身体結合通信を用いる医療データのストリーミングを使用する無線患者監視

专利摘要:
本発明は患者４を無線で監視するためのシステムと方法に関し、該システムは、医療データを収集するための医療センサ１と、モニタ３と結合するための結合インターフェース２を有する。医療センサ１は患者４の身体に取り付けられ、医療センサ１によって収集される医療データは身体結合通信５を介して結合インターフェース２へ送信される。好ましくは、収集された医療データは身体結合通信５を介して結合インターフェース２へストリーミングされる。このようにして、わずかな電力しか必要としない、無線患者監視のための安全かつ信頼性のあるシステムと方法が実現される。
公开号:JP2011512932A
申请号:JP2010548222
申请日:2009-02-19
公开日:2011-04-28
发明作者:カリン クラブンデ；ステフェン コロイ；ヘリベルト バルドゥス
申请人:コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ；
IPC主号:A61B5-00

专利说明:

[0001] 本発明は無線患者監視の分野に関し、特に患者の身体に取り付けられる医療センサを用いる超低電力無線患者監視に関する。]
背景技術

[0002] 無線センサネットワーク（ＷＳＮ）は、バイタルサイン（例えば心電図（ＥＣＧ）、光電脈波（ＰＰＧ）、パルスオキシメトリ（Ｓｐ０２）、又は脳波（ＥＥＧ））が測定され、小さなセンサノードプラットフォームによって可視化のためのモニタへ送信されることができる、患者監視のような医学的用途のために広範に使用されている。これらのノードは、ＲＦ通信を介して通信し、例えばＩＥＥＥ ８０２．１１，ＩＥＥＥ ８０２．１５．４／Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのプロトコルを用いるネットワークを形成する。これらの無線規格の全ては多くのエネルギーを消費し、そしてセンサノードプラットフォームはわずかな容量を持つバッテリを使用しているため、非常に長い寿命を要する用途のためには使用されることができない。]
[0003] 身体結合通信（ＢＣＣ）は、人体に取り付けられる２つ以上の装置間で情報を伝送するために、人体上に電場を伝播させることにある通信技術である。ヒトの身体を通してデータ及び電力を伝送する容量結合は、ＵＳ ６，２１１，７９９に記載されている。]
[0004] 一般的に、ＢＣＣを用いるこうしたシステムでは、送信機と受信機が各々２つの導電性プレート、すなわち１つは身体上に、１つは空気中に持ち、これらは電場を伝播させるために使用され、人体と復路、すなわち空気と地面によって構成される電気回路を形成する。かかるシステムは異なる周波数で操作されることができ、数ｋｂｐｓのデータレートを実現することができる。]
発明が解決しようとする課題

