CN109416266A - 医学耦合单元和传感器侧连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医学耦合单元，其用于所述医学耦合单元(1、1a、1b)与耦合到所述医学耦合单元的医学传感器(2、2a)之间的电信号传输。所述医学耦合单元包括：耦合侧连接器(10)，其包括在第一表面(12)中或上的多个第一电触点(11)和在与所述第一表面相对的第二表面(14)中或上的多个第二电触点(13)；以及连接器接口(15)，其用于分析在所述多个第一电触点(11)和所述多个第二电触点(13)中的一个或多个处可用的电信号，以检测以下中的一个或多个：耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的存在、耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的类型，以及耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的传感器侧连接器的取向。本发明还涉及传感器侧连接器(20)。

Description

医学耦合单元和传感器侧连接器
技术领域
本发明涉及医学耦合单元，其用于医学耦合单元与耦合到医学耦合单元的医学传感器之间的电信号传输。本发明还涉及传感器侧连接器，其用于医学耦合单元与连接到传感器侧连接器的医学传感器单元之间的电信号传输。
背景技术
生命体征监测仪器通常用于医学护理应用。经常监测的生命体征包括心电图(ECG)、血液中的氧浓度(SpO2)、呼吸、血压(无创：IBP，有创：NIBP)和温度。根据应用和护理设置，测量要求(例如，准确度、功耗、特征等)不同。医院使用的范例监测器是市售的Philips IntelliVue MP30。该模块与插入式测量服务器单元配合使用，旨在供患者卧床的医院中使用。为每个不同的传感器提供专用连接器以用于监控不同的参数。
存在需要监测患者的生命体征的各种场景，为此已经开发出特定的监测器。例如，市售的Philips IntelliVue MX40为患者提供了更好的移动性。它有专用的连接器和线缆，这些专用的连接器和线缆连接到监测器的顶部。
在不久的将来，预期将开发出能够用于连续护理的新监测平台。为了获得良好的患者舒适度，这样的下一代模块必须是可穿戴的，轻便的和小型的。这给连接带来了挑战。因此，需要提供支持这种新监测平台的医学连接器设计。
US 2014/0275873 A1公开了患者监测系统，其具有被配置为将医学传感器耦合到监测器的连接器。根据某些实施例，连接器可以包括分层印刷电路板，其具有包括多个电触点的第一表面和具有多个电触点的第二表面。第一表面的电触点和第二表面的电触点可以被配置为使得连接器能够是可逆的并且当连接器相对于监测器处于第一取向或第二取向时将医学传感器电耦合到监测器。
US 2012/0089369 A1公开了医学传感器数据管理器。
US 2011/0077473 A1公开了用于医学传感器与电子患者监测器之间的相互通信的系统、方法和设备。
发明内容
本发明的目的是提供通用医学耦合单元，其用于医学耦合单元与耦合到医学耦合单元的医学传感器之间的电信号传输，其能够与能够解决各种生命体征的测量的多测量模块或监测器一起使用，并且能够应用于连续护理的所有场景。
本发明的另外的目的是提供对应的传感器侧连接器，其用于医学耦合单元与连接到传感器侧连接器的医学传感器单元之间的电信号传输。
在本发明的第一方面中，提出了一种医学耦合单元，包括：
-耦合侧连接器，其包括在第一表面中或上的多个第一电触点和在与所述第一表面相对的第二表面中或上的多个第二电触点，
-连接器接口，其用于分析在所述多个第一电触点和所述多个第二电触点中的一个或多个处可用的电信号，以通过评价预定电触点之间的阻抗和/或电压来检测以下中的一个或多个：耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的存在、耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的类型，以及耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的传感器侧连接器的取向。
在本发明的第二方面中，提出了一种传感器侧连接器，包括：
-在第一表面中或上的多个第一电触点和在与所述第一表面相对的第二表面中或上的多个第二电触点，
-一个或多个内部连接，其用于将一个或多个第一电触点与相应的第二电触点以点对称方式连接，以及
-保护电路。
本发明基于这样的思想：提供通用耦合侧连接器作为医学耦合单元的部分，所述通用耦合侧连接器具有有限数量的(通用)连接，使得各种医学传感器能够经由同一连接器被耦合到医学耦合单元。所述医学耦合单元可以例如是测量模块或患者监测器。因此，所述医学耦合单元支持多种测量，包括ECG(例如，最高12导联)和SpO2。与传统的监测器相比，不同的测量共享一个连接器。根据要执行的测量，对应的传感器(其也可以包括换能器)经由连接器被连接到医学耦合单元。另外，连接对应的传感器侧连接器以用于连接到医学耦合单元，所述医学耦合单元被配置为实现对存在、取向和/或类型的期望检测。
