JP6120570B2 - 電気作動装置にパワー供給する供給ユニット及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気作動装置の専用コネクタ手段と解除可能に接触するコネクタ素子によって、電気作動装置に電気パワー及び／又は電気信号を供給する供給ユニット及び方法と、対応する電気作動装置と、電気作動装置及び供給ユニットを有する電気システムと、に関する。

電気システムは、例えば、医用患者監視システムであり、前記システムは、例えば電池駆動のポータブル生理学的監視装置である電気作動装置を有する。電気作動装置の専用コネクタ手段と解除可能に接触するコネクタ素子によって、電気作動装置に電気パワー及び／又は電気信号を供給する供給ユニットは、例えば監視装置の電池を再充電するための充電ステーションである。

生理学的監視装置は、人間の１より多くの生理学的パラメータを測定し視覚化するための装置である。これらの監視装置は、概して、さまざまな生理学的信号を測定する複数のセンサ素子を有する。多くの場合、センサは、取り外し可能であり、パワー及び信号の伝送並びに通信及び識別のためのコネクタ手段を有する。

医療環境において、洗浄及び消毒は、重要性が高まっている本質的な要求である。患者監視システムの患者リーク電流及び補助電流は、法的要求により制限されている。導電性コネクタ（雌型）及び／又はコネクタピン（雄型）であるコネクタ素子及び／又はコネクタ手段と偶発的に接触する場合に、患者の安全のために必要とされる要求を満たすための多くの機械的構造が存在する。それらの設計の固有の孔、空洞、スプライス、ベント等の設計のため、雄型及び雌型コネクタの原理に基づくコネクタ手段は、洗浄し、殺菌するのが常に困難である。

従って、例えば適用される部品用のコネクタ素子が使用中でないときに、患者又はバイスタンダがこれらの接点に触れる可能性があるかぎり、コネクタ素子及び／又はコネクタ手段のような導電性接点に絶えずパワーを印加することは許容できない。通常、この要求は、コネクタ素子及び／又はコネクタ手段を用いて解決され、これは、適当な機械的構造によって、偶発的な接触に対する保護を確実にする。いわゆる「テストフィンガ」が、保護効率の検証のために使用される。

機械的構造の原理に基づく安全装置は、常に、医療環境において、１つの大きな不利益を有する：それらは、消毒、洗浄及び液体の進入に対する保護のニーズに本質的に応じない。消毒するのが容易であり効率的である医療装置は、一般に、いかなる孔、空洞、スプライス、ベント等ももたない滑らかな表面を有する。完全に非接触のパワー伝送及び通信の手段があり、これは、完全に封止されたハウジングを可能にするが、これらの方法は、特定の条件下において、不利益を有する。これらの不利益は、特にハイパワー消費を伴う適用される部品に関して、電気的接点を必要とする。

ワイヤレス医用センサの増大する要求に関して、以下を可能にするコネクタの必要性が生じている：（ａ）防水ハウジング構造、（ｂ）孔及び空洞のない滑らかなハウジング表面、（ｃ）小さい挿入力、（ｄ）相対的に高いバッテリ充電電流の伝送、及び（ｅ）電磁界のゼロ放出。

本発明の目的は、供給ユニット、電気作動装置、電気システム、及びコネクタ素子によって電気作動装置に電気パワー及び／又は電気信号を供給する方法を提供することである。

本発明の目的は、請求項１、７、１１及び１３に記載の特徴により達成される。

供給ユニットは、パラメータを測定する測定装置を有し、前記パラメータは、前記パラメータから、供給ユニットのコネクタ素子のうち１つのコネクタ素子と他のコネクタ素子との間に電気的に相互接続される外部容量の存在を判定するのに適している。この外部容量は、好適には、電気作動装置の予め決められた特徴的な容量である。

コネクタ素子及び対応するコネクタ手段のこのような構造によって、少なくとも１つのコネクタ素子は、残りのコネクタ素子がカバーされていて、適用される部品による予想外のアクセスから保護されているか否かを検出することが要求される。

電気パワー及び／又は電気信号の電気作動装置への供給は、パラメータ依存の供給であり、前記パラメータは、コネクタ素子のうち１つのコネクタ素子と他のコネクタ素子との間に電気的に相互接続される外部容量の存在を判定するのに適している。

