CN101960797B - 基于可获得但可变的信号质量优化生理监测 - Google Patents

Abstract

当通过医院网络传输患者数据时，数据类型被按优先级排序为数据类型层次(26)，在削减的信号质量的时间段期间，采用所述数据类型层次(26)以按照临界性的顺序对数据类型进行排列以进行传输。随着信号质量下降，在传输中更少的临界数据类型被忽略，并且更少的临界数据类型存储到空隙数据缓冲器用于稍后传输。随着信号质量恢复，所述更少临界数据类型被复原到当前数据传输。一旦所有数据类型在当前传输期间被复原，则传输之前忽略的空隙数据以填充诸如网络服务器的接收设备中的空隙，以确保向网络和/或与其耦合的其它设备提供完整的数据集。

Description

基于可获得但可变的信号质量优化生理监测

本发明特别应用于患者监测，特别地，包括通过保健网络的生理监测。然而，将理解，所描述的技术也可以应用于其他信息传输和通信情景或技术。

使用基于竞争的有线和无线网络提供了用于安全水平的生理监测的通信层。使用私人网络和所保护的无线电光谱支持该成就。在许多情况下，不能够获得有线带宽和无线光谱(总称为信号质量)，在此，应用需要在现有和共享(例如，非私有)的基础设施上运行。常规系统的一个缺陷在于当干扰或有争议拥塞限制可获得网络带宽的量时很难确保将关键信息传给系统。在一些应用中，当不允许数据延迟和失落时，网络适于支持比其它应用有更高交通优先级的某些应用(例如，语音先于IP)。

通常，在医院网络中采用局域网，并且该网络的负载显著变化。当负载高的时候，或者存在干扰的时候，对于任意设备的可用信号质量低，并且用户察觉的信号质量变得较差。当设备试图上传比网络所能够承载的数据更多的数据时，信息包未被送达、被丢失等等。这生成所监测数据中的空隙，并且可以导致丢失的生理信息，所述信息是馈送回顾性应用中的警报算法或者重建数据所必须的。当设备未能接收所需的确认时(例如，承认或“ACK”)，并且当一些数量的信息包未被成功接收或延迟时，设备将认为连接是丢失的并且试图重新建立新的连接。这引起数据和监测中的中断和空隙。当生理波形数据变为空隙数据时，这是特别麻烦的。

传统的生理监测系统期望固定带宽，经由所述带宽通过所需要的应用数据。当出现降低可用信号质量的干扰时，通常没有满足基本性能，并且用户意识到监测的丢失。再一次地，该系统通常完全关闭连接，并且之后，一旦出现适当的连接质量，重新建立连接。

本发明提供新的和改进的生理监测系统和方法，所述系统和方法克服了上述问题和其他问题。

根据一方面，网络通信优化系统包括：收发器，其通过网络传输和接收数据，以及信号质量分析器，其根据实际数据递送和基于应用程序的延迟测量检测网络拥塞和延迟。系统还包括：传输控制器，其根据预定的数据类型层次选择性地减少在削减的信号质量的时间段期间，要由收发器传输的当前数据类型，以及缓冲器，其存储在减少的数据传输期间忽略的空隙数据。

根据另一方面，响应于网络拥塞优化数据传输的方法包括连续监测网络上的信号质量可用性，并且当信号质量可用性高于第一预定阈值时，传输所有当前数据。方法还包括当信号质量可用性下降到低于N个连续预定阈值中的每个之下时，根据要被连续忽略的预定数据类型层次递增地减少当前数据传输，其中，N为正数，并且包括第一预定阈值，以及缓冲所忽略的数据(或者当不存在网络连通性时采集的其他数据)以用于稍后传输。另外地，方法包括当信号质量可用性上升到高于N个连续预定阈值中的任一个时，根据预定的数据类型层次递增地提高当前数据传输，所述预定阈值包括第一预定阈值，并且当信号质量可用性返回到高于第一预定阈值的水平时，传输被忽略的数据。

