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技術 患者に接続される機器に対して電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラシステム

出願人 ドレーガーメディカルシステムズインコーポレイテッド
発明者 クリフォードケリースコットニューウェルトーマスラス
出願日 2001年11月20日 (19年6ヶ月経過) 出願番号 2002-543957
公開日 2004年5月13日 (17年1ヶ月経過) 公開番号 2004-513732
状態 特許登録済
技術分野 脈拍・心拍・血圧・血流の測定 診断用測定記録装置
主要キーワード 信号カプラ 光トランスデューサ アセンブリ図 モニタリングパラメータ コイルリング 電力ソケット 分離トランス 螺旋状巻線
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題・解決手段

患者に接続される機器に対して電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラコンビネーションシステムを提案する。ドッキングステーションと、これにドッキングされるポータブル機器とが設けられており、これらはそれぞれパワーカプラおよび電気的に絶縁されたデータトランスデューサを含む。各パワーカプラは中央極および周辺極を有する透磁性エレメントと、開口部を介して中央極の突出したプリント回路板とを有する。プリント回路板は中央極の開口部を包囲するコイルを含む。1次コイルはドッキングステーション内に存在し、2次コイルはポータブル機器内に存在する。ポータブル機器がドッキングステーション内にドッキングされているときにはポータブル機器内の透磁性エレメントとドッキングステーション内の透磁性エレメントとのあいだに磁気回路が生じ、またポータブル機器内のデータトランスデューサとドッキングステーション内のデータトランスデューサとがデータを交換するように構成されている。

概要

背景

概要

患者に接続される機器に対して電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラコンビネーションシステムを提案する。ドッキングステーションと、これにドッキングされるポータブル機器とが設けられており、これらはそれぞれパワーカプラおよび電気的に絶縁されたデータトランスデューサを含む。各パワーカプラは中央極および周辺極を有する透磁性エレメントと、開口部を介して中央極の突出したプリント回路板とを有する。プリント回路板は中央極の開口部を包囲するコイルを含む。1次コイルはドッキングステーション内に存在し、2次コイルはポータブル機器内に存在する。ポータブル機器がドッキングステーション内にドッキングされているときにはポータブル機器内の透磁性エレメントとドッキングステーション内の透磁性エレメントとのあいだに磁気回路が生じ、またポータブル機器内のデータトランスデューサとドッキングステーション内のデータトランスデューサとがデータを交換するように構成されている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラコンビネーションシステムを使用するポータブル患者モニタリング装置において、パワーカプラと電気的に絶縁されたデータトランスデューサとを有しており、パワーカプラは中央極および周辺極を含む透磁性エレメントと中央極の突出する開口部を形成するコイルとを含んでおり、当該の患者モニタリング装置はドッキングステーションへのドッキングに適するように構成されており、(a)当該の患者モニタリング装置内の透磁性エレメントと相応のドッキングステーション内の透磁性エレメントとを含む磁気回路が形成され、(b)当該の患者モニタリング装置内のデータトランスデューサが相応のドッキングステーション内のデータトランスデューサに結合され、当該の患者モニタリング装置とネットワークとのコネクション支援され、双方向でデータが交換されることを特徴とするポータブルな患者モニタリング装置。

請求項2

双方向で交換されるデータは当該の患者モニタリング装置から得られた患者モニタリングパラメータと、当該の患者モニタリング装置の機能を制御する情報とを含む、請求項1記載の装置。

請求項3

当該の患者モニタリング装置のネットワークコネクションは(a)インターネットプロトコル(IP)コンパティブルなコネクション、(b)ユニバーサルシリアルバス(USB)コンパティブルなコネクション、(c)ローカルエリアネットワーク(LAN)コンパティブルなコネクション、(d)I.E.E.E.プロトコルコンパティブルなコネクションのうち少なくとも1つを含む、請求項1記載の装置。

請求項4

透磁性エレメントはフェライトアーマチュアである、請求項1記載の装置。

請求項5

透磁性エレメントは非導磁性かつ非導電性の材料の薄いカバーを有するように構成されている、請求項1の装置。

請求項6

前記薄いカバーはほぼ1inchの1/10000から1/15000である、請求項5記載の装置。

請求項7

前記非導磁性かつ非導電性の材料はプラスティクスである、請求項5記載の装置。

請求項8

前記コイルはプリント回路板から成り、該コイルの開口部を介して透磁性エレメントの中央極が突出している、請求項1記載の装置。

請求項9

前記プリント回路板は多層プリント回路板であり、前記コイルは各層上で開口部を包囲するトレースを有しており、隣接する層を貫通接続することによりトレースのシリンダが形成されている、請求項8記載の装置。

請求項10

コイルは複数のトレースのシリンダを有する、請求項8記載の装置。

請求項11

電気的に絶縁されたデータトランスデューサは(a)発光ダイオードまたは(b)フォトトランジスタのうち少なくとも1つを含む光データトランスデューサである、請求項1記載の装置。

請求項12

電気的に絶縁されたデータトランスデューサは無線周波数(RF)データトランスデューサである、請求項1記載の装置。

請求項13

前記無線周波数データトランスデューサはアンテナを含む、請求項1記載の装置。

請求項14

前記アンテナはシールドされている、請求項13記載の装置。

請求項15

電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラのコンビネーションシステムを使用するドッキングステーションにおいて、パワーカプラと電気的に絶縁されたデータトランスデューサとを有しており、パワーカプラは中央極および周辺極を含む透磁性エレメントと中央極の突出する開口部を形成するコイルとを含んでおり、当該のドッキングステーションは患者モニタリング装置へのドッキングに適するように構成されており、(a)当該のドッキングステーション内の透磁性エレメントと相応の患者モニタリング装置内の透磁性エレメントとを含む磁気回路が形成され、(b)当該のドッキングステーション内のデータトランスデューサが相応の患者モニタリング装置内のデータトランスデューサに結合され、患者モニタリング装置とネットワークとのコネクションが支援され、双方向でデータが交換されることを特徴とするドッキングステーション。

