JP3947106B2 - 患者に接続される機器に対して電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラシステム - Google Patents

Description

【０００１】
本発明の属する技術分野
本発明は医療環境にある患者に接続されるポータブルな医療モニタリング装置に対して電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラシステムに関する。
【０００２】
発明の背景
医療環境にある患者のためのモニタリングシステムは以前から知られている。こうしたモニタは患者へ取り付けられるように構成された電極を含んでいる。この電極は患者の生理学的機能を表す電気信号を受信する。これらの信号の値は幾つかの形式で表示される。例えば心電図システムＥＣＧは特に患者の胸部に取り付けられる電極を有している。この電極は患者の心臓の瞬間的な動作を表す電気信号を受信する。ＥＣＧ電極の信号に関連する波形を表すイメージがディスプレイ装置上に表示され、これを用いて医師が分析を行う。
【０００３】
最近では、病院施設において、患者から収集された全てのモニタリングデータと、これらの患者について収集された他のデータ、例えばｌａｂ検査結果などとを中央位置内で維持することの利点が認識されている。こうした手法によりその患者について病院内のどこにいても情報を手に入れることができるからである。こうした構成では患者の情報、すなわちモニタリング装置から得られたデータは病院内の任意の場所から中央位置で受信され、ここに蓄積される。
【０００４】
以前は、モニタリング装置は固定位置、例えば検査室に保持されていた。このタイプのモニタリングを必要とする患者はモニタリング装置のある部屋まで移動し、モニタリング装置に接続されていた。モニタリング装置はＡＣパワーソケット内へ固定位置でプラグインされる。さらに固定位置でのモニタリング装置と中央の記憶位置とのあいだの直接のワイヤ接続は保持され、これによりモニタリングデータを中央位置へ送信して記憶することができる。ただし最近では、患者のモニタリングをつねに維持することが重要であると認識される場合があり、例えば病室、検査室、手術室などのあいだを患者が搬送される際などがそうである。こうしたことからモニタリング装置をポータブル化することが要求されるようになった。こうすることにより患者が１つの場所から他の場所へ移動する際にモニタリング装置もともに移動される。モニタリング装置をポータブル化することには２つの問題点があり、第１に移動中のモニタリング装置への電力供給の形態、第２に移動中のモニタリング装置と中央位置とのあいだのデータリンクの維持の形態である。
【０００５】
モニタリング装置へ電力を供給することに関する問題点はバッテリをモニタリング装置内に設けることにより解決される。ただしこれについて当業技術者にはバッテリに充電が必要となること、患者の搬送の時間が制限されることが明らかである。現行のポータブルなモニタリング装置は適切な全ての固定位置（例えば手術室、検査室および病室）に固定のドッキングステーションを有している。患者がこうした場所の１つにいるとき、ポータブルなモニタリング装置はその場所のドッキングステーション内へ挿入される。これらのドッキングステーションはその場所のＡＣ電源に接続され、モニタリング装置内のバッテリへの充電電流を供給される。これによりバッテリは充電量を保持できる。患者が移動するときには、モニタリング装置はバッテリが充電された状態でドッキングステーションから取り外され、患者とともに次のドッキングステーションを利用できるようになるまで移動される。
【０００６】
ドッキングステーションがＡＣ電源に接続されており、この電力を直接に患者へ、特に上半身へ印加することが危険であることは周知である。このため全ての電力を患者に取り付けられる電極から絶縁することを保証する規格が開発されてきた。つまりＡＣ電力ソケットとポータブルなモニタリング装置とのあいだの直接の接続なしにバッテリの充電電流をポータブルなモニタリング装置に供給することが要求される。これはモニタリング装置がドッキングされているときドッキングステーションのマグネットコアを包囲するモニタリング装置内の周知のボビン型の分離トランスの技術を用いて行われている。ＡＣ電流はドッキングステーション内のマグネットコア周囲に交流磁束を誘導し、ドッキング状態ではマグネットコアがモニタリング装置内のボビンに電流を誘導する。この電流はモニタリング装置に対する動作電力を供給し、充電されたバッテリを周知の手段で維持する。約６０％の動作効率がこの周知のシステムで得られる。
【０００７】
モニタリング装置がドッキングされているときのデータリンクの維持に関する問題点は、モニタリング装置から中央位置へモニタリングデータを送信するためにワイヤレスリンク、例えば無線周波数リンク（ＲＦリンク）を設けることにより解決される。各モニタリング装置はＲＦトランシーバおよびアンテナを有する。各ドッキングステーションも相応のＲＦトランシーバおよびアンテナを有する。さらにフリースタンディングアンテナおよびトランシーバが病院全域にわたって、特に患者の移動が頻繁に行われるホールなどに配置される。ドッキングステーション内の各トランシーバおよび各フリースタンディングトランシーバは中央位置へワイヤを介して接続されている。ドッキングステーションとモニタリング装置とのあいだのＲＦ通信を使用してさらなる電気的絶縁が達成される。
【０００８】
