用于在多种工作模式中监视和处理病人参数的便携式系统

摘要

一种配置为便携式监视单元的系统在多种工作模式内监视和处理从病人获得的信号参数。数据获取处理器从多个不同的病人配置传感器接收病人参数数据，和处理该数据以提供处理后的病人参数数据。图像再生设备显示处理后的病人参数数据。在第一模式中，当所述便携式监视单元系泊在系泊站内时，通信接口将处理后的病人参数数据传送给图像再生设备以显示和同时将该处理后的病人参数数据传送给所述系泊站，或者在第二模式中，传送给通过无线通信耦合到通信网络的网络接入点。在第一模式中，电源单元给在便携式监视单元内的电池充电。

说明书

本专利申请要求C.M.Kelly等人于2002年11月18日提交的临时专利申请US60/427,154的优先权。

技术领域

本发明一般涉及医疗设备领域。更具体地，本发明涉及可以在多种不同工作模式中使用的监视设备。

背景技术

如同当今的实际情况，生理监视设备通常设计用于特定场所，其中当照料病人时使用这些设备，例如在医院内或医院外。在外伤病人的情况下，监视病人通常在事故地点开始。救护车携带支持传输监视器，将其设计成毯子状，因而可以在移动地面和空中交通工具内使用。

继续上述例子，将病人运送到医院，可能一开始在急诊部接收以估计事故或疾病的严重性。这通常需要断开病人与救护车监视器的连接，并将病人重新连接到急诊室(ER)内的监视器。用于医院急诊室区域的监视器通常具有到中央站和信息网络的无线连接，这允许监视器和病人移动。这样，可以在ER内任何需要的地方部署、浏览和控制它们。

如果病人病情严重，则可以将病人送到手术室(OR)或重病看护病房(ICU)。如果出现这种情况，可以断开病人与ER监视器的连接，并将其重新连接到OR或ICU监视器。在OR或ICU内使用的监视器是固定的和安装到墙上。它们还提供更大和更高分辨率的显示以允许轻易地访问大量数据。在OR或ICU内的监视器还可以允许添加更多参数功能以获得病人健康更完整的图片。

监视病人的问题依然是何时将病人从OR移动到康复区域和随后移动到ICU区域。病人可以从ICU区域移动到较不严重的“缓解(step-down)”单元。在这些例子中，可能必须再一次物理地断开病人与OR监视器的连接，并重新连接到传输监视器，随后连接到ICU或缓解监视器。

有时还希望给较健康的病人配备半移动或移动的佩带式(遥测)设备以允许病人离开病床，从而到卫生间和/或走到护理单元内。可以允许一些完全流动的病人在医院的特定区域内走路运动。此用途的监视器必需是小型和轻型的，以便病人在走路或运动时可以轻易地携带该监视器。在病人进一步改善生理状态之后，病人不再需要被连续地监视。然而，定期地抽查生命体征，以便在病人出院之前能够向其提供最终完整的评估。

由于病人体形不同，当前的病人监视设备还可以制造成不同大小。例如，新生儿病人可能需要小型监视器，儿科病人需要略大的监视器和成年病人需要完全尺寸监视器。这些监视器还包括用于不同病人种类的不同监视参数。例如，婴儿心率高于成人心率，需要适当地设置告警参数。

如上所述，医院可能需要两个、四个甚至更多不同类型的监视器设备以覆盖护理场所、应用和病人分类，如上所述。因为这些类型的监视设备没有必要由同一销售商制造，因此它们不可能使用相同的通信协议和方法，将很可能具有不同的控制、接口和/或附件。因此，拥有多个监视器需要护理人员的额外工作。只要交换监视器，他们就必需连接和断开配置在病人身体上的传感器。而且，尽管仅偶尔使用附件，但是断开一个监视器的附件与病人的连接，随后重新连接另一个不同监视器的相应附件是很麻烦的。此外，必需训练护理人员操作具有不同控制和接口的多个监视设备。

另一个问题在于现有系统缺少多个设备的相互兼容性。也就是，不同设备不能轻易地相互通信，或者不能以任何方式通信。因此，从一种监视设备向另一种监视设备传输数据非常困难，甚至是不可能的。因此，随着病人在医院的不同区域内流动，病人的历史数据可能会丢失。此外，因为有时断开病人与任一监视设备的连接，因而不可能保存该病人的生理数据的完整记录。

