WO2012002103A1 - 機能補完集積回路、集積回路システムおよびこれらを使用した医療機器 - Google Patents

機能補完集積回路、集積回路システムおよびこれらを使用した医療機器 Download PDF

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森田　孝司
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    • A61M2230/20—Blood composition characteristics
    • A61M2230/201—Glucose concentration

Definitions

  • the present invention relates to a function-complementary integrated circuit, an integrated circuit system, and a medical device using these.
  • an internal circuit of a medical device has been configured by hybrid mounting electronic components such as a microcomputer and an operational amplifier on a wiring board.
  • Patent Document 1 is a technique for realizing a reduction in the cost of a component by integrating a plurality of components on a single integrated circuit (one-chip).
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to realize further cost reduction of medical device parts and medical devices using the same.
  • a function-complementary integrated circuit is used in at least one of a plurality of medical devices, and complements some functions of a common processor used for each of the plurality of medical devices.
  • An abnormality detection signal transmission unit that transmits an abnormality detection signal for detecting an abnormality of the integrated circuit to the processor, and the abnormality detection signal that indicates the abnormality of the processor is received from the processor.
  • a processor monitoring unit that stops some functions and controls the medical device to the safe side.
  • an integrated circuit system is used in at least one of a plurality of medical devices, and a function-complementary integrated circuit that supplements some functions of a common processor used for each of the plurality of medical devices; And a processor having the function supplemented by the function complementing integrated circuit, wherein the function complementing integrated circuit complements the processor when receiving an abnormality monitoring signal indicating an abnormality of the processor from the processor.
  • Monitoring unit for controlling the medical device to the safe side, an abnormality detection signal transmission unit for transmitting an abnormality detection signal for detecting an abnormality of the function-complementary integrated circuit to the processor, and an abnormality detection signal
  • An abnormality detection signal receiving unit for receiving an abnormality detection signal transmitted by the processor when the processor detects an abnormality in the function-complementary integrated circuit, and an abnormality
  • a shutoff control signal output unit that outputs a shutoff control signal used to shut off a control signal supplied to the medical device in order to supplement the partial function when the intelligent signal receiving unit receives the abnormality detection signal;
  • the processor includes an abnormality monitoring signal transmission unit that transmits an abnormality monitoring signal indicating an abnormality of the processor, and a safety control unit that controls the medical device to the safe side when an abnormality of the function-complementary integrated circuit is detected,
  • the medical device according to the present invention uses the above-described function-complementary integrated circuit or the above-described integrated circuit system.
  • a processor used for a plurality of medical devices is customized and shared, and a highly functional device is customized to supplement a part of the functions of the processor.
  • Function-complementary integrated circuits are used in combination with processors.
  • the processor and the function-complementary integrated circuit are monitored for abnormalities, and when an abnormality occurs, the medical device is controlled to the safe side.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the functional block diagram of a syringe pump and an infusion pump among the medical devices which concern on embodiment of this invention. It is a figure which shows the functional block diagram of a blood glucose meter and a blood pressure meter among the medical devices which concern on embodiment of this invention. It is a block diagram which shows the connection relationship of a processor, a gate array, and a peripheral device among the components of the medical device which concerns on embodiment of this invention, and the timing chart of the control signal of these peripheral devices. It is a block diagram which shows the connection relationship of a processor, a gate array, and a peripheral device among the components of the medical device which concerns on this embodiment when a processor is abnormal, and the timing chart of the control signal of a peripheral device.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a syringe pump and an infusion pump in the medical device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a blood glucose meter and a blood pressure meter among the medical devices according to the present embodiment.
  • FIGS. 1 and 2 some functional blocks of the medical device are omitted.
  • Syringe pumps are medical devices whose main purpose is to perform nutritional supplementation and blood transfusion for patients, chemotherapeutic agents and anesthetics for a long period of time with high accuracy in intensive care units (ICU).
  • ICU intensive care units
  • the chemical flow control is superior to other types of pumps.
  • An infusion pump is a medical device that continuously administers a drug at a set amount of infusion per hour, and is used when, for example, it is desired to accurately infuse a patient after surgery.
  • the blood pressure monitor is a medical device that measures human blood pressure
  • the blood glucose meter is a medical device that measures human blood glucose level.
  • the same processor 100 is commonly used for the medical devices 10 and 11 according to the present embodiment.
  • the processor 100 may include the amplification unit 101 and other elements.
  • the processor 100 may be configured by only a CPU (Central Processing Unit) 102, and the amplification unit 101 and other elements may be configured by separate chips.
  • CPU Central Processing Unit
  • the sensor 120 includes an occlusion pressure sensor when the medical device 10 is a syringe pump and an infusion pump, a pressure sensor and a microphone when the medical device 11 is a blood pressure monitor, and a blood glucose sensor when the medical device 11 is a blood glucose meter. Is applicable.
  • the CPU 102 included in the processor 100 performs an operation based on the amplified detection signal, calculates a detection result, and controls the medical devices 10 and 11.
  • the detection result by the sensor 120 is recorded in the flash memory 150 provided in the medical devices 10 and 11 and can be displayed on an LCD (Liquid Crystal Display) 140. Further, when it is determined that the measurement is completed or when an abnormality is detected, the buzzer 130 provided in the medical devices 10 and 11 is sounded, and the LED (Light Emitting Diode) 170 is controlled to be turned on or blinking.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • a motor 160 that drives a pump (not shown) is controlled based on the detection result of the sensor 120.
  • the syringe pump and the infusion pump that are the medical devices 10 according to the present embodiment use a gate array (function-complementary integrated circuit) 110 together with a processor 100.
  • a gate array function-complementary integrated circuit
  • the processor 100 used for the syringe pump and the infusion pump is required to have a relatively high arithmetic processing capability and a high function.
