病人監視中傳感器單元與監視器單元之間的雙向通信的製作方法
2023-05-31 03:04:26 1
專利名稱：病人監視中傳感器單元與監視器單元之間的雙向通信的製作方法
技術領域：
本發明涉及病人監視系統，尤其是與傳感器單元和監視器單元之間雙向通信的使用有關。
背景技術：
傳感器技術、電子學和通信技術的提高，使病人即使是在不臥床、也不與醫院監視系統有持續的直接的聯繫時，都可能對病人的生理特徵進行監視。例如，美國第5,959,529號專利描述了一個具有遠程監視單元的監視系統，其中監視器單元收到與病人關聯的傳感器輸出的信息。傳感器單元與監視器單元之間最好是通過無線通信的途徑連接。根據病人的醫療問題，諸如心跳及其波形，遠程監視單元對病人的一個或多個生理特徵進行監視。在可選擇的條件下，遠程監視單元與中央單元進行通信，為中央單元提供數據，從中央單元接收程序、指令和醫療指示。
雖然美國第5,959,529號專利所描述的監視系統和其它監視系統已具有可操作性，但也提供了改進和優化系統性能的機會。本發明為遠程病人監視系統進行了改進和優化。
發明內容
本發明提供了監視系統及其使用方法。監視系統保留了具有傳感器單元和監視器單元的遠程監視單元的基本架構，其反過來也可與中央單元進行通信。系統性能使傳感器單元和監視器單元之間的通信功能得到改進。
根據本發明，監視系統包括一個具有傳感器單元的遠程監視單元，遠程監視單元包括一個具有傳感器輸出的傳感器、一個可接收傳感器輸出的傳感器雙向本地收發器、與傳感器單元雙向本地收發器通信的傳感器單元處理器。遠程監視單元還包括一個具有監視器單元雙向收發器的監視器單元，用以支持與傳感器雙向本地收發器進行雙向無線通信；與監視器單元雙向收發器通信的監視器單元處理器；以及與監視器單元處理器通信的監視器單元雙向遠程收發器。監視系統還可包括一個具有中央單元雙向遠程收發器的中央單元，其支持與監視器單元雙向遠程收發器進行雙向通信；以及與中央單元雙向遠程收發器通信的中央單元處理器。
監視系統的一個主要特徵是，它在傳感器單元和監視器單元之間雙向傳輸信息。一般來說，傳感器單元看作是只有一個發送器，向監視器單元發出信息。然而，傳感器單元和監視器單元的雙向通信導致系統性能上的顯著改進和用戶便利。
例如，傳感器單元向監視器單元傳輸的信息一些時候可能會出錯，錯誤檢測技術可被監視器單元使用。當信息出錯時，監視器單元向傳感器單元發出一個重新發送(retransmit)信號，傳感器單元可向監視器單元重新發出信息，直到監視器單元收到未出錯的信息為止。
另一種情況是，監視器單元確定傳感器單元向監視器單元傳輸信息的信號強度。當病人偏離監視器單元太遠時，監視器單元則向傳感器單元發出距離告警信號。監視器單元也可向傳感器單元發出表明信號強度的信號，這樣傳感器單元可按照所處環境的要求調整輸出功率，這使得電池能量的消耗不會超過必要的限度。
在另一種情形下，傳感器單元以第一頻率向監視器單元傳輸信息，監視器單元確定該信號是否受到相關頻率幹擾的不利影響。當信息受到相關頻率幹擾的不利影響時，監視器單元向傳感器單元發出一個頻率改變的信號至傳感器單元，這樣，傳感器單元以第二頻率向監視器單元發出進一步的信息。
監視器單元也可向傳感器單元發出告警信號，告知病人採取行動，如更換電池、查看信息、訪問監視器單元，等等。
這樣，採用本方法的傳感器單元不再僅僅是一個簡單的傳輸設備，用來感測生理或其它狀況，把感測的值轉化為電子信號，並向監視器單元傳輸電子信號。相反，監視器單元收到的信息的質量以及本地收發器系統的性能可通過通信控制傳回傳感器系統，並通過傳感器單元可把其他信息傳給病人。