现有的一些监视设备已经试图组合传送监视器特征与固定监视器特征以避免中断数据收集。更具体地，这些设备试图组合大型显示器与便携性。在这样一种结构中，通常需要折衷。如果为了高分辨率用途将显示器制造得足够大，则该单元变得对于传送来说过于庞大和笨重。如果为了便携性将显示器设计得轻型和小型，则监视器没有足够大的屏幕尺寸和分辨率，访问该数据可能很困难或者不可能。现有的其它监视器缺少本地显示器，延迟病人状态的快速评估，并且购买和维护成本很高。

发明内容

本发明人已经有利地认识到需要这样一种监视器，当病人通过不同场所和它们从一开始的紧急传送到流动门诊病人的不同恢复阶段时，它可以降低或避免断开从病人与一个监视器的连接和重新连接到另一个监视器的要求；一方面在于可以根据病人需要和病人环境自动地采取其操作；另一方面在于它是护士可以根据需要从一个病人传递给另一个病人的小型手持式设备。

根据本发明的原理，装配为便携式监视单元的系统监视和处理在多个工作模式中从病人获取的信号参数。数据获取处理器接收来自多个不同病人装配的传感器的病人参数数据，并处理该数据以提供处理后的病人参数数据。图像再生设备显示处理后的病人参数数据。通信接口将处理后的病人参数数据传送给图像再生设备以显示，在第一模式中，当所述便携式监视单元系泊在系泊站时，同时将处理后的病人参数数据传送给所述系泊站，或者在第二模式中，通过无线通信耦合到通信网络的网络接入点。电源单元在第一模式中给便携式监视单元内的电池充电。

附图说明

图1a是在根据本发明原理的系统内使用的便携式监视单元的方框图；

图1b是构成图1a的便携式监视单元的外壳的三维示图；

图2是图示设置在可连接到通信网络的系泊站内的图1a的便携式监视单元的方框图；

图3是图示连接到用于与网络通信的无线收发信机的图1的便携式监视单元的方框图；

图4是用作临床工作站有线前端的便携式监视单元的方框图；

图5是图示作为临床工作站无线前端工作的图1a的便携式监视单元的方框图；

图6是安装有用于使用各种压缩闪存(Compact Flash)扩展荚的标准“压缩闪存”的图1a的便携式监视单元的方框图。

具体实施方式

参见附图，尤其参见图1a，一种用于监视和处理病人生理参数的系统包括便携式监视单元10。该监视单元10包含数据获取处理器20、图像再生设备30、通信接口40和包含电池52的电源单元50。通信接口40允许便携式监视单元10工作在多个工作模式中。将该通信接口40图示为具有可用于连接外部信源的端子41和42。虽然仅图示了两个端子，但是将理解也可以从便携式监视单元10获得两个以上的端子。电源单元50连接到便携式监视单元10的其它单元，但是并未图示这些连接，从而避免不必要复杂化该附图。

将传感器21图示为连接到数据获取处理器20。传感器21不必是便携式监视单元10的一部分或者安装在其上，但是可用于装配给病人以将与该病人的生理功能对应的信号传送给数据处理器20。这种生理数据可以包括(a)心电图(ECG)数据；(b)血液参数数据；(c)换气参数数据；(d)输注泵数据；(e)侵入或非侵入血压数据；(f)脉搏速率数据；(g)温度数据和/或(h)呼吸数据。例如，传感器21可以是ECG电极，它可以配装给病人胸部和通过有线导线连接到便携式监视单元10的数据获取处理器20。

端子41和42与外部系统通信。通信接口40在一个或多个端子41和42上将表示病人生理参数的数据传送给这些外部系统，如下文更详细地描述的。

监视单元10是小型化和轻型的监视设备，它可以测量连接到传感器21的病人的基本生理参数。如图1a所示的监视单元10具有在诸如现场传送、急诊室和缓解/遥测等移动区域内整装使用的有线和无线性能。如图所示，监视单元10还可以与医院内的临床工作站无缝地对接，例如作为用于更先进的监视的智能前端。

