无线医疗人体局域网以及用于管理网络的无线装置的方法

摘要

本发明提供一种用于管理无线医疗人体局域网MBAN中的无线装置的方法，包括：基于所述MBAN的所有无线装置，通过在所述无线MBAN的无线装置之间共享识别数据、电池状态和通信性能来配置所述MBAN，其中所述MBAN包括至少一个传感器和至少一个集线器；向多个无线装置提供至少短程通信和远程通信；以及根据电池状态和通信性能，将无线MBAN的第一无线装置配置成主装置。之后，所述方法包括：如果所述主装置的所述电池状态和通信性能下降到所述无线MBAN的第二无线装置以下，则将所述第二无线装置配置成新的主装置；以及根据所述无线MBAN的所述无线装置的所述电池状态和通信性能，在所述无线MBAN内路由数据传输。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线医疗人体局域网(medical body area network，MBAN)以及管理无线MBAN的方法。更确切地说，本发明涉及无线MBAN以及在所述MBAN内路由数据，并且选择性地涉及第二网络。

背景技术

患者可以通过由电缆连接到集线器(hub)的传感器而被监控。所述集线器可以连接到医院的基础设施。通过这种方式，可以对患者加以监控。在同一患者周围并且用于监控该患者的传感器网络与集线器一起称为医疗人体局域网，或者简称为MBAN。在此网络中，传感器将数据发送到集线器，而集线器将数据发送到医院的基础设施。监控生命体征是患者护理的一个重要部分，因为患者的总体或特定健康部分是通过测量和解释关键生理指标来确定的。患者健康参数包括血压、血红蛋白饱和度和心电图(ECG)特征。

但是，在床边使用生理仪表获取这些测量也会给临床环境带来负担。将患者和传感器连接到仪表的电缆、导液管和管子会降低患者护理的工作效率和质量。例如，如果患者被连线装置所束缚，则转动患者以缓解褥疮或在房间内走动可能会成问题。由于电缆管理所引起的程序性延迟也会导致使用更多的时间来执行与患者病情治疗不相关的日常普通任务。

因为传感器非物理连接到彼此或集线器，因此使用无线MBAN 会成为问题，例如难以知晓哪些装置是无线MBAN的一部分。使用无线应用时，可在无物理连接的情况下进行通信，并且例如，可以移动患者或者执行护理程序。无线系统通常构造成使每个穿戴式传感器通过短距离低能量的医疗人体局域网(MBAN)无线电通信到患者监控器或集线器。与此同时，会出现连接可靠性和警告患者紧急状况的安全性降低的问题。

MBAN无线电是一种短距离通信方式，通常范围不超过5米。当患者在床上并且主机监控器或者患者集线器位于床位附近时，该方法是足够的。但是，可以活动的患者可能走出MBAN无线电范围，而个人集线器装置或者患者监控器仍然留在床位附近。如果在患者位于MBAN无线电范围之外时出现紧急状况，对于患者的健康而言，床侧监控器/集线器上显示警报仍至关重要。

现有的MBAN需要将每个MBAN传感器连接到集线器。确保该连接是一个问题。管理MBAN以确保患者的健康也是一个问题。优化无线MBAN内和/或从无线MBAN到第二网络的通信是一个问题。优化无线MBAN的无线装置的电力管理是一个问题。发现一种经济实用并且技术适用的解决方案是一个问题。

发明内容

本发明涉及一种无线MBAN以及一种用于管理无线MBAN中的无线装置的方法。这可以通过独立权利要求中定义的特征来实现。从属权利要求中定义了进一步改进的特征。对于本发明，医疗人体局域网MBAN可以是通过电缆连接或者无线连接到集线器的一个或多个传感器。它还可以包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器通过电缆或者以无线方式连接到用作集线器的传感器。所述MBAN可以用在医院、家庭、运动场所或其他地点中。所述集线器可以连接到医院、家庭、运动场所或其他地点的基础设施，例如互联网、电话网络或者其他适用的基础设施。通过这种方式，可以监控患者。所述 MBAN可以是同一患者周围、用于与所述集线器(或传感器)一起监控所述患者的网络。

