JP5043102B2 - ヘルスケア装置用コグニティブ監視無線デバイス - Google Patents

Description

本発明は、ヘルスケア装置用の無線監視デバイスに関する。本発明は、無線医療センサ、診断イメージングシステム等といったヘルスケア装置を監視することに特定の用途を見出す。しかしながら、本発明は、産業装置、製造装置、輸送装置、住居及び商業ビル装置、軍事装置といったものを含む他の装置を監視するのにも適用可能であることを理解されたい。

ヘルスケア装置は通常、故障する可能性のある多数の機械的及び電気的システムを持つ。これらのシステムの故障は、修復されるまでその装置を動作不能にし、重要な診断又は処置ツールが使えないという予想外の状況にヘルスケア専門家を陥れる可能性がある。一例を挙げれば、ＣＴスキャナは通常、保守が必要なベアリング上で回転する回転ガントリを含み、Ｘ線管用の電力供給源、コンピュータその他電子装置、冷却システム、移動可能な患者支持部等を持ち、これらはすべて保守又は交換が必要である。ＣＴスキャナは、Ｘ線管のアーク放電といったさまざまな状態を監視する自動診断システムを持つことができる。アーク放電が頻繁に生じるとき、この情報は、専用の電話線を介して中央センタに通信されることができる。ベアリングのオーバーヒート、プロセッサ障害といった他の状態も同様に報告可能である。

すべての診断装置は、専用の電話線に容易に対応可能というわけではない。例えば、モバイル超音波システムは、場所を変えて移動することができる。モバイル装置から中央端末に監視情報を通信することは、例えば専用の無線周波数信号を使用するなどさまざまな方法で実行されることができる。しかしながら、斯かるモバイル装置は、さまざまな環境で動作されることができる。例えば、携帯電話、ＰＤＡ、コンピュータ、ヘルスケアモニタ等の数千の電子デバイスがすべて無線で通信される、温度管理が施された病院がある。他の例では、ポータブル超音波システムは、乾燥した暑い砂漠における野戦病院、冷たく湿気のある山岳病院等の他の環境に配置されることができる。

患者が身に付ける生理状態モニタといったいくつかのヘルスケア装置は、無線通信に対する異なるアクセスを用いて、異なる環境における異なる場所の中を自由に移動する。更に、無線周波数帯は通常、国又は地域ベースで割り当てられる。これは、斯かるモニタが各国に対して特殊に製造されることを必要とする。患者が別の国に旅行するとき、その通信周波数は、テレビ又はラジオといった異なる用途に割り当てられている場合がある。このことは、患者が着用するセンサからの信号との強い干渉が生じることになる。

同様な問題が、例えば、製造施設における機械といった他のタイプの大きな固定装置、自動車、機関車等の他のタイプの輸送装置、その他においても生じる。

本発明の目的は、上述の問題その他を克服するコグニティブ監視無線デバイスを提案することにある。

１つの側面によれば、コグニティブ監視無線装置が与えられる。コグニティブモニタが、複数のセンサから入力を受信し、上記センサから受信される少なくともいくつかの入力を示すメッセージを生成し、上記感知された入力に基づき、どの上記メッセージがフォワードされるべきかを決定するよう構成される。上記装置は、更に、上記コグニティブモニタから上記メッセージを受信し、利用可能な通信パラメタの中から選択し、上記メッセージを無線で通信するコグニティブ無線機を含む。

別の側面によれば、コグニティブ監視方法が与えられる。入力が、複数のセンサからを受信される。上記センサから受信される少なくともいくつかの入力を示すメッセージが生成される。上記感知された入力に基づきどの上記メッセージがフォワードされるべきかが決定される。利用可能な通信パラメタの中から選択が実行され、上記メッセージが無線で通信される。

１つの利点は、異なるタイプのヘルスケア及び他の装置に容易に適合できる点にある。

別の利点は、異なる環境に容易に適合できる点にある。

別の利点は、予想外のダウンタイムを減らせる点にある。

以下に述べる好ましい実施形態の詳細な説明を読み、及び理解することにより、本発明の更なる追加的な利点が当業者において明らかとなるであろう。

本発明は、様々な要素及び要素の配列の形式並びに様々なステップ及びステップの配列の形式を取ることができる。図面は、好ましい実施形態を説明するためだけにあり、本発明を限定するものとして解釈されるべきものではない。

