JP6012175B2 - 医用イメージング又は監視システムにおける無線通信 - Google Patents

Description

本書に開示する内容は、システム内のホスト装置とクライアント装置との間でデータを交換するために無線通信を使用する医用イメージング及び患者監視システムに関するものである。

現在の無線医用イメージングの分野では、Ｘ線イメージング・システムが、典型的には、イメージング・サブシステム・ベース・ステーションと検出器とを含んでいる。イメージング・サブシステムは、固定型又は移動型ベース・ステーションをホストとすることができ、また１つ以上の取外し可能な又は無線の検出器をクライアントとして用いることができる。同様に、無線患者監視システムが、患者監視ベース・ステーションをホストとして含み、該ホストはクライアントとしての１つ以上の無線センサと通信することができる。ワイファイ（Ｗｉ−Ｆｉ：「Ｗｉ−Ｆｉ」は商標）及び超広帯域（ＵＷＢ）を含む殆どの無線通信基準では、該基準のための全許容周波数範囲が、各々がそれぞれのチャンネル番号で表される様々なチャンネルに分割される。各チャンネルは他のチャンネルとは比較的独立に動作し、これにより、通信中に互いに干渉しないように基準内の特定のチャンネルを使用するように装置を構成することを可能にする。全周波数範囲及び該範囲内の個別のチャンネルの両方は、特定の地理的区域中の地方自治体によって規制し且つ許可し又は不許可にすることができる。

多くの通信方法のように、無線データ接続は、環境の電磁干渉の結果として潜在的にノイズの多いチャンネルの影響を受け易い。環境のノイズは、電気設備の多数の部品及び複数の無線通信装置が互いに接近して動作する病院施設で特に問題になる虞がある。この問題をさらに悪化させるものとして、無線医用システムについてのデータ・スループット要件が時々かなり大きくなり且つ融通性の無いことがある。

ホストとクライアントとの間の無線接続の品質がチャンネルのノイズに起因して劣化し始めるので、データ・パッケージ内のデータ・ビットが、データ信号に対するノイズの影響に起因して受信時に誤って解釈されることがある。このような誤りは様々なデータ検査及び検証方式により検出することができるが、このような誤りを検出すると、誤りのあるデータ・パッケージ全体を要求して、再送信することになり、これにより、間接費が追加される結果としてシステムのデータ・スループットが低下する。

米国特許第７８０７９７７号

一実施形態によれば、ホスト及びクライアントが接続されたシステムにおいて無線通信チャンネルを変更するための方法が提供される。本方法では、接続のリンク品質 (link quality) がホスト又はクライアントによって連続的に監視される。もし前記接続が所定の閾値以下のリンク品質を持っているが元の状態に留まっている場合、チャンネル切換え要求が送られ、同期化パッケージが現在のチャンネルを介してホストとクライアントとの間で交換され、システムのチャンネルが新しいチャンネルへ変更され、そしてシステムが該新しいチャンネルを介して通信を再開する。

別の実施形態によれば、イメージング・ホスト装置が提供される。本装置は、幾つかの機能の中でとりわけ、Ｘ線源と、Ｘ線源からの放射線の放出を制御するように構成された回路と、１つ以上の無線通信インターフェースとを含む。無線インターフェースは、検出器クライアントとデータを交換し、また検出器クライアントに対する接続のリンク品質を連続的に監視して、該接続が元の状態のままであるかどうか決定するように構成されている回路を含む。前記接続のリンク品質が所定の閾値以下であるが前記接続が未だ元の状態のままである場合、チャンネル切換え要求がクライアントへ送られ、同期化パッケージが現在のチャンネルを介してホストとクライアントとの間で交換され、システムのチャンネルが新しいチャンネルへ変更され、そしてシステムが該新しいチャンネルを介して通信を再開する。

