專利名稱：用于與病人連接的裝置的電隔離功率和信號耦合器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于便攜醫(yī)療監(jiān)控裝置的功率和信號耦合器，該監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)用于在醫(yī)療環(huán)境中連接于病人。
背景技術(shù)：
在醫(yī)療環(huán)境中用于病人的監(jiān)控系統(tǒng)以長時(shí)間為人所知。這些監(jiān)控器包括設(shè)計(jì)用于附著于病人的電極。該電極接收表示病人體內(nèi)生理機(jī)能的電信號。這樣，這些信號值的一些形式的表示被顯示。例如，心電圖(ECG)系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)用于附著于病人胸部及其它之上的電極。這些電極接收表示病人心臟瞬時(shí)動(dòng)作的電信號。表示涉及ECG電極信號的波形的圖像在顯示器裝置上被顯示，用于醫(yī)生來進(jìn)行分析。
近來已認(rèn)識到，在醫(yī)院設(shè)置中，在中心位置來維護(hù)所有從病人收集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和所收集的關(guān)于那些病人的其它數(shù)據(jù)如實(shí)驗(yàn)室結(jié)果等是有優(yōu)點(diǎn)的。這樣的安排將允許病人信息在醫(yī)院中可用于任何地方。這樣的安排亦將允許來自醫(yī)院任何地方的、可能從監(jiān)控設(shè)備得到的病人信息被接收并存儲(chǔ)于中心位置。
在過去，監(jiān)控設(shè)備被保持在一個(gè)固定位置處例如檢查室。需要那個(gè)類型監(jiān)控的病人被移到包含監(jiān)控設(shè)備的房間并連接于監(jiān)控設(shè)備。在固定位置處將監(jiān)控設(shè)備插入AC電源插座。另外，在固定位置處的監(jiān)控設(shè)備和中心存儲(chǔ)位置之間保持一直接有線連接，使得易于將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳遞到中心位置以進(jìn)行存儲(chǔ)。然而近來已認(rèn)識到，在一些情況下，一直保持對病人的監(jiān)控是重要的；即使是當(dāng)病人在被運(yùn)送中例如在病人室、檢查室、手術(shù)室等時(shí)。這需要監(jiān)控設(shè)備為便攜的。通過這種方法，可將監(jiān)控設(shè)備與病人一起從一個(gè)位置運(yùn)送到另一個(gè)位置。實(shí)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備的便攜有兩個(gè)方面第一是向監(jiān)控設(shè)備供電；第二是在監(jiān)控設(shè)備和中心位置之間保持一數(shù)據(jù)鏈接，即使是它與病人在被運(yùn)送中。
涉及向監(jiān)控設(shè)備供電的方面通過在監(jiān)控設(shè)備中包含電池得到解決。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，電池需要充電，并且病人被運(yùn)送的時(shí)間占小部分。當(dāng)前的便攜監(jiān)控設(shè)備包括在所有適當(dāng)?shù)墓潭ㄎ恢萌缡中g(shù)室、檢查室和病人室中的固定對接站(docking station)。當(dāng)病人位于這些位置之一時(shí)，將便攜監(jiān)控設(shè)備插入那個(gè)位置處的對接站。這些對接站被連接于那個(gè)位置處的AC電源，并為監(jiān)控設(shè)備中的電池提供充電電流。這讓電池保持其電荷。當(dāng)病人被移動(dòng)時(shí)，有充電電池的監(jiān)控設(shè)備從對接站被再次移動(dòng)并與病人一起被運(yùn)送，直到可使用另一個(gè)對接站。
由于對接站連接于AC電源，并由于眾所周知將電力直接用于病人是危險(xiǎn)的，特別是用于腰部以上，因此已發(fā)展了標(biāo)準(zhǔn)以確保所有電力與欲附著于病人的電極是隔離的。這已需要在AC電源插座和便攜監(jiān)控設(shè)備之間沒有直接電連接而是向便攜監(jiān)控設(shè)備提供電池充電電流。這已通過使用以監(jiān)控設(shè)備中的線圈(bobbin)為形式的分離變壓器(splittransformer)的已知技術(shù)而實(shí)現(xiàn)，當(dāng)設(shè)備被對接時(shí)，所述線圈在對接站中包圍一磁芯。AC電流在對接站中的磁芯周圍感應(yīng)一交替磁通量，當(dāng)被對接時(shí)，反過來該磁通量在監(jiān)控設(shè)備中的線圈中感應(yīng)一電流。這個(gè)電流反過來均以已知的方式為監(jiān)控設(shè)備提供工作電力并亦保持電池被充電。使用這種已知的系統(tǒng)可獲得大約60％的工作效率。
涉及當(dāng)監(jiān)控設(shè)備被對接時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)鏈接的方面通過提供用于從監(jiān)控設(shè)備向中心位置傳輸監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的無線例如射頻(RF)鏈接而得到解決。每一塊監(jiān)控設(shè)備都包括RF收發(fā)機(jī)和天線。每個(gè)對接站亦都包括相應(yīng)的RF收發(fā)機(jī)和天線。另外，獨(dú)立的天線和收發(fā)機(jī)被置于醫(yī)院各處，特別是在病人將被運(yùn)送的位置，例如大廳等。每個(gè)對接站和獨(dú)立位置中的收發(fā)機(jī)通過有線連接被連接到中心位置。在對接站和監(jiān)控設(shè)備之間使用RF通信進(jìn)一步提供了電隔離。
當(dāng)病人位于固定位置且監(jiān)控設(shè)備被置于對接站時(shí)，對接站接收來自監(jiān)控設(shè)備的RF信號并通過其有線連接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行奈恢?。?dāng)病人被從一個(gè)固定位置運(yùn)送到另一個(gè)位置時(shí)，獨(dú)立式的天線/收發(fā)機(jī)接收來自監(jiān)控設(shè)備的RF信號并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行奈恢?。這提供了連續(xù)監(jiān)控病人的能力。
