같은 추가 처리를 위한 다른 요소들에 연결된 출력부(477)에 제공될 수 있다.
도 6은 도 4를 참조하여 위에서 설명된 산소농도계 신호들을 처리하기 위한 시스템의 로(raw) 산호포화도 출력을 도시하는 예시적인 그래프를 도시한다. 환자 호흡의 산소 포화도는 일반적으로, 610에서 나타나고, 안정적이고 100%에 가깝다. 산소를 빼앗길 때, 그 포화도는 620A에 나타난 것처럼 상당히 떨어지고, 산소 공급이 회복될 때 620B에 나타난 것처럼 일반적인 레벨로 다시 증가한다. 이 그래프에서 도시된 파형 스파이크(spike)들은 해당 분야에서 알려진 표준 필터링 방법들에 의해 제거될 수 있는 아티팩트(artifact)들이다.
도 7은 일 실시예에 따른 알람들 및 진단 메시지들을 생성하기 위한 예시적인 방법(700)의 기능도를 도시한다. 단계(710)에서, 도 5에 도시된 입력 플레시스모그램들은 도 4를 참조하여 위에서 설명된 산소농도계 신호들을 처리하기 위한 시스템(400)과 같은 시스템을 사용하여 획득된다. 단계(720)에서, 플레시스모그램 신호는 신호 품질 측정뿐만 아니라, 산소 포화도, 심박동수, 호흡속도, 혈압, 및 임의의 다른 관련 생리적 파라미터와 같은 생리적 동향을 추출하기 위해 더 처리된다.
단계(730)에서, 추출된 생리적 파라미터들은 환자의 상태를 결정하기 위해 전문 지식 데이터베이스(740) 및 환자 특정 인구 통계(750)를 사용하는 전문 시스템에 입력된다. 전문 시스템은, 전향 연쇄 추론(forward chaining inference), 신경회로망들, 퍼지 논리(fuzzy logic), 표 색인(table lookup)들 또는 이들의 결합들을 포함하는, 해당 분야에서 알려진 임의의 방법으로 실현될 수 있다. 전문 지식 데이터베이스(740)는 논리 규칙 세트들, 네트워크 가중치들 및 데이터 테이블들과 같은 전문 시스템과 호환 가능한 형식으로 표현된다. 환자 인구 통계(750)는 휴대용 소비자 전자 장치(110)를 통해 입력되거나 저장될 수 있다. 대안적으로, 환자 인구 통계(750)는 원격 시스템에 저장되거나 원격 시스템으로부터 접속될 수 있다.
단계(760)에서, 환자의 생리적 파라미터들이 전문 지식(740) 및 환자 인구 통계(750)를 고려하여 허용 가능한 범위 내에 있는지 여부가 결정된다. 생리적 파라미터들이 허용 가능한 범위 내에 있는 경우, 그 방법은 단계(710)로 되돌아가고 산소농도계 센서 신호들을 계속하여 처리한다. 그러나, 생리적 파라미터들이 허용된 범위를 벗어나는 경우, 알람들 및/또는 진단 정보가, 산소농도계 센서 신호들의 추가 처리가 다시 시작되기 전에, 전문 지식에 기초하여 단계(770)에서 생성될 것이다. 알람 및 진단 출력은 청각적, 촉각적, 구조적(textural) 또는 상징적 정보로 구성될 수 있고, 휴대용 소비자 전자 장치(110)의 임의의 원격 통신 능력을 사용하여 원격 장소로 또는 원격 장소로부터 전송될 수 있다.
위에서 설명된 산소농도계 신호들을 처리하는 예시적인 방법은 휴대용 소비자 전자 장치(110)에 의해 전부 수행되거나, 휴대용 소비자 전자 장치(110)에 의해 부분적으로 수행되고 원격 시스템에 의해 부분적으로 수행될 수 있다. 특히, 산소농도계 센서에 의해 수행되는 적색 및 적외선 전자기 방사선의 방출 및 검출을 제외하고는, 상술한 방법 단계들 중 임의의 것이 휴대용 소비자 전자 장치(110) 또는 원격 시스템에 의해 수행될 수 있다. 휴대용 소비자 전자 장치(110) 및 원격 시스템은 해당 분야에서 알려진 유선 또는 무선 통신 매체, 방법 또는 프로토콜을 통해 통신할 수 있다. 또한, 원격 시스템은 하나 이상의 원격 서버들, 컴퓨터들 또는 다른 적절한 처리 장치들을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하여, 신호 생성, 분석 및 진단 처리가 원격 시스템(810)에서 발생하는 대안적인 실시예가 도시된다. 원격 시스템(810)은 휴대용 소비자 전자 장치(110)과 유선 네트워크(820)를 통해 통신하고, 산소농도계 센서(140)는 표준 음성 오디오 텔레폰 세션을 통해 구동되고 판독되는 동안, 인구 통계학 및 진단 정보는 원격 장치(810)와 휴대용 소비자 전자 장치(110) 사이에서 단문 메시지 서비스(SMS)와 같은 데이터 프로토콜을 통해 전송된다. 원격 시스템은, 예를 들어 서버와 같은 해당 분야에서 알려진 임의의 적절한 처리 시스템일 수 있다.
