Беспроводная передача информации в медицинском оборудовании

ВВЕДЕНИЕ.

Медицинские учреждения во всем мире сегодня испытывают острую нехватку среднего и младшего медицинского персонала, с чем связано до 25 % всех врачебных ошибок. Достижения науки увеличивают среднюю продолжительность жизни, в результате чего растет доля стареющего населения, требующего постоянного внимания со стороны работников здравоохранения. Мобильные технологии помогают предоставить качественное обслуживание большему числу пациентов. На протяжении многих лет задача беспроводной передачи данных в ближнем поле представляла значительную проблему для разработчиков медицинских датчиков. В данной области исследований требуется использование современной технологии передачи данных для усовершенствования медицинского оборудования, позволяющего измерять такие характеристики пациента, как ЭКГ, уровень насыщения крови кислородом, уровень кровяного давления, вес, уровень содержания глюкозы в крови и т. п. Необходимость применения высокотехнологичных медицинских датчиков широко проявляется во всех областях медицины, где кабельные соединения приборов представляют большое неудобство для врачей, пациентов и обслуживающего персонала. Особенно остро эта проблема стоит в спортивной медицине, медицине сна, экстренной медицине и реанимации.

РАЗРАБОТКА.

Учитывая хорошие характеристики в области энергопотребления, диапазона, безопасности данных, а также сетевых возможностей для передачи результатов измерений была выбрана единая стандартная технология беспроводной передачи Bluetooth.

Поскольку цифровые данные пересылаются на приемную станцию с использованием технологии Bluetooth, первичная обработка измерений может осуществляться непосредственно в датчике, а не в мониторе.

Структура беспроводных измерительных датчиков

Современные системы отведения включают электрод или датчик на теле пациента, кабель и систему обработки измерений в приемнике (рис. 1). Соединительный кабель вполне возможно может быть длиной в несколько метров. Слабые аналоговые сигналы датчика, проходящие эти несколько метров кабеля, подвержены воздействиям помех от различных источников. Достигнув монитора, аналоговые сигналы, находящиеся в милливольтном диапазоне, затем усиливаются, фильтруются и впоследствии оцифровываются аналого-цифровым преобразователем. Приобретя цифровую форму, данные измерений могут быть обработаны и показаны на мониторе.

Рис. 1. Блок-диаграмма передачи медицинских данных

Если бы кому-нибудь в настоящее время потребовалось разработать медицинское оборудование для передачи сигналов на монитор, используя беспроводную технологию передачи данных, основную трудность вызывала бы задача интеграции всего объема предварительной обработки измерений в датчике. Аналоговые усилители, фильтры, ADC, микроконтроллеры и модуль передачи данных должны располагаться непосредственно на теле пациента (рис. 2).

Рис. 2. Блок-диаграмма беспроводной передачи данных

Поскольку в медицинских аппаратных системах нельзя гарантировать соединения в пределах прямой видимости, вопрос беспроводной передачи данных сосредотачивается на радиоволновом диапазоне. Также рекомендуется использовать стандартизованную форму передачи данных. Это облегчает использование уже существующих радиомодулей, которые работают по трансмиссионным протоколам с исправлением ошибок и которые могут противостоять воздействию помех.

Технология Bluetooth широко используется во многих областях. Этот стандарт изначально использовался для соединения компьютеров, лэптопов, PDA, а также мобильных телефонов и периферийных устройств. Данная технология применяется также в беспроводных телефонных гарнитурах.

В разработках часто возникает необходимость одновременного подключения нескольких периферийных устройств (например, мышь, клавиатура и принтер). Использование технологии Bluetooth позволяет одновременно работать с 7 терминальными устройствами. В медицине необходимо также, чтобы связь с данными устройствами была свободной от ошибок. Исследования этой проблемы показали, что ошибки передачи, возникающие на уровне радиоканала, полностью исправляются, так что на пользовательском уровне их не возникает.

Точка-точка.