[0005] 本発明の目的は、安全でかつ信頼性があり、わずかな電力しか必要としない、患者を無線で監視するためのシステム及び方法を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0006] この目的は、患者を無線で監視するためのシステムによって実現され、該システムは、
医療データを収集するための医療センサと、
モニタと結合するための結合インターフェースとを有し、
医療センサは患者の身体に取り付けられ、
医療センサによって収集される医療データは身体結合通信を介して結合インターフェースへ送信される。]
[0007] 従って、医療センサと結合インターフェース間の通信を身体結合通信に制限することが本発明の重要なアイデアである。これは、受信機又はモニタのような遠隔ステーションとの医療センサのＲＦ通信を使用する従来技術と比較していくつかの利点を持つ。]
[0008] ＲＦシステムは本発明にかかるシステムよりも少なくとも１０倍多くのエネルギーを消費する。一般的に、ＷＳＮノードは低容量バッテリを備えており、非常に長い期間、典型的には数カ月間持続しなければならない。ＲＦシステムの代わりに本発明にかかるシステムを使用することは、センサノードの寿命を少なくとも１０倍にする。さらに、ＲＦシステムは一般的に２．４ＧＨｚで動作する。この周波数は人体によって強く減衰され、伝達信号の品質が大幅に劣化する。]
[0009] さらに、この周波数で動作する既存のＲＦシステムの数は指数関数的に増加し（例えばＩＥＥＥ ８０２．１１，ＩＥＥＥ ８０２．１５．４／Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））、この周波数帯に対する高レベルの干渉は通信の品質低下に強く寄与する一方で、医学的用途は最適なデータ転送率を必要とする。別の見方をすれば、２．４ＧＨｚで動作する新たなシステムを導入することは、同様にこの周波数で動作する他の既存のシステム全ての性能を低下させることになり、ひいては例えば病院などの現在のネットワークアーキテクチャを害することになる。]
[0010] Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のようなＲＦ規格の通信トランスポート層は、ネットワークの状態に依存して１つのノードに最大データレートをもたらし、同時に該ネットワーク内の全ノードに等しいデータレートをもたらす役割を持つ。本発明とは対照的に、これは、チャネルが空であるときには、ノードがそのサンプルレートよりも高いデータレートで送信するので、帯域幅、すなわちエネルギーのｗａｉｓｔにつながり、チャネルが完全に一杯であるときには、より低いデータレートが使用されなければならないため、データが時間内にこれ以上到着しないので、情報の損失につながる。]
[0011] さらに、医療データは安全性に関して非常に神経を使う。一般的に、ＲＦシステムは非常に大きな伝播範囲を持ち、これはこの範囲内の悪質なノードによる送信データの傍受を可能にする。一方、本発明によれば、上記のようなシステムによって送信される情報は人体にとどまることで妨害をより困難にし、医療データを傍受するためには本発明にかかる監視システムを装備する患者にスパイが接触することを必要とする。]
[0012] 最後に、医療データをモニタ上に表示するために、ＲＦシステムは、範囲内に多くのモニタがあるときは１つの特定のモニタに関連付けられる必要がある。さらに、多くのノードが同じ画面上に情報を表示することを望む可能性がある。従ってＲＦシステムは、こうした問題を解決し、センサノードと表示モニタ間の信頼性のあるピアツーピア接続を可能にするために、複雑なネットワークプロトコルを使用する。一方、本発明にかかるシステムの短い伝播範囲については、ユーザによって触れられる１つよりも多くのモニタがあることはほとんどなく、従ってこのシステムの通信プロトコルスタックはより単純でより効率的である。]
[0013] 本発明の好ましい実施形態によれば、医療センサは次の測定のうちの１つに適している。すなわち、心電図（ＥＣＧ）、光電脈波（ＰＰＧ）、パルスオキシメトリ（Ｓｐ０２）、又は脳波（ＥＥＧ）。]
[0014] 一般的に、本発明にかかるシステムはただ１つの単一の医療センサを備えることができる。しかしながら、本発明の好ましい実施形態によれば、複数の医療センサが患者の身体に備えられる。さらに本発明の好ましい実施形態によれば、複数の医療センサによって収集される医療データは身体結合通信を介して同じ結合インターフェースへ送信され、結合インターフェースは複数の医療センサから医療データを収集するためのゲートウェイとして機能し、医療データをモニタへ再送信する。]
[0015] モニタは複数の異なる方法で結合インターフェースと結合されることができる。しかしながら、本発明の好ましい実施形態によれば、モニタは抵抗接点を介して、好ましくは患者用のベッド、車椅子、又は歩行器といった既存の導電性設備を介して、結合インターフェースと結合される。これは、ベッド、車椅子、又は歩行器が、例えばそれぞれベッド、車椅子、又は歩行器の既存部分である金属製器具を介して接触されるモニタを備えることができることを意味する。]
[0016] 本発明の別の好ましい実施形態によれば、モニタは手動操作機器に含まれる。好ましくは手動操作機器は携帯電話のような携帯機器である。手動操作機器はさらに、手動操作機器との身体結合通信が、ヒトの皮膚に接触するか又は接近することによって可能であることを可能にする結合インターフェースを備えることができる。]
[0017] さらに本発明の好ましい実施形態によれば、結合インターフェースは医療センサとの身体結合通信に適した導電性プレート又はシートを有する。]
[0018] 本発明の別の好ましい実施形態によれば、モニタは無線接続を介して結合インターフェースと結合される。従って、片側の１つ以上の医療センサと、反対側の結合インターフェースとの間の通信には身体結合通信が使用され、該システムを安全かつ効率的にするが、一方モニタとの結合インターフェースの接続には、無線接続、特にＲＦ接続が設けられる。従って、複数の医療センサの場合には、結合インターフェースはゲートウェイとして機能することができ、無線接続は、モニタを遠隔地、すなわち別の部屋又はさらには別の建物に設けることを可能にする。]
[0019] 一般的に、身体結合通信に加えて、医療センサによって取得される医療データを送信するための追加通信システムは必要ない。しかしながら、本発明の好ましい実施形態によれば、医療センサと結合インターフェース間の身体結合通信が故障する場合に備えて、モニタへ医療データをＲＦ送信するためのＲＦフォールバックシステムが設けられる。このような事例は、結合インターフェース、従ってモニタへの医療センサの結合が、しかるべく装備されたベッドによって実現され、患者がベッドを離れる場合に起こり得る。]
[0020] 上述の目的はさらに、患者を無線で監視するための方法によって対処され、該方法は、
患者の身体に関する医療データを収集するステップと、
モニタと結合するための結合インターフェースを設けるステップと、
収集された医療データを身体結合通信を介して結合インターフェースへストリーミングするステップとを有する。]
[0021] 従って、プロトコル側において、通信を遅らせ、より多くのエネルギーを消費する、トランスポート層に対する制御機構を防ぐために、モニタ上に表示されなければならない収集された医療データをストリーミングすることは、本発明にかかる方法の重要なアイデアである。外部通信システムによって引き起こされる干渉がほとんどない、例えばリンク品質への影響がないことから、該システムの信頼性は依然として非常に高い。]
[0022] これは、エネルギー消費に関して従来技術のＲＦ法と比較して、本発明にかかる方法の利得が２倍であることを意味する。該方法自体が、従来のいかなるＲＦ通信システムよりもはるかに効率的であり、さらに、一般的に例えばＲＴＰ又はＵＤＰなどの任意の既存のストリーミングプロトコルであることができるストリーミングプロトコルは、リアルタイムアプリケーション用に最適化され、ＴＣＰ又はＺｉｇｂｅｅ（登録商標）のようないかなる従来のトランスポートプロトコルよりもはるかに効率的である。]
[0023] 本発明の好ましい実施形態によれば、データはモニタへリアルタイムでストリーミングされる。さらに、医療センサと結合インターフェース間の双方向身体結合通信が設けられることが好ましい。これは、本発明の好ましい実施形態に従って、医療センサが、測定を開始すること、及び医療データをストリーミングすることを、結合インターフェースを介して身体結合通信によって要求される可能性をもたらす。かかる要求は、好ましくはモニタ又は別の携帯機器、例えば医療センサとのＢＣＣ内にある手動操作機器によって実行される。]
[0024] 本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかとなり、これらを参照して説明される。]
図面の簡単な説明