  • the processor 100 used for the sphygmomanometer and the blood glucose meter does not need to be as sophisticated as the processor 100 used for the syringe pump and the infusion pump. For this reason, if it is going to achieve the function of all the four medical devices 10 and 11 mentioned above by the same processor 100, the function of the processor 100 must be matched with a syringe pump and an infusion pump, and is used for a blood pressure meter and a blood glucose meter. In that case, the processor 100 is over spec. That is, the chip size of the processor 100 is increased, and it becomes difficult to reduce the component cost.
  • the processor 100 used in common for the medical devices 10 and 11 is assumed to have a relatively low function sufficient to achieve the functions of the blood pressure monitor and the blood glucose meter. And when the processor 100 is used for a syringe pump and an infusion pump, the processor 100 and the gate array 110 are connected. That is, for example, the gate array 110 is supplemented with the function of the processor 100 by causing the gate array 110 to control peripheral devices that require relatively high arithmetic processing capability for the control, such as the motor 160 and the LCD 140.
  • the processor 100 and the gate array 110 are connected to each other to constitute an integrated circuit system that realizes a high function or a plurality of functions.
  • the gate array 110 is not used for the blood glucose meter and the blood pressure monitor that are the medical device 11 according to the present embodiment.
  • the medical devices 10 and 11 use the gate array 110 in accordance with their functions.
  • the gate array 110 is configured to complement some functions of the processor 100.
  • the gate array 110 may be, for example, a gate array that is customized by changing a wiring (for example, an aluminum master slice method), or a gate array that is programmable and customized by writing or rewriting a logic circuit (for example, An FPGA (Field Programmable Gate Array) may be used.
  • a gate array that is customized by changing a wiring for example, an aluminum master slice method
  • a gate array that is programmable and customized by writing or rewriting a logic circuit for example, An FPGA (Field Programmable Gate Array) may be used.
  • the processor 100 used for the plurality of medical devices 10 and 11 is customized and shared, and a part of the processor 100 is used for a highly functional device.
  • a customized gate array 110 that complements these functions is used in conjunction with the processor 100.
  • the medical devices 10 and 11 even if the functions of some of the components of the platform integrated circuit 100 are configured to have relatively low functions, higher functions than the functions are required.
  • the scope of application can be expanded to the measuring device to be used. For this reason, parts costs can be further reduced by the mass production effect.
  • the processor 100 and the gate array 110 may be configured by a full custom ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or may be configured by a semi-custom standard cell.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FIG. 3 is a block diagram showing a connection relationship between a processor, a gate array, and peripheral devices among components of the medical device according to the embodiment of the present invention, and a timing chart of control signals of these peripheral devices.
  • the components of the medical device 10 according to this embodiment shown in FIG. 3 are elements relating to the fail-safe function of the syringe pump and the infusion pump.
  • the fail-safe function is a function that always controls the medical device 10 to the safe side when an abnormality occurs in the medical device 10.
  • the processor 100 includes a WDT (Watch Dog Timer, abnormality monitoring signal transmission unit) 103, a fail safe control unit (safety control unit, second alarm control signal output unit) 104, and a serial communication unit 105.
  • WDT Watch Dog Timer, abnormality monitoring signal transmission unit
  • fail safe control unit safety control unit, second alarm control signal output unit
  • serial communication unit 105 serial communication unit
  • the WDT 103 is a timer for monitoring the normal execution state of the program in the processor 100.
  • the WDT 103 outputs a count-up signal (pulse signal) when the processor 100 is normal, and outputs a constant DC signal without outputting the count-up signal when the processor 100 is abnormal.
  • the output signal of the WDT 103 is referred to as an abnormality monitoring signal.
  • the fail safe control unit 104 is a signal for stopping the motor 160, a signal for sounding the buzzer 130, and a signal for lighting or blinking the LED 170 (hereinafter referred to as "fail safe control signal") when the gate array 110 is abnormal. Output).
  • the fail safe control unit 104 controls the medical device 10 to the safe side by stopping the motor 160 when the gate array 110 is abnormal.
  • the serial communication unit 105 transmits / receives verification test data for detecting an abnormality of the gate array 110 to / from the serial communication unit 118 of the gate array 110.
  • the verification test data is transmitted / received by serial data, but may be performed by parallel data.
  • the serial communication unit 105 detects an abnormality of the gate array 110 by a verify test, and transmits data notifying the abnormality of the gate array 110 to the fail safe control unit 104. The verification test will be described later.
  • the gate array 110 includes a WDT monitoring unit (processor monitoring unit) 111, a fail safe control unit (processor monitoring unit, an alarm control signal output unit, a first alarm control signal output unit) 112, a self-diagnosis unit (an abnormality detection signal transmission unit). ) 113, switch 114, motor control unit 115, buzzer control unit 116, LED control unit 117, serial communication unit (abnormality detection signal transmission unit, abnormality detection signal reception unit) 118, and cutoff control signal output unit 119.
  • the WDT monitoring unit 111 receives the abnormality monitoring signal from the WDT 103, and thereby monitors the processor 100. Further, the abnormality of the processor 100 is detected based on the abnormality monitoring signal.
  • the fail safe control unit 112 outputs a fail safe control signal. When the processor 100 is abnormal, the switch 114 is switched so that the fail safe control signal generated by the fail safe control unit 112 is output from the gate array 110. Note that the fail-safe control signal generated by the fail-safe control unit 112 of the gate array 110 may be the same as the fail-safe control signal generated by the fail-safe control unit 104 of the processor 100.
  • the self-diagnosis unit 113 determines the abnormality of the gate array 110 by itself, and when abnormal, transmits a signal (an abnormality detection signal) for causing the processor 100 to detect the abnormality of the gate array 110. For example, the self-diagnosis unit 113 determines an abnormality in which the internal power supply voltage drops below a threshold value, or an abnormality in which a control pulse of the motor 160 is detected even though the stop key of the medical device 10 is input. May be.
