JP5543506B2 - 医療機器の無線バッテリー状態管理 - Google Patents

Description

本発明は、無線患者装置に関する。当該装置は、特に患者と接続されそして無線で互いに及び中央ユニットと通信する生理学的監視装置への適用が考えられる。しかしながら、本発明はまた、注入ポンプのような、無線で制御される薬品注入装置等にも適用可能である。

伝統的に、ＥＫＧセンサー、脈拍センサー、血液酸素センサー、等のような患者監視装置は、それぞれその制御ユニットとケーブルにより接続される。このケーブルの迷路は、配置が不便であり、患者にとって不快である。更に、患者を移動することは、標準的にケーブルを外しそして移動後にそれらを再接続する必要がある。不便性に加え、患者は移動中、監視されないままである。

ケーブルを排除する努力では、無線バッテリーで電力供給されるセンサー装置が提案されている。しかしながら、患者の生体信号を監視する場合、又は重要な薬剤を投入する場合、切れたバッテリーは不便を超え、命にかかわり得る。

しばしばバッテリーで動作される構成要素は、バッテリーの現在の充電レベルを測定するセンサーを備えている。いくつかの構成要素は、強い充電の単純な緑灯及びバッテリーが切れる寸前である弱い充電の赤灯を提供する。他の構成要素は、バッテリー寿命の残存部分を表示する計測器である。バッテリー寿命は、バッテリーが切れるであろう時に、単に非充電のレベルを表示する。名義上同様のバッテリーは、異なる最大充電量を保持するか、又は異なるレートで放電する。バッテリーは年を経ると、次第に寿命が短くなる傾向がある。

病院では、ある患者は複数の、もしかすると６個以上の監視装置を有して良い。何百人もの患者が監視されている場合、全ての監視装置のバッテリー状態表示器の検査は、実務上悪夢である。従って、装置にあるバッテリーレベル監視装置は、命に係わる状況においてバッテリーの問題から確実に解放されない。

これら及び他の問題により、システム設計者らは、装置の特性がより重要である場合、標準の有線装置を無線装置に置き換えることを躊躇している。バッテリーが折り悪く機能しなくなると、その結果は、場合によっては命に係わる状況への困惑から、医療事故／製造物責任訴訟までに及び得る。それにも拘わらず、いくつかの重要な装置、例えば携帯用人工呼吸器及び静脈内輸液ポンプは、バッテリーを備えている。更に、しばしば重要でない装置が重要な状況で、例えば画像診断が外傷患者に用いられる。極端な例では、これらの装置の１つが不十分なバッテリーパワーにより機能しなくなると、結果は悲惨になり得る。

本出願は、無線通信可能なユニットと共に用いられる新たな改善されたバッテリー監視システムを検討する。本出願は、上述及び他の問題を克服する。

本発明のある態様によると、医療システムが提供される。無線医療構成要素は、医療処置を実行する機能構成要素、当該機能構成要素に電力を供給する無線電源、当該電源の充電レベルを監視する充電レベル監視装置、及び無線で信号を当該機能構成要素及び当該充電レベル監視装置から送信する送信機、を有する。医療システムはまた、無線医療構成要素からの送信信号を受信する受信機と接続されたホスト装置を有する。ホスト装置は、機能構成要素から受信した信号を解釈する医療機能信号解釈手段、及び無線医療構成要素の概算残存動作時間を決定するバッテリー分析手段を有する。

本発明の別の態様によると、無線医療構成要素のバッテリー寿命を監視する方法が提供される。医療処置は、機能構成要素と共に実行され、その間、当該機能構成要素に電力を供給する電源の充電レベルは、充電レベル監視装置で監視される。機能構成要素及び電力レベル監視装置からの情報を伝達する信号は、構成要素から無線で送信され、そしてホスト装置で受信される。機能構成要素から受信した信号は、解釈され、そして無線医療構成要素の概算残存動作時間は、受信信号から決定される。

