專利名稱：用于輸出生理信號的模擬表示的δ－σ調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及血氧計(jì)，且更特定而言，本發(fā)明涉及脈沖血氧計(jì)中的模擬波形顯示。
背景技術(shù)：
脈沖血氧定量法通常用于測量各種血液化學(xué)特征，包括(但不限于)動(dòng)脈血液中血紅蛋白的血氧飽和度、供應(yīng)給組織的個(gè)別血液脈動(dòng)的體積，和對應(yīng)于患者的每一次心跳的血液脈動(dòng)率。使用非侵入性傳感器來完成這些特征的測量。所述傳感器將光散射而穿過患者組織中有血液灌注到組織的一部分，且光電地感測所述組織中光的吸收。以不同頻率吸收的光的量接著用于計(jì)算被測量的血液成分的量。
選擇散射過組織的光以具有一個(gè)或一個(gè)以上的波長，其由血液吸收且吸收數(shù)量表示血液中的血液成分的量。散射過組織的所傳輸?shù)墓獾牧繉⒏鶕?jù)組織中血液成分的變化量和相關(guān)的光吸收而改變。根據(jù)用于測量血氧飽和度的已知技術(shù)，為測量血氧含量，所述傳感器通常具有適用于產(chǎn)生至少兩種不同波長的光的光源，及對于這些波長敏感的光電檢測器。
已知的非侵入性傳感器包括緊固到身體的一部分(如，手指，耳朵或頭皮)的裝置。在動(dòng)物和人類中，這些身體部分的組織灌注有血液，且組織表面易于由傳感器所接近。
在處理傳感器數(shù)據(jù)并計(jì)算氧飽和度之后，脈沖血氧計(jì)將所述信息呈現(xiàn)給顯示器。在一些脈沖血氧計(jì)中，也需要顯示模擬波形本身。例如，美國專利第6,188,470號展示用于反映波形的顯示的信號。美國專利第6,385,471號也論述一波形顯示，且陳述首先數(shù)字化、預(yù)濾波數(shù)據(jù)，且接著重構(gòu)所述數(shù)據(jù)以用于顯示。
本發(fā)明的受讓人，Nellcor Puritan Bennett，在其許多產(chǎn)品中提供模擬輸出。模擬輸出是用于這樣的目的如與其它儀器(例如，EKG、多參數(shù)監(jiān)視器)同步，也用于顯示器。有時(shí)從硬件預(yù)處理電路提供模擬波形，以確保模擬信號及時(shí)地接近實(shí)際患者波形。
在處理后提供模擬波形給顯示器的問題是處理要花費(fèi)一段時(shí)間，且因此所提供的信號被延遲，而不是實(shí)時(shí)信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于提供生理信號的模擬表示的大體實(shí)時(shí)表示的方法和設(shè)備。將來自傳感器的波形信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。一Δ-∑調(diào)制器用作簡單的數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器(ADC)。接著可通過一簡單的硬件濾波器提供輸出，以近似實(shí)時(shí)地給出模擬輸出，其可用于其它儀器、同步、顯示器等。
本發(fā)明允許將波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，且供應(yīng)給軟件，同時(shí)仍允許在軟件中初步處理后快速轉(zhuǎn)換回硬件中。特別地，對于在軟件中進(jìn)行解調(diào)的脈沖血氧計(jì)而言，可在這個(gè)軟件解調(diào)之后，但在慢得多的軟件濾波處理(用作計(jì)算氧飽和度的處理的一部分)之前獲得數(shù)字DR.信號。
在一個(gè)實(shí)施例中，在一第一路徑中處理數(shù)字信號，但一第二路徑將這個(gè)經(jīng)數(shù)字化波形施加給Δ-∑調(diào)制器。所述第二路徑在這個(gè)信號經(jīng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式且經(jīng)解調(diào)后立即傳感這個(gè)信號。對于脈沖血氧計(jì)，選擇IR信號用于模擬輸出，因?yàn)樗ǔ＞哂休^少的噪音。
在一個(gè)實(shí)施例中，Δ-∑調(diào)制器是對波形的數(shù)字化版本進(jìn)行操作的軟件調(diào)制器。Δ-∑調(diào)制器提供單一位串行輸出。這個(gè)輸出提供給硬件RC濾波器，且接著提供給顯示器。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，可參考結(jié)合附圖所說明的以下實(shí)施方式。


