CN101396263B - 压力导线组件 - Google Patents

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Abstract

用于测量病人体内压力的压力传感器导线组件，该组件包括：压力传感器元件，用于测量压力并响应于所述压力生成压力传感器信号；和压力传感器导线，该压力传感器导线在其末端具有所述压力传感器元件，并适于插入体内，从而将所述传感器元件定位在体内。另外，布置有传感器信号适配电路，该传感器信号适配电路为所述组件的集成部分，其中所述压力传感器信号被施加至所述适配电路，该适配电路适于自动地生成与所述传感器信号相关的以标准化格式的输出压力信号，从而测量的压力可由外部生理监视器提取。所述组件进一步包括布置在所述组件处的外部压力传感器，以测量病人体外的压力并依赖于该压力生成外部压力值该外部压力值被施加至位于所述组件中的压力补偿装置，在测量过程中，其被适配为适于生成反应外部压力波动的补偿值，其中该输出压力信号在被施加至外部生理监视器之前由所述补偿值进行补偿。

Description

压力导线组件
技术领域
本发明涉及一种如独立权利要求前序部分所述的组件。
背景技术
从EP-1,774,905中，获悉一种用于在特定压力下测量病人体内的生理变量的传感器导线组件，其权利已转让给作为受让人的本申请人。在EP文献中使用的压力传感器是微型半导体传感器，并且EP-1,774,905组件的一个目的是，用于解决不总与现存的病人监视器中的换能器放大器(transducer amplifiers)兼容的这些微型半导体传感器的电配置。例如，微型传感器常常不能在各种类型的病人监视器中找到的整个激励信号和频率范围上操作。因此，它们不能直接连接到已经在使用的多种病人监视器。为了与这种现存的监视器一起使用，必须在传感器和监视器之间放置特定接口。这种布置在接口上需要附加的电路，并且由于现有的监视器已经被设计用于提供仅仅有限量的功率，因此附加的电路可能需要独立的电源。因此，新型微型传感器的使用常常增加了整个系统的成本和复杂性。
另外，由于上述限制，这些传感器通常必须以直接可被生理监视器(例如，灵敏度可能不同)使用的方式被配置为能生成与感应到的压力成比例的输出信号，但是输出信号与由监视器供给至传感器的激励信号无关。如所说明的，这与商业上可以买到且已经在广泛使用的很多监视器所需的电格式不一致。为此，新型传感器只能与特定信号调制和显示单元一起使用，由此需要购买额外的设备。在当今医疗环境中，成本敏感性是如此盛行的今天，这尤其不是所期望的。
US-5,568,815公开了用于将传感器接口到病人监视器的一种接口电路。该接口电路包括接收由病人监视器产生的激励电源信号的电源供给电路，并且由此生成供接口电路上的电器件使用的不规则和规则的供给电压。进一步，电源供给电路生成适当的传感器激励信号。接口电路进一步包括用于接收由传感器生成的传感器输出信号的接收电路。然后，运算(scaling)电路将该信号缩放为与由传感器检测到的生理状况成比例且还与由病人监视器生成的激励动力信号成比例的参数信号。US-5,568,815装置的一个明显的缺点在于，为了将传感器连接到监视器，需要有接口电路形式的分开的附加单元。
在US-6,585,660中公开了一种类似的解决方案，该文献涉及一种将诸如导向导线安装压力传感器的各种传感器装置接口到生理监视器的信号调制装置。信号调制装置包括处理器，用于控制信号调制装置中的信号激励和信号调制电路。该处理器还将信号供给至位于信号调制装置上的输出极，表示由信号调制装置的传感器接口接收的处理过的传感器信号。用于信号调制装置中处理器的电源由从驱动输出极的生理监视器接收的激励信号来供给。另外，温度补偿电流源为至少一对阻抗传感器元件提供适配电流，以补偿该对阻抗传感器元件上的温度变化之间的差值，由此有助于消除阻抗传感器元件上的温度效应。