一个优势在于在减少的带宽时间段期间，通信链接未完全终止。

另一个优势在于即使在严重削减的带宽的时间段期间也确保诸如患者监测警告的较高的优先数据被传输。

另一个优势在于本申请适于使得数据到目标客户的能力，并且跟踪所丢失的，从而所有数据将最终到达系统信息库。

另一个优势在于不存在针对用于支持自适应数据算法的专用带宽的特殊网络考虑或事先参与。

本领域那些普通技术人员在阅读并理解下述详细描述之后将理解该主题创新的另一优势。

本创新可以采取各部件及部件的布置以及各步骤及步骤的安排的形式。附图仅用于示出各方面，而不应该被理解为限制本发明。

图1示出了用于使用可适用数据通信过程的数据传输优化系统，由此当存在网络拥塞或延迟时，应用调节设备和系统之间的数据；

图2为示出根据信号质量可用性的数据类型层次关系的示例的图形的示意图；

图3示出了根据这里所描述的各方面，根据信号质量可用性的选择性地调节数据传输的方法的流程图。

这里描述了检测可用信号质量变化、自动调节应用访问以及通信内容的系统和方法，并提供了一旦期望的网络信号质量恢复用于交换数据的机制。这些系统和方法与用于有线和无线医学LAN应用的医学设备和健康信息系统具有特定相关，并且具有对临界数据通量被可变信号质量(有线和无线带宽)基础结构损害的其他领域的更广泛的应用。

图1示出了用于使用可适用数据采集过程的数据传输优化系统10，由此当存在网络拥塞时，应用调节设备和系统之间的数据和数据类型。该独特方法确保保持所期望的性能水平，并且还提供设备使空隙数据(网络所未知的数据)缓存并且在稍后出现足够带宽时传输空隙数据的方法。

系统10包括收发器12，其将数据传输到医院网络，并从医院网络接收数据，上述医院网络诸如包括多个患者监视器、工作站、包括中央服务器13的服务器、非医学设备、应用等的医院网络。收发器耦合到多路复用器/解复用器(MUX/DEMUX)14，其多路复用和/或调制输出数据并解复用和/或解调输入数据，以由处理器16处理。处理器还耦合到存储器18，所述存储器18存储输入数据(例如，处理前和处理后数据)、被传输到网络的数据、用于处理数据的算法和/或例程、评估信号质量、根据可用信号质量调整数据传输体积等。

处理器包括检测并量化网络拥塞的信号质量分析器20。信号质量分析器包括ACK/NACK分析器22，其对接收到确认的所传输数据包(例如，表示由网络服务器13和/或其他接收设备成功接收)与未接收到确认的所传输数据包的比率进行量化。由信号质量分析器采用该比率以推断出现网络拥塞，并且因此推断可用信号质量被削减。信号质量分析器还包括基于应用程序的延迟分析器27，从而接收应用能够检测到到达但迟到到达的数据并且将该数据包括在适当系统通量的确定中。在一个实施例中，延迟分析器分析针对给定数据类型的数据读取数字，其中，数据读取数字为由高分辨率时钟计数器编码的数据包，经由时钟计数器延迟分析器测量延迟。在另一实施例中，使用数据本身来确定通量和延迟，允许以传输模式进行数据测量，诸如传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)或者任何其他适合的传输模式。而另一方法涉及针对预先指定的应用保存带宽，这便于在不依赖于服务质量的情况下在任意通信网络上采用这里所描述的系统和方法。

信号质量分析器20能够在考虑数据类型层次中描绘的预定信号质量阈值的情况下，任选地执行分阶段的或连续的历史信号质量数据的回顾，以与当前信号质量数据相比较。该历史质量数据还可以额外地被用作由于医学应用中有限的数据可用性的原因而通知临床用户的触发，以及通知系统管理员网络中潜在的问题。之后传输控制器24执行例程(例如，存储在存储器中)用于忽略传输信号中预定义的数据类型，以减少在削减的信号质量或者增加的延迟的时间段期间的数据传输体积。随着信号质量降低数据类型被忽略的顺序是根据存储在存储器18中的预定义数据类型层次26的。

处理器16被额外地耦合到多个生理传感器和生理波形，诸如普通波形(例如，心电图等)、警报生成器21、和/或一个或多个其他类型的生理、设备和/或描述患者参数的患者数据25(例如，心率、血压、呼吸率、SpO₂或者可以被监测或者与监测共同用于临床决定和警报的任何其他参数，包括患者人口统计学和报告)。这些设备提供从处理器16到医院网络的输出的数据。

