CN102542152A - 在生理测量系统中分配装置地址给传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在生理测量系统中分配装置地址给传感器的方法。公开了用于分配地址给多个生理传感器单元(10a，10b)的方法。还公开生理测量系统(20b)和对于生理测量系统的连接器元件(24)。为了能够在测量系统中识别相同的传感器单元，连接器元件(例如干线电缆(24))的每个输入端口(25a，25b)适应于确定连接到该输入端口的传感器单元(10a，10b)的装置地址的至少一部分，由此以获得对于连接到该连接器元件的每个传感器单元的唯一装置地址。

Description

在生理测量系统中分配装置地址给传感器的方法
技术领域
本公开大体上涉及具有多个传感器和传感器阵列的生理测量系统。更具体地，本公开涉及在这样的测量系统中对传感器或传感器阵列编址。术语传感器阵列在这里指提供有多个感测元件(例如电极等)的传感器。
背景技术
脑电图(EEG)是用于评估大脑活动的广为接受的方法。当测量电极附连到颅骨表面的皮肤上时，可记录并且分析在大脑皮层中产生的弱生物电位信号。几十年来EEG已经在大脑神经系统的基础研究以及各种中枢神经系统疾病和功能紊乱的临床研究中广泛地使用。
最常见的EEG电极放置系统中的一个是标准化的10-20系统，其中至少21个电极定位在头皮的表面上。然而，在临床环境中，EEG测量电极通常只放置在患者的前额上，因为额皮层EEG对于大多数临床应用是足够的并且从患者和护理人员两者的角度来看前额是方便的测量区。因此，已经发展各种电极放置系统用于从患者的额和太阳穴区采集EEG信号。
传统上，每个电极经由专用电缆连接到患者监测器，如果要从对象获得详细的生理信息，这容易导致大量电缆。为了降低电缆的数量，还可使用传感器阵列，其可通过在上下文中称为干线电缆的单个电缆连接到患者监测器。传感器阵列包括提供有共用连接器的多个电极。一个传感器阵列可单独使用或若干传感器阵列可连接到干线电缆的多端口连接器以从患者获得更详细的信息。例如，三个电极的传感器阵列可用于获得额EEG，而若干这样的三联体可用于更复杂的EEG测量。使用相同的传感器阵列从传感器制造的角度来说是有益的，并且使用相同的传感器阵列进一步便于组装测量设置并且减小不当连接的可能性，因为要连接的数量低于传统的测量设置。
然而，使用多个互相相同的传感器阵列从传感器识别方面来说成问题，因为将独立地址线从传感器阵列带到患者监测器是复杂的并且使监测器电缆更厚。监测器电缆越厚，例如更难以舒适地操作并且它变得更易断裂。
因此，使用尽可能薄和柔韧的监测器电缆，这将是可取的。为此，标准串行通信总线还将是优选的，因为它有助于降低导线的数量并且能够使用标准部件。
发明内容
上文提到的问题将在本文中解决，其将从下列说明中领会。
连接器元件(例如干线电缆等)提供有分别对于一个或多个传感器单元的一个或多个输入端口。每个输入端口适应于定义连接到该输入端口的传感器单元的装置地址的至少一部分，由此来获得对于每个连接到该连接器元件的传感器单元的唯一装置地址。对此，每个传感器单元可提供有存储器电路，其具有地址输入，该存储器电路可基于该地址输入能够产生装置地址。当完成测量设置所需要的连接时，逻辑(布尔)值的预定义集合提供给每个存储器电路的地址输入。该预定义集合对于传感器单元连接到的输入端口是特定的，即当完成测量设置时逻辑值的唯一集合提供给每个存储器电路的地址输入。从而，当将相同的传感器单元连接到测量系统时，相同的传感器单元变为可由患者监测器识别的传感器单元。
在实施例中，用于分配装置地址给至少一个生理传感器单元的方法包括使连接器元件提供有至少一个输入端口，其中每个输入端口适应于收容传感器单元。该方法进一步包括分别对于至少一个传感器单元定义至少一个装置地址，其中该定义包括使每个输入端口适应于确定传感器单元(其连接到该输入端口)的装置地址的至少一部分，其中该传感器单元是该至少一个传感器单元中的任何一个。
在另一个实施例中，生理测量系统包括至少一个传感器单元。该系统进一步包括连接器元件，其包括提供有对于该至少一个传感器单元的至少一个输入端口的第一连接器接口和适应于操作地连接该至少一个输入端口与患者监测器的第二连接器接口，其中该至少一个输入端口的每个适应于确定传感器单元(其连接到该输入端口)的装置地址的至少一部分。
