Когнитивное контрольное беспроводное устройство для медицинского оборудования - RU2470575C2

Чертежи

Описание

Настоящая заявка относится к беспроводным контрольным устройствам для медицинского оборудования. В частности, настоящая заявка применима к контролю медицинского оборудования, например беспроводных медицинских датчиков, системам диагностической визуализации и т.п. Однако следует понимать, что настоящая заявка применима также к контролю другого оборудования, включая промышленное оборудование, производственное оборудование, транспортное оборудование, оборудование жилых и коммерческих зданий, военное оборудование и т.п.

Медицинское оборудование обычно содержит многочисленные механические и электрические системы, которые могут повреждаться. Повреждение упомянутых систем может привести оборудование в неработоспособное состояние, пока его не отремонтируют, что неожиданно оставляет медицинских специалистов без важного диагностического или лечебного инструмента. Например, рентгеновский компьютерный томограф (CT) обычно содержит поворотный гентри, который поворачивается на опорах, которые нуждаются в техническом обслуживании, содержит источники питания рентгеновской трубки, компьютер и другую электронную аппаратуру, системы охлаждения, подвижную опору для пациента и т.п., из которых все могут нуждаться в техническом обслуживании или замене. Рентгеновский CT может содержать автоматическую диагностическую систему, которая контролирует различные состояния, например, образование электрической дуги в рентгеновской трубке. Когда образование электрической дуги становится слишком частым явлением, данная информация может передаваться в центральное учреждение по специализированной телефонной линии. Аналогично, возможна передача сообщений о других состояниях, например о перегреве опор, неполадках процессора и т.п.

Не всякое диагностическое оборудование легко поддается подключению к специализированным телефонным линиям. Например, мобильная ультразвуковая система может перемещаться с места на место. Передачу контролируемой информации из мобильного оборудования в центральную станцию можно осуществлять различными способами, например, с использованием специального радиочастотного сигнала. Однако подобное мобильное оборудование может применяться во множестве различных окружений, например в больнице с регулируемой температурой, где осуществляют беспроводную связь тысячи электронных устройств, например сотовые телефоны, PDA (персональные цифровые секретари), компьютеры, медицинские мониторы и т.п. В другое время, портативная ультразвуковая система может находиться в иных окружениях, например в полевом госпитале в сухой горячей пустыне, на холоде, в сырой горной клинике и т.п.

Некоторое медицинское оборудование, например носимые пациентами мониторы для контроля физиологического состояния, свободно переносятся в разные места с разными окружениями и с разным доступом к радиосвязи. Кроме того, распределение радиочастотных полос обычно зависит от государства или региона. В связи с этим, подобные мониторы следует изготавливать специально для каждой конкретной страны. Когда пациент переезжает в другую страну, частота связи может быть распределена с другой целью, например, для телевизионных или радиосигналов, которые создавали бы сильные помехи сигналам от носимых пациентами датчиков.

Аналогичные проблемы возникают с крупногабаритным стационарным оборудованием других типов, например станочных оборудованием производственного цеха, мобильным оборудованием других типов, например автомобилями, локомотивами и т.п. и другим оборудованием.

В настоящей заявке предлагается когнитивное контрольное беспроводное устройство, которое решает вышеупомянутые и другие проблемы.

В соответствии с одним аспектом, предлагается когнитивное контрольное беспроводное устройство. Когнитивный монитор выполнен с возможностью приема входных данных из множества датчиков, формирования сообщений, характеризующих, по меньшей мере, некоторые из входных данных из датчиков, и принятие, на основе снятых датчиками входных данных, решений о том, какие сообщения следует отправлять. Устройство дополнительно содержит когнитивное радиоустройство, которое принимает сообщения из когнитивного монитора, производит выбор среди доступных коммуникационных параметров и передает сообщения беспроводным способом.

В соответствии с другим аспектом, предлагается способ когнитивного контроля. Принимаются входные данные из множества датчиков. Формируются сообщения, характеризующие, по меньшей мере, некоторые из входных данных, принятых из датчиков. На основе снятых датчиками входных данных принимается решение о том, какие из сообщений следует отправлять. Производится выбор среди доступных коммуникационных параметров, и передаются сообщения беспроводным способом.