参见图1b，图示构成图1a所示的便携式监视单元10的外壳的三维示图 。该监视单元10包含连接到传感器21(在图1b中未图示)的多个端子。例如，端子11可以用于ECG测量。在图1b图示的实施例中，存在可用于连接到十个电极的十个端子11，所述电极生成标准的十二导线心电图。这些端子可以便于从ECG电极电缆导线接收标准连接器。端子12可用于连接到用于确定血压的非侵入传感器，和端子13可用于连接到用于测量血氧等级(SpO₂)的传感器。端子14可用于连接到用于测量在病人不同解剖区域上的一个或多个温度。端子16和17可用于连接到外部设备以提供与这些外部设备的同步，如果需要的话。

在监视单元10的后端上(在图1b中看不见)是系泊站连接器。这些连接包括如上文参考图1a描述的用于将病人生理参数传送给外部系统的端子41和42。在电源单元50内的电池52还连接在监视单元10的后端，以便当将该监视器单元10连接到系泊站时可以向其充电。在下文中将详细描述当放置在系泊站内时监视单元10的操作。

将图像再生设备30安装在监视单元10外壳顶面的可视位置上。参见图1a，通过通信接口40将处理后的病人生理参数数据从数据获取处理器20路由选择到图像再生设备30。图像再生设备30生成表示所接收到的病人生理参数数据的图像。例如，可以以一个或多个导线的已知实时ECG图的形式显示ECG数据。可以将SpO₂数据显示为文本形式的百分数。可以以合适的形式在图像再生设备30上显示表示其它病人生理参数数据的图像。在所图示的实施例中，该图像再生设备30是为了大部分现场和医院内传输以及为了其它临床应用在大小和分辨率上优化的液晶显示器(LCD)。LCD显示器30还可以包括旋转安装设备，类似于后视镜，它允许在期望的角度上观看监视单元10的LCD显示器30。

现在参见图2，图示将监视单元10安装在系泊站内。系泊站60包含与监视单元10上的连接器对应的连接器。当将监视单元10插入在系泊站60内时，在监视单元10和系泊站60内的相应连接器配合，从而信号可以以公知的方式在两者之间传送。系泊站60又通过连接61连接到网络100。连接61可以是包含一个或多个导线或无线链路的电缆。网络100可以包括到其它电子设备、另一台计算机、局域网(LAN)或可包括互联网作为组件的广域网(WAN)的连接。

当流动病人佩带监视单元10时，系泊站60可以配置得类似于机架，它可以佩带在病人腰带上或者悬挂在传送病人的挡架上。在这种工作模式中，可以将连接61实施为无线链路。当病人在固定位置时，例如在病床上、在处理室或治疗室内或者在手术台上，系泊站60可以位于佩带监视单元10的病人附近的固定位置上。在这种工作模式中，系泊站60可以通过有线连接61连接到医院网络100。同样在该工作模式中，可以进行从医院建筑内的馈电线到电源单元50内的电池52(图1)的电源连接，允许对电池充电。在这些工作模式中的任一种工作模式中，连接61允许从监视单元10通过系泊站60向网络100传送表示从贴附到病人身体的(图1a的)传感器21接收到的生理参数信号的数据。

例如，当病人离开固定位置时，可以从固定系泊站60移走监视单元10，并放置在机架60内。当病人抵达固定位置时，可以将监视单元10从机架60取出并放置在固定系泊站60内。因此，无论病人何时移动，病人的生理参数数据都保持为网络100可用，而不必物理地从病人拆除和替换传感器组，或者通过物理地拆除和替换传感器，或者通过物理地断开连接和重新连接连接到诸如ECG传感器等一组传感器的任何标准电缆或连接器。

网络100可以包括具有更高分辨率的更大型图像显示设备，从而支持临床医生以比监视单元10的小型较低分辨率图像再生设备30(图1)具有更高精确度地读取表示病人生理参数的图像。监视单元10可以检测或查询网络100以确定更高分辨率的显示设备是否出现在网络100上。可替换地，更高分辨率的显示设备可以将它在网络100上的出现通知给监视单元10。在任一种情况下，监视单元10自动地改变其工作模式以将生理参数数据发送给更高分辨率的显示设备。还可以给监视设备10手工地设定条件以将生理参数数据在网络100上发送给更高分辨率的显示设备。在任一种情况下，监视单元10用作数据处理前端，它收集来自传感器21的信号，并处理这些信号以生成处理后的病人生理参数数据。在网络100上将处理后的病人生理参数数据路由选择到大型高分辨率显示设备。大型高分辨率显示设备显示表示所接收到的病人生理参数数据的图像。