在一个实施例中，本发明涉及一种用于管理无线医疗人体局域网MBAN中的无线装置的方法。所述方法包括基于所述医疗人体局域网的所有无线装置配置无线MBAN网络，所述医疗人体局域网包括至少一个传感器和至少一个集线器，或者用作集线器的传感器；所述配置包括：在所述无线MBAN的所有无线装置之间共享至少识别数据、电池状态和通信性能；为所有无线设备提供至少短程通信和远程通信；以及根据所述电池状态和所述通信性能，将所述无线MBAN的第一无线装置配置成无线MBAN的主装置(master)。此后，为管理无线MBAN中的无线装置，所述方法包括：如果主装置的电池状态和通信性能下降到无线MBAN的第二无线装置的电池状态和通信性能的预定水平以下，则将所述第二无线装置配置成新主装置；以及根据所述无线MBAN的所述无线装置的所述电池状态和通信性能，在所述无线MBAN内路由数据传输(routing data transfer within the wireless MBAN)。

在一个实施例中，本发明涉及一种无线医疗人体局域网MBAN，包括多个无线装置，所述多个无线装置包括至少一个传感器和至少一个集线器。所述多个无线装置配置成在所述无线MBAN的所述多个无线装置之间共享至少识别数据、电池状态和通信性能；并且每个无线装置配置成同时支持短程通信和远程通信。所述集线器配置成主装置；并且每个无线装置配置成在所述无线MBAN内路由数据，并且根据所述无线MBAN的每个无线装置的电池状态和通信性能，选择所述无线MBAN内的新的主装置。

在这些实施例中，所述主装置可以配置成与第二网络通信。所述主装置可以使用远程无线通信来与第二网络进行通信，并且/或者所述主装置可以使用有线网络，例如电缆，与所述第二网络通信。所述至少短程通信和远程通信的所有无线装置可以处于不同频率下。

在这些实施例中，所述无线装置可以仅使用短程通信彼此通信。相对于所述MBAN中的每个传感器，所述至少一个集线器可以配备较大电池容量。通过这种方式，所述集线器一开始具有较好的电池状态和通信性能。根据电池状态和通信性能将所述无线MBAN的第一无线装置配置成所述无线MBAN的主装置的一个选择是选择具有最佳电池状态和/或最佳通信性能的无线装置。

至少根据一个实施例，所述方法和无线MBAN是更稳健的系统，其中备用数据传输功能仍能够维持低能量解决方案。数据传输的稳健性至关重要。至少一个实施例提供了一种根据需要改变通信方法以及无线装置之间的电池消耗平衡的智能自适应方法。

以上实施例中的至少一个实施例为背景技术中所述的问题和缺点提供了一种或多种解决方案。所属领域中的技术人员可从以下说明和权力要求中显而易见地了解到本发明的其他技术优势。本发明的多个实施例仅说明了上述优势中的一部分。没有任何一个优势对于各实施例是至关重要的。任何提出权利要求的实施例均可与其他任何提出权力要求的实施例进行技术组合。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施例，并且用于以示例的方式说明本发明的原理。

图1是根据本发明一个示例性实施例的方法的流程图；

图2是根据本发明一个示例性实施例的无线MBAN的示意图；

图3是根据本发明一个示例性实施例的无线MBAN的示意图；以及

图4是根据本发明一个示例性实施例的无线MBAN的示意图；

具体实施方式

图1示出了根据一个示例性实施例的方法的流程图。所述方法是一种用于管理无线医疗人体局域网MBAN中的无线装置的方法。所述无线MBAN可以针对单个患者以及针对所有或者仅一部分无线装置，例如传感器以及一个或多个集线器(例如，监控器，主装置)。以下方法步骤110-130可以采用任何次序，但是前三个步骤可以用于无线MBAN的配对和设置。因此，一开始执行这三个步骤110-130，之后的步骤210-220可以以任何次序执行。

