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Gebiet der
Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Verbinden und Sichern von elektrischen Stromkreisen und genauer
eine Vorrichtung, die medizinische Sensoren und Monitore mit Instrumentierungsvorrichtungen elektrisch
verbindet.
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Hintergrund
der Erfindung
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In der Gesundheitsindustrie wird
elektrisches Messinstrumentarium jeden Tag mit vielen Arten von Stromkreisen
verbunden und von ihnen getrennt, insbesondere in einer medizinischen
Notfallsituation. Eine große
Mehrzahl dieser Stromkreise stammen von als flexible Stromkreise
bekannten Vorrichtungen, die zum Aufnehmen von elektrischen Signalen
verwendet werden, die mit verschiedenen biologischen Funktionen
von Patienten im Zusammenhang stehen. Der flexible Stromkreis oder „Flex-Stromkreis" ist im wesentlichen
ein Stromkreis, der auf einem mechanisch flexiblen Trägermaterial
gebildet wird. Bei der Ausführung
und in der Konstruktion ist Flexibilität zur Anpassung an den menschlichen
Torso und verschiedene Stellen und Positionen auf dem menschlichen
Körper,
an denen eine Verkabelung in einer bestimmten Situation nötig sein
können,
erwünscht.
Diese flexiblen Stromkreise werden zur Verwendung an einem einzigen
Patient entworfen und sind typischerweise nicht wiederverwendbar.
Diese flexiblen Stromkreise müssen
mit irgendeiner Art von elektrischem Verbindungsstück verbunden
werden, um es dem Instrumentarium zu ermöglichen, die elektrischen Signale
vom Patienten aufzunehmen. Die meisten kommerziell erhältlichen
Verbindungsstücke
für flexible Stromkreises
sind jedoch für
die Verwendung innerhalb eines Instrumentengehäuses entworfen, was die Verbindung
des flexiblen Stromkreises mit einem Flüssigkristallbildschirm in einem
tragbaren Personal Computer oder dergleichen erlaubt, und sind nur
für fünf bis zehn
Zyklen von Verbinden/Trennen konstruiert. Dies ist auf keinen Fall
kosteneffizient, da typischerweise mehr als 2.500 Zyklen aus Verbinden/Trennen
in einem Zeitraum von einem Jahr erforderlich sind.
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Ein preisgünstiges und geeignetes Verbindungssystem
ist deshalb erwünscht,
um es dem medizinischen Personal zu erlauben, ein Messinstrumentrum
mit dem flexiblen Stromkreis zu verbinden. Das Verbindungssystem
sollte in der Lage sein, die Benutzungsbedingungen über eine
große
Anzahl von Zyklen aus Verbinden/Trennen und für eine lange Zeitdauer, vielleicht
mehr als ein Jahr, zu überstehen.
Da diese Verbindungsstücke
oft in Notfallsituationen verwendet werden, sollte das Kabel- und
Verbindungssystem bevorzugterweise Signale mit niedrigem Rauschen
und hoher Qualität,
eine geringe Zusammenschaltungsimpedanz für qualitativ hochwertige Ergebnisse
bereitstellen und zusätzlich
schnell und einfach durch das medizinische Personal zu verwenden
sein. Da medizinisches Personal das Gerät in Notfallsituationen verwenden
würde,
sollte auch bedacht werden, dass das Gerät Idealerweise mit minimalem
Aufwand bedienbar sein sollte, einschließlich der Möglichkeit, nur eine Hand zu
verwenden, um den Apparat zu bedienen, wenn die andere Hand mit Notfallausrüstung beschäftigt ist.
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Ein zusätzliches Problem bei medizinischem
Instrumentarium liegt im Bereich von Kabeln und der Abschirmung
für diese
Kabel. Frühere
Ausführungen
der Verkabelung für
medizinisches Instrumentarium, wie beispielsweise Mehrfachleiter-ECG-Patientenkabel,
verwendeten, wo es angebracht war, Abschirmungen, um externes Rauschen,
beispielsweise das 50 oder 60 Hz Rauschen der Hauptstromleitung
des Wechselstromnetzes, zu verringern. In Kabeln, die eine große Anzahl
von Leitern erfordern, sind die Leiter typischerweise einzeln abgeschirmt
und lose in einer Umhüllung
gebündelt,
um sowohl Abschirmung als auch Flexibilität zu gewährleisten. Miniaturkoaxialkabel
sind sehr teuer, ungefähr
$ 328 pro Meter (ungefähr
$ 100 pro Fuß)
für ein 85-Leiter
Kabel, und es ist sehr zeitaufwendig, es abzushcließen, weil
jede Abschirmung einzeln von der Isolierung befreit werden muss
und die Litze des Kabels zurückgezogen
werden muss, bis schließlich
der Zentralleiter freigelegt ist und abgeschlossen wird.
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Versuche, alle Drähte zusammen in ein einzelnes
Bündel
zu bündeln,
das dann als Ganzes abgeschirmt wird, sind fehlgeschlagen, weil
die Abschirmung das Bündel
so fest zusammenbindet, dass die Kabel nicht übereinander gleiten können und
das Kabel im Ergebnis sehr unflexibel und unbiegsam ist. Das kann einen
Unterschied in medizinischen Notfallsituationen ausmachen, wo die
Flexibilität
des Kabels erforderlich sein kann, um in Sekundenbruchteilen nach
Ankündigung
elektrische Verbindungsstücke
und Apparate in eine für
die Behandlung des Patienten richtige Position zu bringen. Zusätzlich ist
es erwünscht
zu vermeiden, dass ein steifes Kabel einen Sensor von einem Patienten
ablöst.
