СИНХРОНИЗАЦИЯ МЕДИЦИНСКИХ УСТРОЙСТВ ПО ЦИФРОВОМУ ИНТЕРФЕЙСУ
SYNCHRONISATION OF MEDICAL DEVICES VIA DIGITAL INTERFACE

Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится, в общем, к электронным медицинским устройствам и, в частности, к способам и системам для управления такими устройствами.
Уровень техники изобретения
Медицинские диагностические и лечебные системы многих типов содержат один или более зондов, которые контактируют с телом пациента, и пульт управления, который получает сигналы и, в некоторых случаях, управляет функциями зондов. Например, сердечные катетеры, которые применяют для инвазивной диагностики и лечения, обычно выполнены упомянутым способом. В системах, известных в данной области, такие катетеры обычно соединены с пультом управления проводным аналоговым интерфейсом. Однако современные катетеры могут поддерживать связь с пультом по беспроводному интерфейсу.
Например, в патенте US 6266551, раскрытие которого включено в настоящую заявку в качестве ссылки, описан, помимо прочего, беспроводной катетер, который не имеет физического соединения с обрабатывающим сигналы и/или вычислительным устройством. Вместо этого к проксимальному концу катетера присоединен передатчик/приемник. Передатчик/приемник поддерживает связь с обрабатывающим сигналы и/или вычислительным устройством с использованием способов беспроводной связи, например, IR (инфракрасных), RF (радиочастотных) или акустических передач. Одно преимущество конфигурации данного типа состоит в том, что катетер, который вводят в (электрические чувствительное) сердце, можно легко сделать электрически плавающим. Другим преимуществом является сокращение объема кабельной и проводной проводки, в которой мог бы запутаться оператор и/или случайно вытянуть из тела. Еще одним преимуществом является удобство стерилизации и поддержки стерильности такого катетера, поскольку весь катетер можно стерилизовать одним блоком.
Другим примером беспроводного медицинского измерительного устройства является беспроводная накладка для съема ЭКГ, разработанная компанией IMEC (Leuven, Бельгия). Основная часть беспроводной накладки для съема ЭКГ состоит из миниатюрного беспроводного сенсорного узла, интегрированного на гибкой подложке. Он содержит серийный микропроцессор, допускающий локальную цифровую обработку сигналов, 2,4 Гц радиолинию и миниатюрную подзаряжаемую батарейку. Кроме того, сенсорный узел имеет разветвленную антенну и соединитель с фиксацией (для подсоединения к электроду). Беспроводная накладка для съема ЭКГ может работать в непрерывном режиме контроля, в котором данные ЭКГ или ЭМГ (электромиограммы) непрерывно передаются в приемник с частотой дискретизации 250 1000 Гц. Дополнительные сведения о данном устройстве приведены на Web-сайте IMEC.be.
Сущность изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают способы и систему для управления медицинскими устройствами по цифровому интерфейсу. В частности, некоторые из упомянутых вариантов осуществления обеспечивают способы синхронизации медицинских устройств с использованием сообщений, передаваемых по стандартному цифровому интерфейсу, который может быть проводным или беспроводным.
В связи с этим, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, предлагается способ управления устройством, содержащий этапы, на которых:
приводят множество медицинских устройств в контакт с телом пациента;
подсоединяют медицинские устройства для поддерживания связи с пультом по цифровому интерфейсу;
передают сообщение по цифровому интерфейсу с пульта для одновременного приема множеством медицинских устройств; и
синхронизируют медицинские устройства между собой в ответ на принятое сообщение.
В описанном варианте осуществления медицинские устройства содержат катетеры, которые приводят в контакт с сердцем пациента.
В некоторых вариантах осуществления цифровой интерфейс содержит беспроводной интерфейс. В одном варианте осуществления этап передачи сообщения содержит передачу широковещательного сообщения в формате, заданном стандартом, применимым к беспроводному интерфейсу, с пульта во множество медицинских устройств. В качестве альтернативы или дополнительно, этап передачи сообщения содержит передачу синхронизирующего сообщения в соответствии с первым протоколом, и способ содержит передачу данных по беспроводному интерфейсу с использованием второго протокола, отличающегося от первого протокола.