患者が固定位置にあり、モニタリング装置がドッキングステーションに配置されている場合、このドッキングステーションはＲＦ信号をモニタリング装置から受信し、ワイヤ接続を介してデータを中央位置へ送信する。患者が１つの固定位置から別の位置へ移動される際には、フリースタンディングアンテナ／トランシーバがＲＦ信号をモニタリング装置から受信し、データを中央位置へ送信する。これにより患者を連続的にモニタリングすることができる。
【０００９】
ただしモニタリング装置からの連続的なＲＦ送信が問題を生じるおそれがある場所ではこれに配慮しなければならない。例えば電気メスではＲＦエネルギを手術中の組織や凝固血の切除に利用している。こうした機器は予測不能な量のＲＦエネルギを発生するので、モニタリング装置のＲＦリンクに干渉することがある。しかもこうした環境ではモニタリングデータがたった１つでも失われたり障害を受けたりしないことが重要である。
【００１０】
ポータブルなモニタリング装置では、電力効率が５０％以上となり、潜在的なＲＦ干渉が最小となることが望ましい。
【００１１】
発明の概要
本発明の基本方式により、患者に接続される機器に対して電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラのコンビネーションシステムを提案する。ドッキングステーションと、これにドッキングされるポータブル機器とが設けられており、これらはそれぞれパワーカプラおよび電気的に絶縁され外部からの信号干渉に対して少なくとも部分的にシールドされたデータトランスデューサを含む。各パワーカプラは透磁性エレメントを含み、このエレメントは中央極、周辺極、および開口部を介して中央極の突出したプリント回路板を有する。プリント回路板は中央極の開口部を包囲するコイルを含む。１次コイルはドッキングステーション内に存在し、２次コイルはポータブル機器内に存在する。ポータブル機器がドッキングステーション内にドッキングされているときにはポータブル機器内の透磁性エレメントとドッキングステーション内の透磁性エレメントとのあいだに磁気回路が生じ、またポータブル機器内のデータトランスデューサとドッキングステーション内のデータトランスデューサとがデータを交換するように構成されている。
【００１２】
図面の簡単な説明
図１には中央位置、ドッキングステーション、およびポータブルなモニタリング装置などを含むモニタリングシステムのブロック図が示されている。図２、図３には代替的な送信メディアを使用するモニタリング装置のブロック図が示されている。図４には図１のモニタリング装置のパワーおよびデータの送信機構のアセンブリの概略図が示されている。
【００１３】
実施例の詳細な説明
図１には中央位置、ドッキングステーション、およびポータブルなモニタリング装置を含むモニタリングシステムのブロック図が示されている。図１には複数のポータブルなモニタリング装置３１０（３００Ａ、３００Ｂ）とドッキングステーション３４０とが示されており、これらはそれぞれ中央制御装置１００および中央の電力供給部２００へ接続されている。各モニタリング装置３１０は患者（患者Ａ、患者Ｂ）に取り付けられる電極３２４を含んでいる。
【００１４】
ポータブルな各モニタリング装置３１０はＲＦアンテナ３１２を有している。ＲＦアンテナ３１２の双方向端子は相応のトランシーバ３１４の端子へ結合されている。トランシーバ３１４はモニタリング装置３１０内の（図示されていない）他の回路に接続されている。ポータブルなモニタリング装置はそれぞれバッテリ３１８を有している。バッテリ３１８は電力供給部３１６へ接続されている。電力供給部３１６はモニタリング装置３１０内の（図示されない）他の回路へ周知の手段で接続されている。上述の回路の設計、動作および接続の形態は当業技術者には周知であり、しかも本発明にとってはそれほど重要ではないので、これ以上は立ち入らない。
【００１５】
図示の実施例での光トランスデューサ３２０はワイヤレス双方向フルデュプレクス光トランスデューサである。当業技術者であればこのトランスデューサが送信のための発光ダイオードＬＥＤと光信号を受信するフォトトランジスタとを含むことが容易に理解できるはずである。光トランスデューサ３２０の双方向端子は相応のトランシーバ３１４の端子に接続されている。トランシーバ３１４の（図示されていない）データ端子はモニタリング装置３１０の（図示されていない）他の回路へ接続されている。
【００１６】
モニタリング装置３１０は分離トランスの２次コイル３２２を含んでいる。２次コイル３２２は電力供給部３１６の入力端子に接続されている。分離トランス３１６の構造および動作は後に詳述する。
【００１７】
各ドッキングステーション３４０はワイヤレス双方向フルデュプレクス光トランスデューサである光トランスデューサ３４２を有している。光トランスデューサ３４２はモニタリング装置３１０内の光トランスデューサ３２０に相応しており、モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされているときには、相応の光トランスデューサ３２０、３４２のあいだでフルデュプレクス通信を行えるように構成されている。
【００１８】
ドッキングステーション３４０は分離トランスの１次コイル３４４を含んでいる。１次コイル３４４は分離トランスのモニタリング装置３１０内の２次コイル３２２に対応しており、これとトランスを形成するように構成されている。このトランスにはモニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされているときには電力が供給される。
【００１９】