第一步骤110可以是基于包括至少一个传感器和至少一个集线器的医疗人体局域网的所有无线装置配置无线MBAN网络，所述配置包括在所述无线MBAN的所有无线装置之间共享识别数据、电池状态和通信性能。在配对和设置无线MBAN以管理无线MBAN的步骤中，可以将多个无线装置连接到无线MBAN。所述多个无线装置可以包括一个或多个传感器以及一个或多个集线器、监控器。所述一个或多个集线器、监控器可以是用作集线器或监控器的一个或多个传感器。所述传感器可以是任何类型的医疗传感器，例如，可重复使用的传感器或一次性传感器，例如，用于感测血压、氧含量、心电图特征等。所述集线器可以是监控器，并且所述无线MBAN可以包括多个集线器。所述集线器可以具有进一步与第二网络通信的可能性，并且还可以使医疗人员能够读取和监控无线MBAN内的不同传感器。

第二步骤120可以为多个无线装置提供至少短程通信和远程通信。多个装置可以是所有无线装置，也可以是无线MBAN中的所有无线装置。这两种通信可以以不同的频率进行通信。例如，它们可以不在相同的频率范围内操作。例如，短程通信可以是最大范围是5米或4米或3米等的MBAN无线电。所述短程通信可以具有低能量消耗，尤其是与远程通信的能量消耗相比。例如，远程通信可以是Wi-Fi 无线电，延伸距离是短程通信的若干倍(例如，2、3、4、5倍)。所述远程通信可以具有高能量消耗，尤其是与短程通信的能量消耗相比。因此，所述短程通信和远程通信的差异可以在于它们能够通信的范围、它们消耗或需要的能量以及频率范围。由于无线MBAN具有在在无线MBAN内通信和/或从无线MBAN到第二网络之间进行通信的这两不同的可能性，因此，其能够以高效并且安全的方式通信，从而优化无线MBAN及其装置的通信和电力管理。

第三步骤130可以是根据电池状态和通信性能，将无线MBAN 的第一无线装置配置成无线MBAN的主装置。当配对、设置无线 MBAN时，可以选择主装置。此主装置可能具有最佳电池状态和/或最佳通信性能。集线器，例如监控器，可能具有对于相对较小传感器的小型电池而言电池状态更好的较大电池。至少在最初，集线器可以具有较好的通信性能，因为该集线器具有短程和远程通信以及有线通信。但是，如果稍后或者在一开始，例如由于患者离开集线器而导致集线器从无线MBAN断开，则另一个无线装置，例如传感器或另一个集线器，可以代替作为主装置，即便是在一开始配对、设置网络也是如此。

这前三个步骤110-130可以采用任何次序执行。前三个步骤 110-130之后，用于管理无线MBAN中的无线装置的方法可包括以任何次序执行的以下步骤210-220。因此，以下步骤210-220可以在使用一个或多个无线装置配对、设置无线MBAN之后进行。

第四步骤210可以是在主装置的电池状态和通信性能下降到无线 MBAN的第二无线装置的电池状态和通信性能的预定水平以下时，将所述第二无线装置配置成新主装置。与一开始设置成主装置的所述无线装置不同的另一个无线装置可以成为新的替代主装置。配置成主装置的第一无线装置的电池状态和通信性能可能是不可接受的，或者允许其连接到第二网络或者与无线MBAN内的其他无线装置通信。所述第二无线装置，例如，传感器或其他集线器，可以具有更好的电池状态和/或通信性能，并且此第二无线装置之后可以成为无线MBAN 的新主装置。电池状态和通信性能的预定水平可以是，例如，电池容量的20％，以及/或者描述链接强度的RSSI数下降到-70dBm(IEEE 802.11)以下。这些值仅为示例性，并且任何适当的预定水平均可使用，例如从1％到99％，例如，5％、10％、15％、20％、25％、30％、 35％、40％、45％或50％，以及例如，任何信号强度的RSSI值，具体取决于设备，介于从0到最大值之间，例如，50、55、60、65、70、 75、80、85、90dBm。