Deshalb ist ein verbessertes Kabel- und Abschirmungssystem erwünscht, um
eine verbesserte Flexibilität,
Signalunverfälschtheit
und Kosteneffizienz bereitzustellen.
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Außerhalb des medizinischen Sektors
stieß man
auf ähnliche
Probleme. Platzsparende elektrische Verbindungsstücke werden
für Computer
und andere Kommunikationsausrüstungen
benötigt,
um eine flexible Folie mit einem elektrischen Stromkreis darauf
mit einer gedruckten Leiterplatte zu verbinden. Die in
US 5,462,441 offenbarte Vorrichtung
ist eine solche Vorrichtung. Sie wäre deshalb für ein verbessertes
System wünschenswert,
wo immer auch ein flexibler elektrischer Stromkreis verwendet werden
mag.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung überwindet
die Nachteile von Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, indem
sie eine elektrische Klemm- und Verbindungsvorrichtung zur Verwendung
bei der Übertragung
von elektrischen Signalen von der Elektrode zu der medizinischen
Instrumentierungsvorrichtung bereitstellt, die mit verschiedenen
biologischen Funktionen von Patienten im Zusammenhang stehen. Zusätzlich kann
die vorliegende Erfindung überall
dort verwendet werden, wo flexible elektrische Stromkreise verwendet
werden können, einschließlich, aber
nicht darauf beschränkt,
elektronische Anwendungen für
kommerzielle Produkte. Die elektrische Klemm- und Verbindungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung stellt ein Gehäuseelement mit einer ersten
Oberfläche
und ein oberes Element bereit. Jedes dieser Elemente weist ein erstes
und zweites Ende auf. Das Gehäuseelement
weist mindestens einen elektrischen Kontaktpunkt, eine Ausrichtungsvorrichtung und
eine Vorspannungsvorrichtung auf, die sich auf der ersten Oberfläche befindet.
Die Ausrichtungsvorrichtung und der elektrische Kontaktpunkt sind
bevorzugterweise nahe dem ersten Ende angeordnet, während die Vorspannungsvorrichtung
bevorzugterweise am entgegengesetzten Ende positioniert ist. Das
obere Element weist eine Klemmvorrichtung auf und das zweite Ende
ist schwenkbar mit der Vorspannungsvorrichtung des Gehäuseelements
verbunden. Auf diese Weise ist die Ausrichtungsvorrichtung des Gehäuseelements
so positioniert, dass ein elektrischer Stromkreis aufgenommen wird,
der leitfähige
Anschlussflächen
aufweist. Diese Anschlussflächen
stellen eine elektrische Verbindung mit den elektrischen Kontaktpunkten
des Gehäuseelements
her, wobei ein ordentlicher und ausreichender elektrischer Kontakt
durch die Klemmvorrichtung des oberen Gehäuseelements gewährleistet
wird, die die Kontaktanschlussflächen
des elektrischen Stromkreises mit den elektrischen Kontaktpunkten
des Gehäuseelements
ausgerichtet hält.
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Die elektrischen Signale, die von
dem elektrischen Stromkreis empfangen werden, werden durch die elektrischen
Kontaktpunkte zu einer gedruckten Leiterplatte übertragen, die mit einem Kabelsystem
in elektrischer Verbindung steht, um dadurch das elektrische Signal
für die
medizinische Instrumentierungsvorrichtung bereitzustellen.
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Das Kabelsystem in der vorliegenden
Ausführungsform
verwendet Gruppen von Drähten,
die zusammengebündelt
sind und als Unterkabel oder Gruppen abgeschirmt sind. Jede Gruppe
weist eine Zwischenumhüllung
auf, um eine relative Bewegung zwischen den Gruppen zu ermöglichen.
Die Gruppen sind dann lose in die äußere Umhüllung gepackt, um eine Flexibilität innerhalb
der äußeren Umhüllung, und
somit eine größere Flexibilität des gesamten
Kabels zu ermöglichen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine teilweise perspektivische Ansicht der elektrischen Verbindungs-
und Klemmvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Explosionszeichnung des elektrischen Verbindungsstücks und
der Klemmvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine Aufsicht der Kabelverbindung auf der gedruckten Leiterplatte.
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4 ist
eine planare Ansicht eines flexiblen elektrischen Stromkreises.
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5 ist
eine Aufsicht eines flexiblen elektrischen medizinischen Kabelbaums,
der mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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Detaillierte Beschreihung
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Unter Bezugnahme nun auf 1 wird eine Ausführungsform
der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Die elektrische Klemmverbindungsvorrichtung 10 umfasst
ein Gehäuseelement 12,
ein oberes Element 14 und eine Basis 18. Ein flexibler
elektrischer Stromkreis 16 ist auf der Vorrichtung 10 angeordnet und
elektrische Signale, die mit verschiedenen biologischen Funktionen
von Menschen im Zusammenhang stehen, werden elektrisch an eine geeignete
medizinische Instrumentation übermittelt.