실제 응용들에서, 휴대용 소비자 전자 장치로부터 산소농도계를 제어하기 위한 방법들 및 시스템들을 제공하는 경우, 센서 전력 소비가 다른, 때로는 주요한 그 장치의 사용에 유해한 레벨로 그 장치의 배터리 수명을 감소시키지 않도록 하는 것이 매우 바람직하다. 펄스 산소측정 센서들은 일반적으로 2개의 상대적 고전류 LED들에 의존하기 때문에, 특별한 주의가 전력을 보존하기 위해 이루어질 필요가 있다.
어떤 실시예들은 산소농도계 센서에 제공되는 구동 신호들의 사용률(duty cycle)을 감소시키기 위한 방법들 및 시스템들을 제공한다. 적색 LED 및 적외선 LED를 포함하는 산소농도계 센서들을 가지고 사용하기 위한 예시적인 실시예들은 신호의 어느 극성이 적외선 LED를 작동시키는지를 식별하고, 아래에서 더 설명되는 것과 같이, 적색 LED를 작동시키는 반대 극성의 피크들에 비교하여 그 극성의 피크들의 진폭을 선택적으로 감소시킨다. 이것은 오디오 인터페이스의 AC 연결 특성으로 인한 중요한 것이다.
어떤 실시예들은 또한 유리하게, 응답 신호의 DC 레벨이 실질적으로 일정하게 유지되는 방식으로 각각의 LED를 활성화시키는 구동 신호의 피크들의 진폭들을 동적으로 제어하는 능력을 제공한다. 이것은 입력 신호 채널의 위조 비선형성들(spurious non-linearities)의 효과들을 제거하는 것 및 혈액 산소 포화도의 결정을 간략화하는 것뿐만 아니라, 무의미한 센서의 경우의 자동 조광(auto-dimming)(이에 의해 전력을 더 보존함)을 용이하게 한다.
도 9는 일 실시예에 다른 산소농도계 센서의 적색 및 적외선 LED들을 제어하기 위한 예시적인 구동 신호(900)를 도시한다. 신호(900)는 음극 신호에 의해 활성화되도록 연결된 적색 LED 및 양극 신호에 의해 활성화되도록 연결된 적외선 LED로 산소농도계 센서를 구동시키도록 구성된다. 신호(900)는 복수의 주기적인 양극 트리거링 피크들(904) 및 음극 트리거링 피크들(906)을 갖는 기본 고조파 신호(902)를 포함한다. 기본 고조파 신호(902)는, 그것 자체는 센서의 LED들을 활성화시키기에 너무 작은, 즉 LED들의 순바이어스보다 더 낮은 진폭 C를 갖는다. 양 및 음 피크들(904 및 906)은 각각의 LED들을 활성화시키기에 충분히 큰 진폭들(A 및 B)을 갖고, 이러한 진폭들은 독립적으로 조정될 수 있다. 기본 고조파 신호(902)는, 예를 들어 약 50-4,000Hz의 범위에서 주파수를 갖는다. 일부 실시예들에서, 기본 고조파 신호의 주파수는 약 500Hz이다. 신호(900)는 T0의 주기를 갖고, 산소농도계 센서의 기초 샘플링 주파수는 1/T0이다. 일부 실시예들에서, 양 및 음 극성 트리거링 피크들(904 및 906)은 각각 1/T0의 주파수에서 신호(900)에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, T0는 1/T0가 약 10-300Hz의 범위에 있도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, T0는 1/T0가 약 30Hz이도록 선택될 수 있다.
신호(900)는, 양 및 음의 피크들(904 및 906)이 동일한 주파수로 발생하는 방식으로 발생하지만, 기본 신호의 소정 수의 반주기(half cycle)에 의해 오프셋된다. 도시된 예시에서, T1은 양의 피크(904)로부터 이어지는 음의 피크(906)로의 시간이고, T2는 음의 피크(906)로부터 이어지는 양의 피크(904)로의 시간이다. T1과 T2 사이의 차이는, 어떤 응답 신호 피크들이 검출된 광의 어떤 파장과 관련되는지를 식별하기 위해 응답 신호에서 미리 검출될 수 있다(구동 신호(900)의 위에 겹쳐진 예시적인 응답 신호(1000)를 도시하는 도 10 참조). 응답 신호의 적외선 구성요소가 일반적으로 (더 낮은 순전압 임계값 및 더 높은 포토다이오드 민감도로 인해) 적색보다 더 높기 때문에, 적외선 광과 관련된 응답 신호의 특정 극성은 이에 의해 추론될 수 있고, 적외선 진폭(A)은 적색 진폭(B)와 관계없이 조정될 수 있다. 이것은 예를 들어 LED 구동 신호들을 선택적으로 감소시키는데 유용하고 따라서 전력을 절약하는데 유용하다.
도 9에 도시된 예시적인 LED 구동 신호(900)는 예를 들어,
[수학식 10]
Figure pct00011
에 의해 생성될 수 있다.
여기서, t는 초단위 시간(time in seconds)이고, (의사-C 표기법에서)
[수학식 11]
Figure pct00012
이다.