然而，存在從監(jiān)控設(shè)備連續(xù)發(fā)射RF可導(dǎo)致問題而必須仔細(xì)計(jì)劃的位置。例如，在手術(shù)室中，電烙機(jī)器使用RF能量以在外科手術(shù)中切割組織并使血液凝固。這種設(shè)備導(dǎo)致RF能量的不可預(yù)測量并有可能干擾監(jiān)控設(shè)備的RF鏈接。然而，正是在這個(gè)環(huán)境中，沒有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的丟失或誤用才是重要的。
在其中功率效率高于50％且潛在RF干擾為最小的便攜監(jiān)控設(shè)備是理想的。
發(fā)明簡述依照本發(fā)明的原理，公開一種用于與病人連接的裝置的電隔離組合功率和信號耦合器。對接站和能夠與對接站對接的便攜裝置，每個(gè)都包括功率耦合器和電隔離數(shù)據(jù)變換器。各自的功率耦合器包括一包含中心極和外圍極的磁透過單元以及一有開口的印刷電路板，中心極通過所述開口伸出。印刷電路板包括包圍中心極開口的繞組初級繞組在對接站中而次級繞組在便攜裝置中。當(dāng)便攜裝置與對接站對接時(shí)，安排便攜裝置中的磁透過單元和對接站中的磁透過單元以形成磁路，而安排便攜裝置中的數(shù)據(jù)變換器和對接站中的數(shù)據(jù)變換器以交換數(shù)據(jù)。
附圖簡述在附圖中

圖1為包括中心位置、對接站和便攜監(jiān)控裝置的監(jiān)控系統(tǒng)的方塊圖；并且圖2和圖3為監(jiān)控裝置的方塊圖，示出為使用替換的傳輸介質(zhì)的裝置；并且圖4為示出用于如圖1中所示的功率和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的組件圖。
發(fā)明詳述圖1為包括中心位置、對接站和便攜監(jiān)控裝置的監(jiān)控系統(tǒng)的方塊圖。圖1示出多個(gè)(300A和300B)便攜監(jiān)控裝置310和對接站340，每個(gè)都耦合于中心控制器100和中心電源200。每個(gè)監(jiān)控裝置310都包括將附著于病人(病人A和病人B)的電極324。
每個(gè)便攜監(jiān)控裝置310都包括RF天線312。RF天線312的雙向終端耦合于收發(fā)機(jī)314的相應(yīng)終端。收發(fā)機(jī)314耦合(未表示)于監(jiān)控裝置310中的其它電路(亦未表示)。每個(gè)便攜監(jiān)控裝置310亦都包括電池318。電池318耦合于電源316。電源316均以已知方式耦合(未表示)于監(jiān)控器310中的其它電路。以上討論的其它電路的設(shè)計(jì)、工作和互連是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的、與本發(fā)明無密切關(guān)系并將不在以下進(jìn)行詳述。
所示實(shí)施例中的光學(xué)變換器320表示無線兩路全雙工光學(xué)變換器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，這種變換器可包括用于發(fā)射光學(xué)信號的發(fā)光二極管(LED)和用于同時(shí)接收光學(xué)信號的光敏晶體管。光學(xué)變換器320的雙向終端耦合于收發(fā)機(jī)314的相應(yīng)終端。收發(fā)機(jī)314的數(shù)據(jù)終端(未表示)連接于監(jiān)控裝置310中的其它電路。
監(jiān)控裝置310亦包括分離變壓器的次級322。次級322耦合于電源316的輸入終端。分離變壓器316的結(jié)構(gòu)和工作將在以下進(jìn)行詳述。
每個(gè)對接站340都包括代表無線兩路全雙工光學(xué)變換器的光學(xué)變換器342。光學(xué)變換器342對應(yīng)于監(jiān)控裝置310中的光學(xué)變換器320，并在物理上被安排以使當(dāng)監(jiān)控裝置310在對接站340中被對接時(shí)可進(jìn)行相應(yīng)的光學(xué)變換器320和342之間的全雙工通信。
對接站340亦包括分離變壓器的初級344。初級344對應(yīng)于監(jiān)控裝置310中的分離變壓器的次級322，并被安排以使當(dāng)監(jiān)控裝置310在對接站340中被對接時(shí)形成完整的變壓器并傳遞電功率。
圖1亦示出中心控制器100。中心控制器100包括耦合于局域網(wǎng)(LAN)的雙向數(shù)據(jù)終端。這個(gè)LAN與醫(yī)院內(nèi)的各種工作站(未表示)進(jìn)行連接并亦可包括通往廣域網(wǎng)(WAN)如，例如互聯(lián)網(wǎng)的橋(亦未表示)。多個(gè)340對接站中的光學(xué)變換器342雙向耦合于LAN。盡管光學(xué)變換器被表示為通過LAN耦合于中心控制器100，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，相應(yīng)的雙向信號線可直接在多個(gè)對接站340的每個(gè)中的光學(xué)變換器342和中心控制器100上的相應(yīng)的雙向終端之間耦合。然后這些相應(yīng)的信號線可用于直接在對接站340和中心控制器100之間進(jìn)行通信。
中心控制器亦包括RF天線110。這種RF天線110能以已知方式通過無線電傳輸與監(jiān)控裝置310的相應(yīng)的RF天線312通信。盡管被表示為單個(gè)天線110，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，分布于醫(yī)院各處的多個(gè)天線可全部連接到中心控制器110。例如，獨(dú)立的收發(fā)機(jī)120被耦合到LAN。獨(dú)立的收發(fā)機(jī)120包括能如圖1中虛線所示與便攜裝置310交換數(shù)據(jù)的RF天線122。如以上所述，這些獨(dú)立的收發(fā)機(jī)亦可通過各自的直接連接被連接到中心控制器100。這樣的獨(dú)立收發(fā)機(jī)可被置于醫(yī)院各處以便于當(dāng)未對接且在運(yùn)送中時(shí)與便攜監(jiān)控裝置310通信。
電源200耦合于多個(gè)基站340中的相應(yīng)的初級344。盡管在圖1中被表示為分離的單元，標(biāo)準(zhǔn)的分布式AC電源系統(tǒng)可用于向多個(gè)基站340中的多個(gè)初級344供電。
