WO2012036386A2 - 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템 - Google Patents

의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템 Download PDF

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WO2012036386A2
WO2012036386A2 PCT/KR2011/006128 KR2011006128W WO2012036386A2 WO 2012036386 A2 WO2012036386 A2 WO 2012036386A2 KR 2011006128 W KR2011006128 W KR 2011006128W WO 2012036386 A2 WO2012036386 A2 WO 2012036386A2
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monitoring system
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박창원
손재기
전기만
김영환
김현우
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전자부품연구원
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0015—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system
    • A61B5/002—Monitoring the patient using a local or closed circuit, e.g. in a room or building
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/67—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for remote operation

Definitions

  • the present invention relates to a medical wireless telecommunications patient monitoring system for wirelessly transmitting a vital sign of a patient collected by the PMS to a sub-monitoring device, thereby enabling the integrated management of various groups of PMS information in one place. will be.
  • a patient monitoring system named PMS Pertinent Monitoring System
  • PMS Pertinent Monitoring System
  • FIG. 1 a block diagram schematically showing the appearance of a conventional patient monitoring system
  • PMS Personal Monitoring System
  • PMS Personal Monitoring System
  • FIG. 1 a block diagram schematically showing the appearance of a conventional patient monitoring system
  • PMS Personal Monitoring System
  • a biosignal signal of a patient managed in a bed B. (Vital Sign) is collected and transmitted to the Central Monitoring System (30), so that the medical staff can effectively manage a large number of patients while checking the biometric information that is being output to the Central Monitoring System (30) do.
  • the PMS 10 provides Vital Wave Sign for monitoring a patient's specific living state along with basic bio information of the patient such as ECG, HR, SpO 2, Resp, IBP, NIBP, CO 2, etc. from the patient.
  • Vital Wave Sign is important bio information for the medical staff to accurately determine the patient's condition.
  • the PMS 10 Since the PMS 10 is individually connected to each patient, the PMS 10 corresponding to the number of patients should be configured for monitoring the patients, and the central monitoring device 30 communicates with the plurality of PMS 10 while being specific.
  • the biometric information transmitted from the PMS 10 should be able to be processed separately from other PMS. That is, the data communication path between the PMS 10 and the central monitoring device 30 is required to trust that the transmission information of the PMS 10 must be transmitted to the central monitoring device 30 correctly.
  • the communication medium between the PMS 10 and the central monitoring device 30 is wired. That is, by allowing the biometric information of the patient collected by the specific PMS 10 to be directly transmitted to the central monitoring device 30 through a wired cable, to prevent confusion about the communication channel between the PMS 10 and the central monitoring device 30. It is.
  • the conventional communication method of the PMS 10 and the central monitoring device 30 limits the mobility of the PMS 10 itself, while the target patient of the PMS 10 is located within a range adjacent to the central monitoring device 30. There was a limitation that had to be made, which resulted in inefficiency in concentrating the staff's range of activities into the narrow range.
  • a frequency range of a certain range is required for wireless data communication between the PMS 10 and the central monitoring device 30.
  • the dedicated communication frequency bands of the PMS 10 and the central monitoring device 30 that can be used for medical treatment are inevitably limited.
  • the limitation of the frequency band is to reduce the number of communication channels between the central monitoring device 30 and the PMS 10
  • the number of PMS 10 that can be connected to the central monitoring device 30 is also limited.
  • the number of patients that can be managed through PMS 10 is based on wired communication. It was inevitably limited compared to Esau.
  • the withdrawal number '20' which is not described, refers to a 'gateway' for mediating communication between the PMS 10 and the central processing unit 30.
  • the present invention was created to solve the above problems, and it is possible to freely select a channel in a limited frequency band without large modifications to the existing system environment composed of PMS and a central monitoring device, and thereby adjust the number of channels according to the use.
  • a sensor for collecting a biological signal of the patient;
  • a memory for storing a protocol, a data processor configured to receive a biosignal of a sensor and configure a frame format including the biosignal according to a processing standard of the protocol, a modem for modulating a digital signal configured with the frameformat, and a digital A converter for converting the modulated frame format, which is a signal, into an analog signal, a control unit for transmitting channel information to a PLL controlling a local oscillation frequency of the VCO, and a control unit for receiving a selection signal for adjusting the number of channels in a transmission frequency band.
  • a communication device including a channel setting switch for transmitting a signal, and a mixer for merging the local oscillation frequency of the VCO and the analog signal of the converter, converting the analog signal into an RF signal for transmission, and processing the wireless transmission through an antenna.
  • a mixer for receiving and converting the RF signal and filtering the analog signal including the frame format, a converter for converting the analog signal to a digital signal, a modem for demodulating the digital signal, a memory for storing the protocol; And a communication device including a data processing unit for analyzing the frame format of the demodulated digital signal according to the processing criteria of the protocol to confirm the biosignal.
  • a central monitoring device comprising an output module for receiving information on the bio-signal transmitted from the sub-monitoring device and outputs it through the output means:
  • the patient monitoring system of a medical wireless telecommunication method comprising a.
  • the communication medium between the PMS and the sub-monitoring device is wireless, the restriction on the installation position of the PMS is minimized.
  • the means is made of a removable card type, such as a PCI slot of the computer, there is an effect that can be applied immediately to the conventional wireline-based patient monitoring system.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the appearance of a conventional patient monitoring system
  • Figure 2 is a block diagram schematically showing the appearance of a patient monitoring system according to the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram showing the appearance of a communication device according to the present invention installed in a PMS,
  • FIG. 4 is a view schematically showing a connection between a channel setting switch and a controller according to the present invention
  • FIG. 5 is a block diagram showing a state of a communication device according to the present invention installed in the sub-monitoring device.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the appearance of the patient monitoring system according to the present invention, will be described with reference to this.
