一种血压测量设备及血压测量方法 技术领域 本发明涉及无创血压测量， 具体涉及一种允许将电连接和气动连接同步连接到带 有电子元件的血压袖带的方法及设备。
背景技术 使用自动设备进行无创血压 (Non-Invasive Blood Pressure， 简称 NIBP) 测量已 成为医学实践的常规做法。这些设备不仅可以作为独立的设备使用， 还可以集成到多参数 医疗监测设备。现在常用的许多无创血压测量设备使用所谓的振荡示波原理工作。在这种 设备中， 唯一连接到血压袖带的是自然界的气体， 通常以软管的形式存在。大多数情况下， 软管的两端分别设有一个连接器 ； 其中， 一个连接器将软管的一端耦合到无创血压测量设 备， 另一个连接器使得软管的另一端连接到血压袖带。 这样， 不同类型的袖带就可以连接到 同一根软管。而且， 对于一次性袖带， 更换袖带时无需丢弃整根软管。
基于袖带的血压测量方法依赖于对缠绕在人肢体上的气动式袖带进行充放气， 动 脉血完全闭塞时的气动压力对应为收缩压， 动脉没有闭塞时的气动压力对应为舒张压。有 些方法， 如听诊法， 依赖于检测声音或振动以确定动脉闭塞的程度， 如同手动测量血压时通 常要用听诊器。示波法的特点是只需通过观测袖带内的气动压力即可确定血压。血液流动 通过袖带下方时在袖带压力中产生每分钟的脉搏数或振动数。如果将袖带充气至远高于 收缩压时， 动脉完全闭塞， 没有血液流过袖带下方， 因此没有或几乎没有观测到袖带压力脉 动； 当袖带放气至低于收缩压， 血压循环至峰值时， 血液开始通过袖带下方流动， 可以观测 到袖带压力脉搏快速增加。 袖带压力脉动的幅度持续增加， 直到袖带放气超过平均动脉压， 位于收缩压和舒张压之间 ； 此时， 随着袖带进一步放气， 袖带压力脉动的幅度开始向舒张压 下降。在很多情况下， 随着袖带放气超过舒张压， 这种下降趋向平稳。通过观察袖带压力中 发生的袖带压力脉动幅度的变化， 利用已知方法可以确定收缩压、 平均压和舒张压。
由于示波法仅通过观测袖带气动压力及其脉动即可操作， 所以， 除了袖带本身， 不 需要在患者身上放置任何的传感器。而且， 袖带和测量仪器之间的连接可以只由一根气动 软管组成。利用测量仪器上的传感器， 通过软管可以确定袖带压力和压力脉动。正因如此， 现在的商业示波仪器中， 患者和测量仪器间的连接仅为气体。有些仪器使用一根软管实现 对袖带的充气和放气， 以及测量袖带压力。然而， 由于袖带放气时气体流时， 压力随着软管 的长度而下降， 因此， 这种只采用一根软管的结构必然会有一定的误差。为减小这种源误 差， 有些仪器使用双软管或是具有双管腔的单软管， 其中一根软管或一个管腔用于为袖带 的充气或放气提供气流， 另一根软管或另一个管腔仅用于测量压力。 然而， 连接到袖带的仍 仅是自然界的气体。
根据预期用途的不同， 血压袖带有不同的尺寸和型号 ； 可设计为用于多名患者的 耐久型袖带， 或用于单个患者的一次性袖带。 袖带的尺寸各异， 有适合体型大的成年人大腿 的袖带， 也有适合早产儿肢体的袖带。无创血压测量仪器的操作， 在一定程度上受到与其 连接的袖带的型号和尺寸的影响 ； 尤其是袖带的初始充气压力。许多测量仪器将成人袖带
初始充气至大约 180mmHg， 因为这个值稍高于一个成年患者的正常收缩压。但是， 这样一个 充气压力会极大地伤害到刚出生的患儿。对于刚出生的患儿来说， 更低的初始压力才是合 适的。许多仪器依赖于由操作者确定患者的体型大小以选择用合适的初始压力。然而， 从 便利的角度以及从体型小的患者的安全方面考虑， 完全自动地选择初始压力才是更为可取 的。有些仪器通过测量附接袖带的尺寸来自动推断患者体型 ； 还有的采用各种气动的方式 确定初始压力， 例如， 开始充气时的压力上升速率可以作为袖带容量的一个指标。但是， 当 有干扰信号存在时， 气动方式会导致误差， 如在仪器确定袖带尺寸时人恰好在动。
根据推断确定袖带尺寸比选择合适的初始充气压力更为有用。 无创血压测量仪器 通常设定有一个可接受的脉动幅度范围， 其中振幅较小的脉动视为环境噪声， 振幅较大的 脉动视为人为噪声。大尺寸袖带产生的脉动信号通常比小尺寸袖带的大很多 ； 所以脉动幅 度的可接受的范围取决于在使用的袖带尺寸， 这也是需要知道袖带尺寸的另一个原因。
由于袖带结构的不同， 需要修改运用于从气动脉博信号确定血压的算法。 例如， 长 度相同但宽度不同的袖带， 如果不进行矫正会产生不同的血压值。 另外， 由不同材料制成的 袖带， 其矫正方式可能相似， 如用不同材料制成的耐久性袖带和一次性袖带， 其修正方法可 能相似。因此， 除了要确定用于什么体型病人的袖带尺寸外， 还要获得袖带的其他特性信 息， 这样， 测量仪器就能作出相应的调整， 例如， 采用一种改进的压力确定算法或采用校正 常数。 现有技术中， 气动袖带尺寸的确定方法只是粗略地测量了袖带容量。 所以， 这些方 法就不能区分出具有相同容量但不同形状的两只袖带。而且， 这些方法不能区分出具有相 同容量但其他特性不同的袖带， 如具有不同材料或结构的袖带。 最后， 由于系有袖带的病人 运动所产生的机械干扰， 这些方法也不能稳健地识别微小的差异， 最终实际上导致了对袖 带的误判。