圖1是并入本發(fā)明的血氧計(jì)的方框圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的用于產(chǎn)生模擬輸出信號的電路的方框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生模擬輸出信號的電路的實(shí)施例的方框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的軟件Δ-∑調(diào)制器的方框圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的硬件RC濾波器的實(shí)施例的電路圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的展示模擬顯示的監(jiān)視器的前視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1說明并入本發(fā)明的血氧定量法系統(tǒng)的實(shí)施例。傳感器10包括紅光LED和紅外LED以及光電檢測器。電纜12將它們連接到電路板14。LED驅(qū)動(dòng)接口16提供LED驅(qū)動(dòng)電流。從傳感器所接收的光電流提供到I-V接口18。IR和紅光電壓接著提供到并入本發(fā)明的∑-Δ接口20。∑-Δ接口20的輸出提供到微控制器22。微控制器22包括用于程序的閃存和用于數(shù)據(jù)的RAM存儲器。血氧計(jì)還包括連接到閃存26的微處理器芯片24。最后，使用時(shí)鐘28，且提供接口30以用于傳感器10中的數(shù)字校準(zhǔn)。獨(dú)立主機(jī)32接收經(jīng)處理的信息，且接收線34上的模擬信號以提供模擬顯示。
現(xiàn)有技術(shù)的硬件中的解調(diào)圖2展示現(xiàn)有技術(shù)的用于產(chǎn)生模擬輸出信號的電路的實(shí)例。在硬件通過電流到電壓轉(zhuǎn)換器(I-V)36和濾波器37中處理來自患者傳感器的信號。接著在解調(diào)器38中解調(diào)紅光信號和IR信號。通過濾波器39的第一通道和放大器40將紅光信號提供給ADC 41。類似地，通過濾波器42的第二通道、放大器43和ADC 44提供IR信號。在ADC44的輸入端從IR信號中獲得模擬輸出。
本發(fā)明的軟件中的解調(diào)圖3展示本發(fā)明的實(shí)施例，其不在硬件中而是在軟件中進(jìn)行解調(diào)，因此模擬IR信號僅在硬件中不可用。在硬件通過電流到電壓轉(zhuǎn)換器45和濾波器46中處理來自患者傳感器的信號，接著供應(yīng)到ADC 47。在軟件中，解調(diào)器將紅光信號與IR信號分開。接著，將紅光信號提供到軟件濾波器49，且進(jìn)一步處理(未展示)。類似地提供IR信號，使其通過軟件濾波器50，且進(jìn)一步處理(未展示)。因?yàn)檐浖V波可引起顯著的時(shí)間延遲，所以濾波器50之前的IR信號可轉(zhuǎn)換回模擬形式。∑-Δ調(diào)制器51用作一個(gè)簡單的數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器(ADC)。通過使用∑-Δ調(diào)制器，轉(zhuǎn)換過程可較簡單，且可快速完成。接著，僅需要在一簡單RC濾波器52中對所得模擬信號進(jìn)行濾波。
用于簡單DAC的∑-Δ調(diào)制器和濾波器圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖3的Δ-∑調(diào)制器51的方框圖。這個(gè)調(diào)制器優(yōu)選用在圖1的微控制器22上運(yùn)行的軟件來實(shí)施。線52上的輸入是數(shù)字化傳感器信號。在一優(yōu)選實(shí)施例中，這個(gè)信號是紅外(IR)信號，其與紅光信號相對。選擇紅外是因?yàn)槠渫ǔＪ潜燃t光信號更干凈的信號。圖4是實(shí)施以創(chuàng)建五分位信號(quintile signal)的二階噪音整形(second order noise shaping)的不同等式的圖形表示。在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)施不同等式的偽代碼是X是線52上的輸入Y是線54上的輸出A、B和C是中間變量，其存儲每206μS從一個(gè)迭代到下一循環(huán)的數(shù)據(jù)A＝X-C+(2*B)C＝Bif A＞thenY＝1elseY＝0end ifB＝A-Yend loop這個(gè)代碼在每206μS執(zhí)行的循環(huán)中執(zhí)行，因此輸出(Y)是4845位/秒的位流，其平均值等于輸入(X)。
線54上的輸出優(yōu)選4845Hz的位流。如圖5中所示，此提供給硬件濾波器的輸入60。這個(gè)濾波器包括電阻器62和64以及電容器66和68。這個(gè)濾波器對數(shù)字輸出信號起作用以將其轉(zhuǎn)換成模擬形式，以產(chǎn)生可提供給顯示器的線70上的輸出。這個(gè)濾波器是被動(dòng)、二階RC濾波器，在輸出端上沒有緩沖器。如果需要，那么可在顯示前由主機(jī)系統(tǒng)完成任何緩沖。
圖6展示脈沖血氧計(jì)監(jiān)視器74上的模擬顯示器72的實(shí)例。從圖5的線70提供用于這個(gè)顯示器的信號。