また別の実施形態によれば、携帯型クライアント装置が提供される。本装置は、幾つかの機能の中でとりわけ、１つ以上の無線通信インターフェースを含む。これらの無線インターフェースは、ベース・ステーションのホストとデータを交換し、ホストに対する無線接続についてのリンク品質を連続的に監視し、そして該接続が元の状態のままであるかどうか決定するように動作し得る回路を含む。前記接続が所定の閾値以下のリンク品質を持っているが前記接続が未だ元の状態のままであると前記回路が決定した場合、チャンネル切換え要求がホストへ送られ、次いで前記接続が切断される。前記回路はまた、チャンネル切換え要求をホストから受け取った場合、現在のチャンネルを介してホストと多数の同期化パッケージを交換し、次いで新しいチャンネルを介してシステム通信を再開させるように動作し得る。

本発明のこれらの及び他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳しい説明を読めばより良く理解されよう。図面では、全体を通じて同様な参照符号は同様な部品を表す。

図１は、本発明の様々な面に従った無線Ｘ線システムの斜視図である。 図２は、本発明の様々な面に従った無線Ｘ線システムの簡略側面図である。 図３は、本発明の様々な面に従った、患者に使用されている無線患者センサ及び無線患者監視ベース・ステーションの簡略側面図である。 図４は、本発明の様々な面に従った、ホストによりリンクの品質を監視する一実施形態の流れ図である。 図５は、図４に例示された実施形態についてのクライアント及びホストの動作の時間線図である。 図６は、本発明の様々な面に従った、クライアントによりリンクの品質を監視する一実施形態の流れ図である。 図７は、本発明の様々な面に従った、図６に例示された実施形態についてのクライアント及びホストの動作の時間線図である。

本発明は無線医用イメージング及び患者監視システムを対象とする。無線通信システムはノイズの大きいチャンネルの通信問題の影響を受け易いので、特定の無線通信チャンネルのリンク品質は、該チャンネルでの継続したシステム通信が実行不可能になる程に貧弱になることがある。本発明によれば、無線システムのクライアント装置及びホスト装置の一方又は両方が現在の無線接続のリンク品質を監視して、それが許容範囲の外側にあるかどうか決定する。該接続のリンク品質が所定の閾値を超えている場合、又は該接続が切断された場合、本システムは通信を異なるチャンネルへ移動させる。

大まかに図１について説明すると、全体的に参照数字１０で表した無線Ｘ線システムが示されている。この例示の実施形態では、無線Ｘ線システム１０は、原画像データを取得し且つ該画像データを表示のために処理するように設計される。図１に例示された実施形態では、無線Ｘ線システム１０は、当該Ｘ線ベース・ステーション１２の動作範囲内に配置された複数のディジタルＸ線検出器１６と通信するのに適したＸ線ベース・ステーション１２を含む。Ｘ線システム１０は、それらのディジタルＸ線検出器１６の動作を協調させるように構成される。Ｘ線ベース・ステーション１２は移動型イメージング・システム又は固定型イメージング・システムとすることができる。Ｘ線ベース・ステーション１２はＸ線源１８を持っていて、ディジタルＸ線検出器１６と共に、Ｘ線イメージングを遂行するように動作し得る。Ｘ線ベース・ステーション１２は複数のＸ線検出器１６を認識し且つそれらと通信することができる。

図示の実施形態では、複数の検出器１６はベース・ユニット２０と通信する。ベース・ユニット２０は電子回路２２を収容しており、該電子回路２２は、無線により検出器１６を検出し且つ検出器１６と通信し、検出器から画像データを取得し、更に該データを処理して所望の画像を形成する。また、電子回路２２はＸ線源１８に電力を供給し且つ制御する。ベース・ユニット２０はまた、ユーザーが無線Ｘ線システム１０を動作させ且つ表示装置２６で様々なシステム活動を監視することができるようにするオペレータ・ワークステーション２４を持つ。一実施形態では、無線により検出器１６を検出し且つ検出器１６と通信するために、電子回路２２と検出器１６の全ては１つ以上の無線通信インターフェースを持つ。このような一実施形態では、ベース・ユニット２０及び検出器１６内の全ての無線インターフェースには、特定の地理的地域に対して認可された許容無線通信チャンネル（すなわち、周波数）のリストが設けられる。

