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Die
Erfindung betrifft allgemein eine tragbare batteriebetriebene Ausrüstung mit
einem Thermo-Aufzeichnungsgerät.
Im Besonderen betrifft die Erfindung solch eine batteriebetriebene
Einrichtung, die dazu verwendet wird, Patienten während des
Transports in ein Krankenhaus oder eine andere Betreuungseinrichtung für Patienten
zu überwachen.
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Wenn
Patienten medizinische Pflege gewährt wird, ist es häufig notwendig,
die Patienten unter Anwendung von medizinischen Diagnosegeräten zu überwachen.
Ein Instrumententyp, der Patientenmonitor, ist in der Lage, den
Patienten zu überwachen,
um Elektrokardiogramm-Daten, Herzvolumendaten, Atmungsdaten, Puls-Oxymetrie-Daten,
Blutdruckdaten, Temperaturdaten und andere Kenndaten aufzunehmen.
Insbesondere gibt es leichtgewichtige tragbare Patientenmonitore,
die mit dem Patienten bewegt werden können und so eine kontinuierliche Überwachung
während
des Patiententransports erlauben.
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Um
die Überwachung
an entfernten Orten oder während
des Patiententransports zu erleichtern, werden moderne tragbare
Patientenmonitore durch wiederaufladbare Batterien betrieben. Langlebige
Batterien mit kurzen Wiederaufladungszeiten helfen, die Verfügbarkeit
des Patientenmonitors zu maximieren. Fortgeschrittene Patientenmonitore
haben ein intelligentes Batterie-Management-System,
das die Batterielebensdauer maximiert, und die Wartung und den Ersatz
reduziert. Diese Patientenmonitore können zum Betrieb auch in irgendeine
herkömmliche
elektrische Energiequelle eingesteckt werden, d. h. am Krankenbett
des Patienten, bevor und/oder nach dem der Patient transportiert
wurde. Am Krankenbett können
die weiterentwickelten Patientenmonitore zur verbesserten Patientenüberwachungseffizienz über ein
Kabel an eine zentrale Station über
eine lokale Netzwerkumgebung (LAN) angeschlossen werden. Zusätzlich haben
die meisten der weiterentwickelten Patientenmonitore eine eingebaute
kabellose Alter native, welche die Beweglichkeit des Patientenmonitors
gewährleistet,
ohne die (Datenübertragungs-)
Verbindung aufzugeben. Solche Patientenmonitore unterstützen auch
das Einspielen von demografischen Daten und Labordaten zur Erhöhung der
Effizienz eines Krankenhaus-Informationssystems.
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Tragbare
Patientenmonitore mit einer integrierten Batterieenergieversorgung
sind kommerziell in einer kompakten, ergonomischen Einheit, die
eine leichte Handhabbarkeit erlaubt, erhältlich. Typischerweise haben solche
Patientenmonitore ein einem Falltest unterzogenes stabiles Design,
das es ihnen erlaubt, den anspruchsvollen Transporterfordernissen
innerhalb des Krankenhauses standzuhalten. Befestigungsmöglichkeiten
machen diese Patientenmonitore auf ideale Weise für die Verwendung
am Kopf-/Fußbrett,
am seitlichen Gitter, am Rollgestell sowie dem Infusionsständer geeignet.
Das kompakte Design wird teilweise durch die Verwendung von flachen
Anzeigefeldern erreicht. Der farbige oder monochrome Bildschirm
unterstützt
die Wiedergabe aller Ziffern und verschiedener Kurvenformen.
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Zusätzlich zur
Anzeige der Kurvenformen und Ziffern, welche die erfassten Daten
wiedergeben, haben weiterentwickelte Patientenmonitore zusätzlich ein
zentrales Verarbeitungssystem, das die erfassten Daten speichert
und analysiert. Insbesondere ist das zentrale Verarbeitungssystem
mit einem Algorithmus zur Analyse der erfassten Daten programmiert.
Das zentrale Verarbeitungssystem kontrolliert die Übertragung
der Daten an eine Anzeigetafel zur Anzeige und an das LAN über entweder
eine fest verdrahtete oder eine kabellose Verbindung. Zusätzlich sendet
das zentrale Verarbeitungssystem die Daten an ein Thermo-Aufzeichnungsgerät, welches
die Daten auf einen Träger
druckt.