機械及びシステム状態監視は、高い信頼性、品質及び効率性が探求される近代産業においてはかなり重要である。今日の複雑で洗練された装置の維持にかかる高コストは、近代的な保守管理システムを拡張させる必要性を生み出している。状態ベースの保守(ＣＢＭ)は、装置の状態により示される必要性に基づき、保守の不確実性を減らす。例えば、オンラインによる連続監視によって、工場の稼働状態(health)は連続的に更新されることができる。深刻な欠陥が近いうちに壊滅的な障害を起こしそうな場合には、機械はシャットダウンされることができる。それ以外の場合には、緊急性の低い欠陥として監視され、次の保守シャットダウンでの交換がスケジュールされることができる。事前の保守計画により、スペアパーツを注文しておくことができ、すべての必要なマンパワー及びリソースが定期保守において利用可能となる状態を可能にし、ダウンタイムを最小化する。

過去数年にわたる無線サービスが拡大したことは、周波数帯ベースの通信リンクに対するビジネス界、顧客及び政府の要求が広大であり更に大きくなっていることを証明した。周波数帯アクセス、効率性及び信頼性は、重要な公共政策上の課題である。無線システムがより多くの周波数帯を以前より強力に、かつ、より効率的に使用する可能性が技術進歩により生じている。中でも、自分自身のネットワーク内でのライセンスによる、及び交渉又は機会ベースで周波数帯アクセスを共有する周波数帯ユーザによる、強力で効率的な周波数帯の使用を可能にするコグニティブ無線技術が存在する。これらの技術は、とりわけ、位置を決定し、隣接デバイスによる使用における周波数帯を感知し、周波数を変更し、パワーを調整し、並びに通信パラメタ及び特性を変化させるデバイスの能力を含む。これらの無線技術は、以前には利用できなかった空間、時間及び周波数領域(dimension)において使用する周波数帯を広げる。

図１を参照すると、コグニティブデバイス１０が、さまざまな監視デバイスのいずれかから入力を集め、監視データのどれが通信されるべきかを選択し、無線通信のどのモードを使用するか選択する。コグニティブデバイス１０は、コグニティブモニタ１２とコグニティブ無線機１４とを含む。コグニティブモニタは、どの監視情報が通信されるべきかを決定するインテリジェントシステムである。これは、監視パラメタ、装置の状態、及び環境の把握を含む。コグニティブ無線機１４は、動作環境との相互作用に基づき、送信パラメタを変化させることができる無線機である。この相互作用は、他の周波数帯ユーザとの交渉若しくは通信、並びに／又は、コグニティブ無線機内での受動センシング及び意思決定を含むことができる。

図１の例示的な実施形態においては、コグニティブモニタは、ＣＴスキャナ２０に接続される。スキャナは、固定ガントリ２２と回転ガントリ２４とを含む。Ｘ線管２６、検出器２８、さまざまな他のコンピュータ、冷却システム、冷却ポンプ等が、その回転ガントリに付けられることもできる。回転ガントリは、１つ又は複数のベアリングにより固定ガントリ上で支持される。患者支持部３０は、高さを調節するため、及びその上部をＣＴスキャナのボアの中及び外へ進めるためのモータ及びギアを含む。アーク電流又はＸ線管２６での他の一時的な問題を感知するセンサ３２、Ｘ線検出器の故障を監視するモニタ３４、及び他のセンサ３６といった複数のセンサが、電子装置、電力供給源、冷却装置のサーキュレーション、冷却液温度等の動作を感知する。固定ガントリ上の追加的なセンサ３８が、ベアリング温度、固定ガントリ上の電子装置の動作等を監視する。患者支持部上の追加的なモニタ４０が、モータ及びギアの動作を監視する。固定ガントリ及び患者支持部上のモニタ３８及び４０は、感知された情報をワイヤを用いてコグニティブモニタに通信する。回転ガントリ上のセンサ３２、３４、３６は、スリップリングを介して、ＲＦ通信により、光学通信により等の態様で、その感知された情報をコグニティブモニタに送信することができる。もちろん、ＣＴスキャナは、例示のためだけに図示されている。さまざまな他のタイプのヘルスケア及び非ヘルスケア装置が、１つ又は複数のセンサを用いて供給されることもできる。装置は、例えば、患者が身に付けるポータブル生理状態モニタといった装置の小さな一部分を含むものと理解されたい。