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Unter Bezugnahme nun auf 1 und 2 kann eine detailliertere Beschreibung
und ein detaillierteres Verständnis
der Vorrichtung 10 gegeben werden. Das Gehäuseelement 12 weist
eine erste Oberfläche 20 mit
ersten und zweiten Enden 21 bzw. 23 auf. Am ersten
Ende 21 des Gehäuseelements 12 ist
mindestens ein elektrischer Kontaktpunkt und eine Ausrichtungsvorrichtung
für den
flexiblen Stromkreis angeordnet. Der elektrische Kontaktpunkt kann
mindestens einen, bevorzugterweise aber eine Vielzahl von elektrisch
leitenden Kontaktstiften 32 oder anderen ähnlichen
elektrischen Kontaktpunkten enthalten. Diese elektrischen Kontaktstifte 32 können auf
der ersten Oberfläche 20 des
Gehäuseelements 12 ausgebildet
sein, oder durch eine Vielzahl von Kontaktöffnungen 26 ragen,
die am ersten Ende 21 der ersten Oberfläche 20 des Gehäuseelements 12 angeordnet
sind. In dieser Ausführungsform
wären die
Kontaktstifte 32 auf einer gedruckten Leiterplatte 30 angeordnet,
die unterhalb des Gehäuseelements 12 angeordnet
ist und von diesem umschlossen wird, wobei die Basisplatte 18 die
gedruckte Leiterplatte 30 in einer festen Beziehung mit
dem Gehäuseelement 12 sichert. Die
elektrisch leitenden Kontaktstifte können aus einem jeglichem elektrisch
leitenden Material gemacht sein oder mit einem solchen plattiert
sein, wie beispielsweise Gold, Silber, Kupfer, etc.
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In ähnlicher Weise kann das Ausrichtungsmittel
mindestens einen Ausrichtungsstift 34 umfassen, der integral
auf der ersten Oberfläche
des Gehäuseelements 12 ausgebildet
sein kann oder durch die erste Oberfläche 20 durch Ausrichtungsöffnungen 28A und 28B ragen
kann. In dieser Ausführungsform
könnte
das Ausrichtungsmittel die Stifte 34A und 34B umfassen,
die auf der gedruckten Leiterplatte 30 angeordnet sind.
Diese Ausrichtungsstifte würden
an den Ausrichtungsöffnungen 28A und 28B durch
das Gehäuseelement
ragen.
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Das Gehäuseelement 12 weist
ein zweites Ende 23 mit einer Vorspannungsvorrichtung 25 auf.
Die Vorspannungsvorrichtung 25 kann ein Schwenkglied 22,
eine entlang des Schwenkgliedes 22 angeordnete Schwenkachse,
umfassen und umfasst die Schwenkpunkte 24A und 24B.
Das Gehäuseelement
und das Schwenkglied können
als eine Einheit aus einem einzigen nichtleitendem Material gebildet
sein. Das Gehäuseelement
kann durch verschiedene Formbearbeitungs- oder Gießtechniken,
die im Stand der Technik gut bekannt sind, hergestellt werden, wobei
aber keine Einschränkung
beabsichtigt ist. Die Vorspannungsvorrichtung kann auch ein Federsystem
wie beispielsweise die Federn 38A und 38B umfassen,
die am zweiten Ende 23 des Gehäuseelements 12 angeordnet
sind. Andere Vorspannungsvorrichtungen können Schlitze, Hebel, elektrische
Knöpfe,
Schalter umfassen. Andere derartige Vorspannungsvorrichtungen sind
den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt und sollen vom Umfang der
vorliegenden Erfindung umfasst sein.
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Das Gehäuseelement 12 kann
weiterhin eine Leitungsöffnung 40 zum
Aufnehmen eines Drahtes oder Kabels 90 von der medizinischen
Instrumentierungsvorrichtung 130 umfassen. Das Kabel 90 (3) würde die elektrischen Signale
von der gedruckten Leiterplatte 30 und den Kontaktpunkten 32 empfangen
und das Signal an das medizinische Instrument übertragen.
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Das obere Element 14 umfasst
ein erstes Ende 42, ein zweites Ende 44 und mindestens
einen Arm 46, der die ersten und zweiten Enden 42 und 44 verbindet.
Das erste Ende 42 weist eine Klemmvorrichtung 48 auf
und das zweite Ende 44 umfasst ein Abdeckstück 50.
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Das obere Element 14 ist
mit der Vorspannungsvorrichtung 25 des Gehäuseelements 12 verbunden und
kooperiert mit dieser, um zu ermöglichen,
dass das obere Element 14 vom Anwender angehoben wird, bevorzugterweise
mit einer Hand, und durch das Vorspannungsmittel oder die Vorspannungsvorrichtung 25 in seine
ursprüngliche
Position zurückkehrt.
Dies kann durch ein Paar Schwenkpunkt-aufnehmender Punkte 52A und 52B des
oberen Elements 14 erreicht werden, die schwenkbar in die
Schwenkpunkte 24A bzw. 24B des Gehäuseelements 12 eingreifen.
Das Abdeckstück 50 wäre dann über den
Spiral- oder Torsionsfedern 38A und 38B angeordnet
und würde
dadurch die Federn 38A und 38B zusammendrücken, wenn
das erste Ende 42 des oberen Elementes 14 auf
eine erhabene oder zweite Position angehoben wird, und die Vorspannungsvorrichtung 25 würde das
obere Element 14 durch Rotieren oder Schwenken des oberen
Elements 14 entlang der Schwenkpunkte 24A und 24B des
Gehäuseelements 12 in
die anfängliche
niedrigere Position zurückführen.