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Thermo-Aufzeichnungsgeräte, die
in einer Umgebung mit begrenzter Energieverfügbarkeit verwendet werden,
wie z. B. eine tragbare batteriebetriebene Einrichtung, müssen eine
verlässliche
Einrichtung zur Begrenzung von Verbrauchsspitzen aufweisen.
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Typischerweise
verbraucht ein Thermo-Aufzeichnungsgerät einen unverhältnismäßig großen Anteil der
Betriebsenergie des Systems. Dieser Energieverbrauch kann extreme
Höhen erreichen,
besonders während
Elektrokardiogramm(ECG)-Artefakten sowie Kabelstörungen (d. h. ein Kabel fällt von
der Brust des Patienten) und wenn gerade eine elektrochirurgische
Einheit (ESU) verwendet wird, die Spitzen im Energieverbrauch des
Thermo-Aufzeichnungsgerätes
bewirkt. Die hohen durch die Thermo-Aufzeichnungsgeräte verursachten
Spitzenwertverbräuche
erfordern, dass die Entwickler von Host-Geräten der Stromversorgung eine besondere
Aufmerksamkeit schenken. Die Energieversorgung der Host-Geräte muss
genug Kapazität
haben, um die erforderliche Leistungsspitze zu liefern, was in einer
größeren, komplizierteren
und kostspieligeren Stromversorgung resultiert. Diese Betrachtungen
zeigen spezielle Entwurfsprobleme auf, besonders für tragbare
Ausrüstungen,
deren typische Anforderungen eine kleine Größe und ein niedriges Gewicht
sind.
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Das
Dokument
US 5,669,720 offenbart
einen Thermo-Drucker, bei dem die zur Verfügung stehende Spannung und
die Zahl der zu betreibenden Elemente beim Berechnen Impulsbreite
berücksichtigt
wird.
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In
einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Thermo-Aufzeichnungsgerät zur Verfügung, das
einen Thermo-Druckkopf
mit mehreren Elementen zum Erzeugen von heißen Punkten in Reaktion auf
Impulse aufweist; Mittel zum Berechnen eines einer Impulsbreite
entsprechenden Wertes, der wenigstens teilweise auf einem dem Thermo-Druckkopf
zugeführten
Spannungsniveau basiert; Mittel zum Bestimmen der zu aktivierenden
Anzahl von Elementen des Thermo-Druckkopfes, des Heizelement-Widerstands
und der Druckkopf-Spannung; Mittel zum Berechnen einer Strommenge,
welche verbraucht werden würde,
wenn diese Elemente mit dem ermittelten Heizelement-Widerstand und
der Druckkopf-Spannung aktiviert würden; Mittel zum Erzeugen eines
der berechneten Strommenge entsprechenden Grenzwertes der Impulsbreite;
und Mittel, die die zu aktivierenden Elemente mit einer Impulsbreite
versorgt, die gleich dem kleineren von dem berechneten Wert der
Impulsbreite und dem Grenzwert der Impulsbreite ist.
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In
einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
einer Thermo-Aufzeichnung zur Verfügung, das die Schritte umfasst:
(a) Platzieren einer Unterlage gegenüber einem mehrere Elemente
zum Erzeugen von heißen
Punkten aufweisenden Thermo-Druckkopf; (b) Berechnen eines einer
Impulsbreite entsprechenden Wertes, der wenigstens teilweise auf
einem dem Thermo-Druckkopf zugeführten
Spannungspegel basiert; (c) Ermitteln der zu aktivierenden Anzahl
von Elementen des Thermo-Druckkopfes, des Heizelementwiderstandes
und der Druckkopfspannung; (d) Berechnung einer Strommenge, welche
verbraucht werden würde,
wenn diese Elemente mit dem ermittelten Heizelementwiderstand und
der Druckkopfspannung aktiviert würden; (e) Ermitteln eines der
berechneten Strommenge entsprechenden Grenzwertes der Impulsbreite;
und (f) Senden eines Impulses an die zu aktivierenden Elemente,
wobei der Impuls eine Impulsbreite aufweist, die gleich dem kleineren
von dem berechneten Wert der Impulsbreite und dem Grenzwert der
Impulsbreite ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und ein Gerät zur Begrenzung
der Spitzenleistung, die von einem Thermo-Aufzeichnungsgerät, das mit
einer tragbaren batteriebetriebenen Ausrüstung verbunden ist. Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet die Lösung
des Problems der Begrenzung der Spitzenleistung eine in der batteriebetriebenen
Ausrüstung
enthaltene Hardware-Lösung,
in Verbindung mit einer in dem Thermo-Aufzeichnungsgerät enthaltenen Software-Lösung.