  • the switch 114 When the processor 100 is normal, the switch 114 is configured so that a normal control signal (hereinafter referred to as “normal control signal”) for peripheral devices generated by the motor control unit 115, the buzzer control unit 116, and the LED control unit 117 is the gate array 110.
  • the input signal is switched based on the control signal from the WDT monitoring unit 111.
  • the switching state of the switch 114 shown in FIG. 3 indicates the normal state of the processor 100.
  • the switch 114 outputs an input signal based on a control signal from the WDT monitoring unit 111 so that a fail safe control signal generated by the fail safe control unit 112 is output from the gate array 110 when the processor 100 is abnormal. Switch.
  • the motor control unit 115 outputs a control signal for normally controlling the motor 160.
  • the buzzer control unit 116 outputs a control signal for preventing the buzzer 130 from ringing, and the LED control unit 117 outputs a control signal for preventing the LED 170 from lighting.
  • the timing chart of the control signals of the motor 160, the buzzer 130, and the LED 170 shown in FIG. 3 shows the control signals of the peripheral devices supplied to the peripheral devices when both the processor 100 and the gate array 110 are normal.
  • the serial communication unit 118 is an interface for the gate array 110 to perform serial communication with the processor 100, and has a storage device that temporarily stores received data.
  • the processor 100 detects an abnormality of the gate array 110 by performing a verification test on the serial communication unit 118. That is, the processor 100 writes data to an arbitrary address of the storage device of the serial communication unit 118, then reads the data written from the same address (transmits it from the gate array 110 to the processor 100), and reads the written data.
  • the data (abnormality detection signal) is collated, and the abnormality of the gate array 110 is detected when they do not match.
  • the processor 100 can detect not only the verification error but also the failure of communication with the gate array 110 as an abnormality of the gate array 110.
  • the processor 100 can detect the abnormality of the gate array 110 by receiving the abnormality of the gate array 110 from the self-diagnosis unit 113 of the gate array 110.
  • the processor 100 When the processor 100 detects an abnormality in the gate array 110, the processor 100 transmits a control signal for shutting down the gate array 110 to the serial communication unit 118.
  • the gate array 110 that has received the control signal from the processor 100 stops the function of the activated gate array 110. Then, a control signal (hereinafter referred to as “blocking control signal”) for blocking the normal control signal supplied from the gate array 110 to the motor 160, the buzzer 130, and the LED 170 is output from the blocking control signal output unit 119.
  • the cutoff control signal may be an open potential signal.
  • a Lo level (eg, ground potential) signal can be supplied to the switch 300.
  • the cutoff control signal is not limited to this, and may be a Lo level voltage signal.
  • the switch 300 is based on the cutoff control signal (Lo level) from the cutoff control signal output unit 119 so that when the gate array 110 is normal, the normal control signal output from the gate array 100 is supplied to peripheral devices. The input signal is switched.
  • the switching state of the switch 300 shown in FIG. 3 indicates a normal state of the gate array 100.
  • the switch 300 controls the control signal from the shutoff control signal output unit 119 so that the fail safe control signal generated by the fail safe control unit 104 of the processor 104 is supplied to the peripheral device when the gate array 110 is abnormal.
  • the input signal is switched based on (Hi level).
  • a pulse-shaped normal control signal output from the gate array 110 is input to the motor 160. Further, since the buzzer 130 is not sounded and the LED 170 is not lit at normal time, a control signal that does not sound and light these peripheral devices is input to the buzzer 130 and the LED 170 from the gate array 110. For example, a ground potential control signal is input.
  • FIG. 4 shows a connection relationship between the processor 100, the gate array 110, and peripheral devices among the components of the medical device 10 according to the present embodiment when the processor 100 is abnormal, and a timing chart of control signals of the peripheral devices.
  • the motor 160 receives a signal from the gate array 110 to control the medical device 10 to the safe side by stopping the motor 160. Entered. For example, a ground potential control signal is input.
  • the buzzer 130 is sounded to notify the abnormality, and the LED 170 is turned on. Therefore, the buzzer 130 and the LED 170 are input from the gate array 110 with control signals for sounding and lighting these peripheral devices. For example, a control signal by a voltage pulse is input.
  • FIG. 5 shows a connection relationship among the processor 100, the gate array 110, and peripheral devices among the components of the medical device 10 according to the present embodiment when the gate array 110 is abnormal, and a timing chart of control signals for the peripheral devices.
  • FIG. 5 shows a connection relationship among the processor 100, the gate array 110, and peripheral devices among the components of the medical device 10 according to the present embodiment when the gate array 110 is abnormal, and a timing chart of control signals for the peripheral devices.
  • the motor 160 receives a signal for controlling the medical device 10 to the safe side by stopping the motor 160 (details). Is input from the fail-safe control unit 104) of the processor 100. For example, a ground potential control signal is input.
  • the buzzer 130 is sounded to notify the abnormality, and the LED 170 is turned on. Therefore, the buzzer 130 and the LED 170 are input from the processor 100 with control signals for sounding and lighting these peripheral devices. For example, a control signal by a voltage pulse is input.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a connection relationship among the processor 600, the discrete element group 610, the motor 660, the buzzer 630, and the LED 670 among the components of the conventional medical device 60.
  • the processor 600 Since the conventional medical device 60 uses a general-purpose processor 600, and the general-purpose processor 600 directly controls the motor 660, the buzzer 630, and the LED 670, the processor 600 becomes redundant in terms of function and element area. Further, since the circuit for monitoring the abnormality of the processor 600 by the output of the WDT 601 and controlling the peripheral device to the safe side at the time of abnormality is configured by the discrete element group 610, it is difficult to reduce the cost and the mounting area.
  • the conventional medical device 60 monitors the abnormality of the processor 600, but does not monitor the abnormality of the discrete element group 610. Therefore, the peripheral device is not controlled to the safe side when the discrete element group 610 is abnormal.
  • a processor used for a plurality of medical devices is customized and shared, and a customized device that complements some of the functions of the processor for a high-performance device.
  • Use a gate array with a processor it is possible to reduce the total cost of medical equipment because it is possible to share parts of multiple medical equipment, reduce the number and size of parts, reduce development man-hours, and reduce redesign risk. it can.
  • the medical device even if the functions of some of the components of the platform integrated circuit are configured to have a relatively low function, a measurement apparatus that requires a higher function than the function is required.
  • the scope of application can be expanded to For this reason, parts costs can be further reduced by the mass production effect.
  • the processor and the gate array are monitored for abnormalities, and when an abnormality occurs, the control of the peripheral device by the integrated circuit having the abnormality is cut off, and the medical device is operated by the normal integrated circuit. Control the equipment to the safe side. Thereby, the reliability and safety of the medical device can be improved.
  • the integrated circuit is described as being commonly used for four medical devices such as a syringe pump, an infusion pump, a blood glucose meter, and a blood pressure meter.
  • the integrated circuit is commonly used for other medical devices. It may be used, and the number of medical devices commonly used is not limited.

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Abstract

低コスト化が実現可能な機能補完集積回路、集積回路システムおよびこれらを使用した医療機器を提供する。　複数の医療機器１０のうち少なくとも一つに使用され、複数の医療機器１０にそれぞれ使用される共通のプロセッサ１００の一部の機能を補完する集積回路１１０であって、プロセッサからプロセッサの異常を示す異常監視信号を受信したとき補完する前記一部の機能を停止し医療機器を安全側に制御するプロセッサ監視部１１１、１１２、１１４と、集積回路の異常を検知させるための異常検知用信号をプロセッサに送信する異常検知用信号送信部１１８と、を有する。

Description

機能補完集積回路、集積回路システムおよびこれらを使用した医療機器
　本発明は、機能補完集積回路、集積回路システムおよびこれらを使用した医療機器に関する。
　従来、医療用機器の内部回路は、マイクロコンピュータやオペアンプといった電子部品を配線基板上にハイブリット実装して構成していた。
　複数の部品を単一の集積回路に集積化（ワンチップ化）して部品の低コスト化を実現する技術としては下記文献（特許文献１）に記載されたものがある。
特開２００１－２１２０９８号公報
　しかし、上記従来技術によりワンチップ化された集積回路は、一の機器用の専用部品としてカスタマイズされるため、使用する集積回路に要求される機能が異なる他の機器に実装される共通の部品として使用することができない。このため、複数の機器において部品を共通化することによるさらなる低コスト化を実現できないという問題がある。
　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、医療機器用部品およびこれを使用した医療機器のさらなる低コスト化を実現することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明に係る機能補完集積回路は、複数の医療機器のうち少なくとも一つに使用され、複数の医療機器にそれぞれ使用される共通のプロセッサの一部の機能を補完する集積回路であって、集積回路の異常を検知させるための異常検知用信号をプロセッサに送信する異常検知用信号送信部と、プロセッサからプロセッサの異常を示す異常監視信号を受信したとき補完する前記一部の機能を停止し医療機器を安全側に制御するプロセッサ監視部と、を有する。
　また、本発明に係る集積回路システムは、複数の医療機器のうち少なくとも一つに使用され、複数の医療機器にそれぞれ使用される共通のプロセッサの一部の機能を補完する機能補完集積回路と、機能補完集積回路により前記一部の機能が補完される前記プロセッサと、を有するシステムであって、機能補完集積回路は、プロセッサからプロセッサの異常を示す異常監視信号を受信したとき補完する前記一部の機能を停止し医療機器を安全側に制御するプロセッサ監視部と、機能補完集積回路の異常を検知させるための異常検知用信号をプロセッサに送信する異常検知用信号送信部と、異常検知用信号に基づきプロセッサが機能補完集積回路の異常を検知したときプロセッサが送信する異常検知信号を受信する異常検知信号受信部と、異常検知信号受信部が異常検知信号を受信したとき、前記一部の機能を補完するために医療機器に供給される制御信号を遮断するために用いられる遮断制御信号を出力する遮断制御信号出力部と、を有し、プロセッサは、プロセッサの異常を示す異常監視信号を送信する異常監視信号送信部と、機能補完集積回路の異常を検知したとき、医療機器を安全側に制御する安全制御部と、を有する。
　また、本発明に係る医療機器は、上記機能補完集積回路または上記集積回路システムを使用してなる。
　本発明に係る機能補完集積回路または集積回路システムによれば、複数の医療機器に使用されるプロセッサをカスタマイズして共通化するとともに高機能な機器についてはプロセッサの一部の機能を補完するカスタマイズされた機能補完集積回路をプロセッサと併用する。さらに、プロセッサと機能補完集積回路とに互いの異常を監視させるとともに異常発生時は医療機器を安全側に制御する。これにより、複数の医療機器の部品の共通化、部品数および部品サイズの低減、開発工数の低減、および、再設計リスクの低減が可能となるため医療機器のトータルコストの低減を実現することができる。また、医療機器の信頼性および安全性を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る医療機器のうちシリンジポンプおよび輸液ポンプの機能ブロック図を示す図である。 本発明の実施形態に係る医療機器のうち血糖計および血圧計の機能ブロック図を示す図である。 本発明の実施形態に係る医療機器の構成要素のうちプロセッサ、ゲートアレイ、および、周辺機器の接続関係と、これらの周辺機器の制御信号のタイミングチャートとを示すブロック図である。 プロセッサが異常の場合の、本実施形態に係る医療機器の構成要素のうちプロセッサ、ゲートアレイ、および、周辺機器の接続関係と、周辺機器の制御信号のタイミングチャートとを示すブロック図である。 ゲートアレイが異常の場合の、本実施形態に係る医療機器の構成要素のうちプロセッサ、ゲートアレイ、および、周辺機器の接続関係と、周辺機器の制御信号のタイミングチャートとを示すブロック図である。 従来の医療機器の構成要素のプロセッサ、ディスクリート素子群、および、の接続関係を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る機能補完集積回路、集積回路システムおよびこれらを使用した医療機器について詳細に説明する。
　図１は、本実施形態に係る医療機器のうちシリンジポンプおよび輸液ポンプの機能ブロック図を示す図である。
　図２は、本実施形態に係る医療機器のうち血糖計および血圧計の機能ブロック図を示す図である。
　なお、図１、２において、医療機器の一部の機能ブロックを省略している。
　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。
　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。
　血圧計は、人間の血圧を測定する医療機器であり、血糖計は、人間の血糖値を測定する医療機器である。
　図１、２に示すように、本実施形態に係る医療機器１０、１１には、同じプロセッサ１００がそれぞれ共通に使用される。
　図１、２に示す医療機器１０、１１は、それぞれに備えられたセンサ１２０により検出された信号（以下、「検出信号」と称する）がプロセッサ１００に入力されると、検出信号はプロセッサ１００が有する増幅部１０１で増幅される。ここで、プロセッサ１００は増幅部１０１その他の要素を含むことができるが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１０２のみで構成し、増幅部１０１その他の要素は別チップで構成してもよい。
　センサ１２０は、医療機器１０がシリンジポンプおよび輸液ポンプである場合は閉塞圧力センサが、医療機器１１が血圧計である場合は圧力センサおよびマイクが、医療機器１１が血糖計である場合は血糖センサが該当する。
　プロセッサ１００が有するＣＰＵ１０２は、増幅された検出信号に基づいて演算を行い、検出結果を算出し、また、医療機器１０、１１の制御を行う。
　センサ１２０による検出結果は、医療機器１０、１１に備えられたフラッシュメモリ１５０に記録され、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）１４０に表示されることができる。また、測定の完了を判断したときや異常を検出したときは、医療機器１０、１１に備えられたブザー１３０を鳴動し、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）１７０を点灯または点滅する制御をする。
　医療機器１０がシリンジポンプおよび輸液ポンプである場合は、ポンプ（図示せず）を駆動するモータ１６０がセンサ１２０による検出結果に基づいて制御される。
　図１に示すように、本実施形態に係る医療機器１０であるシリンジポンプおよび輸液ポンプは、プロセッサ１００とともにゲートアレイ（機能補完集積回路）１１０が用いられる。
　一般的に、シリンジポンプおよび輸液ポンプに用いるプロセッサ１００は、比較的演算処理能力が高く高機能であることが必要とされる。一方、血圧計および血糖計に用いるプロセッサ１００には、シリンジポンプおよび輸液ポンプに用いるプロセッサ１００ほど高機能である必要はない。このため、同じプロセッサ１００によって、上述した４つの医療機器１０、１１すべての機能を達成しようとすると、プロセッサ１００の機能をシリンジポンプおよび輸液ポンプに合わせざるを得ず、血圧計および血糖計に用いる場合には、プロセッサ１００はオーバースペックとなる。すなわち、プロセッサ１００のチップサイズの増大を招き、部品コストの低減を実現することが困難となる。
　そこで、本実施形態においては、医療機器１０、１１に共通に用いられるプロセッサ１００は、血圧計および血糖計の機能を達成するのに十分な程度の、比較的低機能なものとする。そして、シリンジポンプおよび輸液ポンプにプロセッサ１００が用いられる場合には、プロセッサ１００とゲートアレイ１１０とを接続する。すなわち、例えば、モータ１６０やＬＣＤ１４０といったその制御に比較的高い演算処理能力を必要とする周辺機器の制御をゲートアレイ１１０に行なわせることでプロセッサ１００の機能をゲートアレイ１１０に補完させる。
　プロセッサ１００とゲートアレイ１１０は互いに接続されることで高機能または複数の機能を実現する集積回路システムを構成する。
　一方、図２に示すように、本実施形態に係る医療機器１１である血糖計および血圧計については、ゲートアレイ１１０は用いられない。
　このように、本実施形態に係る医療機器１０、１１は、その機能に応じて、ゲートアレイ１１０を併用する。ゲートアレイ１１０は、プロセッサ１００の一部の機能を補完するように構成される。
　ゲートアレイ１１０は、例えば、配線の変更によりカスタマイズする方式（例えば、アルミマスタスライス方式）のゲートアレイであってもよく、論理回路の書込みまたは再書込みによりプログラマブルにカスタマイズする方式のゲートアレイ（例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ））であってもよい。
　このように、本実施形態に係る医療機器１０、１１によれば、複数の医療機器１０、１１に使用されるプロセッサ１００をカスタマイズして共通化するとともに高機能な機器についてはプロセッサの１００一部の機能を補完するカスタマイズされたゲートアレイ１１０をプロセッサ１００と併用する。これにより、複数の医療機器１０、１１の部品の共通化、部品数および部品サイズの低減、開発工数の低減、および、汎用品の生産中止による再設計リスクの低減が可能となるため医療機器１０、１１のトータルコストの低減を実現することができる。
　また、本実施形態に係る医療機器１０、１１によれば、プラットフォーム集積回路１００の一部の構成要素の機能を比較的低い機能を有するように構成しても、該機能よりも高い機能が要求される測定装置にまで適用対象範囲を拡大することができる。このため、量産効果により、さらに部品コストを低減することができる。
　なお、チップサイズ低減効果を向上させるために、プロセッサ１００およびゲートアレイ１１０はフルカスタムであるＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成してもよく、セミカスタムであるスタンダードセルで構成してもよい。
　図３は、本発明の実施形態に係る医療機器の構成要素のうちプロセッサ、ゲートアレイ、および、周辺機器の接続関係と、これらの周辺機器の制御信号のタイミングチャートとを示すブロック図である。
　図３に示す本実施形態に係る医療機器１０の構成要素は、シリンジポンプおよび輸液ポンプのフェイルセーフ機能に関する要素である。フェイルセーフ機能とは、医療機器１０において、異常が発生した場合、常に安全側に医療機器１０を制御する機能をいう。
　プロセッサ１００は、ＷＤＴ（Ｗａｔｃｈ　Ｄｏｇ　Ｔｉｍｅｒ、異常監視信号送信部）１０３と、フェイルセーフ制御部（安全制御部、第２警報制御信号出力部）１０４と、シリアル通信部１０５とを有する。
　ＷＤＴ１０３は、プロセッサ１００におけるプログラムの正常な実行状態を監視するためのタイマである。ＷＤＴ１０３は、プロセッサ１００が正常である場合はカウントアップ信号（パルス信号）を出力し、プロセッサ１００が異常である場合はカウントアップ信号を出力せず、一定の直流信号を出力する。ＷＤＴ１０３の出力信号を異常監視信号と称する。
　フェイルセーフ制御部１０４は、ゲートアレイ１１０の異常時に、モータ１６０を停止させるための信号、ブザー１３０を鳴動させるための信号、および、ＬＥＤ１７０を点灯または点滅させる信号（以下、「フェイルセーフ制御信号」と称する）を出力する。フェイルセーフ制御部１０４は、ゲートアレイ１１０の異常時に、モータ１６０を停止させることで医療機器１０を安全側に制御する。
　シリアル通信部１０５は、ゲートアレイ１１０のシリアル通信部１１８との間で、ゲートアレイ１１０の異常を検知するためのベリファイテスト用データの送受信を行なう。ベリファイテスト用データの送受信はシリアルデータで行なうが、パラレルデータで行なってもよい。シリアル通信部１０５は、ベリファイテストによりゲートアレイ１１０の異常を検知し、フェイルセーフ制御部１０４にゲートアレイ１１０の異常を通知するデータを送信する。ベリファイテストについては後述する。
　ゲートアレイ１１０は、ＷＤＴ監視部（プロセッサ監視部）１１１、フェイルセーフ制御部（プロセッサ監視部、警報制御信号出力部、第１警報制御信号出力部）１１２、自己診断部（異常検知用信号送信部）１１３、スイッチ１１４、モータ制御部１１５、ブザー制御部１１６、ＬＥＤ制御部１１７、シリアル通信部（異常検知用信号送信部、異常検知信号受信部）１１８、遮断制御信号出力部１１９を有する。
　ＷＤＴ監視部１１１は、ＷＤＴ１０３から異常監視信号を受信し、これによりプロセッサ１００の監視を行なう。また、異常監視信号に基づいてプロセッサ１００の異常を検知する。フェイルセーフ制御部１１２は、フェイルセーフ制御信号を出力する。プロセッサ１００の異常時は、フェイルセーフ制御部１１２が発生するフェイルセーフ制御信号をゲートアレイ１１０から出力させるようにスイッチ１１４を切り換える。なお、ゲートアレイ１１０のフェイルセーフ制御部１１２が発生するフェイルセーフ制御信号は、プロセッサ１００のフェイルセーフ制御部１０４が発生するフェイルセーフ制御信号と同様のものであってよい。
　自己診断部１１３は、ゲートアレイ１１０の異常を自己で判断し、異常時は、ゲートアレイ１１０の異常をプロセッサ１００に検知させるための信号（異常検知用信号）をプロセッサ１００に対して送信する。例えば、自己診断部１１３は、内部の電源電圧が閾値より低下するという異常や、医療機器１０の停止キーが入力されているにもかかわらずモータ１６０の制御パルスが検出されるという異常を判断してもよい。
　スイッチ１１４は、プロセッサ１００の正常時は、モータ制御部１１５、ブザー制御部１１６およびＬＥＤ制御部１１７が発生する周辺機器に対する通常の制御信号（以下、「通常制御信号」と称する）がゲートアレイ１１０から出力されるように、ＷＤＴ監視部１１１からの制御信号に基づいて入力信号が切り換えられている。図３に示すスイッチ１１４の切換状態はプロセッサ１００の正常時の状態を示す。
　また、スイッチ１１４は、プロセッサ１００の異常時は、フェイルセーフ制御部１１２が発生するフェイルセーフ制御信号がゲートアレイ１１０から出力されるように、ＷＤＴ監視部１１１からの制御信号に基づいて入力信号を切り換える。
　モータ制御部１１５は、モータ１６０を通常制御するための制御信号を出力する。ブザー制御部１１６は、ブザー１３０を鳴動させないための制御信号を出力し、ＬＥＤ制御部１１７はＬＥＤ１７０を点灯させないための制御信号を出力する。図３に示すモータ１６０、ブザー１３０、ＬＥＤ１７０の制御信号のタイミングチャートは、プロセッサ１００およびゲートアレイ１１０が共に正常である場合に各周辺機器に供給される各周辺機器の制御信号を示す。
　シリアル通信部１１８は、ゲートアレイ１１０がプロセッサ１００とシリアル通信をするためのインタフェースであり、一時的に受信データを記憶させる記憶装置を有する。
　プロセッサ１００（詳細には、プロセッサ１００のシリアル通信部１０５）は、シリアル通信部１１８に対しベリファイテストを行なうことでゲートアレイ１１０の異常を検知する。すなわち、プロセッサ１００はシリアル通信部１１８の記憶装置の任意のアドレスにデータを書き込んだ後、同一アドレスから書き込まれたデータを読み出し（ゲートアレイ１１０からプロセッサ１００に送信させ）、書き込んだデータと読み出したデータ（異常検知用信号）とを照合し、両者が一致しないことをもってゲートアレイ１１０の異常を検知する。ここで、プロセッサ１００は、ベリファイテストの結果、ベリファイエラーに限らず、ゲートアレイ１１０との通信不成立をもゲートアレイ１１０の異常として検出することができる。
　さらに、プロセッサ１００は、ゲートアレイ１１０の自己診断部１１３からゲートアレイ１１０の異常を受信することで、ゲートアレイ１１０の異常を検知することができる。
　プロセッサ１００は、ゲートアレイ１１０の異常を検出したときは、シリアル通信部１１８に対しゲートアレイ１１０をシャットダウンさせるための制御信号を送信する。プロセッサ１００から前記制御信号を受信したゲートアレイ１１０は、起動している自己の機能を停止する。そして、ゲートアレイ１１０からモータ１６０、ブザー１３０およびＬＥＤ１７０へ供給される通常制御信号を遮断するための制御信号（以下、「遮断制御信号」と称する）を遮断制御信号出力部１１９から出力する。
　遮断制御信号は、開放電位の信号であってもよい。プルダウン抵抗器３１０を利用することで、スイッチ３００にＬｏレベル（例えば、接地電位）の信号を供給することができる。しかし、遮断制御信号は、これに限定されず、Ｌｏレベルの電圧信号であってもよい。
　スイッチ３００は、ゲートアレイ１１０の正常時は、ゲートアレイ１００から出力される通常制御信号が周辺機器に供給されるように、遮断制御信号出力部１１９からの遮断制御信号（Ｌｏレベル）に基づいて入力信号が切り換えられている。図３に示すスイッチ３００の切換状態はゲートアレイ１００の正常時の状態を示す。
　また、スイッチ３００は、ゲートアレイ１１０の異常時は、プロセッサ１０４のフェイルセーフ制御部１０４が発生するフェイルセーフ制御信号が周辺機器に供給されるように、遮断制御信号出力部１１９からの制御信号（Ｈｉレベル）に基づいて入力信号を切り換える。
　モータ１６０、ブザー１３０、ＬＥＤ１７０の制御信号について説明する。
　図３のタイミングチャートに示すように、プロセッサ１００、ゲートアレイ１１０共に正常の場合は、モータ１６０には、ゲートアレイ１１０から出力されるパルス状の通常の制御信号が入力される。また、正常時はブザー１３０を鳴動させず、ＬＥＤ１７０を点灯させないため、ブザー１３０およびＬＥＤ１７０にはこれらの周辺機器を鳴動および点灯させない制御信号がゲートアレイ１１０から入力される。例えば、接地電位の制御信号が入力される。
　図４は、プロセッサ１００が異常の場合の本実施形態に係る医療機器１０の構成要素のうちプロセッサ１００、ゲートアレイ１１０、および、周辺機器の接続関係と、周辺機器の制御信号のタイミングチャートとを示すブロック図である。
　図４に示すように、プロセッサ１００が異常でゲートアレイ１１０が正常の場合は、モータ１６０には、モータ１６０を停止させることで医療機器１０を安全側に制御するための信号がゲートアレイ１１０から入力される。例えば、接地電位の制御信号が入力される。異常時は異常を知らせるためにブザー１３０を鳴動させ、ＬＥＤ１７０を点灯させる。このため、ブザー１３０およびＬＥＤ１７０にはこれらの周辺機器を鳴動および点灯させる制御信号がゲートアレイ１１０から入力される。例えば、電圧パルスによる制御信号が入力される。
　図５は、ゲートアレイ１１０が異常の場合の本実施形態に係る医療機器１０の構成要素のうちプロセッサ１００、ゲートアレイ１１０、および、周辺機器の接続関係と、周辺機器の制御信号のタイミングチャートとを示すブロック図である。
　図５に示すように、ゲートアレイ１１０が異常でプロセッサ１００が正常の場合は、モータ１６０には、モータ１６０を停止させることで医療機器１０を安全側に制御するための信号がプロセッサ１００（詳細には、プロセッサ１００のフェイルセーフ制御部１０４）から入力される。例えば、接地電位の制御信号が入力される。異常時は異常を知らせるためにブザー１３０を鳴動させ、ＬＥＤ１７０を点灯させる。このため、ブザー１３０およびＬＥＤ１７０にはこれらの周辺機器を鳴動および点灯させる制御信号がプロセッサ１００から入力される。例えば、電圧パルスによる制御信号が入力される。
　図６は、従来の医療機器６０の構成要素のうちプロセッサ６００、ディスクリート素子群６１０、モータ６６０、ブザー６３０、ＬＥＤ６７０の接続関係を示すブロック図である。
　従来の医療機器６０は、汎用のプロセッサ６００を用い、汎用プロセッサ６００が直接モータ６６０、ブザー６３０およびＬＥＤ６７０を制御しているため、プロセッサ６００が機能的にも素子面積的にも冗長となる。また、プロセッサ６００の異常をＷＤＴ６０１の出力により監視し異常時に周辺機器を安全側に制御するための回路をディスクリート素子群６１０により構成するため、コストおよび実装面積の削減が困難である。
　さらに、従来の医療機器６０は、プロセッサ６００の異常を監視しているが、ディスクリート素子群６１０の異常は監視していないため、ディスクリート素子群６１０の異常時には周辺機器を安全側に制御しない。
　一方、本発明の実施形態に係る医療機器によれば、複数の医療機器に使用されるプロセッサをカスタマイズして共通化するとともに高機能な機器についてはプロセッサの一部の機能を補完するカスタマイズされたゲートアレイをプロセッサと併用する。これにより、複数の医療機器の部品の共通化、部品数および部品サイズの低減、開発工数の低減、および、再設計リスクの低減が可能となるため医療機器のトータルコストの低減を実現することができる。
　また、本実施形態に係る医療機器によれば、プラットフォーム集積回路の一部の構成要素の機能を比較的低い機能を有するように構成しても、該機能よりも高い機能が要求される測定装置にまで適用対象範囲を拡大することができる。このため、量産効果により、さらに部品コストを低減することができる。