請求項16

双方向で交換されるデータは患者モニタリング装置から送出された患者のモニタリングパラメータと、患者モニタリング装置の機能を制御する情報とを含む、請求項15記載のドッキングステーション。

請求項17

患者モニタリング装置のネットワークコネクションは(a)インターネットプロトコル(IP)コンパティブルなコネクション、(b)ユニバーサルシリアルバス(USB)コンパティブルなコネクション、(c)ローカルエリアネットワーク(LAN)コンパティブルなコネクション、(d)I.E.E.E.プロトコルコンパティブルなコネクションのうち少なくとも1つを含む、請求項15記載のドッキングステーション。

請求項18

透磁性エレメントはフェライトアーマチュアである、請求項15記載のドッキングステーション。

請求項19

透磁性エレメントは非導磁性かつ非導電性の材料の薄いカバーを有するように構成されている、請求項15のドッキングステーション。

請求項20

前記薄いカバーはほぼ1inchの1/10000から1/15000である、請求項19記載の装置。

請求項21

前記非導磁性かつ非導電性の材料はプラスティクスである、請求項19記載の装置。

請求項22

前記コイルはプリント回路板から成り、該コイルの開口部を介して透磁性エレメントの中央極が突出している、請求項15記載の装置。

請求項23

前記プリント回路板は多層プリント回路板であり、前記コイルは各層上で開口部を包囲するトレースを有しており、隣接する層を貫通接続することによりトレースのシリンダが形成されている、請求項22記載の装置。

請求項24

コイルは複数のトレースのシリンダを有する、請求項22記載の装置。

請求項25

電気的に絶縁されたデータトランスデューサは(a)発光ダイオードまたは(b)フォトトランジスタのうち少なくとも1つを含む光データトランスデューサである、請求項15記載の装置。

請求項26

電気的に絶縁されたデータトランスデューサは無線周波数データトランスデューサ(RF)である、請求項15記載の装置。

請求項27

前記無線周波数データトランスデューサはアンテナを含む、請求項15記載の装置。

請求項28

前記アンテナはシールドされている、請求項27記載の装置。

請求項29

ポータブルな患者モニタリング装置のネットワークで使用するのに適した通信ステムにおいて、ポータブルな患者モニタリング装置と中央制御装置とのあいだに選択されたドッキングステーションを介して電気的に絶縁された第1の双方向通信チャネルを設ける回路と、ポータブルな患者モニタリング装置と中央制御装置とのあいだに直接に電気的に絶縁された第2の双方向通信チャネルを設ける回路と、ポータブルな患者モニタリング装置が選択されたドッキングステーションにドッキングされているときには第1の通信チャネルを介して通信を確立し、そうでない場合には第2の通信チャネルを介して通信を確立する回路とを有することを特徴とする通信システム。

請求項30

当該のポータブルな患者モニタリング装置のネットワークはネットワークに双方向に結合された中央制御装置と、ネットワークに双方向に結合された1つまたは複数のドッキングステーションと、選択されたドッキングステーションにドッキング可能な1つまたは複数のポータブルな患者モニタリング装置とを有する、請求項29記載のシステム。

請求項31

前記通信を確立する回路は(a)ポータブルな患者モニタリング装置のドッキングの検出、(b)確立された通信チャネルでの通信失敗の検出、(c)特定の通信チャネルの欠落の検出のうち少なくとも1つの条件に応じて自動的に特定の通信チャネルを選択し、通信を確立する、請求項29記載のシステム。

請求項32

第1の通信チャネルを設ける回路は、ネットワークコンパティブルなデータをネットワークから受信するためのドッキングステーション内の回路と、受信されたネットワークコンパティブルなデータからデータを抽出するためのポータブルな患者モニタリング装置内の回路とを有する、請求項30記載のシステム。

請求項33

第1の通信チャネルを設ける回路はさらに、ネットワークコンパティブルなデータをポータブルな患者モニタリング装置から受信し、受信されたネットワークコンパティブルなデータをネットワーク上で処理するために、ネットワークに結合されたスタンドアローン型トランシーバを有する、請求項29記載のシステム。

請求項34

第2の通信チャネルを設ける回路は、ネットワークコンパティブルなデータを所定のネットワークプロトコルにしたがって生成し該データをワイヤレスでポータブルな患者モニタリング装置へ送信するための中央制御装置内の回路と、受信された中央制御装置のネットワークコンパティブルなデータからデータを抽出するためのポータブルな患者モニタリング装置内の回路とを有する、請求項30記載のシステム。

請求項35

第2の通信チャネルを設ける回路はさらに、中央制御装置のネットワークコンパティブルなデータを受信し、該データをワイヤレスにポータブルな患者モニタリング装置へ送信するために、ネットワークに結合されたスタンドアローン型トランシーバを有する、請求項29記載のシステム。

請求項36

各ポータブルな患者モニタリング装置は患者のモニタリングデータを中央制御装置へ送信し、中央制御装置は各ポータブルな患者モニタリング装置を制御するデータをこれらへ送信する、請求項30記載のシステム。

請求項37

ネットワークは所定のネットワークコンパティブルなプロトコルにしたがってフォーマット化されたデータを送信し、各ポータブルな患者モニタリング装置は該ネットワークコンパティブルなプロトコルにしたがってデータを生成する回路を有する、請求項30記載のシステム。

請求項38

ネットワークプロトコルはインターネットプロトコル(IP)、ユニバーサルシリアルバス(USB)プロトコル、I.E.E.E.ネットワークプロトコル、ローカルエリアネットワーク(LAN)プロトコルから成るグループから選択される、請求項37記載のシステム。