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Die
Hardware-Lösung
nutzt ein Filter und einen elektronischen Stromkreisunterbrecher.
Ein Stromkreisunterbrecher-Serienwiderstand
und ein Ausgangskondensator bilden ein RC-Filter und stellen ein großes Spannungsreservoir
für das
Thermo-Aufzeichnungsgerät bereit,
das die Spitzenstromanforderungen mittelt, die am Eingang des Stromkreises
auftreten. Der elektronische Stromkreisunterbrecher erbringt eine
Strombegrenzungsfunktion und wird nicht zulassen, dass vom Thermo-Aufzeichnungsgerät ein Strom
abgezogen wird, der größer ist
als der vorbestimmte Stromwert. Dies erzwingt, dass Leisungsabnahmespitzen
oberhalb der vorbestimmten Amperestufe durch das Thermo-Aufzeichnungsgerät dem das
Ausgangs-Reservoir bildenden Kondensator entnommen werden. Wenn
diese Spitzenabnahmen für
eine gegebene Zeitdauer anhalten, löst der Stromkreisunterbrecher
aus und unterbricht die Leistungsversorgung des Thermo-Aufzeichnungsgeräts.
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Die
in dem Thermo-Aufzeichnungsgerät
enthaltene Software nutzt eine Nachschlagetabelle mit Grenzwerten
der Impulsbreiten. Das Thermo-Aufzeichnungsgerät arbeitet beim Herstellen
eines Bildes nach dem Prinzip des Brennens von heißen Punkten
auf die Oberfläche
eines speziell beschichteten Papiers, das über den Druckkopf gezogen wird.
Es ist das Einbrennen der Punkte durch Miniatur-Heizelemente, was
einen großen
Betrag der Spannung verbraucht. Die Amplitude der Spannung hängt von
der Zahl der gebrannten Punkte ab. Die Schwärzung des Bildes wird durch
die Zeitdauer gesteuert, für
die die Heizelemente angeschaltet sind. Die Zeitdauer muss durch
die Software des Thermo-Aufzeichnungsgerätes aufgrund externer Faktoren,
wie die wechselnde Spannungsversorgung, variiert werden, um eine
einheitliche Bildschwärzung
aufrechtzuerhalten. Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Zeitdauer, während der die Heizelemente
angeschaltet sind, pro Brennzyklus beschränkt, um die Spitzenstromleistung
zu begrenzen.
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Offenbart
wird auch ein Verfahren zur Programmierung des Thermo-Aufzeichnungsgerätes, um
die verbrauchte Leistungsspitze zu begrenzen. Entsprechend dieser
Methode werden die Zeitdauer oder die Grenzwerte der Impulsbreite,
die vom Thermo-Aufzeichnungsgerät
anzuwenden sind, empirisch von der Hardware abgeleitet. Die Schritte
des Verfahrens sind wie folgt. Zuerst wird ei ne elektronische Last
an die Hardware angeschlossen. Es wird eine periodische Belastung
mit der gleichen Frequenz des durch das Thermo-Aufzeichnungsgerät verwendeten
Brennzykluses angewandt. Die Einschaltzeit der Last wird auf eine
Vielzahl von verschiedenen Werten gesetzt und für jeden vorgewählten Wert
wird die Last langsam erhöht,
bis der elektronische Stromkreisunterbrecher eingeschaltet wird
und der entsprechende Wert des Strommaximums aufgezeichnet ist.
Die maximalen Stromstärken
werden dann zusammen mit den entsprechenden Arbeitszyklus-Werten
aufgetragen und die Gleichung, welche den Graphen am besten annähert, wird
bestimmt. Diese Gleichung wird dann verwendet, um eine Nachschlagetabelle
mit Grenzwerten der Impulsbreiten aufzubauen, die im Speicher in
dem Thermo-Aufzeichnungsgerät
gespeichert wird. Die Einbeziehung mehrerer Tabellen mit Grenzwerten
der Impulsbreiten kann eine weitere Erweiterung sein, die verschiedenen
Host-Spannungsversorgungen und Strombegrenzungen Rechnung trägt.