通常在已知的IntelliVue监测器中使用的ECG连接器通常具有12个触点(也被称为引脚)。所提出的医学耦合单元的实施例支持例如最高12导联心电图配置。常规的IBP连接器具有与ECG连接器相同的引脚配置。常规的SpO2连接器具有8个引脚。
所公开的医学耦合单元优选解决了以下问题：它支持多种生命体征测量，优选包括ECG(例如，从1导联到最高12导联)和SpO2；它的引脚/触点数量有限(例如为20或更少)以实现紧凑的设计；它实现了与现有监测器所实现的相同的保护和安全级别；它是对称的并且能够反转而不会丧失功能和安全性；它支持从选定的ECG电极信号中导出的(例如，2线和4线)呼吸测量；它支持根据两个Y导联ECG模块对X导联ECG功能的配置，例如，X＝12，Y＝5；借助于备用引脚，它是向前兼容的。
所述医学耦合单元包括连接器接口，所述连接器接口使得能够检测医学传感器是否被连接到所述医学耦合单元并且能够检测所述传感器的所述传感器侧连接器的传感器的类型和取向。任选地，可以根据连接的传感器来控制所述医学耦合单元(和/或所述医学耦合单元中包括的任何电子器件)的一个或多个设置和/或功能的配置，并且功能(例如，(用于ECG的)导联断开检测)可以被包括在所述连接器接口中。
应当注意，应当广义地理解“在表面中或上”的表述。它并不将本发明限于例如从印刷电路板上的金属轨道实施的触点，而应当被理解为包括不使用印刷电路板的其他类型的触点，例如，引脚。
根据所述医学耦合单元的优选实施例，所述连接器接口被配置为评价充当存在检测触点的、一个第一电触点与一个第二电触点之间的阻抗，以检测医学传感器是否被耦合到所述医学耦合单元并且/或者检测医学传感器的类型。在另一示例性实施例中，所述连接器接口被配置为响应于被驱动到存在检测触点中的一个中的测试电流而测量充当所述存在检测触点的、一个第一电触点与一个第二电触点之间的电压。在所述医学耦合单元内没有太多额外电路的情况下，可以容易地评价阻抗和/或测量电压，并且提供可靠的结果。
所述存在检测触点优选分别是所述多个第一电触点和所述多个第二电触点之中的中心电触点。
连接器接口有各种选择，分别用于检测连接的医学传感器或传感器侧连接器的存在、类型和/或取向。在一个实施例中，所述连接器接口被配置为检测短路触点的数量，以检测耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的存在和/或类型并且/或者检测耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的传感器侧连接器的取向。在另一实施例中，所述连接器接口被配置为评价一对或多对电触点之间的阻抗，以检测耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的存在和/或类型并且/或者检测耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的传感器侧连接器的取向。
所述医学耦合单元还可以包括：测量单元，其用于评价在所述多个第一电触点和所述多个第二电触点中的一个或多个处接收的电信号；以及测量控制单元，其用于基于检测到的耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的类型和/或取向来控制所述测量单元的配置和/或评价。例如，可以以这种方式控制测量模式、测量值的评价等。
所述医学耦合单元还可以包括：传感器控制单元，其用于经由所述耦合侧连接器和/或电源单元控制连接的医学传感器，以用于经由所述耦合侧连接器向连接的医学传感器和/或连接的传感器侧连接器供电。
根据例如所需的设计或用户要求，所述耦合侧连接器可以被配置为插头，所述插头用于插入被配置为插座的传感器侧连接器，或者所述耦合侧连接器可以被配置为插座，所述插座用于插头连接被配置为插入所述插座中的传感器侧连接器。因此，插头和插座配置也可以被视为公和母配置。
传感器侧连接器内部的点对称连接使得传感器侧连接器能够以不同的取向连接到耦合侧连接器，但是传感器侧连接器的一些端子始终连接到医学耦合单元内部的同一节点，与耦合的传感器侧连接器的取向无关。这与安全性和保护原因特别相关。
在传感器侧连接器的优选实施例中，它还包括参考触点，例如，屏蔽触点(例如耦合到地)。另外，传感器侧连接器包括保护电路。这例如在除颤脉冲期间提供对医学耦合单元(例如，患者监测器)的保护。
所述保护电路可以例如包括：被耦合在所述参考触点之间的一个或多个浪涌吸收器和/或被耦合在一个或多个输入端子与所述第一触点和所述第二触点中的一个或多个之间的保护电阻器，来自所述传感器单元的输入信号被耦合到所述一个或多个输入端子。保护元件通常可以嵌入传感器侧连接器内部或医学耦合单元中。
在另一实施例中，一个第一电触点和一个第二电触点被设置为连接到将所述传感器单元连接到所述传感器侧连接器的线缆的屏蔽触点。这有助于操作安全性并且使得能够检测医学传感器是否被耦合到医学耦合单元。所述第一触点和所述第二触点优选分别是所述多个第一电触点和所述多个第二电触点之中的中心电触点。这可以允许将传感器侧连接器以不同的取向耦合到耦合侧连接器。这(额外地或备选地)是通过触点的旋转对称布置和通过短路这种旋转对称触点来支持的。
为了进一步改善所需的检测，所述传感器侧连接器还可以包括以下中的一个或多个：
-耦合在所述第一触点与所述第二触点之间的二极管，
-第一触点与第二触点之间的第一阻抗测量电阻器，