软管用于感应袖带压力 ； 即使是在双软管系统中， 软管也会产生假象， 这些假象掩 盖了真实的袖带压力或者使搏动失真或衰减。在这些情况下， 可以在袖带上添加压力或者 放置具有相同作用的传感器是有用的， 然而现有的气动连接系统不允许这样的做法。
现有技术中， 用示波法测量血压的设备结构如图 1 所示， 气动血压袖带 1 缠绕在人 或者动物的肢体 9 上 ； 袖带设有短管 2， 短管终接于气动连接器 3 上。在使用时， 该气动连 接器安插进位于软管 5 一端的连接器 4。软管的另一端设有连接器 7， 该连接器与血压监测 仪器 8 上相应的气动连接器 6 相配合。在有些仪器中， 软管 5 配备双管腔。这样， 可以使用 另一个连接器， 或者设计成将两个管腔通过不同路径连接到同一个连接器。不管是采用单 管腔还是双管腔， 这种系统的缺点是显而易见的， 袖带 1 和仪器 8 之间只能以气动的方式交 换信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是， 提供一种有效的血压测量设备及方法。
本发明提供一种血压测量设备， 包括 ： 血压袖带， 所述血压袖带通过软管部件和连 接器可拆卸地连接到血压监测仪器 ； 其中， 所述血压袖带包含能与血压监测仪器交换信息 的电子元件 ； 所述软管部件设有一个或多个的气动管腔和电导线， 至少所述袖带与所述软 管部件之间相对接的连接器设有气动耦合和电耦合， 从而当所述袖带连接到所述软管部件时， 所述袖带和所述仪器间建立电连接和气动连接。
本发明还提供一种血压软管部件， 包括一个或多个气动管腔和集成式电导线。
本发明还提供一种血压袖带的连接器， 所述连接器集成有电连接器和气动连接 器， 从而连接器对接时同时启用电连接和气动连接。
本发明还提供一种血压测量方法， 包括 ： 血压袖带通过软管部件和连接器可拆卸 地连接到血压监测仪器 ； 在所述血压袖带设置电子元件， 用于与所述血压监测仪器进行信 息交换 ； 在所述软管部件上设置一个或多个气动管腔及电导线 ； 至少在所述血压袖带和所 述软管部件之间的连接器设置气动耦合和电耦合， 从而当所述血压袖带连接到所述软管部 件时， 所述血压袖带和所述仪器间同步建立电连接和气动连接。
本发明的有益效果在于 ： 通过软管部件和连接器将血压袖带可拆卸地连接到血压 监测仪器上， 从而使得血压袖带和血压监测仪器间同步建立电连接和气动连接， 血压袖带 和血压监测仪器之间可以电连接和气动的方式交换信息。 附图说明
图 1 是现有的示波法血压测量设备的示意图 ；
图 2 是带有电子元件的血压袖带连接到血压监测仪器的示意图 ；
图 3 是电子元件与血压测量仪器通过导电方式进行连接的示意图 ；
图 4 是电子元件与血压测量仪器电磁耦合的示意图 ；
图 5 是电连接器和气动连接器的组合处于分离状态时的示意图， 其中电连接和气 动连接相邻 ；
图 6 是电连接器和气动连接器的组合处于分离状态时的示意图， 其中电连接为圆 环结构， 与气动连接同心 ；
图 7 是电连接器和气动连接器的组合处于分离状态时的示意图， 其中电连接为辐 射取向 ；
图 8 是包含同轴电触点的凸形气动耦合器的剖视图 ；
图 9 是电连接器和气动连接器的组合处于未对接状态时的剖视图， 其中， 通过使 用毗邻线圈的感应实现电耦合 ；
图 10 是电连接器和气动连接器的组合处于对接状态时的剖视图， 其中， 通过使用 同轴线圈的感应实现电耦合 ；
图 11 是无源二端网络的各种形式的示意图， 其中， 无源二端网络用于处在袖带上 的电子元件 ；
图 12 是由电感耦合线圈与用于电子元件的电容构成的谐振电路示意图。 具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图 2 所示， 除图 1 所示各元件外， 还增加了电子元件。在一个具体实施方式中， 袖带 1 设有电子元件 10， 该电子元件 10 设有电连接器 11， 连接器 11 对接到相应的电连接 器 12， 电连接器 12 附接在与软管 5 平行的电导线 13 上。这些导线终接于电连接器 14， 而 电连接器 14 对接到设在血压监测仪器 8 上的电连接器 15。连接器 15 可以访问位于仪器 8内的接口电路 16。所以， 如图示， 所有连接器都对接完毕， 袖带 1 通过软管 5 气动连接到血 压监测仪器， 而电子元件 10 通过导线 13 电连接到位于仪器 8 内的接口电路 16。