Одно преимущество состоит в возможности несложной адаптации к медицинскому и другому оборудованию разных типов.

Другое преимущество состоит в возможности несложной адаптации к разному окружению.

Еще одно преимущество состоит в сокращении непрогнозируемого времени простоя.

Остальные преимущества будут очевидны специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники после прочтения и изучения нижеприведенного подробного описания.

Изобретение может быть реализовано в форме различных компонентов и комбинаций из компонентов и в виде различных этапов и комбинаций этапов. Чертежи приведены только с целью иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не подлежат толкованию с точки зрения ограничения изобретения.

Фиг. 1 - схематическое изображение когнитивной системы контроля;

фиг. 2 - схематическое представление системы поддержки принятия решений для когнитивного монитора, показанного на фиг. 1;

фиг. 3 - упрощенное исполнение системы поддержки принятия решений для когнитивного радиоустройства, показанного на фиг. 1;

фиг. 4 - схематическое представление компонентов блока рассуждений, показанного на фиг. 2 и 3; и

фиг. 5 - поясняет альтернативный вариант осуществления, в котором когнитивный монитор встроен в монитор для контроля физиологического состояния.

Контроль состояния машин и систем крайне необходим в современной промышленности, требующей высокой надежности, качества и эффективности. Высокие затраты на техническое обслуживание современного комплексного и сложного оборудования создают потребность в совершенствовании современных систем управления техническим обслуживанием. Техническое обслуживание по текущему состоянию (CBM) снижает степень неопределенности технического обслуживания в соответствии с потребностями, на которые указывает состояние оборудования. Например, онлайновый непрерывный контроль дает возможность непрерывно корректировать степень исправности установки. Механическое оборудование можно остановить, если серьезный дефект угрожает неминуемым катастрофическим отказом. Дополнительно можно контролировать менее неотложные дефекты и планировать их ремонт при следующей остановке на техническое обслуживание. Заблаговременное планирование технического обслуживания позволяет заказывать запасные части и обеспечивать наличие всех необходимых рабочих и ресурсов для периодического технического обслуживания, что сокращает время простоя.

Распространение средств беспроводной связи за несколько последних лет демонстрирует огромный и растущий спрос бизнеса, заказчиков и правительственных организаций в диапазонно-привязанных по спектру каналах связи. Доступ к спектральным диапазонам, эффективность и надежность являются важнейшими проблемами государственной политики. Технологические достижения создают для радиосистем потенциал более интенсивного и более эффективного использования более широкого спектрального диапазона, чем когда-либо прежде. К упомянутым достижениям относятся технологии так называемого когнитивного радио, которые дают возможность более интенсивного и эффективного использования спектрального диапазона держателями лицензии в их собственных сетях и абонентами спектральных диапазонов, совместно пользующихся доступом к спектральным диапазонам согласованно или по возможности. Упомянутые технологии включают в себя, помимо прочего, способность устройств определять свое местоположение, определять спектральный диапазон, используемый соседними устройствами, изменять частоту, регулировать мощность и даже изменять параметры и характеристики передачи. Упомянутые технологии радиосвязи открывают возможности использования спектрального диапазона в пространственных, временных и частотных измерениях, которые не были доступны ранее.