여기서, A, B 및 C는 도 9에서 나타난 진폭들이고, %는 모듈로 연산(modulo operation)들을 나타내고, p는 신호의 반주기의 정수
[수학식 12]
Figure pct00013
이다.
이 스킴의 추가 이익은 구동 및 응답 신호들 사이의 시간적 관계가 신호들이 동기화되는 것을 요구하지 않고 달성될 수 있다는 것이고, 이는 그 접근이 신호 라인의 어디에서든지 데이터의 위조 손실에 대해 강하게 한다.
일부 실시예들에서, 이러한 위상 변이된 다중화 스킴은 동적 피드백 시스템에 의해 구동 신호의 트리거링 피크들의 진폭을 조정함으로써 실질적으로 동일한 DC 레벨에서 양쪽 모두의 LED들로부터의 광에 대응하는 응답 신호 구성요소들을 유지하기 위해 사용된다. 이것은 입력 채널에서의 임의의 비선형이 측정들에 영향을 미치는 것을 방지하고, 충분한 응답 신호 레벨을 생성하기에 필요한 전력이 LED들에 제공되기 때문에, 또한 전력 소비를 감소시킨다. 예를 들어, 손가락 또는 다른 신체 부분이 센서로부터 제거되는 경우, 피드백 시스템이 증가된 광 투과율을 보상하기 때문에 광은 자동으로 밝기가 낮아진다. 이러한 시스템의 예시의 개략도가 도11에서 도시된다.
도 11은 일 실시예에 다른 오디오 기반 펄스 산소농도계의 제1 단계를 구성하는 예시적인 시스템(1100)을 도시한다. 아날로그 응답 신호는 오디오 입력부(1110)에서 수신되고, 전자 장치의 아날로그-디지털 컨버터(도시 생략)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 그 디지털 신호는 적색 및 적외선 신호들의 인터레이스되는 채널들을 분리시키는 신호 역다중화기(1120)에 제공된다. 역다중화기(1120)는 또한 응답 신호가 임의의 예상하지 못한 특성 등을 가지는지 여부를 나타내는 오류 신호를 생성한다. 적색 및 적외선 신호들 양쪽 모두는 저역 통과 필터됨(1130)에 제공된다. 저역 통과 필터(1130)는 버터워스(Butterworth), 일립틱(elliptic), 이동 평균 또는 고주파수 구성요소들의 충분한 억제를 달성하는 임의의 종류의 필터 또는 그것들의 조합을 포함하는 해당 분야에 알려진 임의의 유형일 수 있다. 일부 실시예들에서, 저역 통과 필터는 0.5Hz의 컷오프 주파수를 갖는 4차 버터워스 필터이다.
저역 통과 필터(1130)는 들어오는 신호들의 DC 구성요소를 분리시키도록 동작한다. 이러한 구성요소는, 들어오는 응답 신호 구성요소들이 제어기(1140)에 제공되는 제어 설정값(1150)에 기초하여 조정되도록 오디오 출력부(1170)에 인가되는 구동 신호의 피크들의 진폭들을 조절하는 진폭 제어기91140)에 공급된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 들어오는 응답 신호 구성요소들의 DC 구성요소들은 설정값(1150)의 미리 결정된 범위 내에서 유지된다. 제어기(1140)에 의해 출력되는 진폭들은, 오디오 출력부(1170)에 인가되는 구동 신호를 생성하기 위해 위상 변이된 신호 다중화기(1170)에 제공된다. 제어기(1140)는, PID(proportional-integral-derivative) 제어, PDF(pseudo-derivative feedback) 제어 또는 이들의 조합과 같은 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해 구현될 수 있다. 도 11a는, 다른 유형의 제어기들에 비교하여 제어 설정값(1150) 주위에서 더 적은 오버슈트(overshoot) 및 더 작은 진동(oscillation)들을 유리하게 보이는, PDF 기반 진폭 제어기의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 12는 모의 장애에 대한 예시적인 제어기 응답을 도시한다. 응답 신호(1200)는 중요한 불연속 장애(1210)의 존재 시에 약 5초의 인스윙(in-swing) 시간을 갖는 진동들 또는 오버슈트 없이 제어기 설정값(1150)에서 고정되는 것으로 나타난다. 이것은 산소농도계의 수행에 충분하다. 도 13은 실제 센서 신호에 대한 예시적인 제어기 응답을 도시한다. 트레이스(1300)는 적외선 광 방출 다이오드를 구동하기 위해 사용되는 오디오 신호의 피크 진폭을 나타낸다. 응답 신호(1310)는 제어 설정값(1150)에서 중심을 두는 것으로 보여질 수 있다.