本発明のある利点は、バッテリーで動作する構成要素を有するシステムのより良い信頼性である。

別の利点は、複数の同様の装置のより良いバッテリー管理である。

別の利点は、バッテリーで動作する構成要素の信頼性の向上である。

別の利点は、バッテリーで動作する重要なシステムの安全性の向上にある。

本発明の更に別の利点及び利益は、以下の好適な実施例の詳細な説明を読み理解することにより、当業者に明らかである。

無線医療構成要素及びバッテリー監視システムの好適な実施の説明図である。 図１の無線医療構成要素のより詳細な表現である。 標準的なバッテリー電圧減衰の時間対電圧のグラフである。 構成要素及び受信機が１：１の比である場合のバッテリー監視システムの説明である。 単一の受信機が複数の構成要素から受信する場合のバッテリー監視システムの説明である。 無線ホットスポット環境で実施されたバッテリー監視システムの説明である。

本発明は、種々の構成要素及び構成要素の配置、並びに種々の段階及び段階の配置の形式を取って良い。図は、好適な実施例の説明のみを目的とし、従って、本発明を限定するものと見なされるべきではない。

図１を参照すると、無線医療構成要素１０は、臨床的方法で用いられている。無線なので、構成要素１０は、移動性の利点を有し特定の部屋又は地点に固定されない。構成要素１０は電気パワーを用いたままその機能を実行し又は通信するので、バッテリー又は他の携帯可能な電源を有する。図２を参照すると、構成要素１０はより詳細に示される。構成要素１０は、再充電可能な電源又はバッテリー１２により電力を供給される。望ましくは、バッテリー１２は再充電可能であり、従ってユーザーは構成要素１０を使用しないときに構成要素１０を接続架台に取り付け可能である。理解されるべき点は、従来の再充電不可能なバッテリーも考えられるが、それらはやや便利でない。バッテリー１２は、ＥＫＧセンサー、脈拍センサー、血液酸素センサー、血液測定センサー、脳波センサー、温度センサー、かん流ポンプ、点滴静注制御装置、患者識別タグ又はリストバンド、ペースメーカー、人工呼吸器、Ｘ線検出器、ＭＲＩコイル、等のような機能構成要素１４に電力を供給する。標準的に、各患者と関連付けられた構成要素は、互いに通信し、アドホック網を形成する。

これら構成要素１０はバッテリーで電力を供給されるので、使用中、構成要素が不適切な瞬間に機能しなくならないよう、バッテリー残量が分かることは有利である。この目的のため、構成要素１０はまた、バッテリーレベル又は充電レベル監視装置、例えば連続的にバッテリー１２の電圧出力を監視する電圧監視装置１６を有する。好適な実施例では、電圧監視装置は、電圧測定値を取得するだけで、収集したデータを解釈しない。データのオンボード解釈が検討されるが、データのオンボード解釈は、追加の専用マイクロプロセッサーのような追加回路構成要素を有し得るのでより高価であり、価格を増大しバッテリー寿命を短くし得る。マイクロプロセッサー制御ユニット１８は、監視機能データ、装置ＩＤ、可能ならばネットワーク又は患者識別子、他の構成要素から受信した情報、等を無線転送器のバッテリーレベルデータと一緒に処理する。図１を参照し、図２を続けて参照すると、無線送信機２０は、ホスト装置２４と接続された受信機２２へデータを送信する。無線送信機は、望ましくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、低強度無線周波数（ＲＦ）波、等のような低電力、短距離送信機である。勿論、長距離手段が使用可能であるが、望ましくは短距離、低強度送信が使用される。短距離送信は、全てではないが大部分の重要な要件を満たす。低電力送信機では、受信機２２は患者の近くに置かれる。ホスト装置２４は、送信ケーブル、無線ＬＡＮ、等により受信機と接続される。代案としてホスト装置２４は、特定の構成要素に特化され、受信機２２に取り付けられる。例えば、再充電架台、受信機２２及びホスト装置２４は、移動可能なカートに取り付けられ得る。連続的な送信よりむしろ、制御ユニット１８は、最近の測定の回転ログを維持し、ホスト装置２４等によりポーリングされた場合、全ての測定値を最近の履歴から周期的に送信する。

