JP2012130692A - 表示された情報の遅延を回避しながら送信機の電力消費を減らすための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】表示された情報の遅延を回避しながら送信機の電力消費を減らす。
【解決手段】患者（２０）から生理学的信号（２２）を受信し、受信機（６０）に無線で送信（５０）し、その受信機で、ディスプレイ装置（７０）がディスプレイモニタ（８０）上に表示するための生理学的信号（２２）を準備するように構成された無線送信機（４０）を含む、システム（１０）および方法（１００）を提供する。無線送信機（４０）と受信機（６０）の両方は、推定アルゴリズムモジュール（４６）をさらに含む。それぞれの無線送信機（４０）と受信機（６０）における推定アルゴリズムモジュール（４６）は、収集された信号（２２）に基づいて生理学的信号を計算する。システム（１０）は、推定信号のエラーがあらかじめ定められたしきい値に達しない限り、計算された推定信号を表示する。推定信号が表示されている場合、無線送信機（４０）からの送信は必要ない。
【選択図】図２

Description

本出願は、患者モニタリングおよび無線遠隔測定システムの分野を対象とする。より詳細には、本出願は患者モニタリングシステムにおける信号遅延および電力消費の分野を対象とする。

無線患者モニタリングシステムを設計する際、多くのトレードオフに直面する。具体的には、生理学的信号の取得から表示までの時間などデータ送信に関するシステム特性は、一般に、電池式無線送信機における電力消費がより低くなるように妥協している。通常このようなシステムは、たとえば患者または患者のベッドに装着する、または取り付けることができる小さな電池式送信機に結合されたＥＣＧリードのセットなどの取得装置を含む。

このような取得装置および送信機は、限られた電源、たとえば電池を有し、このような無線送信は、取得装置によって収集された生理学的信号を、表示するために受信機に送信する際にかなりの量の電力を使用する。これらのシステムのうちのいくつかは、電力を節約するために、生理学的信号を収集して一時的に格納し、したがって同程度の有線接続よりも低い頻度で信号を送信することによって遅延を追加する。しかし、遅延を追加することはユーザにとって満足のいくものではない可能性がある。

性能のトレードオフに加えて、無線患者モニタリングシステムの設計は、情報および警告の適時の配信、ならびに提示される信号の正確さなど、重要な安全性を配慮しなければならない。装置は、これらのハザードの発生を防ぐために減災策を実装する必要がある。

米国特許第４，７１９，６４２号明細書

本出願のシステムおよび方法は、患者から生理学的信号を受信し、その生理学的信号を受信機に無線で送信し、その受信機でディスプレイ装置がディスプレイモニタ上に表示するための生理学的信号を準備するように構成された無線送信機を含む。一実施形態では、無線送信機と受信機の両方は、推定アルゴリズムモジュールをさらに含む。それぞれの無線送信機と受信機における推定アルゴリズムモジュールは、収集された信号に基づいて生理学的信号を計算する。システムは、実際の信号と比較して推定信号のエラーがあらかじめ定められたしきい値に達しない限り、計算された推定信号を表示する。推定信号が表示されている場合、無線送信機からの送信は必要ない。

本出願の一態様では、無線生理学的信号送信およびディスプレイシステムは、患者に近接する無線送信機であって、送信バッファモジュールおよび第１推定アルゴリズムモジュールを含み、患者から収集した生理学的信号を受信し、第１推定アルゴリズムモジュールで第１推定信号を計算し、第１推定信号と受信した生理学的信号とをリアルタイムで比較する無線送信機と、第２推定アルゴリズムおよび優先ＯＲモジュールを含む受信機であって、無線送信機が受信した生理学的信号を受信機に無線で送信し、第２推定アルゴリズムモジュールが受信した生理学的信号で第２推定信号を計算する、受信機と、受信した生理学的信号が受信機に送信される限り、受信した生理学的信号が優先ＯＲモジュールから送信されるディスプレイ装置であって、さらに、第１推定アルゴリズムモジュールが第１推定信号を計算し、第１推定信号が受信した生理学的信号のあらかじめ定められたエラー範囲内であるとき、無線送信機が、受信した生理学的信号の受信機への送信を停止し、優先ＯＲモジュールが、第２推定信号をディスプレイ装置に送信する、ディスプレイ装置とを備える。