從後文對優選實施例更詳細的描述可以看出，本發明具有其他的特點和優勢，通過例子的形式，結合附圖，闡明發明的原理。然而，本發明的範圍並不限於這一實施例。
圖1是一個監視系統的方框圖；和圖2-6是利用監視系統中傳感器單元與監視器單元之間的雙向通信能力的方法的方框流程圖。
具體實施例方式
圖1是監視系統20的方框圖。監視系統20包括一個遠程監視單元22和一個中央單元24。遠程監視單元22包括傳感器單元26和監視器單元28。傳感器單元26通常攜帶在病人的身上，對病人或與病人有關的情況進行監視。監視器單元28位於距離病人適當的位置。例如，監視器單元28可以皮帶卡夾攜帶尋呼器的方式帶在病人身上，也可當病人在房間走動時放在病人的房間裡。傳感器單元26和監視器單元28通過連續的無線通信連接在一起。中央單元24典型地包括一臺專用計算機、一臺文件伺服器或網絡連接。中央單元24通常服務於分配給不同病人的多臺遠程監視單元22，通過無線或有線的通信連接或通過網際網路與每臺遠程監視單元22保持選擇性的周期性的通信聯繫。
傳感器單元26包括一個傳感器30，有些時候包括多個傳感器30。傳感器30隻執行感測功能，對其他儀器沒有控制功能，可操作的傳感器30的實例包括一個心臟監視傳感器、一個血壓監視傳感器、一個溫度監視傳感器、一個呼吸傳感器、一個腦電波傳感器、一個血液化學傳感器如血糖傳感器或血液氧含量傳感器、一個病人位置傳感器、以及一個病人活動傳感器。已有技術的各種類型的傳感器、構造以及操作的細節並不構成本專利的一部分。
每個傳感器30的傳感器輸出32被提供給傳感器單元處理器34，傳感器單元處理器34典型地包括一個微處理器，其可包括必要的與傳感器30有關的電子器件，如信號調節器、模擬數字轉換器，等等。傳感器單元處理器34還包括一個病人告警設備、音頻收發器等的音頻通信設備、以及其他設備。傳感器單元26進一步包括一個傳感器雙向本地收發器36的終端，用以與傳感器單元處理器34通信，直接或通過傳感器單元處理器34接收傳感器輸出32。傳感器單元處理器34也還可具有帶有麥克風和/或話筒的單向或雙向音頻功能，這時，傳感器雙向本地收發器36支持語音通信和數據通信。
監視器單元28包括一個監視器單元雙向本地收發器38，用以支持與傳感器雙向本地收發器36進行雙向無線通信，無線通信連接40表明了這一點。雙向本地收發器36和38這兩個設備最好是相對低功率的無線電頻率收發器。在使用目前已有技術的優選例子中，兩個雙向本地收發器36和38是德州儀器公司的TRF 6900A收發器，其操作在902MHZ到928MHZ的ISM頻帶內，以可控的功率等級進行工作，最高可達4毫瓦。這些收發器典型地覆蓋10到100米的範圍，因此被稱為「本地收發器」。其範圍受限於它們實際的最大功率消耗，其功率典型地是由傳感器單元26和監視器單元28上各自的電池(未標出)供給的。
在傳統的使用中，傳感器單元26與監視器28之間的通信，是從傳感器單元26到監視器單元28的單向通信，記住，傳感器單元30隻執行其感測功能，對其他裝置沒有控制功能。在傳統的使用中，沒有理由進行從監視器單元28到傳感器單元26的通信。本發明使用傳感器進行雙向通信，雙向通信的使用提供了重要的特點和實用功能，其優化監視系統20的操作，與傳統的單向通信方式相比，提供了驚奇的、出人意料的優勢。隨後將討論通過雙向通信而實現的這些方法。
監視器單元28進一步包括，與監視器單元雙向本地收發器38通信的監視器單元處理器42。監視器單元處理器42典型地包括一個微處理器。監視器單元雙向遠程收發器44與監視器單元處理器42進行通信。