如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，本發(fā)明可以其它特定形式體現(xiàn)，而不脫離本發(fā)明的本質(zhì)特征。例如，Δ-∑調(diào)制器可具有不同于二階的階?？稍谟布V波器之前在軟件中完成一些濾波，且可使用硬件濾波器的不同構(gòu)形。因此，前述描述意在對以上權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明的范疇進(jìn)行說明而非限制。
權(quán)利要求
1.一種用于操作一生理監(jiān)視器的方法，其包含檢測一來自一患者的包括一生理波形的信號；將所述波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；將所述波形施加給一Δ-∑調(diào)制器；和對所述波形進(jìn)行濾波以提供一模擬波形輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含解調(diào)所述波形的所述數(shù)字形式，其中所述Δ-∑調(diào)制器在所述解調(diào)后處理所述波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述濾波是由一耦合到所述Δ-∑調(diào)制器的一輸出的硬件濾波器執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述Δ-∑調(diào)制器提供一單一位輸出。
5.一種用于操作一血氧計(jì)的方法，其包含檢測來自一患者的一包括一脈沖血氧定量法波形的信號；將所述波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；將所述波形的所述數(shù)字形式解調(diào)成紅光信號和IR信號；將所述紅光信號和所述IR信號中的一者施加給一軟件Δ-∑調(diào)制器；提供一來自所述Δ-∑調(diào)制器的單一位串行輸出；利用一硬件濾波器對所述單一位串行輸出進(jìn)行濾波；
6.一種生理監(jiān)視器設(shè)備，其包含一輸入端，其用于接收一來自一患者的包括一生理波形的信號；一模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其用于將所述波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；一處理器，其包括一Δ-∑調(diào)制器，所述Δ-∑調(diào)制器經(jīng)配置以將所述波形從數(shù)字形式轉(zhuǎn)換成模擬形式；一濾波器，其耦合到所述Δ-∑調(diào)制器的一輸出端以用于對所述波形進(jìn)行濾波。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的血氧計(jì)設(shè)備，其中所述Δ-∑調(diào)制器是一產(chǎn)生一串行單一位輸出的軟件調(diào)制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的血氧計(jì)設(shè)備，其中所述濾波器是一硬件RC濾波器。
9.一種血氧計(jì)設(shè)備，其包含一輸入端，其用于接收一來自一患者的包括一脈沖血氧定量法波形的信號；一模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其用于將所述波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；一處理器，其包括一解調(diào)器，其用于將所述波形分成紅光信號和IR信號；和一軟件Δ-∑調(diào)制器，其經(jīng)配置以通過產(chǎn)生以一串行單一位輸出而將呈數(shù)字形式的所述紅光信號和所述IR信號中的一者轉(zhuǎn)換回一模擬信號；一硬件RC濾波器，其耦合到所述Δ-∑調(diào)制器的一輸出端以用于對所述波形進(jìn)行濾波。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于提供一生理信號的一模擬表示的大體實(shí)時(shí)表示的方法和設(shè)備。將來自傳感器的波形信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。Δ－∑調(diào)制器用作一簡單的數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器(ADC)。接著，通過簡單硬件濾波器提供輸出，以近似實(shí)時(shí)地給出模擬輸出信號，其可用于其它儀器、同步、顯示器等。
文檔編號A61B5/00GK1933770SQ200580005856
公開日2007年3月21日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者伊?！け说蒙? 威廉·謝伊, 布拉德福德·B·丘 申請人:內(nèi)爾科爾普里坦貝內(nèi)特公司