CN102772851A - 植入式医疗系统及其无线跳频通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植入式医疗系统及无线跳频通信方法，包括植入病人体内的植入式医疗器械、体外控制装置，所述植入式医疗器械与体外控制装置之间具有多个设定频率的通信频道，植入式医疗器械与体外控制装置按照预设的跳频表选择通信频道，当所述植入式医疗器械及体外控制装置所在通信频道的通讯质量不符合设定标准时，所述植入式医疗器械及体外控制装置等待不同的跳频间隔时间后分别切换至跳频表的下一设定通信频道。与现有技术相比本发明使得在体外控制装置向植入式医疗器械发送控制命令之前，通过后台软件发送通信连接维护指令自动维护体外控制装置和植入式医疗器械之间无线通信频道的正常通信，使用实时性较好用户交互响应界面流畅。
Description
技术领城
本发明涉及植入式医疗系统，尤其是植入式医疗系统的无线跳频通信方法。
背景技术
植入式医疗系统通常包括植入式神经电刺激系统(包括脑深部电刺激DBS，植入式脑皮层刺激CNS，植入式脊髓电刺激SCS，植入式骶神经电刺激SNS，植入式迷走神经电刺激VNS等)、植入式心脏电刺激系统(俗称心脏起搏器)、植入式药物输注系统(IDDS)等。
以植入式神经电刺激系统为例，主要包括植入体内的脉冲发生器、电极以及体外的控制装置。其中，脉冲发生器与电极相连接，从而将脉冲发生器所产生的脉冲传输到电极，脉冲发生器产生的脉冲信号由电极传输至特定神经靶点进行电刺激，从而使人体机能恢复到正常运作的状态。体外控制装置包括医生程控器、病人控制器。
其中，病人控制器是为病人配备的用来根据自己的情况控制开关或者调节体内脉冲发生器的输出参数的装置，病人通常仅能够在医生设置的调节范围内自行调节。医生程控器是医生用来根据病人情况监控调节体内脉冲发生器的输出参数的装置，通常一个医生程控器可用来控制多个脉冲发生器。病人控制器和医生程控器可通过无线通信模式、磁性线圈或其他通信方式与脉冲发生器进行通信。
目前采用无线通信模式是植入式医疗系统发展的趋势。现有的植入式医疗系统中，医生程控器和病人控制器内部均设置有与脉冲发生器通信的无线通信模块。由于对体外控制装置与植入式医疗器械之间的无线通信连接可靠性要求较高，因此，在植入式医疗系统中应用了无线跳频技术防止比如环境因素等各种无线干扰。
现有的无线跳频通信方法通常有以下几种，一种是不管所在当前频道是否通信质量良好，植入式医疗器械和体外控制装置都定时跳频，这种跳频方法的优点是能够防止他人侦听，而缺点是定时控制时序精度要求较高，同时耗能较大，对于电池能量一定的植入式医疗系统来说并不适用。
一种是当体外控制装置需要向植入式医疗器械发送控制命令时发现当前频道的通讯质量不良再跳频，比如有5个无线通信频道，在向植入式医疗器械发送控制命令之前，体外控制装置先向植入式医疗器械发送通信频道通信质量是否良好的查询指令，如体外控制装置能够收到植入式医疗器械回复的查询应答指令，则认为当前所在的无线通信频道通信质量良好；如体外控制装置向植入式医疗器械发送三次查询指令，仍未收到任何查询应答指令，则认为当前所在的无线通讯频道的通信质量不良，应该执行跳频指令。然而此时已经耗费了多次发送查询指令及等待应答指令的时间，假如跳频到下一个通信频道后通信质量仍然不好，在向植入式医疗器械发送控制命令之前通常将耗费较长且不确定的时间才能跳频到通信质量较好的通信频道。因此这种方法虽然能够节省植入式医疗器械的电池能耗，但对于医生使用来说实时性较差，用户交互响应界面不流畅发生迟滞现象。