  • Patient monitoring system is made by combining one or more PMS (10) for wireless communication via the communication device (100, 100 ') as a sub-monitoring device (35).
  • the PMS 10 and the sub-monitoring device 35 communicate wirelessly through the communication devices 100 and 100 'according to the present invention, which will be described below.
  • Figure 3 is a block diagram showing the appearance of a communication device according to the present invention
  • Figure 4 is a view schematically showing the connection of the channel setting switch and the control unit according to the present invention
  • Figure 5 is installed in the sub-monitoring device
  • a block diagram illustrating a communication device according to the present invention will be described with reference to the drawing.
  • the communication apparatuses 100 and 100 'of the present invention may be installed in the PMS 10 and the sub-monitoring apparatus 35, respectively, as shown in Figs.
  • the communication device 100 installed in the PMS 10 has a function of wirelessly transmitting biometric information about the biosignal of the patient collected by the sensor 11 of the PMS 10 to the submonitoring device 35.
  • the communication device 100 ′ installed in the monitoring device 35 has a function of receiving and transmitting the biometric information transmitted from the PMS 10 to the sub-monitoring device 35. Therefore, the configurations of the communication devices 100 and 100 'installed in the PMS 10 and the sub-monitoring device 35 to transmit or receive the biometric information are inevitably similar.
  • the present invention provides a WMTS protocol for constructing a telemetry central monitoring system based on a wireless medical telemetry service (WMTS) for wirelessly connecting a plurality of PMSs 10 and sub-monitoring devices 35. Defined.
  • WMTS wireless medical telemetry service
  • the defined WMTS protocol basically contains complex biosignal data collected from the patient, such as ECG, SpO2, Resp, IBP (3ch), NIBP (3ch), Temperature, ECG Wave, SpO2 Wave provided by the PMS 10. do.
  • the PMS 10 collects a patient's biosignal using a known and common sensor 11, converts the patient's biometric signal to the WMTS protocol, and wirelessly transmits the patient's information to the submonitoring device 35.
  • the WMTS protocol is basically provided in a frame format in which PID (Patient ID) information and corresponding patient's vital signs are sequentially arranged starting with a start bit and transmitted to the sub-monitoring device 35. do.
  • PID Patient ID
  • the collected and transmitted biometric information of the patient is output to the monitor of the sub-monitoring device 35, and the medical staff can immediately respond to the biometric information of the patient to be output to the monitor.
  • the communication apparatuses 100 and 100 'of the present invention may perform bidirectional communication between the PMS 10 and the sub-monitoring apparatus 35.
  • the configuration in addition to the inclusion of the RF switch 160 is performed.
  • An example can be given. This will be described in detail while specifically describing the communication devices 100 and 100 'of the present invention.
  • the communication device 100, 100 ′ of the present invention includes an interface 110 for mediating data between the communication device 100, 100 ′, the PMS 10, and the sub-monitoring device 35, and wireless data for biometric information.
  • the power supply 190 is to supply the electrical energy required for driving the communication device (100, 100 '), as mentioned above, is supplied with 12V or 9V through a PCI slot or a separate DC Jack, It is supplied to the whole circuit after DC 5V conversion through regulator (not shown).
  • the antenna 180 may be a WHIP antenna used in the 610MHz band, it is also possible to use the RF switch 160 to share the antenna 180 and the band filter 170 (BPF, Band Pass Filter).
  • the sensor 11 of the PMS 10 collects various biological signals of the patient, and the communication device 100 receives them and converts them in accordance with the WMTS protocol. To this end, the biosignal of the PMS 10 is transmitted to the transceiver 120 through the interface 110.
  • Transceiver 120 can be applied to the module for high-speed wireless communication of the O-QPSK modulation method that performs the function of transmitting and receiving biometric information at a transmission rate of 250kbps in the WMTS frequency band of 608MHz ⁇ 614MHz.
  • an application installed and executed in the transceiver 120 determines the size of the frequency per channel.
  • the frequency size and transmission rate of one channel may be 1 MHz. It was set to 250kbps.
  • the transceiver 120 includes a memory 121 for storing an application program and data, a data processor 122 for performing wireless transmission of biometric information, and channel information for wireless transmission of biometric information. And a channel setting switch 124 for selecting a channel set in a predetermined frequency band by a manager's operation.
  • the transceiver 120 is not shown, but auxiliary circuits such as timers and peripherals such as the UART and I / O pins for general use is of course auxiliary, which is a person of ordinary skill in the art (hereinafter ' Since it is obvious to those skilled in the art, the description thereof is omitted here.
  • the data processing unit 122 and the control unit 123 process the biometric information according to the data stored in the memory 121.
  • the WMTS protocol may be defined and stored in the memory 121 to control one or more operations selected from the data processor 122 or the controller 123.
  • the memory 121 may be an EEPROM.
  • the biometric information transmitted to the communication device 100 through the interface 110 is processed by the data processor 122 according to the information (WMTS protocol) stored in the memory 121, and then used for the modulation and demodulation of the signal.
  • the controller 130 transmits the channel information to the PLL 120a for adjusting a frequency band and a channel for wireless communication of the processed biometric information.
  • the PLL 120a; phase locked loop
  • the PLL refers to a phase locked loop, and is a frequency negative feedback circuit configured to maintain a constant frequency of an output signal at all times, and is an electron that matches an input signal with a reference frequency and an output signal with a frequency. Circuit.