請求項39

中央制御装置と、該中央制御装置との通信を行う1つまたは複数のドッキングステーションと、選択されたドッキングステーションにドッキング可能な1つまたは複数のポータブル機器とを有する電気的に絶縁されたポータブルな患者モニタリング装置のネットワーク内の通信システムにおいて、ポータブル機器と中央制御装置とのあいだに選択されたドッキングステーションを介して電気的に絶縁された第1の通信チャネルを設ける回路と、ポータブル機器と中央制御装置とのあいだに直接に電気的に絶縁された第2の通信チャネルを設ける回路と、ポータブル機器が選択されたドッキングステーションにドッキングされているときには第1の通信チャネルを介して通信を確立し、そうでない場合には第2の通信チャネルを介して通信を確立する回路とを有することを特徴とする通信システム。

請求項40

各ドッキングステーション内のデータトランスデューサはハードワイヤにより中央制御装置へ結合されている、請求項39記載のシステム。

請求項41

ドッキングステーション内のトランスデューサワイヤレス通信アンテナを有しており、ポータブル機器内のトランスデューサもワイヤレス通信アンテナを有しており、後者のアンテナはポータブル機器が選択されたドッキングステーションにドッキングされているときにはそのトランスデューサのと通信するように構成されている、請求項39記載のシステム。

請求項42

中央制御装置はワイヤレス通信アンテナを有しており、各ポータブル機器内の第1の通信チャネルを設ける回路が付加的なワイヤレスアンテナを有しており、該付加的なワイヤレスアンテナはポータブル機器がドッキングステーションにドッキングされていないときに中央制御装置のアンテナとデータを交換するように構成されている、請求項39記載のシステム。

請求項43

中央制御装置はワイヤレス通信アンテナを有しており、ポータブル機器のワイヤレスアンテナはさらにポータブル機器がドッキングステーションにドッキングされていないときに中央制御装置のアンテナとデータを交換するように構成されている、請求項42記載のシステム。

請求項44

中央制御装置はワイヤレス通信アンテナを有しており、各ポータブル機器内の第2の通信チャネルを設ける回路がワイヤレスアンテナを有しており、後者のアンテナはポータブル機器がドッキングステーションにドッキングされていないときに中央制御装置のアンテナとデータを交換するように構成されている、請求項39記載のシステム。

請求項45

通信を確立する回路は第1の通信チャネルを設ける回路に結合されており、かつデータが第1の通信チャネル上で検出された際にポータブル機器が選択されたドッキングステーションにドッキングされていることを判別する回路を有する、請求項39記載のシステム。

請求項46

各ドッキングステーションは電気的に絶縁されたパワーカプラを有しており、各ポータブル機器はこれらが選択されたドッキングステーションにドッキングされているときにパワーカプラからパワーを受け取るように構成されかつ電気的に絶縁されたパワーカプラを有しており、通信を確立する回路は、各ポータブル機器内でパワーカプラに接続されておりかつパワーの受信が検出された際にポータブル機器が選択されたドッキングステーションにドッキングされていることを判別する回路と、各ドッキングステーション内でパワーカプラに接続されておりかつパワーカプラに負荷が検出された際にポータブル機器が選択されたドッキングステーションにドッキングされていることを判別する回路とを有する、請求項39記載のシステム。

請求項47

患者に接続される機器用のドッキングステーションは、パワーカプラおよび電気的に絶縁されたデータトランスデューサを含み、該パワーカプラは中央極および周辺極を含む透磁性エレメントと、開口部を介して中央極の突出する開口部を形成する1次コイルとを含み、ドッキングステーションにドッキング可能なポータブル機器は、パワーカプラおよび電気的に絶縁されたデータトランスデューサを含み、該パワーカプラは中央極および周辺極を含む透磁性エレメントと、開口部を介して中央極の突出する開口部を形成する2次コイルとを含み、ポータブル機器がドッキングステーション内にドッキングされているときには、ポータブル機器内の透磁性エレメントとドッキングステーション内の透磁性エレメントとのあいだに磁気回路が生じ、ポータブル機器内のデータトランスデューサとドッキングステーション内のデータトランスデューサとがデータを交換するように構成されていることを特徴とする電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラのコンビネーションシステム。

請求項48

ドッキングステーション内の透磁性エレメントは、ポータブル機器がドッキングステーションにドッキングされているとき、ポータブル機器内の透磁性エレメントからほぼ1inchの1/20000から1/30000だけ小さく離隔されて配置される、請求項47記載のパワーカプラ。

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0001

本発明の属する技術分野
本発明は医療環境にある患者に接続されるポータブル医療モニタリング装置に対して電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラステムに関する。

0002

発明の背景
医療環境にある患者のためのモニタリングシステムは以前から知られている。こうしたモニタは患者へ取り付けられるように構成された電極を含んでいる。この電極は患者の生理学的機能を表す電気信号を受信する。これらの信号の値は幾つかの形式で表示される。例えば心電図システムECGは特に患者の胸部に取り付けられる電極を有している。この電極は患者の心臓の瞬間的な動作を表す電気信号を受信する。ECG電極の信号に関連する波形を表すイメージディスプレイ装置上に表示され、これを用いて医師分析を行う。

0003

最近では、病院施設において、患者から収集された全てのモニタリングデータと、これらの患者について収集された他のデータ、例えばlab検査結果などとを中央位置内で維持することの利点が認識されている。こうした手法によりその患者について病院内のどこにいても情報を手に入れることができるからである。こうした構成では患者の情報、すなわちモニタリング装置から得られたデータは病院内の任意の場所から中央位置で受信され、ここに蓄積される。

0004

以前は、モニタリング装置は固定位置、例えば検査室に保持されていた。このタイプのモニタリングを必要とする患者はモニタリング装置のある部屋まで移動し、モニタリング装置に接続されていた。モニタリング装置はACパワーソケット内へ固定位置でプラグインされる。さらに固定位置でのモニタリング装置と中央の記憶位置とのあいだの直接のワイヤ接続は保持され、これによりモニタリングデータを中央位置へ送信して記憶することができる。ただし最近では、患者のモニタリングをつねに維持することが重要であると認識される場合があり、例えば病室、検査室、手術室などのあいだを患者が搬送される際などがそうである。こうしたことからモニタリング装置をポータブル化することが要求されるようになった。こうすることにより患者が1つの場所から他の場所へ移動する際にモニタリング装置もともに移動される。モニタリング装置をポータブル化することには2つの問題点があり、第1に移動中のモニタリング装置への電力供給の形態、第2に移動中のモニタリング装置と中央位置とのあいだのデータリンクの維持の形態である。