还有一种半自动跳频方法，当体外控制装置发现当前频道有其他设备在通讯时或存在其他干扰时，体外控制装置发一条跳频指令给植入式医疗器械，然后切换到指定的备用频道；植入式医疗器械收到跳频指令后，也切换到指定的备用频道，然而这种方法存在以下几个问题。假如植入式医疗器械能收到这个指令，其实说明双方能正常通讯，为何还要跳频呢？相反，如果植入式医疗器械不能接收到跳频指令，又怎能配合体外控制装置进行同步跳频呢？所以，这种半自动跳频方法只能保证不同的配对设备工作在不同的备用频道而已，同样解决不了信号干扰和实时响应差的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种具有无线通信实时性好、植入式医疗器械与体外控制装置之间的交互响应流畅的植入式医疗系统及其无线跳频通信方法。
根据本发明所提供的技术方案，一种植入式医疗系统，包括：
植入病人体内的植入式医疗器械，所述植入式医疗器械包括第一天线、第一无线收/发器、第一微处理器系统模块；
体外控制装置，所述体外控制装置包括第二天线、第二无线收/发器、第二微处理器系统模块；
所述第一无线收/发器与第二无线收/发器之间具有多个设定频率的通信频道，所述第一无线收/发器与第二无线收/发器按照预设的跳频表选择通信频道，当所述第一无线收/发器与第二无线收/发器选择同一设定频率的通信频道时可进行通信；
当所述植入式医疗器械及体外控制装置所在通信频道的通讯质量不符合设定标准时，所述植入式医疗器械及体外控制装置等待不同的跳频间隔时间后分别切换至跳频表的下一设定通信频道。
优选地，所述第二微处理器系统模块被后台软件编程间隔设定时间向植入式医疗器械发送通信连接维护指令，当所述第二微处理器系统模块收不到植入式医疗器械发出的应答信号或收到的应答信号强度小于设定值时，则第二无线收/发器按所述设定的跳频表跳至下一设定通信频道；
所述第一微处理器系统模块被后台软件编程定时判断是否收到体外控制装置发送的通信连接维护指令，当所述第一微处理器系统模块判断收不到体外控制装置发送的通信连接维护指令或收到的通信维护指令信号强度小于设定值时，则第一无线收/发器按设定的跳频表跳至下一设定通信频道。
优选地，所述植入式医疗器械的跳频表的跳频间隔时间比体外控制装置的跳频表的跳频间隔时间长。
优选地，所述第一微处理器系统模块包括用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间的第一定时器、用于存储设定的跳频表的第一寄存器、用于处理无线传输的信息和指令的第一微处理器；
所述第二微处理器系统模块包括用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间的第二定时器、用于存储设定的跳频表的第二寄存器、用于处理无线传输的信息和指令的第二微处理器。
优选地，所述第一无线收/发器与第二无线收/发器为无线射频收/发器。本发明所述的植入式医疗器械可为植入式神经刺激器、植入式心脏起搏器、植入式心律转复除颤器或者植入式药物输注器，体外控制装置可为病人控制器或医生程控器。
本发明还提供了一种植入式医疗系统无线跳频通信方法，包括植入病人体内的植入式医疗器械，所述植入式医疗器械包括第一天线、第一无线收/发器、第一微处理器系统模块；
体外控制装置，所述体外控制装置包括第二天线、第二无线收/发器、第二微处理器系统模块；
所述第一无线收/发器与第二无线收/发器之间具有多个设定频率的通信频道，所述第一无线收/发器与第二无线收/发器按照预设的跳频表选择通信频道，当所述第一无线收/发器与第二无线收/发器选择同一设定频率的通信频道时可进行通信；
该方法包括如下步骤：
A：所述体外控制装置间隔设定时间向植入式医疗器械发送后台通信连接维护指令；
B：所述植入式医疗器械及体外控制装置分别判断所在通信频道的通讯质量是否符合设定标准；
C：当所述植入式医疗器械及体外控制装置所在通信频道的通讯质量不符合设定标准时，所述植入式医疗器械及体外控制装置等待不同的跳频间隔时间后分别切换至跳频表的下一设定通信频道；
D：返回步骤A。