在工作中，監(jiān)控裝置310在兩種狀態(tài)之一下工作對接或未對接。在圖上部300A中成對的監(jiān)控裝置310和對接站340為未對接狀況，而在圖下部300B中成對的監(jiān)控裝置310和對接站340為對接狀況。通常，當(dāng)監(jiān)控裝置310被對接時(shí)，通過光學(xué)變換器320、342而發(fā)生數(shù)據(jù)通信，并通過分離變壓器344、322向監(jiān)控裝置310供電。當(dāng)監(jiān)控裝置310未被對接時(shí)，通過RF天線312而發(fā)生數(shù)據(jù)通信，并從電池318來供電。
在300A(未對接)中，光學(xué)變換器320和收發(fā)機(jī)314之間的連接被表示為虛線以表明它在當(dāng)前是不工作的，而天線312和收發(fā)機(jī)314之間的連接由實(shí)線表示以表明它在工作。中心控制器100上的天線110和監(jiān)控裝置310上的天線312之間的之字線表示在監(jiān)控裝置310和中心控制器100保持了RF鏈接。類似地，分離變壓器的次級322和電源316之間的連接被表示為虛線以表明它在當(dāng)前是不工作的，而電池318和電源316之間的連接由帶箭頭的實(shí)線表示以表明功率在從電池318向電源316傳遞。對接站340中的光學(xué)變換器342和LAN之間的數(shù)據(jù)連接以及電源200和分離變壓器的初級344之間的供電連接被表示為虛線以表明它們在當(dāng)前是不工作的。
在300B(對接)中，天線312和收發(fā)機(jī)314之間的連接被表示為虛線以表明它在當(dāng)前是不工作的，而光學(xué)變換器320和收發(fā)機(jī)314之間的連接由實(shí)線表示以表明它在工作。對接站340中的光學(xué)變換器342和監(jiān)控裝置310中的光學(xué)變換器320之間的之字線表示在監(jiān)控裝置310和中心控制器100保持了光學(xué)鏈接。類似地，分離變壓器的次級322和電源316之間的連接由實(shí)線表示以表明它當(dāng)前在工作。電池318和電源316之間的連接由帶箭頭的實(shí)線表示以表明充電的功率在從電源316向電池318傳遞。LAN和對接站340中的光學(xué)變換器342之間以及電源200和分離變壓器的初級344之間的連接被表示為實(shí)線以表明它們是工作的。在監(jiān)控裝置310的天線312和中心控制器100的天線110之間沒有之字線，這表明沒有發(fā)生RF通信。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，通過LAN和/或通過到監(jiān)控裝置310被對接于其中的對接站340的各自硬件連接(未表示)，以及/或者通過到未對接的監(jiān)控裝置310的無線RF鏈接，中心控制器100將與許多監(jiān)控裝置310同時(shí)進(jìn)行通信。用于進(jìn)行同時(shí)通信的任何已知技術(shù)，如時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用、打包通信或這樣技術(shù)的任何結(jié)合，可用于提供這種同時(shí)通信。例如，在多個(gè)網(wǎng)點(diǎn)中，各種協(xié)議被用于網(wǎng)絡(luò)通信的普通用途。更特別地，這樣的協(xié)議除了許多其它的還包括互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)、通用串行總線(USB)、I.E.E.E.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。任何這些已知協(xié)議可用于通過LAN在多個(gè)監(jiān)控裝置310和中心控制器100之間進(jìn)行通信。這些相同的協(xié)議亦可用于在未對接監(jiān)控裝置310和中心控制器100的天線110之間直接或通過獨(dú)立的收發(fā)機(jī)120進(jìn)行無線RF通信，所述收發(fā)機(jī)120通過LAN或通過各自的硬件連接被連接到中心控制器100。
監(jiān)控裝置310和對接站340中的已知電路對監(jiān)控裝置何時(shí)與對接站340對接進(jìn)行檢測。在一個(gè)實(shí)施例中，由于僅當(dāng)監(jiān)控裝置與對接站340對接時(shí)傳遞電功率，因此對接站340中這樣的電路可檢測附加于初級344的負(fù)載(次級322)，而監(jiān)控裝置310中的相應(yīng)電路可檢測次級322處的功率的存在。舉另一個(gè)例子，由于僅當(dāng)監(jiān)控裝置310與對接站340對接時(shí)將通過成對光學(xué)變換器320、342來交換數(shù)據(jù)，因此對接站310中這樣的電路可檢測來自光學(xué)變換器320的數(shù)據(jù)的存在，而對接站340中的相應(yīng)電路可檢測來自光學(xué)變換器342的數(shù)據(jù)的存在。
當(dāng)對接站340檢測到監(jiān)控裝置被對接時(shí)，中心控制器100開始通過LAN與對接站340中的光學(xué)變換器342進(jìn)行通信。同時(shí)，當(dāng)監(jiān)控裝置檢測到它已被對接時(shí)，收發(fā)機(jī)314被連接到光學(xué)變換器320，并且通過成對光學(xué)變換器320、342經(jīng)LAN開始進(jìn)行與中心控制器100的通信。更特別地，監(jiān)控裝置310中的收發(fā)機(jī)314以LAN使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來產(chǎn)生數(shù)據(jù)，即IP包。然后打包的數(shù)據(jù)經(jīng)過成對光學(xué)變換器320、342至LAN。反過來中心控制器100從LAN接收IP包并提取數(shù)據(jù)。然后這個(gè)數(shù)據(jù)為中心控制器100所處理。例如，病人監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)被存儲(chǔ)于中心位置。同時(shí)，將來自中心控制器100欲用于監(jiān)控裝置310的數(shù)據(jù)打包并置于LAN上。打包的數(shù)據(jù)由監(jiān)控裝置310通過成對光學(xué)變換器342、320來接收。收發(fā)機(jī)314提取數(shù)據(jù)并以被接收數(shù)據(jù)所規(guī)定的方式來控制監(jiān)控裝置310的工作。例如，監(jiān)控參數(shù)可由中心控制器100來設(shè)定或改變。
