(57)【要約】赤色およびＩＲ  ＬＥＤに対する駆動ラインを有するパルス酸素濃度計、および、これらの駆動ラインを駆動するための駆動回路。プロセッサは、プロセッサと駆動回路との間において直接接続された赤ゼロ出力ラインおよびＩＲゼロ出力ラインを用いて駆動回路を制御する。これにより、駆動トランジスタの進行中のプログラマブルロジック状態機械の制御を無効にすることによって、赤色およびＩＲ  ＬＥＤを流れる順電流を妨げるように、制御信号が、赤またはＩＲ駆動トランジスタの一方をオフにすることを直接制御することを可能にする。その結果クロストークおよび静電結合の効果は、低減される。
2007523731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）に対する赤駆動ラインと、
赤外（ＩＲ）ＬＥＤに対するＩＲ駆動ラインと、
該赤およびＩＲ駆動ラインに結合された駆動回路と、
該駆動回路を制御するプロセッサであって、該プロセッサは、該駆動回路に結合された赤ゼロ出力ラインとＩＲゼロ出力ラインとを有し、該ゼロ出力ライン上の制御信号が、該赤色ＬＥＤを流れる順電流を提供する赤駆動トランジスタ、または該ＩＲ  ＬＥＤを流れる順電流を提供するＩＲ駆動トランジスタをオフにする、プロセッサと
を備える、パルス酸素濃度計。
【請求項２】
赤およびＩＲゼロ駆動ラインに接続された入力部と、前記駆動回路に制御信号を提供する出力部とを有するロジック回路をさらに備える、請求項１に記載のパルス酸素濃度計。
【請求項３】
前記ロジック回路がプログラムされる、請求項２に記載のパルス酸素濃度計。
【請求項４】
前記赤およびＩＲ駆動トランジスタが、前記赤色およびＩＲ  ＬＥＤからのリターンラインに結合されたＨ−ブリッジ型の配置において、赤およびＩＲソーストランジスタと、赤およびＩＲシンクトランジスタとを備える、請求項２に記載のパルス酸素濃度計。
【請求項５】
前記赤色ＬＥＤに対する駆動ラインが前記ＩＲ  ＬＥＤに対するリターンラインであり、該ＩＲ  ＬＥＤに対する駆動ラインが該赤色ＬＥＤに対するリターンラインであるように、該ＬＥＤが背合わせに配置される、請求項３に記載のパルス酸素濃度計。
【請求項６】
赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）に対する赤駆動ラインと、
赤外（ＩＲ）ＬＥＤに対するＩＲ駆動ラインと、
該赤およびＩＲ駆動ラインに結合された駆動回路と、
赤およびＩＲゼロ駆動ラインに接続された入力部と、該駆動回路に制御信号を提供する出力部とを有するロジック回路と、
該プログラムされたロジック回路を制御するプロセッサであって、該プロセッサは、赤ゼロ出力ラインとＩＲゼロ出力ラインとに結合され、該赤ゼロ出力ラインと該ＩＲゼロ出力ラインとを駆動し、該ゼロ出力ライン上の制御信号が、該プログラムされたロジック回路に、該赤色ＬＥＤを流れる順電流を提供する赤駆動トランジスタ、または該ＩＲ  ＬＥＤを流れる順電流を提供するＩＲ駆動トランジスタをオフにさせる、プロセッサと
を備える、パルス酸素濃度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃度計に関し、より詳しくは、パルス酸素濃度計におけるＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス酸素濃度計は、典型的には、様々な血液の化学的特性を計測するために用いられる。この化学的特性としては、動脈血におけるヘモグロビンの血中酸素飽和度、組織に供給する個々の脈拍の血液量、および、患者の個々の心拍に対応する脈拍の速度が挙げられるが、これらには限定されない。これらの特性の計測は、非侵襲センサを用いることによって達成されてきた。その非侵襲センサは、血液が灌流する患者の組織の一部を介する光を散乱し、そのような組織における光の吸収を光電測光により感知する。様々な波長において吸収される光の量は、計測される血液成分の量を計算するために用いられる。
【０００３】
組織を介して散乱された光は、血液中に存在する血液成分の量を示す量において、血液によって吸収された一つ以上の波長として選択される。組織を介して散乱された、透過光の量は、組織および関連する光の吸収における血液成分の量の変化に従って変化する。血中酸素レベルを計測するために、そのようなセンサには、典型的に、血中酸素飽和度を計測するための周知の技術に従って、少なくとも二つの異なる波長の光を生成するように適合された光源、および、それらの波長の両方に感度の高い光検出器が提供される。
【０００４】
周知の非侵襲センサは、指、耳、または頭皮などの体の一部に固定される装置を含む。動物や人間においては、これらの体の部分の組織には血液が灌流し、その組織の表面はセンサに対して、容易にアクセス可能である。
【０００５】