データを収集した後、コグニティブモニタ１２は、エラーを含む又はアーチファクト信号に対して真の情報信号を識別するための論理アラーム低減アルゴリズム(ＬＡＲＡ)といったさまざまな技術のいずれかを用いて、信号の集合を解析する。即ち、コグニティブモニタは、その品質に基づき、これらの信号をソートする。その場合、アーチファクトあり信号は、アーチファクトなし信号と比べると品質において低ランクとされる。コグニティブ無線機１４は、利用可能な周波数帯機会に基づき、送信プロトコルを選択する。コグニティブ無線機は、パーソナルエリアネットワーク(ＰＡＮ)の受信機４２、ローカルエリアネットワーク(ＬＡＮ)の受信機４４、メトロポリタンエリアネットワーク(ＭＡＮ)の受信機４６等と通信することができる。

図２を参照すると、コグニティブモニタ１２は、分別器(reasoned)又は論理回路５０を含む。分別器は、上述されたセンサ３２−４０といった複数のセンサ又はモニタに接続される。その入力データは、監視デバイスから収集される。監視され感知されるデータの正確な特性は、センサ又はモニタに応じて変化することになり、有利には、Ｗ３Ｃ推奨によるコンポジットケイパビリティ／プリファレンスプロファイル(ＣＣ／ＰＰ)構造及び言語を用いて記述されることができる。異なるタイプの入力を受信することができる一般的なコグニティブモニタを用いて、監視機能５２が、初期セットアップの間オペレータにより入力される。

分別器は更に、異なる監視又は感知データの中での関係を表すアプリケーション要件５４を受信する。その要件は、どの環境の下どのデータが中央端末(central location)に通信されるべきかに関するルールセットを含むことができる。例えば、ベアリングの温度を感知するとき、アプリケーション要件は、ベアリングがどのくらいまで熱くなることができるか、及びどの温度で情報が送信されるべきかに関するルールセットを含むことになる。例えば、ベアリングが正常より１０％高く作動している場合、あるルールは、この情報が収集され、要約され、１日１回又は１週間に１回通信されるべきであることを要求することができる。しかしながら、致命的な障害可能性温度に到達するまでベアリング温度が急激に上昇する場合、そのルールは、感知温度がより頻繁に通信されるべきであることを要求することができる。正確な頻度は、温度増加の割合に依存することができる。ベアリングが致命的な障害が今にも起こりそうな温度に達するとき、ルールは、その情報が直ちに送信されるべきであることを要求することができる。送信されるべきさまざまな感知データの特性及び送信されるときの優先順位を表す他の種々のルールも想定される。ランキング要素５６は、エラー信号又はアーチファクトを特定し、アーチファクトをアーチファクトのない信号から区別するのに役立ち、それらをその区別に従ってランク付けする。アーチファクトのない信号は、高くランク付けされ、ひどいアーチファクト信号は、低いランク付けとなる。コグニティブ無線機１４からの帯域幅機会５８入力が、利用可能な帯域幅の量を分別器５０にアドバイスするのに使用される。帯域幅機会情報は、例えば、ＸＭＬで表されることができる。通常、そのルールは、利用可能な帯域幅が限られているとき、最も高い優先順位の情報のみが通信されることになることを特定することになる。対照的に、かなりの量の帯域幅が利用可能であるときは、低優先順位の情報が送信されることができる。ある実施形態では、さまざまな要件が、オントロジーウェブ言語(ＯＷＬ)で表現される。