-一对第一触点或一对第二触点之间的第二阻抗测量电阻器，以及
-电子存储器(例如，诸如EEPROM的芯片，其允许数字识别连接器的存在和/或连接器的类型；所述芯片可以存储序列号和/或传感器特定数据)。
附图说明
参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。在以下附图中：
图1A、图1B和图1C分别示意性地示出了根据本发明的医学耦合单元以及传感器的第一实施例的横截面侧视图、俯视图和主视图，
图2A和图2B分别示意性地示出了根据本发明的医学耦合单元以及传感器的另一实施例的透视图和示意图，
图2C示出了根据本发明的医学耦合单元的又一实施例的示意图，
图3示意性地示出了用于ECG的已知示例性输入保护方案的电路图，
图4A和图4B分别示意性地示出了用于ECG的已知阻抗测量方案的2线和4线电路图，
图5示意性地示出了典型的SpO2前端的框图，
图6示意性地示出了16引脚12导联ECG连接器，
图7示意性地示出了用于ECG的典型引线和干线线缆配置，
图8示意性地示出了10引脚5导联ECG连接器，
图9示意性地示出了14引脚5导联ECG连接器，其实现了4线呼吸测量，
图10示意性地示出了16引脚全对称SpO2连接器的实施例，
图11示意性地示出了用于SpO2的16引脚传感器侧连接器的另一实施例，
图12示意性地示出了用于基于检测电流来检测传感器侧连接器的存在和类型的方法的各种信号图，
图13示意性地示出了用于SpO2的10引脚传感器侧连接器的实施例，
图14示意性地示出了用于SpO2的14引脚传感器侧连接器的实施例，并且
图15示意性地示出了传感器侧连接器的实施例，其支撑经由连接器触点从医学耦合单元供电的有源电路。
具体实施方式
图1A、图1B和图1C示出了医学耦合单元1的第一实施例，其用于医学耦合单元1与耦合到医学耦合单元1的医学传感器2之间的电信号传输。示出了各种视图，包括横截面侧视图(图1A)、俯视图(图1B)和主视图(图1C)。
医学耦合单元1包括耦合侧连接器10，耦合侧连接器10包括在第一表面12中或上的多个第一电触点11(优选沿着第一行)以及在与第一表面12相对的第二表面14中或上的多个第二电触点13(优选沿着第二行)。另外，医学耦合单元1包括连接器接口15，连接器接口15用于分析在多个第一电触点11和多个第二电触点13中的一个或多个处可用的电信号，以检测以下中的一个或多个：耦合到医学耦合单元1的医学传感器2的存在、耦合到医学耦合单元1的医学传感器2的类型，以及耦合到医学耦合单元1的医学传感器2的传感器侧连接器20的取向。
传感器2包括传感器侧连接器20，传感器侧连接器20包括在第一表面22中或上的多个第一电触点21(优选沿着第一行)和在与第一表面22相对的第二表面24中或上的多个第二电触点23(优选沿着第二行)。另外，传感器2包括传感器单元25，传感器单元25用于感测所需的测量参数和生成电信号。传感器单元25例如经由线缆26耦合到传感器侧连接器20。
在图1A、图1B和图1C所示的实施例中，耦合侧连接器10被配置为插头(即，公连接器)，其中，第一电触点11被布置在插头的顶表面12上，并且第二电触点13被布置在插头的底表面14上。传感器侧连接器20被配置为用于插入插头的对应的插座(即，母连接器)，其中，第一电触点21被布置在插座的上表面22中或上，并且第二电触点23被布置在插座的下表面24中或上。在其他实施例中，耦合侧连接器可以被配置为插座，并且传感器侧连接器可以被配置为对应的插头。另外，电触点的数量可以与图1A、图1B和图1C中示出的实施例中的触点的数量不同。传感器2通常可以是用于感测患者的生命体征的任何传感器，例如，ECG传感器、SpO2传感器、血压传感器(IBP-有创血压；NIBP-无创血压)、温度传感器等。
因此，所提出的医学耦合单元可以支持若干测量，包括ECG(例如，最高12导联)和SpO2。与目前使用的常规监测器相比，不同的测量和传感器共用一个耦合侧连接器。然而，一次只能执行一种测量。根据要执行的测量，将对应的传感器和/或换能器经由耦合侧连接器连接到医学耦合单元。
上述IntelliVue监测器中使用的ECG连接器有12个引脚。该连接器最多支持12导联ECG配置。两个IBP连接器具有与ECG连接器相同的引脚配置。SpO2连接器有8个引脚。所提出的医学耦合单元的耦合侧连接器的实施例可以解决以下问题中的一个或多个：
·它可以支持多种生命体征测量，包括ECG(从1导联到例如最高12导联)和SpO2；
·它可以将引脚数量限制到20或更少以实现紧凑的设计；
·它可以实现至少与现有监测器所实现的相同的保护和安全级别；
·它可以是对称的，并且可以反转而不会丧失功能和安全性；
·它可以支持从选定的ECG电极信号中导出的2线和4线呼吸测量结果；
·它可以支持根据两个Y导联ECG模块对X导联ECG功能的配置，例如，X＝12，Y＝5；
·借助于任选的备用触点，它可以是向前兼容的，例如用于医学耦合单元与嵌入传感器侧连接器或传感器内部的电子器件之间的数字信号传输。
图2A和图2B示出了根据本发明的医学耦合单元1a和传感器2a的另一实施例的透视图(图2A)和示意图(图2B)。图2C示出了医学耦合单元1b的又一实施例的示意图。
医学耦合单元1a包括测量单元16，测量单元16用于评价在多个第一电触点11和多个第二电触点13中的一个或多个处接收的电信号，例如用于评价测量值以确定例如心率或氧饱和度。