  • the PLL 120a detects the phase difference between the input signal and the output signal and controls the VCO (Voltage Controlled Oscillator) to continuously circulate until the transmission signal matches the reference frequency. It is a negative feedback circuit (fixed feedback) that fixes the frequency in a way.
  • VCO Voltage Controlled Oscillator
  • the VCO 120b serving as an integrator is used to draw a frequency source required in a conventional RF system.
  • the output frequency is affected by the surroundings, and when the circuit, the surrounding equipment, the temperature and the weather are affected, the frequency fluctuates minutely and goes to another frequency. If this happens, the RF system will not operate normally.
  • Frequency stability is very important in modern wireless communication systems that divide and divide frequencies. Therefore, in order to accurately process a signal in various mixing and amplification processes by the mixer 140, the frequency must be output correctly from the VCO 120b. Accordingly, the PLL 120a accurately controls the VCO 120b according to the frequency band and channel adjustment information transmitted from the controller 123.
  • the channel setting switch 124 of the transceiver 120 is mounted on a conventional circuit board and connected to the control unit 123 via a wire line (L).
  • the channel setting switch 124 is provided with a button 124a which can be directly operated by an administrator.
  • a binary input signal for controlling the operation of the controller 123 is generated through the manipulation of the button 124a.
  • the channel setting switch 124 of the present embodiment is configured with four buttons 124a, and the manager operates the button 124a to turn on / off the electric signal transmitted to the control unit 123. Can be operated.
  • the four buttons 124a manipulated in this figure indicate '1', '1', '1', and '0' in order, and the selection signal for the channel corresponding to the input binary value is biometric information. Is determined by the transmission channel.
  • the channel size is determined to be 1 MHz by an application program installed in the transceiver 120 within a range of 608 MHz to 614 MHz, which is a frequency band to be used by the communication apparatuses 100 and 100 ′ according to the present invention.
  • the controller 123 is a channel in units of 1 MHz consisting of 608 MHz, 609 MHz, 610 MHz, 611 MHz, 612 MHz, 613 MHz, and 614 MHz.
  • the channel corresponding to the selection signal input to the channel setting switch 124 is determined as a transmission channel.
  • the controller 123 controls the PLL 120a and the VCO 120b to drive with the determined transmission channel information, and finally, the VCO 120b transmits the LO (local oscillation frequency) to the mixer 140. Confirm the size.
  • the PMS 10 is installed in the transceiver 120 according to the size (data size) of biometric information transmitted to the sub-monitoring device 35.
  • the number of channels can be adjusted by modifying or newly installing an application, and the channel setting switch 124 can be easily changed by an administrator using the channel setting switch 124 in this adjusted state. have.
  • the biometric information which is the data buffered by the data processor 122, is transmitted to the modem 130, and the modem 130 converts an analog signal through a converter after a signal such as spreading and pulse shaping on the biometric information. Output the biometric information signal.
  • the data processor 122 may include a FIFO of a transmission / reception packet for biometric information, an AES for security, a CRC, and an associated control circuit to form a frame format according to the WMTS protocol. And address decoding.
  • the bioinformation signal is upconverted by the mixer 140 and then converted and amplified into an RF signal for transmission, and then transmitted to the antenna.
  • the communication device 100 ′ installed in the sub-monitoring device 35 receives the biometric information transmitted from the PMS 10 in real time, and proceeds in the reverse order according to the processing procedure of the above-described biosignal.
  • the biosignal processing of the communication device 100 ′ installed in the sub-monitoring device 35 will be briefly described.
  • the antenna 180 is filtered by the band filter 170 to receive only an RF signal of a specified frequency band.
  • the received RF signal format biosignal is subjected to a conventional down-conversion, filtration and amplification process through the mixer 140, and is converted into a digital signal through the converter 150, and the disk 130 in the modem 130 A demodulation process of the signal such as reading is performed.
  • the biometric information processed in this process is transferred to the data processor 122 of the transceiver 120.
  • the data processor 122 analyzes the biometric information of the corresponding frame format according to the WMTS protocol, and the analyzed biometric information is a biosignal in a format that can be processed by the sub-monitoring device 35 through the interface 10. It is converted and delivered.
  • the sub-monitoring device 35 checks the received bio-signal and outputs it through an output means such as a monitor so that the medical staff can confirm it.
  • the communication apparatuses 100 and 100 ' accordinging to the present invention represented through the drawings have described the drawing symbols of the drawings as devices capable of transmitting and receiving RF signals including biometric information.
  • the communication device 100, 100 ′ may be a communication device 100 installed in the PMS 10 and manufactured for transmission only, or a communication device 100 installed in the sub-monitoring device 35 and configured for reception only. It may be ').
  • the memory constituting the communication device 100 ( 121, the mixer 140, the converter 150, the modem 130, and the data processor 122 describe the drawing symbol, and the memory, the mixer, the converter, the modem, and the data processor that constitute the communication device 100 '. Does not specify a withdrawal symbol.
  • the communication device 100, 100 ' has a configuration such as the interface 110, the transceiver 120, the modem 130, the mixer 140, the converter 150, and the like on a conventional circuit board, It can be produced and produced in a card or board type that can be installed in the slot of the computer or server. Therefore, an application for operating the communication apparatuses 100 and 100 'of the present invention is installed in the submonitoring apparatus 35, and the communication apparatuses 100 and 100', which are hardware, are installed in the PMS 10 and the submonitoring apparatus 35. ), Each of the existing wired-based patient monitoring system can be easily changed to a wireless communication method.