中央單元24包括一個中央單元雙向遠程收發器46，用以支持與監視器單元雙向遠程收發器44通信。遠程收發器44和46可以是任何可操作的類型。在優選實施例中，遠程收發器44和46有選擇地連接兩個(或多個)不同的通信連接。遠程收發器44和46可通過蜂窩電話系統48連接，在緊急時或其它例行性的通信中進行無線通信。這種通信方式下，監視器單元雙向遠程收發器44典型地是通過撥號無線通信連接50連接到蜂窩電話系統48，中央單元雙向遠程收發器46典型地是通過有線連接52連接到蜂窩電話系統48(中央單元雙向遠程收發器46與蜂窩電話系統48之間的連接也可是通過一個撥號無線通信連接。通過有線或無線連接的，基於網際網路的通信在方便時也可使用。網際網路連接可使用媒介中任何現有的高速通信能力)。
遠程收發器44和46之間的第二種通信連接，是通過傳統的電話線路系統執行例行通信的有線連接54。監視器單元28最好是被構造成通過連接器60連接到基站58進行通信。基站58最好包括一個接收監視器單元28的支架(cradle)。當監視器單元28放在支架上時，匹配上連接器60，並電連接到監視器單元28上。基站58包括數據機62，通過連接器60與監視器單元28相連，提供雙向通信，與中央單元雙向遠程收發器46進行有線通信54。基站58還包括一個充電單元64和適當的連接器，在監視器單元28連接到基站58時，對監視器單元28的可充電電池進行充電。為和監視器單元28進行本地通信，基站58可選擇地被提供有接口/通信連接65，如RS232連接器或通用串行總線，連接到一個獨立的可選的計算機66。如果有的話，計算機66可通過一個獨立的通信線路67，如一條有線電話線路，連接到中央單元雙向遠程收發器46。
這一架構中，如果可能，優選使用通過基站58和有線連接54的通信連接。然而，當不能接入傳統的電話系統時，監視器單元28可使用蜂窩電話系統48的通信連接。這種蜂窩電話設備允許監視器單元28是可攜式的，可使得病人在蜂窩電話系統的服務區域內自由走動。本系統與其他類型的遠程通信連接兼容，如海事通信連接、衛星通信連接、以及目前已有的或將來開發的其他通信技術。
中央單元24進一步包括一個與中央單元雙向遠程收發器46通信連接的中央單元處理器56。中央單元處理器56典型地包括一個微處理器、醫務人員的接口和資料庫。
監視系統20多個部分的進一步細節可參見美國第5,959,529號專利，其全部公開以參考的方式併入此處。
圖2-6是一些方框圖，說明利用雙向本地收發器36和38雙向通信能力的事例。雙向通信能力的利用也可表現在其它實例中，本發明的使用並不局限於有關圖2-6所討論的事例。
先看圖2，數字70表示，傳感器單元26使用通信連接40通過雙向本地收發器36和38向監視器單元28傳送信息。這種信息典型地是來自傳感器輸出32的病人數據，也可是其它信息。這些信息通常是以數據包的形式傳輸。有時傳輸的數據可能出現某種形式的錯誤，如丟失數據比特。數字72表示，監視器單元28利用適當的技術判斷數據是否出錯，如校驗和、循環冗餘校驗、或前傳(forward)錯誤校正和校驗。數字74表示，當在步驟72中確定信息出錯時，監視器單元28向傳感器單元26發出重新發送信號，數字76表示，傳感器單元26向監視器單元28重新發送同樣的信息。
參考圖3，其表示另外的應用方式，傳感器單元26向監視器單元28傳輸信息，這是數字80表示的內容。數字82表示，監視器單元28確定信息的信號強度。該確定過程優選通過評估信息的標準部分的幅度來進行，該信息是為該目的而提供的，要麼通過模擬儀器或以數字方式實現。當信號強度太低時，表明在當前條件下，傳感器單元26與監視器單元28之間的物理距離太遠，監視器單元28向傳感器單元26發出一個距離告警信號，這是數字84表示的內容。傳感器單元26通知病人不應偏離監視器單元28太遠或檢查電池。可選擇的是，監視器單元28也可通知中央單元24，病人超過了傳感器單元26和監視器單元28之間的許可距離，這樣，中央單元24可單獨與病人聯繫。
