WO2011122343A1 - 集積回路、およびこれを用いた医療機器 - Google Patents

Abstract

血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる医療機器間で共通の集積回路として利用可能な集積回路を提供する。集積回路外部１に接続する外部センサからの信号の入力を受ける増幅部２０と、増幅部２０により処理された信号を受けて、内部プログラムに応じて機器の制御または検出結果の算出のための演算処理を行う演算制御部３１と、を有している。集積回路外部１に接続する外部センサと当該外部センサに対応した内部プログラムとを変更することにより、外部センサの相違に応じて、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる医療機器間で共通の集積回路として利用可能とする。

Description

集積回路、およびこれを用いた医療機器

　本発明は、集積回路、ならびにこれを用いた血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプなどの医療機器に関する。

　測定装置では、測定物理量もしくはセンサの種類が異なるごとに専用処理回路が必要であるため、各種センサに応じた専用処理回路の設計・製造が必要となり、製造コストを高くしている。

　そこで、このような問題を解決するために、従来、物理量センサの処理回路の共通化及び汎用化を図り、小型かつ安価な物理量センサを提供する技術が提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載された技術では、センサヘッド及びセンサヘッドの出力を共通の電気的物理量に変換する第１の電気的処理回路を１つの基板（第２の基板）に構成する。そして、電源供給用の基板を別の基板（第１の基板）に構成するとともに、統一された電気的物理量を処理するための第２の電気的処理回路を別の基板（第３の基板）に構成する。この結果、特許文献１に記載された技術によれば、第１及び第３の基板を共通化することができ、第２の基板のみを入れ替えることにより種々の物理量センサを構成することができる。

　しかしながら、特許文献１に記載された技術においても、センサからの信号を受けて増幅する処理を行う部分（上記特許文献１の第２の基板の部分）では、各センサヘッドに応じて別々の基板として構成せねばならず、共通化を図ることができなかった。また、センサヘッドの種類の違いによって処理すべき負荷の軽重の違いがある場合、統一された電気的物理量を処理する基板を完全に共通化しようとすると、最も重い負荷に対応するために高価な演算処理回路を設ける必要が生じ、全体としては、過剰な高性能の基板として共通化せねばならず、かえって製造コストが高くなってしまうと考えられていた。

　したがって、従来では、センサからの信号を受けて増幅する処理を行う増幅部の構造の違いおよび処理すべき負荷の軽重の違いがあるような異なるカテゴリーの商品についての集積回路を共通化することが困難であった。特に、医療機器においては、特許文献２に記載されているように限られたカテゴリーの商品についてのみ１チップ化が図られているにすぎず、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる機器間で共通の集積回路として利用可能な集積回路は存在しなかった。

特許第３２０３７８８号特許公報 特開２００１－２１２０９８号特許公開公報

　本発明は、従来の常識に打ち勝ち、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプなどのセンシング機能を有する複数種類の異なる医療機器間で共通の集積回路として利用可能な集積回路を提供することで、製造コストを低減することを目的とする。

　また、本発明の他の目的は、上記の集積回路を用いた血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを提供することである。

　本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

　本発明の集積回路は、集積回路外部に接続する外部センサからの信号の入力を受ける増幅部と、前記増幅部により処理された信号を受けて、内部プログラムに応じて医療機器の制御または検出結果の算出のための演算処理を行う演算制御部と、を有しており、前記集積回路外部に接続する外部センサと当該外部センサに対応した前記内部プログラムとを変更することにより、前記外部センサの相違に応じて、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる医療機器間で共通の集積回路として利用可能な集積回路である。

　本発明によれば、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる医療機器間で共通の集積回路として利用可能な集積回路を提供することで、製造コストを低減することができる。

本発明の実施形態のプラットフォーム集積回路の構成を模式的に示すブロック図である。 本実施形態に係る血圧計におけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。 本実施形態に係る血糖計におけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。 本実施形態に係るシリンジポンプにおけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。 本実施形態に係る輸液ポンプにおけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。 各要素についての各機器別の使用状況を示す図である。 図２における血圧計におけるプラットフォーム集積回路の入力部への接続関係を模式的に示す図である。 図３における血糖計におけるプラットフォーム集積回路の入力部への接続関係を模式的に示す図である。 図４におけるシリンジポンプにおけるプラットフォーム集積回路の入力部への接続関係を模式的に示す図である。 図５における輸液ポンプにおけるプラットフォーム集積回路の入力部への接続関係を模式的に示す図である。

　図１は、本発明の実施形態の集積回路の構成を模式的に示すブロック図である。

　プラットフォーム集積回路１は、集積回路外部に接続する外部センサと、外部センサに対応した内部プログラムとを変更することにより、外部センサの相違に応じて、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる医療機器間で共通の集積回路として利用可能な集積回路（ＩＣ）である。プラットフォーム集積回路１は、アナログ回路とデジタル回路が１チップ上に混在するシステムＬＳＩである。
＜集積回路の構成＞
　プラットフォーム集積回路１は、外部からのアナログ信号を受ける入力部２０と、演算制御部であるＣＰＵ３１を含む制御部３０と、記憶部４０を有する。

　入力部２０は、外部から複数の入力を受けて複数の出力信号を出力するものである。入力部２０は、増幅部２００とその他のアナログ入力部２１とを含む。増幅部２００は、第１～第３増幅回路２０１、２０２、２０３を含む。第１増幅回路２０１は、差動利得の調整が可能な差動利得調整可能型の増幅回路であるプログラマブル・ゲイン・アンプ（ＰＧＡ）である。第２、第３増幅回路２０２、２０３は、利得が固定された固定利得型の増幅回路である。なお、増幅部２００は、複数の増幅回路２０１、２０２、２０３間の接続関係などを変更することによって、多様な外部センサの入力に対応できるように組み替え可能に構成されている。この点については後述する。