0005

モニタリング装置へ電力を供給することに関する問題点はバッテリをモニタリング装置内に設けることにより解決される。ただしこれについて当業技術者にはバッテリに充電が必要となること、患者の搬送の時間が制限されることが明らかである。現行のポータブルなモニタリング装置は適切な全ての固定位置(例えば手術室、検査室および病室)に固定のドッキングステーションを有している。患者がこうした場所の1つにいるとき、ポータブルなモニタリング装置はその場所のドッキングステーション内へ挿入される。これらのドッキングステーションはその場所のAC電源に接続され、モニタリング装置内のバッテリへの充電電流を供給される。これによりバッテリは充電量を保持できる。患者が移動するときには、モニタリング装置はバッテリが充電された状態でドッキングステーションから取り外され、患者とともに次のドッキングステーションを利用できるようになるまで移動される。

0006

ドッキングステーションがAC電源に接続されており、この電力を直接に患者へ、特に上半身印加することが危険であることは周知である。このため全ての電力を患者に取り付けられる電極から絶縁することを保証する規格が開発されてきた。つまりAC電力ソケットとポータブルなモニタリング装置とのあいだの直接の接続なしにバッテリの充電電流をポータブルなモニタリング装置に供給することが要求される。これはモニタリング装置がドッキングされているときドッキングステーションのマグネットコアを包囲するモニタリング装置内の周知のボビン型の分離トランスの技術を用いて行われている。AC電流はドッキングステーション内のマグネットコア周囲に交流磁束誘導し、ドッキング状態ではマグネットコアがモニタリング装置内のボビンに電流を誘導する。この電流はモニタリング装置に対する動作電力を供給し、充電されたバッテリを周知の手段で維持する。約60%の動作効率がこの周知のシステムで得られる。

0007

モニタリング装置がドッキングされているときのデータリンクの維持に関する問題点は、モニタリング装置から中央位置へモニタリングデータを送信するためにワイヤレスリンク、例えば無線周波数リンク(RFリンク)を設けることにより解決される。各モニタリング装置はRFトランシーバおよびアンテナを有する。各ドッキングステーションも相応のRFトランシーバおよびアンテナを有する。さらにフリースタンディングアンテナおよびトランシーバが病院全域にわたって、特に患者の移動が頻繁に行われるホールなどに配置される。ドッキングステーション内の各トランシーバおよび各フリースタンディングトランシーバは中央位置へワイヤを介して接続されている。ドッキングステーションとモニタリング装置とのあいだのRF通信を使用してさらなる電気的絶縁が達成される。

0008

患者が固定位置にあり、モニタリング装置がドッキングステーションに配置されている場合、このドッキングステーションはRF信号をモニタリング装置から受信し、ワイヤ接続を介してデータを中央位置へ送信する。患者が1つの固定位置から別の位置へ移動される際には、フリースタンディングアンテナ/トランシーバがRF信号をモニタリング装置から受信し、データを中央位置へ送信する。これにより患者を連続的にモニタリングすることができる。

0009

ただしモニタリング装置からの連続的なRF送信が問題を生じるおそれがある場所ではこれに配慮しなければならない。例えば電気メスではRFエネルギ手術中の組織凝固血の切除に利用している。こうした機器予測不能な量のRFエネルギを発生するので、モニタリング装置のRFリンクに干渉することがある。しかもこうした環境ではモニタリングデータがたった1つでも失われたり障害を受けたりしないことが重要である。

0010

ポータブルなモニタリング装置では、電力効率が50%以上となり、潜在的なRF干渉が最小となることが望ましい。

0011

発明の概要
本発明の基本方式により、患者に接続される機器に対して電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラのコンビネーションシステムを提案する。ドッキングステーションと、これにドッキングされるポータブル機器とが設けられており、これらはそれぞれパワーカプラおよび電気的に絶縁されたデータトランスデューサを含む。各パワーカプラは透磁性エレメントを含み、該エレメントは中央極、周辺極、および開口部を介して中央極の突出したプリント回路板を有する。プリント回路板は中央極の開口部を包囲するコイルを含む。1次コイルはドッキングステーション内に存在し、2次コイルはポータブル機器内に存在する。ポータブル機器がドッキングステーション内にドッキングされているときにはポータブル機器内の透磁性エレメントとドッキングステーション内の透磁性エレメントとのあいだに磁気回路が生じ、またポータブル機器内のデータトランスデューサとドッキングステーション内のデータトランスデューサとがデータを交換するように構成されている。

0012

図面の簡単な説明
図1には中央位置、ドッキングステーション、およびポータブルなモニタリング装置などを含むモニタリングシステムのブロック図が示されている。図2図3には代替的な送信メディアを使用するモニタリング装置のブロック図が示されている。図4には図1のモニタリング装置のパワーおよびデータの送信機構アセンブリの概略図が示されている。

0013

実施例の詳細な説明
図1には中央位置、ドッキングステーション、およびポータブルなモニタリング装置を含むモニタリングシステムのブロック図が示されている。図1には複数のポータブルなモニタリング装置310(300A、300B)とドッキングステーション340とが示されており、これらはそれぞれ中央制御装置100および中央の電力供給部200へ接続されている。各モニタリング装置310は患者(患者A、患者B)に取り付けられる電極324を含んでいる。

0014

ポータブルな各モニタリング装置310はRFアンテナ312を有している。RFアンテナ312の双方向端子は相応のトランシーバ314の端子へ結合されている。トランシーバ314はモニタリング装置310内の(図示されていない)他の回路に接続されている。ポータブルなモニタリング装置はそれぞれバッテリ318を有している。バッテリ318は電力供給部316へ接続されている。電力供給部316はモニタリング装置310内の(図示されない)他の回路へ周知の手段で接続されている。上述の回路の設計、動作および接続の形態は当業技術者には周知であり、しかも本発明にとってはそれほど重要ではないので、これ以上は立ち入らない。