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Abstract

본 발명은 PMS가 수집한 환자의 생체신호(vital sign)를 서브모니터링장치로 무선 송신해서, 다양한 그룹의 PMS 정보를 한 곳에서 통합 관리할 수 있도록 한 것으로, 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템에 관한 것으로, 환자의 생체신호를 아날로그 신호로 변환하고 송신 주파수대역에 설정된 채널에 따라 생성된 국부발진주파수에 아날로그신호를 병합한 RF신호를 무선 송신하는 PMS 및 RF신호를 수신해 프로토콜의 처리기준에 따라 분석해서 생체신호를 확인하는 서브모니터링장치를 포함한다.

Description

의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템
본 발명은 PMS가 수집한 환자의 생체신호(vital sign)를 서브모니터링장치로 무선 송신해서, 다양한 그룹의 PMS 정보를 한 곳에서 통합 관리할 수 있도록 한 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템에 관한 것이다.
도 1(종래 환자 모니터링시스템의 모습을 개략적으로 도시한 블록도)에서 도시한 바와 같이, PMS(Pertinent Monitoring System; 10)로 명칭되는 환자감시시스템은, 병상(B)에서 관리되는 환자의 생체신호(Vital Sign)를 수집해서 중앙모니터링장치(Central Monitoring System; 30)로 송신하고, 의료진이 중앙모니터링장치(30)에 출력되고 있는 환자의 생체정보를 확인하면서 다수의 환자 관리를 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.
PMS(10)는 환자로부터 ECG, HR, SpO2, Resp, IBP, NIBP, CO2 등과 같은 환자의 기본적인 생체정보와 함께 환자의 구체적인 생체 상태 모니터링을 위한 Vital Wave Sign을 제공한다. 여기서, Vital Wave Sign은 의료진이 환자의 상태를 정확히 파악하기 위한 중요한 생체정보이다.
PMS(10)는 환자별로 개별 연결되므로, 환자들에 대한 모니터링을 위해 환자 수에 상응하는 PMS(10)가 구성되어야 하고, 중앙모니터링장치(30)는 다수의 PMS(10)와 각각 통신하면서도 특정 PMS(10)로부터 송신되는 생체정보를 다른 PMS와 구분해 처리할 수 있어야 한다. 즉, PMS(10)와 중앙모니터링장치(30) 간의 데이터 통신경로는 PMS(10)의 송신 정보가 정확히 중앙모니터링장치(30)로 송신되어야 하는 신뢰가 요구되는 것이다.
이를 위해 종래에는 PMS(10)와 중앙모니터링장치(30) 간의 통신 매개를 유선으로 했다. 즉, 특정 PMS(10)가 수집한 환자의 생체정보가 유선 케이블을 통해 중앙모니터링장치(30)로 직접 송신되도록 함으로서, PMS(10)와 중앙모니터링장치(30) 간 통신채널에 대한 혼선을 방지한 것이다.
하지만, PMS(10)와 중앙모니터링장치(30)의 종래 통신방식은 PMS(10) 자체의 이동성을 제한하면서, PMS(10)의 대상 환자가 중앙모니터링장치(30)와 인접한 범위 내로 한정돼 위치되어야 하는 제한이 있었고, 이는 의료진의 활동범위를 협소한 상기 범위로 집중시키게 되는 비효율성을 낳았다.
이러한 종래 문제를 보완하기 위해 PMS(10)와 중앙모니터링장치(30) 간의 통신을 무선으로 하는 통신구조가 활발히 연구되고 있다.
그런데, PMS(10)와 중앙모니터링장치(30) 간의 무선데이터 통신을 위해서는 일정범위의 주파수대역이 요구된다. 하지만, 대부분의 주파수대역은 다양한 무선통신체계가 이미 선점하고 있으므로, 의료용으로 활용될 수 있는 PMS(10)와 중앙모니터링장치(30)의 전용 통신 주파수대역은 극히 한정될 수밖에 없었다. 물론, 이러한 주파수대역의 한정은 중앙모니터링장치(30)와 PMS(10) 간의 통신채널 수를 감소시키는 것이므로, 중앙모니터링장치(30)에 연결될 수 있는 PMS(10)의 개수도 제한되었다. 결국, 활용 가능한 PMS(10)의 개수만큼 관리 가능한 환자 수가 결정되는 상황에서, 무선통신을 기반으로 한 종래 환자 모니터링시스템에서는 PMS(10)를 통해 관리 가능한 환자 수가 유선통신을 기반으로 한 환자 모니터링시스템에서와 비교해 제한될 수밖에 없었다.
한편, PMS(10)와 중앙모니터링장치(30)의 무선통신을 실현하기 위해서는 기존 유선 방식의 PMS(10)와 중앙모니터링장치(30)를 구성한 장비들의 대대적인 교체가 불가피했다. 물론, 이러한 시스템 교체는 의료기관에게 적지 않은 경제적 부담을 주므로, 상기 문제점은 앞서 제시한 무선통신 방식에서 발생하는 문제점과 더불어 해결해야할 또 다른 과제였다.
참고로, 미설명한 인출번호 '20'은 PMS(10)와 중앙처리장치(30)의 통신을 중개하는 '게이트웨이'를 가리키는 것이다.