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Wenn
das Thermo-Aufzeichnungsgerät
die für
das Brennen der Punkte erforderlichen Impulsbreiten berechnet, wird
es diese Werte nehmen und mit einem Wert vergleichen, der aus der
Grenzwert-Tabelle mit den Grenzwerten der Impulsbreiten bezogen
worden ist und den Kleineren der beiden verwenden. Wenn die Pulsbreite
von der Grenzwert-Tabelle verwendet wird, so wird das den Effekt
haben, dass die in diesem Brennzyklus verwendeten Punkte bestromt
werden. Die Punkte werden nur in dem Maß bestromt, das den Stromkreisunterbrecher
nicht auslöst.
Ausschnitte des erzeugten Bildes, die durch die Impulsbreitenbeschränkung begrenzt
wurde, sind typischerweise auf Artefakten beschränkt, die durch EKG-Leitungsfehler
und von ESU-Störungen
herrühren.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Beispielen genauer beschrieben, wobei
auf Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen:
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1 eine
schematische Darstellung der allgemeinen Frontalansicht eines kommerziell
erhältlichen tragbaren
Patientenmonitors ist.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das einen Patientenmonitor mit einem daran angeschlossenen
Thermo-Aufzeichnungsgerät
zeigt.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das in einen Patientenmonitor integrierte Hardware
zeigt, die für
die Verwendung mit einem Thermo-Aufzeichnungsgerät, entsprechend der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung, geeignet ist.
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4 ist
ein Schaltplan, der Teile einer Leiterplatte eines der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung entsprechenden Thermo-Aufzeichnungsgerät zeigt.
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5 ist
ein Graph des Maximalstroms über
den Werten der Einschaltdauer, der von der in 3 gezeigten
Hardware empirisch abgeleitet ist.
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Ein
bekannter tragbarer in 1 dargestellter Patientenmonitor
umfasst ein Gehäuse 2 und
einen Griff 4, der oben mit dem Gehäuse verbunden ist. Ein flaches
Display 6 ist in einem im Wesentlichen rechteckigen Fenster
geschützt,
das in der Vorderseite des Gehäuses 2 gebildet
ist. Eine Bedienungsoberfläche
umfasst eine Vielzahl von Tasten, die eine Tastatur 8 bilden
und einen so genannten Trimmungs-Knopf 10, der es dem Nutzer
erlaubt, ein besonderes Menü auszuwählen und
zu fokussieren. Das Display 6 zeigt Kurvenverläufe und
numerische Daten an. Der Status des Batteriepaares A und B wird
in der unteren rechten Ecke des Displays angezeigt.
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Der
tragbare batteriebetriebene in 1 gezeigte
Patientenmonitor ist typischerweise mit einem Thermo-Aufzeichnungsgerät verbunden,
das verwendet wird, um die erfassten Daten auf zunehmen. Obwohl die vorliegende
Erfindung auf ein Thermo-Aufzeichnungsgerät und die
Vorrichtungen zur Lieferung elektrischer Leistung von Batterien
zu dem Thermo-Aufzeichnungsgerät
gerichtet ist, wird aus Gründen
der Vollständigkeit eine
allgemeine Beschreibung der internen Struktur des Patientenmonitors
gegeben.
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Der
in 2 dargestellte Patientenmonitor umfasst eine Prozessor/Energie-Management-Unteranordnung 16,
eine Anzeigeuntereinheit 18 und ein Datenerfassungssystemmodul 20,
die weiter unten einzeln beschrieben werden.
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Die
Prozessor/Energie-Management-Unteranordnung 16 umfasst
eine Prozessor-Leiterplatte 22, die durch eine Wechselspannungs-Hauptenergievervorgung über eine
Energieversorgungs-Leiterplatte 24 versorgt wird. Alternativ
kann die Prozessor-Leiterplatte 22, wenn der Patientenmonitor
von der Hauptstromversorgung getrennt wird, d. h. während des
Patiententransports, durch wiederaufladbare Batterien 26 betrieben werden.
Die Prozessor/Energie-Management-Unteranordnung 16 umfasst
weiterhin einen peripheren Erweiterungsanschluss 28, der
es dem Prozessor gestattet, mit einem peripheren Prozessor zu kommunizieren,
der in Folge einer zukünftigen
Erweiterung des Systems hinzugefügt
wird.