本出願の他の態様では、無線生理学的信号送信および表示の方法は、患者から収集した生理学的信号を患者に近接する無線送信機で受信するステップであって、無線送信機が送信バッファモジュールと第１推定アルゴリズムモジュールを含むステップと、第１推定アルゴリズムモジュールで第１推定信号を計算するステップと、第１推定信号と受信した生理学的信号とをリアルタイムで比較するステップと、受信した生理学的信号を、第２推定アルゴリズムおよび優先ＯＲモジュールを含む受信機に無線で送信するステップと、受信した生理学的信号で第２推定アルゴリズムにおける第２推定信号を計算するステップと、受信した生理学的信号が受信機に送信される限り、受信した生理学的信号を優先ＯＲを有するディスプレイ装置に送信するステップであって、第１推定アルゴリズムモジュールが第１推定信号を計算して、第１推定信号が受信した生理学的信号のあらかじめ定められたエラー範囲内である場合、無線送信機が受信した生理学的信号の受信機への送信を停止し、また優先ＯＲモジュールが第２推定信号をディスプレイ装置に送信するステップとを備える。

本出願の他の態様では、無線生理学的信号送信およびディスプレイシステムは、患者に近接する無線送信機であって、送信バッファモジュールを含み、患者から収集した生理学的信号を受信する無線送信機と、推定アルゴリズムおよび優先ＯＲモジュールを含む受信機であって、受信した生理学的信号を受信機に無線で送信し、推定アルゴリズムモジュールが受信した生理学的信号で推定信号を計算する、受信機と、受信した生理学的信号が受信機に送信される限り、受信した生理学的信号が優先ＯＲモジュールから送信されるディスプレイ装置であって、さらに、推定アルゴリズムモジュールが推定信号を計算し、無線送信機が、受信した生理学的信号の受信機への送信を停止したとき、優先ＯＲモジュールが推定信号をディスプレイ装置に送信する、ディスプレイ装置とを備える。

本出願のシステムの実施形態を示すグラフィック図である。 本出願のシステムの実施形態を示す概略ブロック図である。 本出願の方法の実施形態を示す流れ図である。

図１は本出願のシステム１０の実施形態を示している。この図では、患者２０がいくつもの生理学的パラメータについてモニタリングされ、対応する生理学的信号が取得装置３０によって収集される。図１では、ＥＣＧ取得装置３０が示されている。しかし、多くのタイプの生理学的パラメータおよび信号は、収集して無線５０で送信できる。考えられるモニタリングおよび収集された生理学的パラメータの限定されないリストは、ＥＣＧ信号だけではなくＳｐＯ₂、心拍数、および／または呼吸数も含む。さらに図１に示されたシステム１０では、無線送信機４０が取得装置３０から生理学的信号を受信し、無線５０で受信機６０に送信する。無線送信機４０は、患者、患者の衣服、または患者のベッドに装着され、信号を無線で送信するどのような送信機４０でもよい。このような装置の限定されない例の１つは、生物医学遠隔測定装置である。

さらに図１を参照すると、受信機６０が信号をディスプレイ装置７０に中継し、そこで信号がバッファされ、ディスプレイモニタ８０上で信号画像が表示される。以下でさらに詳細に説明するように、それぞれの無線送信機４０および受信機６０における推定アルゴリズムが取得した生理学的パラメータについての推定信号を計算するまで、無線送信機４０は取得した信号のサンプリングおよびデジタル化された値を無線５０で受信機６０に送信することになる。推定信号が作成されると、送信機は新しい信号値の送信をやめて、次いで、ディスプレイモニタ８０上で表示するために受信機６０がその推定信号をディスプレイ装置７０に送る。推定信号が実際に取得した信号に関するエラー範囲を超えることを無線送信機４０が検出すると、無線送信機４０は実際に取得した信号値をすぐに送信する。無線送信機は、以前の送信以来取得した全ての推定サンプルの実際値も送信する。エラー範囲はあらかじめ定められており、モニタリングされている生理学的パラメータに特有のものである。さらなる実施形態では、エラー範囲はユーザによって調整され得る。

システム１０は、図２に示されるように３つの基本的な部分で構成される。無線送信機４０は、生理学的信号２２を患者２０から取得して、その信号をデジタル形式に変換し、次いで無線５０で受信機６０に送信する。受信機６０は、最小限の遅延で無線送信５０をディスプレイ８０に送る。ディスプレイ装置７０は、受信機６０から信号データを収集して、ディスプレイ８０上に表示して見られる信号波形画像７４を形成する。