第五步骤220可以是根据无线MBAN的无线装置的电池状态和通信性能，在无线MBAN内规划数据传输路径。无线装置包括至少一个传感器和至少一个集线器，可以根据其电池状态和通信性能在无线MBAN内路由、指导数据通信、传输。例如，如果一个传感器无法与主装置通信，则该传感器可以与另一个传感器通信，而所述另一个传感器又可以与主装置通信。如果电池状态不允许无线装置使用需要更多能量的远程通信，则数据可以路由到电池状态允许进行远程通信的另一个无线装置。如果通信性能不允许无线装置使用特定通信，则可以使用该无线装置的不同通信选项，或者可以将数据路由到能够提供必要通信的另一个无线装置。它可以是决定如何路由数据的电池状态和通信性能的组合。

参见图2到图4，根据一个实施例，主装置配置成与第二网络30 通信。第二网络30可以属于医院的基础设施。例如，无线MBAN 2 的无线装置10、12、14所收集的数据可以路由到第二网络30，以存储在患者数据存储器中。例如，由无线MBAN的无线装置触发的警报可以被转发到第二网络30，以向相关看管人发出声响警报。

根据一个实施例，所述主装置可以使用远程通信来与第二网络30 通信。远程通信可以是无线通信。根据一个实施例，所述主装置可以使用有线网络来与第二网络30通信。例如，所述集线器可以通过有线连接到医院的基础设施。

如图3中所示，如果集线器22无法与第二网络30或者无线MBAN 的无线装置通信，则第二无线装置10，例如传感器，可以成为主装置并且与第二网络30通信，例如，如图3中的虚线所示，从无线装置 10向第二网络30进行无线通信。在此实施例中，无线装置10，例如传感器10，用作无线MBAN的集线器。

根据一个实施例，无线装置10、12、14、20、22可以仅使用短程通信进行彼此通信。这样可以节省电池电量，因为短程通信的能耗较少。

根据一个实施例，所述方法可以包括配置电池容量与MBAN的每个传感器相比较大的至少一个集线器。所述集线器20、22可以是可供医疗人员用于监控无线MBAN内的不同传感器的监控器。所述监控器可以具有屏幕，并且因此可以需要较大电池容量的电池。附接到患者的较小无线传感器可以具有电池容量较小的电池。无线MBAN 的所述配置将提供适当的网络，以优化无线MBAN内的通信和电力管理。

根据一个实施例，根据电池状态和通信性能，作为无线MBAN 的主装置的第一无线装置配置可以包括选择具有最佳电池状态和通信性能的无线装置。最佳电池装置和最佳通信性能可以是所述无线 MBAN的所有或者仅仅一部分无线装置的电池状态和/或通信性能的比较和/或评估。通过这种方式，无线MBAN可以提供在无线MBAN 内和在无线MBAN与第二网络30之间通信的安全方式。根据一个实施例，无线MBAN的主装置可以基于使用电池状态和/或通信性能计算出来的值进行选择。最佳电池状态和通信性能可以提供最高值，并且可用于确定无线MBAN的主装置。如果所述值下降到第二无线装置的电池状态和通信性能的预定水平以下，则第二无线装置将成为主装置。电池状态和通信性能的预定水平可以是，例如，电池容量的20％，以及/或者描述链接强度的RSSI数下降到-70dBm(IEEE 802.11)。这些值仅为示例性，并且任何适当的预定水平均可使用，例如从1％到99％，例如，5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％，以及例如，任何信号强度的RSSI值，具体取决于设备，介于从0到最大值之间，例如，50、55、60、65、70、75、80、85、90dBm。

根据一个实施例，无法直接与所述主装置通信的无线装置经由无线MBAN的一个或多个无线装置与主装置通信。例如，这如图4中所示，其中无线装置14可以出于特定原因而无法直接与主装置22通信。但是，无线装置14能够与无线装置12通信，并且此无线装置12又能够与主装置22通信。通过这种方式，由无线装置10、12、14收集的所有数据可以传输到主装置22并且依次传输到第二网络30。