本発明による供給ユニットによれば、電気作動装置の特徴的な容量によって、特定のタイプの電気作動装置及び／又は個別の電気作動装置を判定することが可能であり、前記特徴的な容量は、前記タイプの電気作動装置及び／又は前記個別の電気作動装置に特徴的である。

それぞれ異なるタイプの電気作動装置及び／又は個別の電気作動装置は、それら自身、それぞれ異なる個別の容量レンジ内の特徴的な容量を有し、例えば１００ｎＦから７００ｎＦまでの全体の容量レンジの中に７つの個別の容量レンジを有し、各々が、１００ｎＦの幅を有する。例えば、１００ｎＦから２００ｎＦまでの第１の個別の容量レンジ内で測定される各々の容量は、１つのタイプの電気作動装置及び／又は個別の電気作動装置に割り当てられる。

本発明の第１の実施形態によれば、パラメータは、時間依存の電流及び／又は時間依存の電圧、及び／又は前記時間依存の電流及び／又は電圧に基づく時定数である。測定されるパラメータは特に、パルス生成装置により生成されるパルスに応答するパラメータである。パルスは、好適には方形波である。前記パラメータが応答パラメータである場合、応答パラメータは、応答電圧及び／又は応答電流である。

本発明の他の実施形態によれば、供給ユニットは更に、パルス生成装置と、パルス生成装置及び測定装置を制御する制御装置と、を有する。パラメータは、コネクタ素子へのパルス送信に対する応答として測定可能な応答パラメータである。

本発明の他の実施形態によれば、供給ユニットは更に、測定されたパラメータを解析することによって、供給ユニットと電気作動装置との電気接続を識別する識別装置を有する。

本発明の更に他の実施形態によれば、供給ユニットは、コネクタ素子のうち少なくとも１つを電気的に絶縁し、及び／又はコネクタ素子のうち少なくとも１つをグラウンドと短絡させるセーフガード装置を有する。カバーされていないコネクタ素子の場合、セーフガード装置は、潜在的に危険な電圧を有するすべてのコネクタ素子が、ゼロ電位又はフローティング状態であることを確実にする。

好適には、供給ユニットは、バッテリ駆動装置である電気作動装置のバッテリを再充電するための充電ステーションである。

本発明は更に、上述した供給ユニットと協働する電気作動装置に関する。電気作動装置は、コネクタ手段を有し、前記電気作動装置は、供給ユニットの１つのコネクタ素子及び他のコネクタ素子専用のコネクタ手段のうち２つの間で測定可能な特徴的な容量を有する。

本発明の好適な実施形態において、電気作動装置は、生理学的監視装置である。医療環境において、洗浄及び消毒は、重要性が増している本質的な要求である。患者監視システムの患者リーク電流及び補助電流は、法的要求により制限されている。

本発明の他の実施形態によれば、電気作動装置はバッテリ駆動装置である。

本発明は更に、上述の供給ユニット及び上述の電気作動装置を有する電気システムに関する。本発明の好適な実施形態によれば、電気システムは、医療環境である。

本発明は更に、電気作動装置の専用コネクタ手段と解除可能に接触するコネクタ素子によって、電気作動装置に電気パワー及び／又は電気信号を供給する方法に関する。電気作動装置は、測定されるパラメータに依存して前記供給を与えられ、前記パラメータは、コネクタ素子のうち１つのコネクタ素子と他のコネクタ素子との間に電気的に相互接続される外部容量の存在を判定するのに適している。

本発明の好適な実施形態によれば、パラメータは、時間依存の電流若しくは時間依存の電圧、又は前記時間依存の電流若しくは電圧に基づく時定数である。

特に、コネクタ素子は、電気作動装置に電気パワー及び／又は電気信号を供給する供給ユニットのコネクタ素子である。

上述したコンポーネント、請求項に記載のコンポーネント、記述される実施形態において本発明により使用されるコンポーネントは、当該分野において知られている選択基準が制限なく適用されることができるように、それらコンポーネントの大きさ、形状、材料選択及び技術的概念に関していかなる特別な除外も受けない。

本発明の目的の付加的な詳細、フィーチャ、特徴及び利点は、従属請求項、図面並びにそれぞれの図面及び例の以下の説明に開示されており、それらは、例示の形で、本発明による実施形態を示す。