0015

図示の実施例での光トランスデューサ320はワイヤレス双方向フルデュプレクス光トランスデューサである。当業技術者であればこのトランスデューサが送信のための発光ダイオードLEDと光信号を受信するフォトトランジスタとを含むことが容易に理解できるはずである。光トランスデューサ320の双方向端子は相応のトランシーバ314の端子に接続されている。トランシーバ314の(図示されていない)データ端子はモニタリング装置310の(図示されていない)他の回路へ接続されている。

0016

モニタリング装置310は分離トランスの2次コイル322を含んでいる。2次コイル322は電力供給部316の入力端子に接続されている。分離トランス316の構造および動作は後に詳述する。

0017

各ドッキングステーション340はワイヤレス双方向フルデュプレクス光トランスデューサである光トランスデューサ342を有している。光トランスデューサ342はモニタリング装置310内の光トランスデューサ320に相応しており、モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされているときには、相応の光トランスデューサ320、342のあいだでフルデュプレクス通信を行えるように構成されている。

0018

ドッキングステーション340は分離トランスの1次コイル344を含んでいる。1次コイル344は分離トランスのモニタリング装置310内の2次コイル322に対応しており、これとトランスを形成するように構成されている。このトランスにはモニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされているときには電力が供給される。

0019

図1には中央制御装置100が示されている。中央制御装置100はローカルエリアネットワークLANに接続された双方向データ端子を有している。このLANは病院内の種々の(図示されていない)ワークステーションを接続しており、ワイドエリアネットワークWAN、例えばインターネットへの(図示されていない)ブリッジも有している。複数のドッキングステーション340内の光トランスデューサ342は双方向でLANへ接続されている。ここでは光トランスデューサ342はLANを介して中央制御装置100へ接続されている形態で示されているが、当業技術者であれば、双方向の信号線路が直接に光トランスデューサ342と複数のドッキングステーション340とのあいだ、および相応の中央制御装置100の双方向端子とのあいだを接続してもよいことは容易に理解されるであろう。この場合、各信号線路はドッキングステーション340と中央制御装置100とのあいだで直接の通信を行うために使用される。

0020

中央制御装置100はRFアンテナ110も含む。このRFアンテナ110は無線送信を介して周知の手法でモニタリング装置310の各RFアンテナ312と通信する。図には1つのアンテナ110しか示されていないが、当業技術者には病院内全域に分散された複数のアンテナを中央制御装置100に接続できることは容易に理解できるであろう。例えばスタンドアローン型のトランシーバ120がLANに接続されている。スタンドアローン型のトランシーバ120はRFアンテナ122を有しており、図1ゴースト線で示したように、ポータブルなモニタリング装置310とデータを交換することができる。前述のように、スタンドアローン型のトランシーバはそれぞれ直接の接続を介して中央制御装置100へ接続することもできる。これらのスタンドアローン型のトランシーバはポータブルなモニタリング装置310がドッキングされず移動する場合の通信のために病院内全域に配置されている。

0021

電力供給部200は複数の基地局340の1次側344に接続されている。図1では分離したエレメントとして示されているが、標準的なAC電源分配システムは複数の基地局340の複数の1次側344へ電力を供給するために用いられる。

0022

動作中、モニタリング装置310はドッキング状態または非ドッキング状態の2つのステータスのうち一方をとる。図の上方のモニタリング装置310およびドッキングステーション340の組300Aは非ドッキング状態にあり、図の下方のモニタリング装置310およびドッキングステーション340の組300Bはドッキング状態にある。一般に、モニタリング装置310がドッキングされているときには、データ通信は光トランスデューサ320、342を介して行われ、電力は分離トランス344、322を介してモニタリング装置310へ供給される。モニタリング装置310がドッキングされていないときには、通信はRFアンテナ312を介して行われ、電力はバッテリ318から供給される。

0023

非ドッキング状態の300Aでは、光トランスデューサ320とトランシーバ314とのあいだの接続は、図中ゴースト線で示されているように、現在のところ動作していない。これに対してアンテナ312とトランシーバ314とのあいだの接続は実線で示されており、動作中である。中央制御装置100のアンテナ110とモニタリング装置310のアンテナ312とのあいだのジグザグ線はモニタリング装置310と中央制御装置100とのあいだのRFリンクが維持されていることを示している。同様に、分離トランスの2次コイル322と電力供給部316とのあいだの接続はゴースト線で示されており、動作していない。一方バッテリ318と電力供給部316とのあいだの接続は実線で示されており、電力がバッテリ318から電力供給部316へ送信されていることがわかる。ドッキングステーション340の光トランスデューサ342とLANとのあいだのデータ交換、および電力供給部316と分離トランスの1次コイル344とのあいだの電力接続はゴースト線で示されており、現在のところは動作していない。

0024

ドッキング状態の300Bでは、アンテナ312とトランシーバ314とのあいだの接続は、図中ゴースト線で示されているように、現在のところ動作していない。これに対して光トランスデューサ320とトランシーバ314とのあいだの接続は実線で示されており、動作中である。ドッキングステーション340内の光トランスデューサ342とモニタリング装置310の光トランスデューサ320とのあいだのジグザグ線はモニタリング装置310と中央制御装置100とのあいだの光リンクが維持されていることを示している。同様に、分離トランスの2次コイル322と電力供給部316とのあいだの接続も実線で示されており、動作中である。バッテリ318と電力供給部316とのあいだの接続は矢印をともなう実線で示されており、充電電流が電力供給部316からバッテリ318へ供給されることがわかる。ドッキングステーション340の光トランスデューサ342とLANとのあいだのデータ交換、および電力供給部316と分離トランスの1次コイル344とのあいだの電力接続も実線で示されており、これらは動作中である。ここではモニタリング装置310のアンテナ312と中央制御装置100のアンテナ110とのあいだのジグザグ線は示されておらず、RF通信が行われていないことが見て取れる。