図２に例示された無線Ｘ線システム１０の実施形態では、患者４０をＸ線源１８と検出器１６との間に位置決めすることができる。患者４０はＸ線源１８の真下にテーブル４２上に載せられる。システム１０はまた、患者４０の真下に位置決めされた検出器１６を含む。イメージング・シーケンス中、検出器１６は、患者を通り抜けたＸ線を受けて、イメージング・データを処理のためにベース・ユニット２０へ無線により伝送する。

他の実施形態では、他の種類のシステムを、本発明に従って無線により通信するように構成することができる。例えば、図３について説明すると、全体的に参照数字５０で表した無線患者監視システムが示されている。例示された実施形態では、無線患者監視システム５０は、無線患者センサ５６を使用してテーブル４２上の患者４０の物理的属性を監視し且つこのデータを処理及び表示のために患者監視ベース・ステーション５８へ伝送するように動作し得る。それに対応して、無線患者センサ５６は、患者の体温、血圧、心拍数などを検出するように動作し得る。無線患者監視ベース・ステーション５８は、患者データを処理し、いずれかの患者属性が許容レベルを超えているかどうか判定し、適切な警報を鳴らし、且つ処理された患者データを画面上に表示するように動作し得る回路を含む。無線通信のため、患者監視ベース・ステーション５８及びセンサ５６は本書で述べるような１つ以上の無線通信インターフェースを持つ。このような一実施形態では、無線インターフェースには、特定の地理的地域に対して認可された許容無線通信チャンネルのリストが設けられる。

一実施態様では、無線Ｘ線システム１０又は患者監視システム５０の動作中、それぞれの実施形態について、ベース・ステーション１２及び５８は無線ホスト装置として作用し、また検出器１６及びセンサ５６は無線クライアント装置として作用する。各々の実施形態では、ホスト及びクライアントは、或る特定のチャンネルを介して互いと無線通信する。しかしながら、該チャンネルは余りにノイズが大きくなって、その現在のチャンネルで通信を続けることが出来なくなることがあり、その結果、システムは新しいチャンネルへ変更して、データ交換を再開することが必要になる。現在のチャンネルが通信を続けられないほどノイズが大きくなったかどうか決定するため、１つ以上の特定のリンク品質メトリクスを実時間で監視して、それらが所定の閾値以下に低下したときを決定することができる。このようなメトリクスには、限定するものではないが、信号対ノイズ比、信号強度、データ検証を失敗したパッケージの絶対数又は相対数（例えば、百分率）、及び脱落したパッケージの絶対数又は相対数（例えば、百分率）を挙げることができる。１つ以上のメトリクスはシステム内のホスト及びクライアント装置のいずれか又は両方によって監視することができる。特定の閾値の所定の値は、データ・スループットと特定の活動のための遅延要件及び制限とに基づいて決定することができる。

図４は、ホスト−クライアント・システムのためのチャンネル変更方法の一実施形態を例示する。本方法では、ホストが接続のリンク品質を監視する責任を持つ（ブロック７０）。システムのリンク品質が所定の閾値以下に低下したとき（ブロック７２）、ホストは新しいチャンネルを選択し（ブロック７４）、次いでチャンネル切換え要求をクライアントへ送る（ブロック７６）。図示の実施態様では、チャンネル切換え要求は、少なくとも、選択されたチャンネルと、交換すべき同期化パッケージの数を表す数値とを含む。交換すべき同期化パッケージが残っている間（ブロック７８）、同期化パッケージが、ホストから、残っている同期化の数を指定するクライアントへ送られる（ブロック８０）一方、クライアントが、同じ数値を持つ同期化パッケージによりホストへ返答する。残りの同期化パッケージのこのカウントは、実効的にカウントダウンとして作用し、従って、いったんホスト及びクライアントのそれぞれがカウントダウンの終わりを知らせる最後の同期化パッケージを送ると、両方の装置は新しいチャンネルへ切り換えて通信を再開する（ブロック８２）。チャンネルを切り換えた後、ホストは新しいチャンネルで接続のリンク品質を監視する（ブロック７０）。