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Die
Anzeigeunteranordnung 18 umfasst einen Flüssigkristall-Flachbildschirm 6 (LCD),
einen Hintergrundbeleuchtungs-Wechselrichter 30 für den Betrieb
der Leuchtstoffröhren
des Flachbildschirms und eine Tastatur 8 für Eingaben
des Anwenders. Der Flachbildschirm 6, der Hintergrundbeleuchtungs-Wechselrichter 30 und
die Tastatur 8 sind elektronisch über eine flexible Displayleiterplatte 32 (flex)
mit der Prozessor-Schaltkarte 22 verbunden.
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Das
Datenerfassungssystems(DAS)-Modul 20 umfasst eine Vielzahl
von Anschlüssen
von Patientenverbindungen und eine DAS-Leiterplatte 34. Die Patientenverbindung
zur nichtinvasiven Er fassung von Blutdruckdaten (NBP) ist über ein
NBP-flex 36 an die DAS-Leiterplatte 34 gekoppelt.
Die Kabelanschlüsse
zur Erfassung der Elektrokardiogramm-Daten, der Atmungsdaten und
anderen cardiovasculären
Daten sind über
ein patientenseitige flexible Leiterplatte 38 an die DAS-Karte 34 angeschlossen.
Die ECG-Anschlüsse
verbinden die an der Brust des Patienten befestigten Anschlüsse. Die
erfassten Daten werden zur Signalverarbeitung und zur Analyse über die
Displayleiterplatte 32 an die Prozessor-Leiterplatte 22 gesendet.
Die Prozessor-Leiterplatte 22 steuert das Display 6,
um die gewünschten
Daten, die auf den erfassten und von der DAS-Leiterplatte 34 empfangenen
Daten basieren, in Kurvenzügen
und als numerische Daten anzuzeigen.
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Zusätzlich zur
Anzeige der erfassten Daten, hat der in 2 dargestellte
Patientenmonitor die Fähigkeit
der automatischen Aktivierung hörbarer
und visueller Alarmsignale als Reaktion auf erfasste Daten, die einen
vorher festgelegten Alarm-Schwellenwert überschreiten.
Die Alarm-Schwellenwerte sind durch den Benutzer über Tastatureingaben
wählbar.
Der visuelle Alarmindikator ist ein Alarmlampe 12, die
bei Aktivierung aufblinkt. Der hörbare
Alarmindikator ist ein Lautsprecher 40, der bei Aktivierung
Alarmtöne
aussendet. Die Alarmlampe 14 und der Lautsprecher 40 sind über eine
druckerseitige flexible Leiterplatte 42 durch die Prozessor-Schaltkarte 22 gesteuert.
Die Prozessor-Leiterplatte 22 steuert
auch ein Thermo-Aufzeichnungsgerät 44 über die
druckerseitige flexible Leiterplatte 42. Das Thermo-Aufzeichnungsgerät 44 dient
dazu, eine geschriebene Aufzeichnung ausgewählter Datenauslesewerte zu
schaffen.
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Der
in 2 gezeigte Patientenmonitor hat auch die Fähigkeit, über eine
Kabel-Ethernet-Verbindung 46 mit einem (nicht gezeigten)
LAN, über
eine Verbindung 48 mit einem (nicht gezeigten) Defibrillator
und über die
Verbindung 50 mit einem (nicht gezeigten) Hilfsausrüstungsteil,
d. h. einem Ventilator oder einer Fernsteuerung, zu kommunizieren.
Die Prozessor-Schaltkarte sorgt über
den Anschluss 48 für
die Synchronisation der Signale an dem Defibrillator. Der Patientenmonitor
kann bei Verwendung der Antenne 14 auch kabellos mit dem
LAN kommunizieren. Die Prozessor-Leiterplatte 22 sendet
Signale an die Antenne 14 und empfängt Signale von dieser über eine
PC-Kartenschnittstelle 52 mit Schnittstellen mit einer
HF LAN-Karte 54. Die PC-Kartenschnittstelle 52 steckt
in einem Stecker, der auf der Prozessor-Leiterplatte 22 angeordnet
ist.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst Hardware, die in die Prozessor-Leiterplatte 22 integriert
ist und Software, die in das Thermo-Aufzeichnungsgerät 44 integriert
ist. Bezug nehmend auf 3, umfasst die Prozessor-Leiterplatte einen
in Stromrichtung liegenden Widerstand 60 und einen Ausgangskondensator 62,
die ein RC-Filter 58 bilden und ein großes Stromreservoir für das Thermo-Aufzeichnungsgerät 44 bilden,
welches die beim Stromkreiseingang erkennbaren Strombedarfsspitzen
Vin ausgleicht. Ein elektronischer Stromkreisunterbrecher 56 (vorzugsweise
ein integrierter Schaltkreis mit einem eingebauten Zeitschalter)
lässt nicht
zu, dass ein Strom größer als
ein vorbestimmter Stromwert (z. B. 2,5 Ampere) überschritten wird. Dadurch
müssen
Strombedarfsspitzen des Thermo-Aufzeichnungsgeräts oberhalb eines vorbestimmten
Stromwerts von dem Ausgangskondensator 62 bezogen werden.