圖3中的方法也可應用於判斷傳感器單元26的電池放電是否達到其不能支持後續傳輸的低水平。在該變化過程中，傳感器單元發送電池電壓或電池充電狀態的其它指令於步驟80。數字82表示，對發送的信息進行評估。數字84表明，如果電池放電到一個不適當的低水平，病人可更換電池或對電池充電。
即使電池不放電，對傳感器雙向本地收發器36的運行狀態進行調節，使其發送功率的等級處於合適的水平，而不是超過必須的功率水平，以保存電池的電量是可取的。參考圖4，其表示該應用方式，數字90表示，傳感器單元26以傳感器雙向本地收發器36的第一輸出功率向監視器單元28傳輸信息。數字92表示，監視器單元28使用與步驟82中相同的方法來判斷傳輸信息的信號強度。監視器單元28因此可調節傳感器雙向本地收發器36的輸出功率為第二個輸出功率，這是數字96的內容(這一應用也可向相反的方向進行，其中監視器單元28以第一輸出功率向傳感器單元26傳輸信息，傳感器單元26確定傳輸信息的信號強度，傳感器單元26向監視器單元28發出一個信號強度信號，監視器單元28調節監視器單元雙向本地收發器38的輸出功率。)。功率輸出的調節，對於保存傳感器單元26和監視器單元28的電池電量是重要的。這些單元典型地是體積小，電池容量較小，調節功率輸出有助於延長電池的壽命。調節功率輸出可在需要時增加功率的輸出，或者減少功率的輸出，使信號強度正好滿足接收單元的要求。
參考圖5，其表示另一種應用方式，數字100表示，傳感器單元26以一個第一頻率向監視器單元28傳輸信息。數字102表示，監視器單元28判斷傳輸的信號是否受到頻率相關幹擾的不利影響。這是因為多種類型的無線電頻率幹擾是頻率相關的，因此，它們在一些頻率上影響傳輸，而在另一些頻率上不影響傳輸。相關頻率幹擾的性質，由監視器28通過現有技術，如注意到在不同頻率上傳輸數據的錯誤，和通過在非預期的時間接收數據來判斷。數字104表示，在確定了頻率相關幹擾的性質和潛在的不受幹擾的頻率後，監視器單元28向傳感器單元26發出頻率改變信號。數字106表示，傳感器單元26改變傳感器雙向本地收發器36的傳輸頻率，傳感器單元26以第二頻率向監視器28傳輸進一步的信息。進一步的信息可以是在第一頻率上受到幹擾後重新發送的信息，也可以是其後的信息，或二者都有。在第二頻率上如果仍受到幹擾，造成故障，還可重複這個過程。
參考圖6，其表示另一種應用方式，數字110表示，傳感器單元26向監視器28發送信息。數字112表示，監視器28向傳感器單元26發送告警信號。告警信號可以對步驟110中傳輸信息響應而產生，或對其它信息源響應。告警信號可要求病人走近監視器單元，可要求病人與中央單元24聯繫，或要求病人採取多種可能行動中的一種，如更換傳感器單元的電池。
由於本地收發器36和38之間的雙向通信功能，使得圖2-6中的各種應用方式成為可能。這些應用方式可單獨進行，或彼此結合，或與其它雙向功能結合進行。
雖然為了說明的目的，這裡詳細描述了本發明的一個特定的實施例，但在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，可以作出多種的變化和改進。因此，除了所附的權利要求，本發明的範圍並不受到限制。
權利要求