在另外的实施例中，对于生理测量系统的连接器元件包括第一连接器接口，其包括对于传感器单元的至少一个输入端口，其中每个输入端口适应于确定传感器单元(其连接到该输入端口)的装置地址的至少一部分。该连接器元件进一步包括第二连接器接口，其适应于操作地连接该至少一个输入端口与患者监测器。
描述的机制允许使用相同的传感器或传感器单元，当其连接到测量设置时其将自动区分。
本发明的各种其他特征、目的和优势将从下列详细说明和附图对于本领域内技术人员变得明显。
附图说明
图1图示根据一个实施例的传感器阵列。
图2和3图示在两个不同的实施例中的测量系统。
图4图示多个传感器阵列和干线电缆之间的接口的一个实施例。
图5图示识别测量系统的传感器阵列的地址字的一个实施例；以及
图6图示提供有图形电极放置指示的干线电缆。
具体实施方式
参照图1，示出根据一个实施例的传感器阵列10。这里假设该传感器阵列包括用于EEG测量的三个电极11。然而，应该意识到电极的数量和类型可变化。在该传感器阵列中，每个电极11操作地连接到导线12，其连接来自相应的电极的生物电位信号与这些电极共用的阵列连接器13。在图1的实施例中，该阵列连接器13是公连接器，其可插入式地与干线电缆(在下文在图2-4中示出)的母连接器连接。黏合材料14典型地设置在每个电极的外围周围以便将这些电极附连到患者。
像这样的传感器阵列在美国专利申请美国2008/0221422A1中描绘，其中传感器阵列称为模块传感器阵列，因为它定义标准单元，该标准单元可单独或结合其他大体上相同的传感器阵列(模块化)实现，并且因为它包括多个感测元件11，例如EEG电极(阵列)。该传感器阵列在下文中称为传感器三联体，因为这里描述的传感器阵列实施例包括三个传感测元件(电极)11。
阵列连接器13包括能够通过标准通信接口与患者监测器通信的非易失性存储器电路15，例如串行EEPROM电路。这些类型的存储器电路在传感器和传感器阵列中使用以存储不同的特定传感器信息，例如传感器类型和总使用时间等。该存储器电路操作地连接到导线12用于从电极接收生物信号，并且还经由导线16连接到装在连接器13的表面上的终端17。
在该实施例中，阵列连接器的外壳与它的其他尺寸相比是相对薄的，即连接器具有大体上平板状的形式。存储器电路嵌入连接器外壳中。
图2和3图示传感器测量系统20的两个实施例，其中可使用一至三个相同的传感器三联体。在图2的情况下，正常的前额EEG测量对于对象21是足够的，而在图3的情况下，对象的状态已经变化并且因此要获得更详细的信息。因此，在图2的测量系统20a中，一个传感器三联体10a用于从对象的前额测量前额EEG，而两个传感器三联体10a和10b在所谓的细分发际蒙太奇(sub-hairline montage)中使用以在图3的测量系统20b中测量来自对象的EEG信号数据。要注意一个或多个传感器三联体可用于测量生理信号数据，例如来自对象的EEG信号数据。传感器三联体的数量可根据每种情况中需要放置的电极而增加或减少。
为了连接相同的传感器三联体与患者监测器23，图2和3的测量系统进一步包括干线电缆24，其提供有适应于连接该干线电缆与传感器三联体的第一连接器25和适应于连接该干线电缆与患者监测器的第二连接器26。该第一连接器在该示例中提供有三个输入端口25a-25c，每个输入端口适应于容纳一个传感器三联体。
图4图示在根据图2和3的测量系统中分配地址给传感器三联体的一个实施例。存储器电路15包括多个地址输入并且能够基于施加于这些地址输入的逻辑信号值形成装置地址。在图4的示例中，采用存储器电路的两个地址输入A1、A2。所述输入操作地连接到连接器13的相应的地址终端43、44。对于装配到阵列连接器13的每个终端43-46，干线电缆的输入端口26a-26c包括相应的配合终端，其由提供有撇号的相同的标号表示。
在干线电缆的第一连接器25的每个输入端口中，地址终端43’和44’(其与阵列连接器13a-13c的相应的地址终端43和44紧密配合)采用唯一的方式接地和连接到电压+V。在输入端口25a中，地址终端43’接地，而地址终端44’连接到电压+V。在输入端口25b中，地址终端43’连接到电压+V，而地址终端44’接地。在输入端口25c中，地址终端43’和44’都接地。这里，+V和地分别代表逻辑1和逻辑0。因此，当阵列连接器13a-13c在箭头40的方向上插入输入端口时，提供给地址输入A1、A2的逻辑信号值组合对于每个传感器三联体是不同的。因此，每个传感器三联体获得唯一装置地址。