要被传输的数据从处理器通过输出缓冲器28传输到MUX用于在由收发器传输到网络之前进行调制和/或多路复用。在减少的数据传输(例如，由于如由信号质量分析器检测到的削减的信号质量)的时间段期间，传输控制器忽略如由数据类型层次所规定的一种或多种数据类型。所忽略的数据被缓存在存储空隙数据的空隙数据缓冲器30中直到可获得足够的信号质量用于传输。

在一个实施例中，信号质量分析器连续地监测信号质量可用性和递送延迟，并且当ACK/NACK分析器未检测任意NACK(例如，持续规定的时间段或针对规定数量的数据包)，或者明显的递送延迟(延迟)时，则传输控制器如由层次所规定的(例如，相对于忽略的顺序相反的顺序中)将忽略的数据类型增加回当前传输中。一旦信号质量可用性增加到再次传输所有数据类型的水平时，处理器开始传输空隙数据(例如，之前在减少的传输和低信号质量可用性期间忽略的数据)。从空隙数据缓冲器30中检索缓存的空隙数据，并通过MUX向上游传送到收发器，以用于传输到网络。

根据另一实施例，传输控制器24在输出缓冲器28中保持数据包直到收到确认(例如，ACK)被接收。然而，当未接收针对数据类型的确认(例如，没有确认，或“NACK”)或者接收太晚(例如，延迟)时，则数据被移动到空隙数据缓冲器30。与ACK/NACK和延迟分析器结合的信号质量分析器，基于未成功传输的包的数量确定可获得多少信号。当可获得少于全带宽时，传输控制器不仅使一些包被存储，而且还改变包的内容。例如，如果可以获得任意带宽，警报或者包括警报的包将被传输。如果可以获得更多一点的信号质量，ECG信号将被发送等。如果系统在降低的信号质量下操作，但是包均被递送，那么，传输控制器开始增加被传输的信息的量。一旦检测到或者重新建立足够的信号质量以传输所有当前数据，则传输控制器试图获得甚至更多的信号质量从而传输之前忽略的来自空隙数据缓冲器28的存储的空隙数据。以该方式，目的位置处(例如，网络服务器、工作站等)的数据中的空隙被填充已提供完整数据史。因此，系统10减轻在共享网络环境中遭遇对服务质量的典型的和不期望的干扰，并确保当检测到增加的信号质量可用性的时，期望数据在之后被提供给网络。

图2为示出根据信号质量可用性的数据类型层次关系的示例的图形40的图示。在一个实施例中，利用针对所有设备的当前通量的知识来执行数据通信，其中网络服务器或给定设备与所述所有设备进行通信。在通信由于干扰、拥塞或失效而被损坏，导致受限但尚存的连接时，关于网络的设备具有关于哪些数据停止发送和哪些优先权以确保保持某些最小化性能和警惕性患者监测的预先安排的布置。

根据附图，在降低的带宽可用性的不同连续水平上示出多个点A-G。在点A，可以获得全带宽，并且从而传输所有当前数据。例如，整个数据可以包括但不限于N波生理信号(例如，ECG、心率、SpO₂、呼吸率、介入性血压、压力和血流模式等)，其中，N为整数，所有患者参数、事件、警告、概述数据(从一个床到下一个床位发送的生理数据)、记录、高保真波片断数据、任意可获得趋势上传、任意可获得文件上传等。在点B，信号质量在一定程度上被削减，当前数据传输被减少到N波形、参数、事件、警告和概述数据。忽略数据被缓存，以用于在信号质量可用性增加到在点A所示的水平时传输。在点C，信号质量被进一步削减，并且当前数据传输被进一步减少，排斥时间数据和一些参数数据。在点D，一些N波形被忽略。在点E一些概述数据被忽略。在点F，波形被下采样以进一步降低信号质量需求，并且概述数据被减少以仅包括警报和概述信息。在点G，由于信号质量严重受限，仅传输警报和一些参数信息。在每个点B-G，由于降低的信号质量而被忽略的任意数据(例如，在点A的数据集中列出的)被缓存到空隙数据缓冲器用于稍后传输。

即：在“全信号质量”模式下，系统能够接收生理波形、参数、警报和其他应用需求的超集。随着信号质量下降，系统抑制特征和/或局部缓存数据直到返回到“全”通信信号质量。如果检测到信号质量的进一步降低，后台上传(空隙数据和/或打印需求)被暂停，直到通信恢复并且信号质量可用性增加。