　入力部２０と制御部３０との間には、選択部９１が設けられている。選択部９１は、増幅部２００と他のアナログ入力部２１とからの各種の信号を時分割多重するマルチプレクサであり、複数の信号を所定の時間で切り替えつつ制御部３０のＣＰＵ（演算制御部）３１に伝える。なお、選択部９１から出力された信号をアナログ－デジタル変換するアナログ－デジタル変換器（ＡＤ変換器）９２が設けられており、選択部９１からの信号は、デジタル化されてＣＰＵ３１に伝えられる。

　記憶部４０は、ＲＯＭ４１とＲＡＭ４２とを含む。ＲＯＭ４１は、ＣＰＵ３１によって実行される内部プログラムを格納するものである。ＲＡＭ４２は、各種のデータの一時記憶として、また各種演算のためのワーキングエリアとして使用される。

　制御部３０は、演算制御部であるＣＰＵ３１と、デジタルコントローラ３２とを有する。ＣＰＵ３１は、増幅部２００および他のアナログ入力部２１からの信号を受けて記憶部４０内の内部プログラムに応じて機器の制御または検出結果の算出を行う。内部プログラムは、血圧計用、血糖計用、シリンジポンプ用、および輸液ポンプ用のなかから、機器の種類に応じて格納されている。デジタルコントローラ３２は、ＣＰＵ３１からの命令を受けて各部の制御を行う。また、制御部３０は、上記の差動利得調整型の第１増幅回路２０１の差動利得を制御するためにＣＰＵ３１などから出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するためのデジタル－アナログ変換器（ＤＡ変換器）３３を有する。このＤＡ変換器３３によってアナログ値に変えられた信号によって第１増幅回路２０１の差動利得が所定の値に設定されることになる。

　さらに、プラットフォーム集積回路１は、上記の構成の他に、電源部５０、クロック部６０、音声生成部７０、および入出力部８０を有する。

　電源部５０は、外部電源からの電力供給を受けて適切な電圧に変換してプラットフォーム集積回路１内の各部に電力供給するものである。電源部５０は、ＤＣ－ＤＣ変換部５１、レギュレータ５２、および電圧検出器５３を有する。ＤＣ－ＤＣ変換部５１は、所望の電圧レベルとするために外部電源５４の電圧を昇圧または降圧するものである。レギュレータ５２は、ＤＣ－ＤＣ変換部５１からの電圧をうけて安定化して定電圧とするものである。電圧検出器５３は、レギュレータ５２から出力される電圧をモニターするものである。

　クロック部６０は、演算制御部であるＣＰＵ３１およびその他の構成の動作に必要なクロック信号およびタイミング信号を生成するものである。クロック部６０は、たとえば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）６１、タイミング生成部（タイミングジェネレータ）６２、ＰＬＬ（フェースロックループ）６３を有する。

　ＲＴＣ６１およびタイミング生成部６２は、カレンダー機能を有し、外部に接続された水晶発振子６５の発振周波数（たとえば、３２ＫＨｚ）を基準として指定した時間間隔あるいは指定した時刻で割り込み信号を生成することができる。ＰＬＬ６３は、水晶発振子６５の周波数信号からＣＰＵ３１を動作させるための高速のクロックを生成する。さらに、演算制御部（マイコン）が暴走しないように監視するためのＷＤＴ（ウォッチドッグタイマ）６４が設けられていてもよい。

　音声生成部７０は、高額部品である音声ＩＣを用いることなく、外部のオーディオアンプおよびスピーカ３０３から音声を出力するためのものである。具体的には、音声生成部７０は、ソフトウェアとして構成される音声デコーダ７１と、音声デコーダ７１から出力されたデジタルデータをアナログ信号に変換するためのデジタル－アナログ変換器（ＤＡ変換器）７２とを有する。ただし、本実施形態と異なり、音声ＩＣを音声生成部７０として用いることもできる。

　入出力部８０は、たとえば、第１～第４のインタフェース８１～８４を含む。第１のインタフェース８１は、パソコンその他の外部システム８５にデータを取り込むためにパソコンその他の外部システムとの間で通信するための第１のインタフェース８１である。たとえば、第１のインタフェース８１としては、ＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）またはＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）の規格に基づくインタフェースを採用することができる。第２のインタフェース８２は、非接触ＩＣカードとの間で通信するためのインタフェースである。たとえば、第２のインタフェース８２として、ＦｅｌｉＣａ（登録商標）インタフェースを採用することができる。第３のインタフェース８３は、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）やフラッシュメモリなどの外付けの不揮発性メモリ８６に記憶するためのインタフェースである。第４のインタフェース８４は、外部の充電池残量計（Ｆｕｅｌ　Ｇａｕｇｅ）８７との間で通信するためのインタフェースである。第３および第４のインタフェース８３、８４としては、たとえば、ＳＰＩ（シリアル・ペリフェラル・インタフェース）やＩ２Ｃ（インターインテグレーテッドサーキット）などが用いられる。

　さらに、プラットフォーム集積回路１は、外部に接続される液晶パネル（ＬＣＤ）３０４に測定結果などを表示するために、ＬＣＤ３０４を駆動する液晶ディスプレイ・ドライバ部９３、外部に接続されるブザー３０５から警報音（ブザー）を鳴らすためのブザー制御部（ブザーコントローラ）９４、および外部センサ用の定電流駆動回路であるカレントドライバ部９５を有する。