이에 본 발명은 상기의 문제를 해소하기 위해 창작된 것으로, PMS 및 중앙모니터링장치로 구성된 기존 시스템 환경에 대한 큰 수정 없이도 제한된 주파수대역에서의 자유로운 채널 선택이 가능하고, 이를 통해 용도에 따른 채널 수 조정 또는 채널의 크기 등과 같은 체널 정보의 변경에도 안정된 무선데이터 통신 환경을 지향할 수 있어서, 환자들의 생체신호를 효과적으로 통합 관리할 수 있도록 하는 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템의 제공을 해결하려는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단은,
환자의 생체신호를 수집하는 센서; 프로토콜을 저장하는 메모리와, 센서의 생체신호를 전달받아 상기 프로토콜의 처리기준에 따라 상기 생체신호가 포함된 프레임포맷을 구성하는 데이터처리부와, 상기 프레임포맷이 구성된 디지털신호를 변조하는 모뎀과, 디지털신호인 상기 변조된 프레임포맷을 아날로그신호로 변환하는 컨버터와, VCO의 국부발진주파수를 제어하는 PLL에 채널 정보를 전달하는 제어부와, 송신 주파수대역의 채널 수를 조정하기 위한 선택신호를 입력받아 제어부로 전달하는 채널설정스위치와, VCO의 상기 국부발진주파수와 컨버터의 상기 아날로그신호를 병합해 송신을 위한 RF신호로 변환해서 안테나를 통해 무선 송신되도록 처리하는 믹서를 포함하는 통신장치;를 갖춘 PMS:
상기 RF신호를 수신해 변환하고 상기 프레임포맷을 포함한 상기 아날로그신호로 여과하는 믹서와, 상기 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 컨버터와, 상기 디지털신호를 복조하는 모뎀과, 상기 프로토콜을 저장하는 메모리와, 복조된 상기 디지털신호의 프레임포맷을 상기 프로토콜의 처리기준에 따라 분석해서 생체신호를 확인하는 데이터처리부를 포함하는 통신장치;를 갖춘 서브모니터링장치: 및
서브모니터링장치로부터 송신된 생체신호에 관한 정보를 수신해서 출력수단을 통해 출력시키는 출력모듈을 포함하는 중앙모니터링장치:
를 포함하는 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템이다.
상기 수단을 통해, PMS와 중앙모니터링장치로 구성된 기존 시스템의 환경 변화없이도 관리자의 채널설정스위치 조작으로 채널 조정이 용이하고, 이를 통해 제한된 주파수대역의 범위 내에서 용도에 맞춘 채널 수의 변경 또한 경제적인 부담없이 진행 가능하므로, 중앙모니터링장치와 통신하는 PMS의 개수를 조정할 수 있으며, 의료진이 서브모니터링장치를 통해 관리할 수 있는 환자 수를 제한된 주파수대역에서도 융통성 있게 조정할 수 있는 효과가 있다.
또한, PMS와 서브모니터링장치 간의 통신매체가 무선을 통해 이루어지면서 PMS의 설치 위치에 대한 제한이 최소화된다.
또한, 상기 수단은 컴퓨터의 PCI 슬롯 등에 탈착 가능한 카드 타입으로 제작되어서, 종래 유선통신 기반의 환자 모니터링시스템에 곧바로 적용할 수 있는 호환성을 갖는 효과가 있다.
도 1은 종래 환자 모니터링시스템의 모습을 개략적으로 도시한 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따른 환자 모니터링시스템의 모습을 개략적으로 도시한 블록도이고,
도 3은 PMS에 설치되는 본 발명에 따른 통신장치의 모습을 도시한 블록도이고,
도 4는 본 발명에 따른 채널설정스위치와 제어부의 연결모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 서브모니터링장치에 설치되는 본 발명에 따른 통신장치의 모습을 도시한 블록도이다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 환자 모니터링시스템의 모습을 개략적으로 도시한 블록도인 바, 이를 참조해 설명한다.
본 발명에 따른 환자 모니터링시스템은 통신장치(100, 100')를 매개로 무선통신하는 하나 이상의 PMS(10)를 서브모니터링장치(35)로 묶어 이루어진 것이다.
PMS(10)와 서브모니터링장치(35)는 본 발명에 따른 통신장치(100, 100')를 매개로 무선통신하는데, 이에 대한 설명은 아래에서 한다.
도 3은 본 발명에 따른 통신장치의 모습을 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 채널설정스위치와 제어부의 연결모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 서브모니터링장치에 설치되는 본 발명에 따른 통신장치의 모습을 도시한 블록도인 바, 이를 참조해 설명한다.
우선, 본 발명의 통신장치(100, 100')는 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, PMS(10)와 서브모니터링장치(35)에 각각 설치될 수 있다. 이때, PMS(10)에 설치된 통신장치(100)는 PMS(10)의 센서(11)가 수집한 환자의 생체신호에 관한 생체정보를 서브모니터링장치(35)로 무선 송신하는 기능을 갖추고, 서브모니터링장치(35)에 설치된 통신장치(100')는 PMS(10)가 송신한 상기 생체정보를 수신해서 서브모니터링장치(35)로 전달하는 기능을 갖춘다. 따라서, PMS(10)와 서브모니터링장치(35)에 각각 설치되어 생체정보를 송신 또는 수신하기 위한 통신장치(100, 100')의 구성은 서로 유사할 수밖에 없다.
계속해서, 본 발명은 다수의 PMS(10)와 서브모니터링장치(35)를 무선통신으로 연결하는 WMTS(wireless medical telemetry service) 기반의 중앙 원격 모니터링 시스템(Telemetry Central Monitoring System) 구축을 위하여 WMTS 프로토콜을 정의하였다.
정의된 WMTS 프로토콜은 기본적으로 PMS(10)가 제공하는 ECG, SpO2, Resp, IBP(3ch), NIBP(3ch), Temperature, ECG Wave, SpO2 Wave와 같이, 환자로부터 수집된 복합 생체신호 데이터를 포함한다.