図１には中央制御装置１００が示されている。中央制御装置１００はローカルエリアネットワークＬＡＮに接続された双方向データ端子を有している。このＬＡＮは病院内の種々の（図示されていない）ワークステーションを接続しており、ワイドエリアネットワークＷＡＮ、例えばインターネットへの（図示されていない）ブリッジも有している。複数のドッキングステーション３４０内の光トランスデューサ３４２は双方向でＬＡＮへ接続されている。ここでは光トランスデューサ３４２はＬＡＮを介して中央制御装置１００へ接続されている形態で示されているが、当業技術者であれば、双方向の信号線路が直接に光トランスデューサ３４２と複数のドッキングステーション３４０とのあいだ、および相応の中央制御装置１００の双方向端子とのあいだを接続してもよいことは容易に理解されるであろう。この場合、各信号線路はドッキングステーション３４０と中央制御装置１００とのあいだで直接の通信を行うために使用される。
【００２０】
中央制御装置１００はＲＦアンテナ１１０も含む。このＲＦアンテナ１１０は無線送信を介して周知の手法でモニタリング装置３１０の各ＲＦアンテナ３１２と通信する。図には１つのアンテナ１１０しか示されていないが、当業技術者には病院内全域に分散された複数のアンテナを中央制御装置１００に接続できることは容易に理解できるであろう。例えばスタンドアローン型のトランシーバ１２０がＬＡＮに接続されている。スタンドアローン型のトランシーバ１２０はＲＦアンテナ１２２を有しており、図１にゴースト線で示したように、ポータブルなモニタリング装置３１０とデータを交換することができる。前述のように、スタンドアローン型のトランシーバはそれぞれ直接の接続を介して中央制御装置１００へ接続することもできる。これらのスタンドアローン型のトランシーバはポータブルなモニタリング装置３１０がドッキングされず移動する場合の通信のために病院内全域に配置されている。
【００２１】
電力供給部２００は複数の基地局３４０の１次側３４４に接続されている。図１では分離したエレメントとして示されているが、標準的なＡＣ電源分配システムは複数の基地局３４０の複数の１次側３４４へ電力を供給するために用いられる。
【００２２】
動作中、モニタリング装置３１０はドッキング状態または非ドッキング状態の２つのステータスのうち一方をとる。図の上方のモニタリング装置３１０およびドッキングステーション３４０の組３００Ａは非ドッキング状態にあり、図の下方のモニタリング装置３１０およびドッキングステーション３４０の組３００Ｂはドッキング状態にある。一般に、モニタリング装置３１０がドッキングされているときには、データ通信は光トランスデューサ３２０、３４２を介して行われ、電力は分離トランス３４４、３２２を介してモニタリング装置３１０へ供給される。モニタリング装置３１０がドッキングされていないときには、通信はＲＦアンテナ３１２を介して行われ、電力はバッテリ３１８から供給される。
【００２３】
非ドッキング状態の３００Ａでは、光トランスデューサ３２０とトランシーバ３１４とのあいだの接続は、図中ゴースト線で示されているように、現在のところ動作していない。これに対してアンテナ３１２とトランシーバ３１４とのあいだの接続は実線で示されており、動作中である。中央制御装置１００のアンテナ１１０とモニタリング装置３１０のアンテナ３１２とのあいだのジグザグ線はモニタリング装置３１０と中央制御装置１００とのあいだのＲＦリンクが維持されていることを示している。同様に、分離トランスの２次コイル３２２と電力供給部３１６とのあいだの接続はゴースト線で示されており、動作していない。一方バッテリ３１８と電力供給部３１６とのあいだの接続は実線で示されており、電力がバッテリ３１８から電力供給部３１６へ送信されていることがわかる。ドッキングステーション３４０の光トランスデューサ３４２とＬＡＮとのあいだのデータ交換、および電力供給部３１６と分離トランスの１次コイル３４４とのあいだの電力接続はゴースト線で示されており、現在のところは動作していない。
【００２４】
ドッキング状態の３００Ｂでは、アンテナ３１２とトランシーバ３１４とのあいだの接続は、図中ゴースト線で示されているように、現在のところ動作していない。これに対して光トランスデューサ３２０とトランシーバ３１４とのあいだの接続は実線で示されており、動作中である。ドッキングステーション３４０内の光トランスデューサ３４２とモニタリング装置３１０の光トランスデューサ３２０とのあいだのジグザグ線はモニタリング装置３１０と中央制御装置１００とのあいだの光リンクが維持されていることを示している。同様に、分離トランスの２次コイル３２２と電力供給部３１６とのあいだの接続も実線で示されており、動作中である。バッテリ３１８と電力供給部３１６とのあいだの接続は矢印をともなう実線で示されており、充電電流が電力供給部３１６からバッテリ３１８へ供給されることがわかる。ドッキングステーション３４０の光トランスデューサ３４２とＬＡＮとのあいだのデータ交換、および電力供給部３１６と分離トランスの１次コイル３４４とのあいだの電力接続も実線で示されており、これらは動作中である。ここではモニタリング装置３１０のアンテナ３１２と中央制御装置１００のアンテナ１１０とのあいだのジグザグ線は示されておらず、ＲＦ通信が行われていないことが見て取れる。
【００２５】