优选地，当通信质量不符合设定标准时所述体外控制装置向植入式医疗器械发送后台通信连接维护指令的定时间隔小于当通信质量符合设定标准时所述体外控制装置向植入式医疗器械发送后台通信连接维护指令的定时间隔。
优选地，所述步骤B中所述植入式医疗器械的通信质量设定标准包括是否在设定的时间内能收到体外控制装置发出的通信连接维护指令、收到的体外控制装置发出的通信连接维护指令强度是否大于设定值、检测到的干扰信号强度是否大于设定值。
优选地，步骤B中所述体外控制装置的通信质量设定标准包括是否在设定的时间内能收到植入式医疗器械应答的通信连接维护指令、收到的植入式医疗器械应答的通信连接维护指令强度是否大于设定值、检测到的干扰信号强度是否大于设定值。
优选地，所述植入式医疗器械的跳频表的跳频间隔时间比体外控制装置的跳频表的跳频间隔时间长。
优选地，所述第一微处理器系统模块包括用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间的第一定时器、用于存储设定的跳频表的第一寄存器、用于处理无线传输的信息和指令的第一微处理器；
所述第二微处理器系统模块包括用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间的第二定时器、用于存储设定的跳频表的第二寄存器、用于处理无线传输的信息和指令的第二微处理器。
优选地，所述第一无线收/发器与第二无线收/发器为无线射频收/发器。
与现有技术相比本发明的优点是：在向植入式医疗器械发送控制命令之前，通过后台软件发送通信连接维护指令自动维护体外控制装置和植入式医疗器械之间无线通信频道的正常通信，如判断各自所在频道的通信质量不良时则分别按照跳频表自动跳频，能够保证医生在使用体外控制装置向植入式医疗器械发送控制指令之前始终能够处于通信良好的同一设定频率的通信频道。与现有技术相比，使用实时性较好用户交互响应界面流畅，避免了在向植入式医疗器械发送控制命令之前耗费不确定的时间在通信频道的维护上。并且，本发明的无线跳频通信方法无需等候对方发送跳频指令，避免了通信质量不良时跳频指令无法被接受的缺点。
附图说明
附图1为本发明的模块原理图一；
附图2为本发明的模块原理图二；
附图3为本发明的无线跳频通信方法的原理流程图；
其中：10、植入式医疗器械；11、第一天线；12、第一无线收/发器；13、第一微处理器系统模块；131、第一微处理器；132、第一寄存器；133、第一定时器；20、体外控制装置；21、第二天线；22、第二无线收/发器；23、第二微处理器系统模块；231、第二微处理器；232、第二寄存器；233、第二定时器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
参照图1，一种植入式医疗系统，包括：植入病人体内的植入式医疗器械10，所述植入式医疗器械10包括第一天线11、第一无线收/发器12、第一微处理器系统模块13；
体外控制装置20，所述体外控制装置包括第二天线21、第二无线收/发器22、第二微处理器系统模块23。
所述第一无线收/发器12与第二无线收/发器22之间具有多个设定频率的通信频道，所述第一无线收/发器12与第二无线收/发器22按照同一预设的跳频表选择通信频道，当所述第一无线收/发器12与第二无线收/发器22选择同一设定频率的通信频道时可进行通信。举例来说，比如植入式医疗器械和体外控制装置的跳频表均为1、2、3、4、5共5个设定通信频道，当所述第一无线收/发器12与第二无线收/发器22都在1频道时可进行正常通信。所述第一无线收/发器12的跳频表与第二无线收/发器22的跳频表也可以不完全相同，比如部分相同。
