專利名稱：血氧計紅光和ir零校準控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及血氧計，且更特定而言，涉及脈沖血氧計中的LED驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
脈沖血氧定量法通常用于測量各種血液化學特征，包括(但不限于)動脈血中血紅蛋白的血氧飽和度、供應(yīng)給組織的個別血液脈動的體積，和對應(yīng)于患者的每一次心跳的血液脈動率。這些特征的測量已由使用非侵入性傳感器來完成，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中，且光電地感測光在上述組織中的吸收。以不同波長吸收的光的量接著用來計算所測量的血液成分的量。
選擇散射過組織的光以具有一個或一個以上的波長，其由血液吸收且吸收數(shù)量表示血液中的血液成分的量。所傳輸散射過組織的光的量將根據(jù)組織中的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，這些傳感器通常已具有適用于產(chǎn)生具有至少兩種不同波長的光的光源，且具有對那兩種波長敏感的光電檢測器。
已知非侵入性傳感器包括緊固到身體的一部分(例如，手指、耳朵或頭皮)上的裝置。在動物和人類中，這些身體部分的組織灌注有血液并且組織表面易于由傳感器所接近。
通常為發(fā)光二極管(LED)的光源，需要由電流驅(qū)動以激活它們。為減少泄漏和電容性耦合瞬態(tài)效應(yīng)，需要能夠驅(qū)動所述LED中的一者，而無任何電流流經(jīng)另一者。通常，這可通過利用脈沖血氧計中的處理器控制工作周期來完成。然而，已發(fā)現(xiàn)使用工作周期控制來消除通過所述LED中的一者的電流仍包含不良的一定量的泄漏和電容性耦合瞬態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有用于驅(qū)動紅光LED和IR LED的驅(qū)動線和用于驅(qū)動那些驅(qū)動線的驅(qū)動電路的脈沖血氧計。一處理器使用直接連接在所述處理器與所述驅(qū)動電路之間的一紅光零輸出線和一IR零輸出線來控制所述驅(qū)動電路。這允許一控制信號直接控制引導正向電流通過紅光LED和IR LED的紅光驅(qū)動晶體管或IR驅(qū)動晶體管的關(guān)閉。
在一個實施例中，所述紅光零輸出線和IR零輸出線連接到一程序化邏輯電路。所述由處理器控制的程序化邏輯電路，為驅(qū)動電路的晶體管提供多種定時信號。在一個實施例中，所述驅(qū)動電路包括一具有紅光FET驅(qū)動晶體管和IR FET驅(qū)動晶體管的H橋接電路。
為了進一步理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點，可參考結(jié)合附圖所說明的以下實施方式。


圖1是并入本發(fā)明的血氧計的方框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的LED驅(qū)動電路的電路圖。
圖3是用于產(chǎn)生圖2電路的定時和控制信號的邏輯的一個實施例的方框圖。
具體實施例方式
圖1說明并入本發(fā)明的血氧定量法系統(tǒng)的實施例。傳感器10包括紅光和紅外光LED和光電檢測器。電纜12將它們連接到電路板14。由一LED驅(qū)動接口16提供LED驅(qū)動電流。將從傳感器接收到的光電流提供到一I-V接口18。隨后將IR和紅光電壓提供到一并入本發(fā)明的Σ-Δ接口20。將Σ-Δ接口20的輸出提供給一微控制器22，所述微控制器22包括一個10位A/D轉(zhuǎn)換器。控制器22包括用于程序的閃存，和用于數(shù)據(jù)的EEPROM存儲器。處理器也包括一個連接到閃存26的控制器芯片24。最后，使用一個時鐘28并且提供一個用于傳感器10中的數(shù)字校準的接口30。一獨立主機32接收經(jīng)處理的消息，并且接收一在線34上的用于提供模擬顯示的模擬信號。