当業技術者にとっては、中央制御装置１００が複数のモニタリング装置３１０と同時に通信し、モニタリング装置３１０がドッキングされているドッキングステーション３４０へはＬＡＮおよび／または（図示されていない）ハードワイヤ接続を介して接続が行われ、および／またはドッキングされていないモニタリング装置３１０へはワイヤレスＲＦリンクを介して接続が行われることは容易に理解できるはずである。同時通信を行う周知の技術、例えば時分割多重アクセス、周波数分割多重アクセス、パケット通信やこれらの技術の組み合わせを用いて、こうした同時通信が行われる。例えば種々のプロトコルが複数のネットワークノード間でのネットワーク通信に対して一般に利用されている。より詳しく云えば、これらのプロトコルはインターネットプロトコルＩＰ、ユニバーサルシリアルバスＵＳＢ、Ｉ．Ｅ．Ｅ．Ｅ．ネットワークプロトコルなどである。これらの周知のプロトコルのいずれも複数のモニタリング装置３１０と中央制御装置１００とのあいだでＬＡＮを介した通信を行うために利用することができる。同じプロトコルがドッキングされていないモニタリング装置３１０と中央制御装置１００のアンテナ１１０とのあいだで、ワイヤレスＲＦによる直接通信、ＬＡＮを介して中央制御装置１００へ接続されたスタンドアローン型のトランシーバ１２０による通信、またはハードワイヤ接続を介した通信にも用いられる。
【００２６】
モニタリング装置３１０内の周知の回路およびドッキングステーション３４０内の周知の回路により、モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされていることが検出される。１つの実施例では、モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされているときにのみ電力が供給されるので、ドッキングステーション３４０内の回路は１次コイル３４４にかかる負荷（２次コイル３２２）を検出し、相応のモニタリング装置３１０内の回路は２次コイル３２２での電力の有無を検出する。別の実施例では、モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされているときにのみデータが光トランスデューサ３２０、３４２の組を介して交換されるので、モニタリング装置３１０の回路は光トランスデューサ３２０からのデータの有無を検出し、相応のドッキングステーション３４０内の回路は光トランスデューサ３４２からのデータの有無を検出する。
【００２７】
モニタリング装置３１０がドッキングされていることをドッキングステーション３４０が検出すると、中央制御装置１００はＬＡＮを介したドッキングステーション３４０内の光トランスデューサ３２０との通信を開始する。同時にモニタリング装置３１０がドッキング状態を検出し、トランシーバ３１４が光トランスデューサ３２０へ接続され、ＬＡＮを介して光トランスデューサ３２０、３４２と中央制御装置１００との通信が開始される。より詳細に云えば、モニタリング装置３１０のトランシーバ３１４がＬＡＮの使用しているネットワークプロトコル、例えばＩＰパケットにしたがったデータを生成し、このパケットデータが光トランスデューサ３２０、３４２の組を介してＬＡＮへ送出されるのである。中央制御装置１００はこのＩＰパケットをＬＡＮから受け取ってデータを抽出する。このデータはさらに中央制御装置１００で処理される。例えば、患者のモニタリングデータが中央位置に記憶される。同時に、中央制御装置１００からのモニタリング装置３１０に対するデータがパケット化され、ＬＡＮへ送出される。このパケットデータは光トランスデューサの組３２０、３４２を介してモニタリング装置３１０で受信される。トランシーバ３１４はデータを抽出し、モニタリング装置３１０の動作を受信されたデータに定められている手法で制御する。例えばモニタリングパラメータは中央制御装置１００によって設定され、また変更される。
【００２８】
同時に、モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされていることが検出されると、電力が分離トランスの２次コイル３２２からモニタリング装置３１０のバッテリ３１８を含む回路へ供給される。
【００２９】
モニタリング装置３１０がドッキングされていないことをドッキングステーション３４０が検出すると、中央制御装置１００に報知され、ＲＦアンテナ１１０による通信が開始される。同時にモニタリング装置３１０も非ドッキング状態を検出し、トランシーバ３１４がＲＦアンテナ３１２へ接続され、ＲＦリンクを介して中央制御装置１００との通信が開始される。上述のように、トランシーバ３１４は選択されたネットワークプロトコル、例えばＩＰパケットにしたがってデータを生成する。このパケットデータはワイヤレスのＲＦアンテナ１１０を介して中央制御装置１００へ送信される。中央制御装置１００はこのＩＰパケットを受け取り、データを抽出してこれを処理する。つまり例えば患者のモニタリングデータが記憶される。同時に、中央制御装置１００からモニタリング装置３１０に対するデータがパケット化され、ＬＡＮへ送出される。中央制御装置１００はこのパケットデータをワイヤレスのＲＦアンテナ１１０を介してモニタリング装置３１０のアンテナ３１２へ送信する。モニタリング装置３１０のトランシーバ３１４はＩＰパケットを受け取り、データを抽出し、これに応じてモニタリング装置３１０の動作を制御する。
【００３０】
これに代えて、スタンドアローン型のトランシーバ１２０がワイヤレスのＲＦ信号を介してモニタリング装置３１０と通信を行うこともできる。この場合、モニタリング装置３１０のアンテナ３１２はパケット化された患者のモニタリングデータをスタンドアローン型のトランシーバ１２０のアンテナ１２２へ上述のように送信する。スタンドアローン型のトランシーバ１２０はこのパケットデータを受け取り、これをＬＡＮへ送出する。中央制御装置１００はＩＰパケットをＬＡＮから受け取り、データを抽出して所望のように処理する。中央制御装置１００のほうからはモニタリング装置３１０のためのパケットデータがＬＡＮへ送出される。スタンドアローン型のトランシーバ１２０はそのパケットデータを受け取り、それをモニタリング装置３１０のアンテナ３１２へ送信する。モニタリング装置３１０のトランシーバ３１４はパケットを受け取り、受信したパケットからデータを抽出し、これに応じてモニタリング装置の動作を制御する。