0025

当業技術者にとっては、中央制御装置100が複数のモニタリング装置310と同時に通信し、モニタリング装置310がドッキングされているドッキングステーション340へはLANおよび/または(図示されていない)ハードワイヤ接続を介して接続が行われ、および/またはドッキングされていないモニタリング装置310へはワイヤレスRFリンクを介して接続が行われることは容易に理解できるはずである。同時通信を行う周知の技術、例えば時分割多重アクセス周波数分割多重アクセス、パケット通信やこれらの技術の組み合わせを用いて、こうした同時通信が行われる。例えば種々のプロトコルが複数のネットワークノード間でのネットワーク通信に対して一般に利用されている。より詳しく云えば、これらのプロトコルはインターネットプロトコルIP、ユニバーサルシリアルバスUSB、I.E.E.E.ネットワークプロトコルなどである。これらの周知のプロトコルのいずれも複数のモニタリング装置310と中央制御装置100とのあいだでLANを介した通信を行うために利用することができる。同じプロトコルがドッキングされていないモニタリング装置310と中央制御装置100のアンテナ110とのあいだで、ワイヤレスRFによる直接通信、LANを介して中央制御装置100へ接続されたスタンドアローン型のトランシーバ120による通信、またはハードワイヤ接続を介した通信にも用いられる。

0026

モニタリング装置310内の周知の回路およびドッキングステーション340内の周知の回路により、モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされていることが検出される。1つの実施例では、モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされているときにのみ電力が供給されるので、ドッキングステーション340内の回路は1次コイル344にかかる負荷(2次コイル322)を検出し、相応のモニタリング装置310内の回路は2次コイル322での電力の有無を検出する。別の実施例では、モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされているときにのみデータが光トランスデューサ320、342の組を介して交換されるので、モニタリング装置310の回路は光トランスデューサ320からのデータの有無を検出し、相応のドッキングステーション340内の回路は光トランスデューサ342からのデータの有無を検出する。

0027

モニタリング装置310がドッキングされていることをドッキングステーション340が検出すると、中央制御装置100はLANを介したドッキングステーション340内の光トランスデューサ320との通信を開始する。同時にモニタリング装置310がドッキング状態を検出し、トランシーバ314が光トランスデューサ320へ接続され、LANを介して光トランスデューサ320、342と中央制御装置100との通信が開始される。より詳細に云えば、モニタリング装置310のトランシーバ314がLANの使用しているネットワークプロトコル、例えばIPパケットにしたがったデータを生成し、このパケットデータが光トランスデューサ320、342の組を介してLANへ送出されるのである。中央制御装置100はこのIPパケットをLANから受け取ってデータを抽出する。このデータはさらに中央制御装置100で処理される。例えば、患者のモニタリングデータが中央位置に記憶される。同時に、中央制御装置100からのモニタリング装置310に対するデータがパケット化され、LANへ送出される。このパケットデータは光トランスデューサの組320、342を介してモニタリング装置310で受信される。トランシーバ314はデータを抽出し、モニタリング装置310の動作を受信されたデータに定められている手法で制御する。例えばモニタリングパラメータは中央制御装置100によって設定され、また変更される。

0028

同時に、モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされていることが検出されると、電力が分離トランスの2次コイル322からモニタリング装置310のバッテリ318を含む回路へ供給される。

0029

モニタリング装置310がドッキングされていないことをドッキングステーション340が検出すると、中央制御装置100に報知され、RFアンテナ110による通信が開始される。同時にモニタリング装置310も非ドッキング状態を検出し、トランシーバ314がRFアンテナ312へ接続され、RFリンクを介して中央制御装置100との通信が開始される。上述のように、トランシーバ314は選択されたネットワークプロトコル、例えばIPパケットにしたがってデータを生成する。このパケットデータはワイヤレスのRFアンテナ110を介して中央制御装置100へ送信される。中央制御装置100はこのIPパケットを受け取り、データを抽出してこれを処理する。つまり例えば患者のモニタリングデータが記憶される。同時に、中央制御装置100からモニタリング装置310に対するデータがパケット化され、LANへ送出される。中央制御装置100はこのパケットデータをワイヤレスのRFアンテナ110を介してモニタリング装置310のアンテナ312へ送信する。モニタリング装置310のトランシーバ314はIPパケットを受け取り、データを抽出し、これに応じてモニタリング装置310の動作を制御する。

0030

これに代えて、スタンドアローン型のトランシーバ120がワイヤレスのRF信号を介してモニタリング装置310と通信を行うこともできる。この場合、モニタリング装置310のアンテナ312はパケット化された患者のモニタリングデータをスタンドアローン型のトランシーバ120のアンテナ122へ上述のように送信する。スタンドアローン型のトランシーバ120はこのパケットデータを受け取り、これをLANへ送出する。中央制御装置100はIPパケットをLANから受け取り、データを抽出して所望のように処理する。中央制御装置100のほうからはモニタリング装置310のためのパケットデータがLANへ送出される。スタンドアローン型のトランシーバ120はそのパケットデータを受け取り、それをモニタリング装置310のアンテナ312へ送信する。モニタリング装置310のトランシーバ314はパケットを受け取り、受信したパケットからデータを抽出し、これに応じてモニタリング装置の動作を制御する。