與此同時(shí)，當(dāng)檢測到監(jiān)控裝置310在對接站340中被對接時(shí)，來自分離變壓器的次級322的功率給監(jiān)控裝置310中的電路供電，包括給電池318充電。
當(dāng)對接站340檢測到監(jiān)控裝置310已脫離時(shí)，中心控制器100被告知并且它開始通過RF天線110進(jìn)行通信。同時(shí)，當(dāng)監(jiān)控裝置310檢測到它已脫離時(shí)，收發(fā)機(jī)314被連接到RF天線312，并且通過RF鏈接開始進(jìn)行到中心控制器100的通信。如以上所述，收發(fā)機(jī)314以所選網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來產(chǎn)生數(shù)據(jù)，即IP包。這個(gè)打包的數(shù)據(jù)通過無線RF天線110被傳輸?shù)街行目刂破?00。中心控制器100接收IP包、提取數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)，例如存儲(chǔ)病人監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。中心控制器100亦可產(chǎn)生欲用于監(jiān)控裝置310的數(shù)據(jù)的IP包。中心控制器100通過無線RF天線110將這個(gè)打包數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控裝置310的天線312。反過來，監(jiān)控裝置310中的收發(fā)機(jī)314接收IP包、提取數(shù)據(jù)并作為響應(yīng)而控制監(jiān)控裝置310的工作。
可選地，獨(dú)立的收發(fā)機(jī)120可通過無線RF信號與監(jiān)控裝置310進(jìn)行通信。在此情況下，監(jiān)控裝置310的天線312如以上所述將打包的病人監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)姜?dú)立收發(fā)機(jī)120的天線122。獨(dú)立的收發(fā)機(jī)120接收這個(gè)打包數(shù)據(jù)并將其置于LAN上。中心控制器100從LAN接收IP包、提取數(shù)據(jù)并以所需方式處理它。反過來，中心控制器100將欲用于監(jiān)控裝置310的打包數(shù)據(jù)置于LAN上。獨(dú)立的收發(fā)機(jī)120接收該打包數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)奖O(jiān)控裝置310的天線312。監(jiān)控裝置310中的收發(fā)機(jī)314接收該包、從所接收的包提取數(shù)據(jù)并作為響應(yīng)而控制監(jiān)控裝置的工作。
另外，當(dāng)監(jiān)控裝置未被對接時(shí)，來自電池318的功率給監(jiān)控裝置310中的電路供電。
在圖1中所示和上述的實(shí)施例中，傳輸介質(zhì)從當(dāng)監(jiān)控裝置310對接時(shí)(光學(xué))到當(dāng)它未被對接時(shí)(RF)發(fā)生變化。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在兩種模式下共享相同的傳輸介質(zhì)是可能的。圖2示出用于具有當(dāng)對接時(shí)與中心控制器100進(jìn)行通信的可選裝置的監(jiān)控裝置310。在圖2中，監(jiān)控裝置310中的收發(fā)機(jī)314耦合于RF天線326，當(dāng)它被對接時(shí)，所述天線326在物理上被安排在對接站340附近。對接站340包括相應(yīng)的RF天線346，當(dāng)它被對接時(shí)，所述天線346在物理上被安排在監(jiān)控裝置310中的RF天線326附近。這些天線326和346可以是小的并被安排得彼此接近。監(jiān)控裝置310中以點(diǎn)線表示的屏蔽328包圍天線326，而對接站340中的相應(yīng)屏蔽348包圍天線346。當(dāng)監(jiān)控裝置310在對接站340中被對接時(shí)，在物理上安排屏蔽328和348合作以完全屏蔽天線326和346，這樣它們不向周圍區(qū)域輻射，并且這樣周圍區(qū)域中的如可由外科設(shè)備產(chǎn)生的RF干擾，不在它們之間的通信中產(chǎn)生干擾。
以這種方式，中心控制器100可使用公用的RF收發(fā)機(jī)用于對接和未對接監(jiān)控裝置310兩者。當(dāng)對接時(shí)使用成對RF天線326和346，而當(dāng)未對接時(shí)使用成對RF天線110和312。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，來自對接站340中的RF天線346的信號電平將比來自廣播天線110的強(qiáng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，為能在中心控制器100中使用正常動(dòng)態(tài)范圍的RF收發(fā)機(jī)，衰減器和/或放大器是必要的。
圖3示出用于當(dāng)對接和未對接時(shí)具有用于與中心控制器100進(jìn)行通信的另一可選裝置的監(jiān)控裝置310。在圖3中，監(jiān)控裝置310不包括如圖1和圖2中的天線312。相反，在圖3中，所嵌入的天線326既如圖2中用作當(dāng)監(jiān)控裝置310被對接時(shí)的RF天線，也可如圖3中的粗之字線所示用作當(dāng)監(jiān)控裝置310未被對接時(shí)的RF天線。如在圖2中，當(dāng)監(jiān)控裝置310被對接時(shí)，屏蔽326和346合作以將天線326和346從周圍區(qū)域完全屏蔽。然而在圖3中，當(dāng)監(jiān)控裝置310未被對接時(shí)，屏蔽328和348分開而天線326能向周圍區(qū)域發(fā)射。就是說，天線326能如以上所述向中心位置上的天線110或醫(yī)院內(nèi)任何多個(gè)獨(dú)立式的天線進(jìn)行發(fā)射。此外，對接站340中的天線346能用作接收來自監(jiān)控裝置310中天線326的RF信號的獨(dú)立天線之一(如122-圖1)。因此，即使當(dāng)它未被對接時(shí)，監(jiān)控裝置310中的天線326也能與對接站340中的天線346進(jìn)行通信。這在圖3中由細(xì)之字線來表示。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，通過使用冗余的傳輸介質(zhì)可獲得附加的可靠性。例如，監(jiān)控裝置310和對接站340可包括如圖1中所示的光學(xué)變換器320和342，也可包括如圖2和圖3中所示的RF天線326和346。在工作中，兩種介質(zhì)被用于同時(shí)在監(jiān)控裝置310和對接站340之間傳輸數(shù)據(jù)。
