JPH08299286A - 自己給電式インターフェイス回路 - Google Patents

自己給電式インターフェイス回路

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JPH08299286A
JPH08299286A JP7303175A JP30317595A JPH08299286A JP H08299286 A JPH08299286 A JP H08299286A JP 7303175 A JP7303175 A JP 7303175A JP 30317595 A JP30317595 A JP 30317595A JP H08299286 A JPH08299286 A JP H08299286A
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interface circuit
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voltage
sensor
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John W Raynes
ダブリュ． レインズ ジョン
Gary Altman
アルトマン ガリー
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Becton Dickinson and Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体血圧トランスデューサを患者生命信号
モニタにインターフェイスするための自己給電式インタ
ーフェイス回路を提供する。 【解決手段】 患者モニタにより発生される励起電力信
号を受信し、それからインターフェイス回路の電気的な
構成要素により使用される未調整供給電圧と調整された
供給電圧とを取り出す電源回路を有する。半導体トラン
スデューサ用の適切なセンサ励起信号が電源回路により
発生される。トランスデューサ・センサにより発生され
るセンサ出力信号を受信するための受信回路を有するこ
ともできる。スケーリング回路は、その信号を、センサ
により検知される生理学的な条件および患者モニタによ
り発生される励起電力信号に比例するパラメータ信号に
スケーリングする。必要に応じて、トランスデューサ・
センサを患者モニタから電気的に絶縁するための絶縁回
路をさらに有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、患者の体内空洞の
生理学的パラメータを測定するためのシステムに関し、
特に、本発明は、トランスデューサのセンサを患者の生
命信号モニタへ安全にインターフェイスするための自己
給電式インターフェイス回路を指向するものである。
【０００２】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権
の基礎たる米国特許出願第０８／３４２，４９８号（１
９９４年１１月２１日出願）の明細書の記載に基づくも
のであって、当該米国特許出願の番号を参照することに
よって当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明細書
の一部分を構成するものとする。
【０００３】
【従来の技術】多くの医療行為において、医療従事者は
患者の体内空洞に存在する種々の生理学的条件をモニタ
する必要がある。これらの生理学的条件は、代表的に
は、圧力、温度、流体の流量のような物理的性質のもの
であり、患者の状態に関しての重要な情報を医師あるい
は医療技術者に提供する。これらの種類のパラメータが
測定されモニタされる様子は、安全、正確で、かつ信頼
性がなければならないということは明らかである。
【０００４】そのような状態をモニタするために広く使
用されている装置の１つが血圧トランスデューサであ
る。血圧トランスデューサは患者の血圧の大きさを検知
し、そしてそれをその大きさを表わす電気信号に変換す
る。この電気信号は、患者の血圧の大きさを表示し、記
録し、あるいはモニタする生命信号モニタに供給され
る。
【０００５】従来、血圧トランスデューサはホイートス
トーン・ブリッジ型の回路配置内に接続された圧電抵抗
素子に機械的に結合された圧力応答ダイアフラムを具備
していた。ダイアフラムが（動脈系あるいは静脈系内の
ような）体内空洞と流体的に連通して配置されたとき、
ダイアフラムの圧力による変形により抵抗性素子が伸張
される（あるいは方向によっては圧縮される）。既知の
原理によれば、これによって素子の抵抗は加わった圧力
に比例するような形態で変わる。従って、加わった圧力
の大きさは、（通常は電圧の形態の）励起電力信号をホ
イートストーン・ブリッジ回路の入力端子に加え、そし
てそれと同時にそのブリッジの出力信号をモニタするこ
とにより検出することができる。その信号の大きさは、
オームの法則に従って、ブリッジの抵抗の変化量を反映
している。
【０００６】代表的には、電気ケーブルによりトランス
デューサ・センサのホイートストーン・ブリッジの部分
を生命信号モニタ内に含まれるトランスデューサ増幅器
回路に接続する。この増幅器回路は、励起電力信号をホ
イートストーン・ブリッジ回路に供給し、同時にそのブ
リッジの出力信号をモニタする。励起電力信号は代表的
には電圧の形態であり、モニタの種類と製造者に依存し
て、大きさとフォーマットを、時間と共に変化し（正弦
波、方形の波形あるいはパルス）、および時間とは独立
して（ＤＣ）変えることができる。
【０００７】従来のホイートストーン・ブリッジ・トラ
ンスデューサが動作する原理によれば、大抵の患者のモ
ニタのトランスデューサ増幅器回路は励起電力信号の大
きさに比例し、また検知された圧力の大きさに比例する
センサ出力信号を得るように設計されている。種々のモ
ニタによって異なる大きさおよび／または周波数の励起
電力信号を供給するので、基準の比例定数が開発されて
いる。これらの比例定数の基準によれば、どのセンサ
も、比例定数の基準に合うようにも校正されているいず
れの患者のモニタとの使用に対しても容易に適合するこ
とができる。
【０００８】いくつかの利点がこの互換性により提供さ
れる。血圧トランスデューサは種々の製造者による患者
モニタと交換可能に使用できる。したがって、医療従事
者は特定のモニタと共に使用するための特定のトランス
デューサを選択する必要がない。さらに、既存の患者モ
ニタにおける病院の投資がそのまま維持され、それによ
りコストを減らすことになる。その結果として、これら
の比例性の基準に合致する生命信号モニタは医療環境に
おいてほとんど普遍的に受け入れられている。
【０００９】しかしながら、これまで使用されてきた血
圧トランスデューサおよびモニタとそれに伴って発展し
てきた規格とは問題がないわけではない。例えば、これ
らのシステムで使用されるセンサは一般に患者の体外に
配置され、流体で満たされたカテーテル・ラインを介し
て体内空洞との間で流体の連通がなされている。体内空
洞内の圧力の変化は、ついで流体の充填されたカテーテ
ル・ラインによりダイアフラムに間接的に伝えられる。
したがって、そのようなシステムの精度は静水圧の変化
および流体カラムと関連する他の矛盾することがらによ
り影響を受ける。
【００１０】この問題に対処すべく、先進半導体技術を
使用する小型化（ミニチュア化）されたセンサが開発さ
れている。これらの種類のトランスデューサ・センサ
は、非常に精度が高く、高価でなく、かつ一般にシリコ
ンのダイアフラム上に直接製造されるよく知られたホイ
ートストーン・ブリッジ型の回路配置をやはり利用して
いる。さらに、センサは十分に小さいので、留置カテー
テル(indwelling catheter) の先端に実際に設けられ、
患者の動脈、組織、あるいは器官内に直接入れられる。
これにより、流体の圧力はトランスデューサ・ダイアフ
ラムに直接伝えられるので流体ラインの必要性はなくな
った。その結果、これらのセンサ（留置すなわちカテー
テル先端トランスデューサとしばしば呼ばれる）によれ
ば、患者の血圧のより正確な測定を行うことができる。
【００１１】不幸にも、これらの小型化半導体センサの
電気的構成は、既存の患者モニタのトランスデューサ増
幅器と常に互換性を持つとは限らない。例えば、小型化
センサは種々の種類の患者センサにおいて用いられてい
る励起信号の大きさと周波数の全体の範囲にわたっては
動作できないことがしばしばある。したがって、それら
は、既に使用されている患者モニタの多くのものと直接
に接続することができない。そのような既存のモニタと
使用するためには、特別なインターフェイスをセンサと