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Das erste Ende 42 des oberen
Elements 14 weist ein Klemmgerät 48 auf, das sich
an der Unterseite des oberen Elements 14 befindet. Dieses
Klemmgerät 48 ist über herkömmliche
Verfahren an dem ersten Ende 42 befestigt, einschließlich, aber
nicht darauf begrenzt, Klebstoffe, und kann eine nichtleitende Druckunterlage
umfassen, beispielsweise Gummi oder andere Elastomere, wobei aber
keine Einschränkung
beabsichtigt ist. Es können
verschiedene Formen und Größen von
Druckunterlagen verwendet werden. Die Klemmvorrichtung 48 wird
mit der Oberseite des flexiblen elektrischen Stromkreises 16 in
Kontakt stehen, wenn der Stromkreis 16 auf der Ausrichtungsvorrichtung
und dem elektrischen Kontakt 32 des Gehäuseelements 12 angeordnet
ist. Das obere Element kann mit ähnlichen
Herstellungsverfahren aus dem Gehäuseelement 12 hergestellt
werden und kann aus einem jeglichen nichtleitenden Material bestehen.
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Zusammengebaut sind bei der elektrischen
Verbindungsklemmvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung
das Gehäuseelement 12 und
das obere Element 14 schwenkbar entlang des Schwenkglieds 22 an
den Schwenkpunkten 24A und 24B verbunden. Das
Abdeckstück 50 des
oberen Elements 14 würde
die Vorspannungsvorrichtung 25, einschließlich jeglicher
möglicher
Federn 38A und 38B, umschließen und mit dieser in Kontakt
stehen. Die Anordnung des Schwenkglieds 22 mit den Schwenkpunkten 24A und 24B wäre so, dass sie
mit den Schwenkpunkt-aufnehmenden Punkten 52A und 52B des
oberen Elements 14 zusammenwirken, um eine Ausrichtung
der Klemme 48 des oberen Elements 14 über den
elektrischen Kontaktpunkten 32 zu ermöglichen. Dieses Merkmal wird
auch die geeignete Länge
der Armfläche 46 bestimmen,
um die Klemmmittel 48 über
den elektrischen Kontaktpunkten auszurichten.
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Das Gehäuseelement 12 kann
eine gedruckte Leiterplatte 30 und ein Basiselement 18 abdecken.
Die gedruckte Leiterplatte 30 ist aus einem nichtleitenden
Material wie beispielsweise Fiberglas oder Kunststoff hergestellt
und kann das Ausrichtungsgerät 34,
beispielsweise Stifte oder Klammern oder andere im Stand der Technik
bekannte Verfahren, und die elektrischen Kontaktpunkte 32 umfassen.
Die gedruckte Leiterplatte 30 wäre in der Lage, elektrische
Signale aus dem flexiblen Stromkreis 16 zu empfangen und
sie über
ein Kabel oder einen Draht an die medizinische Instrumentation zu übertragen
(siehe 3). Die gedruckte
Leiterplatte 30 kann durch ein Befestigungsmittel auf dem
Basiselement 18 in Position gehalten werden und kann auch Befestigungsmittel
bereitstellen, um die gedruckte Leiterplatte 30 relativ
zu dem Gehäuseelement 12 zu
sichern. Zusätzlich
können
Befestigungsmittel auf der gedruckten Leiterplatte 30 bereitgestellt
werden, die durch die erste Oberfläche 20 des Gehäuseelements 12 ragen,
um zusätzliche
Elemente zu befestigen. Das Basiselement 18 kann an dem
Gehäuseelement 12 über ein
jedes im Stand der Technik bekannte Mittel befestigt werden, beispielsweise
Schrauben, Klammern oder sogar Aufschnappverfahren, wobei aber keine
Einschränkung
beabsichtigt ist.
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Das obere Element 14, das
Gehäuseelement 12 und
die Basis 18 sind alle bevorzugterweise aus nichtleitenden
Materialien hergestellt und können
durch im Stand der Technik bekannte Formverfahren hergestellt werden,
wobei aber keine Einschränkung
beabsichtigt ist. Während
ein bestimmtes Verfahren zum Formen dieser Gegenstände hier
offengelegt wurde, soll verstanden werden, dass das Verfahren zum
Formen dieser Elemente nicht beschränkend ist und dass andere geeignete
Formverfahren für
Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich sind. Derartige Verfahren sollen
im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst sein.
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Unter Bezugnahme nun auf 3 können das Kabel 90 und
seine Verbindungen zum Gehäuseelement 12 und
der gedruckten Leiterplatte 30 nun detaillierter betrachtet
werden. Das Kabel 90 besteht aus einem äußeren Umhüllungsmaterial, das eine Vielzahl
von Bündeln 92A–D innerhalb
des Kabels 90 umschließt. Jedes
dieser Bündel 92 umfasst
eine Gruppe mehrerer einzelner Drähte, bevorzugterweise sechzehn
Drähte, die
von einem äußeren Umhüllungsmaterial
umschlossen sind. Das Kabel 90 und die Bündel 92 treten
in das Gehäuseelement 12 durch
eine Leitungsöffnung 40 auf
der Rückseite
des Gehäuseelements
ein. Die Bündel 92 werden
getrennt und auf der gedruckten Leiterplatte 30 angebracht.
Die Bündel 92 und
das Kabel 90 werden durch im Stand der Technik bekannte
Befestigungsmittel in ihrer Position befestigt, wie beispielsweise Klammern
oder Tie-Wraps®-Befestigungsmittel,
obwohl keine Einschränkung
beabsichtigt ist. Die einzelnen Drähte 96 eines jeden
Bündels 92 treten
durch einzelne Öffnungen 97 in
die gedruckte Leiterplatte 30 ein. Die einzelnen Drähte stehen
dann in elektrischer Verbindung mit den Leiterbahnen 98 der
gedruckten Leiterplatte, die mit den einzelnen Kontaktstiften 32 in
elektrischem Kontakt stehen. Für
jedes einzelne Bündel 92 ist
eine Abschirmungsvorrichtung 100 vorhanden. Die Abschirmungsvorrichtungen
100A–D
sind miteinander und mit dem entsprechenden Kontaktstift 32 verbunden.