如果检测到进一步降低，进行总生理数据集的减少(并且将忽略数据标记为“空隙”数据)，直到检测到信号质量恢复。系统10减少到需要实现患者监测的最小数量的波形、参数和警报。如果检测到进一步降低，系统以较低位分辨率发送下采样的波形数据并仅发送主要波形(例如，ECG)，直到恢复。在最小数据通量中，系统仅发送警报信息和周期的数字数据直到恢复。在恢复期间，系统首先复原来自所有用户的全保真实时数据，之后用发送设备将缓存或空隙数据进行优先排序。

上述示例示出了可以结合这里描述的系统和方法采用的数据类型层次。然而，应该理解，数据类型层次并不限于上述的患者监测数据类型，而是可以包括通过网络传输的数据的任意种类或类型(例如，来自诸如呼吸机、静脉药物治疗和馈送泵等的接口设备的数据)，其中，在所述网络中采用这里所描述的系统和/或方法。另外，信号质量可用性水平不需要被均匀地或者线性地在信号质量的总量上进行分隔，而且可以以任意期望方式进行定义或布置。

图3示出了根据这里所描述的各方面，根据信号质量可用性的选择性地调节数据传输的方法的流程图。在60，从耦合到网络的设备传输当前数据的完整集合或全集。在62，评价可用信号质量。尽管描述为方法中的各步骤，将理解如根据图1所描述的，根据由用于传输的数据包的设备接收的ACK连续执行信号质量可用性评价和/或检测。如果获得足够的信号质量(例如，设备接收到针对所有传输的数据包的全部或其至少预定的百分比的ACK)，并且数据延迟低于针对数据类型的预定水平，那么，方法返回到60并且继续全数据传输。

如果不能获得足够信号质量，(例如，预定百分比的传输数据包接收NACK，或未接收ACK)，或者，如果数据延迟高于预定水平，那么，在64，根据由数据类型层次表示的优先级减少数据传输，并且一个或多个数据类型被从当前传输中忽略，与此同时，将被忽略的数据缓存在指定的缓冲器中。在66，传输减少的数据集。在68，为减少的数据传输在延迟和ACK/NACK方面评估信号质量可用性。如果对于减少的数据集的传输信号质量不足够，那么，方法返回到64，在这里执行进一步的传输减少。

如果在68确定针对当前传输体积可获得足够的带宽，那么，在69，做出关于是否存在足够信号质量以增加数据传输体积的决定。如果不存在，那么，方法返回到68，并且以当前减少的体积继续数据传输。如果存在，那么，在70，根据数据类型层次，增加传输数据(例如，通过包括之前忽略的数据类型)。在72传输增加的数据集。在74基于增加的数据传输重新评价带宽可用性。如果带宽不是足够，那么，方法返回到64用于根据数据类型层次的数据减少。

如果在74信号质量足够，那么，在76，做出关于当前是否传输完整或全部数据集的确定。如果没有，那么，方法返回到70，用于进一步增加包括在传输中的数据类型，如由数据类型层次所规定的。如果全部数据被传输，那么，在78，除传输完整的当前数据集之外，也传输缓冲的空隙数据(例如，在减少的数据传输期间存储到专用缓冲器中的之前忽略的数据)。

本创新已经参照若干实施例进行描述。在阅读并理解上述详细描述之后可以想到对其它方面的修改和改变。旨在将本创新解释为包括所有这些修改和改变，只要上述修改和改变在所附权利要求及其等价物的范围内。

Claims (13)

1.一种网络通信优化系统（10），包括：

收发器（12），其通过网络传输和接收数据；

信号质量分析器（20），其根据实际数据递送和基于应用程序的延迟测量检测网络拥塞和延迟；

缓冲器（30）；以及

传输控制器（24），其用于根据预定的数据类型层次（26）通过从传输信号忽略预定数据类型来选择性地减少在削减的信号质量或增加的延迟的时间段期间，要由所述收发器（12）传输的当前数据类型，其中，在减少的数据传输期间忽略的空隙数据被存储在所述缓冲器中；所述传输控制器（24）还用于当信号质量可用性增加到足够用于全部当前数据传输的水平时，启动所缓冲的空隙数据的传输以填充在减少的数据传输期间由数据忽略引起的数据空隙，并且其中，所述传输控制器（24）在响应于检测到的网络拥塞或延迟而减少当前数据传输之前，暂停所缓冲的空隙数据的传输。