另外，可以任选地提供测量控制单元17，测量控制单元17用于基于检测到的耦合到医学耦合单元1a的医学传感器的类型和/或取向来控制测量单元16的配置和/或评价。
医学耦合单元1b可以额外地包括传感器控制单元18，传感器控制单元18用于经由耦合侧连接器10控制连接的医学传感器2。
另外，可以提供电源单元19，电源单元19用于经由耦合侧连接器10向连接的医学传感器和/或连接的传感器侧连接器供电。
连接器接口15、测量单元16、测量控制单元17和/或传感器控制单元18可以以硬件和/或软件(例如公用处理器或单独的处理器)的方式来实施。
因此，医学耦合单元1a的主要功能是检测传感器侧连接器是否连接到耦合侧连接器，检测(在这种连接的情况下)连接器/传感器的类型和取向，以及根据耦合的传感器来控制测量功能的配置。另外，可以提供(用于ECG的)诸如引线断开检测的功能。
对于ECG测量，将在下面描述耦合侧连接器的三个实施例。第一实施例支持最高12导联ECG与2线呼吸测量。第二实施例支持最高5导联ECG与2线呼吸测量。第三实施例支持最高5导联ECG与4线呼吸测量。
表1中定义了12导联ECG的12个导联。这个组成指的是从中导出导联信号的实际电极。针对1导联、3导联、5导联等的导联组成是12导联ECG的子集。因此，支持12导联ECG的连接器也支持所有(小于12导联)ECG测量值。
导联 组成 等价物 导联类型
I LA-RA 双极
II LL-RA 双极
III LL-LA 双极
aVR RA-0.5·(LA+LL) -(I+II)/2 单极＝增强
aVL LA-0.5·(LL+RA) (I-III)/2 单极＝增强
aVF LL-0.5·(LA+RA) (II+III)/2 单极＝增强
V1’ V1-(LA+RA+LL)/3 单极＝增强
V2’ V2-(LA+RA+LL)/3 单极＝增强
V3’ V3-(LA+RA+LL)/3 单极＝增强
V4’ V4-(LA+RA+LL)/3 单极＝增强
V5’ V5-(LA+RA+LL)/3 单极＝增强
V6’ V6-(LA+RA+LL)/3 单极＝增强
表1
除了表1中列出的电极以外，右腿电极RL通常用于向患者提供参考电压。因此，用于12导联ECG测量的传感器侧连接器必须与10个电极LA、RA、LL、V1-V6和RL接口连接。
与连接器有关的另外的方面是安全性和保护。由于所提出的医学耦合单元的实施例任选地支持完整的连续护理，因此即使在患者正在进行除颤处置时，所提出的医学耦合单元的实施例也可以被配置为满足安全性和保护要求。ECG前端的输入网络通常具有多个保护元件。图3中示意性地示出了范例输入保护方案，其取自Bill Laumeister的“Lightning Bolts，Defibrillators，and Protection Circuitry Save Lives”(Electronic Design，2014年6月23日(目前可在http://electronicdesign.com/power/ lightning-bolts-defibrillators-and-protection-circuitry-save-lives处获得))。
该范例保护方案解决了1导联ECG测量(根据电极RA和LA来评价导联I)并且使用电极RL进行右腿驱动。在图3中能够看出，保护以串联电阻器开始，该串联电阻器限制了保护设备I1(被示为氖辉光灯)或备选地为TVS(瞬态电压抑制器)中的电流。此外，R1还限制了患者除颤期间吸收到ECG测量系统中的能量。
在电阻器R1之后，保护电路继续使用氖灯设备I1和I2。这些将最大电压钳位到例如约100V(电压电平取决于氖灯设备的类型)。设备I1以差分方式施加(在电极之间)，设备I2以单端方式施加(在电极与地之间)。如果去除差动保护，则电极仍由设备I2保护。在图3中能够看出，针对1导联ECG的三个电极中的每个电极的保护非常相似。用于输入保护的方法能够被扩展到多导联ECG。在12导联ECG中，必须保护所有10个电极。
电极与测量模块之间的ECG线缆通常被屏蔽以使干扰的影响最小化。该屏蔽是从医学耦合单元侧驱动的，并且必须在耦合侧连接器上可用。因此，用于12导联ECG的ECG连接器至少需要11个连接(用于10个电极加1个屏蔽)。
5导联ECG使用5个电极，其形成用于12导联ECG的10个电极的子集。如果ECG测量仅限于5导联ECG，则可以使用更少引脚的连接器。至少需要6个引脚(用于5个电极加1个屏蔽)。
ECG监测系统通常包括呼吸检测器。呼吸会引起身体阻抗的微小变化，因此能够经由两个或更多个ECG电极基于阻抗测量来检测呼吸频率。将AC信号施加到至少两个电极，并且测量这些电极两端的所得电压，由此能够导出阻抗。存在用于阻抗测量的多种配置，并且两种常用方法被称为2线和4线配置。这些配置如图4A和图4B所示。
示出了包括保护设备的阻抗测量系统，所述保护设备不是阻抗测量所需的设备，但是对于ECG测量系统中的患者安全性来说是优选的。
如图4A所示，2线阻抗测量电路评价节点A与B之间的阻抗，其等于RAB＝Rbody+2Rs。电阻器Rs代表保护电阻器，如图3中的R1所示。显然，保护设备(图4A中的浪涌吸收器)也是并联的，但这些设备通常对于小电压表现为开路电路，因此在阻抗测量系统中不起作用。