시스템(1100)(제1 산소농도계 단계)의 역다중화기(1120)의 출력들은 도 14에서 개략적으로 도시된 제2 단계(1400)로 진행된다. 이러한 단계는 심박동수 및 산소 농도를 산출할 책임이 있다. 로 입력 적색 및 적외선 신호들은 우선 대역 필터들(1410A 및 1410B)에 각각 제공된다. 필터들(1410A 및 1410B)은, 체비쉐브, 일립틱(Elliptic), 베셀(Bessel) 또는 버터워스 필터들, 또는 그것들의 조합을 포함하는, 필터 대역을 벗어나는 충분한 감쇠를 제공하는 임의의 차수의, 해당 분야에서 알려진 임의의 종류의 필터를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 필터들(1410A 및 1410B)은 0.5Hz 및 5Hz의 하한 및 상한 컷오프 주파수들을 각각 갖는 4차수의 버터워스 유형이다. 필터링된 적외선 신호는 피크 검출 블록(1420)에 제공된다. 피크 검출 블록은 당업자에게 알려진 임의의 피크 검출 알고리즘을 수행할 수 있다. 일부 실시예들은 간단한 레벨 기반의 알고리즘을 사용한다. 이것은 필터링된 신호가 잘 조절되기 때문에 충분하다. 제1 단계 역다중화기(120)로부터의 오류 신호가 피크 검출 블록(1420)에 제공되고 피크 변동으로서 사용되어 위조 데이터가 신호 연쇄에서 더 전파하는 것을 방지한다.
피크 검출 블록(1420)은, 비율 및 보정 블록(1430)에서 신호율 및 산소 포화도의 산출을 작동시킨다. 산소 포화도의 종래 산출은 상술한 수학식 9에 따라 비율(R)을 산출하고 이것을 다음과 같이 일반적으로 선형으로 추정되는 경험적 관계를 통해 산소 포화도로 변환하는 것이다.
[수학식 13]
Figure pct00014
여기서 a 및 b는 실험적으로 결정되는 상수들이다.
제어기(1140)에 제공되는 피드백으로 인해, DC 레벨은 양쪽 모두의 신호 채널들에 대한 동일한 레벨에서 유지되고, 상술한 수학식 9의 R에 대한 표현은 다음과 같이 간단한 비율로 감소된다.
[수학식 14]
Figure pct00015
블록(1430)에서 산출된 산소 포화도는 최종 산소농도계 포화도 출력(1450)을 생성하기 위해 중간값 필터(median filter)에 의해 처리된다.
피크 검출 블록(1420)은 또한 연속적인 피크들 사이의 시간을 결정한다. 이러한 시간은 심박동수와 동일하고, 심박동수 출력(1470)을 생성하기 위해 중간값 필터(1460)을 통해 공급된다.
도 15는 실선(1500)에 의해 표시되는, 예시적인 실시예에 따른 산소농도계와, 대시(dash)로 된 선(1510)에 의해 표시되는, 상업적으로 이용 가능한 종래의 임상 산소농도계 사이의 비교를 도시한다. 데이터는, 동의한 성인 대상들에 대한 윤리 위원회(ethics board)에 인가된 임상 연구의 일부로서 저산소 챔버에서 획득된다. 도 16은, 점들(1600)에 의해 표시되는, 예시적인 실시예에 따른 산소농도계에 의해 출력되는 심박동수와, 선(1610)에 의해 표시되는, 상업적으로 이용 가능한 임상 펄스 산소농도계에 의해 출력되는 심박동수의 비교를 도시한다.
비록 본 발명의 예시적인 실시예들은 첨부되는 도면들을 참조하여 여기에서 설명되지만, 본 발명이 그것의 정확한 구성 및 동작들에 한정되지 않고, 다양한 다른 변화들 및 수정들이 본 발명의 범위 및 의도를 벗어나지 않고 당업자에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들은 특별히 설계된 하드웨어, 설정 가능한 하드웨어, 데이터 프로세서에서 실행할 수 있는 (선택적으로 '펌웨어'를 포함할 수 있는) 소프트웨어의 제공에 의해 구성되는 프로그램 가능한 데이터 프로세서들, 여기서 상세하게 설명되는 방법의 하나 이상의 단계를 수행하도록 특별히 프로그램되거나, 설정되거나, 구성되는 특수 목적 컴퓨터들 또는 데이터 프로세서들 및/또는 이들의 둘 이상의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 특별히 설계된 하드웨어의 예시들은, 논리 회로들, ASIC(application-specific integrated circuit)들, LSI(large scale integrated circuit)들, VLSI(very large scale integrated circuit)들 등이다. 설정 가능한 하드웨어의 예시들은, PAL(programmable array logic)들, PLA(programmable logic array)들 및 FPGA(field programmable gate array)들과 같은 하나 이상의 프로그램 가능한 논리 장치들이다. 프로그램 가능한 데이터 프로세서들의 예시들은, 마이크로프로세서들, DSP(digital signal processor)들, 내장형 프로세서들, 그래픽 프로세서들, 수치연산 보조 프로세서들(math co-processors), 범용 컴퓨터들, 서버 컴퓨터들, 클라우드 컴퓨터들, 메인프레임 컴퓨터들, 컴퓨터 워크스테이션들 등이다. 예를 들어, 장치에 대한 제어 회로의 하나 이상의 데이터 프로세서들은, 프로세서들에 접속 가능한 프로그램 메모리에서의 소프트웨어 명령어를 실행함으로써 여기에서 설명된 방법들을 구현할 수 있다.