0031

さらに、モニタリング装置310がドッキングされていないときには、バッテリ318からの電力はモニタリング装置310内の回路へ供給される。

0032

図1に示されている上述の実施例では、モニタリング装置310はドッキングされている状態とドッキングされていない状態とで伝達媒体が光信号またはRF信号に変化する。ただし当業技術者には2つのモードで同じ伝達媒体を使用できることが理解できるだろう。図2にはドッキング状態で中央制御装置100と通信する第1の手段を備えたモニタリング装置310が示されている。図2では、モニタリング装置310内のトランシーバ314がRFアンテナ326へ物理的に接続され、ドッキングされていればドッキングステーション340に隣接することがわかる。ドッキングステーション340は相応のRFアンテナ346を有しており、これはドッキングされていれば物理的にはモニタリング装置310のRFアンテナ326に隣接するように構成されている。これらのアンテナ326、346は小さく、相互に近傍に配置することができる。点線で示されたシールド328はモニタリング装置310内でアンテナ326を包囲しており、相応のドッキングステーション340内のシールド348はアンテナ346を包囲している。シールド328、348は物理的にはモニタリング装置310がドッキングされているときには共働してアンテナ326、346を完全にシールドするように構成されている。これによりアンテナは周囲に電波放射せず、外科器具によって生成されるようなRF干渉に起因する通信妨害なども発生しなくなる。

0033

このようにして、中央制御装置110はモニタリング装置310のドッキング状態および非ドッキング状態の2つのステータスで共通のRFトランシーバを使用することができる。ドッキングされているときにはRFアンテナの組326、346が使用され、ドッキングされていないときにはRFアンテナの組110、312が使用される。また当業技術者にはドッキングステーション340のRFアンテナ346からの信号レベルのほうがブロードキャストアンテナ110からの信号レベルよりも強いことは容易に理解されるであろう。さらに、RFトランシーバを中央制御装置100の通常のダイナミックレンジで使用するためにはアッテネータおよび/またはアンプが必要となることも明らかである。

0034

図3には、ドッキング状態または非ドッキング状態で中央制御装置100と通信する第2の手段を有するモニタリング装置310が示されている。図3ではモニタリング装置310は図1図2のアンテナ312を含まない。その代わりに図3の実施例では、埋め込み型アンテナ326がRFアンテナとしてモニタリング装置310がドッキングされている図2と同様な場合にも、ドッキングされていない図3の太いジグザグ線のような場合にも動作する。図2の実施例と同様に、モニタリング装置310がドッキングされているときには、シールド326、346が共働して周囲領域からアンテナ326、346を完全に遮蔽する。ただし図3の実施例でモニタリング装置310がドッキングされていないときには、シールド328、348は分離され、アンテナ346とは周囲への送信が可能な状態となる。つまりアンテナ326は中央位置のアンテナ110、または病院内のフリースタンディングアンテナのうちのいずれかへ前述のように送信を行うことができる。さらに、ドッキングステーション340のアンテナ346はスタンドアローン型のアンテナの1つ(図1のアンテナ122など)として機能することができ、モニタリング装置310のアンテナ326からのRF信号を受け取る。したがってモニタリング装置310のアンテナ326は非ドッキング状態であってもドッキングステーション340のアンテナ346と通信が可能である。このことは図3の細いジグザグ線によって示されている。

0035

当業技術者は冗長的な伝達媒体を用いることによってさらなる信頼性が得られることを理解できるであろう。例えばモニタリング装置310およびドッキングステーション340は光トランスデューサ320、342の双方を図1と同様に含み、また図2図3と同様にRFアンテナ326、346を含む。動作中はこれらの媒体はモニタリング装置310とドッキングステーション340とのあいだで同時にデータを送信するために用いられる。

0036

図4のaには図1に示されている分離トランス322、344と相応する光トランスデューサ320、342とをインプリメントした装置のアセンブリ図が示されている。図4のaでは左上方部分のアセンブリはモニタリング装置310内に収容されているエレメントとドッキングステーション340内に収容されているエレメントとを表している。実際のインプリメンテーションでは、これら2つのアセンブリはモニタリング装置310の側面およびドッキングステーション340の側面にそれぞれ鋳込み成形される。ここではこれは、モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされているときには、アセンブリが以下に詳述するような手法でアライメントされる位置で行われる。

0037

ドッキングステーション340内のアセンブリは分離トランスの1次コイルを形成するセクション344を含んでいる。1次コイル344は透磁性エレメントを有している。このエレメントは図示の実施例ではフェライトアーマチュア444であり、これは1つの中央極462と2つの周辺極464、466とを有している。1次コイル344はさらにプリント回路板PCB442を含み、これは中央極462を突出させる開口部468を有している。さらにプリント回路板442は周辺極464、466を突出させる別の開口部も有している。プリント回路板442は有利には10個以上の層列を有する多層プリント回路板である。コイルはプリント回路板442内の、直接に中央極462の開口部468を包囲する領域で製造される。これは(簡単化のために図示していないが)トレース中央コアの周囲に配置して、層どうしをつなぐフィードスルーを設けてコイルのシリンダを形成する手法で行われる。このシリンダは各コイルリング内のギャップが相互に連続して接続されると、従来のボビン巻線型トランスの層に相応する。中央極462の周囲に付加的なシリンダ状コイルを同様の手法で形成してもよい。多数のコイルのターンがこのようにして1つの層上の螺旋状巻線の上方に実現される。プリント回路板442のコイルは分離トランスの1次コイル344を形成する。

0038

同様に、モニタリング装置310内のアセンブリは分離トランスの2次コイルを形成するセクション322を含んでいる。2次コイル322は透磁性エレメントを有している。このエレメントは図示の実施例ではフェライトアーマチュア404であり、これは1つの中央極422と2つの周辺極424、426とを有している。これらの極の端面は図4のaにハッチングで示されている。中央極422および周辺極424、426はそれぞれ分離トランスの1次コイル344の中央極462および周辺極464、466にそれぞれ相応しており、モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされるときには、これらの極の端面が(図示されていない)相応の1次コイル344の極462、464、466の端面に対してそれぞれアライメントされるように製造されている。2次コイル322はさらにプリント回路板PCB402を含み、これは中央極422を突出させる開口部428を有している。プリント回路板はさらに周辺極424、426を突出させる別の開口部も有している。コイルはプリント回路板402内の、直接に中央極422のための開口部を包囲する領域に製造される。これはゴースト線432で示されており、上述の手法と同様に行われる。プリント回路板402のコイルは分離トランスの2次コイル322を形成している。