对于呼吸检测，目标是测量Rbody随时间的变化。由于这种变化通常很小，因此必须实施准确的阻抗测量系统。与Rbody串联的保护串联电阻器Rs降低了测量的准确度。
在图4B中示出的4线阻抗测量电路中，每个电极具有两个连接。一对连接用于施加电流i_ac；另一对连接用于评价电极之间的电压。这提高了准确度，因为在电压测量中没有看到电阻器Rs两端的电压降。如果假设电压表具有输入阻抗Rin＞＞Rsv，则Rsv两端的电压降可忽略不计，并且Rsv不会使阻抗测量准确度劣化。2线呼吸测量不会向电极引入额外的连接，因此可用于所有ECG连接器。在图4B中能够看出，4线测量方法向电极引入了重复的连接和保护设备，其用于阻抗测量。这些重复的连接在传感器侧连接器中引入了额外的引脚。在实践中，使用三个电极(RA、LA和LL)中的两个电极来测量呼吸阻抗，引起三个额外的患者侧连接器引脚和保护电路。
图5示意性地示出了典型的SpO2前端的框图，如从德州仪器AFE4403数据表(当前可从http://www.ti.com/product/afe4403#diagrams处获得)中已知的。测量方法是光学的，使用两个不同颜色的LED和一个光电二极管。LED通常以反并联配置放置。LED和光电二极管被放置在适合SpO2测量的位置处的探头中。该位置通常是手指或耳朵。用于SpO2的传感器侧连接器连接在前端与光学元件(LED和光电二极管)之间。关于ECG，为了使干扰最小化，线缆是屏蔽的或双重屏蔽的。屏蔽是从测量模块侧驱动的，并且必须在传感器侧连接器上可用。
在一些情况下，电阻器被集成到连接器中，以向测量系统提供关于换能器的信息。例如，能够根据LED波长对连接器内部的电阻值进行编码。SpO2连接器至少需要6个连接(两个用于光电二极管，两个用于反并联LED，一个用于屏蔽，一个用于编码电阻器)。为了一般目的和在一定程度上的向后兼容性(即，传感器能够使用适配器连接到现有的测量系统)，应当支持两个屏蔽和两个编码电阻器，从而得到至少8个连接。由于患者与SpO2测量系统之间没有电连接，因此通常不需要用于ECG的保护设备。SpO2测量系统不会因除颤而受到电干扰。
在下文中，将描述所提出的医学耦合单元的各种更加详细的实施例。有许多方面需要解决，包括一个连接器设计应当支持多种生命体征测量，连接器取向是可反转的而不会丧失功能和安全性，以及可以将ECG保护电路(的部分)集成到连接器内部。下文针对ECG和SpO2测量具体解释了这些方面。
(如在图2A、图2B和图2C中公开的)医学耦合单元优选包括测量功能。这能够被看作是传统的测量前端，执行ECG或SpO2测量。连接器旨在与连接器接口15结合操作，连接器接口15能够执行是否插入传感器侧连接器的检测，传感器侧连接器类型(例如，ECG或SpO2)的检测，以及传感器侧连接器的取向的检测。另外，能够根据所应用的连接器来控制测量功能的配置，并且还可以将通常是测量功能的部分的引线断开检测电路移动到连接器接口15。在下文中，范例连接器电气设计与针对连接器接口15的可能实施方案一起讨论。
对于ECG测量，提出了三种形式的传感器侧连接器。第一种形式支持最高12导联ECG。第二种形式支持最高5导联ECG。第三种形式支持最高5导联ECG与4线呼吸测量。这些配置中涉及的电极列于表2中。
ECG配置 右腿驱动电极 感测电极
1导联 RL LA、RA
3导联 RL LA、RA、LL
5导联 RL LA、RA、LL、V1
12导联 RL LA、RA、LL、V1-V6
表2
独立于ECG配置，连接器可以优选与线缆的屏蔽接口连接。此外，每个电极都可以优选由保护电路保护。由于在除颤脉冲期间用于保护ECG测量电子设备的保护设备在物理上很大(例如，图3中示出的实例I1)，因此选择将这些设备集成到连接器中。然后，优选将电极与保护设备I1之间的串联电阻器(例如，图3中的实例R1)也放置在线缆或连接器中。这些考虑引起16引脚12导联ECG连接器设计30，作为针对图6中示出的传感器侧连接器的第一种形式。
图6具体示出了电极连接31、屏蔽线缆32、保护电阻器33、第一触点34(传感器侧连接器到耦合单元)、浪涌吸收器35、36以及第二触点37。另外，提供了二极管38、屏蔽连接(或屏蔽触点)39和一个或多个内部连接300、301，它们用于将一个或多个第一电触点与相应的第二电触点以点对称方式连接，其中，触点301充当参考触点。电阻器33和浪涌吸收器35、36通常充当保护电路。
具有相同名称的节点在连接器30内部电短路(例如，r1-r1，prot_gnd-prot_gnd以及11-11)。重复的prot_gnd连接确保了保护参考始终连接在测量模块与线缆之间，无论连接器取向如何都是如此。重复的r1连接确保了RL电极始终连接到测量模块，无论连接器取向如何都是如此。包括连接器引脚Shield′与Shield之间的二极管，以通过测量控制单元17实现传感器侧连接器存在检测和功能选择，如将在下面详细描述的。其他引脚分配也是可能的。例如，只要连接器接口15的分配已知，就能够互换单极导联连接而不会对功能产生任何影响。