[0025] 図１は、本発明の第一の好ましい実施形態に従う、患者を無線で監視するためのシステムを概略的に描く。
図２は、本発明の第二の好ましい実施形態に従う、患者を無線で監視するためのシステムを概略的に描く。
図３ａは、本発明の第三の好ましい実施形態に従う、患者を無線で監視するためのシステムを概略的に描く。
図３ｂは、本発明の第三の好ましい実施形態に従う、患者を無線で監視するためのシステムを概略的に描く。
図３ｃは、本発明の第三の好ましい実施形態に従う、患者を無線で監視するためのシステムを概略的に描く。
図４は、本発明の第四の好ましい実施形態に従う、患者を無線で監視するためのシステムを概略的に描く。
図５は、本発明の第五の好ましい実施形態に従う、患者を無線で監視するためのシステムを概略的に描く。] 図１ 図２ 図３ａ 図３ｂ 図３ｃ 図４ 図５
実施例

[0026] 図１から、本発明の第一の好ましい実施形態に従う、患者４を無線で監視するためのシステムが概略的に見られる。本発明の第一の好ましい実施形態に従うこのシステムは、医療データを収集するための医療センサ１と、モニタ３と結合するための結合インターフェース２とを有し、医療センサ１は患者４の身体に取り付けられる。医療センサ１によって収集される医療データは、身体結合通信５を介して結合インターフェースへ送信される。本発明の第一の好ましい実施形態によれば、モニタ３は電気接続６を介して結合インターフェース２と結合される。この電気接続６は非常に短くすることができ、これは結合インターフェース２がモニタ３の中に組み込まれることができることを意味する。さらに、モニタ３自体が医療センサ１との身体結合通信５に適していてもよい。] 図１
[0027] 図２から、本発明の第二の好ましい実施形態に従う、患者４を無線で監視するためのシステムが概略的に見られ、これは前述のシステムとは対照的に、片側の結合インターフェース２と反対側のモニタ３との間で無線通信を使用する。さらに、本発明の第二の好ましい実施形態によれば、２つの医療センサ１が設けられ、これらは異なる位置において患者４の身体に取り付けられ、異なる医療データを測定するのに適している。従って、この場合、結合インターフェース２は両方の医療センサ１によって取得されるデータ用のゲートウェイとして機能し、このデータを、遠隔に設けられることができるモニタ３へと無線で再送信する。] 図２
[0028] 図３ａから見られる本発明の第三の好ましい実施形態によれば、患者４は、患者４の身体にわたってデータをストリーミングする医療センサ１を身につける。このデータはベッド７上にある結合インターフェース２によって受信される。この結合インターフェース２は非常に薄く、およそ０．１ｍｍであり、葉形で設計される。従ってこれはベッド７のシーツ８の下に容易に置かれることができる。このベッドサイド結合インターフェース２は、ベッド７にリンクされるモニタ３にデータを再送信する。図３ｂ及び図３ｃは、ベッドサイド結合インターフェース２とモニタ３を配置するための２つの可能な構成を図示する。] 図３ａ 図３ｂ 図３ｃ
[0029] ベッドサイド結合インターフェース２とモニタ３をリンクし、ひいてはＢＣＣデータ転送を可能にするための、２つの可能性がある。図３ｂに示されるように、２つの装置間の経路が十分に導電性である場合、例えばベッド７のフレームが金属で作られる場合は、データはいかなる追加装置もなしに、ＢＣＣを用いてベッドサイド結合インターフェース２によってモニタ３へと単純に送信されることができる。しかしながら、ベッドサイド結合インターフェース２とモニタ３との間の経路が十分に導電性でない場合は、図３ｃに示されるようにＢＣＣデータ転送を可能にするために電気ケーブル６が使用される。] 図３ｂ 図３ｃ
[0030] 本発明のこの好ましい実施形態によれば、医療センサ１は、モニタ３が電源を入れられるや否や、モニタ３へデータを絶え間なくストリーミングしている。これは、モニタ３が起動されると、通信を開始するために医療センサ１へとデータの要求を送信することを意味する。もちろん、この実施形態はまた、外来患者用のモニタ３を備える可動式ベッド、車椅子、又はいかなる種類の歩行器にも当てはまる。モニタ３は、ベッド７、車椅子、又は歩行器に取り付けられ、従って患者４がベッド７に横たわる限り、医療データが常に送信されることができる。患者４が最早ベッド７と接触していない場合は、本発明の第三の実施形態にかかるシステムは、医療センサ１がＢＣＣリンクがないことを検出するや否や医療データをストリーミングし続けるＲＦフォールバックシステム９を備える。]