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Auf diese Weise kann das elektrische
Signal, das von dem flexiblen Stromkreis 16 empfangen und
zu dem Kontaktstift 32 übertragen
wird, über
elektrische Verbindungen über
die PC-Platte 30 und
in die einzelnen Drähte 96 der
Bündel 92 des
Kabels 90 gebracht werden. Das elektrische Signal wird
dann durch das Kabel 90 zu dem medizinischen Instrument 130 (siehe 1) übertragen, so dass die biologischen
Signale des Patienten dargestellt oder von einem medizinischen Fachmann
gelesen werden können.
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Das Kabel 90 liefert viele
Vorteile dadurch, dass Gruppen von Drähten zusammengebündelt sind,
die als Unterkabel oder Gruppen von Unterkabeln abgeschirmt sind.
Da jedes Drahtbündel 92A–D eine
Zwischenumhüllung
aus einem flexiblen Polymermaterial aufweist, ist eine Bewegung
relativ zu und zwischen einer jeden Kabelgruppe innerhalb des größeren äußeren Kabels 90 und
seines flexiblen Umhüllungsmaterials
vom Polymer- oder Gummityp möglich.
Diese Kombination sorgt für
Signalunverfälschtheit,
da jeder Draht vom Rauschen des externen Stromkabels abgeschirmt
ist, und Flexibilität,
da jedes Bündel
oder jede Gruppe 92A–D über die
anderen Gruppen innerhalb des Kabels 90 gleiten kann. Zusätzlich ist
diese Konstruktion wirtschaflicher, da die Bündel oder die Gruppen 92A–D viel
erschwinglicher sind als einzelne Miniaturkoaxialkabel zusammen,
und viel einfacher abgeklemmt werden können, da nicht die Isolierung
einer jeden einzelnen Abschirmung abgezogen und die Litze dann zurückgezogen
werden muss, um einen Mittelleiter freizulegen.
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Unter Bezugnahme nun auf 4 wird eine Ausführungsform
des flexiblen elektrischen Stromkreises 16 zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der flexible Stromkreis 16 umfasst
eine Vielzahl von Stromkreisen oder Drähten 72, die in ein
flexibles Material 70 eingeschlossen sind. Die Stromkreise
und Drähte erstrecken
sich zu Elektroden (siehe 1 und 5), die auf den Körper des
Patienten angebracht werden, um biologische Signale am ersten Ende
des Drahtes zu empfangen, und am entgegengesetzten Ende der Drähte in einer
Reihe von leitfähigen
Anschlussflächen 78 enden.
Der flexible Stromkreis 16 kann ein oder mehrere Öffnungen, 74 und 76,
enthalten, die verwendet werden, um den flexiblen Stromkreis 16 auf
der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung anzuordnen.
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Bei der Verwendung der Vorrichtung 10 kann
der flexible elektrische Stromkreis 16 auf der Vorrichtung 10 so
angeordnet werden, dass das Ausrichtungsgerät 34 der Vorrichtung 10 durch
die Öffnung
oder Öffnungen
des flexiblen Stromkreiselementes 16 ragen kann. Die Öffnungen 74 und 76 des
flexiblen Stromkreises 16 sind so angeordnet, dass die
leitfähigen
Anschlussflächen 78 mit
den elektrischen Verbindungspunkten 32 der Vorrichtung 10 in
Kontakt treten würden.
Eine Kerbe 80 kann verwendet werden, um beim Ausrichten
des flexiblen Stromkreises 16 mit einem Dorn oder einem
Stift auf der Vorrichtung 10 zusammenzuwirken. Das obere Element 14 der
Vorrichtung 10 kann während
des Einsetzens und Ausrichtens des flexiblen elektrischen Stromkreises 16 auf
die Kontaktpunkte 32 und die Ausrichtungsvorrichtung 34 durch
den Anwender angehoben werden. Sobald der flexible Stromkreis an
seinem Platz ist, kann der Anwender das obere Element 14 freigeben
und die Vorspannungsvorrichtung der Vorrichtung 10 wird
dann das obere Element 14 in seine niedrigere oder erste
Position zurückführen. Auf
diese Weise würde
die Klemme 48 eine ausreichende Kraft über den elektrisch leitfähigen Anschlussflächen 78 des
flexiblen Stromkreises 16 bereitstellen, um einen starken elektrischen
Kontakt zwischen den Anschlussflächen 78 und
den elektrischen Kontaktpunkten 32 der Vorrichtung 10 aufrechtzuerhalten.
Sobald der flexible elektrische Stromkreis 16 an seinen
Platz geklemmt ist, können die
Elektroden (siehe 1 und 5) des Stromkreises 16 an
dem Patienten angebracht werden, so dass geeignete biologische und
elektrische Ablesungen mit der medizinischen Instrumentation vorgenommen
werden können.
Nachdem alle gewünschten
Ablesungen mit der medizinischen Instrumentation vorgenommen worden
sind, kann der flexible Stromkreis 16 aus der Vorrichtung
durch Anheben des oberen Elements 14 in die erhobene oder
zweite Position und Entnehmen des flexiblen Stromkreises 16 aus
der Ausrichtungsvorrichtung 34 entnommen werden. Die Verbindungsvorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung kann deshalb zahlreiche Zyklen aus Verbinden/Trennen
in der Gesundheitsfürsorge
oder anderen Bereichen überstehen.