처리는 집중되거나 분산될 수 있다. 처리가 분산되는 경우, 소프트웨어 및/또는 데이터를 포함하는 정보는 중심에서 또는 분산되어 유지될 수 있다. 이러한 정보는 LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 인터넷, 유선 또는 무선 데이터 링크들, 전자기 신호들 또는 다른 통신 채널과 같은 통신 네트워크에 의해 서로 다른 기능부(functional unit)들 사이에서 교환될 수 있다.
예를 들어, 프로세스들 또는 블록들이 주어진 순서로 존재하는 반면에, 대인적인 예시들은, 다른 순서로, 단계들을 갖는 루틴(routine)들을 수행하거나, 또는 블록들을 갖는 시스템들을 이용할 수 있고, 일부 프로세스들 또는 블록들은, 대안 또는 서브 조합을 제공하기 위해, 삭제되고, 이동되고, 추가되고, 다시 나누어지고, 결합되고, 그리고/또는 수정될 수 있다. 이러한 프로세스들 또는 블록들 각각은 다양한 다른 방법들로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스들 또는 블록들이 때로는 직렬로 수행되는 것으로 보여지는 반면, 이러한 프로세스들 또는 블록들은 대신에 병렬로 수행될 수 있거나, 서로 다른 때에 수행될 수 있다.
또한, 요소들이 때로는 순차적으로 수행되는 것으로 도시되는 반면에, 그것들은 대신에 동시에 또는 다른 순서로 수행될 수 있다. 따라서, 다음의 청구항들은 의도된 범위 내에서 모든 이러한 변형들을 포함하는 것으로 해석되는 것으로 의도된다.
일부 실시예들에서, 본 발명은 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 보다 분명하게는, "소프트웨어"는 프로세서 상에서 실행되는 임의의 명령어를 포함하고, 펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로코드 등을 포함할 수 있다(이에 제한되지 않음). 처리 하드웨어 및 소프트웨어 양쪽 모두는, 당업자에게 알려진 것처럼, 전체적으로 또는 부분적으로, 집중화되거나 또는 분산될 수 있다(또는 그들의 조합이 될 수 있다). 예를 들어, 소프트웨어 및 다른 모듈들은 로컬 메모리를 통해, 네트워크를 통해, 브라우저 또는 분산형 컴퓨팅 콘텍스트의 다른 애플리케이션을 통해, 또는 상술한 목적에 적합한 다른 수단을 통해 접속 가능할 수 있다.
소프트웨어 및 다른 모듈들은 서버들, 워크스테이션들, 개인용 컴퓨터들, 태블릿 컴퓨터들, 데이터 인코더들, 데이터 디코더들, PDA들, 이동 전화기들, 미디어 플레이어들, 및 여기서 설명한 목적들에 적합한 다른 장치들에 상주할 수 있다. 관련 분야의 기술자들은 그 시스템의 양태들이, 인터넷 기기들, (PDA들을 포함하는) 핸드 헬드 장치들, 착용 가능한 컴퓨터들, 모든 방식의 셀룰러 또는 이동 전화기들, 멀티프로세서 시스템들, 마이크로프로세서 기반 또는 프로그램 가능한 소비자 전자기기(예를 들어, 비디오 프로젝터들, 시청각 수신기들, 텔레비전과 같은 디스플레이들 등), 셋탑박스, 네트워크 PC들, 미니컴퓨터들, 메인프레임 컴퓨터들 등을 포함하는, 임의의 적절한 통신, 데이터 처리, 또는 컴퓨터 시스템 구성들을 가지고 실행될 수 있다.
구성요소(예를 들어, 소프트웨어 모듈, 프로세서, 제어기, 어셈블리, 장치, 회로 등)가 위에서 칭해지는 경우, 다른 표시가 없다면, ("수단"에 대한 참조를 포함하여) 그 구성요소에 대한 참조는 그 구성요소의 등가물로서 본 발명의 도시된 예시적인 실시예들의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동등하지 않은 구성요소들을 포함하는, 설명된 구성요소(즉, 기능적으로 동등한 것)의 기능을 수행하는 임의의 구성요소를 포함하는 것으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시예들은 (컴퓨터 판독 가능한 매체, 프로세서 판독 가능한 매체, 또는 거기에 내장된 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 사용 가능한 매체로 또한 칭해지는) 기계 판독 가능한 매체에 저장되는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 나타내질 수 있다. 기계 판독 가능한 매체는, 디스켓, CD-ROM(compact disk read only memory), 메모리 장치(휘발성 또는 비휘발성), 또는 유사한 저장 메커니즘을 포함하는 자기적 저장 매체, 광학 저장 매체, 또는 전기적 저장 매체를 포함하는, 임의의 적절한 유형의 비휘발성 매체일 수 있다. 기계 판독 가능 매체는 명령어들, 코드 시퀀스들, 설정 정보, 또는 다른 데이터의 다양한 세트들을 포함할 수 있고, 이것은, 실행될 경우, 프로세서가 본 발명의 실시예에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 한다. 당업자는 설명된 구현들을 구현하기 위해 필요한 다른 명령어들 및 동작들이 기계 판독 가능 매체에 저장될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 기계 판독 가능 매체에 저장된 명령어들은 프로세서 또는 다른 적절한 처리 장치에 의해 실행될 수 있고, 설명된 작업들을 수행하기 위해 회로와 접속할 수 있다.