Falls diese Bedarfsspitzen für
eine bestimmte Zeitdauer anhalten, wird der elektrische Stromkreisunterbrecher 56 ausgelöst und die Leistungsversorgung
des Thermo-Aufzeichnungsgeräts 44 unterbrechen.
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In Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
ist die zuvor erwähnte
Software in das Thermo-Aufzeichnungsgerät von dem in 4 gezeigten
Typ integriert. Jedoch ist klar, dass die Erfindung in jedem Thermo-Aufzeichnungsgerät Anwendung
findet, das einen durch eine zentrale Prozessor-Einheit gesteuerten
Druckkopf hat.
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Das
in 4 gezeigte Thermo-Aufzeichnungsgerät ist ein
in sich abgeschlossener Drucker. Die Host-Vorrichtung, d. h. der Patientenmonitor,
stellt die Stromversorgung und Schnittstellensignale über einen Haupt-Anschluss 64 zur
Verfügung.
Das Thermo-Aufzeichnungsgerät hat sowohl
eine parallele Schnittstelle 66 als auch eine serielle
Schnittstelle 68. Die Hauptvorrichtung nutzt die Eine oder
die Andere. Die parallele Schnittstelle 66 ist über ein
8-Bit-bidirektional verlinktes Sende-Empfangsgerät 72 an einen Daten-Bus 70 gekoppelt.
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Der
Daten-Bus 70 wiederum ist mit den Dateneingängen der
Zentralprozessor-Einheit 74 verbunden. Die CPU 74 ist
ein Mikroprozessor, der in der Lage ist, all die Prozesse auszuführen, die
erforderlich sind, um die Daten der Haupteinheit (seriell oder parallel)
aufzunehmen, die Daten zu verarbeiten und die Daten im Druckformat
auszugeben. Die CPU PCB hat angemessene Speicherkapazitäten für die dekodierte
Speicherung/Ausführung,
die in-system-Programmierbarkeit, das Puffern von Daten der Haupteinheit
und das Speichern von Systemvariablen. Der Speicher umfasst einen
Start-/Hauptcodespeicher 76 und hat einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 78.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist der Speicher 76 ein flash-PROM und der Speicher 78 ein
SRAM. Der Startcode und der Hauptcode sind beide in dem flash-PROM 76 gespeichert,
wobei der Startcode in einem ersten Sektor und der Hauptcode in
dem Rest der flash-PROM gespeichert ist. Der SRAM 78 ist
der Haupt-„Scratch-Pad"-Speicher und wird
verwendet, um die eingehenden Daten vom Hauptrechner und die Systemvariablen
zu speichern.
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Zusätzlich hat
die CPU 74 eine Zeitverarbeitungseinheit (TPU) 100,
um die Impulse für
die Druckkopfelemente zur Verfügung
zu stellen und die Impulse für
den DC-Motor 82 zur Verfügung zu stellen, der das Papier
bewegt, auf dem aufgezeichnet wird.
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Das
Thermo-Aufzeichnungsgerät
ist vorzugsweise mit zwei DC-Spannungen ausgestattet: +3,3 V +/– 5% bis
100 mA (max) und +8,5 bis +18,0 V bis 15 W (max). Die +3,3 V Versorgung
wird verwendet, um alle digitalen Kontrollschaltkreise auf der gedruckten
Leiterplatte (PCB) der Zentraleinheit des Thermo-Aufzeichnungsgerätes zu versorgen. Das Thermo-Aufzeichnungsgerät hat einen
softwaregesteuerten Niedrigenergiemodus. In dem Niedrigenergiemodus
ist die Stromaufnahme des Thermo-Aufzeichnungsgeräts kleiner
als 10 mA. Wie in 4 gesehen, wird die +8,5 bis
+18,0 V Versorgung auf Leitung 80 verwendet, um den DC-Motor 82 über die
DC-Motor-Antriebs-Schnittstelle 84 anzutreiben, und um
den Thermo-Druckkopf 86 zu versorgen. Das 15-W-Limit für die +8.5
bis +18,0 V Versorgung wird mit einer Software kontrolliert. Die
Spannungsversorgung für
den Thermo-Druckkopf 86 kann, wenn der Thermo-Druckkopf
nicht benutzt wird, ausgeschaltet werden, indem ein high-side N-Kanal
MOSFET 88 mit einem MOSFET-Treiber 90 genutzt
wird, der durch einen Einzelausgang von der CPU 74 gesteuert
wird.