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Die Abmessungen der gesamten elektrischen
Verbindungs- und Klemmvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung
sollten in einer bevorzugten Ausführungsform klein genug sein,
um in einer Hand eines Menschen gehalten zu werden. Ungefähre Abmessungen
der Vorrichtung würden
0,07 m (2¾ Zoll)
Höhe mal
0,08 m (3¼ Zoll)
Länge und
0,05 m (2 Zoll) Höhe
betragen. Das elektrische Kontaktmittel 32 würde Reihen
elektrischer Verbindungsstifte umfassen. Die Verbindungsstifte würden bevorzugterweise
aus Messing bestehen, mit mindestens 10 Mikrometer einer Goldplattierung
auf der Spitze der Stifte, um kontaktelektrisches Rauschen zu vermeiden.
Es können
auch Silber oder andere leitfähige
Materialien verwendet werden.
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Obwohl die Ausführungsformen dieser Erfindungen
unter Verwendung eines flexiblen elektrischen Stromkreises beschrieben
sind, sollte zugestanden werden, dass die Vorrichtung 10 für alles
verwendet werden kann, was eine mehrfache Verwendung und mehrfache
elektrische Verbindungen erfordert. Dies kann umfassen, ist aber
nicht beschränkt
auf Einweg-Blutdrucküberwachungsgeräte, -Temperaturüberwachungsgeräte, -pH-Sensoren,
-Schädelsensoren,
Instrumente, die es erfordern, dass Strom an eine beliebige Vorrichtung angeschlossen
wird, oder ein jegliches anderes Gerät, bei dem möglicherweise
ein elektrisches Signal von Punkt A zu Punkt B geleitet werden muss. 5 stellt ein Beispiel eines
medizinischen Multielektroden-Kabelbaums bereit, der mit der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann. Der Kabelbaum 110 ist
eine flexible Folienvorrichtung mit einer Vielzahl von Elektroden 112,
die sich aus einer Vielzahl von Stromkreisen 114 erstrecken.
Die Elektroden 112 können
durch haftende oder andere bekannte Mittel an einem Patienten an
verschiedenen Stellen des Körpers
des Patienten angebracht werden, um verschiedene biologische Signale
zu empfangen. Diese Signale werden elektronisch durch die Vielzahl
von Stromkreisen 114 übertragen,
die mit Kontaktpunkten 116 abschließen. Bei Verwendung mit der
vorliegenden Erfindung werden diese Kontaktpunkte 116 auf
den Kontaktpunkten 32 der Vorrichtung 10 angeordnet
und die Klemmvorrichtung 48 sichert einen ausreichenden
elektrischen Kontakt zwischen den einander entsprechenden Sätzen der
Kontaktpunkte 116 und 32. Andere Arten von Sensoren
können
auf ähnliche
Weise funktionieren, es ist aber keine Beschränkung beabsichtigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
weist eine der Öffnungen 74 eine
längliche
oder elliptische Form auf und hat eine Haupt- und eine Nebenachse,
und eine zweite Öffnung 76 weist
eine kreisförmige
Form auf. In der bevorzugtesten Ausführungsform ist die Hauptachse
der länglichen Öffnung 74 im
Wesentlichen parallel zur Linie A-A mit der kreisförmigen Öffnung 76.
Eine Kerbe 80 ist ebenfalls am Rand des flexiblen Stromkreises 16 angeordnet.
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In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die kreisförmige Öffnung 76 in dem Flex-Stromkreis 16 mit
einem entsprechenden Ausrichtungsstift oder Befestigungsmittel auf
der Verbindungsvorrichtung zusammengebracht. Ein zweiter Stift auf
der Verbindungsvorrichtung 10 wird mit der länglichen Öffnung 74 des
Flex-Stromkreises 16 mit präzisen Abmessungen in der Nebenachse
der länglichen Öffnung 74 zusammengebracht.
Die Hauptachse der länglichen Öffnung ist
im Wesentlichen parallel zur Linie zwischen diesen Öffnungen 74 und 76.
Die präzisen
Abmessungen auf der Nebenachse ermöglichen ein Fixieren der Position
des flexiblen Stromkreises relativ zu der kreisförmigen Öffnung 76 und dem
entsprechenden Ausrichtungsstift, wodurch die Verbindungspunkte 78 auf
dem flexiblen Stronkreis 16 relativ zur Verbindungsvorrichtung 10 und
den elektrischen Kontaktpunkten 32 der Vorrichtung 10 genau
ausgerichtet werden. Die Hauptachsenabmessung der länglichen Öffnung 74 stellt
eine mechanische Entlastung bereit, so dass der flexible Stromkreis 16 bei
der Verwendung auf der Verbindungsvorrichtung 10 flach
bleiben wird.
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Um die Funktion der länglichen Öffnung 74 in
der bevorzugten Ausführungsform
weiter zu verstehen, sollte anerkannt werden, dass sich die zwei
Ausrichtungsstifte 34A und 34B auf der Vorrichtung 10 in
einer fixierten Beziehung zueinander befinden würden. Wenn dieses Paar von
Stiften relativ zu den Öffnungen 74 und 76 des
flexiblen Stromkreises, mit denen sie zusammengebracht werden, zu
nahe zusammenliegt, würde bei
dem Versuch, den flexiblen Stromkreis 16 auf die Ausrichtungsvorrichtung 34 zu
setzen, eine Kräuselung oder
Welle in dem flexiblen Stromkreis 16 gebildet werden. Eine
Kräuselung
oder Welle in dem flexiblen Stromkreis 16 wäre schwierig
zu entfernen, wenn die Klemmvorrichtung 48 auf die elektrischen
Anschlussflächen 78 des
flexiblen Stromkreises 16 gesetzt ist und würde einen
ordentlichen elektrischen Kontakt verhindern.