【００３１】
さらに、モニタリング装置３１０がドッキングされていないときには、バッテリ３１８からの電力はモニタリング装置３１０内の回路へ供給される。
【００３２】
図１に示されている上述の実施例では、モニタリング装置３１０はドッキングされている状態とドッキングされていない状態とで伝達媒体が光信号またはＲＦ信号に変化する。ただし当業技術者には２つのモードで同じ伝達媒体を使用できることが理解できるだろう。図２にはドッキング状態で中央制御装置１００と通信する第１の手段を備えたモニタリング装置３１０が示されている。図２では、モニタリング装置３１０内のトランシーバ３１４がＲＦアンテナ３２６へ物理的に接続され、ドッキングされていればドッキングステーション３４０に隣接することがわかる。ドッキングステーション３４０は相応のＲＦアンテナ３４６を有しており、これはドッキングされていれば物理的にはモニタリング装置３１０のＲＦアンテナ３２６に隣接するように構成されている。これらのアンテナ３２６、３４６は小さく、相互に近傍に配置することができる。点線で示されたシールド３２８はモニタリング装置３１０内でアンテナ３２６を包囲しており、相応のドッキングステーション３４０内のシールド３４８はアンテナ３４６を包囲している。シールド３２８、３４８は物理的にはモニタリング装置３１０がドッキングされているときには共働してアンテナ３２６、３４６を完全にシールドするように構成されている。これによりアンテナは周囲に電波を放射せず、外科器具によって生成されるようなＲＦ干渉に起因する通信妨害なども発生しなくなる。
【００３３】
このようにして、中央制御装置１１０はモニタリング装置３１０のドッキング状態および非ドッキング状態の２つのステータスで共通のＲＦトランシーバを使用することができる。ドッキングされているときにはＲＦアンテナの組３２６、３４６が使用され、ドッキングされていないときにはＲＦアンテナの組１１０、３１２が使用される。また当業技術者にはドッキングステーション３４０のＲＦアンテナ３４６からの信号レベルのほうがブロードキャストアンテナ１１０からの信号レベルよりも強いことは容易に理解されるであろう。さらに、ＲＦトランシーバを中央制御装置１００の通常のダイナミックレンジで使用するためにはアッテネータおよび／またはアンプが必要となることも明らかである。
【００３４】
図３には、ドッキング状態または非ドッキング状態で中央制御装置１００と通信する第２の手段を有するモニタリング装置３１０が示されている。図３ではモニタリング装置３１０は図１、図２のアンテナ３１２を含まない。その代わりに図３の実施例では、埋め込み型アンテナ３２６がＲＦアンテナとしてモニタリング装置３１０がドッキングされている図２と同様な場合にも、ドッキングされていない図３の太いジグザグ線のような場合にも動作する。図２の実施例と同様に、モニタリング装置３１０がドッキングされているときには、シールド３２６、３４６が共働して周囲領域からアンテナ３２６、３４６を完全に遮蔽する。ただし図３の実施例でモニタリング装置３１０がドッキングされていないときには、シールド３２８、３４８は分離され、アンテナ３４６とは周囲への送信が可能な状態となる。つまりアンテナ３２６は中央位置のアンテナ１１０、または病院内のフリースタンディングアンテナのうちのいずれかへ前述のように送信を行うことができる。さらに、ドッキングステーション３４０のアンテナ３４６はスタンドアローン型のアンテナの１つ（図１のアンテナ１２２など）として機能することができ、モニタリング装置３１０のアンテナ３２６からのＲＦ信号を受け取る。したがってモニタリング装置３１０のアンテナ３２６は非ドッキング状態であってもドッキングステーション３４０のアンテナ３４６と通信が可能である。このことは図３の細いジグザグ線によって示されている。
【００３５】
当業技術者は冗長的な伝達媒体を用いることによってさらなる信頼性が得られることを理解できるであろう。例えばモニタリング装置３１０およびドッキングステーション３４０は光トランスデューサ３２０、３４２の双方を図１と同様に含み、また図２、図３と同様にＲＦアンテナ３２６、３４６を含む。動作中はこれらの媒体はモニタリング装置３１０とドッキングステーション３４０とのあいだで同時にデータを送信するために用いられる。
【００３６】
図４のａには図１に示されている分離トランス３２２、３４４と相応する光トランスデューサ３２０、３４２とをインプリメントした装置のアセンブリ図が示されている。図４のａでは左上方部分のアセンブリはモニタリング装置３１０内に収容されているエレメントとドッキングステーション３４０内に収容されているエレメントとを表している。実際のインプリメンテーションでは、これら２つのアセンブリはモニタリング装置３１０の側面およびドッキングステーション３４０の側面にそれぞれ鋳込み成形される。ここではこれは、モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされているときには、アセンブリが以下に詳述するような手法でアライメントされる位置で行われる。
【００３７】