PMS(10)는 공지,공용의 센서(11)를 활용해 환자의 생체신호를 수집하고, 상기 WMTS 프로토콜에 맞게 변환하여 환자의 정보를 서브모니터링장치(35)로 무선 송신한다. 여기서, 상기 WMTS 프로토콜은 기본적으로 Start Bit을 시작으로 PID(Patient ID)정보와 해당하는 환자들의 생체신호(Vital Sign)를 차례대로 배열하는 프레임 포맷으로 작성되어 서브모니터링장치(35)에 송신하도록 규정된다. 이렇게 수집돼 송신된 환자들의 생체정보는 서브모니터링장치(35)의 모니터에 출력되고, 의료진은 모니터에 출력되는 환자들의 생체정보에 따라 즉각적인 대응 처리가 가능해진다.
한편, 본 발명의 통신장치(100, 100')는 PMS(10)와 서브모니터링장치(35) 간의 양방향 통신을 수행할 수도 있는데, 이를 위해 RF스위치(160)의 포함과 더불어 구성에 대한 다른 실시 예가 제시될 수 있다. 이에 대한 설명은 본 발명의 통신장치(100, 100')를 구체적으로 설명하면서 상세히 하겠다.
본 발명의 통신장치(100, 100')는, 통신장치(100, 100')와 PMS(10) 및 서브모니터링장치(35) 간의 데이터 중개를 위한 인터페이스(110)와, 생체정보에 대한 무선 데이터 처리를 위한 트랜시버(120)와, 신호의 변,복조를 위한 모뎀(130)과, 주파수 합성을 수행하는 믹서(140)와, 아날로그 신호와 디지털 신호 간의 상호 변환을 수행하는 컨버터(150)와, 통신장치(100, 100')가 무선 송,수신 기능을 겸하도록 하는 RF스위치(160)와, 수신신호를 직각위상(Quadrature) 신호를 변환해 여과하는 밴드필터(170)와, 생체정보가 담긴 아날로그 신호가 송,수신되는 안테나(180) 및 통신장치(100, 100')의 구동을 위한 전원장치(190)가 더 포함된다.
여기서, 전원장치(190)는 앞서 언급한 바와 같이 통신장치(100, 100')의 구동을 위해 필요한 전기에너지를 공급하는 것으로, PCI Slot 또는 별도의 DC Jack을 통해 12V 또는 9V를 공급받게 되며, Regulator(미도시함)를 통해 DC 5V 변환 후 전체 회로로 공급한다. 또한, 안테나(180)는 610MHz 대역에서 사용하는 WHIP 안테나가 적용될 수 있고, 안테나(180) 및 밴드필터(170; BPF, Band Pass Filter)를 공용화하기 위해 RF스위치(160)를 사용할 수도 있다.
이상 개시된 통신장치(100, 100')의 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생체정보를 포함한 신호의 처리를 순서에 따라 아래에서 상세히 하고, 상기 순서는 PMS(10)에서 수집한 생체정보를 서브모니터링장치(35)로 송신하는 과정으로 한다.
PMS(10)의 센서(11)는 환자의 다양한 생체신호를 수집하고, 통신장치(100)는 이를 받아 상기 WMTS 프로토콜에 맞게 변환한다. 이를 위해 PMS(10)의 생체신호는 인터페이스(110)를 통해 트랜시버(120)로 전달된다.
본 발명에 따른 트랜시버(120)는 608MHz~614MHz의 WMTS 주파수대역에서 250kbps의 전송 속도로 생체정보의 송,수신 기능을 수행하는 O-QPSK 변조방식의 고속 무선 통신용 모듈이 적용될 수 있다. 참고로, 트랜시버(120)에 설치돼 실행되는 응용 프로그램(Firmware)은 1채널당 주파수의 크기를 결정하는데, 본 발명에 따른 실시예에서는 앞서 언급한 바와 같이 1채널의 주파수 크기와 전송 속도를 1MHz의 250kbps로 했다. 그러나, 상기 응용 프로그램의 변경 또는 새로운 응용 프로그램의 설치를 통해 1채널의 주파수 크기와 전송 속도를 조정할 수 있고, 이러한 조정이 있을 경우 관리자는 통신장치(100)의 채널설정스위치(124)를 조정해서 생체정보의 전송 채널을 용이하게 변경할 수 있다. 이에 관한 설명은 아래에서 다시 하도록 한다.
트랜시버(120)는, 응용 프로그램(Firmware)과 데이터 등의 저장을 위한 메모리(121)와, 생체정보를 무선 송신하기 위한 처리가 이루어지는 데이터처리부(122)와, 생체정보의 무선 송신을 위한 채널 정보를 조정하는 제어부(123)와, 관리자의 조작으로 일정 주파수대역에 설정된 채널을 선택할 수 있도록 하는 채널설정스위치(124)를 포함한다. 이외에도, 트랜시버(120)는 도시하고 있지 않지만 타이머와 UART와 같은 주변 회로 및 통상적인 용도의 I/O 핀들이 보조적으로 당연히 구성되는데, 이는 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자')에게는 자명한 것이므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
계속해서, 데이터처리부(122)와 제어부(123)는 메모리(121)에 저장된 데이터에 따라 생체정보를 처리한다. 따라서, 메모리(121)에는 WMTS 프로토콜이 정의돼 저장되면서 데이터처리부(122) 또는 제어부(123) 중 선택된 하나 이상의 동작을 제어할 수 있도록 할 것이다. 참고로, 메모리(121)는 EEPROM이 적용될 수 있다.