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Die Nebenachse der länglichen Öffnung 74 hat
eine Abmessung, die geringfügig
größer ist
als der Durchmesser des Ausrichtungsstiftes 34. Diese Abmessung
ermöglicht
es daher, dass der flexible Stromkreis 16 über den
Stift 34 gesetzt wird, wobei eine Nebenachse der Öffnung 74 mit
der Ausrichtungsvorrichtung 34 zusammengebracht wird. Die
Abmessung der Hauptachse der länglichen Öffnung 74 sollte
lang genug sein, um die maximalen Herstellungstoleranzen des flexiblen
Stromkreises 16 und der Verbindungsstücke zu berücksichtigen. In der bevorzugten
Ausführungsform
ist es erwünscht,
dass die Hauptachse eine Abmessung aufweist, die mindestens gleich
der Summe des Durchmessers der kreisförmigen Öffnung 76 plus zweimal
der Summe der maximalen Toleranz des Abstandes zwischen den Zentren
der Ausrichtungsöffnungen 74 und 76 des
flexiblen Stromkreises 16 und der maximalen Toleranz des
Abstandes zwischen den jeweiligen Zentren der Ausrichtungsstifte 34A und 34B der
Verbindungsvorrichtung 10 ist. Diese Abmessung stellt sicher,
dass der flexible Stromkreis 16 flach auf der Verbindungsvorrichtung 10 liegen
wird, wenn er mit der Ausrichtungsvorrichtung 34 zusammengebracht
wird, und dadurch einen ausreichenden elektrischen Kontakt bereitstellt, wenn
die Klemme die Kontaktanschlussflächen 78 mit den elektrischen
Kontaktpunkten 32 in Position hält.
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In der bevorzugten Ausführungsform
weist der flexible Stromkreis 16 auch eine Kerbe 80 entlang
des Randes oder der Peripherie auf, während die Verbindungsvorrichtung 10 ein
entsprechendes Dornmerkmal 55 (2) aufweist. Diese Kerbe 80 erlaubt
es dem Anwender, die richtige Befestigungsorientierung für den flexiblen
Stromkreis 16 einfach zu erkennen. So sind die Kerbe 80 und
der Dorn 55 absichtlich nicht zentriert, so dass sich das
Verbindungsstück 10 in
einer invertierten Position nicht mit dem flexiblen Stromkreis 16 zusammenbringen
lässt.
Zusätzlich
sind die elektrischen Leiterbahnen des flexiblen Stromkreises so
lokalisiert und positioniert, um eine Beschädigung des Präzisionsausrichtungsmittels 34 im
Falle einer unbeabsichtigten umgedrehten Befestigung des flexiblen
Stromkreises 16 zu verhindern.
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Die Verbindungsvorrichtung 10 kann
bevorzugterweise mit dem flexiblen Stromkreis 16 verwendet werden,
so dass der Stromkreis 16 unter Einhandbedienung befestigt
und entfernt werden kann. Dies ist ein Ergebnis der Ausrichtungsmerkmale,
die oben beschrieben wurden, und des Vorspannungsmittels, das unter Federspannung
stehen kann, zusammen mit der Verwendung von Präzisionsausrichtungsstiften
mit sich verjüngenden
Spitzen, die leicht in die entsprechenden Öffnungen auf dem flexiblen
Stromkreis 16 eingreifen.
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In der bevorzugten Ausführungsform
sind die elektrischen Kontakte 32 der Verbindungsvorrichtung 10 erhöhte Knöpfe, es
können
aber viele Formen verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kreise,
Rechtecke, Ausbeulungen, Stifte, etc. Diese Knöpfe kontaktieren die zusammenzubringenden
und die entsprechenden leitfähigen
Anschlussflächen 78 auf
dem Kabelbaum des flexiblen Stromkreises 16. Kontakte mit
einem niedrigen Widerstand von weniger als 0,125 Ohm können schon
mit sowenig wie 10 Gramm Kraft pro Kontakt erhalten werden. Darüber hinaus ändert sich
der Kontaktwiderstand durch Erhöhen
der Kraft auf ungefähr
500 Gramm pro Kontakt nur um ungefähr 0,025 Ohm. Diese Ergebnisse
zeigen, dass eine elektrische Verbindung der vorliegenden Vorrichtung 10 über einen
weiten Bereich von mechanischen Umgebungsbedingungen stabil bleibt.
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Diese elektrischen Verbindungen werden
durch Unterstützen
des flexiblen Stromkreises 16 mit einer elastomeren Druckunterlage 48 als
Klemmvorrichtung erleichtert. Diese Druckunterlage stellt zusammen
mit dem oberen Element 14 und der Vorspannungsvorrichtung 25 die
Kraft bereit, die benötigt
wird, um den flexiblen Stromkreis und die leitfähigen Anschlussflächen 78 in
Kontakt mit den erhöhten
Knöpfen 32 zu
drücken. Auf
diese Weise wird jeder Anschlussfläche 78 genügend Kraft
gegeben, um eine zuverlässige
elektrische Verbindung bereitzustellen. Die elastomere Druckunterlage 48 liefert
auch eine ausreichende Nachgiebigkeit, um die Erfordernisse an die
Flachheit des flexiblen Stromkreises 16 abzuschwächen, und
erlaubt daher die Herstellung des flexiblen Stromkreises statt ausschließlich durch
ein Ätzverfahren
durch ein Screening-Verfahren.
