БЕСПРОВОДНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ПАЦИЕНТОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОТОКОВОЙ ПЕРЕДАЧИ МЕДИЦИНСКИХ ДАННЫХ С ПОМОЩЬЮ СВЯЗАННОГО С ТЕЛОМ СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H04B13/00 A61B5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области беспроводного наблюдения за пациентом, а в особенности, к беспроводному наблюдению за пациентом сверхмалой мощности с помощью медицинского датчика, прикрепленного к телу пациента.

Уровень техники изобретения

Сети беспроводных датчиков (WSN) массово использовались для медицинских применений, подобных наблюдению за пациентом, где основные показатели состояния организма (например, электрокардиограмма (ECG), фотоплетизмография (PPG), пульсовая оксиметрия (Sp02) или электроэнцефалография (EEG)) могут измеряться и передаваться небольшими платформами узлов датчиков на монитор для визуализации. Эти узлы формируют поддержку сетевой связи посредством радиочастотной (РЧ) передачи и с использованием протоколов, например, подобных IEEE 802.11, IEEE 802.15.4/Zigbee или Bluetooth. Все из этих стандартов радиосвязи потребляют много энергии и не могут использоваться для применений, требующих очень длительного срока службы, так как платформы узлов датчиков используют аккумуляторные батареи с небольшими емкостями.

Связанное с телом соединение (ВСС) является технологией связи, состоящей в распространении электрического поля по человеческому телу, для того чтобы передавать информацию между двумя или более устройствами, прикрепленными к человеческому телу. Емкостная связь для передачи данных и энергии через тело человека описана в US 6211799.

Вообще, для такой системы, использующей ВСС, каждый из передатчика и приемника имеет две проводящие пластины, то есть, одну на теле и одну в воздухе, которые используются для распространения электрического поля, и которые образуют электрическую цепь, составленную человеческим телом и возвратным трактом, то есть, воздухом и землей. Такие системы могут эксплуатироваться на разных частотах и способны добиваться скорости передачи данных в несколько кбит/с.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить систему и способ для беспроводного наблюдения за пациентом, которые безопасны и надежны, и требуют всего лишь небольшой мощности.

Эта цель достигается системой для беспроводного наблюдения за пациентом, система содержит:

медицинский датчик для сбора медицинских данных и

интерфейс связи для связи с монитором, при этом

медицинский датчик прикреплен к телу пациента, при этом, интерфейс связи не носится пациентом и содержит проводящий лист, и при этом

медицинские данные, собранные медицинским датчиком, передаются в интерфейс связи через связанное с телом соединение. Соответственно, важная идея изобретения состоит в том, чтобы ограничить соединение между медицинским датчиком и интерфейсом связи связанным с телом соединением. Это обладает несколькими преимуществами по сравнению с предшествующим уровнем техники, который использует РЧ-соединение медицинского датчика с приемником или удаленной станцией, подобной монитору.

РЧ-системы потребляют по меньшей мере в десять раз больше энергии, чем система согласно изобретению. Вообще, узлы WSN оборудованы аккумуляторными батареями малой емкости и должны носиться очень длительный период времени, типично, месяцы. Использование системы согласно изобретению вместо РЧ-системы увеличивает срок службы узлов датчиков по меньшей мере в десять раз. Кроме того, РЧ-системы обычно работают на частоте 2,4 ГГц. Эта частота сильно ослабляется человеческим телом, и качество передаваемого сигнала сильно ухудшается.

Более того, количество существующих РЧ-систем, работающих на этой частоте, возрастает экспоненциально (например, IEEE 802.11, IEEE 802.15.4/Zigbee или Bluetooth), и высокий уровень помех на этой полосе частот в значительной мере способствует снижению качества связи, тогда как медицинские применения требуют оптимального процента своевременной доставки данных. С другого ракурса, введение новой системы, работающей на частоте 2,4 ГГц, ушидшило бы качество функционирования всех других существующих систем, также работающих на этой частоте, и, таким образом, нарушало бы современную сетевую архитектуру, например, больницы.

Транспортный уровень связи РЧ-стандартов, подобных Zigbee или Bluetooth, играет роль для обеспечения максимальной скорости передачи данных на один узел в зависимости от состояния сети и, одновременно, обеспечения равной скорости передачи данных на все узлы в сети. В противоположность изобретению, это приводит к потере полосы пропускания, то есть, энергии, когда канал пуст, так как узел передает на более высокой частоте передачи данных, чем его частота опроса, и к потере информации, когда канал совсем полон, так как данные больше не приходят вовремя, поскольку должна использоваться более низкая частота передачи данных.