[0031] 図４から、本発明の第四の好ましい実施形態に従うシステムが見られる。上記の本発明の好ましい実施形態は特に病院用に適しているが、この好ましい実施形態は特に在宅ケア用のＢＣＣ医療データストリーミングに言及する。患者４は、患者４の身体にわたってデータをストリーミングする医療センサ１を身につける。このデータは、患者４の身体を介する医療センサ１との身体結合通信に適した携帯機器９によって受信される。携帯機器９は、医療データを表示するための画面を備える、携帯電話、ＰＤＡ、音楽プレーヤ、携帯動画プレーヤなどであることができる。本発明のこの好ましい実施形態によれば、医療センサ１はストリーミングサーバであり、携帯機器９へデータを配信し、一方携帯機器９は情報を要求し、ストリーミングクライアントである。] 図４
[0032] 医療センサ１と携帯機器９間のデータ交換は次のスキームによって規定される。携帯機器９は患者４が自分のバイタルサインを見たいときにデータを要求する。医療センサ１は認証プロセスへと進んだ後にこの要求を確認し、測定を開始する。そして、医療センサ１は携帯機器９へとデータをストリーミングし始める。患者４が自分のデータを見ることをこれ以上望まない場合には、携帯機器９は通信の終了の要求を送信する。医療センサ１はこの要求を確認し、エネルギーを節約するために測定を中止する。]
[0033] 医療データは好ましくは携帯機器９に格納され、従って患者４自身又は医師によって後ほど調べられることができる。]
[0034] 図５から見られる本発明の第五の好ましい実施形態によれば、在宅ケア用のＢＣＣ医療データストリーミングゲートウェイが設けられる。患者４は、患者４の身体にわたってデータをストリーミングする医療センサ１を身につける。このデータは、医療センサ１とモニタ３間のゲートウェイとして機能する、例えば携帯電話、通信機能を持つＰＤＡなどの携帯機器９によって受信される。これは例えば８０２．１１／Ｗｉｆｉ（登録商標），８０２．１５．４／Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標），Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標），ＧＳＭ，ＵＭＴＳ，ＬＴＥなどのようなＲＦプロトコルを用いて、医療センサ１からＢＣＣを介して受信されるデータをモニタ３へと転送する。] 図５
[0035] 本発明のこの好ましい実施形態によれば、患者４は病院にいる医師によって在宅で監視されることができる。患者４は自分の携帯機器９で医療データを見ることができ、医師は病院においてモニタ３でこれを見ることができる。両装置間のデータ交換は次のスキームによって規定される。]
[0036] モニタ３は起動されると携帯機器９へデータを要求する。すると携帯機器９は医療センサ１へデータを要求する。医療センサ１は認証プロセスへと進んだ後にこの要求を確認し、測定を開始する。そして、医療センサ１は携帯機器９へデータをストリーミングし始め、携帯機器９は該データを病院内のモニタ３へと転送する。医師が患者データを見ることをこれ以上望まない場合には、モニタ３は携帯機器９に通信の終了の要求を送信する。携帯機器９はこの要求を医療センサ１へと転送する。医療センサ１はこの要求を確認し、エネルギーを節約するために測定を中止する。最後に、携帯機器９はこの確認をモニタへと転送する。]
[0037] 本発明は、医療領域、特に常時患者監視が必要とされる病院において応用されることができる。病院における無線患者監視法の大規模な配備の場合には、バッテリの交換及び管理に関するコストは従来技術のＲＦ法では突出する可能性がある。本発明はより信頼性の高い医療データ送信をもたらすだけでなく、無線患者監視のための超低電力法でもあり、その結果、バッテリ寿命の重い管理を抑制することによって病院のコストを削減する。さらに、本発明はまた、低リスクの患者が常時監視される必要があるがそれでも家にいることができるような、在宅ケアにも応用されることができる。]
[0038] 本発明は図面及び前述の説明において詳細に図示され記載されているが、かかる図示及び記載は限定ではなく実例又は例示とみなされるものであり、本発明は開示された実施形態に限定されない。]
[0039] 開示された実施形態への他の変更は、図面、開示、及び添付の請求項の考察から、請求された本発明を実施する上で当業者によって理解され、もたらされることができる。請求項において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞"ａ"又は"ａｎ"は複数形を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は範囲を限定するものと解釈されるべきではない。]