Как показано на фиг. 1, когнитивное устройство 10 собирает входные данные от любых из множества различных контролируемых устройств, выбирает контролируемые данные, которые следует передать, и выбирает режим беспроводной связи, который следует применить. Когнитивное устройство 10 содержит когнитивный монитор 12 и когнитивное радиоустройство 14. Когнитивный монитор представляет собой интеллектуальную систему, которая решает, какую контролируемую информацию следует передавать. Упомянутое принятие решения предусматривает интерпретацию параметров контроля, состояния оборудования и окружения. Когнитивное радиоустройство 14 представляет собой радиоустройство, которое может изменять свои параметры передачи на основе взаимодействия с окружением, в котором оно работает. Упомянутое взаимодействие может предусматривать активное согласование или обмен информацией с другими пользователями спектрального диапазона и/или пассивное измерение и принятие решения в когнитивном радиоустройстве.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, когнитивный монитор соединен с рентгеновским CT 20. Рентгеновский CT содержит стационарный гентри 22 и поворотный гентри 24. На поворотном гентри смонтированы также рентгеновская трубка 26, детекторы 28 и разнообразные другие компоненты, системы охлаждения, насосы системы охлаждения и т.п. Поворотный гентри установлен на стационарном гентри на, по меньшей мере, одной опоре. Опора 30 для пациента содержит электродвигатели и зубчатые механизмы для регулировки высоты и для продвижения верхней части в апертуру и из апертуры рентгеновского CT. Множество датчиков, например, датчик 32, который обнаруживает образование дуги или другие перемежающиеся проблемы с рентгеновской трубкой 26, монитор 34 для контроля неисправностей рентгеновского детектора, и другие датчики 36 контролируют работу электронной аппаратуры, источника питания, циркуляцию хладагента, температуру хладагента и т.п. Дополнительные датчики 38 на стационарном гентри контролируют температуру опор, работу электронной аппаратуры на стационарном гентри и т.п. Дополнительные мониторы 40 на опоре для пациента контролируют работу электродвигателей и зубчатых механизмов. Мониторы 38 и 40 на стационарном гентри и опоре для пациента передают снимаемую информацию в когнитивный монитор по проводам. Датчики 32, 34, 36 на поворотном гентри могут передавать снимаемую ими информацию в когнитивный монитор через токосъемное кольцо, средствами RF (высокочастотной) связи, средствами оптической связи или какими-то подобными средствами. Разумеется, рентгеновский CT приведен на чертеже только для примера. Множество других видов медицинского или немедицинского оборудования также можно оснастить, по меньшей мере, одним датчиком. Следует также понимать, что термин оборудование охватывает также небольшие технические изделия, например носимый пациентом портативный монитор для контроля физиологического состояния.

После сбора данных, когнитивный монитор 12 анализирует совокупность сигналов с использованием любых различных методов, например логического алгоритма сокращения ложных тревог (LARA) для выявления ошибочных или искаженных сигналов в сравнении с сигналами достоверной информации. То есть когнитивный монитор сортирует упомянутые сигналы в зависимости от их качества, при этом искаженные сигналы классифицируются как низкие по качеству в сравнении с сигналами, свободными от искажений. Когнитивное радиоустройство 14 выбирает протокол передачи данных в зависимости от доступных возможностей спектрального диапазона. Упомянутое устройство может передавать в приемник 42 персональной сети (PAN), приемник 44 локальной сети (LAN), приемник 46 региональной сети (MAN) или что-то подобное.

Как показано на фиг. 2, когнитивный монитор 12 содержит когнитивный монитор 12 блока рассуждений или логического процессора 50. Блок рассуждений связан с множеством датчиков или мониторов, например вышеописанных датчиков 32-40, которые вводят данные, собираемые из контролируемых устройств. Точные характеристики контролируемых и снимаемых данных будут изменяться в зависимости от датчиков или мониторов и могут быть описаны преимущественно с использованием структуры и сборника описаний составных профилей возможностей/приоритетов (CC/PP) в соответствии с рекомендацией организации W3C. При использовании типового когнитивного монитора, который пригоден для приема входных данных разных типов, возможности 52 контроля вводятся оператором во время первоначальной настройки.