無線送信機４０と受信機６０の両方は、生理学的信号を予測する推定アルゴリズムモジュール４６における同一の推定アルゴリズムを使用する。上述のように、推定アルゴリズムモジュールが新しい生理学的信号サンプルの推定を計算する最初の期間は、送信機は取得した信号を連続的に送信する。この最初の期間が過ぎると、無線送信機４０は推定と実際に取得した信号とをリアルタイムで比較する。無線送信機４０は送信バッファモジュール４４でデータをバッファし、推定値と実際値との間の差異があらかじめ定められたエラー限度を超えるときのみ、そのデータを送信する。したがって、推定値と実際値との間の差異があらかじめ定められたエラー限度内である限り、たとえ無線送信機４０から受信機６０にデータが何も送信されていなくても、受信機６０は推定をディスプレイ８０に送信できる。最終的に受信機６０が実際に収集されたデータを受信すると、受信機６０のメモリ（図示せず）内の推定データを上書きし、それに応じてグラフィックディスプレイバッファ７２およびディスプレイ８０上に表示された画像が更新される。

さらに図２を参照すると、患者２０から収集された生理学的信号２２が、無線送信機４０の信号取得モジュール４２で受信される。信号取得モジュール４２は、生理学的信号を送信バッファ４４と推定アルゴリズムモジュール４６との両方に送信する。推定アルゴリズムモジュール４６は、無線送信機４０によって収集できる生理学的パラメータと同数の、複数の推定アルゴリズムを含むことができる。推定アルゴリズムモジュール４６は、過去の生理学的信号に基づいて将来の生理学的信号を推定するために当分野ですでに使用されたアルゴリズムを組み込むこともでき、その後それを計算するための知られている任意の推定アルゴリズムを含むこともできる。

最初のスタートアップ操作の間、送信バッファ４４は取得した信号を送信機４８に送信し、送信機４８はその取得した信号を受信機６０に無線５０で送信し、取得した信号は受信機モジュール６２および推定アルゴリズムモジュール４６に送信される。推定アルゴリズムモジュール４６が推定信号を計算しない限り、受信機６０で、優先ＯＲ６４は取得した信号を受信機６２からディスプレイ装置７０に送る。これが行われた後で、送信機制御信号４７は、取得した信号の送信を停止するよう送信機モジュール４８に命令する。操作のこの時点で、信号の無線送信５０はなく、優先ＯＲ６４に、次いでディスプレイ装置７０に送信するべき取得した信号は受信機モジュール６２にはもうない。受信機６０内の推定アルゴリズムモジュール４６は、優先ＯＲ６４を通じて、次いでディスプレイ装置７０へ推定信号を送信する。

さらに図２を参照すると、送信機コントローラ４５が、推定信号と実際に取得した信号との間のエラーがあらかじめ定められたエラー範囲外であると計算すると、送信機コントローラ４５は、取得した信号の受信機６０への無線５０による送信を再び開始するよう送信機モジュール４８に命令する。次いで、送信された取得信号により、受信機モジュール６２は優先ＯＲ６４を通じてディスプレイ装置７０にこれを送信できるようになる。

ディスプレイ装置７０で、グラフィックディスプレイバッファ７２は表示するための信号をフォーマットして、表示されるべき信号画像７４をディスプレイモニタ８０上に出力する。図１に示されるように、受信機６０、ディスプレイ装置７０、およびディスプレイモニタ８０は、当分野で知られているハードウェア構成およびある種の応用例の特定に必要に従って、１つの物理的装置として組み込むこともでき、まとめることも、別々にすることもできる。

また、ディスプレイモニタ８０がディスプレイモニタ８０上に提示された信号は取得されたリアルタイム信号ではなく推定信号であることをユーザに表示できる様々な方法があることも企図されている。本出願のいくつかの実施形態では、生理学的ディスプレイは網掛けされてもよく、独特の採色がされてもよく、波形上またはその背景にドットまたはダッシュを含んでもよい。これは、その信号が推定されたものか取得したものかをユーザに示すための信号のグラフィックディスプレイを区別するための方法の網羅的なリストではない。当然、ディスプレイモニタ８０がリアルタイムに取得した生理学的信号の表示に戻った後で、インジケータは削除されて、それによって生理学的データが更新されて表示される。

また、システム１０がディスプレイモニタ８０上で介護者の存在を検出する検出器（図示せず）を備えていることも企図されている。たとえば、介護者の存在を検出するためのこのような選択肢の非限定的なリストは、患者の部屋に設置されたナースコールシステム、ディスプレイモニタ８０に設置された近接動作（ｃｌｏｓｅ−ｍｏｔｉｏｎ）検出器、および／または、介護者がディスプレイモニタ８０を見ているときに介護者が押すディスプレイモニタ８０上のボタンによって、活動化させることとすることができる。このような検出装置は、推定アルゴリズムモジュール４６に優先して、受信機６０への取得した信号の送信をできるようにすることもでき、あるいはこのような取得した信号が送信されて推定信号と交代される周波数を単に変更することもできる。