図１を参照すると、例であるＸ線検出器の実施例では、携帯可能なＸ線源２６は、診断用のＸ線を支持表面２８、標準的には患者用ベッドの上に置かれた対象を通じて送信する。患者は、ベッド及び患者とベッドとの間に置かれた検出器１０にＸ線を照射される。代案として、検出器１０は固定Ｘ線ユニット２６と連結して用いられ得る。患者は専用のＸ線室へ輸送される。再び、構成要素１０は、図１にＸ線検出器として示されが、本出願はバッテリーで電力供給される他の無数の医療装置に利用可能である。構成要素１０の送信機２０は、通常、情報のパケットを電圧測定値、画像データ、等を有するホスト装置２４へ送信する。更に、データパケットは、望ましくは構成要素に電力を供給するバッテリー１２の種類を有する構成要素識別表示を有する。受信機２２は、望ましくはイーサネット（登録商標）ＬＡＮ接続を介しホスト装置２４と接続され、情報のパケットを受信する。ある実施例では、送信機は、各画像が取得された後にデータのパケットを、その合間に周期的にバッテリー情報を送信する。バッテリー節約と恒常的なバッテリー監視との間の適度なバランスが必要である。好適な実施例では、送信機２０は、バッテリー情報を５分毎に送信するが、この時間長は用途に応じてより短く又は長くて良い。

受信機２２が電圧データを有するデータパケットを構成要素１０から受信すると、データパケットは、ホスト制御ユニット３０により復調され、無線信号を電圧データ及び診断用データに変換し戻す。診断用データは、Ｘ線画像の実施例における画像プロセッサーのような診断用データプロセッサー３２、及びバッテリー状態監視装置３４へ送信される。共通プロセッサーのソフトウェアルーチンが望ましいが、これらの機能は別個に又は簡易な図で説明される。受信機２２及びホスト制御ユニット３０、及びデータプロセッサー３２は、集合的にサブシステムとして参照され得る。サブシステムは、望ましくは自動画像又はグラフィック処理動作を、如何なるユーザー入力又はインターフェースもなしに実行し、同時にバッテリー状態監視装置３４は電圧データを解釈する。一般にはバッテリーが消耗するほど、出力電圧が徐々に弱まる。新しく充電された又は新しいバッテリーはそのバッテリーの定格値に非常に近いピーク電圧を出力するが、一方、消耗したバッテリーは、その定格値より有意に低い電圧を放出する。当然ながら、このため、バッテリー状態監視装置３４が如何なる計算も行う前に、バッテリーの定格電圧を知る必要がある。バッテリー１２の定格出力値、及びバッテリー１２の現在の動作電圧に基づき、バッテリー状態監視装置３４はバッテリーの充電の状態を決定する。

バッテリー状態監視装置３４は、バッテリー１２の現在の動作電圧を所定の百分率閾値と比較するソフトウェアを少なくとも有する。例えば現在の動作電圧が上限閾値より大きい場合、バッテリー状態監視装置３４は、バッテリー１２の残存充電を「良好」として格付けして良い。動作電圧が上限及び下限閾値の間である場合、監視装置３４はバッテリー状態を「低い」として報告して良い。最後に、バッテリー１２の現在の電圧が下限閾値の間である場合、監視装置３４はバッテリー状態を「危機的」としてラベル付けして良い。更に、バッテリー状態監視装置３４は、バッテリー状態が不明かどうか、例えば構成要素１０が受信機２２の受信範囲を所定数の期待送信より多く残すかどうかを報告可能であって良い。好ましいバッテリー状態監視装置３４は、ユーザーに、より正確な情報を提供可能であり、従ってユーザーは、バッテリーを交換若しくは充電すること、又は待って構成要素１０を現在の状態で更に長く動作させることが賢明であるか否かを、より正確に決定し得る。

履歴電圧測定値及び使用法を履歴メモリー３６に格納することにより、バッテリー状態監視装置３４は、電圧／残存使用法履歴を図に示すことが可能である。つまり、この装置のこのバッテリーに対し、普通に実行される又は実行を予定された処置で、履歴データはバッテリーの残存処置数を推定可能にする、又は連続監視動作ではバッテリーが尽きる時間を推定可能にする。バッテリー１２の充電又は交換は、実際の報告された動作電圧における有意な増加又はスパイクにより表示され得る。図３に示されるように、実際に報告された電圧データ点から、標準的な消耗パターンと結合し、バッテリー状態監視装置３４は、予測バッテリー寿命曲線を推定し、及び予測危機的時間点３８を決定可能である。予測危機的時間点３８では、バッテリー動作電圧が不十分になり構成要素１０を動作できないか、又は更なる処置を完全に実行できない。この方法では、どれだけ長くバッテリー１２が続くか、及びバッテリー１２を何時交換又は充電するか、及びそれが賢明であるか否かの予測が行われる。ユーザーが尋ね得る共通の質問は、バッテリーが週末中持つかである。夜中持つか？次の臨床スキャン中に持つか？このように、ユーザーは適正な段階を踏み、バッテリー１２が不適切な瞬間に切れないことを保証する。