本発明の好適な実施形態による電気作動装置にパワー供給する供給ユニットの測定装置の回路図。 電圧方形波及び応答キャパシタ電圧対時間を示す図。 対応する電流方形波及び応答キャパシタ電流対時間を示す図。

図１は、左側に、電気作動装置１２に電気パワー及び／又は電気信号を供給する供給ユニット１０と、右側に、供給ユニットとインタラクトすることが可能な３つの異なるアイテムを示している。当該電気作動装置１２は、コネクタ手段のうち２つの間で測定可能な予め決められた特徴的な容量（キャパシタ１４として示される）と、抵抗経路１６（特に人間の一部を通る抵抗経路）と、いわゆるテストフィンガ１８（特に国際規格ＩＥＣ６０６０１に従う）と、を有する。

供給ユニット１０及び電気作動装置１２は、共通の電気システム２０の部品である。電気作動装置１２は、好適には、生理学的監視装置又はセンサであり、バッテリ駆動装置であることが好ましく、供給ユニット１０は、好適には、バッテリ駆動装置のバッテリを再充電するための充電ステーションである。

供給ユニット１０は、電気作動装置１２の専用コネクタ手段３０、３２と解除可能に接触するコネクタ素子２２、２４、２６、２８によって、電気作動装置１２に電気パワー及び／又は電気信号を供給する。供給ユニット１０は、パラメータを測定する測定装置３４を更に有し、前記パラメータは、前記パラメータから、供給ユニット１０のコネクタ素子２２、...、２８のうち１つのコネクタ素子２２と他のコネクタ素子２４との間に電気的に相互接続される外部容量の存在を判定するのに適している。

供給ユニット１０は更に、パルス生成装置３６と、パルス生成装置３６及び測定装置３４を制御するコントローラユニット３８と、を有する。特に、測定装置３４は、供給ユニット１０のコントローラユニット３８内に実現される。供給ユニット１０は更に、測定されたパラメータを解析することによって、供給ユニット１０と電気作動装置１２との電気接続を識別する識別装置（コントローラ３８により実現される）と、コネクタ素子２６、２８のうち少なくとも１つを電気的に絶縁し、及び／又はコネクタ素子２６、２８のうち少なくとも１つをグラウンドと短絡させるセーフガード装置４０と、を有する。

電気作動装置１２は、２つのコネクタ手段３０、３２の間の電流経路４２に電気的に配置され、予め規定された固定値をもつ識別キャパシタ１４を有する。

基本的に、検出メカニズムは、（各）電気作動装置１２の内部に位置する予め規定された固定値をもつ識別（ＩＤ）キャパシタ１４の肯定の識別に基づく。信頼性のある検出を達成するために、電気作動装置１２の存在の状態を、他の状態から確実に区別することが可能である必要がある。システムは、以下の状態をとりうる：
１）有効な電気作動装置１２が存在する：パワーが他の理由のためにコントローラユニット３８によってディスエーブルされない限り、パワーは印加されることができる；
２）有効な電気作動装置１２が存在しない：パワーオフされ、制御ラインがディスエーブルされる；
３）１つのコネクタ素子２２と他のコネクタ２４との間の抵抗経路１６：両方のコネクタ素子２２、２４が、同時に患者／看護師により接触され、又はコネクタ素子２２、２４が、水／食塩水又は洗浄剤のような導電性物質により汚される：パワーオフされ、制御ラインがディスエーブルされる；
４）患者又は看護師がこのコネクタ素子２２、２４と接触する、又はコネクタ素子２２、２４及び供給ユニット１０のハウジングが汚される、という理由でもたらされる高帯電接点及び保護アースの間の抵抗経路：パワーオフされ、制御ラインがディスエーブルされる。

（状態３及び４は、状態１又は状態２と同時に生じることがあるが、後者のケースは、状態１に関する偽検出の判定を与えてはならないことに注意すべきである。）

図２は、パルス生成装置３６により生成される電圧方形波パルス４２、及び測定装置３４により測定可能な電気作動装置１２の応答する容量応答電圧４４の図を示している。両方の信号４２、４４とも、時間ｔに対してプロットされている。