Блок рассуждений дополнительно принимает основные эксплуатационные требования 54, описывающие взаимосвязи между разными контролируемыми или снимаемыми данными. Требования могут содержать набор правил, касающихся того, какие данные следует передавать в централизованный пункт и при каких обстоятельствах. Например, при измерении температуры опоры, основные эксплуатационные требования будут содержать набор правил о том, насколько может нагреваться опора и при какой температуре следует передавать информацию. Например, если опора работает в режиме на 10% напряженнее нормального, то правила могут требовать сбора, суммирования данной информации и ее передачи только один раз в сутки или в неделю. Однако, если температура опор быстро повышается с достижением критической температуры потенциального отказа, то правила могут требовать более частой передачи измеренных температур. Точная частота передачи может зависеть от скорости повышения температуры. Когда опора нагревается до критической температуры неминуемого отказа, правила могут требовать немедленной передачи такой информации. Возможны также различные другие правила, которые описывают характеристики разнообразных измеряемых данных, которые следует передавать, и приоритетность, с которой их следует передавать. Компонент 56 классификации выявляет ошибочные сигналы или искажения и помогает отделять искажения от сигналов, свободных от искажений, и соответственно классифицирует их. Сигналы, свободные от искажений, классифицируются как максимальные, и сильно искаженные сигналы классифицируются как минимальные. Вход 58 возможностей выделения полосы частот из когнитивного радиоустройства 14 ставит блок 50 рассуждений в известность о ширине доступной полосы частот. Информация о возможностях выделения полосы частот может быть, например, выражена на языке XML. Правила обычно будут требовать, чтобы, в период доступности очень ограниченной полосы частот, передавалась информация только наивысшей приоритетности. При распознавании, когда доступна значительная ширина полосы частот, может передаваться низкоприоритетная информация. В одном варианте осуществления различные требования выражаются на онтологическом языке описания веб-ресурсов (OWL).

Правила могут задавать различные приоритеты, когда оборудование работает в разных условиях окружения. Вход 60 характеристик окружения вводит информацию о текущем используемом окружении. Упомянутый вход собирает соответствующую информацию о местоположении, времени, температуре, влажности, других факторах окружения, характере местоположения, например жилище, офис, производство, поле боя и т.п. Возможен также ввод информации о различии между сельской и городской средой. Подходящие датчики и входные данные об условиях окружения, которые могут соответствовать важным характеристикам окружения, связаны с, по меньшей мере, одним входом 60 характеристик окружения. Входные данные могут передаваться из заданного источника или могут быть локализованы в контрольном устройстве.

Блок 50 рассуждений использует классификацию, обеспечиваемую классифицирующим компонентом, доступную полосу частот, обеспечиваемую когнитивным радиоустройством, основные эксплуатационные требования и другие входные данные, чтобы применять правила при логическом анализе для выработки рекомендации 62 относительно того, какие входные данные или сообщения следует передавать. Правила, применяемые блоком рассуждений, могут динамически учитывать информацию или параметры из других источников.

Когнитивное радиоустройство 14 выбирает возможность выделения полосы частот, которую может использовать когнитивный монитор. Как показано на фиг. 3, примерная система поддержки принятия решений для когнитивного радиоустройства содержит вход 70 описания политик, который описывает ограничения, налагаемые на параметры передачи, для ограничения уровня помех, принимаемых первичными радиосистемами, в зоне вблизи вторичной радиосистемы. В США политика предписывается Федеральной комиссией связи (FCC) и представляется на языке OWL с использованием онтологий. Вход 72 возможностей устройства принимает описание характеристик и ограничений устройства, например его источника электропитания, CPU (центрального процессора), памяти, частотного диапазона, выделения каналов, схемы модуляционного кодирования и коммуникационных протоколов. Вышеупомянутое можно описать с использованием рекомендации CC/PP.

Вход 74 текущих условий передачи/приема обеспечивает обратную связь по состоянию текущей среды передачи, например шумам, слабым вибрациям и т.п. Результаты измерений определяются различными принятыми стандартами, например IEEE 802.11h, IEEE 802.11k и т.п., и могут быть описаны онтологически с использованием языка OWL. Вход 76 знаний о радиозоне связан с репозиторием знаний о зоне радиосвязи. Данный вход содержит такую информацию о параметрах передачи, которая может потребоваться алгоритмам для управления возможностями выделения спектрального диапазона. Например, мощность передачи, частота, максимальные расстояния между устройствами связи, схемы модуляционного кодирования и т.п. связаны между собой. Например, блоку 50 рассуждений может потребоваться информация о том, повышает ли устройство мощность передачи, увеличивается ли дальность обнаружения и повышается ли, при этом, уровень помех, которые наблюдались бы другими радиоустройствами. Между разными параметрами радиопередачи существует намного больше взаимозависимостей. Описанная информационная база облегчает выработку соответствующих правил в отношении информации, окружения, необходимых расстояний радиопередачи и т.п., которые могут быть доступны.