更に、バッテリー履歴メモリー３６は、バッテリー１２が再充電可能ならば、バッテリー１２のバッテリー寿命曲線を保有する。バッテリー１２が古くなり、及びバッテリー１２の充電を維持する能力が弱まるほど、予測バッテリー寿命は短くなる。バッテリー状態監視装置３４は、バッテリー１２の充電を維持する能力を、劣化度と比較すると、バッテリー１２を単に充電するよりむしろ、再充電可能なバッテリーの交換を推奨する。

図４に示されたある実施例では、複数の構成要素１０_１−１０_ｎ及び２２_１−２２_ｎが存在する。１：１の対応として図示されるが、構成要素がネットワーク接続されるか、又は複数が共通の受信機へ報告し得るよう構成されている場合、更に少ない受信機があって良い。反対に、広い物理領域が固定の受信機で監視される場合、アクティブな構成要素より多くの受信機があって良い。図示された１：１対応の実施例では、各受信機２２_１−２２_ｎは、共通のホスト制御ユニット３０へ高速スイッチ４０又は他のネットワーク接続装置を介して配線される。この実施例では、単一の受信機２２_１は単一の構成要素１０_１に関与する。この実施例では、受信機２２_１は、構成要素１０_１又は受信機２２_１が関与するバッテリーのＩＤを信号の追加条項として付すようプログラムされて良い。この実施例は、例えば構成要素１０がＭＲＩ受信コイルのように、一室内のみで利用される場合、有用である。この実施例はまた、入院用の設定においても、例えば人工呼吸器のバッテリー寿命を監視するために有用である。

図５に示される別の実施例では、共通の受信機２２へ送信する複数の構成要素１０_１−１０_ｎが示される。この受信機は、図１のように、共通のホスト制御ユニット３０及びバッテリー状態監視装置３４と接続される。この実施例は、複数の装置が共通の部屋で動作する場合、又はセットとして一緒に移動する場合、有用である。

図６に示される別の実施例では、無線受信機２２は、集合体の「ホットスポット」を生成するカバレッジの重複領域を有する領域全体に分配される。ホットスポットでは、多数の構成要素１０の如何なる１つも如何なる受信機に送信可能である。例えば、病院環境では、長期滞在患者は、可能ならば起き上がり患者と共に移動する患者の点滴ポンプとスタンド、生理的状態監視装置、薬品注入装置、等の周囲を移動することを奨励される。患者は、その階全体、又は病院中を移動するかも知れないので、広域無線受信カバレッジが必要とされる。構成要素１０は、望ましくは各信号パケット内で識別表示を送信するようプログラムされる。複数の何れの受信機が構成要素１０から同一の送信を検出しても、ホスト制御ユニット３０は、重複して受信した送信を調停可能である。

全ての実施例で、バッテリー状態監視装置３４がユーザーへ伝達する方法を有すると、当該情報はユーザーインターフェース４２に表示される。望ましくは、及び特に複数の構成要素の実施例では、構成要素はその予測バッテリー寿命と共に識別される。望ましくは、バッテリー状態監視装置３４は、コンピューターのオペレーティングシステムのバックグラウンドで動作するプログラムである。ユーザーは、アイコンをクリックすることにより当該プログラムにアクセス可能であり、バッテリー状態監視装置３４が現在監視しているアクティブな構成要素１０のリストを立ち上げる。構成要素が患者と関連付けられる場合、看護師又は技師は、選択された構成要素の残存バッテリー寿命を示される。代案として、看護師又は技師がインターフェースに処置の予定を組むと、当該処置を実行するのに十分なバッテリー寿命を備えた構成要素のリストが表示される。当該処置を完了するのに不十分なバッテリー寿命を備えた構成要素が選択されると、警告が表示され得る。更に、多数の処置が多数の看護師又は技師により予定を組まれると、ホスト装置は、バッテリー要件を残存バッテリー寿命と整合し、そして各処置に割り当てられる構成要素の予定を組む。