モニタとの間に設けなければならない。そのような構成
は、インターフェイスに付加的な回路を必要とし、しか
も既存のモニタは限られた電力しか供給しないように設
計されているので、その付加的な回路は独立した電源を
必要とする。その結果、より新しいミニチュア化センサ
を使用すると、全体のシステムに対してコストがかか
り、かつ複雑になるということがしばしばある。
【００１２】加えて、上記の制限のため、これらのセン
サは、検知された圧力に比例するが、モニタによりセン
サに供給される励起信号に比例しない出力信号を発生す
るように構成される必要がしばしばある。上述したよう
に、これは、市販され、かつ既に広く使用されている多
くのモニタにより要求される電気的フォーマットに合致
しない。したがって、より新しいセンサは、特定の種類
のモニタとのみ使用できるだけであり、したがって、余
計なそしてしばしばむだな機器を購入することを要求す
ることになる。これは、今日の健康管理の環境において
大いに重要なコスト意識を考慮すると、特に望ましくな
い。
【００１３】より新しい、よりミニチュア化されたセン
サを使用すると、さらに別の問題も提起されてきた。半
導体圧力トランスデューサのような導電性装置が（直接
あるいは患者の流体ラインを介して）患者および電気的
モニタ装置の双方に接続されているとき、標準の電力ラ
イン周波数での電流が患者からトランスデューサ接続を
介して大地に流れないことを保証するよう十分な注意を
払わなければならない。そのような電流は、マイクロア
ンペアのレベルでのみ現れてさえも患者に障害を引き起
こすことが知られている。
【００１４】導電性トランスデューサが取り付けられて
いる間に細動除去(defibrillation)を経験する患者には
さらに別の危険がある。この場合、トランスデューサは
トランスデューサ接続を通して電流が流れるのを防止す
るのみならず、患者とモニタの接地接続との間に現れる
かもしれない約５ＫＶの電位に至るまでこの保護を維持
しなければならない。トランスデューサがこの電気的保
護を提供することを要求する工業的規格が確立してい
る。
【００１５】過去においては、流体ラインを介して患者
に接続されたホイートストーン・ブリッジ型のトランス
デューサが十分大きいので電気的保護が絶縁シリコン・
バリアにより提供されていた。この機械的バリアはトラ
ンスデューサ・ダイアフラム上の導電性素子と流体ライ
ンとの間に直接配置され、それにより患者とモニタとの
間の電気的絶縁が提供されていた。不幸にも、このバリ
アは、トランスデューサの精度に影響を与え、かつ装置
に複雑さとコストを付加することになる。
【００１６】前述のより新しい半導体センサの寸法は非
常に小さいため、そのような機械的手段により提供され
る電気的絶縁は実際的ではない。特に、センサがカテー
テル先端に設けられているときには実際的ではない。こ
れまで、トランスデューサとの間の電気的絶縁を提供す
る問題は、ファイバ・オプティクスを使用することによ
り解決されている。ファイバ・オプティクス・トランス
デューサは、光信号の変調により圧力を検出し、そして
それにより患者とモニタとの間の電気的接続の必要性を
除いている。このアプローチは、電気的絶縁の問題を解
決しているが、ファイバ・オプティクス・トランスデュ
ーサは高価であり、校正の問題と長時間ドリフトの問題
があり、既存の患者モニタと共に動作し、かつインター
フェイスをとるためには複雑な回路が必要であり、およ
び製造が困難である。
【００１７】これに対して、より新しい半導体圧力トラ
ンスデューサは、安価であり、かつ製造が容易である
点、校正が容易である点、非常に精度が高く、かつ長時
間ドリフトの心配がない点、およびよく知られかつ実証
されているホイートストーン・ブリッジ型の回路配置を
利用するという点で、カテーテル先端トランスデューサ
として使用するのに非常に適している。
【００１８】したがって、ミニチュア化半導体センサが
患者モニタと電気的に互換性があることを保証する構成
に対するニーズがある。そのようなインターフェイス構
成は、安価で使用が容易で、かつ多数の既存のモニタの
種類のいずれと共にも使用可能であることが必要であ
る。さらに、そのインターフェイスは、モニタにより提
供される励起電力信号から電力の全てを導き出すことが
できるべきである。最後に、必要なら、そのインターフ
ェイスは、患者と患者モニタとの間に適当な電気的絶縁
を提供しなければならない。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、技術の現状
に鑑みてなされたもので、特に、電気的センサを患者モ
ニタへ接続し、電気的にインターフェイスをとるために
現在利用可能な解決策によっては完全には解決されてい
ない上述した問題およびその他の問題とニーズとに鑑み
てなされた。従って、本発明の第一の目的は、半導体ト
ランスデューサ・センサを既存の患者モニタと物理的に
相互接続し、かつ電気的にインターフェイスをとる新規
なインターフェイス回路を提供することにある。
【００２０】本発明の他の目的は、適当なセンサ励起信
号を発生し、および患者モニタにより提供される単一の
モニタ励起信号からその単一電力源の全てを引き出すイ
ンターフェイス回路を提供することにある。
【００２１】本発明の他の目的は、周波数と大きさが変
動する場合も含めて、多数の種々のモニタ励起信号フォ
ーマットの内のいずれか１つから正しいレベルの電力を
導くことができるインターフェイス回路を提供すること
にある。
【００２２】本発明の関連する目的は、半導体トランス
デューサ・センサを種々の異なる種類の患者モニタとイ
ンターフェイスすることを可能とするインターフェイス
回路を提供することにある。
【００２３】本発明の他の目的は、患者モニタにより提
供されるモニタ励起信号の波形に対して過度に負荷をか
けない、あるいは歪めないインターフェイス回路を提供
することにある。
【００２４】本発明のさらに他の目的は、センサを患者
モニタから電気的に絶縁するインターフェイス回路を提
供することにある。
【００２５】本発明の他の目的は、モニタ励起信号の大
きさとセンサにより検出された圧力の大きさとの双方に
比例する応答信号を患者モニタに供給し、それにより標
準的なホイートストーン・ブリッジ型のトランスデュー
サの応答を模擬するインターフェイス回路を提供するこ
とにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的お
よびその他の目的と特徴は、以下の説明と特許請求の範
囲の記載から完全に明らかとなり、あるいは以下に説明
する本発明の実施例により明確になろう。
【００２７】簡単に要約すると、上述した目的およびそ
の他の目的は、半導体血圧トランスデューサのような生
理学的センサを患者モニタに接続しかつインターフェイ
スをとるための新規なインターフェイス回路により達成
される。インターフェイス回路は、励起電力信号の大き
さおよび／または時間に依存して変化するフォーマット
にかかわらず、励起電力信号を提供するいかなる患者モ
ニタとも使用するのに適していることが重要である。し
たがって、インターフェイスは、市販されており、かつ
大抵の病院で既に使用されている多くの患者モニタのい
ずれかひとつとも使用することができる。
【００２８】本発明の一実施例では、インターフェイス
回路は、一般に電圧の形態である励起電力信号を供給す
る患者モニタに、着脱可能な電気ケーブルを介して接続
される。その励起信号から、電源手段は、インターフェ
イス回路のための唯一の電力およびセンサのための適当
な励起信号を取り出す。発生された電力は、モニタによ
り供給される励起電力信号に直接比例する大きさを持つ
少なくとも１つの未調整電源電圧と調整された電源電圧
とからなることが好ましい。これらの電圧は、インター
フェイス回路で使用される（アナログあるいはデジタル
の）電気的構成要素に電力を供給するために使用され得
る。
【００２９】本発明の他の形態では、インターフェイス
回路は、この場合にも再び、着脱可能なケーブルを介し
て、センサ励起信号に応答してトランスデューサ・セン
サにより発生されるセンサ出力信号を受信するための手
段をさらに具備する。この受信手段は、トランスデュー
サにより検知された圧力（あるいは同様な生理学的パラ
メータ）の大きさにのみ比例し、および励起電力信号の
大きさには比例しない応答信号を提供する。
【００３０】スケーリング手段は、その応答信号を受信
して、トランスデューサにより検知された圧力の大きさ
に比例し、および患者モニタにより供給される励起電力
信号の大きさにも比例する大きさを持つパラメータ信号
を提供するように機能する。このパラメータ信号は、こ
うして、標準のホイートストーン・ブリッジ圧力トラン