В одном варианте осуществления этап передачи сообщения содержит передачу одного или более импульсов с пульта во множество медицинских устройств.
В некоторых вариантах осуществления медицинские устройства содержат соответствующие датчики, которые выполнены с возможностью генерации сигналов в то время, когда медицинские устройства находятся в контакте с телом, и способ содержит этап выборки сигналов в медицинских устройствах и этап передачи сигналов выборки в пульт по цифровому интерфейсу. Выборка сигналов обычно осуществляется с использованием соответствующих внутренних тактовых импульсов в каждом из медицинских устройств, и этап синхронизации медицинских устройств содержит этап установки внутренних тактовых импульсов в исходное состояние.
В описанном варианте осуществления соответствующие датчики содержат позиционные датчики, и сигналы характеризуют соответствующие положения медицинских устройств. В качестве дополнения или альтернативы, соответствующие датчики содержат электроды, и сигналы характеризуют электрическую активность в теле и/или импеданс контактов между устройствами и тканью в теле. В качестве еще одного дополнения или альтернативы, соответствующие датчики реагируют на усилие, оказываемое на устройства, и сигналы характеризуют контактное давление между устройством и тканью в теле.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается также медицинское электронное устройство, содержащее:
пульт, который содержит первый цифровой интерфейс и выполнен с возможностью передачи сообщения по цифровому интерфейсу одновременно нескольким получателям; и
множество медицинских устройств, которые выполнены с возможностью приведения их в контакт с телом пациента, и которые содержат вторые цифровые интерфейсы для связи с первым цифровым интерфейсом пульта, и которые выполнены с возможностью одновременного приема сообщения, передаваемого пультом, и синхронизации между собой в ответ на прием сообщения.
Настоящее изобретение становится более понятным из нижеприведенного подробного описания вариантов его осуществления, рассматриваемого вместе с чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематичное наглядное изображение медицинской системы, которая содержит беспроводной цифровой интерфейс, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.2 - блок-схема, которая схематично представляет функциональные компоненты медицинской системы, которая содержит беспроводной цифровой интерфейс, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления
В вариантах осуществления настоящего изобретения, которые описаны в настоящей патентной заявке, медицинские устройства, такие как сердечные катетеры, поддерживают связь с пультом по стандартному цифровому интерфейсу, который может быть проводным или беспроводным. Внутренние рабочие схемы в каждом подобном медицинском устройстве управляют функциональными элементами устройства и оцифровывают сигналы, захватываемые устройством для передачи в пульт. Применение стандартного цифрового интерфейса в этом смысле предпочтительно для сокращения стоимости и повышения гибкости системы, но такие стандартные интерфейсы часто обеспечивают только один канал для сообщений (данных и управления) между пультом и медицинским устройством.
Во время некоторых процедур несколько устройство могут одновременно применяться и взаимодействовать с одним и тем же пультом. Для точного совпадения между сигналами, передаваемыми устройствами в пульт, желательно, чтобы внутренние тактовые импульсы разных устройств были взаимно синхронизированы. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения данная синхронизация обеспечивается передачей синхронизирующего сообщения с пульта одновременно всем устройствам. Например, когда устройства поддерживают связь с пультом по беспроводным линиям в стандарте Bluetooth, пульт может передавать широковещательное сообщение в стандарте Bluetooth, чтобы синхронизировать катетеры. Синхронизирующее сообщение можно передавать по тому же каналу, который служит для обмена данными. Схемы, управляющие устройством, программируют для распознавания широковещательного сообщения и синхронизации по нему.
На фиг.1 схематично наглядно изображена медицинская система 20, которая использует беспроводной цифровой интерфейс, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Для ясности, на данной фигуре, как и на фиг.2, показано только ограниченное число физических и функциональных компонентов системы 20, которые полезны для понимания функционирования данного варианта осуществления настоящего изобретения. Остальные элементы, которые необходимы для построения рабочей системы, зависят от конкретного намеченного применения и конфигурации системы и будут исходя из этого очевидными для специалистов в данной области техники.