さらに図２を参照すると、それぞれの無線送信機４０および受信機６０が、コンピュータ実行可能コードのセットを格納するための記憶媒体（図示せず）、およびこのようなコードを実行するためのプロセッサ（図示せず）を含む点にも留意されたい。それぞれの無線送信機４０および受信機６０の操作は、プロセッサによってこのようなコードを処理することによって実行される。

さらに図２を参照すると、システム１０の他の実施形態では、受信機６０だけが推定アルゴリズムモジュール４６を含む。このような実施形態（図示せず）では、無線送信機４０は推定アルゴリズムモジュール４６も送信機コントローラ４５も含まないが、代わりに取得した信号をあらかじめ定められた期間にわたって送信するように構成された送信バッファモジュール４４を含み、ディスプレイモニタ８０上に推定信号を表示するために受信機６０内の推定アルゴリズムモジュール４６に依存する。次いで、このさらなる実施形態の送信バッファモジュール４４は、推定信号表示のさらなるあらかじめ定められた期間の後、取得した信号の送信を停止する。送信バッファモジュール４４が送信モードから推定モードに切り換わる頻度は、特定の応用例および生理学的パラメータのために、製造者によってあらかじめ設定されてもよく、ならびに／またはユーザによって調整されてもよい。この実施形態は、エラーしきい値に達成した場合しか取得した信号を送信するために操作しないが、実際に取得した信号が推定信号とともに確実に交代セグメントに表示される。

次に図３を参照すると、本出願の方法１００が示されている。ステップ１０２で、取得装置で患者から生理学的信号が取得される。ステップ１０４で、無線送信機の送信バッファモジュールおよび推定アルゴリズムモジュールで生理学的信号が受信される。ステップ１０６で、表示するために生理学的信号が連続的に無線受信機に送信される。選択１０８で、推定アルゴリズムが推定生理学的信号をまだ計算していない場合、ステップ１０６で表示するためにこの生理学的信号が無線受信機に送信され続ける。さらに１０８で、推定アルゴリズムが実際に推定生理学的信号を計算していた場合、ステップ１１２で、推定生理学的信号の計算されたエラーがあらかじめ定められたエラー範囲内かどうかが決定される。あらかじめ定められたエラー範囲内ではない場合、次いでステップ１１０で、表示するために生理学的信号が連続的に無線受信機に送信される。１１２で推定生理学的信号のエラーがあらかじめ定められたエラー範囲内の場合、ステップ１１４で、方法１００は無線受信機への生理学的信号の送信を停止して、推定生理学的信号を表示する。１１６で、推定生理学的信号の計算されたエラーが依然としてあらかじめ定められた範囲内の場合、ステップ１１８で推定生理学的信号が表示され続ける。１１６で、推定生理学的信号の計算されたエラーがあらかじめ定められた範囲内ではない場合、ステップ１２０で推定生理学的信号はもう表示されず、ステップ１１０で表示するために生理学的信号が無線受信機に連続的に送信される。

本発明で説明したシステムには実際的な制限がある。たとえば、たとえ推定がエラー制限以内のままでも、無線送信機はデータをバッファすることができず、受信機との通信を無期限に控えることができない。このような場合、無線送信機および受信機は、通信チャネルの潜在的な損失を検出するためにフェイルセーフメカニズムを実装して、それによって許容できない期間にわたる不正確なデータの表示を防ぐことが必要である。このフェイルセーフメカニズムは、タイムアウト機能または他の手段として実装できる。無線送信機は、以前の送信からあらかじめ定められた長さの時間が経過した場合、フェイルセーフメカニズムをトリガすることを回避するためにメッセージを送信しなければならない。

本書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、および当業者が本発明を作製し、利用できるようにするために、例を使用する。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の正確な言語と異ならない構造的要素を有する場合、または、特許請求の範囲の正確な言語とごくわずかに異なる均等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内であるものとする。

１０ システム
２０ 患者
２２ 生理学的信号
３０ 取得装置
４０ 電池式無線送信機
４２ 信号取得モジュール
４４ 送信バッファモジュール
４５ 送信機コントローラ
４６ 推定アルゴリズムモジュール
４７ 送信機制御信号
４８ 送信機モジュール
５０ 無線送信
６０ 受信機
６２ 受信機モジュール
６４ 優先ＯＲ
７０ ディスプレイ装置
７２ グラフィックディスプレイバッファ
７４ 信号波形画像
８０ ディスプレイ
８０ ディスプレイモニタ