当所述植入式医疗器械10及体外控制装置20所在通信频道的通讯质量不符合设定标准时，所述植入式医疗器械10及体外控制装置20等待不同的跳频间隔时间后分别切换至跳频表的下一设定通信频道。如上例，如果当前植入式医疗器械所在频道为1频道，当植入式医疗器械10判断1频道的通信质量不良时切换至2频道。同样地，如果当前体外控制装置20所在频道为4频道，当体外控制装置20判断4频道的通信质量不良时切换至5频道。
由于植入式医疗系统的植入病人体内的植入式医疗器械的电池容量是有限的，为了节省电能本发明由体外控制装置20向体内的植入式医疗器械10发送通信连接维护指令。具体地说，所述体外控制装置20的第二微处理器系统模块23被后台软件编程间隔设定时间向植入式医疗器械10发送通信连接维护指令，当所述第二微处理器系统模块23收不到植入式医疗器械10发出的应答信号或收到的应答信号强度小于设定值时，则第二无线收/发器22按所述设定的跳频表跳至下一设定通信频道。
所述第一微处理器系统模块13被后台软件编程间隔设定时间判断是否收到体外控制装置20发送的通信连接维护指令，当所述第一微处理器系统模块13判断收不到体外控制装置20发送的通信连接维护指令或收到的通信维护指令信号强度小于设定值时，则第一无线收/发器12按设定的跳频表跳至下一设定通信频道。
在本实施方式中所述植入式医疗器械10的跳频表的跳频间隔时间比体外控制装置20的跳频表的跳频间隔时间长，即植入式医疗器械10的跳频速度慢，体外控制装置20的跳频速度快。比如植入式医疗器械10的跳频表的跳频间隔时间是体外控制装置20的跳频表的跳频间隔时间的10倍，保证体外控制装置20总能在较短的时间内切换至与植入式医疗器械10相同的通信频道。
所述第一微处理器系统模块13包括第一定时器131，用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间；第一寄存器132，用于存储设定的跳频表；第一微处理器133，用于处理无线传输的信息和指令。
所述第二微处理器系统模块23包括第二定时器231，用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间；第二寄存器232，用于存储设定的跳频表；第二微处理器233，用于处理无线传输的信息和指令。
所述第一无线收/发器12与第二无线收/发器13为无线射频RF收/发器。
本发明还提供了一种植入式医疗系统无线跳频通信方法，该方法包括如下步骤：
A：所述体外控制装置20间隔设定时间向植入式医疗器械10发送后台通信连接维护指令；
B：所述植入式医疗器械10及体外控制装置20分别判断所在通信频道的通讯质量是否符合设定标准；
C：当所述植入式医疗器械10及体外控制装置20所在通信频道的通讯质量不符合设定标准时，所述植入式医疗器械10及体外控制装置20等待不同的跳频间隔时间后分别切换至跳频表的下一设定通信频道；
D：返回步骤A，进入到下一个循环。
当通信质量不符合设定标准时所述体外控制装置向植入式医疗器械发送后台通信连接维护指令的定时间隔小于当通信质量符合设定标准时所述体外控制装置向植入式医疗器械发送后台通信连接维护指令的定时间隔。即当无线通信中断时快速发送后台通信维护指令，以快速地建立植入式医疗器械10与体外控制装置20之间的无线通信，使体外控制装置20的控制界面流畅。
具体地说，若在当前1频道体外控制装置20间隔设定时间向植入式医疗器械10发送后台通信连接维护指令，当体外控制装置20每次均收到植入式医疗器械10应答的通信连接维护指令，则体外控制装置20仍以原定时间隔发送通信连接维护指令。当体外控制装置20第一次未收到植入式医疗器械10应答的通信连接维护指令，则体外控制装置20第二次及第三次以小于原定时间隔的定时间隔快速向植入式医疗器械10发送通信连接维护指令。假如连发三次后均未收到植入式医疗器械10应答的通信连接维护指令，则跳频到2频道后快速向植入式医疗器械10发送通信连接维护指令，若收到植入式医疗器械10应答则恢复到原定时间隔。