スデューサ応答を模擬し、および大抵の患者モニターに
より期待されている電気的フォーマットである。インタ
ーフェイス回路は、パラメータ信号を特定の種類のホイ
ートストーン・ブリッジ・トランスデューサに対応する
予め定められた公称目盛係数（スケール・ファクタ）に
まで減衰させる減衰手段をさらに具備してもよい。
【００３１】カテーテル先端トランスデューサと関連し
て使用されるとき、あるいは電気的絶縁が要求される他
の環境で使用されるとき、本発明のインターフェイス回
路は、半導体センサと生命信号モニタとの間に完全な電
気的絶縁を提供する。この実施例では、電源手段は、セ
ンサ励起信号をモニタにより供給される励起電力信号か
ら電気的に絶縁するための手段を含んでいる。これによ
り、インターフェイス回路を介してモニタと患者との間
に有害な漏洩電流が流れるのを防ぐことができる。同様
に、その回路の受信手段部分は、モニタに戻される模擬
センサ信号からセンサ出力信号を電気的に絶縁する手段
を具備する。このようにして、患者に加えられる細動除
去の電位がモニタに流れて損傷を与えることがない。
【００３２】本発明の上述した利点と目的および他の利
点と目的を得るために、以上に簡単に説明した本発明の
より特定の説明を添付図面に例示される特定の実施例を
参照して行う。これらの図面は、本発明の代表的な実施
例を示すのみであって、その範囲を制限するものではな
いことを理解すべきであり、本発明を、その現在最良と
理解される形態で、以下の添付図面を用いて、以下に詳
細に説明する。
【００３３】
【発明の実施の形態】最初に図１を参照するに、一般的
に参照符号１０で示される本発明のインターフェイス回
路は、体内空洞の生理学的条件を測定するためのシステ
ムと関連して使用される。生理学的条件には、例えば、
温度、血液ガスレベル、ヘマトクリットレベル、および
血圧が含まれる。図示の実施例では、モニタされる生理
学的条件は、患者の動脈あるいは静脈系の血圧である。
しかしながら、本発明が他の生理学的条件を測定するシ
ステムでも使用可能なことを理解して頂きたい。
【００３４】よく知られているように、従来の生命信号
モニタは、一般に、標準的なひずみゲージ・トランスデ
ューサに直接電気的に接続されている。モニタは、励起
電力信号を、トランスデューサのダイアフラム上に形成
されたホイートストーン・ブリッジひずみゲージの入力
端に供給する。従来のモニタは、ホイートストーン・ブ
リッジの出力端に現れる出力信号の大きさを同時にモニ
タしている。大抵のモニタは工業的規格と合致するよう
に設計されており、従って、この出力信号が励起電力信
号の大きさと、検知された圧力（あるいは同様な生理学
的パラメータ）の大きさとの双方に比例することが必要
である。このようにして、モニタ１８のような生命信号
モニタは、出力信号を対応する圧力値に変換するための
予め定められた目盛係数を使用することができる。モニ
タは、ついでその値を表示し、記録し、あるいはその他
の形態でモニタする。
【００３５】最近、先進の製造技術により、より小さ
い、より正確な、そして以前のひずみゲージ・トランス
デューサより動作電力が少ないより新しい電子的センサ
が開発された。図１に示される半導体トランスデューサ
・センサ１２のようなこれらのミニチュア化センサはや
はり標準的なホイートストーン・ブリッジ型の回路配置
を使用するが、多くの既存のモニタと電気的な互換性を
もたないように構成されている。さらに詳細には、その
ようなセンサは、初期のセンサとはしばしば異なり、か
つ従来のモニタにより提供されてない特定の大きさおよ
び／または周波数を持つ電気的励起信号を必要とする。
さらに、これらのセンサはモニタの電子部分により期待
される標準的な電気的フォーマットに従った出力信号を
発生しないことがしばしばである。しかしながら、医療
産業は、従来のモニタにかなりの投資を行っているの
で、トランスデューサ１２のようなより新しいセンサを
従来のモニタ１８と共に使用することが望ましい。図１
に示すように、以下に詳細に説明するこの機能は、イン
ターフェイス回路１０により提供される。
【００３６】適当な電気的インターフェイスを提供する
ことに加えて、電気的トランスデューサ１２とモニタ１
８との間を完全に電気的に絶縁することが必要な場合が
しばしばある。前述のように、そのような絶縁は患者を
危険なモニタ漏洩電流から保護し、モニタを患者の細動
除去の間にしばしば現れる高電圧から保護するために必
要である。したがって、電気的絶縁は、電気的センサが
患者と直接的あるいは間接的に電気的に接触していると
きにはいつでも必要とされる。非導電性の機械的バリア
によってはそのような絶縁は実際には提供できないこと
がしばしばある。この機能もまた、インターフェイス回
路１０により提供される。
【００３７】図１を参照するに、半導体トランスデュー
サ・センサ１２がセンサ・ケーブル１４によりインター
フェイス回路１０にどのように電気的に接続されている
かを示す。インターフェイス回路１０には、１８で示さ
れた従来の生命信号モニタがモニタ・ケーブル１６を介
して接続されている。
【００３８】図２は、図１に一般的に示されたシステム
の一例を詳細に示す。ここで、トランスデューサ１２
は、留置カテーテル２０の先端に配置されている。使用
に際し、カテーテル先端およびトランスデューサ１２は
患者の動脈あるいは静脈系（図示せず）と直接に流体に
連通状態に置かれる。あるいはまた、半導体トランスデ
ューサ１２は、患者の外部に置き、そして、例えば、標
準カテーテル流体ラインにより間接的に患者の血液との
流体連通を行うようにすることもできる。いずれの場合
にも、半導体トランスデューサ１２は、上記の電気的非
互換性のため、モニタ１８と直接に接続できない。
【００３９】図２を参照するに、センサ・ケーブル１４
を用いて、トランスデューサ１２を、モジュール２２内
に収容されているインターフェイス回路１０に電気的に
接続する。同様に、インターフェイス回路１０は、モニ
タ・ケーブル１６によりモニタ１８に電気的に接続され
ている。好適な実施例では、（以下に説明する）コネク
タ４８は、モニタ・ケーブル１６の一端に形成された電
気的プラグ２１を着脱可能に受容するようにインターフ
ェイス回路１０上に形成されている。ケーブル１６の他
端には、他のプラグ２６が形成されていて、モニタ１８
の標準的なレセプタクル２４内に着脱可能に受容され
る。
【００４０】図３を参照するに、インターフェイス回路
１０のひとつの好適実施例がブロック図の形態で示され
ている。図示されているように、励起信号源として働く
患者生命信号モニタ１８は、４芯モニタ・ケーブル１６
によりインターフェイス回路１０に電気的に接続されて
いる。ホイートストーン・ブリッジ型の回路３７を有す
る半導体トランスデューサ１２が４芯センサ・ケーブル
１４によりインターフェイス回路１０にも接続されてい
る。
【００４１】モニタ１８は、一般には励起電圧の形態の
励起電力信号を発生する標準的なトランスデューサ増幅
器回路（図示せず）を含んでいる。ケーブル１６の芯線
のうちの２本、即ち正の励起信号線２８と負の励起信号
線３０によってモニタ１８からインターフェイス回路１
０へこの励起電圧を印加する。使用されるモニタの種類
に依存して、励起電圧のフォーマットは広く変えること
ができる。典型的には、４から１０ＶＲＭＳの範囲内の
どこでもよく、およびＤＣから５ＫＨｚまでの範囲で周
波数を変えることができる。
【００４２】図３を参照するに、インターフェイス回路
１０は、モニタ１８から励起電圧信号を受信するための
電源手段を具備する。この励起電圧信号から、電源手段
はインターフェイス回路１０のための電力の単一源とし
て使用される少なくとも１つの供給電圧を取り出す。電
源手段は、励起電圧信号から、適当な電気的な形態のセ
ンサ励起信号を発生させるようにも機能し、その信号は
半導体トランスデューサ１２のホイートストーン・ブリ
ッジ３７の部分に供給される。
【００４３】したがって、インターフェイス回路内で使
用される電気的部品に対する動作電力およびセンサ装置
１２に対する適当なセンサ励起信号がモニタ１８により
供給される励起信号からのみ生成される。これは、モニ
タ１８により供給される励起信号のフォーマットにかか
わらず達成され、それにより、インターフェイス回路１
０は異なる種類のモニタと共に使用することができる。
この能力は、別個の電源を必要とせず、それにより、イ
ンターフェイス回路１０により要求される物理的空間お
よび全体のコストを減らすことができるという長所を有
する。
【００４４】限定ではない例によれば、電源手段により
生成される供給電圧は、３つの個別の電圧、すなわち、
線３２に示される固定電圧ＶD 、線３４および３６にそ