高级医疗设备协会(the Association of Advancement of MedicalInstrumentation，AAMI)已经定义里用于生理监视器的功率要求，特别是到传感器导线组件的输入/输出连接器必须遵循由美国国家标准协会(American National Standards Insti tute，ANSI)/AAMIBP22-1994(下面称为“BP22”)所制定的标准。根据BP22标准，布置在五线连接器电缆线近端的输入/输出连接器包括一对差分输出信号线。输出信号线由传感器驱动，适于将电路输出信号与模拟转换器适配(下面进一步讨论)。通过示例的方式，差分输出信号操作在5μV/mmHg/VEXC下。因此，-150μV/V至1650μV/V的操作范围代表-30至330mmHg的感应压力范围。用于差分输出信号的代表分辨率(最小步进)是0.2mmHg。
当将远端设置有压力传感器的压力导线插入病人的血管中，例如插入心脏的心静脉中，以测量本地收缩时，压力测量程序可能持续数个小时。发明人注意到，由于人体与环境空气压力相关，操作室中的环境空气压力的波动和变化可能对基于体内压力导线处的压力传感器中接收的测量结果进行的计算有显著的影响，，如果测量要执行更长的时间，例如几个小时的话，这可能特别明显。
为了全面理解本发明，将简要介绍整个测量程序的背景知识。
压力传感器导线的一个重要应用是能够通过执行所谓的血流储备分数测量(Fractional Flow Reserve-measurement，FFR)来标识冠状器官(例如，在大心静脉中的)的收缩。简言之，通过获得收缩时远端(distally)和近端(proximally)的压力之间的比值来确定FFR。实际上，开始时将导管及其末端插入并定位在例如大动脉内。导管的末端设置有传统类型的压力传感器，该传统类型的压力传感器是一般定位在病人身体外的传感器，且其被放置在与体腔连通的液体中，这该体腔处，导管的末端通过充满液体的导管线定位。体腔内的压力波动然后通过包含在内腔内的液体在导管的整个长度内流动，并使末端开口靠近导管末端的方式被间接地传导到压力传感器的振动膜。为此，由于液静态压力的波动和与液柱有关的其他不一致，使该系统的精确度受到影响。
当导管精确定位时，方式是将压力传感器导线插入导管的另一个内腔，并推进，直到位于压力传感器导线末端的压力传感器位于或靠近内腔的末端开口。然后执行与由导管压力传感器测量的与压力相关的压力传感器导线的压力传感器的校准。当完成执行校准时，进一步推进压力传感器，直到压力传感器元件定位在病人的收缩末端(distally)，然后组件准备测量压力并确定FFR。
由于压力传感器在测量程序开始时与周围压力校准，因此，测量的导管压力反应这些变化，然而从校准的压力传感器元件测量的压力不会反应这些变化，在测量过程中周围压力的变化可能对计算的FFR的精确性具有显著影响。因此，导管压力传感器测量与周围压力有关的压力，然而压力传感器导线的压力传感器测量的是绝对压力。在校准过程期间，压力传感器导线压力被设定为等于导管压力传感器的压力。
因此，本发明的目的是实现一种改进的压力传感器组件，其生成与外部压力变化无关的可靠的压力测量值、易于使用并具有更低的整体成本。
发明内容
上述目的通过根据独立权利要求的本发明来实现。
在从属权利要求中叙述了优选实施例。
根据本发明的压力传感器，当开始确定内部压力的程序时，压力监控传感器，即气压计，测量外部压力，并基于初始外部压力值和当前值确定补偿值，从而补偿在整个测量过程中出现的压力变化。通过确定当前压力值和初始压力值之间的差值，来确定压力差值，当前压力值即为执行压力测量时当时的压力值，然后通过该压力差值来补偿测量到的内部压力。
附图说明
图1示意地示出了根据本发明的第一实施例。
图2示意地示出了本发明的第一实施例的导线连接器的框图。
图3示意地示出了根据本发明的第二和第三实施例。
图4示意地示出了本发明的第二或第三实施例的收发器单元。
图5示意地示出了本发明的第二实施例的收发器单元的框图。
图6示意地示出了本发明的第二实施例通信单元的框图。
图7示意地示出了本发明的第三实施例的收发器单元的框图。
图8示意地示出了本发明的第三实施例的通信单元的框图。
具体实施方式
图1示意地示出了用于测量病人体内压力的压力传感器导线组件，和图2示出了示意地示出根据本发明的第一实施例的导线连接器的框图。