权利要求:

請求項1
患者を無線で監視するためのシステムであって、医療データを収集するための医療センサと、モニタと結合するための結合インターフェースとを有し、前記医療センサは前記患者の身体に取り付けられ、前記医療センサによって収集される前記医療データは身体結合通信を介して前記結合インターフェースへ送信される、システム。
請求項2
複数の医療センサが前記患者の身体に設けられる、請求項１に記載のシステム。
請求項3
複数の医療センサによって収集される前記医療データが身体結合通信を介して同じ結合インターフェースへ送信され、前記結合インターフェースは前記複数の医療センサから前記医療データを収集するためのゲートウェイとして機能し、前記医療データを前記モニタへ再送信する、請求項２に記載のシステム。
請求項4
前記モニタが、抵抗接点を介して、好ましくは前記患者用のベッド、車椅子、又は歩行器といった既存の導電性設備を介して、前記結合インターフェースと結合される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
請求項5
前記モニタが無線接続を介して前記結合インターフェースと結合される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
請求項6
前記モニタが携帯機器に含まれる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
請求項7
前記結合インターフェースが、前記医療センサとの身体結合通信に適した導電性プレート又はシートを有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
請求項8
前記医療センサと前記結合インターフェース間の前記身体結合通信が故障する場合に備えて、前記モニタへ前記医療データをＲＦ送信するためのＲＦフォールバックシステムが設けられる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
請求項9
患者を無線で監視するための方法であって、前記患者の身体に関する医療データを収集するステップと、モニタと結合するための結合インターフェースを設けるステップと、前記収集された医療データを身体結合通信を介して前記結合インターフェースへストリーミングするステップとを有する、方法。
請求項10
前記データがさらに、好ましくはリアルタイムで前記モニタへストリーミングされる、請求項９に記載の方法。
請求項11
前記医療センサと前記結合インターフェース間に双方向身体結合通信が設けられる、請求項９又は１０に記載の方法。
請求項12
前記医療センサが、測定を開始すること、及び医療データをストリーミングすることを、前記結合インターフェースを介して身体結合通信によって要求される、請求項１１に記載の方法。