电子元件 10 与接口电路 16 之间的电通路可以有各种方式。最直接的方式是导电 连接， 其具体实施方式如图 3 所示。电子元件 10 设有两个或两个以上的电触点 17， 这些电 触点包含在电连接器 11 中， 与电连接器 11 对接的电连接器 12 设有与电触点 17 配对的电 触点 18， 当连接器相连时， 电触点 17 和电触点 18 相接触并建立一条导电通路。连接器 12 的电触点 18 附接在导线 13 上， 导线 13 终接于与触点 17 相似的一组触点， 该组触点位于电 连接器 14 内， 并与连接器 15 内的触点 18 紧密结合。连接器 15 内的触点 18 连接到接口电 路 16。虽然图示每个连接器内有两个触点， 并只有两根导线， 但根据电子元件 10 和接口电 路 16 的需求， 可以有多个触点和多根导线 ； 这是可以理解的。 这种使用导电通路的装置， 能 够广泛用于不同种类的电子元件、 接口电路， 以及用于电子元件与接口电路间进行通信的 信令方案。
一种替代方式中可以不用触点相接触的方式， 即用电磁耦合取代至少一组触点 17 及其配对的触点 18。如图 4， 连接器 11 的触点替换为电感耦合线圈 19， 连接器 12 的触点 替换为电感耦合线圈 20。当连接器 12 与连接器 11 对接， 将线圈 19 靠近线圈 20， 从而线圈 之间通过初级线圈与次级线圈的方式或是变压器绕组的方式产生电磁耦合。 虽然图示只在 导线 13 的一端使用了电磁耦合， 可以理解的是， 电磁耦合同样可以应用于连接器 14 和 15。 所以， 可以在导线 13 的一端或两端采用电磁耦合替代触点。 线圈 19 与线圈 20 靠近时会产生耦合， 如同变压器一样。然而， 根据线圈的结构和 布局， 线圈耦合的程度实质上比普通的变压器的耦合还小 ； 尤其是导线 13 两端都采用电磁 耦合， 此时耦合损耗呈级联。然而， 电子元件 10 和接口电路 16 可以设计为能工作于任意程 度的耦合。这种线圈的耦合只适用于交流信号。另外， 特殊设计的线圈只能通过有限频率 范围内的信号 ； 这就使得电子元件 10、 接口电路 16 的设计以及用于两者间通信的信令方案 的类型受到一定的限制。而且， 通过电磁耦合增加的多条通路比在电耦合中增加需要的触 点要困难的多。 尽管有这些不足， 电磁耦合有其独特的优势， 即在电感耦合电路之间提供共 模电隔离。 这是医疗设备中的重要因素， 因出于安全方面的考虑， 这种隔离通常要强行设置 在用于患者的电路中。
电连接和气动连接可以独立布置， 如图 2 所示。但是这种布置对用户来说不方便 ； 并且如果用户忘记了同时使用电连接和气动连接， 仪器会有故障的风险。 所以， 在一种最佳 实施方式中， 将电连接和气动连接组合到集成式软管部件中。软管 5 和导线 13 集成， 从而 用户可以将其作为一个整体进行操作。另外， 袖带的电连接器 11 和气动连接器 3 组合在一 起， 其分别配对的电连接器 12 和气动连接器 4 也组合在一起， 同步提供了电和气的连接及 断开。软管 5 靠近仪器的一端的气动连接器 7 与导线 14 靠近仪器一端的电连接器也可以 采用这种集成方式。然而， 在某些情况下， 血压监测仪器 8 可能需要电连接和气动连接维持 独立。例如， 在某些监测仪器 8 的设计中， 气动连接和电连接可能连通到仪器上相隔较远的 区域， 使得这两种连接不需要组合在一起。
电导线 13 和软管 5 可以使用各种集成方式。一种方法是将导线 13 放置在软管 5 的气流管腔内。此时要保证导线的截面相对于管腔的来说足够小， 从而不会阻塞气流。根 据所使用的连接器的设计， 这种结构使得集成式软管终端的导线很难做到不泄漏。 所以， 这
种情况建议使用其他结构的集成式软管。 例如， 一种结构中软管设有两个独立管腔， 其中一 个管腔用于气动方面的目的， 另一个作为容纳导线 13 的导管。一种可替代的结构是， 将导 线 13 嵌入软管 5 的内壁。例如， 软管由挤压的热塑塑料制成 ； 此时可以在挤压过程中将导 线嵌入塑料管壁。也可以将一根普通的软管同导线 13 包裹在同一个管套内， 使其看起来是 一个整体。 该方法可以变化为， 将导线做成管套的一部分， 如嵌入其管壁或者织入麻花状的 管套。 还可以采用混合结构， 如将一根或多根导线放置在气流管腔内， 其余导线放在上述的 其他一个或多个位置中。
集成在一起的气动连接器和电连接器可以有不同形式。一种具体实施方式如图 5 所示， 气动连接器和电连接器并列地放置在通用的集成式外壳里。 图示为连接器未对接图， 包括集成式凹形连接器 22 和集成式凸形连接器 23， 均附接于集成式软管 21 上， 图示中软管 21 分段， 设有气动腔 29 和集成式电导线 13。凸形连接器 23 上设有凸形气动耦合器 24， 该 气动耦合器上设有与附在软管上的气动腔 29 相连通的气动通道 30。凸形耦合器上还包含 凹槽 28 或是具有类似特征的结构， 其使用锁扣装置以保证连接器在拉压力情况下都能相 对接。凹形连接器 22 上设有凹形气动插口 25， 该插口与气动腔 29 连通， 并与凸形耦合器 24 相配合。插口 25 上设有锁扣装置， 该装置可以是如拉环、 棘爪或滚球结构， 并与锁扣结 构 28 配合使用。当连接器不需要对接时， 该锁扣装置可以通过滑动轴环 51 分离， 或是通过 如按钮等类似结构分离。凸形连接器 23 上还设有电接触针 27， 用于连接到集成在软管 21 内的导线 13。这些电接触针与凹形连接器 22 上的插口 26 配合使用， 并依次连接到软管内 的导线 13。所以， 将凸形连接器 23 插入凹形连接器 22， 就能同时产生电连接和气动连接。 通过松动滑动轴环 51， 并将凸形连接器和凹形连接器分离， 电连接和气动连接将同时断开。 可以理解的是， 还可以使用其他锁扣方式 ； 例如， 摩擦阻力足够大时则不需要明显的锁扣装 置， 可以将锁扣装置集成到连接器体内或电触点内， 而非气动耦合器内。