계속해서, 인터페이스(110)를 통해 통신장치(100)로 전달된 생체정보는 메모리(121)에 저장된 정보(WMTS 프로토콜)에 따라 데이터처리부(122)에 의해 가공된 후 신호의 변,복조를 위한 모뎀(130)으로 전달되고, 제어부(123) 또한 가공된 상기 생체정보의 무선통신을 위한 주파수대역 및 채널 조정을 위해 PLL(120a)로 채널 정보를 전달한다.
여기서, PLL(120a; phase locked loop)이란, 위상고정루프를 가리키는 것으로, 출력 신호의 주파수를 항상 일정하게 유지하도록 구성된 주파수 부귀환 회로이며, 입력 신호와 기준주파수, 출력 신호와 주파수를 일치시키는 전자회로이다.
주지된 바와 같이. PLL(120a)은 입력 신호와 출력 신호의 위상차(位相差)를 검출하고, VCO(120b; Voltage Controlled Oscillator; 전압제어 발진기)를 제어하는 것으로, 송신 신호가 기준주파수와 일치할 때까지 계속 순환시키는 방법으로 주파수를 고정하는 부귀환 회로(Negative Feedback)이다.
한편, 통상적인 RF시스템에서 필요한 주파수원을 끌어오는 데는 적분기 역할을 하는 VCO(120b)가 사용된다. 이때 출력 주파수는 주변상황에 많은 영향을 받는데, 회로와 주변 장비, 온도와 날씨의 영향 등을 받으면 주파수가 미세하게 흔들려서 다른 주파수로 가는 경우가 많다. 이렇게 되면 RF시스템이 정상적으로 작동하지 못한다.
주파수를 잘게 쪼개 분할하는 현대 무선통신시스템에서 주파수의 안정도는 매우 중요하다. 따라서 믹서(140)에 의한 각종 믹싱(mixing)과 증폭과정에서 신호를 정확하게 처리하려면, VCO(120b)에서부터 주파수를 정확하게 출력해야 한다. 따라서, PLL(120a)은 제어부(123)가 전달하는 주파수대역 및 채널 조정 정보에 따라 VCO(120b)를 정확하게 제어한다.
PLL(120a), VCO(120b) 및 믹서(140)의 동작은 무선통신 기술인 RF시스템 분야에서 공지,공용의 기술이므로, 상기 구성들의 신호적인 연동 관계과 하드웨어적인 구조의 구체적인 설명은 생략한다.
트랜시버(120)의 채널설정스위치(124)는 통상적인 회로기판에 실장되고, 전선로(L)를 매개로 제어부(123)와 연결된다. 채널설정스위치(124)는 관리자가 직접 조작할 수 있는 버튼(124a)이 설치되는데, 버튼(124a)의 조작을 통해 제어부(123)의 동작 제어를 위한 2진수의 입력신호가 생성된다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 본 실시 예의 채널설정스위치(124)에는 4개의 버튼(124a)이 구성되고, 관리자는 버튼(124a)을 조작해서 제어부(123)로 전달되는 전기신호의 ON/OFF를 조작할 수 있다. 본 도면에서 조작된 4개의 버튼(124a)은 순서대로, '1', '1', '1', '0'을 가리키고, 이렇게 입력된 2진수 값에 해당하는 채널에 대한 선택신호가 생체정보의 송신 채널로 결정된다.
간단한 예시를 들어 설명하면, 본 발명에 따른 통신장치(100, 100')가 이용할 주파수대역인 608MHz~614MHz 범위 내에서, 트랜시버(120)에 설치된 응용 프로그램에 의해 채널의 크기가 1MHz로 결정되고, 관리자의 조작으로 채널설정스위치(124)에 상기 '1110(2진수)'의 선택신호가 입력되면, 제어부(123)는 608MHz, 609MHz, 610MHz, 611MHz, 612MHz, 613MHz 및 614MHz로 구성된 1MHz 단위의 채널 중 채널설정스위치(124)에 입력된 상기 선택신호에 상응하는 채널을 송신 채널로 확정한다. 물론, 제어부(123)는 확정된 상기 송신 채널 정보로 PLL(120a) 및 VCO(120b)가 구동하도록 제어하고, 최종적으로 VCO(120b)는 믹서(140)에 전달하는 LO(국부발진주파수)의 크기를 확정한다.
본 실시 예에서 제시한 채널 수는 7개이고, 채널별 주파수대역은 1MHz이지만, PMS(10)가 서브모니터링장치(35)로 송신하는 생체정보의 크기(데이터 크기)에 따라 트랜시버(120)에 설치되는 응용 프로그램(firmware)을 수정 또는 새로 설치해서 채널 수를 조정할 수 있고, 이렇게 조정된 상태에서 통신장치(100, 100')가 활용할 채널을 채널설정스위치(124)를 이용해 관리자가 용이하게 변경할 수 있다.
데이터처리부(122)에서 버퍼링된 데이터인 생체정보는 모뎀(130)으로 전달되고, 모뎀(130)은 상기 생체정보에 대한 스프레딩(Spreading) 및 Pulse shaping과 같은 신호의 변조 후에, 컨버터를 통하여 아날로그 형태의 생체정보 신호를 출력한다. 참고로, 데이터처리부(122)는 WMTS 프로토콜에 따른 프레임포맷 형성을 위해, 생체정보에 대한 송,수신 패킷의 FIFO, 보안을 위한 AES, CRC 그리고 관련된 제어회로를 포함할 수 있고, 더불어 자동 CRC 검증 및 address decoding을 지원할 수 있다.