Более того, медицинские данные очень чувствительны в отношении безопасности. Обычно, РЧ-системы имеют очень большую дальность распространения, которая дает возможность подслушивания передаваемых данных злоумышленным узлом на этой дальности. В противоположность, согласно изобретению, информация, передаваемая системой, как описанная выше, продолжает оставаться в человеческом теле, усложняя перехват, требуя, чтобы шпион прикасался к пациенту, оснащенному системой наблюдения согласно изобретению, для того чтобы подслушивать медицинские данные.

В заключение, для того чтобы отображать медицинские данные на мониторе, РЧ-системы должны быть ассоциированы с одним отдельным монитором, когда есть много мониторов в досягаемости. Более того, многим узлам может требоваться отображать информацию на одном и том же экране. Поэтому, РЧ-системы используют сложные сетевые протоколы для решения этих проблем и предоставления возможности надежного однорангового соединения между узлом датчика и экранным монитором. В противоположность, что касается малой дальности распространения системы согласно изобретению, вряд ли могло бы быть больше одного монитора, затрагиваемого пользователем, а потому, стек протоколов связи этой системы проще и более эффективен.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, медицинский датчик приспособлен для одного из следующих измерений: электрокардиограммы (ЭКГ), фотоплетизмографии (PPG), пульсовой оксиметрии (Sp02) или электроэнцефалографии (EEG).

Обычно, система согласно изобретению может быть оснащена только одним одиночным медицинским датчиком. Однако, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, множество медицинских датчиков установлено на теле пациента. Кроме того, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, медицинские данные, собранные множеством медицинских датчиков, передаются на один и тот же интерфейс связи через связанное с телом соединение, а интерфейс связи действует в качестве шлюза для сбора медицинских данных с множества медицинских датчиков и ретранслирует медицинские данные на монитор.

Монитор может быть связан с интерфейсом связи множеством разных способов. Однако, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, монитор связан с интерфейсом связи через омический контакт, предпочтительно, через существующее проводящее оборудование кровати, кресла-каталки или ходунков для пациента. Это означает, что кровать, кресло-каталка или ходунки могут быть оснащены монитором, который приводится в контакт, например, через металлическое устройство, которое является существующей частью кровати, кресла-каталки или ходунков, соответственно.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, монитор содержится в карманном устройстве. Предпочтительно, карманное устройство является мобильным устройством, подобным мобильному телефону. Карманное устройство дополнительно может быть оборудовано интерфейсом связи, дающим возможность, чтобы связанное с телом соединение с карманным устройством была возможна посредством прикосновения или приближения к коже человека.

Кроме того, согласно предпочтительному варианту осуществления, интерфейс связи содержит проводящую пластину или лист, которые приспособлены для связанного с телом соединения с медицинским датчиком.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, монитор связан с интерфейсом связи через беспроводное соединение. Таким образом, для соединения между одним или более медицинскими датчиками с одной стороны и интерфейсом связи с другой стороны, используется связанное с телом соединение, делающее систему безопасной и эффективной, наряду с тем, что, для соединения интерфейса связи с монитором, предусмотрено беспроводное соединение, в особенности, РЧ-соединение. Таким образом, в случае множества медицинских датчиков, интерфейс связи может действовать в качестве шлюза, а беспроводное соединение дает возможность устанавливать монитор в удаленном месте, то есть, в другом помещении или даже в другом здании.

Вообще, в дополнение к связанному с телом соединению, не требуется никакой дополнительной системы связи для передачи медицинских данных, полученных медицинским датчиком. Однако, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, резервная РЧ-система предусмотрена для РЧ-передачи медицинских данных на монитор, если связанное с телом соединение между медицинским датчиком и интерфейсом связи выходит из строя. Такой случай мог бы произойти, если связь медицинского датчика с интерфейсом связи и, таким образом, с монитором, достигается соответственно оборудованной кроватью, а пациент покидает кровать.

Вышеупомянутая цель, кроме того, достигается способом беспроводного наблюдения за пациентом, способ состоит в том, что:

собирают медицинские данные на теле пациента,

обеспечивают интерфейс связи для связи с монитором,

осуществляют потоковую передачу собранных медицинских данных на интерфейс связи через связанное с телом соединение.

Соответственно, на стороне протокола, важная идея способа согласно изобретению состоит в том, чтобы осуществлять потоковую передачу собранных медицинских данных, которые должны быть отображены на мониторе, для того чтобы избежать механизмов управления на транспортном уровне, которые задерживают соединение и потребляют больше энергии. Надежность системы очень высока вследствие небольших помех, например, отсутствия влияния на качество линии связи, вызванного внешней системой связи.