所述步骤B中所述植入式医疗器械10的通信质量设定标准包括是否在设定的时间内能收到体外控制装置发出的通信连接维护指令、收到的体外控制装置发出的通信连接维护指令强度是否大于设定值、检测到的干扰信号强度是否大于设定值。具体地说，所述体外控制装置20的第二微处理器系统模块23被后台软件编程间隔设定时间向植入式医疗器械10发送通信连接维护指令，所述植入式医疗器械10的第一微处理器系统模块13判断在设定的时间内收不到体外控制装置发出的通信连接维护指令或者收到的体外控制装置发出的通信连接维护指令强度小于设定值或者检测到的干扰信号强度小于设定值时，则第一无线收/发器12按照跳频表切换至下一设定的通信频道。
步骤B中所述体外控制装置20的通信质量设定标准包括是否在设定的时间内能收到植入式医疗器械应答的通信连接维护指令、收到的植入式医疗器械应答的通信连接维护指令强度是否大于设定值、检测到的干扰信号强度是否大于设定值。具体地说，所述体外控制装置20的第二微处理器系统模块23被后台软件编程间隔设定时间向植入式医疗器械10发送通信连接维护指令，当所述第二微处理器系统模块23在设定的时间内收不到植入式医疗器械10发出的通信连接维护指令或者收到的植入式医疗器械10发出的通信连接维护指令强度小于设定值或者检测到的干扰信号强度小于设定值，则第二无线收/发器22按所述设定的跳频表跳至下一设定通信频道。
本发明使得在体外控制装置向植入式医疗器械发送控制命令之前，通过后台软件发送通信连接维护指令自动维护体外控制装置和植入式医疗器械之间无线通信频道的正常通信，如判断各自所在频道的通信质量不良时则分别按照跳频表自动跳频，能够保证医生在使用体外控制装置向植入式医疗器械发送控制指令之前始终能够处于通信良好的同一设定频率的通信频道。与现有技术相比，使用实时性较好用户交互响应界面流畅，避免了在向植入式医疗器械发送控制命令之前耗费不确定的时间在通信频道的维护上。并且，本发明的无线跳频通信方法无需等候对方发送跳频指令，避免了通信质量不良时跳频指令无法被接受的缺点。
本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及实质的情况下，本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求保护的范围。
Claims (12)
1.一种植入式医疗系统，其特征在于：包括：
植入病人体内的植入式医疗器械，所述植入式医疗器械包括第一天线、第一无线收/发器、第一微处理器系统模块；
体外控制装置，所述体外控制装置包括第二天线、第二无线收/发器、第二微处理器系统模块；
所述第一无线收/发器与第二无线收/发器之间具有多个设定频率的通信频道，所述第一无线收/发器与第二无线收/发器按照预设的跳频表选择通信频道，当所述第一无线收/发器与第二无线收/发器选择同一设定频率的通信频道时可进行通信；
当所述植入式医疗器械及体外控制装置所在通信频道的通讯质量不符合设定标准时，所述植入式医疗器械及体外控制装置等待不同的跳频间隔时间后分别切换至跳频表的下一设定通信频道。
2.根据权利要求1所述的植入式医疗系统，其特征在于：所述第二微处理器系统模块被后台软件编程间隔设定时间向植入式医疗器械发送通信连接维护指令，当所述第二微处理器系统模块收不到植入式医疗器械发出的应答信号或收到的应答信号强度小于设定值时，则第二无线收/发器按所述设定的跳频表跳至下一设定通信频道；
所述第一微处理器系统模块被后台软件编程定时判断是否收到体外控制装置发送的通信连接维护指令，当所述第一微处理器系统模块判断收不到体外控制装置发送的通信连接维护指令或收到的通信维护指令信号强度小于设定值时，则第一无线收/发器按设定的跳频表跳至下一设定通信频道。