　上記のように構成されるプラットフォーム集積回路１は、集積回路外部に接続する外部センサと当該外部センサに対応した前記内部プログラムとを変更することにより、外部センサの相違に応じて、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる医療機器間で共通の集積回路として利用可能である。しかしながら、血圧計および血糖計の制御に比べてシリンジポンプおよび輸液ポンプの演算制御は複雑である。したがって、プラットフォーム集積回路１をシリンジポンプ用の集積回路または輸液ポンプ用の集積回路として用いる場合には、プラットフォーム集積回路１には、ＣＰＵ３１（演算制御部）の一部の機能を補完する機能補完集積回路としてのステップアップコントローラ１００を接続することができる。ステップアップコントローラ１００は、ゲートアレイまたはＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）である。ステップアップコントローラ１００は、プラットフォーム集積回路１の端子（不図示）に接続可能であり、端子を経て内部のバス配線など（不図示）を通じてＣＰＵ３１に接続される。この結果、ステップアップコントローラ１００は、ＣＰＵ３１からの指令を受けて、演算処理の一部を実行することになり、ＣＰＵ３１とステップアップコントローラ１００とは協働して演算制御することができる。

　以上、説明した本発明の実施形態のプラットフォーム集積回路１に設けられる各要素は、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる医療機器のすべての機器に関して共通に使用される第１の要素群と、複数種類の異なる医療機器のうちの一部の機器に関してのみ使用される第２の要素群とに大別される。この点について、図２～図６を参照しつつ説明する。

　図２は、本実施形態に係る血圧計におけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。図３は、本実施形態に係る血糖計におけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。図４は、本実施形態に係るシリンジポンプにおけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。図５は、本実施形態に係る輸液ポンプにおけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。なお、図２～図５において機器で使用されない要素には、×印を記している。また、図６は、各要素についての各機器別の使用状況を示す図である。

　図６に示されるように、すべての機器に関して共通に使用される第１の要素群に含まれる構成としては、以下のものが挙げられる。具体的には、（ａ）増幅部２００に含まれる一部の増幅回路、具体的には、プログラマブル・ゲイン・アンプ（ＰＧＡ）である第１増幅回路２０１、（ｂ）制御部３０（演算制御部であるＣＰＵ３１を含む）、（ｃ）記憶部４０、（ｄ）選択部９１、（ｅ）クロック部６０、（ｆ）入出力部８０に含まれる一部のインタフェース、具体的には、外部システム８５との第１のインタフェース８１および外付け不揮発性メモリ８６との第３のインタフェース８３が、第１の要素群に含まれる。

　一方、第２の要素群に含まれる構成としては、以下のものが挙げられる。具体的には、（ｇ）増幅部２００に含まれる増幅回路のうち、上記第１の要素群に含まれない残りの増幅回路、具体的には、第２増幅回路２０２および第３増幅回路２０３、（ｈ）プラットフォーム集積回路１が血圧計用の集積回路または血糖計用の集積回路として用いられる場合に外部センサへ電流を供給するカレントドライバ部９５、（ｉ）プラットフォーム集積回路１が血圧計用の集積回路または血糖計用の集積回路として用いられる場合に利用される内部組み込み型のブザー制御部９４および内部組み込み型の液晶ディスプレイ・ドライバ部（ＬＣＤドライバ部）９３、（ｊ）プラットフォーム集積回路１が血圧計用の集積回路、シリンジポンプ用の集積回路、または輸液ポンプ用の集積回路として用いられる場合に音声を出力するための音声生成部７０、（ｋ）入出力部８０に含まれるインタフェースのうち、上記第１の要素群に含まれない残りのインタフェース、具体的には、非接触ＩＣカードとの第２のインタフェース８２および充電残量計との第４のインタフェース８４が、第２の要素群に含まれる。

　このように、本実施形態のプラットフォーム集積回路１は、すべての機器に関して共通に使用される第１の要素群のみ（すなわち、最大公約数的な構成）を１チップ化したものではなく、第２の要素群についても含むように構成することができる。

　また、図４、図５に示されるように、シリンジポンプ４や輸液ポンプ５にもＬＣＤやブザー（警報）が設けられているが、これらのＬＣＤ３０４ａやブザー３０５ａのためには、プラットフォーム集積回路１内に組み込まれたブザー制御部９４およびＬＣＤドライバ部９３をあえて使用せず、外部接続されている高性能のブザー制御部やＬＣＤドライバ部（不図示）を使用することができる。一方、血圧計や血糖計におけるＬＣＤ３０４や血圧計におけるブザー３０５のためには、プラットフォーム集積回路１内に組み込まれたブザー制御部９４およびＬＣＤドライバ部９３が使用される。

　このように、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、輸液ポンプといった機器の種類に応じて、第２の要素群に含まれる少なくとも一つ（本実施形態では、ブザー制御部９４、液晶ディスプレイ・ドライバ部９３の２つ）として設けられた内部組み込み型の部品を使用するか、内部組み込み型の部品と同種の機能であって性能の異なる外部接続部品を使用するかが機器の種類によって（すなわち、内部プログラムによって）設定されることになる。

　また、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプという複数種類の異なる機器のうちのいくつかの装置に関して共通に使用される構成としてプラットフォーム集積回路１に含まれるものであっても、機器によって異なる役割を持つ要素として使用される場合がある。具体的には、図６に示されるように、第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１は、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプに共通に使用される。しかしながら、プラットフォーム集積回路１が血圧計用の集積回路、シリンジポンプ用の集積回路、または輸液ポンプ用の集積回路として使用される場合には、第１増幅回路２０１は、外部センサからの信号を受ける初段の増幅回路として機能するのに対し、プラットフォーム集積回路１が血糖計用の集積回路として使用される場合には、第１増幅回路２０１は、次段以降の増幅回路として機能することになる。

