[发明专利]压力测量系统中的收发器单元

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量人体的生理变量的压力测量系统的收发器单元和通信单元，根据前述的独立权利要求。

背景技术

在很多医疗过程中，医疗人员需要监控病人体腔内当前的生理参数。这些生理参数典型的本质上是物理的-例如压力，温度，流速-并且向医师或医疗技术人员提供了关于病人状况的重要信息。明显的，测量和监控这些类型的参数的方法必须是安全，准确和可靠的。

一种广泛使用的监控这种参数的设备是血压传感器。血压传感器自动检测病人血压的大小范围，并且把它转换为典型的电信号。然后把这个电信号提供给生命特征监测器来显示，记录或者以其它方式监控病人血压的幅度。

传统的，血压传感器由机械连接到Wheatstone电桥电路装置中的压阻元件的压力响应膜片组成。当膜片放置在流体中与体腔(例如动脉或静脉系统)通信时，压力导致的膜片偏转使电阻元件伸展(或者压缩，根据它们的定向)。根据公知的原理，这以与应用的压力成正比的方式改变了元件的电阻。由此可以通过向Wheatstone电桥电路的输入端应用激励动力信号(通常以电压的形式)来检测应用的压力的幅度，并且同时监控电桥输出信号。根据欧姆定律，信号的幅度反映出电桥电阻的改变量。

典型的，使用电缆把传感器的电桥部分连接到生命特征监测器中包含的传感器放大器电路。这个放大器电路向Wheatstone电桥提供激励动力信号，并且同时监控电桥输出信号。激励动力信号典型的是以电压的形式，并且根据监控器类型和制造商可以有不同的幅度和格式，既是随时间不同(正弦曲线，方波和脉冲的)也是与时间无关的(DC)。

根据传统Wheatstone电桥传感器工作的原理，大部分病人监测器中的传感器放大器电路设计为期望传感器输出信号的幅度与激励动力信号的大小成正比，也与感知的压力大小成正比。因为不同监测器提供具有不同幅度和/或频率的激励动力信号，所以形成了标准比例常量。这些比例标准允许任何传感器容易适应与任何遵守比例标准的病人监测器一起使用。

这种兼容性提供了很多好处。血压传感器可以与不同厂商的病人监测器交替使用。这样，就不要求医疗人员为了与特定监测器一起使用而选择特定的传感器。进一步的，医院前期投资的病人监测器可以保留下来，这样就降低了成本。结果，遵守这些比例标准的生命特征监测器实现了在医疗环境中几乎可以被普遍接受。

然而，以前使用的血压传感器和监测器，和由此产生的开发的标准，并不是没有缺陷的。例如，这些系统中使用的传感器典型的位于病人身体的外部，并且放置在流体中通过充液性导管线与体腔通信。体腔中的压力变化然后通过导管线中包含的液体间接地与膜片通信。这样，系统的准确性由于流体静力学压力的变化和其它与液体柱有关的矛盾受到了损失。

作为对这个问题的响应，开发了使用先进的半导体技术的小型化传感器。这些类型的传感器极度精确，便宜而且仍然使用公知的Wheatstone电桥电路装置，它典型的至少部分的是直接在硅树脂膜片上制造的。进一步，传感器足够小，这样它能够实际上放置在插入式引导线的末端并且存在于病人的动脉，组织或器官中。这减少了对液体导线的需要，因为液体压力直接与传感器膜片通信。结果，这些传感器-通常指引导线末端型传感器-提供了更加准确的病人血压测量结果。

不幸的是，这些小型化半导体传感器的电气配置不总是与现存的病人监测器中的传感器放大器兼容。例如，小型化传感器通常不能在不同类型的病人监测器之中发现的激励信号幅度和频率的整个范围之内工作。因此，它们不能直接连接很多已经使用的病人监测器。为了使用这些现存的监测器，必须在传感器和监测器之间设置一个特殊接口。这样使接口上的附加电路成为必要，并且因为现存的监测器设计为只提供有限的功率，所以附加电路可能要求独立电源。结果，使用新型的小型化传感器通常还增加了整个系统的成本和复杂性。

另外，因为上面的局限，这些传感器通常必须配置为产生和输出与监控器提供给感应器的感应压力成正比的信号，但是该信号与激励信号无关，以生理监测器可以直接使用的方式，例如灵敏度可能不同。如讨论的一样，这与很多商业上可用的和已经广泛使用的监测器要求的电信号格式不一致。这样，新型传感器只能与特定类型的监测器一起使用，由此需要购买附加的，通常是多余的设备。在当今的卫生保健领域如此普遍的对成本敏感，这尤其是不受欢迎的。

医疗器械高级协会(“AAMI”)定义了生理监测器的功率要求，和尤其是连接到传感器连接线的输入/输出连接器必须遵守美国标准(“ANSI”)/AAMI BP22-1994(下面称之为“BP22”)中的标准。