1.一種監視病人的方法，其包括以下步驟提供一個監視系統，其包括一個遠程監視單元，其包括一個傳感器單元，其包括一個具有傳感器輸出的傳感器一個接收傳感器輸出的傳感器雙向本地收發器，和一個與傳感器單元雙向本地收發器通信的傳感器單元處理器，和一個監視器單元，其包括一個監視器單元雙向本地收發器，其支持與傳感器雙向本地收發器進行雙向無線通信，一個監視器單元處理器，其與監視器單元雙向本地收發器通信，和一個監視器單元雙向遠程收發器，其與監視器單元處理器通信；以及在傳感器單元和監視器單元之間雙向發送信息。
2.如權利要求1所述的方法，其中發送步驟包括下列步驟傳感器單元向監視器單元發送信息，監視器單元判斷信息是否出錯，和當信息出錯時，監視器單元向傳感器單元發送重新發送信號。
3.如權利要求2所述的方法，其中監視器單元發送步驟之後，還包括其它步驟，傳感器單元向監視器單元重新發送信息。
4.如權利要求1所述的方法，其中發送步驟包括下列步驟傳感器單元向監視器單元發送信息，監視器單元判斷信息的信號強度，和監視器單元向傳感器單元發送距離告警信號。
5.如權利要求1所述的方法，其中發送步驟包括下列步驟傳感器單元以第一功率輸出向監視器單元發送信息，監視器單元判斷信息的信號強度，和監視器單元向傳感器單元發送信號強度信號。
6.如權利要求5所述的方法，在監視器單元發送步驟後，還包括其它步驟，傳感器單元調節功率輸出為第二功率輸出。
7.如權利要求1所述的方法，其中發送步驟包括下列步驟傳感器單元以第一頻率向監視器單元發送信息，監視器單元判斷信號是否受到頻率相關的幹擾的不利影響，當信息受到頻率相關的幹擾的不利影響時，監視器單元向傳感器單元發送一個頻率改變信號。
8.如權利要求7所述的方法，在監視器單元發送步驟之後，還包括其它步驟傳感器單元以第二頻率向監視器單元發送進一步的信息。
9.如權利要求1所述的方法，其中發送步驟包括下列步驟傳感器單元向監視器單元發送信息，和監視器單元向傳感器單元發送告警信號。
10.如權利要求1所述的方法，其中提供監視系統的步驟進一步包括提供一個中央單元，其包括一個支持與監視器單元雙向遠程收發器進行雙向通信的中央單元雙向遠程收發器，和一個與中央單元雙向遠程收發器通信的中央單元處理器。
11.如權利要求10所述的方法，其中對病人的監視方法進一步包括監視器單元與中央單元之間雙向發送信息。
12.一種監視系統，其包括一個遠程監視單元，其包括一個傳感器單元，其包括一個具有傳感器輸出的傳感器一個接收傳感器輸出的傳感器雙向本地收發器，和一個與傳感器單元雙向本地收發器通信的傳感器單元處理器；和一個監視器單元，其包括一個監視器單元雙向本地收發器，其支持與傳感器雙向本地收發器進行雙向無線通信，一個監視器單元處理器，其與監視器單元雙向本地收發器通信，以及一個監視器單元雙向遠程收發器，其與監視器單元處理器通信。
13.如權利要求12所述的方法，其中監視系統進一步包括一個中央單元，其包括一個中央單元雙向遠程收發器，其支持與監視器單元雙向遠程收發器進行雙向通信，和一個中央單元處理器，其與中央單元雙向遠程收發器通信。
全文摘要
一種監視系統包括一個遠程監視單元，其具有傳感器單元，該傳感器單元與監視器單元進行雙向無線通信。信息在傳感器單元與監視器單元之間雙向發送。監視器單元可通知傳感器單元以下信息發送的信息出錯；這兩個單元之間的距離變得太遠；發送信號強度可被改變；幹擾要求改變發送頻率；或要求病人注意監視器單元。
文檔編號G08B25/10GK1524251SQ02810338
公開日2004年8月25日 申請日期2002年4月22日 優先權日2001年4月23日
發明者P·N·埃格斯, P N 埃格斯 申請人:心臟網絡公司