LED驅(qū)動電路圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的LED驅(qū)動電路的電路圖，其形成圖1的LED驅(qū)動接口16的一部分。電壓調(diào)節(jié)器36提供一個與整個血氧計電路的電壓源分離的電壓。輸出提供為在線38上的4.5伏信號，其中電平是由電阻器R89和R90的反饋電阻分壓器設(shè)置。線38上的電壓提供給FET晶體管Q11且提供給電感器L6。通過電感器L6的電流由開關(guān)40提供到電容器C65和C66中的一個，其中所述電容器C65和C66分別存儲用于紅光LED和IR LED的電荷。線42上的紅光/IR控制信號在血氧計處理器的控制下選擇開關(guān)位置。線44上的控制信號LED PWM門控控制晶體管開關(guān)Q11的開關(guān)。
一旦電容器被充電，那么線44上的控制信號關(guān)閉開關(guān)Q11并且通過開關(guān)40和電感器L6將電流從電容器C65或C66分別通過晶體管Q5和Q6提供到紅光陽極線46或IR陽極線48。一信號“紅光門控(red gate)”接通晶體管Q5，而其反向“/紅光門控(/red gate)”關(guān)閉晶體管Q7。這將電流通過紅光陽極線46提供到達背對背LED 50，其中電流通過IR陽極返回到晶體管Q8，并且通過電阻器R10到達大地。晶體管Q8由信號“/IR門控(/IR gate)”接通，而這一信號的反向“IR門控(IR gate)”關(guān)閉晶體管Q6。當驅(qū)動IR陽極時所述信號翻轉(zhuǎn)，其中“IR門控”和“紅光門控”信號以及它們的反向改變狀態(tài)，使得電流通過晶體管Q6提供到IR陽極48，并且通過紅光陽極46并通過晶體管Q7返回到電阻器R10和大地。讀取“LED電流感測”信號是用于與本發(fā)明不相關(guān)的校準目的。
當將來自電容器C65或C66的電流通過電感器L6提供到LED，并且在需要時切斷所述電流時，電晶體Q11接通，使得在過渡期間的剩余電流可轉(zhuǎn)儲到電容器C64中。這解決FET晶體管開關(guān)并非為瞬時的事實。接著，C64通過Q11和電感器L6將其電流轉(zhuǎn)儲到重新充電時的電容器中。
電阻器R38和電容器C67是并聯(lián)連接到電感器L6來防止信號尖峰，并且提供一個平滑過渡。連接到電感器L6的是具有一個由線54上的LED取樣保持信號控制的開關(guān)52的取樣電路，以對信號進行取樣并且將其通過放大器56提供到由處理器讀取的線58上的“LED電流”信號。提供一個積分電容器C68以與放大器56并聯(lián)。一開關(guān)60響應(yīng)于“清除LED取樣”信號操作開關(guān)以在取樣之間使電容器短路。
取樣與保持電路測量電容器C69與電感器L6之間的節(jié)點T18處的電壓，以確定電流。電容器C69是電容器C65和C66的值的1/1000。因此，通過C69提供比例電流，所述比例電流通過開關(guān)52注入到積分電容器C68中，以提供可在線58上的放大器56的輸出處測量的電壓。在線58上由處理器測量的電壓用作一個反饋，其中所述處理器改變傳遞到晶體管Q11的脈沖的寬度，以選擇性地改變傳遞給電容器65和66的能量的量，并且隨后最終放電到LED 50中。在處理器內(nèi)部的PI(比例積分)回路隨后控制Q11處的PWM信號。這允許對LED強度進行精確控制，從而允許其最大化(如果需要)，而不會超過期望限度(以避免灼傷患者等)。
圖的左下方展示一個“4.5v LED禁用”信號，其由微處理器使用以在特定情況下關(guān)閉電壓調(diào)節(jié)器36。例如，如果在LED線上存在問題，那么尋找在插入的新傳感器中的短路的診斷將關(guān)閉電壓調(diào)節(jié)器。
零校準控制圖3說明從圖1上看，連接到圖1中的LED驅(qū)動接口中的程序化邏輯62的處理器22。程序化邏輯62響應(yīng)于來自時鐘、同步脈沖和脈沖寬度信號的處理器的基本定時信號，來提供由圖2的電路使用的不同控制信號。
如圖中可見，處理器22也在線64上提供一紅光零信號并在線66上提供一IR零信號。這兩個信號進入程序化邏輯電路62中。程序化邏輯62響應(yīng)于紅光零信號的斷定，將在紅光門控、/紅光門控、IR門控和/IR門控輸出上提供適當控制信號以控制圖2中的驅(qū)動晶體管。詳細而言，紅光零信號的斷定將導致紅光門控信號關(guān)閉晶體管Q5和晶體管Q8。用于在LED間開關(guān)的可程序化邏輯仍起作用，但由這一零信號越控。因此，紅光門控保持在其值上，而與可程序化邏輯狀態(tài)機使其循環(huán)為接通和關(guān)閉的努力無關(guān)。類似地，在線66上的IR零信號的斷定將導致程序邏輯電路62使用IR門控信號關(guān)閉晶體管Q6，并且使用/紅光門控信號關(guān)閉晶體管Q7。