れぞれ示される２つの未調整（レギュレートされていな
い）供給電圧＋ＶA および−ＶA を含むのが好ましい。
さらに、センサ励起信号が、好ましくは、（電流として
供給されてもよいが）調整された電圧を具備するものと
して示され、線９６と９８との間に存在する電圧ＶISO
３８を具備するものとして示されている。
【００４５】好適実施例では、電源手段は、バイポーラ
供給手段と電圧変換手段とを具備する。バイポーラ供給
手段は、モニタ１８により生成された励起信号を受信
し、および電源手段のうち、（それぞれ線３４および３
６に示される）正および負の未調整電源電圧＋ＶA およ
び−ＶA を発生する部分である。＋ＶA と−ＶA はＤＣ
電圧であり、大きさが等しく、極性が反対であるという
ことが重要である。さらに、＋ＶA と−ＶA の大きさ
は、モニタ１８により供給される入力励起信号の大きさ
に直接に比例する。
【００４６】電圧変換手段は、正の未調整電源電圧＋Ｖ
A を受信し、それから（３２に示す）固定出力電圧＋Ｖ
D と（３８に示す）固定の調整されたセンサ励起電圧Ｖ
ISOの双方を発生するように機能する。調整されたセン
サ励起電圧ＶISO は、センサ・ケーブル１４のうちの正
のセンサ信号励起線５４と負のセンサ信号励起線５６の
部分を介してホイートストーン・ブリッジ３７の入力端
に供給される。
【００４７】限定ではない例によれば、図３は、ひとつ
の好適実施例において、電源手段のバイポーラ供給手段
の部分がどのようにバイポーラ電源回路４１を具備する
かを示している。図４は、例えば、電力バッファ回路４
２、電圧インバータ４４、およびレベル補償回路４６を
具備するものとしてバイポーラ電源回路４１が示されて
いる。それらの各々は、以下に参照される図５にさらに
詳細に示されている。
【００４８】電力バッファ回路４２は、一般に４８で示
される標準の電気的コネクタＪ１により正および負の励
起信号線２８および３０に直接に接続されていて、以下
の要素、すなわち抵抗Ｒ１、コンデンサＣ３、Ｃ４およ
びＣ５、インダクタＬ１、ダイオードＣＲ２およびＣＲ
３、および変圧器Ｔ１からなる。これらの全てが図５に
示される回路構成において接続されている。
【００４９】好適実施例では、電力バッファ回路４２
は、ＡＣ動作モードかＤＣバイパス動作モードのいずれ
かでインターフェイス回路１０を動作させるバイパス手
段をも具備している。バイパス手段は、例えば、別個の
信号出力として着脱可能なコネクタＪ１に接続された単
一のバイパス線５０を具備する。モニタがＤＣのみ励起
信号電圧を提供する種類のものであるときは、モニタ・
ケーブル１６は別個のジャンパ線５２を具備し、それに
より、ケーブル１６がコネクタＪ１内に受容されている
ときにバイパス線５０で正の励起電圧信号線２８を相互
接続する。これによって、正の励起電圧信号線２８がダ
イオードＣＲ２のカソードに直接に電気的に接続され、
それにより励起信号のその部分が電力バッファ回路４２
の部分をバイパスするようにする。
【００５０】バイパス線５０は、別個の信号としてコネ
クタＪ１に取り出されるので、このバイパスは電気的モ
ニタ・ケーブル１６内にジャンパ線５２を単に含むこと
により達成することができる。あるいはまた、モニタ・
ケーブル１６には、必要なジャンパ線５２を含むことが
できるモニタ・ケーブル・コネクタ（図示せず）を装着
してもよい。いずれの場合も、モニタ・ケーブル・コネ
クタ／モニタ・ケーブルは使用されるモニタのモデルに
特定のものである。インターフェイス回路１０には何ら
の変更を行う必要がなく、ＤＣあるいはＡＣ励起電圧の
いずれかを提供するモニタと交換可能に使用できるとい
うことが重要である。
【００５１】図５から明らかなように、ＤＣバイパスモ
ードに構成されるとき、コンデンサＣ４とダイオードＣ
Ｒ２およびＣＲ３とは開放回路として働き、それによ
り、電力バッファ回路４２内の他の構成要素が負荷をか
けるのを防止し、それによりＤＣ励起電圧信号がひずむ
のを防止する。コンデンサＣ５は、ＤＣ励起電圧信号上
で簡単なフィルタとしてのみ作用する。
【００５２】これに対比して、モニタ１８により供給さ
れる励起電圧信号がＡＣのときには、モニタ・ケーブル
１６にはジャンパ線５２が装着されない。したがって、
電力バッファ回路４２の変圧器Ｔ１とダイオードＣＲ２
およびＣＲ３の部分は共に、ＡＣ励起電圧信号に対する
全波整流器として機能する。全波整流器から受信される
信号からリップルをフィルタするために、コンデンサＣ
５は電力バッファ回路４２の正と負の出力端５８と６０
との間に接続されている。
【００５３】変圧器Ｔ１はさらに、モニタ１８から受信
された励起電圧信号から（電力バッファ回路４２の正の
出力端５８においてＶA として示される）整流された信
号を絶縁するように働く。これにより、電力バッファ回
路４２の負の出力端６０が負の励起信号線３０に直接接
続されることが可能となる。この負の出力端６０は、イ
ンターフェイス回路１０に対してＣＯＭ１と呼ばれる第
一の共通電位として働く。その結果、インターフェイス
回路１０は、大地に対する電気的な基準を何も必要とせ
ず、かつモニタ１８の電気的基準の性質により影響され
ない。
【００５４】図５を参照するに、電力バッファ回路４２
の全波整流部は、ＡＣ励起電圧信号に対して、その性質
上連続的でも抵抗性でもない電気的負荷を通常提供する
ということがわかるであろう。これに対して、大抵の患
者モニタで使用されるトランスデューサ増幅器（図示せ
ず）は、ホイートストーン・ブリッジ・トランスデュー
サに直接電力を供給するように設計されており、連続的
な抵抗性負荷を提供し、そして励起電圧信号に何らの厳
しいひずみも誘起しない。したがって、そのようなモニ
タと共に適切に動作させるためには、インターフェイス
回路１０は標準的なホイートストーン・ブリッジ・トラ
ンスデューサにより提供される簡単な抵抗性インピーダ
ンスを模擬して、それにより、励起電圧信号の過剰な歪
みを最小にすることが必要である。そうするためには、
電力バッファ回路４２は、励起電圧信号がひずむのを防
止するためのＡＣ電力フィルタ手段を具備するのが好ま
しい。
【００５５】例えば、限定はされないが、図５はコンデ
ンサＣ３およびＣ４とインダクタＬ１とを具備するよう
なＡＣ電力フィルタ手段のひとつの好適実施例を示す。
これらの構成要素は、変圧器Ｔ１の巻線の内部インダク
タンス、容量、および抵抗と共に、それらが励起電圧信
号へ複素インピーダンスを提供するＡＣ電力フィルタを
形成するように配置する。この複素インピーダンスは基
本的に抵抗性であり、こうしてホイートストーン・ブリ
ッジ・トランスデューサのインピーダンスを模擬する。
各構成要素の値は、励起電圧信号の周波数に大いに依存
し、したがって使用されるモニタ１８の種類に依存して
変えることができる。
【００５６】図４および図５に示されるように、電力バ
ッファ回路４２の正と負の出力端５８と６０によって、
（３４で示される）ＤＣ成分だけを持つ正の未調整電源
電圧＋ＶA として知られる電気信号を定義づける。＋Ｖ
A の大きさはモニタ１８により供給される励起電圧の大
きさに比例することが重要である。特に、＋ＶA の大き
さは、インターフェイス回路がＤＣバイパスモードで動
作するとき、励起電圧の大きさに等しく（すなわち正確
に比例し）、そしてＡＣモードで動作するときには励起
電圧のＡＣ ＲＭＳ値に直接比例するが、等しくはな
い。したがって、この電圧はインターフェイス回路１０
内の他の構成要素（特にアナログ構成要素）に対する電
力の理想的電源を提供する。
【００５７】ＶA 信号は、線６２に示されるように、電
圧インバータ回路４４に電気的に接続されている。電圧
インバータ回路は、負のトラッキング電源電圧−ＶA を
発生するように機能し、その電圧はＶA の大きさに非常
に近いが極性が反対である。好適実施例では、電圧イン
バータ回路４４は、図示のように接続されている電圧変
換器Ｕ６とコンデンサＣ１およびＣ２とからなる。図示
の電圧変換器Ｕ６はＩＣＬ７６６２ＣＭＯＳ電圧変換器
として知られており、多数の集積回路製造者から市販さ
れている。他の電圧変換器および／または回路配置を用
いて同じ機能を提供してもよく、その場合も本発明の範
囲内にある。
【００５８】上述のように、使用される生命信号モニタ
１８の種類に依存して、励起電圧信号はいくつかの異な
る大きさの内の１つとすることができる。好適実施例で
使用される種類の電圧変換器は、低電圧動作モードと高
電圧動作モードとをもち、それらは入力電圧ＶA の値に
依存して選択されなければならない。特に、ＶA がしき
い値電圧より低いときには、電圧変換器Ｕ６へのＬＶ入
力は低インピーダンスを通して第一の共通電位ＣＯＭ１
に接続されなければならない。ＶA がしきい値より大き