시스템들, 방법들 및 장치의 특정 예시들은 설명의 목적으로 여기에서 설명되었다. 이것들은 오직 예시들일 뿐이다. 여기에서 제공되는 기술은 상술한 예시적인 시스템들 이외의 시스템들에 적용될 수 있다. 다수의 변화, 수정, 추가, 생략 및 치환이 본 발명의 실행에서 가능하다. 본 발명은 특징들, 요소들 및/또는 단계들을 균등한 특징들, 요소들 및/또는 단계들로 대체하는 것; 다른 실시예들로부터의 특징들, 요소들 및/또는 단계들을 혼합하거나 매칭시키는 것; 여기서 설명된 실시예들로부터의 특징들, 요소들 및/또는 단계들을 다른 기술의 특징들, 요소들 및/또는 단계들과 결합시키는 것; 및/또는 설명된 실시예들로부터의 특징들, 요소들 및/또는 단계들을 생략하는 것에 의해 획득된 변경들을 포함하여, 숙련된 수신인에게 명백한 설명된 실시예들에 대한 변경들을 포함한다.
따라서, 이하에서 첨부되는 청구항들 및 이후에 소개되는 청구항들은 모든 합리적으로 추론될 수 있는 수정, 치환, 추가, 생략 및 서브-조합을 포함하는 것으로 해석된다. 청구항들의 범위는 예시에서 설명된 바람직한 실시예들에 의해 한정되지 않아야 하지만, 전체적으로 상세한 설명에 일관되는 가장 넓은 해석을 제공받아야 한다. 앞선 상세한 설명에서, 설명의 목적으로, 실시예들의 전체적인 이해를 제공하기 위해 많은 상세한 부분이 설명된다. 그러나, 이러한 특정한 상세한 부분이 요구되지 않는다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예시에서, 이해를 어렵게 하지 않기 위해 공지된 전기 구조들 및 회로들이 블록도 형식으로 도시된다. 예를 들어, 특정한 상세한 부분은, 여기에서 설명된 실시예들이 소프트웨어 루틴, 하드웨어 회로, 펌웨어, 또는 그것들의 조합으로 구현되는지 여부에 대해 제공되지 않는다.
상술한 실시예들은 오직 예시로서 의도된다. 변화, 수정 및 변경은 오직 여기에 첨부된 청구항에 의해 정의되는 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 특정 실시예들에서 이루어질 수 있다.

Claims (27)

  1. 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결 가능한 외부 센서를 작동시키기 위해 상기 전자 장치를 제어하기 위한 방법에 있어서(상기 오디오 인터페이스는 복수의 콘택트들을 포함하고, 상기 외부 센서는 2개의 서로 다른 파장들의 전자기 방사선을 방출하기 위한 하나 이상의 이미터들 및 수신된 상기 2개의 서로 다른 파장들의 전자기 방사선에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출기를 포함함),
    상기 외부 센서의 이미터들을 구동시키기 위한 상기 오디오 인터페이스의 제1 콘택트 및 제2 콘택트에 고조파 구동 신호를 인가하는 단계;
    상기 오디오 인터페이스의 제3 콘택트에서 상기 응답 신호를 수신하는 단계;
    제1 파장 응답 신호 및 제2 파장 응답 신호로 상기 응답 신호를 복조하고 역다중화하는 단계;
    하나 이상의 생체 징후들을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 파장 응답 신호들을 분석하는 단계; 및
    상기 결정된 하나 이상의 생체 징후들을 출력하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고조파 구동 신호를 인가하는 단계는 제1 주파수를 갖는 입체음향(stereophonic) 사인파 변조 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 응답 신호를 복조하고 역다중화하는 단계는 제1 복조 신호를 획득하기 위해 90도의 위상 오프셋 및 상기 제1 주파수를 갖는 제1 쌍의 사인파 신호들을 사용하여 상기 응답 신호를 직교 복조하는(quadrature demodulating) 단계 및 제2 복조 신호를 획득하기 위해 90도의 위상 오프셋 및 상기 제1 주파수의 2배인 제2 주파수를 갖는 제2 쌍의 사인파 신호들을 사용하여 상기 응답 신호를 직교 복조하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 복조 신호들의 제1 선형 결합에 기초하여 상기 제1 파장 응답 신호를 결정하는 단계 및 상기 제1 및 제2 복조 신호들의 제2 선형 결합에 기초하여 상기 제2 파장 응답 신호를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 이미터들은 상기 제1 및 제2 콘택트들을 통해 반대 극성에 병렬로 연결 가능한 한 쌍의 이미터들을 포함하고, 상기 한 쌍의 이미터들의 각각의 이미터는 활성화 전압을 가지고, 상기 고조파 구동 신호를 인가하는 단계는 상기 이미터들의 활성화 전압들보다 낮은 기본 진폭을 갖는 기본 고조파 신호를 인가하는 단계 및 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들에 상기 활성화 전압들보다 큰 진폭들을 주기적으로 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 응답 신호의 샘플링 주파수와 실질적으로 동일한 주파수에서 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    교대로 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 양 극성 트리거링 피크들 중 하나로부터 상기 음 극성 트리거링 피크들 중 그 다음 것까지의 제1 시간 기간은 상기 음 극성 트리거링 피크들 중 하나로부터 상기 양 극성 트리거링 피크들 중 그 다음 것까지의 제2 시간 기간과 다른 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 응답 신호를 복조하고 역다중화하는 단계는 상기 제1 파장 응답 신호 및 상기 제2 파장 응답 신호를 식별하기 위해 상기 제1 시간 기간 및 상기 제2 시간 기간에 의해 분리된 피크들을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 이미터들은 적색 LED 및 적외선 LED를 포함하고, 상기 적외선 LED를 작동시키기 위한 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들 중 하나는 상기 적색 LED를 작동시키기 위한 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들 중 다른 하나보다 낮은 진폭을 갖는 방법.