一种最佳实施方式中， 凸形气动耦合器 24 及其插口 25 在形状和大小上可制造为 标准的气动连接器， 如由 Rectus GmbH(Eberdingen-Nussdorf， 德国 ) 生产的 20KA 系列。 这 样， 传统血压袖带在不采用电子元件 10 时， 可以使用标准连接器与凹形连接器 22 的插口 25 对接， 此时， 电插口 26 没有电连接。可以通过设计接口电路 16 来检测这种情况， 并使血压 监测仪器 8 在没有使用电子元件 10 时可以在后备模式下工作。
图 5 所示的凸形和凹形电触点的布局只是一种特定方式， 但并不是唯一的一种方 式； 这是可以理解的。例如， 凸形和凹形电触点的位置可以单独地或整体地互换。另外， 除 了电触针和插口外还可以采用其他的电连接方式。这些方式包括但不仅限于对接触点、 波 纹管触点、 无极性触点、 同轴触点、 弹簧触点、 或者其他电气和电子连接器结构中为人们所 熟知的方式。虽然图中所示是两个电触点及导线， 但是可以理解为任意数目的电触点和导 线都是可以的。另外， 凸形气动耦合器 24 和插口 25 可作为附加的电触点或替代品使用， 此 时， 凸形气动耦合器 24 和插口 25 由导电材料制成， 或是设有导电部分， 一旦匹配即成为电 触点， 此时凸形气动耦合器 24 和插口 25 及其中的导电部分分别连接到导线 13。
图 5 所示方案的缺点是， 凸形连接器 23 和凹形连接器 22 必须将两者的轴旋转对 准后才能对接。一旦对接， 连接器的凸形和凹形部分之间则不能相对旋转。然而， 普通的气 动耦合器在任何旋转方向都可以对接， 且对接后可以转动， 这一定程度上有利于避免或者 弥补软管的布置上的混乱。所以， 在集成式电连接器和气动连接器中， 需要保持这种特性。一种实现此特性的结构如图 6 所示。该结构使用滑动旋转触点替代电连接器的针和插口。 如图 6 所示， 凸形连接器 32 上设有同心接触环 34， 这些同心接触环以凸形气动耦合器 24 的 轴为中心。接触环 34 同导线 13 相连， 并集成在软管 21 内， 软管 21 附接于连接器 32。凹形 连接器 31 包含有触点 33， 当气动耦合器 24 插入插口 25 时， 每个触点都可以接触到每个接 触环 34。这些触点与集成在软管 21 内的导线 13 相连， 而软管 21 附接于连接器 31。由于 这种结构是关于耦合器 24 和插口 25 轴对称， 因此可以以任意的旋转对齐的方式对接， 而且 对接后的一个连接器相对于另一个可以自由旋转。
图示中接触环 34 和凸形耦合器 24 放置在连接器 32 上， 而触点 33 和插口 25 放置 在连接器 31 上， 但可以理解的是， 这种位置布局可以是随意的， 触点和接触环的位置可以 互换。接触环 34 可以有多种形式， 例如其可以是嵌入或是附接在连接器外壳的金属环、 电 路板上的箔片、 导电聚合物材料、 或者是导电油墨。触点 33 也有多种形式， 如弹簧插塞， 弹 簧片触点， 合成橡胶触点， 凸圆触点或刚性触点。虽然图示一个接触环只对应一个触点， 然 而， 为提供充分的接触或对称分布接触力度， 一个接触环可以有多个触点与之对应。例如， 围绕接触环放置三个相隔 120 度的触点。
虽然图示为一个接触环和两根导线 13， 但是其数目可以是任意的 ； 这是可以理解 的。另外， 凸形气动耦合器 24 和气动插口 25 可以作为附加的电触点或者替代已有的某个 电触点， 此时， 气动耦合器 24 和气动插口 25 必须是导电材料， 或者设有导电部件， 对接时通 过接触建立电连接， 此时， 耦合器 24 和插口 25， 或者是它们的导电部件分别连接到导线 13。 一种最佳实施方式中采用两根导线 13， 导线 13 使用气动耦合器和单个同心圆环作为触点。 图 6 所示同心圆环触点的一种替代方案是限制连接器对接后的旋转。例如， 可以 提供基准线来去除这种旋转， 或者将其旋转限制在一定的角度范围， 如低于 180 度。此时， 通过将触点圆环以辐射的方式划分为多个扇形， 每个扇形都有一个触点 33 与之配对， 使得 单个触点圆环可以提供多条回路， 并且。圆环的每个扇形和对应的触点为导线 13 构成了回 路。此时， 对接后的连接器的旋转范围小于一个扇形的宽度。
只要插口 25 或耦合器 24 尺寸上兼容， 上述任一形式的连接器， 不包括电触点， 可 以与标准的血压连接器兼容。