Claims (10)

1. 患者（２０）に近接する無線送信機（４０）であって、
   送信バッファモジュール（４４）および第１推定アルゴリズムモジュール（４６）を含み、前記患者（２０）から収集した生理学的信号（２２）を受信し、前記第１推定アルゴリズムモジュール（４６）で第１推定信号を計算し、前記第１推定信号と前記受信した生理学的信号（２２）とをリアルタイムで比較する無線送信機（４０）と、
   第２推定アルゴリズム（４６）および優先ＯＲ（６４）モジュールを含む受信機（６０）であって、前記無線送信機（４０）が前記受信した生理学的信号（２２）を受信機（６０）に無線で送信し（５０）、前記第２推定アルゴリズムモジュール（４６）が前記受信した生理学的信号（２２）で第２推定信号を計算する、受信機（６０）と、
   前記受信した生理学的信号（２２）が前記受信機（６０）に送信される限り、前記受信した生理学的信号（２２）が前記優先ＯＲ（６４）モジュールから送信されるディスプレイ装置（７０）であって、さらに、前記第１推定アルゴリズムモジュール（４６）が前記第１推定信号を計算し、前記第１推定信号が前記受信した生理学的信号（２２）のあらかじめ定められたエラー範囲内であるとき、前記無線送信機（４０）が、前記受信した生理学的信号（２２）の前記受信機（６０）への送信を停止し、前記優先ＯＲ（６４）モジュールが、前記第２推定信号をディスプレイ装置（７０）に送信する、ディスプレイ装置（７０）と
   を備える、無線生理学的信号送信およびディスプレイシステム（１０）。
2. 前記第１推定信号が前記あらかじめ定められたエラー範囲を超えるとき、前記無線送信機（４０）が前記受信した生理学的信号（２２）の前記受信機への送信を再開し、前記優先ＯＲ（６４）が前記受信した生理学的信号（２２）を前記ディスプレイ装置（７０）に送信する、請求項１記載のシステム（１０）。
3. 前記優先ＯＲ（６４）が前記受信した生理学的信号（２２）を前記ディスプレイ装置（７０）に送信する場合、前記ディスプレイ装置（７０）がディスプレイモニタ（８０）上および記憶媒体内の前記第２推定信号を前記受信した生理学的信号（２２）で上書きする、請求項１記載のシステム（１０）。
4. 前記第１および第２推定アルゴリズムモジュール（４６）が、前記第１および第２推定信号を計算するために同一のアルゴリズムを利用する、請求項１記載のシステム（１０）。
5. 取得装置（３０）をさらに備え、前記取得装置（３０）が前記生理学的信号を前記患者（２０）から収集する、請求項１記載のシステム（１０）。
6. 前記無線送信機（４０）が信号取得モジュール（４２）を含み、前記信号取得モジュール（４２）が前記取得装置（３０）から前記生理学的信号（２２）を受信し、前記生理学的信号（２２）を前記送信バッファモジュール（４４）および前記第１推定アルゴリズムモジュールに送信する、請求項５記載のシステム（１０）。
7. 前記第１推定信号が前記あらかじめ定められたエラー範囲内の場合、送信機コントローラ（４５）が送信機制御信号（４７）を送信機モジュール（４８）に送信する、請求項１記載のシステム（１０）。
8. 前記受信機（６０）が、前記無線送信機（４０）から前記生理学的信号を受信する、かつ前記生理学的信号を前記優先ＯＲ（６４）に送信する受信機モジュール（６２）を含む、請求項１記載のシステム（１０）。
9. 前記ディスプレイ装置（７０）がグラフィックディスプレイバッファ（７２）を含み、前記グラフィックディスプレイバッファ（７２）が前記受信した生理学的信号（２２）または前記第２推定信号を信号波形画像（７４）に変換し、前記信号波形画像（７４）を前記ディスプレイモニタ（８０）に送信する、請求項１記載のシステム（１０）。
10. 前記信号波形画像（７４）が、前記ディスプレイモニタ（８０）上に前記受信した生理学的信号が表示されているとき第１ラインフォーマットを有し、前記ディスプレイモニタ（８０）上に前記第２推定信号が表示されているとき第２ラインクオリティを有する、請求項９記載のシステム（１０）。

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