ドッキングステーション３４０内のアセンブリは分離トランスの１次コイルを形成するセクション３４４を含んでいる。１次コイル３４４は透磁性エレメントを有している。このエレメントは図示の実施例ではフェライトアーマチュア４４４であり、これは１つの中央極４６２と２つの周辺極４６４、４６６とを有している。１次コイル３４４はさらにプリント回路板ＰＣＢ４４２を含み、これは中央極４６２を突出させる開口部４６８を有している。さらにプリント回路板４４２は周辺極４６４、４６６を突出させる別の開口部も有している。プリント回路板４４２は有利には１０個以上の層列を有する多層プリント回路板である。コイルはプリント回路板４４２内の、直接に中央極４６２の開口部４６８を包囲する領域で製造される。これは（簡単化のために図示していないが）トレースを中央コアの周囲に配置して、層どうしをつなぐフィードスルーを設けてコイルのシリンダを形成する手法で行われる。このシリンダは各コイルリング内のギャップが相互に連続して接続されると、従来のボビン巻線型トランスの層に相応する。中央極４６２の周囲に付加的なシリンダ状コイルを同様の手法で形成してもよい。多数のコイルのターンがこのようにして１つの層上の螺旋状巻線の上方に実現される。プリント回路板４４２のコイルは分離トランスの１次コイル３４４を形成する。
【００３８】
同様に、モニタリング装置３１０内のアセンブリは分離トランスの２次コイルを形成するセクション３２２を含んでいる。２次コイル３２２は透磁性エレメントを有している。このエレメントは図示の実施例ではフェライトアーマチュア４０４であり、これは１つの中央極４２２と２つの周辺極４２４、４２６とを有している。これらの極の端面は図４のａにハッチングで示されている。中央極４２２および周辺極４２４、４２６はそれぞれ分離トランスの１次コイル３４４の中央極４６２および周辺極４６４、４６６にそれぞれ相応しており、モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされるときには、これらの極の端面が（図示されていない）相応の１次コイル３４４の極４６２、４６４、４６６の端面に対してそれぞれアライメントされるように製造されている。２次コイル３２２はさらにプリント回路板ＰＣＢ４０２を含み、これは中央極４２２を突出させる開口部４２８を有している。プリント回路板はさらに周辺極４２４、４２６を突出させる別の開口部も有している。コイルはプリント回路板４０２内の、直接に中央極４２２のための開口部を包囲する領域に製造される。これはゴースト線４３２で示されており、上述の手法と同様に行われる。プリント回路板４０２のコイルは分離トランスの２次コイル３２２を形成している。
【００３９】
当業技術者にとっては図４のａに示されたマグネットコア４０４、４４４がＥ字形コアに適合することは容易に理解できるはずである。周知のように、Ｅ字形コアでは中央極の周囲の巻線が一方のフィールド磁極を形成し、中央極を包囲する外側の２つの極が他方のフィールド極を形成している。図４のａでは中央極４２２、４６２がそれぞれＥ字形コアの中央極に相応し、周辺極４２６、４６６および４２４、４６４がそれぞれＥ字形コアの外側極に相応する。当業技術者にはプリント回路板４０２、４４２が中央極４２２、４６２を包囲してそれぞれ１次コイルおよび２次コイルを形成しなければならないことは明らかである。ここではプリント回路板４０２、４４２に対して周辺極４２４、４６４および４２６、４６６を電磁気的な理由から包囲しなければならないという要求は生じない。
【００４０】
さらに当業技術者には、磁気アーマチュア４０４、４４４が鉄または積層鉄を含む透磁性材料から製造されることも容易に理解されるであろう。ただし１次コイル３４４から２次コイル３２２へ伝達される電力の効率は、他の要素に比べ、特に選択された磁性材料に依存して変化することに留意されたい。
【００４１】
有利な実施例では、２次コイル３２２の極４２２、４２４、４２６の端面と１次コイル３４４の極４６２、４６４、４６６の端面とはそれぞれモニタリング装置３１０およびドッキングステーション３４０のケーシングの表面のきわめて近傍に製造されており、これにより非導磁性かつ非導電性の材料、例えばプラスティクスの薄い層のみでこれらをカバーすることができる。図４のｂには、モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされていないとき、図４のａの分離トランスを矢印４９０の方向で見た場合の端部が示されている。図４のｂでは左方にモニタリング装置３１０が示されており、右方にドッキングステーション３４０が示されている。図４のｂではハッチング領域としてカプセル材料、例えばプラスティクスが示されている。モニタリング装置３１０のフェライトコア４０４およびドッキングステーション３４０のフェライトコア４４４は、プラスティクスのきわめて薄い層が極４２２、４２４、４２６および４６２、４６４、４６６の端面の最上部に堆積されるように製造される。図示の実施例では、極の端面上方のプラスティクスの厚さは１inchの１／１００００〜１／１５０００である。プリント回路板４０２、４４２はそれぞれ上述のように２次コイルおよび１次コイルを形成する。図４のｃにはモニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされているときの分離トランスの端部が示されている。ドッキング状態では、各フェライトコア４０４、４４４の極間のプラスティクスの厚さは全部で１inchの１／２００００〜１／３００００である。これにより高度な磁気結合が得られ、相応に高い磁気効率および電力伝達効率が達成される。
【００４２】