3.根据权利要求1所述的植入式医疗系统，其特征在于：所述植入式医疗器械的跳频表的跳频间隔时间比体外控制装置的跳频表的跳频间隔时间长。
4.根据权利要求1所述的植入式医疗系统，其特征在于：
所述第一微处理器系统模块包括用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间的第一定时器、用于存储设定的跳频表的第一寄存器、用于处理无线传输的信息和指令的第一微处理器；
所述第二微处理器系统模块包括用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间的第二定时器、用于存储设定的跳频表的第二寄存器、用于处理无线传输的信息和指令的第二微处理器。
5.根据权利要求1至4中任一所述的植入式医疗系统，其特征在于：所述第一无线收/发器与第二无线收/发器为无线射频收/发器。
6.一种植入式医疗系统无线跳频通信方法，包括植入病人体内的植入式医疗器械，所述植入式医疗器械包括第一天线、第一无线收/发器、第一微处理器系统模块；
体外控制装置，所述体外控制装置包括第二天线、第二无线收/发器、第二微处理器系统模块；
所述第一无线收/发器与第二无线收/发器之间具有多个设定频率的通信频道，所述第一无线收/发器与第二无线收/发器按照预设的跳频表选择通信频道，当所述第一无线收/发器与第二无线收/发器选择同一设定频率的通信频道时可进行通信；
其特征在于，该方法包括如下步骤：
A：所述体外控制装置间隔设定时间向植入式医疗器械发送后台通信连接维护指令；
B：所述植入式医疗器械及体外控制装置分别判断所在通信频道的通讯质量是否符合设定标准；
C：当所述植入式医疗器械及体外控制装置所在通信频道的通讯质量不符合设定标准时，所述植入式医疗器械及体外控制装置等待不同的跳频间隔时间后分别切换至跳频表的下一设定通信频道；
D：返回步骤A。
7.根据权利要求6所述的植入式医疗系统无线跳频通信方法，其特征在于：当通信质量不符合设定标准时所述体外控制装置向植入式医疗器械发送后台通信连接维护指令的定时间隔小于当通信质量符合设定标准时所述体外控制装置向植入式医疗器械发送后台通信连接维护指令的定时间隔。
8.根据权利要求6所述的植入式医疗系统无线跳频通信方法，其特征在于：所述步骤B中所述植入式医疗器械的通信质量设定标准包括是否在设定的时间内能收到体外控制装置发出的通信连接维护指令、收到的体外控制装置发出的通信连接维护指令强度是否大于设定值、检测到的干扰信号强度是否大于设定值。
9.根据权利要求6所述的植入式医疗系统无线跳频通信方法，其特征在于：步骤B中所述体外控制装置的通信质量设定标准包括是否在设定的时间内能收到植入式医疗器械应答的通信连接维护指令、收到的植入式医疗器械应答的通信连接维护指令强度是否大于设定值、检测到的干扰信号强度是否大于设定值。
10.根据权利要求6所述的植入式医疗系统无线跳频通信方法，其特征在于：所述植入式医疗器械的跳频表的跳频间隔时间比体外控制装置的跳频表的跳频间隔时间长。
11.根据权利要求6所述的植入式医疗系统，其特征在于：
所述第一微处理器系统模块包括用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间的第一定时器、用于存储设定的跳频表的第一寄存器、用于处理无线传输的信息和指令的第一微处理器；
所述第二微处理器系统模块包括用于计算设定的跳频表的跳频间隔时间的第二定时器、用于存储设定的跳频表的第二寄存器、用于处理无线传输的信息和指令的第二微处理器。
12.根据权利要求6至11中任一所述的植入式医疗系统，其特征在于：所述第一无线收/发器与第二无线收/发器为无线射频收/发器。
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