JAJU918 December   2023

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項
      1. 2.2.1 フォトダイオード、TIA、ADC
      2. 2.2.2 LED の駆動
      3. 2.2.3 電源
      4. 2.2.4 ディスプレイ、方向、通信機能
      5. 2.2.5 ソフトウェア
        1. 2.2.5.1 タイミング構造
        2. 2.2.5.2 オーバーサンプリングとデジタル フィルタリングによりダイナミック レンジ拡大
        3. 2.2.5.3 バイタルの計算
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1 MSPM0L1306
  9. 3ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 3.1 ハードウェア要件
    2. 3.2 ソフトウェア要件
      1. 3.2.1 テキサス・インスツルメンツ GUI
      2. 3.2.2 CCS プロジェクト
      3. 3.2.3 アナログ技術者向けカリキュレータ
    3. 3.3 テスト設定
    4. 3.4 テスト結果
  10. 4設計とドキュメントのサポート
    1. 4.1 デザイン ファイル
      1. 4.1.1 回路図
      2. 4.1.2 BOM
    2. 4.2 ツールとソフトウェア
    3. 4.3 ドキュメントのサポート
    4. 4.4 サポート・リソース
    5. 4.5 商標

1 システムの説明

パルス オキシメータは、血中酸素飽和度および脈拍数を監視するための医療機器です。機器によって測定された酸素レベルと心拍数は、ユーザーの健康状態を監視し、医師が病気の原因や状態を迅速に診断するのに役立ちます。したがって、この装置は病院や家庭で広く使用されています。

パルス オキシメータは、脈拍数と血中の末梢酸素飽和度 (%SpO2) をモニタリングするための非侵襲的機器です。

パルス オキシメータによる血液の酸化レベル (SpO2) の計算は、体組織によって減衰した光の強度測定を基にしています。SpO2 は、総ヘモグロビンレベル (酸化ヘモグロビンと脱酸化ヘモグロビン (Hb)) に対する酸化ヘモグロビン (HbO2) レベルの比として定義されます。式 1 を参照してください。

式 1. S p O 2 = H b O 2 H b O 2 + H b

原理的に、HbO2 と Hb は、光の波長によって異なる応答を示します。Hb は赤外 (IR) 光よりも赤色光を多く吸収する一方、HbO2 は赤外光をより多く吸収します。図 1-1 に示すように、赤色発光ダイオードと IR 発光ダイオード (LED) を交互に駆動して指を通過させると、指で吸収されていない光の量 (感知素子としてフォトダイオードを使用) と、血液中の Hb および HbO2 の濃度は相関しています。

GUID-20231204-SS0I-QNH3-TXWR-1N2HTSSDXTQV-low.svg図 1-1 パルス オキシメータのブロック図

2 種類の光の波長を使用し、それぞれをオンにしながら交互に測定します。2 つの異なる波長を使用することで、計測の数学的複雑さを低減できます。

式 2. R = log ( I α c ) λ 1 log ( I α c ) λ 2           S p O 2   α     R

ここで

  • λ1 と λ2 は、使用する 2 つの異なる光の波長を表します。

測定には DC 成分と AC 成分があります。DC 成分は、体組織、静脈および毛細血管内の血液、および動脈内の脈を打たない (周期的な変動のない) 血液による吸収および散乱の結果であると仮定します。AC 成分は、動脈内の脈動性 (周期的な変動を伴う) の血液による吸収の結果です。

実際には、SpO2 と R の関係は、式 2 で示されているほど線形ではありません。このため、ルックアップ テーブルを使用して正しい読み値を取得します。

R つまり SpO2 の信頼性は、信号入力で良好なダイナミック レンジを達成できるかどうかに依存します。ダイナミック レンジ (DR) は 式 3 を使用し、有効ビット数 (ENOB) から計算されます。

式 3. DR=20×log10(2ENOB)