ルールは、その装置が異なる環境条件下で作動するとき、異なる優先順位を特定することができる。環境特性６０入力は、現在の使用環境に関する情報を示す。環境特性は、位置、時間、温度、湿度その他の環境要素、家庭、オフィス、工場、戦場等の場所の性質に関する適切な情報を捕捉する。田舎対都会に関する情報も入力されることができる。重要な環境特性に対しても同様に適切であるような適切な環境状態センサ及び入力部が、１つ又は複数の環境特性６０入力と関連付けられる。入力は、規定された源から送信されることができるか、又は監視装置を用いて位置決めされることができる。

分別器５０は、どの入力データ又はメッセージが送信されるべきかに関する提案６２を生成するための論理的解析においてルールを適用するため、ランキング要素により与えられるランキング、コグニティブ無線機により与えられる利用可能な帯域幅、アプリケーション要件、及び他の入力を利用する。分別器により利用されるルールは、他の源からの情報又はパラメタに基づき動的なものとすることができる。

コグニティブ無線機１４は、コグニティブモニタが使用することができる帯域幅機会を選択する。図３を参照すると、コグニティブ無線機に対する例示的な意思決定支援システムが、２次無線システムの近くの領域で１次無線システムにより受信される干渉のレベルを制限するための送信パラメタに関する制約を記載するポリシ記述７０入力を含む。米国では、ポリシは、連邦通信委員会(ＦＣＣ)により記述され、オントロジーを用いるＯＷＬ言語で表される。デバイス機能７２入力は、電力源、ＣＰＵ、メモリ、周波数範囲、チャネライゼーション、変調エンコーディングスキーム及び通信プロトコルといったデバイスの特性及び限界の記述を受信する。これは、ＣＣ／ＰＰ推奨を用いて記述されることができる。

現在の送信／受信状態７４入力は、例えばノイジーである、しゃべり声が少ないといった現在の通信環境の状態に関するフィードバックを与える。測定結果は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｈ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｋ等のさまざまな許容標準を用いて規定され、ＯＷＬ言語を用いてオントロジーとして表されることができる。無線領域情報７６入力は、無線通信の領域に関する情報のリポジトリへの関連付けをする。これは、周波数帯機会管理のためのアルゴリズムによって、通信パラメタに関して必要とされるような情報を含む。例えば、送信出力、周波数、通信デバイス間の最大距離、変調エンコーディングスキーム等が、互いに関連付けられる。例えば、分別器５０は、そのデバイスが通信出力を上げるかどうか、検出範囲が増加するかどうか、及び同時に他の無線デバイスが観測することになる干渉レベルが増加するかどうかを知りたい場合がある。異なる無線通信パラメタ間には更に多くの相互依存性が存在する。この基本情報は、利用可能である情報、環境、必要な無線通信距離等に関する適切なルールの生成を容易にする。

ルール及びこれらのパラメタを用いて、分別器５０は、論理的決定を行い、周波数、最大許容電力、コード、特定のプロトコル等といった通信のためのパラメタを表す追加の提案７８を生成する。その提案は例えば、ＸＭＬ文書又は文字列で表されることができる。

図４を参照すると、分別器要素５０が、過去の入力からの推測に基づきパラメタ提案を取得する推測エンジンとして実現されることができる。分別器は、ポリシーからの情報、現在の送信／受信状態フィードバック、及びデバイス機能に基づき複数の周波数帯機会を特定することができる。

コグニティブ無線機は好ましくは、周波数帯アジャイルデバイスである。分別器５０により利用されるルールは、斯かる周波数帯アジャイルデバイスにより利用されるアルゴリズムの表現である。これらは、例えば、

を用いてモデル化されることができる。Ｊａｖａ（登録商標）環境におけるＪＥＳＳといったルールエンジンが、推測エンジン又はシェル８０として使用される。

表されたデバイスは、ルールの適切なローディング及びルールメモリ８２への他の入力により、ユーザが複数の装置タイプのいずれかへと調整又はプログラムすることができるプラットホームを与える。ルールは静的ではなく動的である。即ち、センサ、産業及び政府基準、技術等が変更又は更新されるとき、ルールが更新及び変更される。これらのデバイスは、異なる利用可能な周波数帯を用いる異なるマーケットを含む世界中のどこでも使用されることができ、アラームを通信することができることになる。カスタム調整されたモバイルセキュリティ又は環境監視システムが、認証機関と常に通信できるインテリジェントアラームを用いて作成されることができる。斯かるデバイスは、周波数帯機会を検出し、無線通信リンクを確立することにより、任意のサブシステム、システム、主要な要素等の状態に関する有益な情報を、任意の時間に任意の場所から報告する。