Это означает, что преимущество способа согласно изобретению по сравнению с РЧ-решениями предшествующего уровня техники в показателях потребления энергии является двойным: сам способ гораздо более эффективен, чем любая традиционная система РЧ-связи, и, кроме того, протокол потоковой передачи, который, вообще, может быть любым существующим протоколом потоковой передачи, например, RTP (расширенным текстовым форматом) или UDP(протоколом дейтаграмм пользователя), оптимизирован для приложений реального времени и гораздо более эффективен, чем любой традиционный транспортный протокол, подобный TCP или Zigbee.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, данные подвергаются потоковой передаче на монитор в реальном времени. Кроме того, предпочтительно, чтобы было предусмотрено двунаправленное связанное с телом соединение между медицинским датчиком и интерфейсом связи. Это предусматривает возможность того, что, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, медицинский датчик запрашивается для запуска измерения и для потоковой передачи медицинских данных через интерфейс связи посредством связанного с телом соединения. Такой запрос предпочтительно выполняется монитором или другим мобильным устройством, например, карманным устройством, которое находится на ВСС с медицинским датчиком.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из и разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные в дальнейшем.

На чертежах:

Фиг.1 схематически изображает систему для беспроводного наблюдения за пациентом согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения,

Фиг.2 схематически изображает систему для беспроводного наблюдения за пациентом согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения,

Фиг.3а, b, с схематически изображает систему для беспроводного наблюдения за пациентом согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения,

Фиг.4 схематически изображает систему для беспроводного наблюдения за пациентом согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления изобретения, и

Фиг.5 схематически изображает систему для беспроводного наблюдения за пациентом согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

На фиг.1 схематически изображена система для беспроводного наблюдения за пациентом 4 согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения. Эта система согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения содержит медицинский датчик 1 для сбора медицинских данных и интерфейс 2 связи для связи с монитором 3, при этом, медицинский датчик 1 прикреплен к телу пациента 4. Медицинские данные, собранные медицинским датчиком 1, передаются в интерфейс связи через связанное с телом соединение 5. Согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, монитор 3 связан с интерфейсом 2 связи через электрическое соединение 6. Это электрическое соединение 6 может быть очень коротким, что означает, что интерфейс 2 связи может быть интегрирован в монитор 3. Кроме того, сам монитор 3 может быть приспособлен для связанного с телом соединения 5 с медицинским датчиком 1.

На фиг.2 схематически изображена система для беспроводного наблюдения за пациентом 4 согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, которая, в противоположность системе, описанной раньше, использует беспроводную связь между интерфейсом 2 связи с одной стороны и монитором 3 с другой стороны. Кроме того, согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрены два медицинских датчика 1, которые прикреплены к телу 4 пациента в разных местах, и которые приспособлены для измерения разных медицинских данных. Соответственно, в этом случае, интерфейс 2 связи действует в качестве шлюза для данных, полученных обоими медицинскими датчиками 1, и передает эти данные беспроводным образом на монитор 3, который может быть установлен удаленно.

Согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.3, пациент 4 носит медицинский датчик 1, который осуществляет потоковую передачу данных через тело пациента 4. Эти данные принимаются интерфейсом 2 связи, расположенным на кровати 7. Этот интерфейс 2 связи очень тонок, приблизительно 0,1 мм, и выполнен в форме листа. Поэтому, он может легко размещаться под простынями 8 кровати 7. Этот интерфейс 2 связи на стороне кровати ретранслирует данные на монитор 3, который присоединен к кровати 7. Фиг.3b и 3с иллюстрируют две возможных конфигурации для компоновки интерфейса 2 связи на стороне кровати и монитора 3.

Есть две возможности для связи интерфейса 2 связи на стороне кровати и монитора 3 и, таким образом, предоставления возможности передачи данных ВСС. Если, как показано на фиг.3b, тракт между двумя устройствами является достаточно проводящим, например, рама кровати 7 сделана из металла, данные могут просто отправляться интерфейсом 2 связи на стороне кровати на монитор 3 с ВСС без каких бы то ни было дополнительных устройств. Однако, если тракт между интерфейсом 2 связи на стороне кровати и монитором 3 не является достаточно проводящим, электрический кабель 6 используется для предоставления возможности передачи данных ВСС, как показано на фиг.3с.