一些医院具有有线和/或无线通信网络，它允许在可能包括一个或多个大型高分辨率图像显示设备的中央监视站上的人员监视一个或多个病人的生理参数。还可以将这样一个中央监视站连接到网络100。可以通过网络100将来自监视单元10的病人生理参数数据路由选择到中央监视站，其中可以予以显示和监视。还可能存在中央历史数据库，其中存储生理参数数据的完整历史。还可以将中央历史数据库连接到网络100，并存储从监视单元10接收到的生理参数数据。

参见图3，图示监视单元10包括用可以与无线接入点81通信的天线80表示的无线网络收发信机。该无线网络收发信机80以类似于端子41和42的形式连接到通信接口40(图1)。通信接口40将病人生理参数数据从数据获取处理器20提供给收发信机80。用天线81表示的无线接入点或其它无线收发信机连接到网络100。收发信机80和81可以是蓝牙802.15无线收发信机。例如在“Haartsen，Bluetooth，theUniversal Radio Interface for Adhoc，Wireless Connectivity”，EricssonReview#3，1998，第110-117页描述的蓝牙技术。监视单元10还可以包括能够支持使用包括WLAN 802.11b，802.11a，802.11g，蓝牙802.15和GSM/GPRS等其它无线技术的网络或本地通信的收发信机。

因为可以使用这种工作模式，当监视单元10通过一开始贴附到病人身体上的传感器21(图1)保持连接到病人时，它能够向网络100通知是否系泊在系泊站60(图2)内。也就是，当从一个位置移动到另一个位置时，不必从病人身上拆除和在病人身上替换传感器21，也不必断开连接到传感器的任何电缆连接器(例如ECG电缆连接器)与监视单元10和重新予以连接。通信接口40(图1)能够自动地检测到网络100的有线连接何时可用，并自动地支持无线收发信机80和将病人生理参数数据通过无线收发信机80提供给网络100。

在图3，监视单元10可以工作在可佩带遥测模式内。在这种工作模式中，在大部分的时间内关闭图像再生设备30(图1)以节省功率。更具体地，响应于预编程指令，可以在预先确定的时间间隔之后关闭图像再生设备30以节省功率。因而，可以将电池寿命从几个小时延长到几天。护士可以间歇地循环使用显示器以检查病人状态或者当护士在病人病床旁边时调整传感器或电极的放置。与需要护理人员进入中央站上的远程位置以观看病人的生理参数或者获得并携带第二接收设备以观看来自遥测发射机的数据相比，这种配置是有利的。

上面描述的一些大型高分辨率显示设备还包括用于分析所接收的生理参数数据的更多功能。将这种设备称作临床工作站。在图4中图示了这样一个工作站65。在图4中，监视单元10系泊到系泊站60内，该系泊站60通过接口连接69连接到临床工作站65内的计算机62。计算机62连接到临床工作站65内的大型更高分辨率显示器63和网络100。

当将监视单元10通过系泊站60(图2)或者通过无线连接(图3)直接连接到网络100时，监视单元10通过任一种合适的方法检测网络连接的存在。例如，监视单元10可以查询网络地址。如果接收到一个，则监视单元10确定它连接到网络100，并自动地进入用于到网络100的直接连接的工作模式。

当监视单元10物理地系泊到系泊站60内时，所述系泊站60连接到临床工作站65内的计算机62，监视单元10通过任一种合适的方法检查工作站连接的存在。例如，监视单元10可以查询网络地址。然而，在这种情况下，计算机62返回一个信号以表示监视单元10连接到临床工作站65，而未连接到网络100。更具体地，它可以返回预留以表示到临床工作站65的连接的特定网络地址，或者可以返回适合于表示监视单元10未连接到网络100的任何其它信号。作为响应，监视单元10确定它连接到临床工作站65，并为到临床工作站的连接而自动地改变其工作模式。