在1导联ECG应用中考虑图6中描绘的连接器设计，将描述ECG连接器取向的影响。一起形成1导联ECG信号的信号RA、LA始终施加到连接器接口15，但是取决于传感器侧连接器的取向，这些信号RA、LA可以交换。因此提供了连接器接口15检测连接器取向，如下所述。3导联ECG也涉及电极LL。该电极信号位于重复引脚(B6和T6)上，因此可用于同一输入部的连接器接口15，无论传感器侧连接器的取向如何都是如此。5导联和其他配置的扩展(最高12导联)涉及仅在单个连接器引脚处可用的额外电极信号。因此，应当知道传感器侧连接器的取向以便正确操作。
应当注意，在图6和随后的附图中，例如在带有大写字母(例如，“RL”)的电极连接31处提供的符号应当指示传感器侧连接处的特定信号，而用小字母(例如，“rl”)提供的符号应当指示与在例如图6中在保护电阻器后面的传感器侧连接器的触点处提供的信号相同的信号。所提出的用于ECG的传感器侧连接器可以包括由用于所有电极连接的电阻器和浪涌吸收器构成的保护网络。也能够使用用于浪涌吸收器(例如，氖或trigard)的备选设备。即使并非所有电极都被使用或被连接(例如，在1导联、3导联或5导联ECG配置中)，通常也存在保护设备。连接器支持当前经常使用的工作流程，其中，监测器与电极之间的连接被划分在干线线缆41(从监测器到干线连接器42)与引线43(从干线连接器42到电极44)之间。针对传感器侧连接器40与电极44之间的连接存在多种备选方案。典型的配置如图7所示。
在图7中示出的配置中，保护设备能够被包括在医学耦合单元45中，被包括在传感器侧连接器40中或者被包括在干线线缆41与引线43之间的连接器42中。
在图8中示出了支持最高5导联ECG的传感器侧连接器50的第二种形式。连接器50被示为具有作为保护设备的浪涌吸收器35、36。还示出了保护电阻器33、用于取向检测的二极管38以及屏蔽连接(或屏蔽触点)39。
连接器在引脚T1和B1上具有重复的r1连接。这种重复不是严格必要的，并且引脚T1、B1中的一个能够用于其他目的。例如，能够从r1到RLD_sum重新定义一个引脚。连接“RLD_sum”支持将两个5导联耦合单元组合成12导联耦合单元。目的是经由耦合侧连接器实现两个(或多个)耦合单元之间的电连接。在两个5引线耦合单元之间，能够经由耦合侧连接器共享的电连接包括prot_gnd、shield和RLD_sum。RLD_sum引脚能够用于耦合单元内部的RLD电路或需要耦合单元之间共享网络的任何其他功能。其他引脚分配也是可能的。例如，只要耦合单元的分配已知，就能够互换连接LA和RA而不会对功能产生任何影响。
在图9中示出了支持最高5导联ECG与4线呼吸的传感器侧连接器60的第三种形式。该连接器60支持最高6个患者电极。这种配置可以用作12导联ECG的简化备选方案，其中，仅从两个单极电极信号(例如连接到V1和V2)外推6个单极信号。能够看出，存在用于电极RA、LA和LL的重复连接以支持4线阻抗测量方法。
耦合单元的连接器接口能够配置哪些连接器引脚用于ECG和呼吸测量，并且包括在呼吸和ECG信号路径中的适当滤波。
其他引脚分配也是可能的。例如，只要耦合单元的分配已知，就能够互换单极引线连接V1和V2而不会对功能产生任何影响。
在上文中，描述了分别使用16引脚、10引脚和14引脚的用于ECG的传感器侧连接器的三种形式。在下文中，示出了针对三种形式中的每种形式的SpO2连接器形式。
由于SpO2连接器通常需要8个连接，因此可以重复16引脚连接器上的所有连接。通过这种选择，可以不需要评价传感器侧连接器取向。图10示出了16引脚全对称SpO2连接器70的实施例。
由于SpO2连接器70不提供备用引脚，因此可以进一步改进图10中示出的设计。这样的备用引脚对向上兼容性是有兴趣的，例如支持利用来自额外的LED的额外的波长操作的SpO2系统。这引起图11中示出的所提出的连接器设计80。
具有相同名称的引脚在连接器内部短路(例如，A-A、B-B、InnerShld-InnerShld、OuterShld-OuterShld)。由于引脚A和B重复，因此无论连接器取向如何，光电二极管81都始终正确连接。而且，内部屏蔽和外部屏蔽始终连接。两个反并联LED 82也始终连接，但是它们的取向取决于连接器的取向。由于LED 82的波长不同，因此耦合单元应当知道它们的取向。图11中的引脚T4、B4对应于用于针对图6中示出的ECG连接器30的信号Shield′、Shield的引脚。利用这种引脚分配，在ECG传感器侧电极意外插入SpO2测量模块的情况下，LED电流将不会连接到ECG电极。另外，图6中示出的ECG连接器30的引脚Shield′和Shield用于存在检测和功能选择。因此，基于引脚T4与B4之间的网络，可以进行存在检测和功能选择：单个二极管用于ECG；(由SpO2LED形成的)两个反并联二极管用于SpO2；或开路(未应用传感器侧连接器)。
为了检测SpO2连接器的取向，能够使用电阻器Rlambda和/或Rtype。这两个电阻器有意连接在InnerShld与仅一个连接器引脚之间。因此，能够根据引脚B3、T3(InnerShld)与B1、T1(Rtype，NoConn1)和/或B7、T7(Rlambda(也被指示为Rλ)、NoConn2)之间的阻抗来评价SpO2连接器的取向。
耦合单元10的连接器接口15优选被配置为执行以下检测功能：
-检测传感器侧连接器是否被连接到耦合单元；
-在存在传感器侧连接器的情况下，检测连接器的功能(例如，ECG或SpO2)；
-检测传感器侧连接器的取向。
根据检测的输出，耦合单元优选相应地配置自身。检测可以连续操作，这是因为可以在操作期间断开传感器侧连接器，并且可以在任何时刻插入新的连接器。