　以上のように構成されるプラットフォームＩＣは、以下のように血圧計用の集積回路、血糖計用の集積回路、シリンジポンプ用の集積回路、および輸液ポンプ用の集積回路として用いることができる。以下に、各機器におけるプラットフォーム集積回路の使用形態を説明しつつ、本実施携帯のプラットフォームＩＣの動作について説明する。
＜血圧計用の集積回路として利用される場合＞
　上述した図２は、本実施形態に係る血圧計２におけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。ここで、血圧計２は、人間の血圧を測定する医療機器である。図７は、血圧計におけるプラットフォーム集積回路の入力部への接続関係を模式的に示す図である。

　図２を参照すると、プラットフォーム集積回路１が血圧計用の集積回路として用いられる場合には、外付けの電気部品として、圧力センサ３０１、マイク部３０２、オーディオアンプおよびスピーカ３０３、ＬＣＤ３０４、ポンプ３０５、制御バルブ３０６、排気バルブ３０７、不揮発性メモリ８６、および水晶発振子６５などが設けられる。

　図７に示されるように、本発明の実施形態における複数の増幅回路（増幅器）において、第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１は、第１入力端子部２０１１ａ、２０１１ｂに入力された信号の差分を増幅して第１出力端子部２０１２に出力するように構成されている。第２増幅回路２０２は、第２入力端子部２０２１に入力された信号を増幅して第２出力端子部２０２２に出力するように構成されている。第３増幅回路２０３は、第３入力端子２０３１に入力された信号を増幅するように構成されている。このように各増幅回路２０１～２０３は、互いに異なる入力端子部に入力された信号を増幅して互いに異なる出力端子部に出力する。そして外部接続状態を変えることにより、各機器に対応できるように、第１入力端子部２０１１ａ、２０１１ｂ、第１出力端子部２０１２、第２入力端子部２０２１、第２出力端子部２０２２、および第３入力端子２０３１は、外部に露出している。

　以上のような構成を前提として、プラットフォーム集積回路１が、血圧計用の集積回路として利用される場合について説明する。この場合、被験者の上腕を挿入するための腕帯部の圧力を検出する圧力センサ３０１が差動利得調整可能型の第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１の第１入力端子部２０１１ａ、２０１１ｂに接続され、第１出力端子部２０１２と第２増幅回路の第２入力端子部２０２１とが第１外部回路であるバンドパスフィルタＢＰＦ１を介して接続される。

　また、腕帯部に設けられたマイク部３０２から音声信号（電圧の検出信号）は、バンドパスフィルタＢＰＦ２を経て第３増幅回路２０３に入力されて増幅される。制御バルブ３０６、排気バルブ３０７、およびポンプ３０５は、制御部３０からの指示を受けて駆動可能にプラットフォーム集積回路１に接続される。

　以上のような接続がされた状態において、腕帯部に設けられた圧力センサ３０１により検出された圧力信号（検出信号）は、アナログ差動電圧信号として第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１に入力され、第１増幅回路２０１により差動増幅された後、マルチプレクサである選択部９１に１チャンネル分の信号として入力される。圧力センサ３０１は、センサ間でのばらつきが多いので、初段増幅器としての第１増幅回路２０１の増幅率はＤＡ変換器３３により適切な値に設定されることが有利である。

　さらに、第１増幅回路２０１により差動増幅された圧力信号は、バンドパスフィルタＢＰＦ１と第２増幅回路２０２により増幅およびフィルタリングされた後、選択部９１に１チャンネル分の信号として入力される。圧力信号をバンドパスフィルタＢＰＦ１でフィルタリングすることで、圧力信号から血圧測定に直接利用できる脈波成分のみを抽出することができる。脈波成分はオシロメトリック法による血圧測定に利用することができる。

　一方、マイク部３０２からの音声信号（電圧の検出信号）は、バンドパスフィルタＢＰＦ２と第３増幅回路２０３により増幅およびフィルタリングされた後、選択部９１に１チャンネル分の信号として入力される。マイクからの音声信号は、コロトコフ音法による血圧測定に利用することができる。

　増幅された圧力信号、脈波成分、音声の各信号は、マルチプレクサである選択部９１で時分割多重され、ＡＤ変換器でデジタル変換されてＣＰＵ３１に提供される。

　ＣＰＵ３１は、内部プログラムとしての血圧計プログラムにしたがって、血圧測定開始時に腕帯部にエアを供給するようにポンプ３０５に指示する。また、ＣＰＵ３１は、デジタル変換された圧力信号、脈動成分、音声信号の各信号についてインタフェース８３を介して不揮発性メモリ８６に記憶させることができる。

　ＣＰＵ３１は、第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１により差動増幅された圧力信号に基づいて、腕帯部が所定の圧力まで加圧されたと判断すると、腕帯部のエアを一定の速度で減圧していくように圧力信号に基づいて制御バルブ３０６を駆動するように制御する。オシロメトリック法による場合には、脈動成分の信号と圧力信号とに基づいて、脈動成分が急激に大きくなるポイントと脈動成分が急激に小さくなるポイントとを検出することにより、血圧値（最高血圧および最低血圧）を算出し、ＬＣＤ３０４に測定結果を表示する。コロトコフ音法による場合は、音声信号と圧力信号とに基づいて、コロトコフ（Ｋ）音の発生ポイントと消滅ポイントを検出することにより、血圧値（最高血圧および最低血圧）を算出する。なお、強制排気が必要な場合には、ＣＰＵ３１は、排気バルブ３０７を駆動するように制御する。
＜血糖計用の集積回路として利用される場合＞
　図３は、本実施形態に係る血糖計３におけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。血糖計３は、血中のブドウ糖量に応じて呈色する（不図示の）試験片（グルコースオキシダーザなどの試薬が含侵されている紙など）の呈色の度合いを光学的に測定して血糖値を求めるものである。図８は、血糖計におけるプラットフォーム集積回路の入力部への接続関係を模式的に示す図である。