図５は、図４によって例示された実施形態についての時間線図９０を示す。時間線図９０では、時間１００につれて現在のチャンネル９６又は新しいチャンネル９８のいずれかを介してホスト９２とクライアント９４との間で送られる通信パッケージがある。現在の接続のリンク品質を監視しているホスト９２によって、リンク品質が所定の閾値以下に低下したと決定したとき、該ホスト９２は新しいチャンネル９８を選択し、次いでチャンネル切換え要求１０２をクライアントへ送る。一実施形態では、チャンネル切換え要求１０２は、選択されるチャンネル番号と、交換すべき同期化パッケージの数を表す数値とを指定する。クライアント９４は、要求１０２の受領を確認するためにチャンネル切換え応答１０４で適切に応答する。図示の実施態様では、ホストは、残っている同期化パッケージの数値を持つ一連の同期化パッケージ１０６をクライアントへ送り、各同期化パッケージの間にクライアントの応答１０８を待つ。ホスト９２からの各同期化パッケージ１０６を受け取った後、クライアント９４は、受け取ったものと同じ数値を持つ同期化パッケージ１０８をホスト９２へ送り返す。一実施形態では、最後のカウントダウン値（例えば、０）を持つ同期化パッケージがホスト９２及びクライアント９４によって送られたときは、両方の装置は新しいチャンネル９８へ変更して、新しいチャンネル９８で正常なシステム通信１１４を再開する。

一般的に図６について説明すると、ホスト及びクライアント装置の間のチャンネル変更方法の別の実施形態が例示されている。この実施形態では、クライアントが無線接続のリンク品質を監視する責任を持つ（ブロック１２０）。現在の接続のリンク品質が所定の閾値以下に低下したとクライアントが決定したとき（ブロック１２２）、クライアントはチャンネル切換え要求をホストへ送り（ブロック１２４）、ホストに対する接続を切断し、そして複数のチャンネルを連続的に走査してホストの標識を探す（ブロック１２６）。ホストは、チャンネル切換え要求を受け取ったとき又は切断された接続を検出したとき（ブロック１２８）、新しいチャンネルを選択して、この新しいチャンネルで標識を送信する（ブロック１３０）。クライアントは、新しいチャンネルでホストの標識を突き止めたとき、新しいチャンネルでホストに接続する（ブロック１３２）。接続後、クライアントは、新しいチャンネルを介した新しい接続のリンク品質を監視することを再開する（ブロック１２０）。

図７は、図６によって例示されたものと同様な実施形態についての時間線図１４０を示す。この実施形態では、ホスト９２及びクライアント９４のいずれか又は両方が、現在のチャンネル１４２を介した現在の接続のリンク品質を時間１００につれて監視する責任を持つ。リンク品質を監視する責任を持つ装置は、現在の接続についてリンク品質が所定の閾値以下に低下したと決定したとき、チャンネル切換え要求１４６を他の装置へ送り、次いで接続を切断して、システム通信の一時的な欠落１４８を生じさせることができる。一実施形態では、クライアント９４からのチャンネル切換え要求１４６又は接続の切断１４８を検出したホスト９２が、新しいチャンネル１４４を選択して、新しいチャンネルで標識１５０を送信し始める。接続の切断１４８を行った又は接続の切断１４８を検出したクライアント９４が、連続的に複数のチャンネルを走査して（１５２）、ホスト９２の標識１５０を探し始める。クライアント９４が新しいチャンネル１４４でホスト９２の標識１５０を突き止めたとき、ホスト９２とクライアント９４は新しいチャンネル１４４で再接続して、正常なシステム通信１５４を再開する。