图6(用于ECG)和图11(用于SpO2)中示出的连接器设计支持评价连接器的存在和功能，而不驱动电流到患者电极。该方法基于在引脚T4与B4之间看到的阻抗(耦合侧连接器的对应触点，然后在该范例中充当存在检测触点)。假设引脚B4保持在固定电位Vref(例如，耦合单元的电源电压的一半)处并且从连接器接口驱动小的测试电流itest到引脚T4，则测试电流能够遵循交替模式的小的正负电流。连续监测引脚T4与B4之间的电压差。根据传感器侧连接器配置，可能会出现图12所示的情况。图12示出了用于基于检测电流itest来检测传感器侧连接器的存在和类型的方法的各种信号图。
能够看出，引脚T4上的电压(Vshield′)取决于所应用的连接器：
-如果未应用传感器侧连接器，则电压在电平Vmax和Vmin(通常为耦合单元的电源电平和接地电平)处饱和。
-如果应用ECG连接器，能够根据引脚处的电压Vshield′找到取向。对于测试电流的一个极性，电压钳位到二极管电压Vd(通常为0.8V)。
-如果应用SpO2连接器，则电压钳位到LED正向电压VL1和VL2。假设VL1＜(Vmax-Vref)和VL2＜(Vmax-Vref)。
由于SpO2LED正向电压未知，因此无法根据检测到的电压来检测SpO2传感器侧连接器取向。然而，如前所述，能够根据电阻器Rλ和Rtype来评价取向。
有用于检测应用于耦合单元的传感器侧连接器的存在、类型和取向的备选方法。在一个实施例中，这基于对传感器侧连接器内部的短路引脚的评价。连接器内部短路的引脚数量在所提出的ECG传感器侧连接器与SpO2传感器侧连接器之间有所不同。例如，引脚T3-B3在16引脚ECG连接器中没有短路，但16引脚SpO2连接器内部的对应引脚InnerShld-InnerShld短路。连接器接口可以基于对引脚T3、B3与T6、B6之间的阻抗的评价(耦合侧连接器的对应触点然后在该范例中充当存在检测触点)：
-如果T3与B3之间的阻抗是高阻抗(开路)并且T6与B6之间的阻抗也是开路，则不存在传感器侧连接器。
-如果T3与B3之间的阻抗是高阻抗(开路)并且T6与B6之间的阻抗是短路，则根据如图6所示的取向存在ECG传感器侧连接器。
-如果T3与B3之间的阻抗是短路并且T6与B6之间的阻抗是开路，则根据与图6中示出的配置相反的取向存在ECG传感器侧连接器。
-如果T3与B3之间的阻抗是短路并且T6与B6之间的阻抗也是短路，则存在SpO2连接器。可以根据Rtype和/或Rλ引脚来评价取向。
因此，耦合单元的连接器接口15(如图1和图2所示)可以执行这些检测方法中的一种或多种以用于检测配置和/或取向。连接器接口15可以像开关矩阵一样起作用，在测量电子器件与耦合单元的输入连接之间路由连接。另外，连接器接口15可以包括用于检测连接器引脚之间的短路的检测电路。短路检测可以基于驱动小电流进入连接器。由于电极可以被连接到患者，同时耦合单元将电流驱动到一个或多个输入中，因此该电流的部分可以流入患者体内。因此，检测电路内部的检测电流必须保持远低于安全限值。
在图13中示出了用于SpO2的10引脚形式的传感器侧连接器90。减少的引脚数量使得不再能够重复所有连接。连接器的存在、功能和取向检测根据与图11所示的16引脚形式相同的机制进行操作。
在图14中示出了用于SpO2的14引脚形式的传感器侧连接器100。再次重复针对光电二极管81的连接(引脚A和B)。连接器存在、功能和取向检测根据与图11中所示的16引脚形式相同的机制进行操作。
医学耦合单元的架构还有其他实施例。在一个实施例中，医学耦合单元可以支持多测量并且可以基于传感器侧连接器来配置自身；在该实施例中，可以提供单个测量单元16，其能够应用于任何生命体征测量。在另一实施例中，医学耦合单元可以专用于单一类型的生命体征；因此，可以(在单个医学耦合单元中或在单独的耦合单元中)提供多种类型的测量单元16，并且每个测量单元都旨在与对应的传感器侧连接器一起操作。
本文公开的连接器设计能够与上述两种选择一起使用。在所有情况下，当应用错误类型的传感器侧连接器时，通常也能保证患者的安全。
到目前为止描述的连接器设计能够被认为是无源连接器。耦合单元与传感器侧连接器之间没有电源传输。如果重新使用现有的测量硬件，则特别使用这种方案。还可以设计有源连接器，其将测量硬件的部分转移到连接器。这种解决方案需要将电源和接地转移到传感器侧连接器。针对有源连接器的连接器设计没有根本改变。在这种情况下，还提供了耦合单元中的连接器接口，以检测传感器侧有源连接器的类型，并且优选相应地配置测量单元。另外，连接器接口提供对以传感器侧连接器的任何取向进行操作的支持。有源连接器的潜在优势在于耦合单元内部的硬件能够更通用。
在图15中示出了包括有源(模拟和/或数字)电路的传感器侧连接器110的实施例。如果需要，能够扩展I/O引脚的数量。它包括有源电路单元111和(一个或多个)有源扩展单元112，以获得电力和其他任选信号。包括在连接器110中的可能功能是：
-连接器取向检测的数字实施方式；
-用于识别连接器的类型或功能的数字连接器ID；
-用于执行导联断开检测的电路。监测能够包括耦合侧连接和与耦合单元的连接。可视指示器(例如，LED)能够被包括在连接器中，以向用户提供建立连接的简单且快速的反馈。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种医学耦合单元，用于所述医学耦合单元(1、1a、1b)与耦合到所述医学耦合单元的医学传感器(2、2a)之间的电信号传输，所述医学耦合单元包括：