Согласно этому предпочтительному варианту осуществления изобретения, медицинский датчик 1 является постоянно осуществляющим потоковую передачу данных на монитор 3, как только он включен. Это означает, что монитор 3, когда он запущен, отправляет запрос на данные в медицинский датчик 1, для того чтобы инициировать передачу. Конечно, этот вариант осуществления также применяется к передвижной кровати, креслу-каталке или любой разновидности ходунков, оборудованным монитором 3, для передвигающегося пациента. Монитор 3 прикреплен к кровати 7, креслу-каталке или ходункам, а потому, медицинские данные могут всегда передаваться, пока пациент 4 лежит на кровати 7. Если пациент 4 больше не находится в контакте с кроватью 7, система согласно третьему варианту осуществления изобретения оборудована резервной РЧ-системой 9, которая продолжает осуществлять потоковую передачу данных, как только медицинский датчик 1 обнаруживает отсутствие линии связи ВСС.

На фиг.4 показана система согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления изобретения. Тогда как предпочтительные варианты осуществления изобретения, описанные выше, в особенности пригодны для больничного использования, этот предпочтительный вариант осуществления, главным образом, относится к потоковой передаче медицинских данных ВСС для медико-санитарной помощи на дому. Пациент 4 носит медицинский датчик 1, который осуществляет потоковую передачу данных через тело пациента 4. Эти данные принимаются мобильным устройством 9, приспособленным для связанного с телом соединения с медицинским датчиком 1, через тело пациента 4. Мобильное устройство 9 может быть мобильным телефоном, PDA (персональным цифровым секретарем), музыкальным плеером, портативным кинопроигрывателем, и т.д., которые оснащены экраном для отображения медицинских данных. Согласно этому предпочтительному варианту осуществления изобретения, медицинский датчик 1 является сервером потоковой передачи и доставляет данные на мобильное устройство 9, тогда как мобильное устройство запрашивает информацию и является клиентом потоковой передачи.

Обмен данными между медицинским датчиком 1 и мобильным устройством 9 управляется по следующей схеме: Мобильное устройство 9 запрашивает данные, когда пациент 4 желает просмотреть свои основные показатели состояния организма. Медицинский датчик 1 подтверждает прием этого запроса после перехода к последовательности операций аутентификации и начинает измерение. Затем, медицинский датчик 1 начинает осуществлять потоковую передачу данных на мобильное устройство 9. Если пациент 4 больше не желает видеть свои данные, мобильное устройство 9 отправляет запрос для прекращения связи. Медицинский датчик 1 подтверждает прием этого запроса и прекращает измерения, для того чтобы сберегать энергию.

Медицинские данные предпочтительно сохраняются на мобильном устройстве 9 и, таким образом, позже могут приниматься во внимание самим пациентом 4 или врачом.

Согласно пятому предпочтительному варианту осуществления изобретения, который показан на фиг.5, предусмотрен шлюз потоковой передачи медицинских данных ВСС для медико-санитарной помощи на дому. Пациент 4 носит медицинский датчик 1, который осуществляет потоковую передачу данных через тело пациента 4. Эти данные принимаются мобильным устройством 9, например, мобильным телефоном, PDA с возможностями связи, и т.д., которое действует в качестве шлюза между медицинским датчиком 1 и монитором 3. Он пересылает данные, принятые через ВСС, с медицинского датчика 1 на монитор 3 с использованием РЧ-протокола, например, подобного 802.11/Wifi, 802.15.4/Zigbee, Bluetooth, GSM (глобальной системе мобильной связи), UMTS (универсальной системе мобильных телекоммуникаций), LTE (долгосрочному развитию), и т.д.

Согласно этому предпочтительному варианту осуществления изобретения, пациент 4 может наблюдаться на дому врачом, который сам находится в больнице. Пациент 4 может видеть медицинские данные на своем мобильном устройстве 9, а врач может видеть их на мониторе 3 в больнице. Обмен данными между обоими устройствами управляется по следующей схеме:

Монитор 3 запрашивает данные у мобильного устройства 9, когда он запущен. Затем, мобильное устройство 9 запрашивает данные у медицинского датчика 1. Медицинский датчик 1 подтверждает прием этого запроса после перехода к последовательности операций аутентификации и начинает измерение. Затем, медицинский датчик 1 начинает осуществлять потоковую передачу данных на мобильное устройство 9, а мобильное устройство 9 пересылает данные на монитор 3 в больнице. Если врач больше не желает видеть данные пациента, монитор 3 отправляет запрос для прекращения связи на мобильное устройство 9. Мобильное устройство 9 пересылает этот запрос в медицинский датчик 1. Медицинский датчик 1 подтверждает прием этого запроса и прекращает измерения, для того чтобы сберегать энергию. В заключение, мобильное устройство 9 пересылает это подтверждение приема на монитор.