図４のａにはさらに光トランスデューサ３２０、３４２をインプリメントした装置が示されている。ドッキングステーション３４０内の光トランスデューサ３４２は発光ダイオードＬＥＤ４４６の形態の光送信器と、フォトトランジスタ４４８の形態の光受信器とを有している。モニタリング装置３１０内の光トランスデューサ３２０も発光ダイオードＬＥＤ４１０の形態の光送信器と、フォトトランジスタ４０８の形態の光受信器とを有している。これらのＬＥＤおよびフォトトランジスタは周知の手法で、それぞれのプリント回路板４４２、４０２を介して供給される電気信号に応じて駆動される。モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされているときには、ドッキングステーション３４０内のＬＥＤ４４６はその発光がモニタリング装置３１０内のフォトトランジスタ４０８によってのみ受信されるように物理的に配置されており、モニタリング装置３１０内のＬＥＤ４１０はその発光がドッキングステーション３４０内のフォトトランジスタ４４８によってのみ受信されるように物理的に配置されている。光トランスデューサ３２０、３４２を使用することにより、ＲＦフィールドを包囲することに起因して例えばオペレーティングルーム内で発生するような前述の悪影響が低減される。
【００４３】
図２に関連して前述したように、ＬＥＤおよびフォトトランジスタ４４８は例えば周知の手法でシールドされたストリップラインの形態の小さなＲＦアンテナと置き換えることができる。ＲＦリンクの使用により、中央位置１００で要求される回路はＲＦトランシーバおよび光トランシーバの双方でなく唯一のＲＦトランシーバのみを有すればよいことになるため、簡単化される。適切なシールドを施せばＲＦ信号への干渉の悪影響も最小化することができる。
【００４４】
動作中、モニタリング装置３１０がドッキングステーション３４０にドッキングされているとき（図４のａの破線矢印または図４のｃに示されている状態）には、交流電流が電力供給部２００から分離トランスの１次コイル３４４の中央極４６２を包囲するプリント回路板４４２の（図示されていない）１次巻線へ供給される。この交流電流は１次フェライトアーマチュア４４４および２次フェライトアーマチュア４０４によって形成されるアーマチュア内に磁気フィールドを誘導する。前述のように、中央極４６２、４２２の端面および周辺極４６４、４２４および４６６、４２６の端面は互いにアライメントされ、プラスティクスの薄い層のみによって分離されている。したがって完全な磁気回路が中央極４６２、４２２および周辺極４６４、４２４および４６６、４２６によって形成される。２次電流はモニタリング装置３１０内のプリント回路板４０２の（図示されていない）２次コイル内に誘導される。この２次電流は電力供給部３１６へ供給され、これによりモニタリング装置３１０への給電が行われ、バッテリ３１８が再充電される。同時にＬＥＤ４４６とフォトトランジスタ４０８とのアライメント、およびＬＥＤ４１０とフォトトランジスタ４４８とのアライメントにより、モニタリング装置３１０とドッキングステーション３４０とのあいだのフルデュプレクスデータ通信が実現される。
【００４５】
中央極４６２、４２２の周囲のプリント回路板４４２、４０２が比較的大きな面積を有するために、比較的多数の巻線を極の周囲に製造することができる。また１次コイルのエリアとこれに相応に近接して配置された同形同サイズの２次コイルのエリアとにより結合度が最大化され、損失が最小化される。さらに、極４６２、４２２；４６４、４２４；４６６、４２６の端面の分離間隔が小さいため、磁束の漏れも僅かしか生じない。これにより図４の分離トランスの動作効率は従来の分離トランスに比べて８５％のオーダーまで増大する。本発明の原理を用いることによりコンパクトかつ効率的なコンフィグレーションが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 モニタリングシステムのブロック図である。
【図２】 送信メディアの第１の構成を使用するモニタリング装置のブロック図である。
【図３】 送信メディアの第２の構成を使用するモニタリング装置のブロック図である。
【図４】 図１のモニタリング装置のパワーおよびデータの送信機構のアセンブリの概略図である。

Claims (28)

1. 電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラのコンビネーションシステムを使用するポータブルな患者モニタリング装置において、
   パワーカプラと電気的に絶縁され外部からの信号干渉に対して少なくとも部分的にシールドされたデータトランスデューサとを有しており、
   パワーカプラは中央極および周辺極を含む透磁性エレメントと中央極の突出する開口部を形成するコイルとを含んでおり、
   当該の患者モニタリング装置はドッキングステーションへのドッキングに適するように構成されており、
   （ａ）当該の患者モニタリング装置内の透磁性エレメントと相応のドッキングステーション内の透磁性エレメントとを含む磁気回路が形成され、
   （ｂ）当該の患者モニタリング装置内のデータトランスデューサが相応のドッキングステーション内のデータトランスデューサに結合され、当該の患者モニタリング装置とネットワークとのコネクションが支援され、双方向でデータが交換される
   ことを特徴とするポータブルな患者モニタリング装置。
2. 双方向で交換されるデータは当該の患者モニタリング装置から得られた患者のモニタリングパラメータと、当該の患者モニタリング装置の機能を制御する情報とを含む、請求項１記載の装置。
3. 当該の患者モニタリング装置のネットワークコネクションは
   （ａ）インターネットプロトコル（ＩＰ）コンパティブルなコネクション、