　図３に示されるように、プラットフォーム集積回路１が血糖計用の集積回路として用いられる場合には、外付けの電気部品としては、フォトダイオード３０９、発光ダイオード４０１、サーミスタなどの温度センサ４０２、ＬＣＤ３０４、不揮発性メモリ８６、非接触ＩＣカード用のプラグ４０３、ブザー３０５、および水晶発振子６５が設けられる。

　図８に示されるように、プラットフォーム集積回路１が血糖計用の集積回路として利用される場合は、血中のブドウ糖量に応じて呈色する試験部位の呈色の度合いを光学的に測定するためのフォトダイオード３０９が固定利得型の第２増幅回路２０２の第２入力端子部２０２１に接続され、第２出力端子部２０２２と第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１の一方の第１入力端子部２０１１ａとが第２外部回路としてのローパスフィルタＬＰＦを介して接続される。さらに、第２出力端子部２０２２は、第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１の他方の第１入力端子部２０１１ｂに対してローパスフィルタＬＰＦを介することなく接続される。入力部である入力Ａには、サーミスタなどの温度センサ４０２が接続される。発光ダイオード４０１は、図示しない端子を通じて、カレントドライバ部９５に接続される。

　以上のような接続がされた状態において、内部プログラムとしての血糖計プログラムを実行するＣＰＵ３１による制御に基づいてカレントドライバ部９５を通じて発光ダイオード４０１に電流を供給する。これにより、発光ダイオード４０１が被験者の血液を染み込ました試験片に光を照射する。このとき、血糖計が有するフォトダイオード３０９により検出された光信号（電流の検出信号）が、図示していない外付の抵抗器とともにトランスインピーダンスアンプを構成する第２増幅回路２０２により電流／電圧変換され増幅された後、選択部９１に１つのチャンネルとして入力される。さらに、第２増幅回路２０２により増幅された光信号は、差動信号の一方として第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１に入力されるとともに、差動信号の他方としてローパスフィルタＬＰＦを介して第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１１に入力される。

　第１増幅回路２０１は、ローパスフィルタＬＰＦを介して入力される光信号とローパスフィルタＬＰＦを介さずに入力される光信号との差を増幅する。これにより、光信号のうち血糖値の測定に利用する高周波成分を高精度に抽出することができる。第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１により増幅された信号は、選択部９１に１つのチャンネルとして入力される。第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１の増幅率はＤＡ変換器３３により適切な値に設定される。

　ＣＰＵ３１は、内部プログラムとしての血糖計プログラムにしたがって、第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１により増幅された信号に基づいて呈色の度合いを検出して、これにより血糖値を算出するように演算制御する。この際に、温度センサ４０２からの信号に基づいて、温度の影響を補正することができる。
＜シリンジポンプ用の集積回路として利用される場合＞
　図４は、本実施形態に係るシリンジポンプ４におけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。シリンジポンプ４は、シリンジをセットし、モータによって駆動されるスライダ手段によりシリンジ押子を移動することでシリンジ内の内容物を体内に精密に注入する装置である。シリンジポンプは、集中治療室（ＩＣＵ）などで患者への栄養補給や輸血、化学療法剤や麻酔薬といった薬液注入を高い精度で比較的長時間行なうことを主目的とした医療機器であり、その薬液流量制御が他の形式のポンプと比較して優れている。図９は、シリンジポンプにおけるプラットフォーム集積回路の入力部への接続関係を模式的に示す図である。

　図４に示されるように、プラットフォーム集積回路１がシリンジポンプ用の集積回路として用いられる場合には、外付けの電気部品として、シリンジ押子を移動させるためのスライダ手段を駆動する駆動源となるモータ４０５、シリンジの閉塞状態を監視する閉塞圧を検出する閉塞圧力センサ４０６、シリンジの径のサイズを検出するシリンジサイズ検出部４０７、スライダ手段の移動位置を検出するためのスライダ位置検出部４０８、モータ駆動電圧検出部４０９、電源電圧検出部４１０、オーディオアンプおよびスピーカ３０３、ＬＣＤ３０４ａ、ブザー３０５ａ、不揮発性メモリ８６、および水晶発振子６５などが設けられる。また、プラットフォーム集積回路１には、ＣＰＵ３１の演算制御機能を補完するためのステップアップコントローラ１００が接続される。

　図９に示されるように、閉塞圧力センサ４０６は、差動利得調整可能型の第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１の第１入力端子部２０１１ａ、２０１１ｂに接続される。シリンジサイズ検出部４０７、スライダ位置検出部４０８、モータ駆動電圧検出部４０９、および電源電圧検出部４１０は、それぞれの信号がプラットフォーム集積回路１のアナログ入力部２１である入力Ａ～Ｄにそれぞれ入力されるように接続される。モータ４０５は、ＣＰＵ３１やステップアップコントローラ１００からの命令を受けることができるように接続される。

　以上のような接続がされた状況において、シリンジポンプが有する閉塞圧力センサ４０６により検出された閉塞圧力は、差動電圧信号（検出信号）として第１増幅回路２０１に入力されて増幅され、選択部９１に１チャンネル分の信号として入力される。第１増幅回路２０１の増幅率はＤＡ変換器３３により適切な値に設定される。

　増幅された閉塞圧力と、電源電圧、モータ駆動電圧、スライダ位置検出、シリンジサイズ検出の各信号とは、マルチプレクサである選択部９１で時分割多重され、ＡＤ変換器でデジタル変換される。デジタル変換された各信号はＣＰＵ３１の制御下で第３のインタフェース８３を介して外部の不揮発性メモリ８６に記憶され、シリンジポンプの制御用信号、異常検出信号として利用することができる。