代案として、バッテリーの保守が割り当てられたタスクであって良い。看護師の助手又は他の技師は、構成要素及びそれら構成要素のバッテリー状態のリストに簡単にアクセス可能であり、どの構成要素が充電器に戻されるべきか又はそれらのバッテリーを交換すべきかが分かる。代案として、バッテリー寿命情報は、バッテリー保守センターへ転送され得る。選択的に、聴覚的又は視覚的警報が、構成要素位置、ホスト装置位置、及びナースステーション、等において発せられ、構成要素１０のバッテリー１２が予め選択された閾値の範囲内で切れていることを警告して良い。

代案の実施例では、送信機２０は、代わりに送受信機であって良い。現在のバッテリー状態は、従って構成要素の動作に影響し得る構成要素へ返送されて良い。例えば、ある量のランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）を備えた構成要素は、当該構成要素のバッテリー１２が危機的に低いというメッセージを受信して良い。これは、構成要素をトリガーし、基本的な機能のみを続けることにより、例えばＲＡＭに格納された如何なる情報も確実にそのまま維持されるように、構成要素が電力を節約する状態へ入る。構成要素がネットワーク内にある場合、低バッテリー信号は、構成要素の機能の一部又は全てを、１つ以上の機能に関し余剰能力を有する他のネットワーク構成要素へ転送し得る。

本発明は、本発明の好適な実施例に関連して説明された。以上の詳細な説明を読み理解した者には、修正及び変更をなし得る。本発明は、このような修正及び変更が特許請求の範囲又はその等価物の範囲内に属する場合、それら修正及び変更を包含すると見なされる。

好適な実施例が記載されたので、本発明は特許請求の範囲に記載される。

１０ 無線医療構成要素
１２ バッテリー
１４ 機能構成要素
１６ 電圧監視装置
１８ 制御ユニット
２０ 無線送信機
２２ 受信機
２４ ホスト装置
２６ 固定Ｘ線ユニット
２８ 支持表面
３０ ホスト制御ユニット
３２ 診断用データプロセッサー
３４ バッテリー状態監視装置
３６ 履歴メモリー
３８ 予測危機的時間点
４０ 高速スイッチ
４２ ユーザーインターフェース

Claims (13)