在一个实施例中，例如，如图2-4中所示，无线医疗人体局域网 MBAN包括多个无线装置10、12、14、20、22。所述多个装置可以包括至少一个传感器10、12、14以及至少一个集线器20、22。所述至少一个集线器可以是用作集线器的传感器。所述多个无线装置可以配置成在无线MBAN的所述多个无线装置之间共享至少识别数据、电池状态和通信性能。所述多个无线装置中的每个无线装置可配置成同时支持短程通信和远程通信。所述至少一个集线器中的一个集线器可以配置成主装置。每个无线装置可以配置成在无线MBAN内路由数据，并且根据无线MBAN的每个无线装置的电池状态和通信性能，在无线MBAN内选择新的主装置。所述多个装置可以是无线MBAN 的所有无线装置。通过在多个装置之间仅共享识别数据、电池状态和通信性能，可以大幅减少开销。所述共享可以在所述多个无线装置中的每个无线装置之间进行。所述短程通信和远程通信可以以不同的频率进行。上文已提及短程通信和远程通信，并且与需要较多能量的远程通信相比，短程通信所需的能量较少。例如，远程通信所需的能量大约是短程通信的三倍。换言之，尽管远程通信可以持续例如大约八小时，但使用相同的电池，短程通信可以持续例如二十四小时。起初，所述集线器可以配置成主装置，但是随着电池状态改变并且/或者无线装置之间的通信性能改变，例如，无线装置无法按需要进行通信，则可以选择新的主装置。这样可确保无线MBAN是具有最优通信和电力管理的稳健网络。

根据一个实施例，主装置22可以配置成与第二网络30通信。所述主装置可以配置成使用远程无线通信来与第二网络30通信。作为替代或附加，所述主装置可以配置成使用有线网络与第二网络30通信。

根据一个实施例，无线装置10、12、14、20、22可以配置成仅使用短程通信进行彼此通信。这样会节省无线装置的电池容量。所述至少一个集线器与每个传感器的电池容量相比，可以具有较大电池容量。

根据一个实施例，无法直接与主装置22直接通信的无线装置14 配置成经由无线MBAN的一个或多个无线装置10、12与主装置22 通信。通过这种方式，网络实现最优通信。这如图4中所示。

上述及下述与所述方法和无线MBAN相关的特征可以全部组合，只要在技术上合理即可。它们全部用于公开本发明的一个实施例。相对于所述方法所述的内容也公开了无线MBAN，反之亦然。

在无线MBAN2中，无线装置10、12、14、20、22配备了短程和远程通信，例如，以不同的频率工作。基本上所有装置均可经由短程通信来进行共同通信，因为它操作所需的电力较少。MBAN的一个装置被选作网关或主装置22，负责处理较远程通信和/或连线到基础设施，例如，医院网络。MBAN 2内的其他装置可以经由短程通信将数据发送到主装置。无线MBAN可用于医院中，并且可以由开销较小的严格定义的参数构建。所述无线MBAN在每个单节点无线装置中可能使用多个操作频率和通信协议，从而使其更为稳健。所述无线 MBAN可分配到特定患者并且自动化检查可以基于无线装置的通信和/或检查每个无线装置是否一直连接到同一患者。

所公开的方法和无线MBAN能够减少网络内的开销。开销数据的减少在具有有限电池容量和高效通信性能的无线MBAN中非常有用。

转到图2到图4，其中详细示出了三个实施例。每个无线装置10、 12、14、20、22，例如穿戴式传感器10、12、14，经由低能量和低范围MBAN无线电协议、短程通信与主机监控器或集线器20、22装置进行点对点通信。所述主机主装置/监控器或集线器经由有线或无线网络将数据从传感器发送到例如医院的基础设施。很多情况下，这种点对点MBAN通信可能会受到影响。但是，警报和所测得的患者数据仍然必须传输到基础设施。这些情况可能例如是主机装置故障；一个或多个传感器超出MBAN范围，例如，在保暖毯下等；患者移出MBAN 范围之外；短程通信频率存在过量使用或噪声等。