光源（典型的には、発光ダイオード（ＬＥＤ））は、それらを起動するために、電流を用いて駆動する必要がある。漏れおよび静電結合過渡電流を低減するためには、別のＬＥＤへと電流が流れずに、複数のＬＥＤのうちの１つを駆動することが出来ることは、望ましい。典型的には、これは、パルス酸素濃度計において、プロセッサを用いてデューティサイクルを制御することによって、なされ得る。しかしながら、デューティサイクルの制御を用いて複数のＬＥＤのうちの１つを介する電流をなくすことによっても、ある量の漏れおよび静電結合過渡電流を依然として含むということが発見されており、これは、望ましくない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、赤色およびＩＲ  ＬＥＤを駆動するための駆動ラインを有するパルス酸素濃度計と、これらの駆動ラインを駆動するための駆動回路とを提供する。プロセッサは、プロセッサと駆動回路との間に直接接続された赤ゼロ出力ラインと、ＩＲゼロ出力ラインとを用いて駆動回路を制御する。これによって、赤色およびＩＲ  ＬＥＤを流れる順電流を方向付ける赤またはＩＲ駆動トランジスタのいずれかをオフにすることを直接制御することが可能となる。
【０００７】
一実施形態において、赤およびＩＲゼロ出力ラインは、プログラムされたロジック回路に接続されている。このプログラムされたロジック回路は、プロセッサによって制御されており、駆動回路のトランジスタに様々なタイミング信号を提供する。一実施形態において、この駆動回路は、赤およびＩＲのＦＥＴ駆動トランジスタを有するＨ−ブリッジ回路を含む。
【０００８】
本発明の本質および利点のさらなる理解のために、添付の図面と併せた以下の記載への参照がなされるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（酸素濃度計のフロントエンド）
図１は、本発明を組み込んだ酸素濃度計システムの一実施形態を示す。センサ１０は、赤色および赤外ＬＥＤおよび光検出器を含む。これらは、ケーブル１２によって基板１４に接続されている。ＬＥＤ駆動電流は、ＬＥＤ駆動インタフェース１６によって提供される。センサから受信された光電流は、Ｉ−Ｖインタフェース１８に提供される。次いで、ＩＲおよび赤電圧は、本発明を組み込んだシグマ−デルタインタフェース２０に提供される。シグマ−デルタインタフェース２０の出力は、１０ビットＡ／Ｄ変換器を含むマイクロコントローラ２２に提供される。コントローラ２２は、プログラム用のフラッシュメモリと、データ用のＥＥＰＲＯＭメモリとを含む。プロセッサはまた、フラッシュメモリ２６に接続されたコントローラチップ２４を含む。最後に、クロック２８が用いられ、センサ１０におけるデジタル較正に対するインタフェース３０が提供される。別個のホスト３２は、処理された情報および、アナログ表示を提供するためのライン３４上のアナログ信号を受信する。
【００１０】
（ＬＥＤ駆動回路）
図２は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動回路の回路図であり、この回路は、図１のＬＥＤ駆動インタフェース１６の一部を形成する。電圧調整器３６は、酸素濃度計回路全体に、電源から分離された電圧を提供する。この出力は、ライン３８上の４．５ボルト信号として提供され、そのレベルは、抵抗器Ｒ８９およびＲ９０のフィードバック抵抗分割器によって設定されている。ライン３８上の電圧が、ＦＥＴトランジスタＱ１１およびインダクタＬ６に提供される。インダクタＬ６を流れる電流は、赤色ＬＥＤに対して電荷を蓄積するコンデンサＣ６５と、ＩＲ  ＬＥＤに対して電荷を蓄積するコンデンサＣ６６のうちの一方へのスイッチ４０によって提供される。ライン４２上の赤／ＩＲ制御信号は、酸素濃度計プロセッサの制御下においてスイッチ位置を選択する。ライン４４上の制御信号ＬＥＤ  ＰＷＭゲートは、トランジスタスイッチＱ１１のスイッチングを制御する。
【００１１】
一度コンデンサが充電されると、ライン４４上の制御信号は、スイッチＱ１１を切り、スイッチ４０およびインダクタＬ６を介して、コンデンサＣ６５からトランジスタＱ５を介して赤アノードライン４６に、またはコンデンサＣ６６からトランジスタＱ６を介してＩＲアノードライン４８に、電流が提供される。信号「赤ゲート」は、トランジスタＱ５をオンにし、その反転「／赤ゲート」は、トランジスタＱ７をオフにする。これによって、赤アノードライン４６を流れる電流が背合わせ（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）ＬＥＤ５０に提供される。この電流は、ＩＲアノードを介してトランジスタＱ８へと、また、抵抗器Ｒ１０を介してグランドへと戻る。信号「／ＩＲゲート」によってトランジスタＱ８はオンにされ、その一方で、この信号の反転「ＩＲゲート」は、トランジスタＱ６をオフにする。ＩＲアノードが駆動されるときにおいて、信号が反転され、「ＩＲゲート」および「赤ゲート」信号ならびにこれらの反転信号の状態が変化して、電流は、トランジスタＱ６を介してＩＲアノード４８に提供され、赤アノード４６およびトランジスタＱ７を介して抵抗器Ｒ１０およびグランドに戻る。「ＬＥＤ電流センス」信号は、本発明とは関連しない較正目的で読み込まれる。
【００１２】
コンデンサＣ６５またはＣ６６からの電流がインダクタＬ６を介してＬＥＤに提供され、その電流が所望の時においてスイッチが切られると、トランジスタＱ１１がオンにされて、遷移中の残留電流がコンデンサＣ６４へとダンピングされ得るようになる。これにより、ＦＥＴトランジスタのスイッチングが瞬時ではないという現実に対処する。次いで、Ｃ６４は、再充電中において、コンデンサへとＱ１１およびインダクタＬ６を流れる電流をダンピングする。