   （ｂ）ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コンパティブルなコネクション、
   （ｃ）ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）コンパティブルなコネクション、
   （ｄ）Ｉ．Ｅ．Ｅ．Ｅ．プロトコルコンパティブルなコネクション
   のうち少なくとも１つを含む、請求項１記載の装置。
4. 透磁性エレメントはフェライトアーマチュアである、請求項１記載の装置。
5. 透磁性エレメントは非導磁性かつ非導電性の材料の薄いカバーを有するように構成されている、請求項１の装置。
6. 前記薄いカバーはほぼ１inchの１／１００００から１／１５０００である、請求項５記載の装置。
7. 前記非導磁性かつ非導電性の材料はプラスティクスである、請求項５記載の装置。
8. 前記コイルはプリント回路板から成り、該コイルの開口部を介して透磁性エレメントの中央極が突出している、請求項１記載の装置。
9. 前記プリント回路板は多層プリント回路板であり、前記コイルは各層上で開口部を包囲するトレースを有しており、隣接する層を貫通接続することによりトレースのシリンダが形成されている、請求項８記載の装置。
10. コイルは複数のトレースのシリンダを有する、請求項８記載の装置。
11. 電気的に絶縁されたデータトランスデューサは（ａ）発光ダイオードまたは（ｂ）フォトトランジスタのうち少なくとも１つを含む、外部からの信号干渉に対して少なくとも部分的に不感の光データトランスデューサである、請求項１記載の装置。
12. 電気的に絶縁されたデータトランスデューサは外部からの信号干渉に対して少なくとも部分的に不感の無線周波数（ＲＦ）データトランスデューサである、請求項１記載の装置。
13. 前記無線周波数データトランスデューサはアンテナを含む、請求項１記載の装置。
14. 前記アンテナはシールドされている、請求項１３記載の装置。
15. 電気的に絶縁されたパワーカプラおよび信号カプラのコンビネーションシステムを使用するドッキングステーションにおいて、
    パワーカプラと電気的に絶縁され外部からの信号干渉に対して少なくとも部分的にシールドされたデータトランスデューサとを有しており、
    パワーカプラは中央極および周辺極を含む透磁性エレメントと中央極の突出する開口部を形成するコイルとを含んでおり、
    当該のドッキングステーションは患者モニタリング装置へのドッキングに適するように構成されており、
    （ａ）当該のドッキングステーション内の透磁性エレメントと患者モニタリング装置内の透磁性エレメントとを含む磁気回路が形成され、
    （ｂ）当該のドッキングステーション内のデータトランスデューサが患者モニタリング装置内のデータトランスデューサに結合され、患者モニタリング装置とネットワークとのコネクションが支援され、双方向でデータが交換される
    ことを特徴とするドッキングステーション。
16. 双方向で交換されるデータは患者モニタリング装置から送出された患者のモニタリングパラメータと、患者モニタリング装置の機能を制御する情報とを含む、請求項１５記載のドッキングステーション。
17. 患者モニタリング装置のネットワークコネクションは
    （ａ）インターネットプロトコル（ＩＰ）コンパティブルなコネクション、
    （ｂ）ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コンパティブルなコネクション、
    （ｃ）ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）コンパティブルなコネクション、
    （ｄ）Ｉ．Ｅ．Ｅ．Ｅ．プロトコルコンパティブルなコネクション
    のうち少なくとも１つを含む、請求項１５記載のドッキングステーション。
18. 透磁性エレメントはフェライトアーマチュアである、請求項１５記載のドッキングステーション。
19. 透磁性エレメントは非導磁性かつ非導電性の材料の薄いカバーを有するように構成されている、請求項１５のドッキングステーション。
20. 前記薄いカバーはほぼ１inchの１／１００００から１／１５０００である、請求項１９記載の装置。
21. 前記非導磁性かつ非導電性の材料はプラスティクスである、請求項１９記載の装置。
22. 前記コイルはプリント回路板から成り、該コイルの開口部を介して透磁性エレメントの中央極が突出している、請求項１５記載の装置。
23. 前記プリント回路板は多層プリント回路板であり、前記コイルは各層上で開口部を包囲するトレースを有しており、隣接する層を貫通接続することによりトレースのシリンダが形成されている、請求項２２記載の装置。
24. コイルは複数のトレースのシリンダを有する、請求項２２記載の装置。
25. 電気的に絶縁されたデータトランスデューサは（ａ）発光ダイオードまたは（ｂ）フォトトランジスタのうち少なくとも１つを含む、外部からの信号干渉に対して少なくとも部分的に不感の光データトランスデューサである、請求項１５記載の装置。
26. 電気的に絶縁されたデータトランスデューサは外部からの信号干渉に対して少なくとも部分的に不感の無線周波数データトランスデューサ（ＲＦ）である、請求項１５記載の装置。
27. 前記無線周波数データトランスデューサはアンテナを含む、請求項１５記載の装置。
28. 前記アンテナはシールドされている、請求項２７記載の装置。

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