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Der
Thermo-Druckkopf 86 erfordert eine synchrone Schnittstelle
zum Laden von Daten und zwei durch eine Schaltuhr gesteuerte, sich
regelmäßig wiederholende
Abtastimpulse (Impulse) für
die entsprechenden Gruppen der Elemente des Druckers. Eine synchrone
periphere Schnittstelle 94, die in die CPU 74 integriert ist,
und ein SPI-Bus 96 schaffen eine synchrone Schnittstelle.
Spezifischerweise lädt
der SPI-Bus 96 M-Bits von Kontrolldaten in den Druckkopf
zur Kontrolle, welches der M Heizelemente des Druckkopfes angeschaltet wird
(mit Energie versorgt), wenn die Brenn-Abtastimpulse ausgegeben
werden. Die Brenn-Abtastimpulse (Impulse) werden durch die Leitungen 98 über die
TPU 100 in der CPU 74 zur Verfügung gestellt. Der Thermo-Druckkopf
erfordert 5 VDC. Ein 3,3 VDC bis
5 VDC Puffer 102 wird verwendet,
um die 3,3 VDC-Signale von der CPU 74 in
5 VDC-Stufen, die vom Druckkopf 86 akzeptiert
werden können,
zu übersetzen.
Ein linearer Regulator 92 erzeugt die 5 VDC von
der 8,5–18,5
VDC Versorgung. Die 5 VDC werden
den Thermo-Druckkopf 86 und den Puffer 102 versorgen.
Ein linearer Regulator 92 wird durch die CPU 74 aktiviert.
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Eine
8-Bit-Analog/Digital-Wandler (ADC) 104 wandelt die analogen
Spannungswerte eines Thermistors 106, der in den Thermo-Druckkopf 86 eingebaut
ist, und die Thermo-Druckkopf-Spannung 80 in digitale Werte
um. Diese 8-Bit-Werte werden durch die CPU 74 genutzt,
um die sich regelmäßig wiederholende
Abtastimpulsbreite (Impulsbreite) anzupassen, und um eine Übertemperatur
des Thermo-Druckkopfs zu erfassen.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, reguliert die CPU 74 die Impulsbreite von
jedem sich regelmäßig wiederholenden
Abtastimpuls, um nicht die Grenzwerte der Impulsbreite zu überschreiten,
die als Software, z. B. in Form einer Nachschlagetabelle im flash-Speicher
gespeichert ist. Die Breite des Impulses bestimmt das Zeitintervall
während
dessen Strom an die (nicht gezeigten) Miniatur-Heizelemente im Druckkopf 86 geliefert
wird. Die Amplitude des Verbrauchsstroms hängt von der Zahl der gebrannten
Punkte, dem Widerstand der Miniatur-Heizelemente und der Druckkopf-Spannung
ab. Die Schwärzung
des Bildes wird durch die Zeitdauer reguliert, während der die Heizelemente
angeschaltet sind. Die Zeitdauer (d. h. Impulsbreite) wird von der
CPU in Übereinstimmung
mit einem herkömmlichen
Konstant-Joule-(Energie)-Algorithmus variiert, um dadurch trotz
externer Faktoren, wie z. B. eine wechselnde Versorgungsspannung,
gleichmäßige Bilddunkelheit
aufrechtzuerhalten. Wenn z. B. die Versorgungsspannung abnimmt,
nimmt die Impulsbreite zu. Zusätzlich
nutzt die CPU 74 die von der ADC empfangenen Strom-Spannungs-Daten um
die Impulsbreite zu berechnen (d. h. die TPU-Werte), die notwendig sind, um den gewünschten
Eingangsstrom zu erreichen. Die CPU nutzt auch die von der ADC empfangenen
aktuellen Temperaturdaten, um die berechneten TPU-Werte in Abhängigkeit
von der Temperatur des Druckkopfes anzugleichen. Im Besonderen wird
der TPU-Wert reduziert, wenn die Element-Temperatur zunimmt. Die
CPU extrahiert dann eine maximale Impulsbreite (TPU-Wert) von der
Nachschlagetabelle mit den maximalen Impulsbreiten, die auf der
Zahl der aktivierten Punkte, dem Widerstand des Miniatur-Heizelements
und der Temperatur des Druckkopfes ba siert. Die maximale Impulsbreite
(TPU-Werte) wird mit dem mit einem herkömmlichen Konstant-Joule-(Energie)-Algorithmus
berechneten Wert verglichen, wobei der geringere der beiden Werte
verwendet wird. Auf diese Weise kann die Zeitdauer, für die die
Heizelemente pro Brennzyklus angeschaltet sind, begrenzt werden,
um die Strombedarfsspitzen zu begrenzen. Falls die Impulsbreite
aus der Tabelle mit den Grenzwerten verwendet wird, hat das den
Effekt, dass die in dem Brennzyklus verwendeten Punkte erhitzt werden.