Это изобретение может быть применено в медицинской области деятельности, особенно в больнице, где требуется постоянное наблюдение за пациентом. В случае большого развертывания беспроводного решения наблюдения за пациентом в больнице, затраты в показателях замены и управления аккумуляторными батареями могут быть заметны при РЧ-решениях предшествующего уровня техники. Изобретение не только обеспечивает более надежную передачу медицинских данных, но также решение сверхмалой мощности для беспроводного наблюдения за пациентом, поэтому, уменьшая затраты больницы ослаблением утомительного управления сроком службы аккумуляторных батарей. Кроме того, это изобретение также может применяться при медико-санитарной помощи на дому, где пациент с низкой степенью риска нуждается в том, чтобы постоянно наблюдаться, но по-прежнему остается дома.

Несмотря на то, что изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в предшествующем описании, такие иллюстрация и описание должны считаться иллюстративными или примерными, а не ограничительными; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

Другие варианты в отношении раскрытых вариантов осуществления могут быть осмыслены и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения на практике, по изучению чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множественности. Простое обстоятельство, что определенные критерии перечисляются в обоюдно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что сочетание этих критериев не может использоваться с выгодой. Никакие символы ссылок в формуле изобретения не должны истолковываться в качестве ограничивающих объем.

Изобретение относится к области беспроводного наблюдения за пациентом, а именно к беспроводному наблюдению за пациентом с помощью медицинского датчика сверхмалой мощности, прикрепленного к телу пациента. Техническим результатом является безопасность и надежность беспроводного наблюдения за пациентом при требуемой небольшой мощности. Для этого система содержит медицинский датчик для сбора медицинских данных и интерфейс связи для связи с монитором. При этом медицинский датчик прикреплен к телу пациента, а интерфейс связи не носится пациентом и содержит проводящий лист. Медицинские данные, собранные медицинским датчиком, передаются в интерфейс связи через связанное с телом соединение. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система для беспроводного наблюдения за пациентом (4), содержащая:
медицинский датчик (1) для сбора медицинских данных и
интерфейс (2) связи для связи с монитором (3), при этом
медицинский датчик (1) прикреплен к телу пациента (4), интерфейс связи не переносится пациентом и содержит проводящий лист, и при этом
медицинские данные, собранные медицинским датчиком (1), передаются в интерфейс (2) связи через емкостное связанное с телом соединение (5).

2. Система по п.1, в которой множество медицинских датчиков (1) предусмотрено на теле пациента (4).

3. Система по п.2, в которой медицинские данные, собранные множеством медицинских датчиков (1), передаются на один и тот же интерфейс (2) связи через связанное с телом соединение (5), а интерфейс (2) связи действует в качестве шлюза для сбора медицинских данных от множества медицинских датчиков (1) и ретранслирует медицинские данные на монитор (3).

4. Система по любому из пп.1-3, в которой монитор (3) связан с интерфейсом (2) связи через омический контакт, предпочтительно через существующее проводящее оборудование кровати (7), кресла-каталки или ходунков для пациента (4).

5. Система по любому из пп.1-3, в которой монитор (3) связан с интерфейсом (2) связи через беспроводное соединение.

6. Система по п.1, в которой монитор (3) содержится в мобильном устройстве (9).

7. Система по п.1, в которой резервная РЧ-система (10) предусмотрена для РЧ-передачи медицинских данных на монитор (3) в случае выхода из строя связанного с телом соединения (5) между медицинским датчиком (1) и интерфейсом (2) связи.

8. Способ беспроводного наблюдения за пациентом (4), включающий этапы, на которых:
собирают медицинские данные на теле пациента (4),
предоставляют интерфейс связи, не носимый пациентом и содержащий проводящий лист (2), для связи с монитором (3),
осуществляют потоковую передачу собранных медицинских данных на интерфейс (2) связи через связанное с телом соединение (5).

9. Способ по п.8, в котором данные дополнительно подвергают потоковой передаче на монитор (3) предпочтительно в реальном времени.

10. Способ по п.8 или 9, в котором двунаправленное связанное с телом соединение (5) предусмотрено между медицинским датчиком (1) и интерфейсом (2) связи.

11. Способ по п.10, в котором медицинский датчик (1) запрашивают для запуска измерения и для потоковой передачи медицинских данных через интерфейс (2) связи посредством связанного с телом соединения (5).