圖4a為示出用于實(shí)現(xiàn)如圖1中所示分離變壓器322、344和相應(yīng)光學(xué)變換器320、342的設(shè)備的組件圖。在圖4a中，左上部分中的組件表示包含在監(jiān)控裝置310中的單元，而右下部分中的組件表示包含在對接站340中的單元。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程中，這兩種組件被分別模制到監(jiān)控站310和對接站340的側(cè)面中這樣的位置使當(dāng)監(jiān)控裝置310在對接站340中被對接時(shí)，它們以將在以下較具體描述的方式對準(zhǔn)。
對接站340中的組件包括形成分離變壓器322、344初級的部分344。初級344包括磁透過單元，它在所示實(shí)施例中為分別具有中心極462以及兩個(gè)外圍極464和466的鐵氧體框架444。初級344進(jìn)一步包括具有開口468的印刷電路板(PCB)442，中心極462通過所述開口468伸出。PCB 442亦包括其它開口，外圍極464和466通過它們伸出。這種PCB 442優(yōu)選為具有近似于10或更多層的多層PCB。通過沿中心的芯布置跡線(為簡化圖，未表示)并逐層提供直通以形成繞組的圓筒，以已知的方式在緊圍用于中心極462的開口468的區(qū)域于PCB 44中來制作繞組。當(dāng)每個(gè)繞組圈中的間隙串聯(lián)連接在一起時(shí)，這種圓筒相當(dāng)于一層傳統(tǒng)的線圈纏繞變壓器繞組。繞中心極462的繞組附加圓筒能以相同方式形成。許多其它繞組匝可在單層上的螺旋繞組上以這種方式實(shí)現(xiàn)。PCB 442中的繞組形成分離變壓器的初級繞組344。
類似地，監(jiān)控裝置310中的組件包括形成分離變壓器322、344次級的部分322。次級322包括磁透過單元，例如分別具有中心極422以及兩個(gè)外圍極424和426的鐵氧體框架404。這些極的面在圖4a中以交叉陰影線示出。這些極422、424、426分別對應(yīng)于分離變壓器初級344中的中心極462以及外圍極464和466，并被制作以使當(dāng)監(jiān)控裝置310在對接站340中被對接時(shí)，這些極422、424、426的面與初級344中的相應(yīng)極462、464、466的面(未表示)對準(zhǔn)。次級322進(jìn)一步包括具有開口428的印刷電路板(PCB)402，中心極422通過所述開口428伸出。PCB 402包括其它開口，外圍極424和426通過它們伸出。以上述方式，在PCB 402中緊圍著用于中心極422的開口的、以虛線表示為432的區(qū)域中來制作繞組。PCB 402中的繞組形成分離變壓器的次級繞組322。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，圖4a中所示的磁芯404和444為匹配的E芯。如眾所周知的，在E芯中，繞中心極的繞組形成一個(gè)磁場極而包圍中心極的外部的兩個(gè)極形成另一個(gè)磁場極。在圖4a中，中心極422和462相當(dāng)于相應(yīng)E芯中的中心極而外圍極426、466和424、464相當(dāng)于相應(yīng)E芯中的外部極。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步認(rèn)識到，盡管為了分別提供次級和初級繞組，PCB 402、442必須包圍中心極422和462，然而并沒有因?yàn)殡娀虼诺脑蚨枰狿CB 402、442包圍外圍極424、464和426、466。
另外，本領(lǐng)域的從業(yè)者將認(rèn)識到，磁框架404、444可由包括鐵或?qū)盈B鐵的任何磁透過材料來制作。然而，除了其它因素，從初級344傳遞到次級322的功率的效率還將隨著所選的磁性材料而變化。
在優(yōu)選實(shí)施例中，次級322中的極422、424、426的面以及初級344中的極462、464、466的面被制作得分別與監(jiān)控裝置310和對接站340的外殼表面很接近，這樣僅有一薄層的非磁性非導(dǎo)體材料例如塑料來覆蓋它們。圖4b示出當(dāng)監(jiān)控裝置310從對接站340脫離時(shí)沿箭頭490的方向觀察的圖4a中所示的分離變壓器的端視圖。在圖4b中，左手側(cè)表示監(jiān)視裝置310而右手側(cè)表示對接站340。在圖4b中，交叉陰影線區(qū)域表示封裝材料，如塑料。制作監(jiān)控裝置310中的鐵芯404和對接站340中的鐵芯444以使很薄一層的塑料淀積于所述極422、424、426和462、464、466的面的頂上。在所示的實(shí)施例中，所述極的面上的塑料厚度為千分之10到15英寸。如上所述，PCB 402和442分別提供次級和初級繞組。圖4c示出監(jiān)控裝置310與對接站340對接時(shí)的分離變壓器的端視圖。在對接位置，相應(yīng)鐵芯404和444的極面之間的塑料厚度合計(jì)為千分之20到30英寸。這提供了很高程度的磁性耦合以及相應(yīng)高的磁和功率的傳輸效率。
圖4a亦示出用于實(shí)現(xiàn)光學(xué)變換器320和342的設(shè)備。對接站340中的光學(xué)變換器342包括發(fā)光二極管(LED)446形式的光學(xué)發(fā)射器和光敏晶體管448形式的光學(xué)接收器。監(jiān)控裝置310中的光學(xué)變換器320亦包括LED 410形式的光學(xué)發(fā)射器和光敏晶體管408形式的光學(xué)接收器。響應(yīng)于通過相應(yīng)的PCB 442、402提供給它們的電信號這些LED和光敏晶體管以已知方式來進(jìn)行工作。當(dāng)監(jiān)控裝置310被對接在對接站340中時(shí)，在物理上安排對接站中的LED 446以使其光發(fā)射僅被監(jiān)控裝置310中的光敏晶體管408接收，而在物理上安排監(jiān)控裝置310中的LED 410以使其光發(fā)射僅被對接站340中的光敏晶體管448接收。如上所述，光學(xué)變換器320、342的使用消除了因周圍RF場而導(dǎo)致的相反作用，如上所述可能在手術(shù)室中發(fā)生的。