参考图2，本发明涉及一种用于测量病人体内压力的压力传感器导线组件。该组件包括压力传感器元件(图中未示出)，用于测量压力并响应于测量的压力生成压力传感器信号，压力传感器导线(图1)在其末端具有压力传感器元件，并适于插入病人的体内，从而将传感器元件定位在体内。该组件进一步包括传感器信号适配电路，作为该组件集成的一部分，其中压力传感器信号提供到适配电路，该适配电路适于自动地生成与传感器信号相关的标准格式的输出压力信号，从而测量的压力可以被外部生理监视器(图1)提取。传感器信号适配电路包括：可编程传感器调制单元，校准单元，作为可以将校准数据供给、存储和改变至的存储装置，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，能量装置和输出放大单元。
可编程传感器调制单元优选是特别设计用于桥式传感器的PGA309可编程模拟传感器调制器(德州仪器公司可以买到)。PGA309特别设计用于阻抗桥式传感器应用，并包含三个主增益模块，用于缩放差分输入桥式传感器信号。因此，如在上面所说明的，表示测量的生理变量的信号可以被适配，从而提供出监视器所期望格式的信号。该信号格式是通过提供到传感器信号适配电路的参考电压和由传感器测量的信号真实值来确定。PGA309可以被构造为与内部或外部参考电压一起使用。根据本发明，例如+2.5V的内部参考电压被从能量装置供给至PGA309。
因此，该适配电路生成与传感器信号有关的模拟输出电压信号，从而测量的生理变量，例如压力，可以被外部装置提取。
由于每个传感器元件是具有其各自特征的独立器件，因此每个传感器组件包括校准装置，优选是电可擦除的可编程只读存储器(EEPROM)，其中包括每个独立传感器导线组件所执行的传感器元件的校准期间获得的独立校准数据。该校准是与压力传感器导线的制造相关来进行的。校准数据考虑到诸如电压偏移和温度漂移等参数。
该桥式压力传感器优选是通过由PGA309电路所生成的激励电压VEXC从PGA309激励的。可替换为，该压力传感器可以从分离能量源来激励，例如电池或电容装置，或者来自外部电源，例如通过监视器的外部主电源。
对于例如由PGA309电路生成的给定电压VEXC，，桥的输出电压(VIN1-VIN2)是与施加到传感器的电压成比例的电压。因此，桥的传感器输出电压(VIN1-VIN2)(图2中的传感器信号)与施加到传感器的电压成比例，对于给定的压力，该值将随着施加的激励电压一起改变。该传感器输出电压优选地在传感器的位置处进行温度变化补偿，并将补偿的传感器输出电压施加到PGA309电路。该PGA309电路还包括用于调整来自该电路的输出信号的增益块，该增益块还可用于除了上面提到的输出放大装置之外的装置。
根据处理装置的另一个优选实施例，优选的是微处理器(例如，PICI16C770或nRF24E1，图2中用虚线示出)可以进一步用于处理和适配调制传感器的模拟输出电压VOUT，其输出电压通过PGA309可编程模拟传感器调制器来供给。来自PGA309电路的模拟输出信号在被施加到处理装置0之前进行A/D转换。为了将传感器信号适配为BP22信号标准，可能需要在将信号施加到生理监视器之前进一步处理传感器信号。例如，可能包含在处理装置中的多路数字-模拟转换器(digital-anlog converter，DAC)被提供有表示由传感器元件测量的信号和参考电压的数字数据(例如，12位字)。
该组件进一步包括布置在组件处的外部压力传感器，用于测量病人体外的压力并生成与依赖于该压力的外部压力值。外部压力值被施加到组件中的压力补偿装置，适于在测量程序期间生成反应外部压力波动的补偿值，并且该输出压力信号在被施加到外部生理监视器之前由该补偿值补偿。
压力传感器领域的普通技术人员能够识别出众多的压力传感器，可用作在根据本发明的压力导线组件中使用的外部压力传感器。下文中，将说明两个示例性的传感器。
外部压力传感器可以是VTI技术公司(VTI Technologies)制造的SCP1000-D01/D11数字绝对压力传感器，用于对于30kPa...120kPa和-20℃...70℃测量范围气压的压力测量和高度计应用。压力和温度输出数据被初始校准和补偿，并且在SCP1000和其主微控制器之间的通信利用SPI或I2C接口来实现。SCP1000是由VTI的3D MEMS电容感应元件、具有片上校准存储器的专用低压CMOS接口ASIC，4个预设的测量模块和LCP(Liquid Crysta lPlastic，液晶塑料)MID(Molded Interconnect Device，模制互联装置)外壳。该器件的表面可结合圆形垂直壁安装，用于简易防水密封。