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 설정값의 미리 결정된 범위 내에서 상기 제1 및 제2 파장 응답 신호들의 DC 레벨들을 유지하기 위해 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 상기 음 극성 트리거링 피크들의 진폭들을 동적으로 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결 가능한 외부 센서를 작동시키기 위해 상기 전자 장치를 제어하기 위한 시스템에 있어서(상기 오디오 인터페이스는 복수의 콘택트들을 포함하고, 상기 외부 센서는 2개의 서로 다른 파장들의 전자기 방사선을 방출하기 위한 하나 이상의 이미터들 및 수신된 상기 2개의 서로 다른 파장들의 전자기 방사선에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출기를 포함함),
    상기 외부 센서의 이미터들을 구동시키기 위한 상기 오디오 인터페이스의 제1 콘택트 및 제2 콘택트에 고조파 구동 신호를 인가하도록 구성된 구동 신호 생성기;
    상기 오디오 인터페이스의 제3 콘택트로부터 상기 응답 신호를 수신하고, 제1 파장 응답 신호 및 제2 파장 응답 신호로 상기 응답 신호를 복조하고 역다중화하도록 구성된 응답 신호 복조기 및 역다중화기;
    하나 이상의 생체 징후들을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 파장 응답 신호들을 분석하도록 구성된 응답 신호 분석기; 및
    상기 결정된 하나 이상의 생체 징후들을 출력하도록 구성된 출력부를 포함하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호 생성기는 제1 주파수를 갖는 입체음향(stereophonic) 사인파 변조 신호를 인가하도록 구성되는 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 응답 신호 복조기 및 역다중화기는 제1 복조 신호를 획득하기 위해 90도의 위상 오프셋 및 상기 제1 주파수를 갖는 제1 쌍의 사인파 신호들을 사용하여 상기 응답 신호를 직교 복조하고, 제2 복조 신호를 획득하기 위해 90도의 위상 오프셋 및 상기 제1 주파수의 2배인 제2 주파수를 갖는 제2 쌍의 사인파 신호들을 사용하여 상기 응답 신호를 직교 복조하도록 구성되는 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 응답 신호 복조기 및 역다중화기는 상기 제1 및 제2 복조 신호들의 제1 선형 결합에 기초하여 상기 제1 파장 응답 신호를 결정하고, 상기 제1 및 제2 복조 신호들의 제2 선형 결합에 기초하여 상기 제2 파장 응답 신호를 결정하도록 구성되는 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 이미터들은 상기 제1 및 제2 콘택트들을 통해 반대 극성에 병렬로 연결 가능한 한 쌍의 이미터들을 포함하고, 상기 한 쌍의 이미터들의 각각의 이미터는 활성화 전압을 가지고, 상기 구동 신호 생성기는 상기 이미터들의 활성화 전압들보다 낮은 기본 진폭을 갖는 기본 고조파 신호를 인가하고 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들에 상기 활성화 전압들보다 큰 진폭들을 주기적으로 제공하도록 구성되는 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 구동 신호 생성기는 상기 응답 신호의 샘플링 주파수와 실질적으로 동일한 주파수에서 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들을 제공하도록 구성되는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 구동 신호 생성기는 교대로 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들을 제공하도록 구성되고, 상기 양 극성 트리거링 피크들 중 하나로부터 상기 음 극성 트리거링 피크들 중 그 다음 것까지의 제1 시간 기간은 상기 음 극성 트리거링 피크들 중 하나로부터 상기 양 극성 트리거링 피크들 중 그 다음 것까지의 제2 시간 기간과 다른 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 응답 신호 복조기 및 역다중화기는 상기 제1 파장 응답 신호 및 상기 제2 파장 응답 신호를 식별하기 위해 상기 제1 시간 기간 및 상기 제2 시간 기간에 의해 분리된 피크들을 검출하도록 구성되는 시스템.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 이미터들은 적색 LED 및 적외선 LED를 포함하고, 상기 적외선 LED를 작동시키기 위한 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들 중 하나는 상기 적색 LED를 작동시키기 위한 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들 중 다른 하나보다 낮은 진폭을 갖는 시스템.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 신호 생성기는 제어 설정값의 미리 결정된 범위 내에서 상기 제1 및 제2 파장 응답 신호들의 DC 레벨들을 유지하기 위해 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 상기 음 극성 트리거링 피크들의 진폭들을 동적으로 조정하도록 구성되는 시스템.