如參照圖2所述的，LED和光敏晶體管可用以已知方式屏蔽的、可能為帶狀線的小的RF天線來代替或增加。由于僅需要單個(gè)RF收發(fā)機(jī)而非RF收發(fā)機(jī)和光學(xué)收發(fā)機(jī)，RF鏈接的使用簡化了中心位置100中所需的電路。如果有適當(dāng)?shù)钠帘?，干擾RF信號的相反作用可達(dá)最小。
在工作中，當(dāng)監(jiān)控裝置310在對接站340中被對接時(shí)，由圖4a中的虛線箭頭所示和圖4c中所示，從電源200向包圍分離變壓器初級344中的中心極462的PCB 442中的初級繞組(未表示)提供交流電。這個(gè)交流電在由初級和次級鐵氧體框架444、404形成的框架內(nèi)感應(yīng)一磁場。如上所述，中心極462、422以及外圍極464、424和466、426的面是對準(zhǔn)的并僅由塑料薄層隔離。因此，完整的磁路是由中心極462、422以及外圍極464、424和466、426形成的。由此在監(jiān)控裝置310中的PCB 402中的次級繞組(亦未表示)中感應(yīng)次級電流。將這個(gè)次級電流供給電源316以向監(jiān)控裝置310供電并給電池318充電。同時(shí)，LED 446與光敏晶體管408以及LED 410與光敏晶體管448的對準(zhǔn)提供了監(jiān)控裝置310和對接站340之間的全雙工數(shù)據(jù)通信。
由于繞中心極462、422的PCB 442、402有相對寬的區(qū)域，相對大量的繞組可繞這些極來制作。還有，面向并接近其對應(yīng)的適配(congruent)次級繞組的這個(gè)大的初級繞組區(qū)域使耦合最大而使損失最小。另外，由于所述極462、422，464、424以及466、426的面有相對小的間隔，因而僅有較小的磁通量泄漏。與先前的分離變壓器相比，這導(dǎo)致圖4中所示的分離變壓器有近似于85％的增加的工作效率。使用這些原理可實(shí)現(xiàn)緊湊、有效的配置。
權(quán)利要求
1.一種使用電隔離組合功率和信號耦合器系統(tǒng)的便攜病人監(jiān)控器裝置，包括功率耦合器，包括包括中心極和外圍極的磁透過單元；和形成開口的繞組，中心極通過該開口伸出；以及電隔離數(shù)據(jù)變換器；其中所述便攜病人監(jiān)控器裝置適合于通過以下與對接站對接，(a)形成磁路，所述磁路包括所述便攜病人監(jiān)控器裝置中的磁透過單元和所述對接站中相應(yīng)的磁透過單元，以及(b)將所述便攜病人監(jiān)控器裝置中的數(shù)據(jù)變換器耦合到所述對接站中相應(yīng)的變換器以支持所述便攜病人監(jiān)控器裝置到網(wǎng)絡(luò)的連接和雙向數(shù)據(jù)交換。
2.依照權(quán)利要求1的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中，所述雙向交換的數(shù)據(jù)包括通過所述便攜病人監(jiān)控器裝置得到的病人監(jiān)控器參數(shù)和用于控制所述便攜與病人連接裝置的功能的信息。
3.依照權(quán)利要求1的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中，所述便攜裝置的所述網(wǎng)絡(luò)連接包括至少(a)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)兼容連接，(b)通用串行總線(USB)兼容連接，(c)局域網(wǎng)(LAN)兼容連接和(d)I.E.E.E.協(xié)議兼容連接之一。
4.依照權(quán)利要求1的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中磁透過單元為鐵氧體框架。
5.依照權(quán)利要求1的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中磁透過單元被安排以具有非磁性非導(dǎo)體材料的相對薄的覆蓋。
6.依照權(quán)利要求5的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中相對薄的覆蓋基本上為千分之10到15英寸。
7.依照權(quán)利要求5的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中非磁性非導(dǎo)體材料為塑料。
8.依照權(quán)利要求1的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中繞組由包括開口的印刷電路板構(gòu)成，磁透過單元的中心極通過該開口伸出。
9.依照權(quán)利要求8的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中印刷電路板為多層印刷電路板而繞組包括繞每層上的開口的跡線，其通過相鄰層之間的直通來連接以形成跡線的圓筒。
10.依照權(quán)利要求8的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中繞組包括多個(gè)跡線圓筒。
11.依照權(quán)利要求1的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中電隔離數(shù)據(jù)變換器為光學(xué)數(shù)據(jù)，包括至少(a)發(fā)光二極管和(b)光敏晶體管之一。
12.依照權(quán)利要求1的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中電隔離數(shù)據(jù)變換器包括射頻(RF)數(shù)據(jù)變換器。
13.依照權(quán)利要求12的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中RF數(shù)據(jù)變換器包括天線。
14.依照權(quán)利要求13的便攜病人監(jiān)控器裝置，其中天線被屏蔽。