這些信號因此確保電流僅流經(jīng)紅光LED或IR LED，而不會在斷定適當?shù)募t光零或IR零信號時因其間的開關(guān)而產(chǎn)生任何泄漏。這顯著地減少由于使用工作周期控制和任何電容性耦合開關(guān)瞬態(tài)的任何開關(guān)泄漏。
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，可使用一不同驅(qū)動晶體管結(jié)構(gòu)，例如，對于未配置為背對背而是具有獨立驅(qū)動的獨立連接的LED。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)明的范疇進行說明而非限制。
權(quán)利要求
1.一種脈沖血氧計，其包含一紅光驅(qū)動線，其用于一紅光發(fā)光二極管(LED)；一紅外光(IR)驅(qū)動線，其用于一IR LED；一驅(qū)動電路，其耦合到所述紅光驅(qū)動線和所述IR驅(qū)動線；一處理器，其用于控制所述驅(qū)動電路，所述處理器具有耦合到所述驅(qū)動電路的一紅光零輸出線和一IR零輸出線，其中在所述零輸出線上的一控制信號關(guān)閉一紅光驅(qū)動晶體管或一IR驅(qū)動晶體管，所述紅光驅(qū)動晶體管或IR驅(qū)動晶體管分別提供流過所述紅光LED和所述IR LED的正向電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖血氧計，其進一步包含一邏輯電路，所述邏輯電路具有連接到所述紅光零驅(qū)動線和所述IR零驅(qū)動線的輸入端，和將控制信號提供到所述驅(qū)動電路的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖血氧計，其中所述邏輯電路是經(jīng)程序化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖血氧計，其中所述紅光驅(qū)動晶體管和所述IR驅(qū)動晶體管包含耦合到所述紅光LED和所述IR LED的一返回線的以H橋形排列的紅光源晶體管和IR源晶體管以及紅光接收器晶體管和IR接收器晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脈沖血氧計，其中所述LED排列為背對背，使得所述紅光LED的所述驅(qū)動線為所述IR LED的所述返回線，并且所述IR LED的所述驅(qū)動線為所述紅光LED的所述返回線。
6.一種脈沖血氧計，其包含一紅光驅(qū)動線，其用于一紅光發(fā)光二極管(LED)；一紅外光(IR)驅(qū)動線，其用于一IR LED；一驅(qū)動電路，其耦合到所述紅光驅(qū)動線和所述IR驅(qū)動線；一邏輯電路，其具有連接到紅光零驅(qū)動線和IR零驅(qū)動線的輸入端，和將控制信號提供到所述驅(qū)動電路的輸出端；和一處理器，其用于控制所述程序化邏輯電路，所述處理器耦合到所述紅光零輸出線和所述IR零輸出線并且驅(qū)動所述紅光零輸出線和所述IR零輸出線，其中在所述零輸出線上的一控制信號使所述經(jīng)程序化邏輯電路關(guān)閉一紅光驅(qū)動晶體管或一IR驅(qū)動晶體管，所述紅光驅(qū)動晶體管或IR驅(qū)動晶體管分別提供流過所述紅光LED和所述IR LED的正向電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有用于驅(qū)動紅光LED和IRLED的驅(qū)動線和一用于驅(qū)動那些驅(qū)動線的驅(qū)動電路的脈沖血氧計。一處理器使用直接連接在所述處理器與所述驅(qū)動電路之間的一紅光零輸出線和一IR零輸出線控制所述驅(qū)動電路。這允許一控制信號直接控制紅光驅(qū)動晶體管或IR驅(qū)動晶體管的關(guān)閉，以通過越控驅(qū)動晶體管的正在進行中的可程序化邏輯狀態(tài)機控制來防止正向電流流過紅光LED和IR LED。其結(jié)果是減少串音和電容耦合的效應(yīng)。
文檔編號A61B5/00GK1953699SQ200580005859
公開日2007年4月25日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者布拉德福德·B·丘, 伊?！け说蒙? 威廉·謝伊 申請人:內(nèi)爾科爾普里坦貝內(nèi)特公司