在这种工作模式中，监视单元10工作为作为更大型护理点系统的一个组件的智能前端模块。该监视单元10从传感器21(图1)接收表示病人生理参数的信号，处理这些信号，和将该处理后的生理参数数据传送给临床工作站65。临床工作站65具有大型显示屏幕65和受计算机62控制的扩展应用以构成单个完整的高端病人监视器。该护理点系统连接到网络100，并可以将数据提供给中央监视站或病人历史库。使用该监视单元10作为临床工作站的数据处理前端允许临床医生使用带有任何可用附加功能的更大更高分辨率的生理参数显示器，而不需要从病人身上拆除和替换该组传感器21(图1)，或者断开连接和重新连接任何传感器电缆连接器。

计算机62还可以分别连接到扩展荚73和74。可以轻易地添加或拆除这些扩展荚73和74，并如下文所述地将附加性能提供给临床工作站65。扩展荚73和74可以制造成公知的小型可插入组件，例如PCMCIA、压缩闪存或其它可插入组件，或者是可使用诸如USB或Fire Wire(火线)等公知的通信协议通过有线或无线连接可连接的。在任一情况下，计算机62包括可以插入或连接扩展荚的相应端子。

监视单元10还可以包括图示为图4中的扩展荚71和72的扩展荚。在监视单元10的情况下，它的小型化使得将扩展荚实施为可插入组件(例如PCMCIA或压缩闪存)更为实际，尽管可连接的扩展荚(例如USB或Fire Wire)也是可行的。监视单元10可以包括可插入或连接扩展荚的端子。可以将监视单元10内的扩展荚71和72用于上面针对在临床工作站65内的计算机62描述的相同目的。

在图5中，图示另一个实施例，其中将监视单元10连接到无线收发信机90(与图3相同)，它将数据发送给无线收发信机或无线接入点91。无线收发信机91又连接到计算机92，所述计算机92连接到更大型的更高分辨率的显示监视器63。类似于图4所示的配置，监视单元10和计算机92都可以分别连接到扩展荚71、72、73和74。在图5中，监视单元10无线地连接到临床工作站95。除了将处理后的病人生理参数数据无线地发送给工作站95之外，在图5中图示的实施例的操作与图4所示的操作相同。

如上文参考图4和图5描述的，可以将监视单元10用作本地临床工作站计算机的“前端”以构成高端监视器。在监视单元10和显示器63之间的本地“护理点”连接，有线的和无线的，有利地使用专用低延迟协议(LLP)要求以保证来自前端获取单元(监视单元10)的传感器21(图1)的信号获取和在工作站65的大型屏幕63上表示这些信号的图像显示之间的极短延迟。该低延迟协议允许将大型屏幕63上的信息用于对时间敏感的应用，例如当将导管放置在身体内和在心跳之间移动导管时外科医生的手眼协调。

低延迟无线连接(图5)还允许监视设备具有短距离移动性。例如在手术室内，当将病人移动到手术室，随后为病人准备外科手术时，低延迟无线连接是所期望的。在该时间段内，可以将来自监视单元10的生理参数数据无线地传送给固定计算机92以在大型屏幕63上显示，直到完成病人安放和可以将该监视单元10安装在固定的系泊站60内(图4)。

当不需要高性能临床工作站计算机，但是希望比监视单元10更大的屏幕时，可以使用无线连接以本地地与移动平板计算机通信。这样一个配置将与图4和图5所示的相同，除了编程处理器62(或在无线移动平板计算机内的92)以工作为通用处理器，而不是编程操作为用于临床工作站的控制器。对于诸如中级或高级传送等应用来说，平板计算机和监视单元10的组合是有用的。固定计算机或平板计算机还可以同时从其它前端设备获取附加信息。监视单元10还可以包括用于资产管理、病人定位和制止盗窃的附加本地定位无线地设备。

当使用有线网络连接时，可以将诸如以太网等标准用作专用高速确定性点对点网络。它可以在同一网络上上具有很多对等体的传统监视网络内使用。在用于这些网络连接的无线解决方案中，可以使用多个无线电设备优化数据传输速率和最小化功率消耗。