0039

当業技術者にとっては図4のaに示されたマグネットコア404、444がE字形コア適合することは容易に理解できるはずである。周知のように、E字形コアでは中央極の周囲の巻線が一方のフィールド磁極を形成し、中央極を包囲する外側の2つの極が他方のフィールド極を形成している。図4のaでは中央極422、462がそれぞれE字形コアの中央極に相応し、周辺極426、466および424、464がそれぞれE字形コアの外側極に相応する。当業技術者にはプリント回路板402、442が中央極422、462を包囲してそれぞれ1次コイルおよび2次コイルを形成しなければならないことは明らかである。ここではプリント回路板402、442に対して周辺極424、464および426、466を電磁気的な理由から包囲しなければならないという要求は生じない。

0040

さらに当業技術者には、磁気アーマチュア404、444が鉄または積層鉄を含む透磁性材料から製造されることも容易に理解されるであろう。ただし1次コイル344から2次コイル322へ伝達される電力の効率は、他の要素に比べ、特に選択された磁性材料に依存して変化することに留意されたい。

0041

有利な実施例では、2次コイル322の極422、424、426の端面と1次コイル344の極462、464、466の端面とはそれぞれモニタリング装置310およびドッキングステーション340のケーシングの表面のきわめて近傍に製造されており、これにより非導磁性かつ非導電性の材料、例えばプラスティクスの薄い層のみでこれらをカバーすることができる。図4のbには、モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされていないとき、図4のaの分離トランスを矢印490の方向で見た場合の端部が示されている。図4のbでは左方にモニタリング装置310が示されており、右方にドッキングステーション340が示されている。図4のbではハッチング領域としてカプセル材料、例えばプラスティクスが示されている。モニタリング装置310のフェライトコア404およびドッキングステーション340のフェライトコア444は、プラスティクスのきわめて薄い層が極422、424、426および462、464、466の端面の最上部に堆積されるように製造される。図示の実施例では、極の端面上方のプラスティクスの厚さは1inchの1/10000〜1/15000である。プリント回路板402、442はそれぞれ上述のように2次コイルおよび1次コイルを形成する。図4のcにはモニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされているときの分離トランスの端部が示されている。ドッキング状態では、各フェライトコア404、444の極間のプラスティクスの厚さは全部で1inchの1/20000〜1/30000である。これにより高度な磁気結合が得られ、相応に高い磁気効率および電力伝達効率が達成される。

0042

図4のaにはさらに光トランスデューサ320、342をインプリメントした装置が示されている。ドッキングステーション340内の光トランスデューサ342は発光ダイオードLED446の形態の光送信器と、フォトトランジスタ448の形態の光受信器とを有している。モニタリング装置310内の光トランスデューサ320も発光ダイオードLED410の形態の光送信器と、フォトトランジスタ408の形態の光受信器とを有している。これらのLEDおよびフォトトランジスタは周知の手法で、それぞれのプリント回路板442、402を介して供給される電気信号に応じて駆動される。モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされているときには、ドッキングステーション340内のLED446はその発光がモニタリング装置310内のフォトトランジスタ408によってのみ受信されるように物理的に配置されており、モニタリング装置310内のLED410はその発光がドッキングステーション340内のフォトトランジスタ448によってのみ受信されるように物理的に配置されている。光トランスデューサ320、342を使用することにより、RFフィールドを包囲することに起因して例えばオペレーティングルーム内で発生するような前述の悪影響が低減される。

0043

図2に関連して前述したように、LEDおよびフォトトランジスタ448は例えば周知の手法でシールドされたストリップラインの形態の小さなRFアンテナと置き換えることができる。RFリンクの使用により、中央位置100で要求される回路はRFトランシーバおよび光トランシーバの双方でなく唯一のRFトランシーバのみを有すればよいことになるため、簡単化される。適切なシールドを施せばRF信号への干渉の悪影響も最小化することができる。

0044

動作中、モニタリング装置310がドッキングステーション340にドッキングされているとき(図4のaの破線矢印または図4のcに示されている状態)には、交流電流が電力供給部200から分離トランスの1次コイル344の中央極462を包囲するプリント回路板442の(図示されていない)1次巻線へ供給される。この交流電流は1次フェライトアーマチュア444および2次フェライトアーマチュア404によって形成されるアーマチュア内に磁気フィールドを誘導する。前述のように、中央極462、422の端面および周辺極464、424および466、426の端面は互いにアライメントされ、プラスティクスの薄い層のみによって分離されている。したがって完全な磁気回路が中央極462、422および周辺極464、424および466、426によって形成される。2次電流はモニタリング装置310内のプリント回路板402の(図示されていない)2次コイル内に誘導される。この2次電流は電力供給部316へ供給され、これによりモニタリング装置310への給電が行われ、バッテリ318が再充電される。同時にLED446とフォトトランジスタ408とのアライメント、およびLED410とフォトトランジスタ448とのアライメントにより、モニタリング装置310とドッキングステーション340とのあいだのフルデュプレクスデータ通信が実現される。

図面の簡単な説明

0045

中央極462、422の周囲のプリント回路板442、402が比較的大きな面積を有するために、比較的多数の巻線を極の周囲に製造することができる。また1次コイルのエリアとこれに相応に近接して配置された同形同サイズの2次コイルのエリアとにより結合度最大化され、損失が最小化される。さらに、極462、422;464、424;466、426の端面の分離間隔が小さいため、磁束の漏れも僅かしか生じない。これにより図4の分離トランスの動作効率は従来の分離トランスに比べて85%のオーダーまで増大する。本発明の原理を用いることによりコンパクトかつ効率的なコンフィグレーションが実現される。

図1
モニタリングシステムのブロック図である。
図2
送信メディアの第1の構成を使用するモニタリング装置のブロック図である。
図3
送信メディアの第2の構成を使用するモニタリング装置のブロック図である。
図4
図1のモニタリング装置のパワーおよびデータの送信機構のアセンブリの概略図である。

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