-耦合侧连接器(10)，其包括在第一表面(12)中或上的多个第一电触点(11)和在与所述第一表面相对的第二表面(14)中或上的多个第二电触点(13)，
-连接器接口(15)，其用于分析在所述多个第一电触点(11)和所述多个第二电触点(13)中的一个或多个处可用的电信号，以通过评价预定电触点之间的阻抗和/或电压来检测以下中的一个或多个：耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的存在、耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的类型，以及耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的传感器侧连接器的取向。
2.如权利要求1所述的医学耦合单元，
其中，所述连接器接口(15)被配置为评价充当存在检测触点的、一个第一电触点与一个第二电触点之间的阻抗，以检测医学传感器是否被耦合到所述医学耦合单元并且/或者检测医学传感器的类型。
3.如权利要求1所述的医学耦合单元，
其中，所述连接器接口(15)被配置为响应于被驱动到存在检测触点中的一个中的测试电流而测量充当所述存在检测触点的、一个第一电触点与一个第二电触点之间的电压。
4.如权利要求2或3所述的医学耦合单元，
其中，所述存在检测触点分别是所述多个第一电触点和所述多个第二电触点之中的中心电触点。
5.如权利要求1所述的医学耦合单元，
其中，所述连接器接口(15)被配置为检测短路触点的数量，以检测耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的存在和/或类型并且/或者检测耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的传感器侧连接器的取向。
6.如权利要求1所述的医学耦合单元，
其中，所述连接器接口(15)被配置为评价一对或多对电触点之间的阻抗，以检测耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的存在和/或类型并且/或者检测耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的传感器侧连接器的取向。
7.如权利要求1所述的医学耦合单元，还包括：
-测量单元(16)，其用于评价在所述多个第一电触点和所述多个第二电触点中的一个或多个处接收的电信号，以及
-测量控制单元(17)，其用于基于检测到的耦合到所述医学耦合单元的医学传感器的类型和/或取向来控制所述测量单元(16)的配置和/或评价。
8.如权利要求1所述的医学耦合单元，
还包括：传感器控制单元(18)，其用于经由所述耦合侧连接器(10)和/或电源单元(19)控制连接的医学传感器，以用于经由所述耦合侧连接器(10)向连接的医学传感器和/或连接的传感器侧连接器供电。
9.如权利要求1所述的医学耦合单元，
其中，所述耦合侧连接器(10)被配置为插头，所述插头用于插入被配置为插座的传感器侧连接器(20)，或者所述耦合侧连接器(10)被配置为插座，所述插座用于插头连接被配置为插入所述插座中的传感器侧连接器(20)。
10.一种传感器侧连接器，用于医学耦合单元(1、1a、1b)与连接到所述传感器侧连接器(20)的医学传感器单元(25)之间的电信号传输，所述传感器侧连接器包括：
-在第一表面(22)中或上的多个第一电触点(21)和在与所述第一表面相对的第二表面(24)中或上的多个第二电触点(23)，
-一个或多个内部连接(300、301)，其用于将一个或多个第一电触点与相应的第二电触点以点对称方式连接，以及
-保护电路(33、35、36)。
11.如权利要求10所述的传感器侧连接器，
还包括参考触点(301)。
12.如权利要求11所述的传感器侧连接器，
其中，所述保护电路包括：被耦合在所述参考触点(301)之间的一个或多个浪涌吸收器(35、36)和/或被耦合在一个或多个输入端子(31)与所述第一触点(21)和所述第二触点(23)中的一个或多个之间的保护电阻器(33)，来自所述传感器单元(25)的输入信号被耦合到所述一个或多个输入端子。
13.如权利要求10所述的传感器侧连接器，
其中，一个第一电触点(T4)和一个第二电触点(B4)被设置为连接到将所述传感器单元(25)连接到所述传感器侧连接器的线缆(26)的屏蔽触点(39)。
14.如权利要求13所述的传感器侧连接器，
其中，所述第一触点(T4)和所述第二触点(B4)分别是所述多个第一电触点和所述多个第二电触点之中的中心电触点。
15.如权利要求13所述的传感器侧连接器，
还包括以下中的一个或多个：
-耦合在所述第一触点(T4)与所述第二触点(B4)之间的二极管(38)，
-第一触点与第二触点之间的第一阻抗测量电阻器(Rλ)，
-一对第一触点或一对第二触点之间的第二阻抗测量电阻器(Rtype)，以及
-电子存储器。
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