いときには、ＬＶとＣＯＭ１との間の接続は開放されな
ければならない。したがって、この好適実施例は、レベ
ル補償器回路４６を具備し、それによりＶA の大きさを
モニタし、およびその値に基づいて、電圧変換器Ｕ６の
ＬＶ入力を適切なレベルに自動的に構成する。
【００５９】図５は、例示であってそれには限定されな
いが、レベル補償器回路４６の好適回路構成が、比較器
Ｕ７、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４、およ
び基準ダイオードＣＲ１を具備することを示している。
抵抗Ｒ１１と基準ダイオードＣＲ１は正と負のバッファ
出力端５８と６０との間に接続され、ＣＲ１のカソード
に固定基準電圧６８を確立する。（６８における）この
固定基準電圧は、比較器Ｕ７の入力端に接続される。抵
抗Ｒ１２およびＲ１３は第一の分圧器として接続され、
第一の分圧器出力端は、線６４により示されるように、
比較器Ｕ７の他の入力端に接続されている。比較器Ｕ７
の出力端は、線６６に示されるように、電圧変換器Ｕ６
のＬＶ入力端に接続されている。抵抗Ｒ１４は、比較器
Ｕ７に対してヒステリシスを提供する。
【００６０】動作にあたって、抵抗Ｒ１２およびＲ１３
の値は、正の未調整電源電圧ＶA の大きさが電圧変換器
Ｕ６のしきい値電圧に等しいとき、第一の分圧器出力端
６４が固定基準電圧６８と等しいように選ばれる。ＶA
の大きさがしきい値電圧より小さいときには、比較器Ｕ
７の出力は、第一の共通電位ＣＯＭ１に内部的に短絡さ
れる。ＶA の大きさがしきい値電圧より大きいときに
は、比較器Ｕ７の出力はＣＯＭ１には接続されない。こ
のようにして、電圧変換器Ｕ６へのＬＶ入力の適切な構
成が維持され、インターフェイス回路１０はユーザーに
よる調整の必要なしに拡張された範囲の励起電圧で使用
可能である。
【００６１】上述した回路は、正の未調整電源電圧＋Ｖ
A と負のトラッキング電源電圧−ＶA とからなるバイポ
ーラ電源を提供する。これらの電圧は調整されていない
が、入力励起電圧に比例するので、必要な量の電力は、
励起電圧を過度に負荷をかけることなく、インターフェ
イス回路１０内のアナログ構成要素に有効に供給され
る。
【００６２】インターフェイス回路のアナログ回路への
電力の供給に加えて、調整された電源電圧を必要とする
いかなる構成要素のための電力もまた好適実施例では発
生される。この機能は、電源手段のうちの電圧変換手段
の部分により提供され、それは必要なセンサ励起電圧を
提供するようにも機能する。
【００６３】再び図３を参照するに、電圧変換手段の例
が電圧変換回路７０を具備するものとして示されてい
る。その回路７０は、バイポーラ電源回路４１に電気的
に接続されている。電圧変換回路７０は、（３２におい
て示される）固定電圧ＶD に対応する第一の調整された
出力と（３８において示される）固定電圧ＶISO に対応
する第二の調整された出力とを有する。ＶD は約５ボル
トＤＣの固定された大きさを有し、それにより標準のデ
ジタル回路に給電するのに使用できるのが好適である。
【００６４】図４に示されるように、電圧変換回路７０
はＤＣ−ＤＣ変換器回路７６と線形レギュレータ回路７
８とからなることが好ましい。正（ＶA ) と負（ＣＯＭ
１）のバッファ出力端５８と６０は、ＤＣ−ＤＣ変換器
回路７０の未調整入力端に直接接続され、その回路は＋
ＶD に対応する調整された出力と正９２と負９４の未調
整出力とを発生する。正９２と負９４の未調整出力端は
線形レギュレータ回路７８に接続されている。第一の調
整ずみ出力ＶD は、未調整入力端５８と６０における電
圧の大きさがＶD の所望の値より小さくあるいは大きな
値のいずれに変動することが許容されている場合でも、
一定に維持される。
【００６５】図６は、それに限定されないが例として、
ＤＣ−ＤＣ変換器回路７６の好適実施例を示す。回路７
６には、スイッチング・レギュレータＵ７が含まれ、そ
れは好適実施例ではマキシム・インテグレイテッド・プ
ロダクツにより製造されたＭＡＸ６４３可調整出力スイ
ッチング・レギュレータ・コントローラである。他の多
数のスイッチング・レギュレータ・コントローラ回路が
知られており、それらも使用可能であることは明らかで
あろう。レギュレータＵ７は、正の未調整電源電圧＋Ｖ
A により給電され、それは図示のようにピンＶＯＵＴと
ＧＮＤとの間に接続されている。レギュレータＵ７の出
力端ＥＸＴは抵抗Ｒ２１を介してトランジスタＱ１に接
続されている。Ｕ７のＥＸＴ出力端がオンとオフを繰り
返すとき、トランジスタＱ１はオンとオフを繰り返し、
第一の交流電流が変圧器Ｔ２の一次巻線８４を通して流
れ、それにより、変圧器Ｔ２のコアに磁束が発生する。
この磁束は、変圧器Ｔ２の第一の二次巻線８６に第二の
交流電流を発生する。この第二の交流電流は、ダイオー
ドＣＲ４とコンデンサＣ６により整流される。ダイオー
ドＣＲ４のカソードとコンデンサＣ６との間の接続点は
電圧変換回路７６の（３２において示される）第一の調
整ずみ出力ＶD に対応する。
【００６６】抵抗Ｒ１５とＲ１６は、第一の調整ずみ出
力端３２と第一の共通電位ＣＯＭ１との間に接続される
第二の分圧器を構成する。第二の分圧器は、レギュレー
タＵ７のＶＦＢ入力端に接続された出力端８８を有す
る。レギュレータＵ７は、ＶＦＢ入力端における電圧に
応答してＥＸＴ出力のオン−オフ・スイッチングのデュ
ーティ・サイクルを制御し、それにより第一の調整ずみ
出力ＶD における電圧を調整する。
【００６７】コンデンサＣ７とダイオードＣＲ５および
ＣＲ６とはクランプ回路として働き、Ｑ１がオフしてい
る間、Ｑ１、Ｃ７、ＣＲ５および一次巻線８４の接続点
での電圧を制限する。比較器Ｕ８とＵ９、および抵抗Ｒ
１７、Ｒ１８、Ｒ１９およびＲ２０は、レギュレータＵ
７のＬＢＩ入力およびＬＢＯ出力と共に、不足電圧停止
回路として働く。この停止回路は、正の未調整電圧ＶA
が、ＤＣ−ＤＣ変換器回路７６が第一の調整ずみ出力端
７２（ＶD ) における所望の電圧を維持するのには低す
ぎる値より低いときには、いつでもトランジスタＱ１が
強制的にオフにさせられるように働く。
【００６８】図６は、好適実施例において、ＤＣ−ＤＣ
変換器回路７６がモニタ１８により供給される励起電力
信号からセンサ励起信号を電気的に絶縁するための手段
をどのように含んでいるかを示している。一例として、
しかしこれに限定されないが、この電気的絶縁手段は、
変圧器Ｔ２上に形成された第二の二次巻線９０を具備
し、その巻線により、ダイオードＣＲ７とコンデンサＣ
８とにより整流される第三の交流電流を発生する。これ
により、ＣＯＭ２として示される絶縁された共通電位を
持つ線９２と９４との間に未調整の出力電圧を生じる。
この出力電圧は、ＤＣ−ＤＣ変換器回路７６内の他の全
ての回路から直流的に絶縁されていることが重要であ
り、したがって、圧力トランスデューサ１２と、圧力ト
ランスデューサ１２に電気的に接続されたインターフェ
イス回路１０のいかなる他の構成要素とに、完全に絶縁
されたセンサ励起信号を提供するために使用することが
できる。この能力は、カテーテル先端トランスデューサ
の場合のように、モニタ１８に直接接続されている回路
部とトランスデューサ１２に接続されている回路部との
間に電気的絶縁が要求される応用分野では重要である
（図２）。
【００６９】図６にさらに示されるように、線９２と９
４との間の絶縁出力電圧は線形レギュレータ７８に供給
される。ひとつの好適実施例では、このレギュレータ７
８は、ナショナル・セミコンダクタ社により製造された
ＬＭ２９３６であるが、他の線形レギュレータ回路も使
用可能である。線形レギュレータ７８は、（信号ＶISO
３８に対応する）出力９６と（ＣＯＭ２ ４０に対応す
る）出力９８との間に５ＶＤＣの調整された絶縁出力を
提供する。図３および図４に示されるように、この絶縁
出力信号は、絶縁された出力保護装置（図示せず）を介
して、センサ・ケーブル１４の正のセンサ信号線５４と
負のセンサ信号線５６に接続されていて、センサ励起信
号と呼ばれる。正および負のセンサ信号線５４および５
６はトランスデューサ１２のホイートストーン・ブリッ
ジ３７の部分の２つの入力ノードに電気的に接続されて
いる。
【００７０】要約すると、電源回路３１は、生命信号モ
ニタ１８により供給される励起信号だけから、インター
フェイス回路１０が、その動作電力の全ておよび適切な
センサ励起信号を有効に取り出すことを可能とする。さ
らに、電源回路３１は、広範囲の励起電圧レベルＡＣあ
るいはＤＣにわたって動作することができ、その結果、
インターフェイス回路１０が多くの異なる種類のモニタ
と共に使用可能となるように構成されている。電源回路
３１は、標準的なホイートストーン・ブリッジ型の回路