図３は、パルス生成装置３６により生成される対応する電流方形波４６、及び測定装置３４により測定可能な電気作動装置１２の応答する容量応答電流４８の図を示している。両方の信号４６、４８は、時間ｔに対してプロットされている。

検出中、電気作動装置１２は、図２に示されるように、パルス生成装置３６により生成される方形波信号４２、４６によって、周期的に励起される。励起信号は、図２及び図３に示されるように非対称のデューティサイクルを有する。短いサイクルの間に、容量又はＩＤキャパシタ１４は、パルス生成装置の直列の高インピーダンス５０を通じて帯電され、他方、（低インピーダンス放電経路５２、５４を使用する）より長い放電時間が、識別キャパシタ１４の両端のオフセット電圧の蓄積を防ぐ。

電気作動装置１２が存在する場合、駆動される１つのコネクタ素子２２（パワー接点）の応答電圧４４は、ほぼ線形に上昇し、応答電流フロー４８は、電気作動装置１２の励起中、ほぼ一定のままである。複数の電流及び電圧測定値５６は、各々の励起パルスの間に取得され、本当のＩＤキャパシタ１４及びゆえに接続されている電気作動装置１２の結果と考えられる特定のレンジ内になければならない。

非常に信頼性が高くセキュアな検出を達成するために、他のコネクタ素子２４（ロー接点）を逆に流れる電流と１つのコネクタ素子２２（ハイ接点）における電圧とが測定される。応答電流４８及び応答電圧４４波形に課されるいくつかの条件の全てが、いくつかの連続的な励起パルスサイクル中に満たされる場合のみ、電気作動装置１２は、認識されたと宣言される。

電気作動装置１２が検出された後、監視される応答電圧４４又は応答電流４８がそれらの特定される制限内になくなるまで、パワーライン５８及び他の制御ライン６０がオン状態にされる。励起パルスの立ち上がりエッジの直後、応答電流４８は、高インピーダンスを有する電流検知分路６２によって、戻り経路において、高分解能で測定される。測定された電流が、予め規定されたレンジ内にない場合、これは、空きのスロットとみなされる。

電気作動装置１２が存在しない場合、又は１つのコネクタ素子及び他のコネクタ素子（接点）２２、２４の間の抵抗経路１６及び／又は保護アースがある場合、電圧及び／又は電流測定（応答電圧４４、応答電流４８）は、これらの期待される測定波形から逸脱する。これは、電気作動装置１２の不存在として考えられる。パワーが印加された後、この検出メカニズムはもはや機能しない。従って、応答電流４８の電流監視が、電気作動装置１２の取り外しを検出するために使用される。電流パルス４６の電流及び／又は応答電流４８がプリセットされた最小閾値を下回るとすぐに、電気作動装置１２は、取り外されたものとみなされる。

安全性を高めるために、電源スイッチの各々における付加のハードウェアは、マイクロコントローラからの関連する制御信号が連続的にトグルしている場合に限り、充電パワーがオン状態にされることを確実にする。マイクロコントローラがいずれかの状態にハングする場合に、パワーが不注意にオン状態に切り替えられることを回避するために、制御信号が静的ハイ又は静的ローの場合、充電パワーはオフ状態にされる（及びオフ状態にされたままである）。

医療環境において、洗浄及び消毒は、重要性が高まっている本質的な要求である。患者監視システムの患者リーク及び補助電流は、法的要求により制限される。

提案される検出方法は以下の利点を有する：
−これは、付加の検知方法又は付加のピンを用いない検出及び分類を可能にする；
−例えばバッテリ充電のためのパワーラインと連係して使用されることができる；
−患者リーク及び補助電流に関する医学的要求を満たす；
−センサに対し最小の付加的ハードウェアしか追加しない；
−軽量であり、ロバストである。

特に、電気作動装置１２が、充電ステーションとして形成される供給ユニット１０のバッテリ充電のためにドッキングされることができるワイヤレス医用装置である場合、提案される方法は、いかなる付加の検知方法又は検出ピンをも用いることなく、全体として滑らかで防水性のある筐体設計を有する機会を提供する。全体として滑らかな装置筐体は、容易な消毒及び洗浄を可能にする。例えばカバーされていない接点ピンが、センサの取り外しによって引き起こされる場合、すべての接触可能なピンは、リーク及び補助電流の法的要求を満たす。