Система 20 в приведенном примере является системой катетеризации сердца, которая содержит, по меньшей мере, два катетера 22, 24 для введения в сердце пациента. Каждый катетер содержит беспроводной цифровой интерфейс 28, который поддерживает связь с соответствующим интерфейсом 30 в пульте. Интерфейсы 28 и 30 могут работать в соответствии с любым подходящим стандартом беспроводной связи, который известен в технике, например, стандартом Bluetooth, одним из стандартов семейства IEEE 802.11 или стандартом HiperLAN.
Пульт 26 в примере на фиг.1 содержит универсальный компьютер, который оборудован интерфейсом 30 и подходящими схемами и программными средствами для управления катетерами 22 и 24 и сбора данных от них. Однако, в более общем смысле, термин «пульт» применяется в контексте настоящей патентной заявки и в формуле изобретения для именования любого рода блока управления с подходящим процессором и интерфейсом для управления и приема сигналов из медицинского устройства, которое находится в контакте с телом пациента. Такого рода пульт может быть, по существу, любого подходящего уровня от крупной измерительной системы до небольшого ручного или настольного устройства.
Каждый из катетеров 22 и 24 содержит один или более датчиков, которые, в данном примере, включают в себя позиционный датчик 32 и электрод 34. Электрод служит для измерения электрических сигналов в сердце. В качестве альтернативы или дополнения, электрод можно использовать для лечебных целей, например, подведения радиочастотной (RF) энергии к эндокарду для абляционной терапии аритмий. В другом альтернативном варианте электрод 34 можно использовать для измерения импеданса контакта между катетером и сердечной тканью.
Позиционный датчик 32 генерирует сигналы, которые характеризуют координаты места (местоположения и/или ориентации) соответствующего катетера в теле пациента. Позиционный датчик может реализовать любой подходящий способ измерения места, который известен в технике. Например, позиционный датчик может измерять магнитные поля, генерируемые катушками генератора возбуждения поля (не показанного) в известных местах снаружи тела пациента, как в системе CARTO, производимой компанией Biosense Webster Inc. (Diamond Bar, Калифорния). Подходящие способы измерения места на основе магнитных полей дополнительно описаны в патентах US 5391199, 5443489 и 6788967, выданных Бен-Хейму (Ben-Haim), в патенте US 6690963, выданном Бен-Хейму с соавторами (Ben-Haim, et al.), в патенте US 5558091, выданном Эккеру с соавторами (Acker et al.), в патенте US 6172499, выданном Эшу (Ashe), и в патенте US 6177792, выданном Говари (Govari), описания которых включены в настоящее описание в качестве ссылки.
В качестве дополнительной альтернативы или дополнения, катетеры в системе 20 могут содержать другие типы датчиков положения и/или физических или физиологических параметров, известные в технике. Например, датчик 32 может содержать датчик усилия или тактильный датчик, который генерирует сигналы, характеризующие контактное давление между катетером и сердечной тканью.
На фиг.2 представлена блок-схема, которая схематично представляет функциональные компоненты системы 20 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Датчики 32, 34 в каждом из катетеров 22 и 24 соединены с интерфейсом 28 через схему 40 аналого-цифрового (A/D) преобразователя. Данная схема выполняет выборку и оцифровку сигналов, которые выдаются датчиками, с использованием внутренних тактовых импульсов дискретизации. Интерфейс 28 содержит модем 42 и контроллер 44. Модем передает сигналы данных по радиоканалу в интерфейс 30 в пульте 26 и принимает сигналы управления из интерфейса 30, в соответствии с применимым стандартом связи. Контроллер форматирует данные из схемы 40 в пакеты для передачи модемом и выполняет команды, доставляемые сигналами управления из пульта 26. Внутренние тактовые импульсы дискретизации, используемые схемой 40, могут генерироваться либо контроллером 44, либо самой схемой 40. В качестве дополнения или альтернативы, контроллер 44 может использовать внутренние тактовые импульсы, чтобы помечать отметками времени пакеты данных, которые он передает на пульт.