根据一个或多个实施例，全部或至少多个无线装置10、12、14、 20、22是连接到单个患者的无线MBAN的一部分，其中每个无线装置始终知晓无线MBAN即同一社区中的其他装置的装置识别、连接状态和电池状态。无线MBAN中的一个装置配置成用作主装置22连接到基础设施的网关。主装置的选择基于电池状态和通信性能、最佳连接质量和电池容量。当首次设置无线MBAN时，主装置监控器或集线器可能具有最佳电池状态和通信性能并且可能被选为主装置，从传感器收集测量数据并且将数据发送到基础设施。这如图2中所示，其中无线装置10、12、14、20、22是传感器10、12、14和集线器20、 22。无线装置是无线MBAN 2的一部分。无线装置10、12、14、20、 22如何彼此通信的实例如附图中无线装置之间的划线所示。主装置、集线器22可以与第二网络30通信，例如通过远程通信或有线通信，如图中的虚线所示。

当出现问题并且主装置(主网关)失去发送数据的能力时，则在无线MBAN内选择新的(紧急)主装置用作网关。远程通信所消耗的功率高于短程通信，并且传感器可能具有有限的电池容量。当紧急主装置的电池容量下降时，紧急主装置的角色可以转交给无线MBAN社区中的另一个装置。通过更换远程通信主装置角色，总电池容量将更均匀地使用，并且所有参数保持其测量同等时间的能力。这如图3 中所示，其中无线装置10、12、14、22是传感器10、12、14和集线器22。无线装置10、12、14是无线MBAN 2的一部分。无线装置10、 12、14、22如何彼此通信的实例如附图中无线装置之间的划线所示。在此实例中，传感器10、12、14无法与主装置集线器22通信。根据实施例，可以选择无线装置10、传感器10作为新主装置。之后，可以从与第二网络30通信的传感器10进行数据传输，例如通过远程通信，如图中的虚线所示。

如果一个传感器失去与主装置的短程连接，但是其他传感器仍然能够与主装置远程通信并且从丢失的传感器中侦听传感器数据，则可以经由另一个传感器来流传输丢失的传感器数据。例如，当一个传感器在患者或保暖毯下方时，可能出现这种情况。所丢失的传感器还可以通过备用通信进行数据传输，例如，通过使用直达基础设置的远程通信。这如图4中所示，其中无线装置10、12、14、22是传感器10、 12、14和集线器22。无线装置是无线MBAN2的一部分。无线装置 10、12、14、22如何彼此通信的实例如附图中无线装置之间的划线所示。在此实例中，传感器14无法与主装置集线器22通信。通过经由一个或多个传感器10、12将数据从传感器14输送到集线器22，例如通过使用短程通信，所公开的实施例解决了此问题。主装置集线器22 可以与第二网络30通信，如图中的虚线所示。

根据至少一个实施例，可以仅通过增加电池容量来使用无线 MBAN的现有无线装置实现短程患者传输，而无需使用额外装置。当所有装置均知晓其无线MBAN时，可以将新装置与无线MBAN中所含的其他任何装置关联，从而能够将新成员关联数据与其他装置共享。同一无线MBAN中的传感器可以共享所测得的数据(心率等) 或者使用与身体相连的通信以确保与一个患者相连的所有传感器均属于同一个MBAN。

本说明书使用各个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域中的技术人员得出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。

元件清单

无线医疗人体局域网以及用于管理所述网络的无线装置的方法。

2 无线MBAN

10无线装置，传感器

12无线装置，传感器

14无线装置，传感器

20无线装置，集线器

22无线装置，集线器

30第二网络

110 第一方法步骤

120 第二方法步骤

130 第三方法步骤

210 第四方法步骤

220 第五方法步骤