在图 6 所示的触点结构中， 触点 33 施加给圆环 34 的力是轴向的， 并且与凸形连接 器和凹形连接器对接的方向相反。 所以， 为了保证触点紧靠着接触环， 当凸形连接器和凹形 连接器对接时， 需要将凸形连接器牢牢地锁在凹形连接器内。这可以通过在凸形气动耦合 器 24 上增加锁扣结构实现， 或者通过连接器外壳或其体内的某些结构来实现， 例如扣环、 卡栓锁扣、 带螺纹的耦合环、 摩擦闸、 或者止动器等。
图 7 所示是触点结构的一个替代方案， 其中接触力不是趋于把连接器分开。在这 种方案中， 接触力是径向而不是轴向。图 7 所示该方案的最佳实施方式包括支持与两根导 线 13 接触的接触结构， 其中， 一种接触是通过气动耦合器实现， 另一种接触是通过接触带 实现。凸形连接器 36 包括气动耦合器 24， 该启动耦合器由导电材料制成或是含有导电部 件， 并连接到一根导线 13。凸形连接器还设有导电接触带 37， 用于与另一根导线相连。凹 形连接器 35 设有与耦合器 24 配对的插口 ( 图未示出 )， 并按前述方法建立气动连接和电连 接。凹形连接器还可以包括接触指 38， 用于连接器对接时与接触带 37 接触并建立电连接。 接触指 38 和气动插口的接触部分分别连接到各自对应的导线 13。
由于图 7 所示的结构的接触力是径向的， 不会阻碍连接器的套接。而且， 通过给接 触带 37 选择合适的带宽， 使其可以承受连接器对接的不同深度。这种结构可以通过在耦合 器上增加锁扣结构实现， 或者通过连接器外壳或其体内的某些结构来实现， 如扣环、 卡栓锁 扣、 带螺纹的耦合环、 摩擦闸、 或者止动器等。
虽然图示为两根导线及其相关的触点， 但是可以通过增加接触带 37 和接触指 38 来支持更多的导线。各接触带平行放置的， 并且每条接触带各有一个接触指。另外， 虽然上 述实施例把耦合器 24 当作触点， 但如果提供有额外的触点带 37 和触点指 38 则可以不用把 耦合器 24 当作触点。尽管图示为中每条接触带 37 只有一个接触指 38， 为提高接触的可靠 性或者使接触力均匀分布， 每条接触带可以对应有多个接触指。
图 7 所示的连接器并不要求连接器要在特定的旋转位置以能对接， 但对接后可以 自由旋转。如果需要的话， 可以通过基准线来限制或者消除旋转。此时， 通过将接触带划分 为多片小带， 使得一条接触带可以支持多根导线， 这类似于直流电动机的换向部分。 每片小 带设有一个接触指 38， 并连接到导线 13。由于限制了套接的连接器转动角度， 这使得每个 接触指保留在与其对应的那片小带上。
虽然图 7 中接触带设在凸形连接器部件 36 上， 而接触指 38 设在凹形部件上， 但它 们的位置可以互换。 例如， 位于凸形连接器 36 上的接触指可以与位于凹形连接器 35 的接触 带接触。甚至， 在另一种结构中， 气动耦合器 24 放置在凹形连接器 35 内部， 并与接触指 38 相邻 ； 气动插口置于凸形连接器 36 上， 并置于接触带 37 内部且与其同心。只要气动插口和 耦合器尺寸上兼容， 且气动插口和触点周围或者外罩足够的清洁， 则任何此类型的连接器， 不包括电触点， 都可以与标准袖带连接器兼容， 这样， 标准连接器就不会产生机械干扰。
出于紧凑性考虑， 气动耦合器和与之配对的插口通常可设计一个为多根导线提供 接触的接触点。图 8 是气动耦合器 24 为两根导线 13 提供触点的截面图。如果导线 13 设 置在软管 21 的管腔 29 内， 使用这种结构非常有利， 因为不需要将导线引出管腔即可实现与 触点的接触。 气动耦合器 24 设有中心气流通道 30， 由两个导电部件和一个绝缘器 40 组成。 导电部件 39 位于耦合器顶端及其内表面， 另一个导体部件 41 位于耦合器的外管套。具有 锁扣功能的凹槽 28 设置在绝缘体上， 或设置在一个导电部件上， 或是在连接部分以沟槽形 式存在。相应的凹形气动插口包括多个接触区， 分别与位于耦合器顶端的导电部件 39 和位 于耦合器管套的导电部件 41 接触。
在增加基准线以限制连接器自由转动时， 可通过纵向地将耦合器 24 分割成一个 或多个导电部分以增加接触点。例如， 可以将管套 41 在耦合器两侧纵向分成两个独立的接 触区域 ； 以这种方式增加的接触区域可以用来替代导电端 39 或增加导电端。 虽然图中只显 示了两个接触区域和两根导线， 但可以通过增加绝缘部分将管套 41 分割成多个接触带以 增加接触点和电导线。此外， 具有两个或两个以上的电路的气动耦合器可以结合到前述使 用耦合器 24 作为接触点的任意连接器中。
有些医疗条件下不需要电接触， 如出于安全考虑， 应该避免患者与通电电路之间 的接触。因此， 用于患者的电路往往设有隔离屏障， 如果没有这个屏障， 则须将所有的触点 设置为不可碰触。然而， 在医疗处理中， 导电液体的溢出现象屡见不鲜。如果溢出的液体进 入连接器， 并延伸至触点或导线， 可能会对患者产生漏电。而且， 这些液体还可能会引起触 点之间的连接异常， 从而导致仪器故障 ； 另外， 处于医疗环境的触点易受腐蚀、 损坏和污染，使得触点的可靠性受到影响。所以， 避免触碰到电子元件 10 和接口电路 6 之间的连接是非 常有必要的， 至少在病患区。