另一种可应用的传感器是霍尼韦尔感应和控制公司制造的24PC系列的压力传感器，该传感器包括四个嵌入在薄的、化学蚀刻的硅振动膜面内的压电电阻器。压力变化致使振动膜弯曲，在振动膜和嵌埋的电阻器中引致压力。电阻器的值与施加的压力成比例，并产生电输出。这些传感器很小、成本低且可靠。它们呈现了优异的再现性、高精度和在变化环境条件下可靠性的特征。另外，它们在不同的传感器之间呈现了极高的操作特性一致性和无需再校准的互换性特征。
当初始化测量程序时，将初始外部压力值确定为初始测量的外部压力值，并且补偿装置适于生成与当前值和初始外部压力值之间的差值有关的补偿值。因此，每执行一次测量，即，对于在测量过程中通过压力传感器导线获得的和组件生成的每个压力值，对于任意外部压力波动都通过将压力值增加或减去补偿值来进行补偿。
根据本发明的第一实施例，该组件包括导线连接器，见图2，压力传感器导线的近端适于连接至该导线连接器。导线连接器通过连接电缆(图2中未示出)顺次连接至外部生理监视器。导线连接器包括上述传感器信号适配电路。
外部压力传感器优选地被布置在导线连接器中，但是可替换为可以沿着连接电缆布置。
压力补偿装置包括控制装置和存储装置，图中未示出，并且生成的外部压力值在被控制装置利用以确定补偿值之前存储在所述存储装置中。
图3示意地示出了根据本发明的第二和第三实施例，其中组件包括收发器单元和通信单元。压力传感器导线适于在其近端连接至收发器单元，利用通信单元，该收发器单元适于通过无线信号进行无线通信，并且该通信单元顺次连接至外部生理监视器，从而将输出压力信号转移至外部生理监视器。
图4示意地示出了本发明的第二或第三实施例的收发器单元。
现在将详细说明第二和第三实施例，其中通信信号是无线电频率信号。无线通信通过利用已建立的通信协议，例如蓝牙来实现。尽管结合无线电频率信号的使用来说明收发器单元和通信单元，但是应该理解的是，如果使用任何可替换的通信信号，例如光信号或磁信号，相关的特征可以等同地适用。
参考图3和4，收发器单元中的通信模块连接至天线6。图中示出，天线伸出到收发器单元的外部，但是可替换为，可以集成在收发器单元的外壳中。压力传感器导线适于插入收发器单元的细长开口8。开口在其内表面设置有多个电连接表面(未示出)，当插入开口8时，以连接至位于压力传感器导线近端的电极表面。收发器单元进一步设置有导线紧固装置(未示出)，以当正确地插入开口时牢固地固定导线。
根据优选实施例，收发器单元适于接纳外直径为0.35mm的压力传感器电线的近端，即细长开口8的内径比0.35mm略大。
当压力传感器导线固定至收发器单元时，在压力传感器插入病人期间，该单元可以用作扭矩装置。优选地，收发器单元设置有导向装置10，例如以在收发器单元的外表面上设置一个或多个细长肋的形式，或者提供具有粗糙表面的收发器单元。
压力传感器导线可以固定到收发器单元，从而在收发器单元沿着其纵向轴线旋转时，传感器导线也旋转，这是为了在插入过程期间导向传感器导线，这通常是必须的。作为可替换的方案，传感器导线可以相对于收发器单元旋转的方式固定至收发器单元。然后，通过一只手牢固地把持收发器单元并通过另一只手旋转传感器导线来实现传感器导线的旋转。
收发器单元优选地通过布置在收发器单元外壳处的启动按钮12来启动和初始化。该启动按钮优选为机械启动。
收发器单元包括能量装置，来为收发器单元和相连的压力传感器导线的电路供能。该能量装置优选的是例如可以包含在传感器信号适配电路中的电池或电容器。
压力传感器导线以及收发器单元优选地是应该在使用之前消毒的一次性单元。
收发器单元包括第一通信模块，以处理与设置有第二通信模块的通信单元的无线电频率通信(见图6和8)。
当将压力传感器导线插入收发器单元，并且通信单元连接至外部装置时，该系统准备使用。通过按压位于收发器单元上的启动按钮被启动，并然后尝试与通信单元建立无线电连接。这优选地通过传统的同步交换(hand shake procedure)程序来实现，从而识别收发器单元。该系统现在准备接收测量的传感器数据。