上記の代わりに、別の実施形態では、ホスト９２とクライアント９４のいずれも、接続が失われるとき（１４８）より前にはチャンネル切換え要求１４６を他の装置へ送らない。このような実施形態では、接続の切断１４８を検出したホスト９２が、新しいチャンネル１４４を選択して、新しいチャンネルで標識１５０の送信を開始する。接続の切断１４８を検出したクライアント９４が、連続的に複数のチャンネルを走査（１５２）して、ホスト９２の標識１５０を探し始める。クライアント９４が新しいチャンネル１４４でホスト９２の標識１５０を突き止めたとき、ホスト９２とクライアント９４は新しいチャンネル１４４で再接続して、正常なシステム通信１５４を再開する。

本発明の技術的効果には、無線接続のリンク品質を効果的に監視して、リンク品質が所定の閾値以下であるか又は接続が切断されている場合にシステム通信を異なる無線チャンネルへ移す無線医用システムの能力が挙げられる。更に、本発明によれば、無線医用システムにおいてデータのスループット及び通信の信頼性を増大させることができる。

本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施することができるようにするために、幾つかの例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０ 無線Ｘ線システム
１２ Ｘ線ベース・ステーション
１６ ディジタルＸ線検出器
１８ Ｘ線源
２０ ベース・ユニット
２２ 電子回路
２４ オペレータ・ワークステーション
２６ 表示装置
４０ 患者
４２ テーブル
５０ 無線患者監視システム
５６ 無線患者センサ
５８ 患者監視ベース・ステーション
９０ 時間線図
９２ ホスト
９４ クライアント
９６ 現在のチャンネル
９８ 新しいチャンネル
１０６ 同期化パッケージ
１０８ クライアント応答
１１４ 正常なシステム通信の再開
１４０ 時間線図
１４２ 現在のチャンネル
１４６ チャンネル切換え要求
１４８ システム通信の一時的な欠落
１４４ 新しいチャンネル
１５４ 正常なシステム通信の再開

Claims (5)

1. ホスト及びクライアントが接続されたシステムにおいて無線通信チャンネルを変更するための方法であって、
   接続を介してデータを送受信するステップと、
   前記クライアントが前記接続のリンク品質を監視するステップと、
   前記クライアントが前記接続のリンク品質が所定の閾値以下に低下したと決定したとき、前記クライアントは前記接続を介してチャンネル切換え要求を前記ホストに送るステップと、
   前記クライアントが前記ホストに対する接続を切断するステップと、
   前記ホストが前記チャンネル切換え要求を受け取ったとき又は切断された接続を検出したとき、前記ホストは、新しいチャンネルを選択して、前記新しいチャンネルで標識を送信するステップと、
   前記クライアントが複数のチャンネルを走査し、前記新しいチャンネルにおける前記ホストの標識を突き止めるステップと、
   前記クライアントは、前記ホストの標識を突き止めたとき、前記新しいチャンネルで前記ホストに接続するステップと、
   を有する方法。
2. 前記リンク品質が、信号対ノイズ比、信号強度、データ検証を失敗したパッケージの数、及び脱落したパッケージの数の内の１つ以上を監視する前記クライアントによって決定される、請求項１記載の方法。
3. チャンネル切換え要求が、前記新しいチャンネルへ変更する前に交換すべき同期化パッケージの数を表している、請求項１又は２のいずれかに記載の方法。
4. 同期化パッケージを交換するステップが、
   残っている同期化パッケージの数のカウントが所定値に到達するまで、前記ホストが前記クライアントから前記同期化パッケージを受け取るステップを有する、請求項３に記載の方法。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の方法を実行するシステム。