可以通过电感耦合来实现上述目的。图 9 所示为采用电感耦合的未进行对接的连 接器的截面图。凸形连接器 43 包括连接到软管 21 的管腔 29 的气动耦合器 24， 还可以包括 与集成在软管 21 的导线 13 相连的耦合线圈 45。线圈与耦合器 24 同轴并缠绕在耦合器 24 上， 且设置在靠近与之配对的连接器的一侧。该与之配对的凹形连接器 42 设有插口 25， 并 连接到软管 21 的管腔 29。插口设有封盖 46， 用于在耦合器 24 插入后密封耦合器 24。锁扣 装置 47 在连接器对接时扣住位于耦合器 24 上的具有锁扣功能的凹槽 28。 凹形连接器还包 括耦合线圈 44， 并连接到集成在软管 21 的导线 13。该线圈的缠绕放置方式与凸形连接器 中的线圈 45 相似。当两个连接器对接时， 线圈 44 与线圈 45 的位置相近， 因此线圈会产生 至少部分磁链 ； 从而使得与线圈相连的电路之间耦合相连。
图 10 所示是电感耦合线圈的一种替代方案的截面图， 此时连接器未进行对接。在 本方案中， 当连接器对接时， 线圈不是相邻放置而是同轴放置， 即将一个线圈放在另一个线 圈内。这种结构设置可以得到更好的线圈耦合。
通过使用磁核或者使用壳体来包围线圈可以提高耦合线圈的性能。 这种磁核或者 壳体可以用铁素体、 铁镍合金、 或其他在变压器或电子线圈内核中常用的如电磁材料等来 制得。 根据需要得到的耦合频率， 由于固体金属材料不太合适， 需要采用其它现有技术中的 压片以避免涡流及相关损耗。将磁材料放置在可以引导磁通线连接线圈 ； 简单地通过使磁 材料的中心轴对齐可提高耦合。例如， 如果耦合器 24 选用合适的磁材料， 任一图中所示结 构的磁耦合程度都可以提高。在图 10 所示的线圈 44 周围放置磁材料制的外套具有类似效 果。 图 9 中， 每个线圈可以放置在一半的铁芯上， 为耦合器 24 和插口 25 提供了一个中心孔。 当连接器对接时， 套有线圈的半截铁芯组合成一个封闭的磁电路中。若铁芯的顶端暴露在 连接器外壳， 则可获得最好的耦合效果 ； 从而， 在连接器对接时， 套有线圈的这两个半截铁 芯可以无缝隙或只有很小缝隙地放置在一起。 然而， 即使铁芯之间有缝隙， 比如将铁芯顶端 放在连接器相对接的一端， 其耦合也是可以令人满意的。 通过这样设置铁芯或极片， 就没有 必要将线圈本身放置在连接器相对接的部位。 而且铁芯或极片可以引导磁通量到连接器对 接的区域， 其中磁通量来自位于连接器壳体任一位置的线圈。
根据使用电子元件 10 的目的以及可以使用的导线 13 的数目， 附在袖带上的电子 元件 10 可以有多种形式。 一种最佳实施方式中， 为简化连接器的结构， 只使用两根导线 13。 电子元件用于识别袖带的特性， 其最简单的形式是采用无源网络的形式。如图 11 所示， 为 用于袖带识别的电子元件 10 的各种简单实现方式。其中， 常用的方式如图 11A 所示， 包括 跨接在端子 50 上的通用阻抗 Z 网络 49。网络 49 最简单的形式是为一个电阻， 如图 11B 所 示， 其中 Z 等于 R。电阻 R 的不同的阻值代表不同属性的袖带， 如 R 值为 1000 欧姆表示为新 生儿袖带， R 值为 2000 欧姆表示为幼儿袖带， R 值为 3000 欧姆则表示为成人袖带等。理论 上， 可以有非常多的不同电阻取值， 即可以表示非常多种型号的袖带或者非常多的袖带属 性值， 但是实际上不同电阻值的数目受限于电阻器的容限、 以及在导线 13 和不同触点阻值 影响下所能够测量的精度。电阻器也可以用在电感耦合结构中， 但此时由于线圈耦合可能 存在变化， 使得阻值的测量具有更大的不确定性。 尽管如此， 仍有一定数量的不同电阻值可 以可靠地识别出袖带的类型或其属性值。可以用一个电容器或者电感器代替电阻器， 不同的电容值或电感值表示袖带的不 同类型。 可以使用包括电阻器， 电容器和电感器中至少两个的混合网络， 该网络表示一个复 数阻抗 Z， 其包括实部和虚部， 此时实部和虚部可以编码为从不同的角度描述袖带。 例如， 在 电阻器和电容器串联或并列组合的网络中， 实部 ( 即电阻值 ) 可以表示为袖带的尺寸， 而虚 部 ( 即电容值 ) 可以表示为袖带的一些其他特性， 如为可循环使用的袖带或是一次性的袖 带。
阻抗 Z 也可以是非线性的阻抗， 如二极管或者稳压二极管。这种方法可以用非常 简单的编码来表示有限数目的袖带的类型或属性值。如， 图 11 中 C， D， E， F 示出了使用简 单的二极管连接来表示袖带的四种类型和属性。图 11C 中， 两端开路， 所以加何种极性的测 试电压都不会有电流。图 11D 中， 二极管跨接线路两端， 只有当下端接电源正极时才有电流 流经二极管。如图 11E 所示， 二极管相对于图 11D 倒置， 所以当上端接电源正极时才有电流 流过二极管。在图 11F 中， 一对极性相反的二极管并联在一起， 因此无论加何种极性的电压 网络中都有电流流过。 所以， 通过采用定性测量， 简单观测加上各种极性测试电压时电流是 否存在， 而无需精确测量， 即可检测出这四种不同的状态。此时， 图 11F 中并联的二极管可 以由一根连接两端点的线短路代替。 通过定量的测量可以检测到更多的状态。 图 11G 中， 两端间接有一稳压二极管。 稳 压二极管的不同击穿电压可以用来编码为袖带的不同属性值， 例如用 5.6 伏的击穿电压表 示新生儿袖带， 6.8 伏表示幼儿袖带等。改变稳压二级管的极性可以将能够表示的状态翻 倍， 或者编码为新的属性。例如， 击穿电压可以编码为袖带的尺寸， 而连接二极管的极性可 以表示可循环用的袖带或一次性用的袖带。