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In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung 10 eine
hohe Dichte an elektrischen Verbindungen. Diese Eigenschaft der
Vorrichtung 10 begründet
die Tatsache, dass die Vorrichtung 10 bevorzugterweise
eine geringe Größe aufweisen
soll. Die besondere Konstruktion der vorliegenden Erfindung 10 sieht
daher in der bevorzugten Ausführungsform
eine große
Anzahl elektrischer Verbindungen auf einer sehr kleinen Fläche vor.
In dieser Ausführung
wurden 65 elektrische Verbindungen auf einer Fläche hergestellt. Diese Dichte
elektrischer Verbindungen ist möglich,
weil die elastomere Druckunterlage 48 für jeden Kontakt unabhängig von
seiner Position Druck liefert.
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Ein anderes Merkmal, das in der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besonders erwähnt werden sollte, besteht
darin, dass die Konstruktion der elektrischen Verbindungs- und Klemmvorrichtung
spritzwassergeschützt
und widerstandfähig
gegenüber
dem Eindringen einer Anzahl von Flüssigkeiten ist, die verwendet
werden, um das Kabel zu säubern.
Dieses Merkmal ist in einer Notaufnahme oder einer medizinischen
Situation wünschenswert,
wo zahlreiche Flüssigkeiten
die elektrische Verbindungsvorrichtung umgeben, die die Kreise und
Verbindungen, die in der Vorrichtung 10 enthalten sind,
beschädigen
können.
Die Vorrichtung wurde auf elektrischen Kontaktwiderstand zwischen
zwei Kontakten und einem flexiblen Stromkreiskontaktstreifen überprüft. Die
Experimente wurden durchgeführt,
wobei die elektrischen Kontakte einer freien Gewichtskraft verschiedener
Größen ausgesetzt
wurden. Der elektrische Widerstand der Kontakte wurde dann unter
Verwendung eines Widerstandsmessgerätes erhalten. Die Testergebnisse
für das
Zwei-Kontakt/Vier-Draht-System
sind in der unten stehenden Tabelle dargestellt.
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Die Offsetspannung betrug –1,4 μV und blieb
stabil. Die Kontakte wurden auf einem anderen Streifen umgedreht
und die Offsetspannung wurde dann mit –2,2 μV abgelesen und blieb stabil.
Es gab ungefähr
73 μV Wechselstromrauschen
aus der Umgebung. Bei 5 Gramm pro Kontakt und mit 65 Kontakten auf
der Vorrichtung ergibt dies 325 Gramm an Gewicht, was mit ungefähr 3.180
N (0,715 Pound-Force) für
die gesamten Schaltschütze
gleichzusetzen ist. Mehrere Streifen wurden ausprobiert und in keinem
Fall überschritten
die Zwei-Kontakt/Vier-Draht-Widerstände 0,4
Ohm, und der Durchschnitt betrug 0,2 Ohm.
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Der Wirksamkeitsgrad der Kabelabschirmung
wurde ebenfalls getestet. Eine Probe des Mikrofondrahtes, der allgemein
zum Abschirmen von Signalen verwendet wird, und eine Probe des abgeschirmten
Sechzehn-Draht-Leiters wurden jeweils in einem abgeschirmten, Koaxialabschlusselement
angebracht, wobei sich 17 Zentimeter des Drahtes aus dem Element
erstreckten. Jede Probe wurde unter Verwendung eines Koaxialsteckers
direkt mit einem Oszilloskop-Kanal verbunden. Die Stetigkeit und
die Kapazitanz wurden überprüft. Das
Mikrofonkabel ergab einen Wert von 150 pF, in nicht angeschlossenem
Zustand. Die Sechzehn-Draht-Leiter ergaben einen Wert von 50 pF
im nicht angeschlossenen Zustand.
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Das 60 Hz-Rauschen wurde bei Spitzen-Spitzenwerten
gemessen und mit 44 mV für
das Mikrofonkabel und weniger als 0,2 mV für die Sechzehn-Draht-Leiter
ermittelt. Dies stellt mindestens 47 db (Dezibel) an Abschirmung
dar, was das Kabelrauschen, verglichen mit jeglichem Rauschen, das
vom elektrischen Kabelbaum selbst aufgefangen wird, auf ein unbedeutendes
Maß verringert.
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Man ließ die Kabel sich um 180° falten und
die Kraft am Ende wurde für
jede An von Kabel gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass für das Mikrofonkabel
eine Kraft von 1 Gramm gemessen wurde und für den Sechzehn-Draht-Leiter
die Kraft mit 6,5 Gramm für
den gesamten Draht gemessen wurde, also 0,4 Gramm pro Leiter.
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Diese Ergebnisse zeigen, dass der
Sechzehn-Draht-Leiter viel biegsamer ist, wobei die Werte anzeigen,
dass bei einer vorsichtigen Schätzung
der Sechzehn-Draht-Leiter mindestens 2,5 mal biegsamer ist.
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Weitere Ausführungsformen der oben beschriebenen
Erfindungen können
von einem Fachmann auf dem Gebiet erkannt werden und alle derartigen
Ausführungsformen
werden als im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten betrachtet,
die durch die folgenden Ansprüche
definiert ist.