15.一種使用電隔離、組合的功率和信號耦合器系統(tǒng)的對接站，包括功率耦合器，包括包括中心極和外圍極的磁透過單元；和形成開口的繞組，中心極通過該開口伸出；以及電隔離數(shù)據(jù)變換器；其中所述對接站適合于通過以下與便攜病人監(jiān)控器裝置對接，(a)形成磁路，所述磁路包括所述便攜病人監(jiān)控器裝置中的磁透過單元和所述對接站中相應(yīng)的磁透過單元，以及(b)將所述便攜病人監(jiān)控器裝置中的數(shù)據(jù)變換器耦合到所述對接站中相應(yīng)的變換器以支持所述便攜病人監(jiān)控器裝置到網(wǎng)絡(luò)的連接和雙向數(shù)據(jù)交換。
16.依照權(quán)利要求15的對接站，其中，所述雙向交換的數(shù)據(jù)包括通過所述便攜病人監(jiān)控器裝置得到的病人監(jiān)控器參數(shù)和用于控制所述便攜與病人連接裝置的功能的信息。
17.依照權(quán)利要求15的對接站，其中，所述便攜裝置的所述網(wǎng)絡(luò)連接包括至少(a)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)兼容連接，(b)通用串行總線(USB)兼容連接，(c)局域網(wǎng)(LAN)兼容連接和(d)I.E.E.E.協(xié)議兼容連接之一。
18.依照權(quán)利要求15的對接站，其中磁透過單元為鐵氧體框架。
19.依照權(quán)利要求15的對接站，其中安排磁透過單元以具有非磁性非導(dǎo)體材料的相對薄的覆蓋。
20.依照權(quán)利要求19的對接站，其中相對薄的覆蓋基本上為千分之10到15英寸。
21.依照權(quán)利要求19的對接站，其中非磁性非導(dǎo)體材料為塑料。
22.依照權(quán)利要求15的對接站，其中繞組由包括開口的印刷電路板構(gòu)成，磁透過單元的中心極通過該開口伸出。
23.依照權(quán)利要求22的對接站，其中印刷電路板為多層印刷電路板而繞組包括繞每層上的開口的跡線，其通過相鄰層之間的直通來連接以形成跡線的圓筒。
24.依照權(quán)利要求22的對接站，其中繞組包括多個(gè)跡線圓筒。
25.依照權(quán)利要求15的對接站，其中電隔離數(shù)據(jù)變換器為光學(xué)數(shù)據(jù)，包括至少(a)發(fā)光二極管和(b)光敏晶體管之一。
26.依照權(quán)利要求15的對接站，其中電隔離數(shù)據(jù)變換器包括射頻(RF)數(shù)據(jù)變換器。
27.依照權(quán)利要求26的對接站，其中RF數(shù)據(jù)變換器包括天線。
28.依照權(quán)利要求27的對接站，其中天線被屏蔽。
29.一種適合于在便攜病人監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中使用的通信系統(tǒng)，包括用于通過所選對接站在便攜裝置和中心控制器之間提供第一電隔離雙向通信通道的電路；用于在便攜裝置直接和中心控制器之間提供第二電隔離雙向通信通道的電路；用于當(dāng)便攜裝置對接于所選對接站時(shí)通過第一通信通道建立通信否則通過第二通信通道建立通信的電路。
30.權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述便攜病人監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)包括，雙向耦合于網(wǎng)絡(luò)的中心控制器；每個(gè)都雙向耦合于網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)對接站；以及能夠與所選對接站之一對接的一個(gè)或多個(gè)便攜裝置。
31.權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中響應(yīng)于至少一個(gè)(a)便攜病人監(jiān)控器裝置的對接，(b)檢測所建立通信通道上的通信損失以及(c)檢測特定通信通道的不存在，用于建立通信的所述電路自動(dòng)選擇并建立一特定通信通道。
32.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中用于提供第一通信通道的電路包括對接站中用于接收來自網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)兼容數(shù)據(jù)的電路；和便攜裝置中用于從所接收的網(wǎng)絡(luò)兼容數(shù)據(jù)提取數(shù)據(jù)的電路。
33.權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中用于提供第二通信通道的電路進(jìn)一步包括耦合于網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立收發(fā)機(jī)，用于接收來自便攜裝置的網(wǎng)絡(luò)兼容數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)上的所接收網(wǎng)絡(luò)兼容數(shù)據(jù)。
34.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中用于提供第二通信通道的電路包括中心控制器中用于依照預(yù)定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)兼容數(shù)據(jù)并將這個(gè)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)奖銛y裝置的電路；和便攜裝置中用于接收來自中心控制器的網(wǎng)絡(luò)兼容數(shù)據(jù)并從所接收的網(wǎng)絡(luò)兼容數(shù)據(jù)提取數(shù)據(jù)的電路。
35.權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中用于提供第二通信通道的電路進(jìn)一步包括耦合于網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立收發(fā)機(jī)，用于接收來自中心控制器的網(wǎng)絡(luò)兼容數(shù)據(jù)并將這個(gè)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)奖銛y裝置。
36.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中每個(gè)便攜裝置都傳輸病人監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)至中心控制器，而中心控制器將用于控制便攜裝置工作的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖銛y裝置。