Аналогично, интерфейс 30 в пульте 26 содержит модем 46 и контроллер 48, который поддерживает связь с центральным процессором (CPU) 50. CPU получает и обрабатывает сигналы данных, доставляемые из катетеров 22 и 24 (включая сигналы положения катетеров и электрические сигналы сердца), чтобы составить диагностический выходной сигнал. Например CPU может формировать карту электрической активности сердца, например карту такого типа, которая формируется вышеупомянутой системой CARTO.
CPU 50 может, время от времени, принимать решение о синхронизации компонентов системы 20. Синхронизация обычно выполняется при запуске системы и, по возможности, периодически повторяется впоследствии. Такая синхронизация желательна, например, для обеспечения синхронизации между собой внутренних тактовых импульсов, которые используются схемой 40 в катетерах 22 и 24, чтобы CPU мог точно сопоставлять сигналы при создании диагностического выходного сигнала. Для синхронизации катетеров 22 и 24, CPU 50 выдает команду в контроллер 48 на передачу синхронизирующего сообщения по радиоканалу одновременно из модема 46 на модемы 42 в катетерах. После приема сообщения контроллеры 44 устанавливают внутренние тактовые импульсы соответствующих катетеров в исходное состояние, в результате чего, тактовые импульсы синхронизируются между собой с жестким допуском.
Синхронизирующее сообщение может использовать широковещательный формат, который предписан применимым беспроводным стандартом связи. Например, в предположении, что интерфейсы 28 и 30 выполнены в виде пикосети Bluetooth, с пультом 26 в качестве ведущего устройства и катетерами 22 и 24 в качестве подчиненных устройств, синхронизирующее сообщение может передаваться с использованием механизма широковещательной передачи в активные подчиненные устройства (ABS-механизма), который определен в спецификации стандарта Bluetooth. В качестве альтернативы, с данной целью можно применять другие механизмы передачи из одного устройства в несколько устройств, предусмотренные стандартом Bluetooth, а также другими стандартами.
В качестве альтернативы, можно использовать синхронизирующие сообщения других типов, либо в стандарте Bluetooth либо в стандартах других типов, или по специализированным интерфейсам и протоколам. Например, один протокол можно использовать для передачи синхронизирующих сообщений, а другой протокол можно использовать для передачи данных между катетерами и пультом. Если применяется подходящий специализированный протокол, то синхронизирующее сообщение может быть простым, например, предварительно заданной последовательностью импульсов или даже одиночным импульсом, передаваемым по интерфейсу.
В некоторых вариантах осуществления возможно даже применение отдельных передатчиков для выполнения функций передачи данных и синхронизации. Например, после идентификации синхронизирующего импульса упомянутый передатчик может посылать прерывание в контроллер 44, который соответственно настраивает отметки времени пакетов, которые он передает в пульт.
Точность синхронизации, которая требуется, зависит от конкретного вида измерения. Например, для измерения ЭКГ, точность может быть не хуже 0,5 мс. С другой стороны, для точного измерения положения, желательна точность синхронизации не хуже, чем 1 мкс. Подобная точность может быть недоступной в существующих протоколах беспроводной связи, например, в стандарте Bluetooth. Для повышения точности, приемную схему модема 42 можно видоизменить так, чтобы исходные RF (радиочастотные) импульсы обнаруживались до их обработки основными схемами модема. Видоизмененная приемная схема сигнализирует контроллеру 44, когда обнаруживается RF-импульс, и контроллер соответственно синхронизирует схемы катетеров.
Хотя вышеописанный вариант осуществления относится к частному случаю сердечных катетеров, принципы настоящего изобретения аналогичным образом применимы к инвазивным и, так называемым, нательным устройствам других типов. Кроме того, вышеописанные способы и схемы можно доработать для работы не только с беспроводными интерфейсами различных отличающихся типов, но также с проводными цифровыми интерфейсами, например интерфейсом типа универсальной последовательной шины (USB).
Таким образом, следует понять, что вышеописанные варианты осуществления приведены для примера, и что настоящее изобретение не ограничено тем, что конкретно показано и описано выше. Наоборот, объем настоящего изобретения включает в себя как комбинации, так и подкомбинации различных вышеописанных признаков, а также их варианты и модификации, которые могут быть придуманы специалистами в данной области техники после прочтения вышеприведенного описания и которые ранее не были известны в технике.