図５を参照すると、コグニティブモニタ１２が、生理状態モニタ２０'に格納される。ＥＫＧ、脈拍数、血液酸素といったセンサ９０、及び他のセンサが、感知された情報をポータブルモニタ２０'及びコグニティブデバイス１０に入力する。バッテリレベル及び故障可能性を感知する追加のセンサ９２、又はモニタ２０'における保守インジケータが、感知状態を示す信号を入力するためコグニティブモニタ１２に接続される。上述されたように、コグニティブモニタは、さまざまなルール及び入力に基づき、受信されたセンサ入力のうちどれが中央端末に送信されるべきか及びその優先順位を決定する。

本発明は、好適な実施形態を参照して記述されてきた。上記詳細な説明を読み理解すれば、第三者は、修正及び変形を思い付くことになろう。本発明は、添付の請求項及びそれらと均等な範囲内である限り、斯かる修正及び変更をすべて含むものとして解釈されることが意図される。

コグニティブ監視システムの図式的な表示を示す図である。 図１のコグニティブモニタに関する決定支援システムの図式的な表示を示す図である。 図１のコグニティブ無線機に関する決定支援システムの簡略化された実現を示す図である。 図２及び図３の分別器の要素の図式的な表現を示す図である。 生理状態モニタにコグニティブモニタが一体化される別の実施形態を示す図である。

Claims (20)