【００１３】
抵抗器Ｒ３８およびコンデンサＣ６７は、インダクタＬ６に並列に接続されて、信号スパイクに対する保護および滑らかな遷移を提供する。インダクタＬ６には、信号をサンプリングし、それらを、プロセッサによって読み取られるライン５８上の「ＬＥＤ電流」信号に増幅器５６を介して提供するために、ライン５４上のＬＥＤサンプルホールド信号によって制御されるスイッチ５２を有するサンプリング回路が接続されている。積分コンデンサＣ６８は、増幅器５６と並列に提供される。スイッチ６０は、「クリアＬＥＤサンプル」信号に応答して、サンプル間においてコンデンサを短絡させるように、スイッチを動作させる。
【００１４】
サンプルアンドホールド回路は、電流を決定するために、コンデンサＣ６９とインダクタＬ６との間のノードＴ１８における電圧を計測する。コンデンサＣ６９は、コンデンサＣ６５およびＣ６６の値の１／１０００である。このようにして、比例電流がＣ６９を介して提供され、それは、スイッチ５２を介して積分コンデンサＣ６８に注入されて、ライン５８上の増幅器５６の出力において計測され得る電圧を提供する。ライン５８上のプロセッサによって計測される電圧は、フィードバックとして用いられ、最終的にＬＥＤ５０に放電される。ここで、プロセッサは、コンデンサ６５および６６に送られるエネルギー量を選択的に変化させるために、トランジスタＱ１１に送られるパルス幅を変化させる。次いで、プロセッサ内のＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ）ループが、Ｑ１１においてＰＷＭ信号を制御する。これによって、ＬＥＤの強度の正確な制御が可能となり、必要に応じて、（患者の火傷などを避けるために）所望の限度を超えずに、その強度を最大化することが可能になる。
【００１５】
図の左下には、特定の場合において電圧調整器３６をオフにするためにマイクロプロセッサによって用いられる「４．５ｖ  ＬＥＤディスエーブル」信号を示す。次いで、例えば、ＬＥＤラインに問題がある場合において、プラグインされる新たなセンサにおける短絡を探すための診断は電圧調整器をオフにする。
【００１６】
（ゼロ較正制御）
図３は、図１のＬＥＤ駆動インタフェース１６内にあるプログラムされたロジック６２に接続されたプロセッサ２２（図１）を示す。プログラムされたロジック６２は、クロックからの基本タイミング信号、同調パルス、およびパルス幅信号に応答して、図２の回路によって用いられる様々な制御信号を提供する。
【００１７】
図から分かるように、プロセッサ２２はまた、ライン６４上の赤ゼロ信号およびライン６６上のＩＲゼロ信号を提供する。これらの２つの信号は、プログラムされたロジック回路６２に進む。プログラムされたロジック６２は、赤ゼロ信号のアサートに応答して、図２の駆動トランジスタを制御するために、赤ゲート、／赤ゲート、ＩＲゲートおよび／ＩＲゲートの制御出力上に適切な制御信号を提供する。特に、赤ゼロ信号のアサートにより、赤ゲート信号は、トランジスタＱ５およびトランジスタＱ８をオフにする。ＬＥＤ間のスイッチングを行うプログラマブルロジックは、依然として機能するが、このゼロ信号によって、無効にされる。このようにして、赤ゲートは、プログラマブルロジック状態機械によるオンおよびオフにするようにサイクルさせる試みとは関係なしに、その値に維持される。同様に、ライン６６上のＩＲゼロ信号のアサートにより、プログラムロジック回路６２に、ＩＲゲート信号を用いてトランジスタＱ６をオフにさせ、／赤ゲート信号を用いてトランジスタＱ７をオフにさせる。
【００１８】
このように、適切な赤ゼロまたはＩＲゼロ信号がアサートされている間において、これらの制御信号は、スイッチングに起因する漏れなしに、電流が、赤色ＬＥＤまたはＩＲ  ＬＥＤの一方のみを流れることを確実にする。これにより、デューティサイクル制御の使用に起因するスイッチングの漏れおよび、静電結合スイッチングの過渡電流が有意に低減される。
【００１９】
当業者には理解されるように、本発明の基本的な特徴から逸脱せずに、本発明は、別の特定の形態において具体化され得る。例えば、背合わせに構成されるのではなく、別々に駆動される別個の接続を有するＬＥＤ用のように、別の駆動トランジスタ構造が用いられ得る。従って、上記記載は、例示を意図したものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に規定されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明を組み込んだ酸素濃度計のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図３】図３は、図２の回路に対するタイミングおよび制御信号を生成するための一実施形態のロジックのブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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