1. 医療システムであって：
   複数の無線医療構成要素であって、それぞれ、
   所定の機能を実行する機能構成要素と、
   前記機能構成要素に電力を供給する電源と、
   前記電源の充電レベルを監視する充電レベル監視装置と、
   前記機能構成要素及び前記充電レベル監視装置からの信号を無線で送信し、ホスト装置からのメッセージを無線で受信する送受信機と、
   を有する無線医療構成要素；
   前記ホスト装置であって、
   前記無線医療構成要素から信号を無線で受信し、前記無線医療構成要素へメッセージを無線で送信する送受信機と、
   前記機能構成要素から受信した信号を解釈する医療機能信号解釈手段と、
   前記充電レベル監視装置から受信した信号に基づき、前記無線医療構成要素の予測残存動作時間を決定するバッテリー分析手段と、
   を有するホスト装置；
   を含み、
   １つの前記無線医療構成要素の前記予測残存動作時間が所定の閾値に達したとき、前記バッテリー分析手段は、前記ホスト装置の送受信機を介して前記１つの無線医療構成要素にメッセージを送信し、
   前記１つの無線医療構成要素は、該メッセージに応答して、自身の前記機能構成要素の機能を前記複数の無線医療構成要素のうち所定の予測残存動作時間を有する無線医療構成要素へ転送する、
   ことを特徴とする医療システム。
2. 前記機能構成要素は、ＥＫＧセンサー、脈拍センサー、血液酸素センサー、血液測定センサー、脳波センサー、温度センサー、かん流ポンプ、点滴静注制御装置、患者識別タグ、リストバンド、ペースメーカー、人工呼吸器、Ｘ線検出器、ＭＲＩコイル、の少なくとも１つを有する、請求項１記載の医療システム。
3. 前記電源は、前記機能構成要素に電力を供給する再充電可能なバッテリーと、前記バッテリーの電圧出力を監視する前記充電レベル監視装置とを有する、請求項２記載の医療システム。
4. 前記無線医療構成要素は、前記機能構成要素及び充電レベル監視装置からの信号を送信可能な信号に組み立てるマイクロプロセッシング構成要素制御ユニットを更に有する、請求項１記載の医療システム。
5. 前記ホスト装置は、ユーザーインターフェースを有し、前記ユーザーインターフェースでは、ユーザーが前記予測バッテリー寿命及び前記機能構成要素からの情報を閲覧可能である、請求項１記載の医療システム。
6. 前記ホスト装置は、バッテリー放電率に関する履歴データを格納する履歴データメモリーと、受信パワーレベル及び前記履歴データから残存バッテリー充電及び再充電可能なバッテリーの可変残存利用可能寿命へアクセスするバッテリー分析手段とを更に有する、請求項３記載の医療システム。
7. 前記機能構成要素は携帯可能なＸ線検出器であり、及び前記ホスト装置は前記検出器と共に携帯可能である、請求項１記載の医療システム。
8. 前記複数の無線医療構成要素は、追加のホスト装置と通信する、請求項１記載の医療システム。
9. 複数の無線医療構成要素の動作を制御する方法であって：
   各前記無線医療構成要素は、所定の機能を実行する機能構成要素と、前記機能構成要素に電力を供給する電源と、充電レベル監視装置と、送受信機とを有し；
   前記無線医療構成要素は、ホスト装置と通信し；
   前記ホスト装置は、送受信機と、医療機能信号解釈手段と、バッテリー分析手段とを有し；
   当該方法は：
   充電レベル監視装置が、前記電源の充電レベルを監視する段階と；
   前記無線医療構成要素の送受信機が、前記機能構成要素及び前記充電レベル監視装置からの情報を伝達する信号を無線で送信する段階と；
   前記ホスト装置の送受信機が、前記無線医療構成要素からの信号を受信する段階と；
   前記医療機能信号解釈手段が、前記機能構成要素から受信した信号を解釈する段階と；
   前記バッテリー分析手段が、前記無線医療構成要素の予測残存動作時間を、前記充電レベル監視装置からの情報を伝達する前記信号に基づき決定する段階と；
   １つの前記無線医療構成要素の前記予測残存動作時間が所定の閾値に達したとき、前記バッテリー分析手段が、前記ホスト装置の送受信機を介して前記１つの無線医療構成要素にメッセージを送信する段階と；
   前記１つの無線医療構成要素が、該メッセージに応答して、自身の前記機能構成要素の機能を前記複数の無線医療構成要素のうち所定の予測残存動作時間を有する無線医療構成要素へ転送する段階と；
   を有する方法。
10. 前記無線医療構成要素は、ＥＫＧセンサー、脈拍センサー、血液酸素センサー、血液測定センサー、脳波センサー、温度センサー、かん流ポンプ、点滴静注制御装置、患者識別タグ、リストバンド、ペースメーカー、人工呼吸器、Ｘ線検出器、ＭＲＩコイル、の少なくとも１つを有する、請求項９記載の方法。
11. 前記電源はバッテリーであり、
    前記残存動作時間を決定する段階は：
    前記バッテリーの現在の電圧レベルを読み出し及び前記読み出した電圧レベルを送信信号に組み入れる段階と；
    前記電圧データを所定の電圧データ閾値と比較する段階と；
    バッテリーの予測充電を決定する段階と；
    を有する、
    請求項９記載の方法。
12. 予測バッテリー寿命曲線を推定する段階と；
    バッテリー動作電圧が前記構成要素を動作するため又は更なる処置を完全に実行するために不十分になる予測危機的時間点を決定する段階と；
    前記バッテリーを再充電及び交換するための聴覚的又は視覚的勧告を生成する段階と；
    を更に有する、請求項１１記載の方法。
13. 指定されたタスクを実行するのに十分な残存バッテリー寿命を備えた構成要素を識別する段階と；
    構成要素の残存バッテリー寿命に基づき前記構成要素の使用の予定を組む段階と；
    を更に有する、請求項１２記載の方法。
    

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