　具体的には、ＣＰＵ３１およびステップアップコントローラ１００は、内部プログラムとしてのシリンジポンプ用プログラムにしたがって、シリンジサイズ検出信号によりシリンジサイズを求める。そして、予めユーザによって設定入力された流量および積算量となるように、前記スライダ位置の検出結果に基づいてフィードバック制御等によりシリンジ押子を移動する。なお、駆動開始時における閉塞圧力の変化などのフィードバック制御への影響を考慮して、閉塞圧力センサ４０６からの閉塞圧力信号を受けたＣＰＵ３１およびステップアップコントローラ１００は、フィードバック制御のパラメータを補正することにより、モータ制御補正を行うこともできる。また、閉塞圧力は、異常検出信号を発するためにも用いられる。また、現在のスライダ位置に基づいて、実際の流量、積算量などが検出される。流量、積算量、閉塞圧力などの各種検出結果は、ＬＣＤ３０４ａに表示され、必要に応じて、ブザー３０５ａによって警報が発せられる。なお、ＣＰＵ３１とステップアップコントローラ１００との機能分担は、内部プログラムにより適宜に設定することができる。

　また、シリンジポンプのＬＣＤ３０４ａやブザー３０５ａのためには、プラットフォーム集積回路１内に組み込まれたブザー制御部９４および液晶ディスプレイ・ドライバ部９３をあえて使用せず、外部接続されている高性能のブザー制御部や液晶ディスプレイ・ドライバ部（不図示）が使用されるように、内部プログラムにより設定されていることが望ましい。この点は、後述する輸液ポンプの場合も同様である。
＜輸液ポンプ用の集積回路として利用される場合＞
　図５は、本実施形態に係る輸液ポンプ５におけるプラットフォーム集積回路の使用形態を示す図である。輸液ポンプ５は、輸液チューブの外周面をチューブの長手方向に沿って設けられた複数のフィンガにより順次下流側に押圧することで得られる蠕動運動により送液を行う装置である。複数のフィンガは駆動機構を介してモータにより駆動される。このような輸液ポンプは、設定した一時間あたりの点滴量で、持続的に薬剤を投与する医療機器であり、例えば、手術後における患者に、正確に点滴をしたい時に使用される。図１０は、輸液ポンプにおけるプラットフォーム集積回路の入力部への接続関係を模式的に示す図である。

　図５に示されるように、プラットフォーム集積回路１が輸液ポンプ用の集積回路として用いられる場合には、外付けの電気部品として、輸液チューブの閉塞状態を複数の位置で監視するために閉塞圧力を検出する２つの閉塞圧力センサ４１１ａ、４１１ｂ、複数のフィンガを駆動させるための駆動機構を駆動するモータ４１２、サーミスタなどの温度センサ４０２、電源電圧検出部４１０、オーディオアンプおよびスピーカ３０３、ＬＣＤ３０４ａ、ブザー３０５ａ、不揮発性メモリ８６、および水晶発振子６５などが設けられる。また、プラットフォーム集積回路１には、ＣＰＵ３１の演算制御機能を補完するためのステップアップコントローラ１００が接続される。

　図１０に示されるように、輸液ポンプが有する２つの閉塞圧力センサ４１１ａ、４１１ｂは、スイッチＳＷを介して差動電圧信号（検出信号）として第１増幅回路（ＰＧＡ）２０１の第１入力端子部２０１１ａ、２０１１ｂに接続される。温度センサ４０２および電源電圧検出部４１０は、それぞれの信号がプラットフォーム集積回路１のアナログ入力部２１である入力Ａ、Ｂにそれぞれ入力されるように接続される。モータ４１２は、ＣＰＵ３１やステップアップコントローラ１００からの命令を受けることができるように接続される。

　以上のように接続された状況において、輸液ポンプが有する２つの閉塞圧力センサ４１１ａ、４１１ｂにより検出された閉塞圧力１、閉塞圧力２のうち、時間などによって切り替わるスイッチＳＷで選択されたいずれか一方の閉塞圧力が差動電圧信号（検出信号）として第１増幅回路２０１に入力され、第１増幅回路２０１により増幅された後、マルチプレクサである選択部９１に１チャンネル分の信号として入力される。第１増幅回路２０１の増幅率はＤＡ変換器３３により適切な値に設定される。

　増幅された閉塞圧力１、２と、電源電圧、温度の各信号とは、マルチプレクサである選択部９１で時分割多重され、ＡＤ変換器でデジタル変換される。デジタル変換された各信号はＣＰＵ３１の制御下で第３のインタフェース８３を介して外部の不揮発性メモリ８６に記憶され、輸液ポンプの制御用信号、異常検出信号として利用することができる。

　具体的には、ＣＰＵ３１およびステップアップコントローラ１００は、予めユーザによって設定された時間あたりの流量で所定の時間（あるいは所定の積算量）となるまで持続的に輸液するように、モータ回転信号を生成し、この回転信号によってモータを回転させて、モータの回転に応じてフィンガが輸液チューブの外面を押圧することで輸液の流量を制御する。２つの閉塞圧力センサから得られた閉塞圧力１、閉塞圧力２によって、たとえば、輸液チューブの上流側と下流側の閉塞を検出し、閉塞が検出されると、その圧力に応じた警告表示などがなされる。

　また、温度条件によって、輸液チューブの外面の硬さが変化することを考慮し、温度センサからの検出温度を受けたＣＰＵ３１およびステップアップコントローラ１００は、モータ制御補正を行うこともできる。