如上文提到的，存储器电路可以是，例如AT24C串行电路等串行EEPROM电路。这里假设在存储器电路和患者监测器之间创建标准I2C总线并且该EEPROM电路支持I2C通信协议。I2C总线的两个通信线：串行数据线和串行时钟线，分别用标号41和42表示。当阵列连接器13a-13c在箭头40的方向上插入输入端口时，存储器电路通过终端45、45’操作地连接到串行数据线41并且通过终端46、46’连接到串行时钟线42。
只示出终端，其鉴于地址分配和数据通信而相关。要意识到在实际实现中，线/终端的数量可取决于存储器电路和通信总线的确切类型而变化。此外，地址终端的数量可取决于由干线电缆定义的地址位的数量而变化。然而，通常，来自通信总线的逻辑电压水平是可获得的，因此连接地址终端与所述电压是简单的任务。在例如I2C总线中，需要第三个线，其是地(0伏)线，并且电力线还可用于装置(传感器阵列)。地址终端可根据输入端口位置而硬接线，由此以在每个输入端口中连接逻辑电压水平的端口特定的组合与地址终端。除导线外，实施到逻辑电压水平所必需的连接的开关元件(switching element)47可包括，例如电阻器，如在图4中图示的。还要注意逻辑电压水平仅当已经实行所有必需的连接时(即，当电源连接到测量设置时)提供给每个存储器电路的地址终端。
如上文论述的，存储器电路能够产生装置地址，其取决于连接到其的地址输入的逻辑信号值。由输入端口定义的地址位可定义地址字的一部分。在例如I2C总线中，装置地址典型地包括7个位。例如，地址字的N个最低有效位可由干线电缆定义，而剩余地址位(7-N个最高有效地址位)可包括对于所有传感器阵列都相同的固定位序列。地址字的该词干可在传感器阵列的制造阶段中存储。例如，地址字的该词干可包括5个位并且剩余两个地址位可定义传感器阵列是在干线电缆的右、中间或左输入端口。图5图示7位地址字50，其由位B6-B0组成。这里，地址位B6-B2形成固定地址词干51，而位B1和B0形成由干线电缆定义的不固定地址部分52。由干线电缆定义的地址位的数量和位置可变化并且干线电缆还可定义整个地址字。
因为总线的主节点(即患者监测器中的控制器)知道关于每个输入端口的地址，它可当一个或多个传感器阵列已经连接到干线电缆用于测量时立即起动与传感器阵列的通信。
在另外的实施例中，可通过提供具有关于电极放置的信息的连接器使用第一连接器25的顶面区域。图6图示其中贴纸60附连到干线电缆24的第一连接器25的顶面上的示例。该贴纸可指示关于每个输入端口的电极放置。在该实施例中，患者监测器从而能够将某一三联体地址与生理测量点/区关联。
在一个实施例中，如果使用不同类型的传感器阵列，在相同类型的传感器阵列内可固定地址字的词干，但对于不同类型的传感器阵列的地址字的词干可不同。
在上文的实施例中，多个输入端口在干线电缆中用于传感器阵列。然而，对于不需要超过一个传感器阵列的测量，干线电缆还可提供有仅单个输入端口。此外，存储器电缆可提供有仅一个地址输入或仅一个地址输入可采用上文描述的方式使用。要意识到在该情况下逻辑地址输入值的端口特定的集合/组合包括仅一个逻辑值。上文的地址分配功能还可适应于独立连接器，其包括对于传感器阵列的多个输入端口并且提供另外的接口用于操作地连接传感器阵列与患者监测器。即，连接器25和干线电缆24可是独立元件。对应于逻辑值的电压水平可取决于使用的存储器电路的类型而变化。此外，上文描述的地址分配机制还可适用于包括仅一个感测元件的传感器。术语传感器单元在附上的权利要求书中使用来指在这方面的所有实施例。
该书面说明使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内技术人员能够制作和使用本发明。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。
部件列表
  10   传感器阵列   11   电极
  12   导线   13   阵列连接器
  14   黏合材料   15   存储器电路
  16   导线   17   终端
  20   测量系统   21   对象
  23   患者监测器   24   干线电缆
  25   第一连接器   25a-c   第一连接器的输入端口
  26   第二连接器
  41   串行数据线   42   串行时钟线
  43   传感器单元的地址终端   43’、   连接器元件的地址终端
  44   传感器单元的地址终端   44’   连接器元件的地址终端
  45   数据线终端   46   时钟线终端
  45’   数据线终端   46’   时钟线终端