開示される実施形態に対する他の変更例は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、請求項に記載の本発明を実施する際に当業者により理解されることができ実施されることができる。請求項において、「含む、有する」という語は、他の構成要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は、複数性を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

Claims (12)

1. 医療環境において使用されるポータブル生理学的監視装置の複数の専用コネクタ手段と解除可能に接触する複数のコネクタ素子によって、該ポータブル生理学的監視装置に電気パワー及び／又は電気信号を供給する供給ユニットであって、前記供給ユニットは、前記コネクタ端子に送信される連続するパルスを生成するパルス生成装置と、パラメータを測定する測定装置を有し、前記パラメータは、前記パラメータから、前記供給ユニットの前記複数のコネクタ素子のうち１つのコネクタ素子と他のコネクタ素子との間に電気的に相互接続される外部容量の存在を判定するのに適しており、
   前記パラメータが、時間依存の電流及び時間依存の電圧であり、
   前記パルス生成装置が前記パルスを生成し、前記測定装置が、前記外部容量への前記パルスの印加に応じた所定の応答電圧波形及び応答電流波形を前記パラメータとして測定する場合、電気パワーが前記ポータブル生理学的監視装置に供給される、
   供給ユニット。
2. 前記パラメータは更に、前記時間依存の電流及び／又は電圧に基づく時定数を含む、請求項１に記載の供給ユニット。
3. 前記供給ユニットは更に、前記パルス生成装置及び前記測定装置を制御するコントローラユニットと、を有する、請求項１に記載の供給ユニット。
4. 前記供給ユニットは更に、前記測定されたパラメータを解析することによって、前記供給ユニットと前記ポータブル生理学的監視装置との電気接続を識別する識別装置を有する、請求項１に記載の供給ユニット。
5. 前記供給ユニットは、前記複数のコネクタ素子のうち少なくとも１つを電気的に絶縁し、及び／又は前記複数のコネクタ素子のうち少なくとも１つをグラウンドと短絡させるセーフガード装置を有する、請求項１に記載の供給ユニット。
6. 前記供給ユニットは、バッテリ駆動装置である前記ポータブル生理学的監視装置のバッテリを再充電する充電ステーションである、請求項１に記載の供給ユニット。
7. 請求項１に記載の供給ユニットと協働するポータブル生理学的監視装置であって、複数の専用コネクタ手段を有し、前記ポータブル生理学的監視装置は、前記供給ユニットの１つのコネクタ素子及び他のコネクタ素子専用の複数の専用コネクタ手段のうち２つの間で測定可能な予め決められた特徴的な容量を有する、ポータブル生理学的監視装置。
8. 前記ポータブル生理学的監視装置がバッテリで駆動される装置である、請求項７に記載のポータブル生理学的監視装置。
9. 前記ポータブル生理学的監視装置は、前記２つの専用コネクタ手段の間の電流経路に電気的に配される、予め規定された固定値をもつ識別キャパシタを有する、請求項７に記載のポータブル生理学的監視装置。
10. 請求項１に記載の供給ユニットと、請求項７に記載のポータブル生理学的監視装置と、を有する電気システム。
11. 医療環境において使用されるポータブル生理学的監視装置の複数の専用コネクタ手段と解除可能に接触する複数のコネクタ素子によって、該ポータブル生理学的監視装置に電気パワー及び／又は電気信号を供給する方法であって、前記ポータブル生理学的監視装置は、測定されるパラメータに依存して前記供給を与えられ、前記パラメータは、前記複数のコネクタ素子のうち１つのコネクタ素子と他のコネクタ素子との間に電気的に相互接続される外部容量の存在を判定するのに適しており、前記パラメータが、時間依存の電流及び時間依存の電圧であり、前記方法が、
    前記コネクタ端子に送信される連続するパルスを生成するステップと、
    前記複数のコネクタ素子のうち１つのコネクタ素子と他のコネクタ素子との間で前記パラメータを測定するステップと、
    前記外部容量への前記パルスの印加に応じた所定の応答電圧波形及び応答電流波形が前記パラメータとして測定される場合、前記ポータブル生理学的監視装置に電気パワーを供給するステップと、
    を有する方法。
12. 前記パラメータは更に、前記時間依存の電流及び／又は電圧に基づく時定数を含む、請求項１１に記載の方法。

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