Самая старая и самая простая технология беспроводной передачи информации — точка-точка, где отдельный прибор с собственным радиопередатчиком посылает сигнал на шлюз (приемник), который подключен к системе управления. Шлюз получает сигналы только от передатчика. Такое решение хорошо работает только на относительно небольших сетях.

Некоторые платформы поддерживают функции предупреждения, где устройство с большим периодом опроса может прервать ожидание и передать аварийное сообщение, если значение переменной достигло критического уровня. Для этого необходимо, чтобы датчик продолжал работать во время нахождения радиопередатчика в спящем режиме. Это может показаться не очень важной функцией, однако она имеет большое практическое значение, позволяя вам установить большое время опроса датчика, и в то же время быть уверенным, что в случае возникновения проблемы, сообщение об этом появится сразу же.

Протоколы связи.

Учитывая сложности в создании коммуникационных протоколов, производители приборов часто используют те же протоколы, которые применяются в информационных системах и в товарах широкого потребления. Ваш беспроводной преобразователь давления может отправлять свои показанию по ZigBee или Bluetooth. В качестве беспроводного транспортного канала для сегмента полевой шины наиболее вероятно использование Wi-Fi или Bluetooth.

Во многих отношениях коммуникационный протокол не обязательно должен быть главным критерием выбора. Беспроводной датчик давления от компании «A», вероятнее всего, не спроектирован для взаимодействия с датчиком компании «Б», даже если они оба используют ZigBee. Технические возможности и ограничения каждого протокола будут определять границы его применения.

Варианты питания.

Аккумуляторы имеют ограниченный срок службы, даже если он исчисляется годами, и ограничение на мощность, отдаваемую передатчику. Сигналы большой мощности, как правило, меньше подвержены ошибкам и более надежны, поэтому, если это возможно, лучше подключать внешний источник питания. Есть и другие альтернативы, включая солнечные коллекторы, которые могут помочь, когда питание от сети невозможно, или потребляемая мощность настолько велика, что затрудняет использование традиционных аккумуляторов.

Приняв все это во внимание, мы рассмотрим приборы для беспроводной передачи информации и на их основе создадим свой, с улучшенными модификациями.

Размеры

Окружающие условия

Последовательный интерфейс

Интерфейс беспроводной связи

Питание

Общие сведения

Для того чтобы необходимая медицинская помощь была оказана оперативно, в случае, например, критического состояния сердца, на теле пациента фиксируется прибор, который способен анализировать в постоянном режиме данные о здоровье человека. Если устройство обнаруживает данные пациента, угрожающие жизни, автоматически устанавливается связь с мобильным телефоном по технологии Bluetooth. Телефон, при получении сигнала от прибора сообщение тревоги, которое пересылаются в центр слежения за пациентом и службу скорой медицинской помощи, где специалистами проводится анализ данных и, например, в случае обнаружения опасного состояния, оповещается специалист неотложной медицинской помощи. Данная схема гарантирует пациенту оказание своевременной медицинской помощи и, как следствие, спасение жизни.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Данные новые подходы к мониторингу пациентов в их домашних условиях позволяют реализовывать концепции, которые не были возможны в прошлом. В таких областях, как спортивная медицина, медицина сна, экстренная медицина, реанимация, а также мониторинг в домашних условиях, у врачей и обслуживающего персонала появляется больше уверенности в проведении обычных процедур.

Обычный аналоговый модем с Bluetooth-приемником, установленный в доме пациента, превращается в приемную станцию. Мобильные телефоны и смарт-фоны могут выполнять роль подходящих принимающих станций. С этих принимающих станций данные идут на веб-сервер, который осуществляет оценку измерений с возможной постановкой диагноза. Подобным образом реализуются медицинские порталы, позволяющие осуществлять интегрированное наблюдение за пациентами в рамках программ профилактики заболеваний.

Мы, как раз, занимаемся изобретением подобного передающего прибора, который будет передавать информацию о состоянии пациента на телефон, а тот в свою очередь, будет отсылать экстренное сообщение на веб-сайт больницы, либо, непосредственно, врачу.