  21. 오디오 인터페이스를 갖는 전자 장치의 프로세서에 의해 실행될 때 상기 전자 장치가 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 하는 실행 가능한 명령어를 저장하는 기계 판독 가능 메모리를 포함하는 프로그램 제품.
  22. 반대 극성에 병렬로 연결된 적색 LED 및 적외선 LED를 포함하는 산소농도계 센서에 대한 구동 신호를 생성하기 위한 방법에 있어서,
    상기 적색 및 적외선 LED들의 활성화 전압보다 낮은 기본 진폭을 갖는 기본 고조파 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 기본 고조파 신호에서, 상기 적색 및 적외선 LED들의 활성화 전압보다 큰 진폭들을 가지는 주기적인 양 및 음 트리거링 피크들을 선택적으로 제공하는 단계적색을 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 적외선 LED를 작동시키기 위한 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들 중 하나는 상기 적색 LED를 작동시키기 위한 상기 양 극성 트리거링 피크들 및 음 극성 트리거링 피크들 중 다른 하나보다 낮은 진폭을 갖는 방법.
  24. 전자 장치의 오디오 인터페이스에 연결 가능한 산소농도계 센서에 있어서,
    상기 전자 장치의 오디오 인터페이스에 수용되도록 구성되며 복수의 콘택트들을 포함하는 커넥터;
    2개의 서로 다른 파장들의 광을 방출하도록 구성되며 상기 커넥터의 제1 콘택트 및 제2 콘택트를 통해 반대 극성들에 병렬로 연결된 한 쌍의 이미터들; 및
    상기 2개의 서로 다른 파장들의 광을 검출하고, 상기 한 쌍의 이미터들 중 제1 이미터로부터 검출된 광에 기초하는 제1 응답 신호 구성요소 및 상기 한 쌍의 이미터들 중 다른 하나로부터 검출된 광에 기초하는 제2 응답 신호 구성요소를 포함하는 응답 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 응답 신호를 상기 커넥터의 제3 콘택트에 제공하기 위해 연결된 검출기를 포함하는 산소농도계 센서.
  25. 전자 장치의 오디오 인터페이스에 산소농도계 센서를 연결하기 위한 어댑터에 있어서,
    복수의 콘택트들을 포함하며 오디오 잭에 수용되도록 구성된 잭 플러그(jack plug)를 갖는 제1 단부, 핀 타입 커넥터의 복수의 핀들을 수용하도록 구성된 복수의 구멍들을 포함하는 제2 단부, 및 상기 복수의 콘택트들과 상기 복수의 구멍들 사이에 연결되는 복수의 도체들을 포함하는 어댑터.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 콘택트들 중 하나와 상기 구멍들 중 하나 사이에 연결되는 전치증폭기(preamplifier)를 포함하고, 상기 전치증폭기는 상기 콘택트들 중 하나로부터 전력을 수신하도록 구성되는 어댑터.
  27. 펄스 산소측정을 사용하여 환자의 생리적 파라미터들을 결정하기 위한 시스템에 있어서,
    (a) 사인파 변조 신호에 의해 변조되는 적색 전자기 방사선 및 적외선 전자기 방사선으로 상기 환자의 혈액이 포함된 신체 부분을 조사하기 위한 이미터적색;
    (b) 상기 신체 부분을 통과하며 90도의 위상차를 가지는 수신된 적색 전자기 방사선 및 수신된 적외선 전자기 방사선을 포함하는 입력 신호를 수신하기 위한 검출기;적색
    (c) 상기 이미터 및 검출기와 전기 통신하는 프로세서
    를 포함하고, 상기 프로세서는,
    (i) 상기 변조 신호로 상기 이미터를 변조하고;
    (ii) 상기 검출기로부터 상기 입력 신호를 수신하고;
    (iii) 상기 변조 신호와 동일한 주파수를 가지며 서로 90도의 위상차를 가지는 제1 사인파 신호 및 제2 사인파 신호 각각을 이용하여 상기 입력 신호를 직교 복조함으로써 제1 복조 신호를 결정하고;
    (iv) 상기 변조 신호의 2배의 주파수를 가지며 서로 90도의 위상차를 가지는 제3 사인파 신호 및 제4 사인파 신호 각각을 이용하여 상기 입력 신호를 직교 복조함으로써 제2 복조 신호를 결정하고 - 상기 제3 사인파 신호 및 제3 사인파 신호는 90도의 위상차를 가짐 -;
    (v) 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호의 제1 선형 결합에 기초하여 상기 수신된 적색 전자기 방사선을 결정하고;
    (vi) 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호의 제2 선형 결합에 기초하여 상기 수신된 적외선 전자기 방사선을 결정하고;
    (vii) 상기 수신된 적색 전자기 방사선 및 상기 수신된 적외선 전자기 방사선에 기초하여 상기 환자의 생리적 파라미터들을 결정하도록 구성되는, 시스템.
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