の簡単な抵抗性インピーダンスを模擬するように設計さ
れていて、そのため、ＡＣ励起電圧信号に目に付くよう
な波形歪みを生じない。インターフェイス回路１０の電
源の形態によって、これらの改良を提供し、なおかつ、
モニタに直接接続する回路部とトランスデューサに接続
する回路部との間に完全な電気的絶縁を確立するように
構成されているということが重要である。したがって、
このインターフェイス回路は、患者と電気的にコンタク
トする電子的なトランスデューサと共に安全に使用でき
る。
【００７１】図３を参照するに、本発明の他の形態を示
している。図示のように、トランスデューサ１２のホイ
ートストーン・ブリッジ３７の部分の２つの出力ノード
は、センサ・ケーブル１４内の正と負のセンサ出力線１
００と１０２に電気的に接続されている。センサ励起信
号に応答して、ホイートストーン・ブリッジはこれら２
つの線１００と１０２との間にセンサ出力信号電圧を発
生する。この出力信号はトランスデューサ１２に加えら
れる流体圧力の大きさに直接比例する大きさを持つ。し
かしながら、センサ出力信号は、モニタ１８により元々
供給される励起信号には比例せず、したがって、まだ、
モニタ１８と互換性のある電気的フォーマットではな
い。
【００７２】インターフェイス回路１０は、センサ出力
線１００と１０２からこのセンサ出力信号を受信し、お
よびトランスデューサ１２により検出される物理的パラ
メータにだけ比例し続ける応答信号を提供する。例とし
て、図３は受信回路１０４を有する受信手段を示してお
り、それは図４にさらに詳細に示されている。
【００７３】一例であって限定されないものとして、受
信回路１０４は、センサ出力信号を増幅するための手段
と、増幅されたセンサ出力信号から高い周波数成分をフ
ィルタするための手段と、増幅されたセンサ出力信号を
応答信号に変換するための手段とを具備している。
【００７４】図４を参照するに、センサ出力線１００と
１０２は、絶縁された入力保護装置（図示せず）を通し
てインターフェイス回路１０に接続されて、計測増幅器
１０６のようなセンサ出力信号を増幅するための手段に
接続されている。他の同様な構成要素が使用可能である
が、好適実施例では、計測増幅器１０６は、部品番号Ｌ
Ｔ１１０１として知られており、そしてリニア・テクノ
ロジー社により製造されている。増幅器１０６は、セン
サ出力信号に１００のゲインを提供するように構成され
ているが、他のゲインも使用可能である。
【００７５】増幅されたセンサ出力信号は、次いで、低
域通過フィルタ回路１０８のような、信号から高い周波
数の成分をフィルタするための手段により受信される。
低域通過フィルタ回路１０８は、この技術分野において
はよく知られている技術を用いて設計され、抵抗、コン
デンサ、および演算増幅器（図示せず）を含んでいて、
５極のバターワース（Butterworth ）フィルタ信号応答
を得る。フィルタ１０８は、（以下に説明するように）
増幅されたセンサ出力信号がデジタル・フォーマットに
変換されるとき、エイリアンシング・エラーを生じさせ
るかもしれない増幅されたセンサ出力信号内の高い周波
数の成分の全てを除くのに適切なカットオフ周波数を持
つように設計されている。
【００７６】低域通過フィルタ１０８の出力端は、セン
サ出力信号を応答信号に変換するための手段に電気的に
接続されていて、それは図示の実施例ではデジタル・フ
ォーマットをもつ。変換手段は、例えば、アナログ−デ
ジタル変換器１１０を具備する。好適実施例では、Ａ／
Ｄ変換器１１０は、マキシム・インテグレイテッド・プ
ロダクツにより製造された部品番号ＭＡＸ１８９として
知られている装置であるが、他の等価な装置も使用でき
る。Ａ／Ｄ変換器１１０のサンプリング・レートは、水
晶発振器あるいはセラミック共振器により調整される周
波数を有する発振器出力１１６を有する発振器回路１１
４により制御される。
【００７７】Ａ／Ｄ変換器１１０は、デジタル・データ
出力１１２とクロック出力１１８とを有する。デジタル
出力１１２は、１２ビットセグメントで送信されるシリ
アルのデータ・ストリームであり、アナログ入力端１０
９に提供されるアナログ信号の値をデジタル的に表す。
この信号はデジタル応答信号として知られており、トラ
ンスデューサ１２により検出されている印加された圧力
の大きさにのみ比例する値を示す。クロック出力信号１
１８はデジタル応答信号を受信する回路を適切に同期さ
せるために使用されるデジタル信号である。他のデジタ
ル・ゲートおよびコントロール回路は、デジタル応答信
号を同期させ、および適切に送信するのに必要であるこ
とは明らかであろう。
【００７８】図２に示すカテーテル先端トランスデュー
サ１２のように、トランスデューサ１２が患者と電気的
に接触している応用分野では、トランスデューサ１２は
モニタ１８から電気的に絶縁されていなければならない
ということは理解できるであろう。したがって、好適実
施例では、受信回路１０４もまた、センサ応答信号から
センサ出力信号を電気的に絶縁するための手段を含んで
いる。電気的絶縁手段は、例えば、光アイソレータ装置
１２０と１２０′を具備する。そのような装置は多数の
製造者から市販されているが、好適実施例では、光アイ
ソレータ１２０、１２０′はヒューレット・パッカード
社により製造された部品番号ＣＮＷ１３６として知られ
ている。類似の光アイソレータ装置、パルス変換器、あ
るいは絶縁コンデンサを含んで、他の回路配置も可能で
ある。
【００７９】図示のように、デジタル応答信号１１２と
クロック信号１１８は、光アイソレータ１２０、１２
０′の入力端に接続されており、それらはモニタ１８に
電気的に接続されているインターフェイス回路１０の一
部分に、すなわち、それぞれ線１２２および１２４によ
り概略的に示されている部分に、電気的な絶縁バリア
（図示せず）間の信号を送信する。したがって、光アイ
ソレータ１２０、１２０′の入力端は、インターフェイ
ス回路１０の患者側にのみ電気的に接続され、および光
アイソレータ出力はインターフェイス回路１０のモニタ
側にのみ電気的に接続されている。
【００８０】光アイソレータ１２０、１２０′の出力
は、受信機／バッファ回路１２６のように、絶縁された
デジタル応答信号とクロック信号の電気的なレベルを条
件づけするためのバッファ手段に接続されている。この
回路部品は、この技術分野ではよく知られており、デジ
タル応答信号とクロック信号を簡単に条件付けして再生
して、これら信号が出力端１３０と１３２にそれぞれ示
される標準のＣＭＯＳ論理回路により受信可能な電気的
フォーマットになるようにする。受信機／バッファ回路
１２６は、１２８において示され、１２ビットのデジタ
ル応答信号の終了を示す変換終了出力信号をも発生す
る。
【００８１】図４は複数の光アイソレータ１２０、１２
０′の使用を示しているが、デジタル応答信号とクロッ
ク信号もまた、単一のデータ・ラインに符号化すること
ができ、そして、次いで単一の光アイソレータ装置を用
いた電気的絶縁バリア間に送信することができるであろ
う。絶縁バリアの他の側で一旦受信されると、単一のデ
ータ・ラインは別個のデジタル応答信号とクロック信号
にデコードされる。このアプローチは、ひとつの光アイ
ソレータ装置しか必要とされないという点で有利であ
り、それにより全体のインターフェイス回路１０により
要求される電力量を減らすことができる。
【００８２】受信回路１０４は他の種々の等価な回路設
計を用いて設計して実現できることは当業者にも理解さ
れるであろう。例えば、受信回路１０４は、アナログ要
素を用いて設計してもよい。そのような設計では、Ａ／
Ｄ変換器１１０、発振器１１４、デジタル絶縁装置１２
０、および受信機／バッファ回路１２６はアナログ絶縁
回路とアナログ回復(recovery)増幅器により置換され
る。したがって、低域通過フィルタ１０８の出力端はア
ナログ絶縁回路の入力端に直接接続され、その回路は、
例えば、シーメンスにより製造されたＩＬ３００のよう
なアナログ光アイソレータを含んでもよい。アナログ絶
縁回路は、追加の差動増幅器、抵抗、およびコンデンサ
を含み、アナログ光アイソレータの動作をイネーブルす
るようにしてもよい。ついで、アナログ光アイソレータ
の絶縁された出力端は、アナログ回復増幅器の入力端に
接続され、それにより、後続の回路により使用するため
に、絶縁されたアナログ応答信号の電気的レベルを条件
づける。
【００８３】受信回路１０４がデジタルあるいはアナロ
グ回路技術を用いて設計されているかにかかわらず、ト
ランスデューサ１２により検出されるべき圧力の大きさ
にだけ比例する応答信号を生じる。上述したように、こ
の信号は、モニタ１８と電気的な互換性を持っておら