2.根据权利要求1所述的系统，其在医院网络中采用，并且还包括中央服务器（13），所述中央服务器（13）接收来自所述收发器（12）、从一个或多个生理传感器或能够提供设备数据或者患者生理数据（21、23、25）的设备中导出的数据。

3.根据权利要求1或2所述的系统，还包括确认分析器（22）和延迟分析器（27），其评估针对所传输的数据包而接收的确认，以分别确定网络拥塞或延迟的水平。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述传输控制器（24）在以下范围内改变由所述收发器（12）传输的当前数据的量：从在没有拥塞或低拥塞的时间段期间的全部数据传输下至在高拥塞时间段期间的警报的传输。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述信号质量分析器（20）连续评估信号质量可用性，并且所述传输控制器（24）根据当前信号质量可用性增加或降低当前数据传输。

6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述数据类型层次（26）包括多种数据类型，其中，相对于其他数据类型，所述“警报”数据类型具有最高优先级，以确保即使在高网络拥塞的时间段期间，警报也被传输。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，警报类型数据包括用于监测患者的最小数量的波形、警报和参数。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述数据类型层次（26）包括以下数据类型的组，其按照优先级由最高到最低的顺序，其中，在较高优先级数据类型传输之前较低优先级数据类型被忽略传输：

警报数据；

警报反射体概述数据和下采样波形数据；

概述数据；

波形数据；

参数数据和事件数据；以及

趋势上传数据、局部缓存数据和文件上传数据。

9.一种响应于网络拥塞优化数据传输的方法，包括：

连续监测网络上的信号质量可用性；

当信号质量可用性高于第一预定阈值时，传输所有当前数据；

当信号质量可用性下降到低于N个连续预定阈值中的每个时，根据要被连续忽略的预定的数据类型层次（26），递增地减少当前数据传输，其中，N为正数并且包括所述第一预定阈值；

缓冲被忽略的数据，以用于稍后传输；

当信号质量可用性上升到高于所述N个连续预定阈值中的任一个时，根据所述预定的数据类型层次（26），递增地增加当前数据传输，其中，所述预定阈值包括所述第一预定阈值；

当信号质量可用性返回到高于所述第一预定阈值的水平时，传输所述被忽略的数据；以及

一旦恢复全部当前数据传输并且接收到针对预定义百分比的当前数据包的确认，就传输所缓冲的空隙数据；并且如果针对所传输的当前数据包的确认下降到低于预定义的可接受阈值水平，终止空隙数据的传输。

10.根据权利要求9所述的方法，其在接收所传输的数据的医院网络中采用，所传输的数据包括由一个或多个传感器、患者监测器或生理数据发送设备（21、23、25）收集的信息，并且所述的方法还包括分析针对所传输的数据包的确认和延迟信息，以确定数据质量可用性。

11.根据权利要求9或10中的任一项所述的方法，其中，当信号质量可用性低于第N个预定阈值时，仅传输患者监测警报信息，并且其中，所述警报信息包括警告和引起所述警告的所监测的参数的波形。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括确定信号质量可用性是否已经复原到所述第一预定阈值处的水平或者高于所述第一预定阈值的水平，并且当信号质量可用性复原到所述第一预定阈值处的水平或者高于所述第一预定阈值的水平时，传输全部当前数据集。

13.一种响应于网络拥塞优化数据传输的装置，包括：

用于连续监测网络上的信号质量可用性的模块；

用于当信号质量可用性高于第一预定阈值时，传输所有当前数据的模块；

用于当信号质量可用性下降到低于N个连续预定阈值中的每个时，根据要被连续忽略的预定的数据类型层次（26），递增地减少当前数据传输的模块，其中，N为正数并且包括所述第一预定阈值；

用于缓冲被忽略的数据以用于稍后传输的模块；

用于当信号质量可用性上升到高于所述N个连续预定阈值中的任一个时，根据所述预定的数据类型层次（26），递增地增加当前数据传输的模块，其中，所述预定阈值包括所述第一预定阈值；

用于当信号质量可用性返回到高于所述第一预定阈值的水平时，传输所述被忽略的数据的模块；

用于一旦恢复全部当前数据传输并且接收到针对预定义百分比的当前数据包的确认，就传输所缓冲的空隙数据的模块；以及，用于如果针对所传输的当前数据包的确认下降到低于预定义的可接受阈值水平，终止空隙数据的传输的模块。

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