Die Punkte werden nur in dem Maße
bestromt, dass der elektronische Stromkreisunterbrecher (56 in 3)
nicht auslöst.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die in den Tabellen mit den Grenzwerten der Impulsbreiten
enthaltenen Werte empirisch von der in 3 dargestellten
Hardware abgeleitet. Zunächst
wird an die Hardware eine elektronische Last angeschlossen. Es wird
eine periodische Last angelegt, die gleich der Frequenz des in dem
Thermo-Aufzeichnungsgerät
verwendeten Brennzyklus ist. Die Einschaltdauer der Last wird auf
5% eingestellt und langsam erhöht
bis der elektronische Stromkreisunterbrecher ausgelöst wird.
Der Wert des maximalen Stroms wird aufgezeichnet. Die Abfolge der
Schritte wird wiederholt, wobei die Einschaltdauer um 5% erhöht wird
bis 100% erreicht sind. Exemplarische Werte, abgeleitet durch Anwendung
der vorgenannten Prozedur auf einen Patientenmonitor, unter Einbeziehung
der Hardware aus 3, sind in der untenstehenden
Tabelle dargestellt. Die Daten in der mit „TPU-Wert" bezeichnete Spalte der Tabelle geben
die Werte wieder, welche die TPU 100 der CPU 74 (siehe 4)
brauchen wird, um die Werte für
den Druckkopf 86 auszugeben, um den entsprechenden, in
der mit „Einschaltdauer" bezeichnete Spalte
der Tabelle gezeigten Einschaltdauer-Wert zu erhalten. (Die TPU-Werte
sind proportional zu den Lastkreisen.)
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Im
nächsten
Stadium der Prozedur werden die maximalen (Spitzen-) Ströme auf einem
Arbeitsblatt, wie in 5 gezeigt, zusammen mit den
entsprechenden TPU-Werten graphisch aufgetragen. Das Arbeitsblatt
wird dann verwendet, um die Gleichung zu berechnen, die den graphisch
aufgetragenen Daten am besten angepasst ist. Für die in der obigen Tabelle
gegebenen Daten war die am besten angenäherte Gleichung: Y
= 20880x–1,263
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Diese
Gleichung wird dann verwendet, um eine Nachschlagetabelle mit den
Grenzwerten der Impulsbreiten mit Stromstärke versus Grenzwert-TPU-Werte
anzulegen. Diese Nachschlagetabelle wird im Flash-Speicher 76 (siehe 4A)
gespeichert. Mehrfach-Nachschlagetabellen
mit den Grenzwerten der Impulsbreiter, entsprechend den verschiedenen
Haupteingangsspannungen und Stromgrenzen, können im Start-/Haupt-Code-Speicher
vorgespeichert und vom der CPU erneut geladen werden.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wurde, wird den Fachleuten klar sein, dass verschiedene
Veränderungen
gemacht werden können,
ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel wird es
für einen
Fachmann offensichtlich sein, dass ein Parameter, der eine Funktion
der Stromstärke
ist oder von dieser abhängt,
errechnet werden kann und anstatt der zur Erfassung der Impulsbreite
verwendeten Stromstärke
verwendet werden kann.