ず、それは、圧力の大きさばかりでなくモニタ１８によ
り同時に供給されるべき励起電圧信号に比例する応答信
号を期待している。したがって、好適実施例は、応答信
号に応答して、励起電圧信号の大きさに比例し、かつ検
知された圧力の大きさにも比例する大きさを持つパラメ
ータ信号を提供するためのスケーリング手段をさらに具
備する。
【００８４】図３と図４を参照するに、スケーリング手
段は、例えば、受信回路１０４により提供される応答信
号をその入力端において接続したスケーリング回路１３
４を具備する。スケーリング回路１３４には、線１３６
に示されるように、入力励起電圧信号の正の部分もまた
接続されている。
【００８５】図５は、スケーリング回路１３４の一実施
例をさらに詳細に示す。ここで、応答信号は、図４と関
連して上述したように受信回路１０４から受信され、し
たがってデジタルの形態である。このデジタル応答信号
は、デジタル−アナログ変換器Ｕ１のデジタル入力端に
入力される。その変換器は好適実施例ではマキシム・イ
ンテグレイテッド・プロダクツ社により製造されたＭＡ
Ｘ５４３ＣＭＯＳ１２ビット・シリアル乗算Ｄ／Ａ変換
器である。他の等価なＤ／Ａ変換器もまた使用可能であ
る。
【００８６】一般的に１４０で示されたプリスケーリン
グ増幅器回路により発生された電圧信号が、線１３８と
して示されるＤ／Ａ変換器Ｕ１の電圧基準入力端（Ｖ
REF ）に接続されている。プリスケーリング増幅器回路
１４０は、差動増幅器Ｕ２と抵抗Ｒ２およびＲ３とから
なり、それらは図示のように反転増幅器の構成に一緒に
接続されている。増幅器Ｕ２のひとつの入力端は、（電
圧ＶEXとして示される線１３６を介して）正の励起電圧
信号線２８に接続されている。増幅器Ｕ２への他の入力
端は第一の共通電位ＣＯＭ１に接続されている。抵抗Ｒ
２とＲ３からなる分圧器は、図示のように接続されてい
て、抵抗Ｒ２の値は抵抗Ｒ３の値の２倍である。抵抗Ｒ
２とＲ３は、増幅器Ｕ２の出力端に生じる電圧が入力励
起電圧信号に対して大きさが正確に１／２となり（ＶEX
／２として示される）、かつ極性が逆になるようにきち
んとマッチングされている。
【００８７】プリスケーリング増幅器１４０のこの出力
は、Ｄ／Ａ変換器Ｕ１のＶREF 入力端に（線１３８を介
して）接続されている。デジタル応答信号入力に応答し
て、Ｄ／Ａ変換器Ｕ１は、その出力端に（ＩOUT1および
ＩOUT2として示される）アナログ電流を発生する。この
電流出力は、出力増幅器Ｕ３へ入力される。出力増幅器
Ｕ３は、上述したバイポーラ電源回路４１により発生さ
れた正の未調整電源電圧ＶA と負のトラッキング電源電
圧−ＶA により給電される。Ｄ／Ａ変換器Ｕ１の乗算演
算により、出力増幅器Ｕ３は、検知された圧力の大きさ
とモニタにより供給される元の励起電圧信号の大きさと
の双方に比例する大きさを持つアナログ出力電圧（Ｖ
DAC と示される）を提供する。したがって、この電圧
は、上述した要求された電気的フォーマットであり、そ
れによりモニタ１８により受信可能なパラメータ信号を
構成する。
【００８８】他の等価な回路構成がスケーリング回路１
３４の機能を提供するために使用可能であることは理解
できるであろう。例えば、受信回路１０４が上述のよう
に、アナログ回路を用いて構成されれば、スケーリング
回路１３４は、Ｄ／Ａ変換器Ｕ１の代わりにアナログ乗
算回路を含んでもよい。例えばトランス・コンダクタン
ス乗算器のようなアナログ乗算回路は、受信回路１０４
からアナログ応答信号を受信し、検知された圧力の大き
さとモニタにより供給された元の励起電圧信号の大きさ
との双方に比例する大きさを持つスケーリングされたパ
ラメータ信号を発生する。
【００８９】スケーリング回路１３４の機能は、電源回
路３１、特にバイポーラ電源回路４１により提供される
利点のいくつかをも示す。増幅器Ｕ２とＵ３に対する電
源電圧は、それらの各出力端において予想される最大信
号より大きくなければならない。しかしながら、使用さ
れるモニタ１８の種類に依存して、モニタ１８により供
給される励起電圧信号の大きさは、２−３ボルト程度の
低いものか、あるいは１５ボルト程度の高いのものとす
ることができる。したがって、全てのモニタに対して増
幅器Ｕ２、Ｕ３により要求される電圧を予想することは
実際的ではないであろう。さらに、全てのモニタに対し
て動作するように最大電圧が選択されると、インターフ
ェイス回路１０は、比較的小さい励起電圧で動作するあ
るモニタがインターフェイス回路を動作させるのに十分
な電力を供給できないので、モニタ励起電圧だけにより
電力が供給されることはできないであろう。しかし、増
幅器Ｕ２、Ｕ３はバイポーラ電源回路３１から励起電圧
に比例してその大きさが変わる電力（特に＋ＶA と−Ｖ
A ) を受け取るので、増幅器Ｕ２、Ｕ３は予想される励
起電圧の全体の範囲を扱うことができる。これは、イン
ターフェイス回路１０の柔軟性を大いに高める。
【００９０】好適実施例では、インターフェイス回路１
０は、使用されるトランスデューサ１２の特定の種類に
対応する予め定められた公称目盛係数（スケール・ファ
クタ）にまでパラメータ信号を減衰させるための手段を
さらに具備する。これにより模擬センサ信号が提供さ
れ、この信号はモニタ１８に戻されることができる。
【００９１】図３と図４は、これに限定されないが、例
として、減衰回路１４２を具備するような減衰手段のひ
とつの好適実施例を示し、その入力端は、線１４４で示
されるように、スケーリング回路１３４の出力端に接続
されている。減衰回路１４２は、こうして、スケーリン
グ回路１３４により提供されるスケーリングされた応答
信号を受信し、標準的な血圧トランスデューサに対する
公称目盛係数にまでその信号を減衰させる。工業的規格
によれば、目盛係数は、典型的には５ｕＶ／Ｖ／ｍｍ−
Ｈｇあるいは４０ｕＶ／Ｖ／ｍｍ−Ｈｇであるが、他の
出力目盛係数もまた使用可能である。減衰回路１４２
は、インピーダンスマッチングをも提供し、そして標準
的なホイートストーン・ブリッジの抵抗性出力インピー
ダンスを模擬する。
【００９２】図５は、減衰回路１４２が実現されるひと
つの形態をさらに詳細に示している。回路１４２は、分
圧器として一緒に接続されている抵抗Ｒ４とＲ５を含
み、その分圧器の入力端はスケーリング回路１３４の出
力端１４４に接続されている。Ｒ４とＲ５の抵抗値は、
１４６で示される分圧器の出力が上述の公称目盛係数の
内の１つにまで減衰される応答信号を提供するように選
択される。＋Ｓで示される最終的な正の出力信号は、減
衰された応答信号を抵抗Ｒ６に接続することにより発生
する。同様に、−Ｓで示される最終的な負の出力信号
は、第一の共通電位ＣＯＭ１に抵抗Ｒ７を接続すること
により提供される。抵抗Ｒ６とＲ７の抵抗値は、これら
が一緒になって、ホイートストーン・ブリッジ３７の抵
抗性出力インピーダンスを模擬することによりモニタ１
８とのインピーダンス・マッチングを提供するように選
択される。＋Ｓと−Ｓ信号は共に模擬されたセンサ信号
を表し、それは、コネクタＪ１とモニタ・ケーブル１６
内に配設された正の線１４８および負の線１５０とによ
りモニタ１８に電気的に接続されている。
【００９３】減衰手段は、他の等価な回路により構成さ
れてもよいことは明らかである。例えば、抵抗性ネット
ワークを使用するよりもむしろ、減衰手段は反転増幅器
回路で達成されることができる。
【００９４】さらに、模擬されたセンサ信号（＋Ｓと−
Ｓ）は、第一の共通電位ＣＯＭ１に基準づけられる。こ
れは、（最小の電流が抵抗Ｒ７を介して流れることを仮
定すれば）負の励起線３０の電位と仮想的に同一であ
る。したがって、この信号は、真のホイートストーン・
ブリッジの応答ではなく、それは、典型的には、センサ
励起電圧の大きさの１／２である共通モードの電位をそ
の出力端に持つ微分応答を生じる。このような特性をも
つ模擬されたホイートストーン・ブリッジ応答を生じる
種々の回路技術が知られている。そのような技術の１つ
が米国特許第４，７４５，０４７号に開示されており、
そしてインターフェイス回路１０内に組み込み可能であ
る。しかしながら、大抵の患者モニタでは、真のホイー
トストーン・ブリッジ応答の微分特性は適切な動作のた
めには必要ではない。
【００９５】したがって、インターフェイス回路１０
は、モニタの励起電力のフォーマットにかかわらず、か
つモニタが標準のひずみゲージ・トランスデューサとの
み使用されるように設計されているという事実にもかか
わらず、多くの異なる種類のモニタ１８と共に電気的ト
ランスデューサ・センサをインターフェイスするのに使
用することができる。さらに、トランスデューサ・セン
サは、標準的な電気的ホイートストーン・ブリッジ回路
を利用することができ、そしてなおかつインターフェイ