1. 複数のセンサから入力を受信し、前記センサから受信される少なくともいくつかの入力を示すメッセージを生成し、前記センサから受信される入力のアーチファクトの程度を決定し、前記程度に基づき、どの前記メッセージがフォワードされるべきかを決定するよう構成されるコグニティブモニタと、
   前記コグニティブモニタから前記メッセージを受信し、利用可能な通信パラメタの中から選択し、前記メッセージを無線で通信するコグニティブ無線機とを有する、コグニティブ監視無線装置。
2. 動作状態を感知するヘルスケア装置に接続される複数のセンサを更に含み、前記センサが、前記コグニティブモニタに接続される、請求項１に記載のコグニティブ監視無線装置。
3. 前記コグニティブモニタが、
   ルール及び他の利用可能な情報に基づき前記センサからの入力の論理的解析を実行する分別器を含む、請求項１に記載のコグニティブ監視無線装置。
4. 前記コグニティブモニタが、
   前記論理的解析に使用するため前記センサからの入力の特性を受信する監視機能入力部と、
   前記論理的解析に使用するため異なる潜在的入力の中での関係の記述を受信するアプリケーション要件入力部と、
   前記センサから受信される入力のアーチファクトの程度を決定し、前記程度に応じて前記入力をランク付けするためのデータを与えるランキング要素入力部と、
   前記論理的解析に使用するため利用可能な帯域幅の特性を前記コグニティブ無線機から受信する帯域幅機会入力部と、
   前記論理的解析に使用するため現在の使用環境を表すデータを受信する環境特性入力部とのうちの少なくとも１つを更に含む、請求項３に記載のコグニティブ監視無線装置。
5. 前記分別器により実行される論理的解析が、前記ランキング要素入力部により与えられるランク付け、前記コグニティブ無線機からの前記帯域幅機会入力部により与えられる利用可能な帯域幅、アプリケーション要件入力部により与えられるアプリケーション要件、及びどのメッセージが送信されるべきかを決定する他の入力を用いる、請求項４に記載のコグニティブ監視無線装置。
6. 前記分別器が、前記コグニティブ無線機の通信特性に関する論理的決定を行い、前記分別器は、
   前記論理的決定をするのに使用するため通信パラメタに関する規制的制約を受信するポリシ記述入力部と、
   前記論理的決定をするのに使用するため前記コグニティブ無線機の特性及び限界を表す入力を受信するデバイス機能入力部と、
   前記コグニティブ無線機により経験される現在の通信環境を表すデータを受信する現在送信／受信状態入力部と、
   周波数帯機会管理のためのアルゴリズムを受信する無線領域情報入力部とのうち少なくとも１つを更に含む、請求項３に記載のコグニティブ監視無線装置。
7. 前記分別器により実行される論理的決定が、前記コグニティブ無線機により使用されることになる無線周波数通信パラメタを表す提案を生成する、請求項６に記載のコグニティブ監視無線装置。
8. 前記通信パラメタが、周波数、最大許容出力、コード及びプロトコルを含む、請求項７に記載のコグニティブ監視無線装置。
9. 前記ヘルスケアデバイスが、撮像器及びポータブルな患者運搬生理状態モニタのいずれかである、請求項２に記載のコグニティブ監視無線装置。
10. 生理状態を測定するため患者に固定されるよう適用される複数のセンサを更に含み、前記センサが、前記コグニティブモニタに接続される、請求項１に記載のコグニティブ監視無線装置。
11. 前記コグニティブモニタが、推測エンジンと、ルール入力から受信される複数のルールを格納するメモリとを含み、前記推測エンジンは、どの情報がリモートの監視端末に送信されるべきかを決定するためのルールに基づき、前記センサからの受信入力を解析する、請求項１に記載のコグニティブ監視無線装置。
12. 複数のセンサから入力を受信するステップと、
    前記センサから受信される少なくともいくつかの入力を示す１つ又は複数のメッセージを生成し、前記センサから受信される入力のアーチファクトの程度を決定し、前記程度に基づきどの前記メッセージがフォワードされるべきかを決定するステップと、
    利用可能な通信パラメタの中から選択するステップと、
    前記フォワードされることになるメッセージを無線で通信するステップとを有する、コグニティブ監視方法。
13. 利用可能な通信パラメタの中から選択するステップが、周波数、最大許容出力、コード及びプロトコルの中から選択するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記センサを用いて、ヘルスケア装置の動作状態を感知するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記センサからの前記入力に関する論理的解析を実行するステップを更に含み、前記論理的解析ステップが、
    前記センサからの入力の特性を表す監視機能と、
    異なる可能性のある入力の中での関係を表すアプリケーション要件と、
    前記センサからの前記受信入力におけるアーチファクトの程度が決定され、前記入力がランク付けされるランキングデータと、
    前記メッセージの無線通信に利用可能な帯域幅の特性を表す帯域幅機会と、
    現在の使用環境を表す環境特性とのうちの少なくとも１つに基づかれる、請求項１２に記載の方法。
16. 通信パラメタに関する論理的決定を実行するステップを更に含み、前記論理的決定が、
    通信パラメタに関する規制的制約を表すポリシ記述と、
    通信フォーマットを選択し前記メッセージを無線で通信するコグニティブ無線機の特性及び限界を表すデバイス機能と、
    前記コグニティブ無線機により経験される現在の通信環境を表す現在送信／受信状態と、
    周波数帯機会管理のためのアルゴリズムを含む無線領域情報とのうちの少なくとも１つに基づかれる、請求項１２に記載の方法。
17. 前記どのメッセージがフォワードされるべきかを決定するステップ及び利用可能な通信フォーマットの中から選択するステップが、前記センサからの前記受信入力を解析する推測エンジンを用いて、複数のルールが入力されるとき受信されるルールに関して、前記入力されたルールに基づき動作させるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
18. 監視デバイスであって、
    １つ又は複数の入力パラメタに基づき送信されるべき１つ又は複数のメッセージを決定する装置と、
    前記監視デバイスの位置に基づき１つ又は複数の通信パラメタを決定する装置と、
    前記決定されたメッセージを通信する装置とを有する、監視デバイス。
19. 前記送信されるメッセージが、ルールセットに基づかれる、請求項１８に記載の監視デバイス。
20. 前記ルールが、動的である、請求項１９に記載の監視デバイス。

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