　さらに、本実施形態に係る医療機器によれば、プロセッサとゲートアレイとに互いの異常を監視させるとともに異常発生時は異常がある集積回路による周辺機器の制御を遮断し、正常な集積回路により医療機器を安全側に制御する。これにより、医療機器の信頼性および安全性を向上させることができる。
　以上、本発明の実施形態に係る機能補完集積回路、集積回路システムおよびこれらを使用した医療機器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。
　例えば、上述した実施形態においては、集積回路を、シリンジポンプ、輸液ポンプ、血糖計および血圧計の４つの医療機器に共通に用いるものとして説明をしているが、これ以外の医療機器について共通に用いるものであってもよく、また、共通に用いる医療機器の数は限定されない。
　本出願は、２０１０年６月３０日に出願された日本特許出願番号２０１０－１５０００６号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
　　１０、１１　　医療機器、
　　１００　　プロセッサ、
　　１０１　　増幅部、
　　１０２　　ＣＰＵ、
　　１０３　　ＷＤＴ、
　　１０４　　フェイルセーフ制御部、
　　１０５　　シリアル通信部、
　　１１０　　ゲートアレイ、
　　１１１　　ＷＤＴ監視部、
　　１１２　　フェイルセーフ制御部、
　　１１３　　自己診断部、
　　１１４　　スイッチ、
　　１１５　　モータ制御部、
　　１１６　　ブザー制御部、
　　１１７　　ＬＥＤ制御部、
　　１１８　　シリアル通信部、
　　１１９　　遮断制御信号出力部、
　　１２０　　センサ、
　　１３０　　ブザー、
　　１４０　　ＬＣＤ、
　　１５０　　フラッシュメモリ、
　　１６０　　モータ、
　　１７０　　ＬＥＤ
　　３００　　スイッチ、
　　３１０　　プルダウン抵抗器。

Claims (10)

  1. 　複数の医療機器のうち少なくとも一つに使用され、前記複数の医療機器にそれぞれ使用される共通のプロセッサの一部の機能を補完する集積回路であって、
    　前記集積回路の異常を検知させるための異常検知用信号を前記プロセッサに送信する異常検知用信号送信部と、
    　前記プロセッサから前記プロセッサの異常を示す異常監視信号を受信したとき補完する前記一部の機能を停止し前記医療機器を安全側に制御するプロセッサ監視部と、
    　を有することを特徴とする機能補完集積回路。
  2. 　前記異常検知用信号に基づき前記プロセッサが前記集積回路の異常を検知したとき前記プロセッサが送信する異常検知信号を受信する異常検知信号受信部と、
    　前記異常検知信号受信部が前記異常検知信号を受信したとき、前記一部の機能を補完するために前記医療機器に供給される制御信号を遮断するために用いられる遮断制御信号を出力する遮断制御信号出力部と、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の機能補完集積回路。
  3. 　前記プロセッサ監視部が前記プロセッサの異常を示す異常監視信号を受信したとき、警報装置に警報を発生させる警報制御信号を出力する警報制御信号出力部をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の機能補完集積回路。
  4. 　前記複数の医療機器は、シリンジポンプ、輸液ポンプ、血糖計および血圧計であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の機能補完集積回路。
  5. 　前記集積回路はシリンジポンプまたは輸液ポンプに使用され、プロセッサ監視部は、シリンジポンプまたは輸液ポンプのポンプを停止させることで前記医療機器を安全側に制御することを特徴とする請求項４に記載の機能補完集積回路。
  6. 　複数の医療機器のうち少なくとも一つに使用され、前記複数の医療機器にそれぞれ使用される共通のプロセッサの一部の機能を補完する機能補完集積回路と、
    　前記機能補完集積回路により前記一部の機能が補完される前記プロセッサと、を有するシステムであって、
    　前記機能補完集積回路は、
    　前記プロセッサから前記プロセッサの異常を示す異常監視信号を受信したとき補完する前記一部の機能を停止し前記医療機器を安全側に制御するプロセッサ監視部と、
    　前記機能補完集積回路の異常を検知させるための異常検知用信号を前記プロセッサに送信する異常検知用信号送信部と、
    　前記異常検知用信号に基づき前記プロセッサが前記機能補完集積回路の異常を検知したとき前記プロセッサが送信する異常検知信号を受信する異常検知信号受信部と、
    　前記異常検知信号受信部が前記異常検知信号を受信したとき、前記一部の機能を補完するために前記医療機器に供給される制御信号を遮断するために用いられる遮断制御信号を出力する遮断制御信号出力部と、を有し、
    　前記プロセッサは、
    　前記プロセッサの異常を示す異常監視信号を送信する異常監視信号送信部と、
    　前記機能補完集積回路の異常を検知したとき、前記医療機器を安全側に制御する安全制御部と、
    　を有することを特徴とする集積回路システム。
  7. 　前記機能補完集積回路は、前記プロセッサ監視部が前記プロセッサの異常を示す異常監視信号を受信したとき、警報装置に警報を発生させる警報制御信号を出力する第１警報制御信号出力部をさらに有し、
    　前記プロセッサは、前記安全制御部が前記機能補完集積回路の異常を検知したとき、前記警報装置に警報を発生させる警報制御信号を出力する第２警報制御信号出力部をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の集積回路システム。
  8. 　前記複数の医療機器は、シリンジポンプ、輸液ポンプ、血糖計および血圧計であることを特徴とする請求項６または７に記載の集積回路システム。
  9. 　前記集積回路はシリンジポンプまたは輸液ポンプに使用され、前記機能補完集積回路のプロセッサ監視部および前記プロセッサの安全制御部は、シリンジポンプまたは輸液ポンプのポンプを停止させることで前記医療機器を安全側に制御することを特徴とする請求項８に記載の集積回路システム。
  10. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の機能補完集積回路または請求項６～９のいずれか１項に記載の集積回路システムを使用した医療機器。
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