ス回路１０はトランスデューサ１２とモニタ１８との間
に完全な電気的な絶縁を提供する。トランスデューサと
モニタとの間には導電性の接続がないので、患者とモニ
タとの間に流れる有害な電流の可能性はない。この電気
的な絶縁を提供するのに加えて、回路１０は、モニタに
より供給された励起信号からその電力の全てを引き出
し、それにより、独立の回路電力源の必要性をなくして
いる。
【００９６】
【発明の効果】本発明によれば、半導体トランスデュー
サ・センサを既存の患者モニタと物理的に相互接続し、
かつ電気的にインターフェイスをとる新規なインターフ
ェイス回路を提供することができる。
【００９７】また、本発明によれば、適当なセンサ励起
信号を発生し、および患者モニタにより提供される単一
のモニタ励起信号からその単一電力源の全てを引き出す
インターフェイス回路を提供することができる。
【００９８】さらにまた、本発明によれば、周波数と大
きさが変動する場合も含めて、多数の種々のモニタ励起
信号フォーマットの内のいずれか１つから正しいレベル
の電力を導くことができるインターフェイス回路を提供
することができる。
【００９９】また、本発明によれば、半導体トランスデ
ューサ・センサを種々の異なる種類の患者モニタとイン
ターフェイスすることを可能とするインターフェイス回
路を提供することができる。
【０１００】また、本発明によれば、患者モニタにより
提供されるモニタ励起信号の波形に対して過度に負荷を
かけない、あるいは歪めないインターフェイス回路を提
供することができる。
【０１０１】また、本発明によれば、センサを患者モニ
タから電気的に絶縁するインターフェイス回路を提供す
ることができる。
【０１０２】また、本発明によれば、モニタ励起信号の
大きさとセンサにより検出された圧力の大きさとの双方
に比例する応答信号を患者モニタに供給し、それにより
標準的なホイートストーン・ブリッジ型のトランスデュ
ーサの応答を模擬するインターフェイス回路を提供する
ことができる。
【０１０３】本発明は、その精神あるいは必須の特徴か
ら逸脱することなく他の特定の形態で実現してもよい。
上述した実施例は、あくまでも図示のためだけのもので
あり、限定的なものではない。従って、本発明の範囲
は、上述した記載よりも特許請求の範囲の記載により示
される。特許請求の範囲の意味および等価の範囲内の全
ての変更は、本発明の範囲内にあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインターフェイス回路によりホイート
ストーン・ブリッジ型のセンサ装置を患者モニタに相互
接続し、およびインターフェイスする形態を示すブロッ
ク図である。
【図２】インターフェイス回路により生命信号患者モニ
タをカテーテル先端センサと接続するために使用されて
いる本発明の一実施例の斜視図である。
【図３】本発明のインターフェイス回路の一実施例を構
成する構成要素をさらに詳細に示すブロック図である。
【図４】インターフェイス回路をより詳細に示すブロッ
ク図である。
【図５】本発明のインターフェイス回路の一部分をより
詳細に示す図である。
【図６】インターフェイス回路のＤＣ−ＤＣ変換器の部
分を構成する回路をより詳細に示す図である。
【符号の説明】
１０ インターフェイス回路 １２ トランスデューサ １４ センサ・ケーブル １６ モニタ・ケーブル １８ 生命信号モニタ ２０ 留置カテーテル ２１ プラグ ２２ モジュール ２４ レセプタクル ２６ プラグ ２８ 正の励起電圧信号線 ３０ 負の励起電圧信号線 ３２ 固定出力電圧ＶD ３４ 未調整供給電圧＋ＶA ３６ 未調整供給電圧−ＶA ３７ ホイートストーン・ブリッジ ３８ センサ励起電圧ＶISO ４０ 第二共通電位ＣＯＭ２ ４１ バイポーラ電源回路 ５０ バイパス線 ５２ ジャンパ線 ５４ 正のセンサ信号励起線 ５６ 負のセンサ信号励起線 ５８ 正の出力端 ６０ 負の出力端（ＣＯＭ１） ７０ 電圧変換回路 ９６ 出力 ９８ 出力 １００ 正のセンサ出力線 １０２ 負のセンサ出力線 １０４ 受信回路 １３４ スケーリング回路 １３６ 線（ＶEX） １４２ 減衰回路 １４４ 線 １４８ 正の線 １５０ 負の線
フロントページの続き (71)出願人 595117091 １ ＢＥＣＴＯＮ ＤＲＩＶＥ， ＦＲＡ ＮＫＬＩＮ ＬＡＫＥＳ， ＮＥＷ ＪＥ ＲＳＥＹ 07417−1880， ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＯＦ ＡＭＥＲＩＣＡ (72)発明者 ガリー アルトマン アメリカ合衆国 98034 ワシントン州 カークランド 128ティーエイチ プレイ ス ノースイースト 14219

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 患者の生理学的条件を測定するシステム
    で用いられるインターフェイス回路であって、 励起源により発生された励起電力信号を電気的に受信
    し、その受信された信号から少なくとも１つの未調整電
    源電圧を取り出すためのバイポーラ供給手段であって、
    前記少なくとも１つの未調整電源電圧は前記励起電力信
    号の大きさに比例する大きさを持つバイポーラ供給手段
    と、 前記少なくとも１つの未調整電源電圧に応答して、生理
    学的センサ装置に対する励起信号として使用されるセン
    サ励起信号と少なくとも１つの固定出力供給電圧とを提
    供するための電圧変換手段とを具備したことを特徴とす
    るインターフェイス回路。
  2. 【請求項２】 前記励起電力信号は、複数の大きさおよ
    び周波数の値のいずれか１つから選択された大きさおよ
    び周波数を持つ電圧の形態であることを特徴とする請求
    項１記載のインターフェイス回路。
  3. 【請求項３】 前記生理学的センサ装置は、その上に形
    成されたホイートストーン・ブリッジ型の回路を持つ半
    導体トランスデューサであることを特徴とする請求項１
    記載のインターフェイス回路。
  4. 【請求項４】 前記励起源は患者の生命信号モニタであ
    ることを特徴とする請求項１記載のインターフェイス回
    路。
  5. 【請求項５】 抵抗性ネットワークのインピーダンスを
    模擬し、それにより前記励起電力信号が歪められるのを
    防止するためのＡＣ電力フィルタ手段を更に具備したこ
    とを特徴とする請求項１記載のインターフェイス回路。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも１つの未調整電源電圧
    は、大きさが実質的に等しいが極性が反対の正の供給電
    圧と負の供給電圧を含み、該正と負の供給電圧は実質的
    にＤＣ成分だけを持つことを特徴とする請求項１記載の
    インターフェイス回路。
  7. 【請求項７】 前記励起電力信号がＡＣのときＡＣ動作
    モードで、前記励起電力信号がＤＣのときＤＣバイパス
    モードで前記インターフェイス回路を選択的に動作させ
    るためのバイパス手段を更に具備したことを特徴とする
    請求項１記載のインターフェイス回路。
  8. 【請求項８】 前記電圧変換手段は、前記センサ励起信
    号を前記励起電力信号から電気的に絶縁するための手段
    を具備したことを特徴とする請求項１記載のインターフ
    ェイス回路。
  9. 【請求項９】 前記センサ励起信号に応答して前記セン
    サ装置により発生されるセンサ出力信号を受信し、およ
    び前記センサ装置により検知された生理学的条件の大き
    さに比例する値を表す応答信号を提供するための受信手
    段と、 前記応答信号に応答して、前記励起電力信号の大きさに
    比例し、かつ生理学的条件の大きさにも比例する大きさ
    を持つパラメータ信号を提供するためのスケーリング手
    段とをさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の
    インターフェイス回路。
  10. 【請求項１０】 前記受信手段は、前記センサ出力信号
    を前記応答信号から電気的に絶縁するための手段を含む
    ことを特徴とする請求項９記載のインターフェイス回
    路。
  11. 【請求項１１】 前記パラメータ信号を予め定められた
    公称目盛係数にまで減衰させ、それにより模擬センサ信
    号を提供するための減衰手段をさらに具備したことを特
    徴とする請求項９記載のインターフェイス回路。
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