37.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中網(wǎng)絡(luò)傳輸依照預(yù)定網(wǎng)絡(luò)兼容協(xié)議格式化的數(shù)據(jù)；并且每個(gè)便攜裝置包括用于依照網(wǎng)絡(luò)兼容協(xié)議產(chǎn)生數(shù)據(jù)的電路。
38.權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所選網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是從由互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)、通用串行總線(USB)、I.E.E.E.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和局域網(wǎng)(LAN)協(xié)議構(gòu)成的組里選擇的。
39.在電隔離便攜病人監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，所述網(wǎng)絡(luò)包括中心控制器；一個(gè)或多個(gè)對接站，每個(gè)都與中心控制器耦合以進(jìn)行通信；以及一個(gè)或多個(gè)便攜裝置，每個(gè)都能夠與所選的一個(gè)對接站對接；一種通信系統(tǒng)包括用于通過所選對接站提供從便攜裝置到中心控制器的第一電隔離通信通道的電路；用于提供從便攜裝置到中心控制器的第二電隔離通信通道的電路；用于當(dāng)便攜裝置對接于所選對接站時(shí)通過第一通信通道建立通信否則通過第二通信通道建立通信的電路。
40.權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中每個(gè)對接站中的數(shù)據(jù)變換器通過硬連線耦合于中心控制器。
41.權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中每個(gè)對接站中的變換器都包括無線通信天線；并且每個(gè)便攜裝置中的變換器都包括當(dāng)便攜裝置與所選對接站對接時(shí)被安排與所選對接站中的無線通信天線進(jìn)行通信的無線通信天線。
42.權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中中心控制器包括無線通信天線；并且每個(gè)便攜裝置中用于提供第二通信通道的電路包括當(dāng)便攜裝置未與任何的對接站對接時(shí)，被安排來與中心控制器中的天線交換數(shù)據(jù)的附加無線天線。
43.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中中心控制器包括無線通信天線；并且當(dāng)便攜裝置未與任何的對接站對接時(shí)進(jìn)一步安排便攜裝置中的無線通信天線與中心控制器中的天線交換數(shù)據(jù)。
44.權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中中心控制器包括無線通信天線；并且每個(gè)便攜裝置中用于提供第二通信通道的電路包括當(dāng)便攜裝置未與任何的對接站對接時(shí)，被安排來與中心控制器中的天線交換數(shù)據(jù)的無線天線。
45.權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中用于建立通信的電路耦合于提供第一天線通道的電路并包括當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)在第一通信通道上時(shí)確定便攜裝置對接于所選對接站的電路。
46.權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中每個(gè)對接站進(jìn)一步包括電隔離功率耦合器；每個(gè)便攜裝置進(jìn)一步包括當(dāng)便攜裝置對接于所選對接站時(shí)被安排接收來自所選對接站中功率耦合器的功率的電隔離功率耦合器；并且用于建立通信的電路包括每個(gè)便攜裝置中耦合于便攜裝置中功率耦合器、當(dāng)檢測到所接收功率時(shí)確定便攜裝置對接于所選對接站的電路；以及每個(gè)對接站中耦合于對接站中功率耦合器、當(dāng)在對接站中的功率耦合器上檢測到負(fù)載時(shí)確定便攜裝置對接于該對接站的電路。
47.一種用于與病人連接的監(jiān)控系統(tǒng)的電隔離、組合功率和信號耦合器，包括功率耦合器，包括包括中心極和外圍極的磁透過單元；和初級繞組，其形成開口，中心極通過該開口伸出；以及電隔離數(shù)據(jù)變換器；以及一種能夠與對接站對接的便攜裝置，包括功率耦合器，包括包括中心極和外圍極的磁透過單元；和次級繞組，其形成開口，中心極通過該開口伸出；以及電隔離數(shù)據(jù)變換器；其中當(dāng)便攜裝置與對接站對接時(shí)，安排便攜裝置中的磁透過單元和對接站中的磁透過單元以形成磁路，并且安排便攜裝置中的數(shù)據(jù)變換器和對接站中的數(shù)據(jù)變換器以交換數(shù)據(jù)。
48.權(quán)利要求47的功率耦合器，其中當(dāng)便攜裝置與對接站對接時(shí)，安排對接站中的磁透過單元與監(jiān)控裝置中的磁透過單元具有基本上千分之20到30英寸的相對小的間隔。
全文摘要
公開一種用于與病人連接的裝置的電隔離組合功率和信號耦合器。對接站和能夠與對接站對接的便攜裝置，每個(gè)都包括功率耦合器和電隔離數(shù)據(jù)變換器。各自的功率耦合器包括一包含中心極和外圍極的磁透過單元以及一有開口的印刷電路板，中心極通過所述開口伸出。印刷電路板包括包圍中心極開口的繞組初級繞組在對接站中而次級繞組在便攜裝置中。當(dāng)便攜裝置與對接站對接時(shí)，安排便攜裝置中的磁透過單元和對接站中的磁透過單元以形成磁路，而安排便攜裝置中的數(shù)據(jù)變換器和對接站中的數(shù)據(jù)變換器以交換數(shù)據(jù)。
文檔編號A61B5/00GK1440254SQ01809730
公開日2003年9月3日 申請日期2001年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月20日
發(fā)明者C·凱利, S·紐厄爾, T·魯斯 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司