使用无源器件如电阻器， 连同二极管或稳压二极管， 可以得到两种新的表示方法。 如图 11H 所示为一个电阻器和一个稳压二极管并联。电阻器的阻值可以用一个小的测试电 流或电压来测量， 这样稳压二极管还没有达到击穿电压， 然后用大的测试电流来测量稳压 二级管的击穿电压， 而电阻器的分流影响不大。测出的阻值和击穿电压可以分别用来编码 为袖带的两个不同的属性， 也可以用这些值的组合来表示一个属性的多个级别。例如有四 个电阻值和四个击穿电压值， 它们可以用来表示某种属性的 16 个级别。稳压二级管的连接 极性也可以编码为袖带的属性。 电阻器也可以结合普通二极管使用， 此时， 二极管根据它的 连接极性 ( 两个值 ) 和总阻抗可以编码为三个属性值。虽然并联组合更容易测得参数值， 对本领域技术人员来说， 显而易见， 串联组合也是可行的。
在电感耦合情况下， 一种非常有用的结构是将电子元件 10 做成一个电容器。如图 12 所示， 其中电子元件 10 包括电容值为 C 的电容 48， 同电感系数为 L 的耦合线圈 19 组成 了一个谐振电路， 因此耦合线圈本身则成为 L-C 阻抗网络中的一部分。使用不同的 C 值和 L 值得到的不同振荡频率可以编码为袖带的不同属性。例如， 100kHz 可以表示新生儿袖带， 150kHz 表示幼儿袖带， 200kHz 表示成人袖带等等。由 L 和 C 组成的谐振电路的共振由接口 电路 16 决定， 其通过耦合线圈 20 耦合到谐振电路。共振频率的测量可以通过阻抗测量技 术实现， 或者在接口电路 16 包含有振荡器， 其频率由相耦合的谐振环路的共振确定， 可通 过多种手段测量振荡器的频率， 如利用仪器 8 中的计数电路。
目前所描述的各种无源器件编码为袖带属性， 是通过将其阻抗、 击穿电压或极性 固定设为预设值。然而， 电子元件 10 的属性并非一成不变。例如， 用热敏电阻代替图 11B
中的电阻， 此时， 电子元件不再表示袖带的属性， 而是一个传感器， 在该例中为温度传感器。 又例如， 用压阻式传感器代替电阻， 其可以用于感知如压强或脉搏信号导致的机械力。 类似 地， 也可使用电容或电感变化的传感器。电感器还可以与一个固定标识符结合使用。例如， 热敏电阻与稳压二极管分流连接， 从而， 热敏阻抗表示变化的温度， 而稳压二极管的击穿电 压表示固定属性， 如袖带尺寸。
电子元件 10 中也可以包含有源元件， 而不仅是无源电子元件。例如， 电子元件 10 可以是用来获得脉搏信号的驻极体麦克风， 包括位于同一外壳内的传感器和前置放大器以 及两个端子， 两端子为设备供电并传递信号。
然而， 除了模拟传感器外， 也有些数字传感器仅用两个端子为设备供电并传递信 号， 例如 Dallas Semiconductor( 达拉斯， 德克萨斯州 ) 生产的 “One-Wire” 协议设备。这些 设备以寄生的方式从一个双向数字信令线获得电源， 以实现串行协议与设备的数据交换 ； 其中一些设备特别适合用数字码编码为袖带属性。Dallas Semiconductor DS2401 的设备 采用定制的 48 位数字进行数字编码， 其中一些位数可以用来描述袖带属性， 例如尺寸和型 号。如若需要， 剩余的位数可以用来作为唯一的袖带序列号或者识别码。这种袖带序列号 也可以用作患者的识别码， 此时， 袖带， 特别是一次性袖带， 则替代常用于识别患者的腕带 而成为识别臂章。 DS2401 是有效的只读存储器件， 对 48 位数字的编程只能在设备的制造期间进 行。具有可读写的非易失性存储器的设备具有附加功能， 如可以记录血压袖带的使用次 数， 当袖带用坏需要更换时可以通知用户。如果将袖带给指定患者使用， 袖带则作为患 者的识别臂章将患者的数据信息记录在电子元件 10 内。合适的可读写设备包括 Dallas Semiconductor DS2300A 以及 相关设备， 这些设备包含有电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)， 具有非易失性， 且可以随时擦除和改写。
电子组件 10 传递的信息中除了已存储的数字信息外， 也可以包括传感器信息。 如， Dallas Semiconductor DS1820 的系列设备中含有温度传感器， 当仅使用两个端子为设 备供电并进行数据交换时， 除了数字标识符外， 可以传递表示温度的数字信息。 具有这种装 置的血压袖带不仅提供表示袖带属性的数字标识符， 而且还可以报告正在使用袖带的人或 动物的体温。 显然， 对本领域技术人员而言， 获得温度传感器信号的技术同样可以应用于其 他类型的传感器。