本发明的第二和第三实施例彼此的不同在于，在第二实施例中，外部压力传感器和压力补偿装置被布置在通信单元中，而在第三实施例中，外部压力传感器和压力补偿装置被布置在收发器单元中。
因此，图5和6分别示意地示出了本发明的第二实施例的收发器单元和通信单元的框图，而图7和8分别示意地示出了本发明的第三实施例的收发器单元和通信单元的框图。
关于第一、第二和第三实施例的共同特征和传感器信号适配电路的功能，参考结合图2的说明。
在第二和第三实施例中，在收发器单元中，特别是在传感器信号适配电路中(见图5和7)，执行传感器信号适配为例如BP22的信号标准的操作。然而，作为可替换方案，该适配的全部或仅仅部分可以取而代之通过布置在通信单元中的相应电路来执行。这些实施例在图6和8中示意地示出。通过无线传输的压力传感器值然后是为以“原始”测量数据的形式存在，该数据将由位于通信单元中的处理和调制装置来调制，从而根据规定的标准格式以正确的格式提供至外部系统。
因此，第二实施例通过图5和6示出，其中处理和调制装置应该在图6中省略掉。可替换的第二实施例也可通过图5和6示出，其中取而代之的是，可编程传感器调制装置应该在图5中省略掉。
在第二实施例中，外部压力传感器或者由位于通信单元中的能量装置来供能，或者通过外部监视器和/或外部主电源来供能。该能量装置例如为电池或电容器。
类似地，第三实施例通过图7和8示出，其中处理和调制装置应该在图8中省略掉。可替换的第三实施例也可通过图7和图8示出，其中取而代之的是，可编程传感器调制装置应该在图7中省略掉。
在第三实施例中，外部压力传感器通过位于收发器单元中的能量装置来供能，优选地是与为相连的压力传感器导线电路供能的相同的能量装置。该能量装置例如是电池或电容器。
本发明不限于上述优选实施例。可以使用各种可替换方案、修改或等同替换。因此，上面的实施例不应该认为是限制本发明的范围，本发明的范围应由随附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种压力传感器导线组件，用于测量病人体内的压力，该组件包括：
压力传感器元件，用于测量压力并响应于所述压力生成压力传感器信号；
压力传感器导线，该压力传感器导线在其末端具有所述压力传感器元件，并适于插入体内，从而将所述传感器元件定位在体内；
传感器信号适配电路，该传感器信号适配电路为所述组件的集成部分，其中所述压力传感器信号被施加至所述适配电路，该适配电路适于自动地生成与所述传感器信号相关的以标准化格式的输出压力信号，从而测量的压力可由外部生理监视器提取，其特征在于，所述组件进一步包括布置在所述组件中的外部压力传感器，以测量病人体外的压力，并依赖于该压力生成外部压力值，该外部压力值被施加至位于所述组件中的压力补偿装置，在测量过程中，压力补偿装置被适配为生成反应外部压力波动的补偿值，其中所述输出压力信号被施加至外部生理监视器之前由所述补偿值进行补偿，并且所述组件进一步包括收发器单元和通信单元，所述压力传感器导线适于在其近端连接至所述收发器单元，该收发器单元具有适于插入压力传感器导线近端的细长开口，收发器单元适于与所述通信单元通过通信信号无线通信，所述通信单元连接至所述外部生理监视器，从而将输出压力信号传输至所述外部生理监视器，并且外部压力传感器被布置在所述通信单元中；当初始化测量程序时，一初始外部压力值被确定为测量的外部压力值，并且，所述补偿装置生成与执行压力测量时当时的压力值和所述初始外部压力值之间的差值有关的补偿值。
2.根据权利要求1所述的压力传感器导线组件，其中所述无线通信通过利用已建立的蓝牙的通信协议来实现。
3.根据权利要求1所述的压力传感器导线组件，其中所述压力补偿装置包括控制装置和存储装置，并且生成的外部压力值被存储在所述存储装置中。
CN 200810212063 2007-09-25 2008-09-16 压力导线组件 Active CN101396263B (zh)

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