  50   地址字   51   地址字的固定部分
  52   地址字的不固定部分   60   具有图形信息的贴纸

Claims (15)

1.一种用于分配装置地址给至少一个生理传感器单元的方法，所述方法包括：
-提供具有至少一个输入端口(25a，25b)的连接器元件(24)，其中每个输入端口适应于收容传感器单元(10；10a，10b)；和
-分别对于至少一个传感器单元定义至少一个装置地址(50)，其特征在于
所述定义包括使每个输入端口适应于确定连接到该输入端口的传感器单元的装置地址的至少一部分，其中所述传感器单元是所述至少一个传感器单元中的任何一个。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括对所述至少一个传感器单元的每个装配存储器电路(15)，其中每个存储器电路提供有至少一个地址输入(A1，A2)并且能够产生地址，其取决于连接到所述至少一个地址输入的逻辑地址输入值，
其中所述定义进一步包括使所述至少一个输入端口提供有相应的开关元件(47)，其适应于当传感器单元连接到所述至少一个输入端口中的任何一个时连接逻辑地址输入值的端口特定的组合至所述至少一个地址输入，由此以允许所述传感器单元的所述存储器电路产生对于所述传感器单元的端口特定的装置地址，其中所述传感器单元是所述至少一个传感器单元中的任何一个。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述装配包括对所述至少一个传感器单元的每个装配所述存储器电路(15)并且其中所述存储器电路向所述连接器元件提供标准通信接口，其中所述标准通信接口包括所述至少一个传感器单元共用的串行总线(41，42)。
4.一种生理测量系统，其包括：
-至少一个传感器单元(10；10a，10b)；和
-连接器元件(24)，其包括提供有对于所述至少一个传感器单元的至少一个输入端口(25a-25c)的第一连接器接口(25)和适应于操作地连接所述至少一个输入端口与患者监测器(23)的第二连接器接口(26)，
其特征在于
所述至少一个输入端口的每个适应于确定连接到所述输入端口的传感器单元的装置地址(50)的至少一部分。
5.如权利要求4中所述的生理测量系统，其中
-每个传感器单元(10)包括存储器电路(15)，其提供有至少一个地址输入(A1，A2)，每个存储器电路能够产生地址，其取决于连接到所述至少一个地址输入的逻辑地址输入值；并且
-每个输入端口(25a-25c)提供有开关元件(47)，其适应于当传感器单元连接到所述输入端口时连接逻辑地址输入值的端口特定的组合至所述至少一个地址输入，由此以允许所述传感器单元的所述存储器电路产生对于所述传感器单元的端口特定的装置地址，其中所述传感器单元是所述至少一个传感器单元中的任何一个。
6.如权利要求5所述的生理测量系统，其中所述开关元件(47)包括硬接线导线。
7.如权利要求4所述的生理测量系统，其中所述连接器元件提供有关于电极放置的图形信息(60)。
8.如权利要求4所述的生理测量系统，其中所述至少一个传感器单元包括多个相同的传感器单元(10；10a，10b)。
9.如权利要求5所述的生理测量系统，其中所述存储器电路向所述连接器元件提供标准通信接口，其中所述标准通信接口包括所述至少一个传感器单元共用的串行总线(41，42)。
10.一种用于生理测量系统的连接器元件，所述连接器元件包括：
-第一连接器接口(25)，其包括对于传感器单元的至少一个输入端口(25a-25c)；和。
-第二连接器接口(26)，其适应于操作地连接该至少一个输入端口与患者监测器(23)，
其特征在于
每个输入端口适应于确定连接到所述输入端口的传感器单元(10)的装置地址(50)的至少一部分。
11.如权利要求10所述的连接器元件，其中每个输入端口提供有开关元件(47)，其适应于连接逻辑地址输入值的端口特定的组合至所述输入端口的至少一个地址终端(43’，44’)。
12.如权利要求11所述的连接器元件，其中所述开关元件包括硬接线导线。
13.如权利要求10所述的连接器元件，其中所述连接器元件提供有关于电极放置的图形信息(60)。
14.如权利要求10所述的连接器元件，其中所述第二连接器接口提供标准通信接口，其中所述标准通信接口包括串行总线(41，42)。
15.如权利要求10所述的连接器元件，其中所述连接器元件是干线电缆(24)。
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