　以上のように本発明の実施形態のプラットフォーム集積回路によれば、以下のような効果を奏することができる。
（ａ）本実施形態のプラットフォーム集積回路によれば、センサ機能を有する、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる医療機器間で共通の集積回路として利用可能であるので、複数種類の機器の部品の共通化が可能となるため、機器用部品およびこれを使用した機器のさらなる低コスト化を実現することができる。
（ｂ）本実施形態のプラットフォーム集積回路によれば、複数種類の異なる医療機器のすべての機器に関して共通に使用される第１の要素群（最大公約数的な構成）のみならず、一部の機器に関してのみ使用される第２の要素群についても１チップ化が可能である。したがって、１チップ化されて実装される要素の範囲が広がり、外付け部品の数が少なくなるので、回路全体のサイズが軽減されるとともに、さらなる機器の低コスト化を実現することができる。
（ｃ）本実施形態のプラットフォーム集積回路によれば、複数種類の医療機器の種類に応じて、内部組み込み型の部品を使用するか、当該内部組み込み型の部品と同種の機能であって性能の異なる外部接続部品を使用するかが前記内部プログラムによって設定される。したがって、機器の用途に応じて求められる機能の性能が異なる場合に、最も高い機能性能に対応するために高価な内部組み込み型の部品を設ける必要がなくなる。
（ｄ）本実施形態のプラットフォーム集積回路によれば、互いに異なる入力端子部に入力された信号を増幅して互いに異なる出力端子部に出力する複数の増幅回路を有し、集積回路に選択的に接続される外部センサの種類に応じて前記入力端子部と前記出力端子部との間の接続状況を変更することによって、複数の増幅回路のうちで、外部センサからの信号を初めに受信する初段の増幅回路と次段以降の増幅回路との順番を切り替え可能としたので、センサヘッドの種類によって異なる対応が必要な入力部についても、共通化が図れる。
（ｅ）本実施形態のプラットフォーム集積回路によれば、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプという複数種類の異なる医療機器のうちのいくつかの機器に関して共通に使用される構成としてプラットフォーム集積回路１に含まれるものであっても、たとえば第１増幅回路２０１のように、機器によって異なる役割をもつ要素として使用することができる。したがって、異なる役割ごとに別個の回路要素を設ける必要を軽減することができる。
（ｆ）本実施形態のプラットフォーム集積回路によれば、複数種類の医療機器の種類に応じて、演算制御部の一部の機能を補完する機能補完集積回路に接続可能である。したがって、センサヘッドの種類の違いによって処理すべき負荷の軽重の違いがある場合に、最も重い負荷に対応するために高価な演算処理回路を設ける必要がなくなり、全体としては、過剰な高性能の基板として共通化されて製造コストが高くなってしまうことを避けることができる。

　以上、本発明の実施形態に係る集積回路およびこれを使用した血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲で適宜に変更、追加、省略することができる。

　さらに、本出願は、２０１０年３月３１日に出願された日本特許出願番号２０１０－０８０２０９号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

　　１　　プラットフォーム集積回路、
　　２　　血圧計、
　　３　　血糖計、
　　４　　シリンジポンプ、
　　５　　輸液ポンプ、
　　２０　　入力部、
　　３０　　制御部、
　　３１　　ＣＰＵ（演算制御部）、
　　４０　　記憶部、
　　５０　　電源部、
　　６０　　クロック部、
　　７０　　音声生成部、
　　８０　　入出力部、
　　９１　　選択部、
　　９５　　カレントドライバ部、
　　９３　　ＬＣＤドライバ、
　　９４　　ブザー制御部、
　　１００　ステップアップコントローラ（機能補完集積回路）、
　　２００　　増幅部、
　　２０１　　第１増幅回路（ＰＧＡ）、
　　２０２　　第２増幅回路、
　　２０３　　第３増幅回路、
　　３０１　　圧力センサ（外部センサ）、
　　３０２　　マイク部（外部センサ）、
　　３０６　　フォトダイオード（外部センサ）、
　　４０６、４１１ａ、ｂ　　閉塞圧力センサ（外部センサ）、
　　２０１１ａ、ｂ　　第１入力端子、
　　２０１２　　第１出力端子、
　　２０２１　　第２入力端子、
　　２０２２　　第２出力端子、
　　２０３１　　第３入力端子。

Claims (15)