상기 생체정보 신호는 믹서(140)에서 상향변환된 후 송신을 위한 RF신호로 변환 및 증폭되어 안테나로 전달된다.
서브모니터링장치(35)에 설치된 통신장치(100')는 PMS(10)에서 실시간으로 송신되는 생체정보를 수신해서, 전술한 생체신호의 처리순서에 따라 역순서로 진행된다.
서브모니터링장치(35)에 설치된 통신장치(100')의 생체신호 처리과정을 간단히 설명하면, 안테나(180)는 밴드필터(170)에 의해 필터링되어서 지정된 주파수대역의 RF신호만을 수신한다. 계속해서, 수신한 RF신호 형식의 생체신호는 믹서(140)를 통한 통상적인 하향변환, 여과 및 증폭 과정이 진행되고, 컨버터(150)를 통해 디지털신호로 변환되며, 모뎀(130)에서 디스프레딩(Dispreading)과 같은 신호의 복조 처리가 이루어진다. 이러한 과정으로 처리된 생체정보는 트랜시버(120)의 데이터처리부(122)로 전달된다. 물론, 데이터처리부(122)는 WMTS 프로토콜에 따라 해당 프레임포맷의 생체정보를 분석하고, 이렇게 분석된 생체정보는 인터페이스(10)를 통해 서브모니터링장치(35)가 처리할 수 있는 형식의 생체신호로 변환돼 전달된다.
서브모니터링장치(35)는 수신한 생체신호를 확인하고, 의료진이 이를 확인할 수 있도록 모니터 등의 출력수단을 통해 출력한다.
참고로, 도면을 통해 표현된 본 발명에 따른 통신장치(100, 100')는, 생체정보를 포함한 RF신호를 송,수신할 수 있는 장치로 해서 도면의 인출기호를 기재하였다. 하지만, 통신장치(100, 100')는 PMS(10)에 설치되어 송신 전용으로 제작된 통신장치(100)일 수도 있고, 서브모니터링장치(35)에 설치되어 수신 전용으로 제작된 통신장치(100')일 수도 있다. 따라서, 이하의 청구범위에서는 PMS(10)에 설치된 통신장치(100)와 서브모니터링장치(35)에 설치된 통신장치(100')를 명확히 구분하기 위해, 상기 통신장치(100)를 구성하는 메모리(121)와 믹서(140)와 컨버터(150)와 모뎀(130)과 데이터처리부(122)는 인출기호를 기재하고, 상기 통신장치(100')를 구성하는 메모리와 믹서와 컨버터와 모뎀과 데이터처리부는 인출기호를 기재하지 않는다.
본 발명에 따른 통신장치(100, 100')는 인터페이스(110), 트랜시버(120), 모뎀(130), 믹서(140), 컨버터(150) 등의 구성이 통상적인 회로기판에 설치되어서, 통상적인 컴퓨터 또는 서버 등의 슬롯에 설치될 수 있는 카드 또는 보드 타입으로 제작 및 생산될 수 있다. 따라서, 본 발명의 통신장치(100, 100')를 운영하기 위한 애플리케이션을 서브모니터링장치(35)에 인스톨하고, 하드웨어인 통신장치(100, 100')를 PMS(10) 및 서브모니터링장치(35)에 각각 설치하는 것으로, 기존 유선통신 기반의 환자 모니터링시스템을 무선통신 방식으로 쉽게 변경할 수 있다.

Claims (4)

  1. 환자의 생체신호를 수집하는 센서(11);와, 센서(11)가 수집한 생체신호에 대한 디지털 형식의 프레임 포맷을 아날로그 신호로 변환하는 컨버터(150)와, 송신 주파수대역에 설정된 채널에 대한 선택신호를 입력받는 채널설정스위치(124)와, VCO(120b)의 국부발진주파수를 제어하는 PLL(120a)로 상기 선택신호를 포함한 채널 정보를 전달하는 제어부(123) 및 상기 채널 정보에 따라 생성된 상기 국부발진주파수에 상기 아날로그신호를 병합해서 무선 송신을 위한 RF신호로 변환하는 믹서(140)를 포함하며, 상기 RF신호를 무선 송신하는 통신장치(100);를 갖춘 PMS(10): 및
    상기 RF신호를 수신해 변환하고 상기 프레임포맷을 포함한 상기 아날로그신호로 여과하는 믹서와, 상기 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 컨버터와, 상기 디지털신호를 복조하는 모뎀과, 상기 프로토콜을 저장하는 메모리와, 복조된 상기 디지털신호의 프레임포맷을 상기 프로토콜의 처리기준에 따라 분석해서 생체신호를 확인하는 데이터처리부를 포함하는 통신장치(100');를 갖춘 서브모니터링장치(35):
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널설정스위치(124)는 제어부(123)로 전달되는 전기신호를 ON/OFF 할 수 있는 버튼(124a)을 포함하고, 제어부(123)는 상기 전기신호의 ON/OFF으로 입력되는 2진수 형식의 상기 선택신호의 해당 채널을 결정해서 상기 채널 정보에 포함시키는 것을 특징으로 하는 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨버터(150), 제어부(123), 채널설정스위치(124) 및 믹서(140) 중 선택된 하나 이상은 하나의 회로기판에 실장되어서 전선로(L)를 매개로 서로 통신하도록 된 카드 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨버터(150), 제어부(123), 채널설정스위치(124) 또는 믹서(140)의 구동을 위한 전기에너지를 공급하는 전원장치(190)가 상기 회로기판에 설치되되, 상기 전원장치(190)는 PCI 슬롯 또는 DC Jack에 접속되도록 된 것을 특징으로 하는 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템.
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