当病人病情严重到某一等级时，内置在监视单元10内的非侵入式传感器21(图1)可能不足以监视病人。在这种情况下，图4和图5所示的外部荚71和72可以连接到监视单元10以扩充其功能。该扩充荚71和72可以连接到其它可能更加侵入的传感器或其它医疗设备，用于收集附加生理参数信号。例如，在紧急护理情况下，准确信息的必要性可能需要就地地测量。通常将这种传感器分类为最低侵入性或侵入性的。用于测量血液输入的最低侵入传感器的例子是插入在诸如血管、大脑、齿龈或口/鼻粘膜等关注位置内的探针。侵入传感器的例子是外科手术地插入在关注区域内的传感器(它们中的一些适合于慢性种植)。在任一情况下，传感器生成表示血液输注等级的信号，并连接到扩展荚71和72，所述扩展荚向监视单元10提供表示血液输注的数据。

还存在可植入在期望精确压力测量区域内的无线生理传感器。这种传感器可生成表示内部血压、颅内、胃内和子宫内压力、导管插入术的尿动态测量和其它远程压力读取的信号。这样一个传感器可以外科植入在关注的解剖区域内。在操作中，传感器发送表示该区域内压力的无线数据。相应扩展荚71和72接收该信号，并将表示所检测压力的数据提供给监视单元10。

还存在用于测量通过导管的液体流的其它侵入式传感器，例如测量通过血管的血液。还存在同时提供实时表示组织或器官活性参数的其它传感器。全部就地操作，并将信息发送给相应的扩展荚71和72，又由其将表示所检测生理参数的数据提供给监视单元10。

设计监视单元10以当系泊在机架或系泊站60内以及在诸如在电池电源上传送等的无线操作过程中支持这些附加荚。用于提供访问在病人传送过程中可能不需要的更多生理数据的其它扩展荚73和74可以通过到临床工作站计算机62(或92)的连接提供对接为与监视单元10平行的附加前端。该配置还在图4和图5中图示。在临床工作站65(或95)内的计算机62(或92)使表示由扩展荚71、72、73和74分别收集的附加病人生理数据的数据在临床医生请求时以适当的格式显示在大型显示器63上。

上面描述的监视单元10是小型和易于携带的。因此，可以将其用作手持式生命体征“抽查”监视器。使用这种类型的设备收集来自多个病人的数据，并便于诸如护士等护理工作者在巡查时携带。当今，护士通常在巡查时在滚轮支架上携带监视器。另一方面，因为根据本发明的监视单元10是小型的和轻型的，可以在口袋内、在腰部或者肩挎携带该监视单元10。而且，因为内置到监视单元10(图3)内的无线链路，可以将所收集的生命体征中继到中央监视站或临床信息系统。这还可以提供病人的个人生命体征流程图以发送和存储在电子病人记录(EPR)或其它历史数据库内。

图6是图示安装有诸如标准“压缩闪存”(CF)插槽25等一个或多个接口端口的监视单元10。虽然上文将扩展荚71和72描述为与生理传感器对接，但是也可以从大量的电流存储器和I/O模块和在未来可能开发的任何这样的模块中选择扩展荚71和72。如图6所示，可以从下列模块中选择期望模块：存储CF卡111、和/或提供到广域网(WAN)或局域网(LAN)的访问的卡，例如：传真加调制解调器CF卡112、标准以太网CF卡113、无线以太网FHSS CF卡114、无线蓝牙CF卡116和/或无线以太网802.11b和/或CF卡117。可以与安装有压缩闪存插槽25的监视单元10一起使用的其它卡119包括例如802.11g双BT加WLAN、蜂窝电话和/或条形码扫描器CF卡。根据本发明的监视单元10可以操作这样的任一个扩展荚以集成由这些扩展荚提供的功能和监视单元10的功能。

如上所述，将监视单元10小型化，并能够无线地操作。因为其小型化，它可以用于包括新生儿、儿童和成人各类的病人。监视单元10可以使用软件模式和算法，并提供各种生理限制和约束，使其操作适应所述不同种类的病人。

在病人在医院内全部停留时间(LOS)内，上述监视单元10适合于分配给和在特定病人上持续地使用。当以这种方式分配给病人时，监视单元10可以支持病人监视，而不需要在下列临床情况的任一种情况下：(a)急诊室，(b)重病特别护理室，(c)操作之前、操作之中和操作之后的环境，(d)使用病人参数数据的无线遥测的移动病人监视，(e)医院病房监视和(f)在医院外，在病人上拆除和重新施加传感器，或者断开连接和重新连接任一个传感器电缆连接器。监视单元10还能够与无线定位器系统通信，从而在整个医院内连续跟踪病人的位置。