1. 　集積回路外部に接続する外部センサからの信号の入力を受ける増幅部と、
   　前記増幅部により処理された信号を受けて、内部プログラムに応じて医療機器の制御または検出結果の算出のための演算処理を行う演算制御部と、を有しており、
   　前記集積回路外部に接続する外部センサと当該外部センサに対応した前記内部プログラムとを変更することにより、前記外部センサの相違に応じて、血圧計、血糖計、シリンジポンプ、および輸液ポンプを含む複数種類の異なる医療機器間で共通の集積回路として利用可能な集積回路。
2. 　前記複数種類の異なる医療機器のすべての医療機器に関して共通に使用される第１の要素群と、
   　前記複数種類の異なる医療機器のうちの一部の医療機器に関してのみ使用される第２の要素群と、
   を内部に含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
3. 　前記複数種類の医療機器の種類に応じて、前記第２の要素群のうちの少なくとも一つとして設けられた内部組み込み型の部品を使用するか、当該内部組み込み型の部品と同種の機能であって性能の異なる外部接続部品を使用するかが前記内部プログラムによって設定されることを特徴とする請求項２に記載の集積回路。
4. 　前記第１の要素群は、（ａ）前記増幅部に含まれる少なくとも一部の増幅回路と、（ｂ）前記演算制御部と、（ｃ）前記内部プログラムを格納する記憶部と、（ｄ）前記増幅部と前記演算制御部との間に設けられて前記増幅部およびその他のアナログ入力からの各種の信号を所定の周期で切り替えつつ前記演算制御部に伝える選択部と、（ｅ）前記演算制御部のためのクロック信号およびタイミング信号を生成するクロック部と、（ｆ）外部と通信するための入出力部に含まれる少なくとも一部のインタフェースと、（ｇ）外部からの電力供給を受けて前記集積回路の各部に電力を供給する電源部と、を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の集積回路。
5. 　前記第２の要素群は、（ｈ）前記増幅部のうち前記第１の要素群に含まれない残りの増幅回路と、（ｉ）前記集積回路が前記血圧計用の集積回路または前記血糖計用の集積回路として用いられる場合に外部センサへ電流を供給するカレントドライバ部と、（ｊ）前記集積回路が前記血圧計用の集積回路または前記血糖計用の集積回路として用いられる場合に利用される内部組み込み型のブザー制御部および内部組み込み型の液晶ディスプレイ・ドライバ部と、（ｋ）前記集積回路が前記血圧計用の集積回路、シリンジポンプ用の集積回路、または輸液ポンプ用の集積回路として用いられる場合に音声を出力するための音声生成部と、（ｌ）外部と通信するための入出力部のうち前記第１の要素群に含まれない残りのインタフェースと、を含むことを特徴とする請求項４に記載の集積回路。
6. 　前記増幅部は、互いに異なる入力端子部に入力された信号を増幅して互いに異なる出力端子部に出力する複数の増幅回路を有し、
   　前記集積回路に選択的に接続される外部センサの種類に応じて前記入力端子部と前記出力端子部との間の接続状況を変更することによって、前記複数の増幅回路のうちで、前記外部センサからの信号を初めに受信する初段の増幅回路と次段以降の増幅回路との順番を切り替え可能としたことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の集積回路。
7. 　前記増幅部は、第１入力端子部に入力された信号を処理して第１出力端子部に出力する差動利得調整可能型の第１増幅回路と、第２入力端子部に入力された信号を処理して第２出力端子部に出力する固定利得型の第２増幅回路と、第３入力端子部に入力された信号を処理して出力する固定利得型の第３増幅回路と、を有し、
   　前記集積回路が前記血圧計用の集積回路として利用される場合は、被験者の上腕を挿入するための腕帯部の圧力を検出する圧力センサが前記差動利得調整可能型の第１増幅回路の第１入力端子部に接続され、前記第１出力端子部と前記第２入力端子部とが第１外部回路を介して接続される一方、前記上腕での血流音を検知するマイク部が前記第３入力端子部に接続されて、前記第１増幅回路、前記第２増幅回路、および前記第３増幅回路がそれぞれ生成した出力信号がアナログ－デジタル変換されて前記演算制御部に提供され、
   　前記集積回路が前記血糖計用の集積回路として利用される場合は、血中のブドウ糖量に応じて呈色する試験部位の呈色の度合いを光学的に測定するための光センサが前記固定利得型の第２増幅回路の第２入力端子部に接続され、前記第２出力端子部と前記第１入力端子部とが第２外部回路を介して接続されて、前記第１増幅回路および前記第２増幅回路がそれぞれ生成した出力信号がアナログ－デジタル変換されて前記演算制御部に提供され、
   　前記集積回路がシリンジポンプ用の集積回路または輸液ポンプ用の集積回路として利用される場合は、シリンジまたは輸液チューブの閉塞状態を監視する閉塞圧力センサが前記差動利得調整可能型の第１増幅回路の第１入力端子部に接続され、前記第１増幅回路が生成した出力信号がアナログ－デジタル変換されて前記演算制御部に提供される、ことを特徴とする請求項６に記載の集積回路。
8. 　さらに、前記複数種類の医療機器の種類に応じて、前記演算制御部の一部の機能を補完する機能補完集積回路に接続可能なことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の集積回路。
9. 　前記集積回路は、アナログ回路とデジタル回路が混在するシステムＬＳＩであり、
   　前記機能補完集積回路は、ゲートアレイまたはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイであることを特徴とする、請求項８に記載の集積回路。
10. 　前記機能補完集積回路は、前記演算制御部との並列処理により集積回路の演算機能を補完することを特徴とする請求項８または９に記載の集積回路。
11. 　前記集積回路がシリンジポンプ用の集積回路または輸液ポンプ用の集積回路として用いられる場合に、前記機能補完集積回路が接続されることを特徴とする請求項８～１０のいずれか１項に記載の集積回路。
12. 　請求項１～１１のいずれか１項に記載の集積回路を有し、
    　前記外部センサとして、
    　被験者の上腕を挿入するための腕帯部の圧力を検出する圧力センサと、
    　前記上腕での血流音を検知するマイク部と、を有することを特徴とする血圧計。
13. 　請求項１～１１のいずれか１項に記載の集積回路を有し、
    　前記外部センサとして、
    　血中のブドウ糖量に応じて呈色する試験部位の呈色の度合いを光学的に測定するための光センサを有することを特徴とする血糖計。
14. 　請求項８～１１のいずれか１項に記載の集積回路と、
    　前記集積回路に接続されており、前記演算制御部の一部の機能を補完する前記機能補完集積回路と、を有し、
    　前記外部センサとして、
    　シリンジの閉塞状態を監視する閉塞圧力センサを有することを特徴とするシリンジポンプ。
15. 　請求項８～１１のいずれか１項に記載の集積回路と、
    　前記集積回路に接続されており、前記演算制御部の一部の機能を補完する前記機能補完集積回路と、を有し、
    　前記外部センサとして、
    　輸液チューブの閉塞状態を監視する閉塞圧力センサを有することを特徴とする輸液ポンプ。

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