当接口电路 16 采用如图 3 所示的导电连接时， 这种数字设备特别适合用作电子元 件 10， 如上述的 Dallas Semiconductor 的设备。但是， 这种设备应用在如图 4 所示的电感 耦合方案中很困难。 这是因为这种用于驱动并与这些设备交流信息的信令方案要求以非常 低的频率传输能量， 最好要包括直流信号。 这对于电感耦合方案来说是有问题的， 该方案要 求大感应系数的线圈， 这是不利的。而且， 这种信令方案还要求以高频率传输， 要求这些耦 合线圈能通过大范围的频带。然而这种线圈在实际应用中是不可接受的， 即使可行其结构 实现也很困难。
这些不足可以通过以射频载波承载能量和信息的信令方案克服。此时， 需要将线 圈设计为只能在特定的载波频率包围的窄带上工作， 这种设计是出于方便线圈构造的考 虑。图 4 所示方案中， 接口电路 16 生成射频载波， 通过电感耦合由线圈 20 传递给线圈 19。 电子元件 10 接收该射频能量， 对其整流以适应自身的电源要求。接口电路 16 可以向电子
组件 10 发送信息， 经过整流以提供能量的载波也可以利用该信息进行调制。电子元件 10 也可以通过各种途径向接口电路 16 反馈信息， 例如， 电子元件 10 可以在线圈 19 上加一个 可变负载， 可变负载可以通过线圈 20 将影响传递给接口电路 16。这种信令方案， 有时也称 为合并调制器， 可以传递与数据流对应的逻辑状态。可替换地， 电子元件 10 可在第二载频 产生一个输出， 通过耦合线圈传递给接口电路 16。 第二载频可使用从电子元件 10 发送给接 口电路 16 的信息进行调制。
在商业中基于这些原理运行的设备为人们所熟知， 并且能够廉价地大量生产。射 频识别领域也使用类似的原理于识别装置， 也称为读卡器， 来读取存储在标签或 ID 卡中的 信息， 该标签或 ID 卡附在人或物上。标签包含称为射频识别应答器的集成电路， 并与一个 小型耦合线圈连接。读卡器含有与电子器件连接的耦合线圈。实际操作中， 将读卡器中的 线圈靠近标签中的线圈， 如前述地进行能量和数据的交换。标签就相当于图 4 中的电子元 件 10 和线圈 19， 而读卡器相当于接口电路 16 和线圈 20。射频识别设备的一个特点是应答 器和识别装置能在线圈很小的耦合度下工作。所以， 如果图 4 系统使用商用射频识别装置， 线圈 19 和 20 在设计上就有很大的自由空间， 且对于线圈所在的连接器而言， 获得高的耦合 度已不再是设计需要考虑的首要问题。 许多厂商生产的射频识别设备都是以类似原理工作 的。如， 飞利浦半导体 ( 埃因霍温， 荷兰 ) 生产的型号为 HT2MOA2S20 的发射机应答器适合 用作电子元件 10， 该设备包括唯一的识别码和用户可编程 EEPROM 存储器， 相应的读卡器可 采用飞利浦半导体型号为 HTCM400 设备， 其适用于接口电路 16。 这些设备工作在 125kHz 的 载频上， 该载频非常便于耦合线圈的构造。显然， 对本领域的技术人员而言， 可以将构造这 些商用发射机应答器的技术用于转发传感器输入给接口电路 16 的发射机应答器。虽然图 4 中导线 13 只有一端采用了电感耦合， 可以在导线 13 的任一端采用， 或两端都采用 ； 这是 可以理解的。
在图 2 中， 电子组件 10 直接连接到袖带 1。但是， 在许多情况下， 将电子组件 10 放 在袖带连接器内靠近触点和耦合线圈则方便很多。 如前述将气动连接器和电连接器组合放 置在同一个连接器内时， 由于包含组件的连接器通过短管 2 附在袖带上， 这样放置后的电 子元件仍然可以连接到袖带。当电子元件 10 含有传感器时， 如需要温度传感器通过缠绕在 肢体上的袖带来测量温度， 该传感器需要安装在袖带上。在这种情况下， 电子元件 10 中的 其它元件既可以置于袖带上， 也可以放在连接器内。
当然， 使用两根以上的导线 13 是可行的， 需要相应数目的接触点和电磁耦合来支 持连接到这些导线。此时， 电子元件 10 可以利用额外的导线组成不同的形式， 例如使用分 离的导线以提供能量和信号交换 ； 用多根导线以交换数据信号， 如时钟信号和数据信号。 不 同的导线可以表示不同的袖带属性。 例如， 3 根导线， 其中第一根的设计跟常用的一样， 第二 根导线与第一根之间的电阻可以表示袖带的尺寸， 而第一根与第三根导线间的电阻可以表 示袖带的其他属性。上述这些及类似变换都应当视为属于本发明的保护范围。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定本发 明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说， 在不脱 离本发明构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护 范围。