При использовании правил и данных параметров, блок 50 рассуждений принимает логическое решение и формирует дополнительную рекомендацию 78, которая описывает параметры для передачи, например частоту, максимальную допустимую мощность, код, конкретный протокол и т.п. Рекомендация может быть представлена, например, как документ или строка на языке XML.

Как показано на фиг. 4, компонент 50 рассуждений можно реализовать в виде машины логического вывода для вывода рекомендаций в отношении параметров на основе логических выводов из предыдущих входных данных. Блок рассуждений может определять некоторые возможности выделения спектрального диапазона на основе информации из политик, обратной связи по текущим условиям приема/передачи и возможностям устройства.

Когнитивное радиоустройство представляет собой устройство с быстрой перестройкой спектрального диапазона. Правила, используемые блоком 50 рассуждений, представляют собой способы задания алгоритмов, применяемых подобным устройством с быстрой перестройкой спектрального диапазона. Упомянутые алгоритмы можно моделировать с использованием, например, системы Protege. Машина правил, например JESS, в Java-среде применяется как машина или оболочка 80 логического вывода.

Описанное устройство обеспечивает платформу, которую пользователь может дорабатывать или программировать соответственно любому из множества типов оборудования соответствующей загрузкой правил и других входных данных в память 82 правил. Правила являются динамическими, а не статическими. То есть правила корректируются и изменяются по мере того, как изменяются или корректируются датчики, промышленные и государственные стандарты, технология и т.п. Упомянутые устройства могут размещаться где угодно по всему миру, в том числе, на разных рынках с разными доступными спектральными диапазонами и, однако, должны быть в состоянии передавать предупредительные сигналы. Индивидуализированные мобильные системы контроля безопасности или окружения могут создаваться с интеллектуальными средствами сигнализации, которые всегда связаны с административными органами. Упомянутое устройство сообщает полезную и информацию о состоянии любой подсистемы, системы, главного компонента и т.п., в любое время, из любого места, посредством определения возможностей выделения спектрального диапазона и установления канала беспроводной связи.

Как показано на фиг. 5, когнитивный монитор 12 встроен в монитор 20' для контроля физиологического состояния. Датчики 90, например, ЭКГ, частоты пульса, оксигенации крови и другие датчики вводят измеряемую информацию в портативный монитор 20' и когнитивное устройство 10. Дополнительные датчики 92 для определения уровней зарядки батарей и потенциальных неисправностей или индикаторы технического обслуживания в мониторе 20' соединены с когнитивным монитором 12 для ввода сигналов, характеризующих измеряемые состояния. Как описано выше, когнитивный монитор принимает, на основе различных правил и входных данных, решения о том, которые из принятых входных данных от датчиков должны передаваться в централизованный пункт, и с какой приоритетностью.

Выше изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Другими специалистами могут быть созданы модификации и изменения после прочтения и изучения вышеприведенного подробного описания. Настоящее изобретение предполагается интерпретировать как включающее в себя все подобные модификации и изменения в той степени, насколько они находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения или их эквивалентов.

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к беспроводным контрольным устройствам для медицинского оборудования. Устройство содержит когнитивный монитор, выполненный с возможностью приема входных данных из множества датчиков, формирования сообщений, характеризующих, по меньшей мере, некоторые из входных данных, принятых из датчиков, и принятия, на основе снятых датчиками входных данных, решений о том, какие из сообщений следует отправлять, когнитивное радиоустройство, принимающее сообщения из когнитивного монитора, для проведения выбора среди доступных коммуникационных параметров и передачи сообщения беспроводным способом. Способ когнитивного контроля содержит этапы приема входных данных от множества датчиков, формирования сообщения, характеризующего некоторые из входных данных, принятия, на основе снятых датчиками входных данных, решения о том, какие из сообщений следует отправлять, проведение выбора среди доступных коммуникационных параметров и передачи беспроводным способом сообщений, подлежащих отправке. Использование изобретения позволяет контролировать аппаратное и программное обеспечение медицинского оборудования и передавать интеллектуальную информацию о состоянии оборудования. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула