DE60130751T2

DE60130751T2 - Programmierbares drahtloses elektrodensystem zur medizinischen überwachung

Info

Publication number: DE60130751T2
Application number: DE60130751T
Authority: DE
Inventors: Mohammad Hoffman Estates KHAIR; Richard Cary Ng; Salvador Dundee LOPEZ; Sanjar Chesapeake GHAEM; William L. Lake Villa OLSON
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: AU2001257080B2; US6496705B1; ES2295158T3; JP2004500217A; US20030040305A1; US7171166B2; AU5708001A; ATE374568T1; WO2001078594A1; EP1274345A1; DE60130751D1; CA2403068A1; US20060058017A1; MXPA02010272A; EP1274345B1; EP1274345A4; US6987965B2; CA2403068C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
A. Bereich der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein den Bereich von Vorrichtungen, die zum Messen und Anzeigen von vom Körper erzeugten Biopotentialsignalen verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vielzahl drahtloser, fernprogrammierbarer Elektroden-Transceiver-Anordnungen, die jeweils mit einer herkömmlichen Pflasterelektrode gekoppelt sind, sowie eine zugehörige Basiseinheit. Die Basiseinheit erhält das Elektrokardiogramm (EKG) eines Patienten oder ein anderes Biopotentialsignal von den drahtlosen Transceivern und liefert dieses Signal zum Anzeigen an eine Anzeigeeinheit. Die Anzeige kann ein Standard-EKG-Monitor sein.
B. Angabe des Standes der Technik
Ein herkömmliches EKG-Gerät zur Krankenbettüberwachung in Krankenhäusern benötigt üblicherweise bis zu zehn festverdrahtete Elektroden. Jede Elektrode ist an dem Körper des Patienten befestigt und hat einen Draht, der mehrere Meter lang oder länger ist, der zu einem EKG-Monitor führt. Solche Elektroden werden verwendet, um Herzsignale von dem Patienten zu erfassen und diese in eine Mehrkanal-EKG-Auswertung umzuwandeln.
Die sehr langen verdrahteten Elektroden des herkömmlichen EKG-Geräts behindern den Patienten und schränken die Bewegungsfreiheit des Patienten ein. Sie sind außerdem unhandlich für den Arzt oder die assistierende Krankenschwester. Gegenwärtig gibt es Telemetriesysteme zur drahtlosen EKG-Überwachung für Patienten in Krankenhäusern. Diese Systeme sind kostspieliger, für eine größere Reichweite (höhere Leistung) gedacht und schließen die physikalischen Elektrodendrähte, die an dem Patienten befestigt sind, nicht vollständig aus. Anstatt mit dem Monitor verbunden zu sein, ist jede Elektrode mit einer einzelnen Senderbox verkabelt, die von dem Patienten getragen wird. Einige Telemetriesysteme sind aufgrund der Verdrahtung, die zwischen den Elektroden und der Senderbox notwendig ist, außerdem unter Umständen nicht in der Lage, ein 12-Kanal-EKG (10 Drähte) zu verarbeiten. Das "Spacelabs-Ultraview-Modular-Digital-Telemetry"-System kann beispielsweise nur ein Maximum von vier Kanälen (5 Drähte) verarbeiten.
Drahtlose medizinische Überwachungs- und Diagnosesysteme wurden im Stand der Technik vorgeschlagen. Das US-Patent 5,826,803 von Besson et al. beschreibt ein drahtloses Elektroden/Sensorpflastersystem mit Sensor-, Steuerungs- und Transceiverelektronik, die in einer Elektrodenpflasteranordnung enthalten ist. Die US-Patente 5,307,818 , 5,168,814 und 4,981,141 , die alle auf Segalowitz ausgestellt sind, beschreiben ein drahtloses Elektrodensystem zur EKG-Überwachung. Die Patente von Besson et al. und Segalowitz werden hier zur Bezugnahme verwendet. Die Segalowitz- Patente beschreiben ein einteiliges Elektrodenpflaster mit eingebauten Microchips zur drahtlosen Einwege-Kommunikation, und eine Einrast-Elektronik-Anordnung, die an einem wegwerfbaren Elektrodenpflaster befestigt werden kann. Das Elektrodenpflaster ist jedoch ein spezieller Zwei-Leiter-Typ, der nicht herkömmlich ist. Die Elektrodenanordnungen sind entweder nur zum Senden oder nur zum Empfangen (nicht beides). Ein Referenzsignal (von einem Wilson-Netzwerk erzeugt) wird von der Basiseinheit nur an das Elektrodenpflaster des Rechten Beins übertragen, welches nur empfängt. Elektroden können nur über manuelle Schalter auf dem Elektrodengehäuse programmiert werden, nicht durch die Luft von der Basiseinheit. Für die Ausführungsform mit mehreren Elektroden enthält die Basiseinheit mehrere Empfänger und Antennen, die implizieren, dass mehrere Sendefrequenzen für das System und die durch-die-Luft-Signalisierung benötigt werden (und somit die Implementierung der Basiseinheit kostspieliger machen). Eine Fehlerkorrektur oder Erkennungsfähigkeit in den Elektroden oder der Basiseinheit wird nicht erwähnt.
In einer weiteren Ausführungsform des '818-Patents von Segalowitz gibt es eine Diskussion über eine Anordnung mit einem einzelnen Streifen, der alle Elektroden umfasst, die zur 12-Kanal-EKG-Überwachung mit in der Streifenanordnung enthaltenen Mikrochipschaltungen notwendig sind (nicht in den einzelnen Elektrodenpflastern). In dieser Konfiguration werden die EKG-Signale von jeder Elektrode gemultiplext und von einem einzelnen Sender (in der Streifenanordnung enthalten) über Zeitmultiplexen auf einem einzelnen digital codierten Frequenzkanal übertragen. Es wird jedoch kein Zeitmultiplexen auf einem einzelnen Frequenzkanal für ihre Ausführungsform mit mehreren Sendeelektroden erörtert, wie in der vorliegenden Erfindung erörtert wird.
Die vorliegende Erfindung soll keine vorhandenen Telemetriesysteme ersetzen, sondern eher eine geeignetere und kostengünstigere Lösung zur drahtlosen Niedrigleistungs-EKG-Überwachung in einer Krankenhauszimmerumgebung bereitzustellen, ohne die vorhandene EKG-Krankenhausbett-Überwachungsausrüstung austauschen zu müssen. Ferner stellt die vorliegende Erfindung programmierbare Merkmale bereit, aufgrund welchen eine Basiseinheit mehrere drahtlose Transceiver fernprogrammieren kann. Das sorgt für eine größere Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an ein drahtloses EKG-Erfassungssystem. Als solches wird dies als eine Verbesserung der von Besson et al. und Segalowitz vorgeschlagenen Systeme angesehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein drahtloses Biopotentialsignalerfassungssystem gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
In einem ersten Aspekt wird ein drahtloses Elektrokardiogramm (EKG) Erfassungssystem bereitgestellt. Das System umfasst eine Vielzahl von einzelnen, fernprogrammierbaren drahtlosen Transceivern, von denen jeder einer Pflasterelektrode zur Verwendung bei der EKG-Überwachung zugehörig ist. Die Pflasterelektroden sind von herkömmlichem Design und so aufgebaut, dass sie auf der Oberfläche des Körpers eines Patienten zum Messen von elektrischen Potentialen platziert werden. Das System umfasst des Weiteren eine Basiseinheit, die einen drahtlosen Transceiver zum Senden und Empfangen von Nachrichten an die Vielzahl von einzelnen drahtlosen Transceivern aufweist. Die Nachrichten umfassen Konfigurationsbefehle für die Vielzahl von einzelnen Transceivern. Beispiele der Konfigurationsbefehle umfassen Datenerfassungsbefehle, Übertragungssteuerbefehle wie beispielsweise Frequenzauswahlbefehle und andere Befehle, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden.
Die Basiseinheit überträgt gemäß diesem ersten Aspekt der Erfindung ein globales Zeit-Basissignal an die Vielzahl einzelner drahtloser Transceiver. Das globale Zeit-Basissignal wird zur Synchronisierung des Zeitablaufs der Übertragung von Signalen verwendet, die von den einzigen drahtlosen Transceivern in diskreten Zeitschlitzen in einem einzelnen Frequenzkanal an die Basiseinheit gesendet werden. Dieses Zeitmultiplexen ermöglicht, dass jeder drahtlose Transceiver seine Signale in diskreten Zeitschlitzen an die Basiseinheit überträgt, wobei sich die drahtlosen Transceiver einen gemeinsamen Kanal teilen.
Die Basiseinheit hat eine Schnittstelle zu einem EKG-Monitor zum Anzeigen und zur Analyse durch den Benutzer. Bei dem EKG-Monitor handelt es sich vorzugsweise um einen herkömmlichen Standard-Monitor, der heutzutage üblicherweise im Krankenhausumfeld verwendet wird. Die EKG-Signale werden dem Monitor von der Basiseinheit auf eine Weise bereitgestellt, die für den Monitor transparent ist, d. h., die Daten werden so formatiert und in einer Form bereitgestellt, durch welche der Monitor die Signale nicht von herkömmlichen, verdrahteten Elektrodeneingangssignalen unterscheiden kann. Der EKG-Monitor akzeptiert vorzugsweise individuelle Elektrodensignale, um jede beliebige benötigte Kanalkonfiguration auszubilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die drahtlose Zweiwege-Kommunikation zwischen der Basiseinheit und der Vielzahl fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver gemäß einem Protokoll, das die Übertragung einer Vielzahl von Konfigurationsbefehlen ermöglicht, hergestellt. Beispiele solcher Befehle umfassen Registrierungsinformationen, Datenerfassungssteuerungsbefehle (wie beispielsweise Beginn- und Stop-Nachrichten), Übertragungsfrequenzbefehle, Zeitschlitzbefehle, Verstärkergewinnbefehle, Sendersteuerungsbefehle, Stromsparmodusbefehle, Initialisierungsbefehle und dergleichen. Die Fähigkeit zur Fernprogrammierung der drahtlosen Transceiver ergibt eine beachtliche Flexibilität darüber, wie die Elektroden konfiguriert und auf dem Körper des Patienten angeordnet werden.
Die Vielzahl einzelner drahtloser Transceiver könnte so aufgebaut sein, dass sie an bestimmten Stellen auf dem Körper des Patienten eingesetzt werden, wie beispielsweise am linken Arm, rechten Arm, linken Bein usw.. In einer bevorzugteren Ausführungsform sind die einzelnen drahtlosen Transceiver generisch hinsichtlich bestimmter Platzierungsstandorte auf der Oberfläche des Körpers eines Patienten. Die Basiseinheit überträgt Programmierungsdaten an die einzelnen drahtlosen Transceiver. Die Programmierungsdaten umfassen Elektrodenpositionsstandortdaten, die einer eindeutigen Platzierungsposition zugehörig sind und die den einzelnen drahtlosen Transceivern zugeordnet werden soll, sowie Elektrodenkennungsdaten. Wenn die Daten von jedem der drahtlosen Transceiver erfasst werden, werden die Elektrodenkennungsdaten, Elektrodenpositionsstandortdaten und das erfasste Elektrodensignal von den drahtlosen Transceivern an die Basiseinheit gesendet.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein dynamisch programmierbares, drahtloses Elektrokardiogramm-(EKG)-Erfassungssystem bereitgestellt. Das System umfasst eine Vielzahl einzelner fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver, wobei jeder Transceiver einer Pflasterelektrode zur Verwendung bei der EKG-Überwachung zugehörig ist, sowie eine Basiseinheit, die einen drahtlosen Transceiver zum Senden und Empfangen von Nachrichten (z. B. Befehlen) an die Vielzahl von einzelnen drahtlosen Transceivern aufweist. Die Basiseinheit und die Vielzahl einzelner drahtloser Transceiver implementieren ein drahtloses Programmierungsprotokoll, durch welches Informationen und Befehle zwischen der Basiseinheit und einzelnen drahtlosen Transceivern ausgetauscht werden. Registrierungs-, Konfigurations- und Datenübertragungssteuerungseigenschaften der einzelnen drahtlosen Transceiver werden von der Basiseinheit dynamisch verwaltet.
Die Basiseinheit kann als ein Beispiel der Informationen, die zwischen der Basiseinheit und den Transceivern übertragen werden, ein globales Zeitbasissignal übertragen, das den Zeitablauf der Übertragung von Signalen synchronisiert, die von der Vielzahl einzelner drahtloser Transceiver in diskreten Zeitschlitzen in einem einzigen Frequenzkanal an die Basiseinheit übertragen werden. Andere Beispiele umfassen Datenerfassungsnachrichten, Registrierungsnachrichten, Initialisierungsnachrichten, Frequenzauswahlbefehlsnachrichten und dergleichen, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine drahtlose, fernprogrammierbare Transceiveranordnung bereitgestellt. Die drahtlose Transceiveranordnung ist zur Befestigung an einer Pflasterelektrode zur Platzierung auf dem Körper eines Patienten angeordnet, wobei die Anordnung von der Elektrode erfasste Signale an eine Basiseinheit überträgt. Die Elektrodentransceiveranordnung umfasst einen Verstärker, der ein Signal von der Elektrode empfängt und ein verstärktes analoges Signal erzeugt, einen Analog-Digital-Wandler, der das verstärkte analoge Signal in ein digitales Signal umwandelt, eine Rechenplattform wie beispielsweise einen Mikrokontroller mit einer Digitalen Signalprozessor-(DSP)-Funktion, der einen Speicher aufweist, welcher eine Reihe von vom Mikrokontroller/DSP ausführbaren Anweisungen aufweist, einen Puffer, der digitale Signale zur Übertragung an die Basiseinheit speichert, sowie ein drahtloses Transceivermodul einschließlich einer Antenne zur drahtlosen Übertragung der digitalen Signale an die Basiseinheit. Ein Frequenzgenerator wird bereitgestellt, der ansprechend auf Befehle von dem Mikrokontroller ist. Der Frequenzgenerator erzeugt ein Signal mit einer Frequenz, bei der die drahtlose Übertragung von der drahtlosen Transceiveranordnung an die Basiseinheit stattfinden soll. Der Mikrokontroller ist betriebsbereit zum Auswählen einer Frequenz für die drahtlose Übertragung ansprechend auf von der Basiseinheit empfangene Steuerungsbefehle.
In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Basiseinheit für eine Vielzahl von drahtlosen, programmierbaren Transceiveranordnungen bereitgestellt, von denen jede zur Befestigung an einer Pflasterelektrode zur Platzierung auf der Oberfläche des Körpers eines Patienten angeordnet ist. Die Basiseinheit umfasst ein Transceivermodul mit einer Antenne zur drahtlosen Kommunikation in Sende- und Empfangsrichtung zwischen der Basiseinheit und den drahtlosen, programmierbaren Transceiveranordnungen. Die drahtlose Kommunikation von den drahtlosen, programmierbaren Transceiveranordnungen an die Basiseinheit findet in einer Vielzahl diskreter Zeitschlitze in einem einzelnen Fre quenzkanal statt. Die Basiseinheit umfasst des Weiteren einen mit der Antenne gekoppelten Codierer/Decodierer, einen Mikrokontroller und einen Speicher. Der Mikrokontroller führt eine Fehlerkorrektur der Signale von dem Codierer/Decodierer durch und führt eine Initialisierungs- und Transceiververwaltung und Befehlsroutinen durch.
Die Basiseinheit umfasst des Weiteren einen Demultiplexer, der empfangene Daten von der Vielzahl drahtloser Transceiveranordnungen in der Vielzahl diskreter Zeitschlitze demultiplext. Ein Digital-Analog-Wandler wandelt die empfangenen, gedemultiplexten digitalen Signale in analoge Signale um. Eine Schnittstelle liefert die analogen Signale zum Anzeigen an einen Monitor. Der Monitor umfasst vorzugsweise einen herkömmlichen bereits existierenden EKG-Monitor. Der drahtlose Ursprung der gelieferten analogen Signale ist für den EKG-Monitor transparent.
Diese und noch weitere Aspekte und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform klarer erkennbar sein. In dieser Beschreibung sollen sich die Begriffe "drahtloser Transceiver" und "programmierbarer drahtloser Transceiver" auf die drahtlose Elektrodentransceiveranordnung als eine Einheit beziehen, die von dem tatsächlichen Transceivermodul innerhalb der Anordnung unterschieden wird, es sei denn, der Kontext gibt eindeutigerweise etwas anderes an.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den angehängten Zeichnungen beschrieben, wobei sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente in den zahlreichen Darstellungen beziehen und in denen:
1 eine schematische Darstellung des Systems der vorliegenden Erfindung bei Verwendung mit einem Patienten zum Erfassen von EKG-Signalen von dem Patienten und deren Liefern an einen EKG-Monitor ist;
2 eine ausführliche perspektivische Ansicht einer der Pflasterelektroden und zugehörigen fernprogrammierbaren drahtlosen Transceiver von 1 ist, wobei es sich versteht, dass alle solche Pflasterelektroden und drahtlosen Transceiver von 1 von einer ähnlichen Konstruktion wie der in 2 dargestellten Konstruktion sind;
3 ein Blockschaltbild der drahtlosen Transceiveranordnung von 2 ist;
4 ein Blockschaltbild der Basiseinheit von 1 ist;
5 ein Schema ist, das das Zeitmultiplexen der Übertragung von der Vielzahl von drahtlosen Transceivern von 1 in der Uplink-Richtung (die Richtung der drahtlosen Übertragung von den drahtlosen Transceivern an die Basiseinheit) und die Übertragung der Synchronisations-, Referenz- und Steuerungsdaten von der Basiseinheit an die drahtlosen Transceiver in einem gemeinsamen Kanal in der Downlink-Richtung erläutert;
6 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Basiseinheit-Initialisierungsroutine erläutert;
7 ein Ablaufdiagramm ist, das eine drahtlose Transceiver-Initialisierungsroutine erläutert;
8 ein Ablaufdiagramm eines Programmierungsvorgangs zum Programmieren der drahtlosen Transceiver von 1 ist, wenn das EKG-System von 1 initialisiert wird;
9 eine perspektivische Ansicht einer Basiseinheit von 4 und einer Gruppe drahtloser Transceiver ist, die gemäß des Vorgangs von 8 initialisiert werden; und
10 eine perspektivische Ansicht von drei drahtlosen Sendern ist, nachdem der Vorgang von 8 beendet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung stellt ein System bereit, das aus mehreren intelligenten drahtlosen Transceivervorrichtungen, die so groß sind, dass sie auf herkömmliche wegwerfbare Pflasterelektroden zur drahtlosen medizinischen Überwachung eingerastet werden können, sowie einer Basiseinheit, die mit den drahtlosen Elektrodenvorrichtungen kommuniziert, die außerdem in der Lage ist, mit vorhandener herkömmlicher Krankenbettüberwachung und Anzeigeausrüstung verbunden zu werden, besteht. Das System ist besonders zur drahtlosen EKG-Überwachung geeignet. Die Elektrodenvorrichtungen empfangen Befehle von der Basiseinheit wie beispielsweise Registrierungsbefehle, Übertragungsfrequenzbefehle, Verstärkergewinnbefehle, Sendesteuerungsbefehle, Stromsparmodus usw. und umfassen Hardware und Software oder Firmware zum Verarbeiten dieser Befehle und zum entsprechenden Konfigurieren der drahtlosen Transceiver ansprechend darauf.
Die drahtlosen Transceiver werden außerdem vorzugsweise ein globales Zeitbasissignal von der Basiseinheit empfangen. Das globale Zeitbasissignal wird verwendet, um den Zeitablauf der Erfassung von Abtastwertpunkten für alle Elektroden, die zum Messen der Eingabekörperoberflächenpotentiale (z. B. EKG-Signal) verwendet werden, zu synchronisieren. Die Basiseinheit empfängt das übertragene EKG-Signal von jeder Elektrode (in vorher festgelegten Zeitintervallen, wenn das Zeitmultiplexen die Ausführungsform des Kommunikationsprotokolls ist), demoduliert, decodiert (mit Fehlerkorrektur), verarbeitet die Daten digital, wendet jede beliebige notwendige Signalkonditionierung an (Verstärken, Filtern) und wandelt sie in eine analoge Form zurück, um die EKG-Signale zum Anzeigen an die Standard-EKG-Ausrüstung auszugeben. Die Basiseinheit hat auch eine Universalschnittstelle zu existierender EKG-Ausrüstung, so dass die drahtlose Verbindung zwischen den Elektroden und der Basiseinheit für die EKG-Ausrüstung transparent erscheint. Die EKG-Ausrüstung wird die einzelnen Elektrodensignale zum Ausbilden jeder beliebigen benötigten Kanalkonfiguration akzeptieren.
Während Zeitmultiplexen eine gegenwärtig bevorzugte Ausführung für die Übertragung von Elektrodenbiopotentialsignalen ist, könnten andere Übertragungsformate verwendet werden. Ein Beispiel eines alternativen Übertragungsformats ist das Codemultiplexen, eine in der drahtlosen Kommunikationstechnik bekannte Technik.
Die drahtlosen Transceiver und die Basiseinheit verwenden außerdem ein eindeutiges durch-die-Luft-Kommunikatiosnsprotokoll zwischen der Basiseinheit und den Elektroden, was eine drahtlose Programmierung (Konfiguration), Identifizierung, Prüfung, Datenerfassungssteuerung und Sendersteuerung jeder in dem EKG-System verwendeten Elektrode ermöglicht. Zur Frequenzbandbreiteneffizienz könnte das System so angeordnet sein, dass die Übertragung von Multikanal-EKG-Signalen auf einem einzelnen digital codierten Frequenzkanal zwischen dem Basiseinheitstransceiver und mehreren Elektrodenvorrichtungen unter Verwendung von Zeitmultiplexen stattfindet. Jede Elektrode wird beispielsweise Synchronisationsdaten von der Basiseinheit auf derselben Empfangsfrequenz empfangen und Anweisungen darüber, in welchem Zeitschlitz seine digital codierten EKG-Daten übertragen werden sollen. Dies ermöglicht, dass mehrere Patienten das drahtlose EKG-System in demselben Krankenhauszimmer verwenden, wenn es eine begrenzte Bandbreite gibt.
In 1, auf die nun Bezug genommen wird, wird ein System 10 gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform zur Verwendung mit einem Patienten 12 schematisch dargestellt. Das System 10 erfasst EKG-Signale von dem Patienten 12 und liefert diese an einen EKG-Monitor 14. Das System 10 ist ein drahtloses System, in dem eine Vielzahl von Elektrodenanordnungen 16 Befehle (z. B. Synchronisations- und Steuerungsbefehle) von einer Basiseinheit 18 unter Verwendung von drahtlosen Übertragungsverfahren empfängt und die EKG-Signale ebenfalls unter Verwendung von drahtlosen Übertragungsverfahren an die Basiseinheit 18 liefert. Somit werden unhandliche Drähte für die Elektrodenanordnungen 16 in der dargestellten Ausführungsform beseitigt.
Die Elektrodenanordnungen 16 von 1 bestehen aus einer Vielzahl von einzelnen, fernprogrammierbaren drahtlosen Transceivern 20, wobei jeder Transceiver so angeordnet ist, dass er auf einer herkömmlichen Pflasterelektrode 22 (wie beispielsweise eine 3M "Red dot"-Elektrode) einrastet, die bei der EKG-Überwachung verwendet wird. Die drahtlosen Transceiver werden nachfolgend im Zusammenhang mit den 2 und 3 ausführlicher beschrieben. Die Basiseinheit 18 umfasst einen drahtlosen Transceiver zum Senden und Empfangen von Nachrichten an die Vielzahl einzelner drahtloser Transceiver, und ist im Zusammenhang mit den 4, 6, 8 und 9 ausführlicher beschrieben. Die Basiseinheit weist des Weiteren eine Schnittstelle zum Bereitstellen von analogen EKG-Signalen, die von den drahtlosen Transceivern 20 an einen herkömmlichen EKG-Anzeigemonitor 14 übertragen werden, auf.
Ein bevorzugtes Kommunikationsformat zur drahtlosen Kommunikation zwischen der Basiseinheit 18 und den drahtlosen Transceivern 20 ist das Zeitmultiplexen in einem gemeinsamen Frequenzkanal in der Uplink-Richtung, d. h., zwischen den Transceivern und der Basiseinheit. Jeder drahtlose Transceiver 20 überträgt EKG-Signale in einem bestimmten Zeitschlitz in dem Kanal, wie in 5 angegeben ist. In der Downlink-Richtung überträgt die Basiseinheit Steuerbefehle und andere Informationen in einem gemeinsamen Kanal, auf den alle drahtlosen Transceiver eingestellt sind. Die Zeitschlitzzuordnung, Frequenzzuordnung und andere Übertragungssteuerungsinformationen werden von der Basiseinheit 18 verwaltet und gesteuert, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben ist. Eine alternative Ausführungsform ist die Verwendung eines Codemultiplex-(CDMA)-Formats zur drahtlosen Kommunikation zwischen der Basiseinheit 18 und den drahtlosen Transceivern 20, wobei es sich um ein Verfahren handelt, das Fachleuten in der drahtlosen digitalen Kommunikationstechnik bekannt ist.
Die von der Basiseinheit 18 übertragenen Nachrichten umfassen außerdem Konfigurationsbefehle für die drahtlosen Transceiver 20. Diese Konfigurationsbefehle können beispielsweise Wechsel oder Einstellen der Datenerfassungsabtastgeschwindigkeit, Verstärkergewinneinstellung und Kanalträgereinstellungen sein, und können außerdem aus einem Zeitablaufsignal zur Synchronisation des Übertragungszeitschlitzes bestehen. Die Basiseinheit 18 überträgt vorzugsweise ein globales Zeitbasissignal an alle drahtlosen Transceiver. Das globale Zeitbasissignal synchronisiert den Zeitablauf der Übertragung der EKG-Signale, die von allen drahtlosen Transceivern 20 erfasst werden, so dass die Übertragungen in diskreten Zeitschlitzen in einem einzigen Frequenzkanal stattfinden, wie in 5 dargestellt ist.
Die Details des durch-die-Luft-Programmierungsprotokolls zum Austausch von Nachrichten und Informationen zwischen der Basiseinheit und den Transceivern können auf viele Arten innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung erreicht werden und werden als innerhalb der Fähigkeiten eines Fachmanns in der entsprechenden Technik liegend betrachtet. In einer möglichen Ausführungsform werden Pakete von Daten zwischen der Basiseinheit und den drahtlosen Transceivern übertragen. Bestimmte Felder in den Paketen (Bytes von Daten) sind für Steuerungsdaten, Nutzdaten, zyklische Redundanzprüfungs-(CRC) oder Fehlerkorrekturdaten usw. gemäß bekannter drahtloser Übertragungsprotokolle, herkömmlicher Datenübertragungsverfahren wie beispielsweise IP oder Ethernet oder ähnlicher Verfahren reserviert. Ein gegenwärtig bevorzugtes Protokoll ist in der Anwendung von Mohammad Khari et. al, das hiermit gleichzeitig eingereicht wird, mit dem Titel "Wireless Protocol für Medical Monitoring", Seriennummer 09/551,719 beschrieben, von dem die Inhalte hier als Bezug verwendet werden.
2 ist eine ausführliche perspektivische Ansicht einer der Pflasterelektroden 22 und der zugehörigen fernprogrammierbaren drahtlosen Transceiver-20-anordnung 16 von 1, wobei klar ist, dass alle solche Pflasterelektroden und drahtlosen Transceiver von 1 eine ähnliche Konstruktion wie die in 2 dargestellte Konstruktion haben. Die Pflasterelektrode 22 ist auf der Oberfläche des Körpers des Patienten auf herkömmliche Weise befestigt. Die Pflasterelektrode 22 umfasst einen Leiter 24, der EKG- oder andere Signale an einen Stift 26 leitet. Der Stift 26 wird in einer komplementären Stiftaufnahmestruktur 28 in dem drahtlosen Transceiver 20 aufgenommen, um die zwei Teile 20 und 22 ineinander greifen zu lassen (wie in einer Einrastpassung).
Die Stiftaufnahmestruktur 28 leitet elektrische Impulse, bezogen auf eine lokale Massereferenz, an elektronische Schaltungen in dem drahtlosen Transceiver 20. Die lokale Massereferenz umfasst einen flexiblen Streifen 21, der mit dem Transceiver 20 verbunden ist, der einen aus einem leitfähigen Material hergestellten Spitzen- oder Hautkontakt 21A aufweist, der unterhalb der Pflasterelektrode 22 in Kontakt mit der Haut platziert wird. Es ist der Zweck, dem Transceiver zu ermöglichen, die Biopotentialdifferenz zwischen dem Signalkontaktpunkt 26 und der lokalen Massereferenz 21/21A zu messen. Das für den Streifen 21 verwendete Material könnte ein dünnes flexibles Material wie beispielsweise Kunststoff mit einer inneren leitfähigen Spur oder einem Leitungsdraht von dem Transceiver 20 zu dem Hautkontaktpunkt 21A sein. Der Hautkontaktpunkt 21A ist vorzugsweise auf einer Seite mit einem leitfähigen Silberchlorid(AgCl)material 21B beschichtet.
3 ist ein Blockschaltbild der drahtlosen Transceiver der 1 und 2. Die Transceiveranordnung 20 rastet auf dem Standstift 26 der wegwerfbaren herkömmlichen Pflasterelektrode ein. Von der Elektrode 22 bereitgestellte elektrische Signale werden an einen rauscharmen Verstärker mit variabler Verstärkung 30 in dem drahtlosen Transceiver 20 geliefert. Der Verstärker 30 kann eine Vorverstärkungsstufe umfassen. Das analoge Signal wird in dem Analog-Digital-Wandler 32 gefiltert, abgetastet und in digitale Signale umgewandelt. Die digitalen Signale werden an eine Rechenplattform geliefert, die als ein Mikrokontroller/Digitaler Signalprozessor 34 dargestellt ist. Der Mikrokontroller führt eine Signalverarbeitung des von dem Analog-Digital-Wandler 32 gelieferten digitalen Signals durch. Die Signalverarbeitungsfunktionen umfassen ein Rauschfiltern und eine Verstärkungssteuerung des digitalen EKG-Signals. In einer alternativen aber weniger bevorzugten Ausführungsform könnte eine Verstärkungssteuerung in der Transceiveranordnung durch Anpassung des Gewinns des Verstärkers 30 in dem analogen Signalpfad durchgeführt werden. Der Mikrokontroller verarbeitet auch Befehle und Nachrichten, die von der Basiseinheit empfangen wurden, und führt in dem Speicher 36 gespeicherte Firmware-Anweisungen aus. Der Speicher speichert des Weiteren eine eindeutige Elektrodenkennung, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben ist. Der Speicher kann auch eine Positionsstandortkennung oder Daten, die einer Position zugehörig sind, bei welcher die Elektrode an dem Patienten befestigt ist, speichern. Die Positionsstandortkennung oder -daten werden von der Basiseinheit dynamisch programmiert.
Die verarbeiteten digitalen EKG-Signale werden in einem Puffer 38 zwischengespeichert, an einen Codierer/Decodierer 40 geliefert und zur Übertragung über eine eingebaute Niedrigleistungs-Funkfrequenz-Antenne 44 an ein Funkfrequenz-Transceivermodul 42 geliefert. Der Transceiver 42 umfasst einen Modulator/Demodulator, Sender, Leistungsverstärker, Empfänger, Filter und einen Antennenschalter. Ein Frequenzgenerator 46 erzeugt eine Trägerfrequenz für die Funkfrequenzübertragung. Die Frequenz kann von dem Mikrokontroller 34 angepasst werden. Eine Batterie 45, deren negativer Anschluss mit der lokalen Massereferenz verbunden ist, stellt den Komponenten Gleichstromleistung bereit. Der Mikrokontroller/Digitale Signalprozessor (DSP) 34 steuert den Frequenzgenerator 46, um eine Frequenz zur drahtlosen Übertragung von Daten und Steuerungsnachrichten an die Basiseinheit auszuwählen. Der Mikrokontroller in der Rechenplattform 34 führt außerdem eine Initialisierungsroutine aus, wobei der Empfänger einen Standard-Empfangskanal für Befehle von der Basiseinheit scannt, und wenn die Befehle empfangen werden, überträgt der Sender Kennungsinformationen in einer zugewiesenen Frequenz und einem zugewiesenen Zeitschlitz an die Basiseinheit.
Alle oder einige der in 3 dargestellten einzelnen Blöcke könnten in einem Mikrochip oder in Mikrochips kombiniert werden, um die Größe der eingerasteten drahtlosen Transceiveranordnung 20 zu verkleinern.
In 4, auf die nun Bezug genommen wird, ist die Basiseinheit 18 ebenfalls in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Die Basiseinheit 18 überträgt Befehle an alle drahtlosen Transceiver und weist jeden Transceiver an, seine EKG-Daten einzeln zu übertragen (wie beispielsweise im Zeitmultiplex). Die Basiseinheit empfängt die übertragenen EKG-Signale von den Elektroden (bis zu 10) der Reihe nach und demoduliert, decodiert, fehlerkorrigiert, demultiplext, zwischenspeichert, signalkonditioniert und wandelt die Daten jeder Elektrode zurück in ein analoges Signal zum Verbinden mit dem Standard-EKG-Monitor 14. Die Basiseinheit überträgt außerdem Programmierungsinformationen zur Frequenzauswahl, Leistungssteuerung usw. an die Elektroden.
Die Basiseinheit 18 umfasst eine Niedrigleistungs-Funkfrequenz-Antenne 50, einen Frequenzgenerator 52 zum Erzeugen einer Trägerfrequenz und einen Funkfrequenz-Transceiver 54. Die Basiseinheit umfasst des Weiteren einen Codierer/Decodierer 56, eine Rechenplattform wie beispielsweise einen Mikrokontroller/Digitalen Signalprozessor (DSP) 58, und einen Speicher 60, der einen Code zur Ausführung durch den Mikrokontroller/Digitalen Signalprozessor speichert, eine E/A-Schnittstelle 59 zum Verbinden mit einem persönlichen Computer, der als ein Testanschluss zum Laufen von Systemdiagnose, Basiseinheitsoftwareaufrüstung usw. verwendet wird, sowie eine Benutzerschnittstelle 61. Die Benutzerschnittstelle 61 kann aus dem Folgenden bestehen: ein Display zur Angabe von Elektrodenprogrammierungsinformationen oder Feh ler-/Alarmzuständen, eine Tastatur (keypad) oder Knöpfe für vom Benutzer angeforderte Eingaben, eine Alarmeinheit zur akustischen Angabe von Alarm-/Fehlerzuständen (beispielsweise eine abgelöste Elektrode, eine Elektrode mit niedriger Batterie oder eine ausgefallene Elektrode) und LEDs zur visuellen Angabe von Fehler-, Alarm- oder Programmierungsstatus.
Die von den drahtlosen Transceivern empfangenen Zeitschlitz-EKG-Daten werden im Demultiplexer 62 demultiplext und an einen Puffer 64 geliefert. Eine Digital-Analog-Filterbank 66 wandelt die mehreren Kanäle digitaler Daten von den drahtlosen Transceivern in eine analoge Form um. Die analogen Signale werden von Verstärkern 68 verstärkt und an eine Originalausstatter-(OEM)-Standard-EKG-Monitorschnittstelle 70 geliefert. Die Schnittstelle 70 könnte entweder ein Teil der Basiseinheit(18)anordnung sein, so dass sie über einen Standardstecker direkt in die EKG-Anzeigeausrüstung 14 gesteckt werden kann, oder sie kann ein Teil einer Kabelverbindung mit der Anzeigeausrüstung sein. Der Gedanke hinter der OEM-Schnittstelle 70 ist die Lieferung von mehreren analogen EKG-Signalen an die herkömmliche EKG-Anzeigeausrüstung, die schon in der Krankenhausumgebung verwendet wird, in einer kompatiblen und transparenten Weise, so dass die Anzeigeausrüstung die Signale behandelt, als wären diese von herkömmlichen festverdrahteten Elektroden erzeugt worden. Eine Vertrautheit mit der analogen Signalerfassungshardware oder -elektronik für die EKG-Anzeigeausrüstung 14 ist offensichtlich notwendig, und die OEM-Schnittstellenschaltungen können abhängig von dem Hersteller der Anzeigeausrüstung variieren. Der ausführliche Aufbau der OEM-Monitorschnittstelle wird als innerhalb der Fähigkeit eines Fachmanns in der Technik liegend betrachtet.
In 5, auf die nun Bezug genommen wird, ist das Zeitmultiplexen ein mögliches Übertragungsschema zwischen den drahtlosen Transceivern 20 und der Basiseinheit 18. Dies ermöglicht, dass eine einzige Übertragungsfrequenz von allen Elektroden in dem EKG-System verwendet wird. Alle Elektroden empfangen Befehle und Synchronisationsdaten (Zeitbasissignal, Referenzsignal und Steu erungsdaten 76) von der Basiseinheit 18 auf einem zugewiesenen Empfangsfrequenz-(Downlink)-Kanal. Der Elektrodenempfangskanal kann geschlitzt (zeitgemultiplext) sein oder nicht. Die Elektrode 1 20/22A überträgt ihre Daten in Zeitschlitz 1 72 (Elektrode 2 20/22B in Zeitschlitz 2 74 usw.) auf dem zugewiesenen Übertragungsfrequenz-(Uplink)-Kanal. Die Basiseinheit 18 empfängt die Übertragung von den Elektroden 20/22 und demultiplext, zwischenspeichert und rekonstruiert die einzelnen Elektrodendaten.
Das System 10 von 1 verwendet einen durch-die-Luft-Programmierungsmechanismus zum Austausch von Nachrichten und Informationen zwischen der Basiseinheit 18 und den drahtlosen Transceivern 20. Es könnten zahlreiche Arten von Informationen ausgetauscht werden. Die Basiseinheit 18 überträgt beispielsweise eine Datenerfassungssteuerungsnachricht an die drahtlosen Transceiver, die den Mikrokontroller in den drahtlosen Transceivern anweist, mit der Datenerfassung zu beginnen oder diese zu beenden. Ein weiterer Befehl wäre eine Frequenzauswahl-Befehlsnachricht, die an die drahtlosen Transceiver gesendet wird, in welcher die drahtlosen Transceiver einen gemeinsamen Frequenzkanal zur Übertragung von erfassten EKG-Signalen in diskreten Zeitschlitzen an die Basiseinheit ansprechend auswählen.
Bei dem Folgenden handelt es sich um eine Liste von einigen der möglichen Programmierungsbefehle und Nachrichten, die zwischen der Basiseinheit und den drahtlosen Transceivern gesendet werden könnten:

a. Registrierung der Elektroden 20/22 an der Basiseinheit 18. Dies würde die Feststellung der Elektrodenart und einer zugehörigen eindeutigen Elektrodenkennung durch die Basiseinheit umfassen. Dies könnte außerdem die Übertragung einer eindeutigen Basiseinheitenkennung an die Elektroden (beispielsweise wenn mehrere Basiseinheiten innerhalb des Funkfrequenzbereichs der Elektroden sind) und die Erfassung der Basiseinheitenkennung durch die Elektrode umfassen. Die Referenznum mer eines Patienten könnte ebenfalls in jeder Elektrode gespeichert werden, so dass sie nur Befehle von einer spezifischen patientenzugewiesenen Basiseinheit empfängt. Jede Elektrodenreferenznummer wird außerdem in der Basiseinheit gespeichert, so dass nur von diesen Elektroden kommende Daten akzeptiert werden. Ein zusätzliches Registrierungsmerkmal wäre die Zuordnung einer spezifischen Elektrodenfunktion (d. h., die Position auf dem Körper des Patienten). Dies wird nachfolgend ausführlicher beschrieben. Bei jedem der oben erwähnten Befehle und Nachrichten würde die Empfangseinheit ein Bestätigungssignal, das den Empfang des Befehls angibt, automatisch zurücksenden und jede beliebige notwendige Information an die sendende Einheit zurücksenden.
b. Konfiguration der Datenerfasstungsabtastrate.
c. Konfiguration der Verstärker(30)gewinneinstellung.
d. Konfiguration der Vorverstärker-Filterbandeinstellungen.
e. Konfiguration von Trägerkanaleinstellungen, nämlich die Frequenz des von dem Frequenzgenerator 46 in den Transceivern erzeugten Trägersignals;
f. Konfiguration des Zeitablaufsignals für den Übertragungszeitschlitz. Dies muss mit der Datenerfassungsrate synchronisiert werden.
g. Batterie(45)verwendungs-Schlaf-/Aktivierungsmodus.
h. Batterie-(45)-Niederspannungspegelerfassung.
i. Datenerfassungsbeginn-/-stopszenario.
j. Datenübertragungsvorgang.
k. Fehlerabtastwertdatenwiederherstellungs-/-wiedersendeszenario
l. Systemprüfungsdiagnosevorgang.
m. Scannen oder Abtasten des gegenwärtigen Elektrodenkanaleinstellungsvorgangs.
n. Elektrodenfeststellungsvorgang.
o. Elektrodenstatusprüfung.
p. Basiseinheitenstatusprüfung.
q. Datenerfassungs-Untersystemprüfung.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das System für jeden intelligenten drahtlosen Transceiver einen Registrierungsme chanismus bereitstellen, wobei eine Elektrodenkennung dynamisch in die Basiseinheit programmiert wird. Zusätzlich wird die elektrodenfunktionelle Position auf dem Patient (d. h., LA, RA, LL, V1, V2, V3, V4, V5 oder V6) dynamisch zugeordnet. Eine elektrodenuniverselle Kennung wird die intelligente elektrodeneindeutige Seriennummer codieren. Während Datentransaktionen wird jeder Elektrode eine temporären Kennung nach jedem Registrierungsszenario (beim Einschalten oder bei der Rekonfiguration) zugeordnet. Die temporäre Kennung kann beispielsweise aus einer Elektrodennummer und einer zufälligen Nummer bestehen.
Elektrodensysteminitialisierung
6 stellt ein Ablaufdiagramm eines möglichen Initialisierungsvorgangs (sowohl für die Basiseinheit 18 als auch für die Elektroden 20/22) bei Verwendung des Zeitmultiplexens als Übertragungsschema zwischen der Basiseinheit und den drahtlosen Transceivern 20 dar. Dieser Vorgang setzt voraus, dass jede Elektrode in dem EKG-System eine eindeutige Kennung und eine eindeutige funktionelle Positionskennung (z. B. LA, RA, LL, V1, V2, V3, V4, V5 oder V6) aufweist.
Bei Schritt 80 wird die Basiseinheit eingeschaltet. Die Basiseinheit ist für die Anzahl von in dem EKG-System verwendeten Leitungen, wie beispielsweise 3, 5 oder 12, konfiguriert. Die Konfiguration könnte mit Hilfe jeder beliebigen geeigneten Benutzerschnittstelle, wie beispielsweise ein in 9 dargestelltes und nachfolgend beschriebenes Display oder Knöpfe, auf der Basiseinheit 18 ermöglicht werden. Bei Schritt 82 scannt die Basiseinheit ihre Empfangskanäle, von denen eine Liste in die Basiseinheit programmiert ist. Bei Schritt 84 stellt die Basiseinheit fest, ob irgendwelche anderen EKG-Basiseinheitübertragungen erfasst werden. Wenn dies der Fall ist, wählt die Basiseinheit bei Schritt 86 die nächste nicht verwendete Frequenz aus der Liste von vorher festgelegten Frequenzkanälen als einen Übertragungskanal aus. Wenn dies nicht der Fall ist, wählt die Basiseinheit bei Schritt 88 die erste Frequenz aus der Liste von vorher festgelegten Frequenzkanälen als den Übertragungskanal aus. Der Vorgang geht dann bei Schritt 90 weiter.
Bei Schritt 90 beginnt die Basiseinheit mit der Übertragung der Elektrodenregistrierungsdaten und -nachrichten auf dem in den Schritten 86 und 88 bestimmten Standard-Programmierungskanal. Die Registrierungsdaten und -nachrichten umfassen einen Basiseinheitenkennungscode oder eine Seriennummer. Die Registrierungsdaten und -nachrichten wurden vorher beschrieben. Dies stellt sicher, dass die drahtlosen Transceiver, die dieser bestimmten Basiseinheit zugehörig sein sollen, ansprechend auf Befehle von dieser Basiseinheit und keiner anderen Basiseinheit initialisiert werden. Bei Schritt 92 weist die Basiseinheit alle benötigten Elektroden an, auf einem vorher festgelegten Frequenzkanal zu übertragen, und weist jeder Elektrode Zeitschlitze zu. Die Basiseinheit kommuniziert dann mit Elektroden, um die Registrierung abzuschließen. Wenn eine bestimmte Elektrode oder Elektroden die Registrierung nicht beendet haben, gibt die Basiseinheit bei Schritt 96 über ihre Benutzerschnittstelle an, welche Elektrode nicht registriert ist. Wenn die Registrierung für alle Elektroden abgeschlossen ist, weist die Basiseinheit alle Elektroden an, Befehle bei Schritt 98 auf einem neuen vorbestimmten Frequenzkanal zu empfangen. Bei Schritt 100 weist die Basiseinheit alle Elektroden an, mit der EKG-Datenerfassung zu beginnen und mit der zugewiesenen Frequenz und in dem zugewiesenen Zeitschlitz zu übertragen. Schritt 100 kann ansprechend auf eine Benutzeraufforderung über die Basiseinheiten-Benutzerschnittstelle begonnen werden. Während der Datenerfassung überwacht die Basiseinheit bei Schritt 102 kontinuierlich die Störungen auf dem Empfangsdatenkanal (Uplink-Richtung). Wenn eine exzessive Störung auftritt (wie beispielsweise aufgrund einer hohen Bitfehlerrate, die in dem Basiseinheitenmikrokontroller erfasst wird), wählt die Basiseinheit einen neuen Kanal aus der Liste verfügbarer Frequenzen für die Elektroden aus, um auf diesem zu übertragen und befiehlt einen Wechsel in der Übertragungsfrequenz.
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Elektrodeninitialisierungsvorgangs, der angewandt werden kann. Wenn die Elektroden bei Schritt 110 eingeschaltet werden, werden die Elektroden in einem Nur-Empfang-Modus sein. Bei Schritt 112 scannen die Elektroden den Standard-Empfangskanal automatisch, um zu erkennen, ob irgendwelche Befehle und Synchronisationssignale von der Basiseinheit übertragen werden. Wenn bei Schritt 114 keine Befehle und Synchronisationsbefehle empfangen werden, geht die Elektrode zurück zu Schritt 112 und wählt eine weitere Empfangsfrequenz aus ihrer Liste von Standardfrequenzen aus. Wenn bei Schritt 116 Befehle und Synchronisationsdaten empfangen werden, sendet die Elektrode ihre eindeutigen Kennungsdaten (die Informationen über die Position auf dem Körper des Patienten aufweisen) auf der zugewiesenen Frequenz und in dem zugewiesenen Zeitschlitz zurück an die Basiseinheit, wodurch der Basiseinheit angegeben wird, dass sie bereit zum Erfassen von EKG-Signalen ist und sich in einem Betriebszustand befindet.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Vielzahl einzelner fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver 20 zunächst generisch im Hinblick auf bestimmte Platzierungspositionen auf der Oberfläche des Körpers des Patienten. Des Weiteren könnten die Elektroden ohne vorprogrammierte funktionelle Positionskennungen hergestellt werden. Dies wäre von Vorteil, da es nicht notwendig wäre, dass das Krankenhaus oder der Benutzer einen Vorrat der einzelnen Elektroden basierend auf funktionellen Positionen (z. B. LA, RA, LL, V1, V2 usw.) hält. Alle Elektrodenanordnungen werden als generisch angesehen und könnten mit eindeutigen Kennungen programmiert werden, die die Position auf dem Körper durch die Basiseinheit angeben, wenn der Benutzer das EKG-System aufbaut. Der Vorgang von 8 könnte zum Programmieren jeder Elektrode verwendet werden, wenn das EKG-System initialisiert wird. Nach dem erstmaligen Programmieren der Elektrodenanordnungen muss das System nur das Initialisierungsprogramm von 6 durchlaufen, wenn es wieder eingeschaltet wird.
8 stellt den Initialisierungsvorgang in der alternativen Ausführungsform dar. 9 stellt die Basiseinheit 18 mit einer Benutzerschnittstelle 61 dar, die ein Display 132 und eine Vielzahl von Knöpfen oder Tasten 133 zum Unterstützen des Benutzers beim Interagieren mit der Basiseinheit aufweist. Eine Gruppe generischer drahtloser Transceiver 20 ist als bereit zur Initialisierung dargestellt. Der Benutzer hat eine Reihe von vorgedruckten Etiketten, die von einer Kunststoffseite abgezogen und auf den in 10 dargestellten drahtlosen Transceivern platziert werden.
In 8 und 9, auf die nun Bezug genommen wird, stellt der Benutzer bei Schritt 140 die Basiseinheit in einen Elektrodenprogrammierungsmodus ein, wie beispielsweise durch Reagieren auf Aufforderungen auf dem Display 132 und Auswahl des Modus mit einem der Knöpfe oder Tasten 133. Der Basiseinheitenprogrammierungsmodus könnte mit Niedrigleistungsübertragungen durchgeführt werden, wobei es notwendig ist, dass der drahtlose Transceiver 20 benachbart zur Basiseinheit angeordnet programmiert wird (wodurch eine Programmierung von jeweils mehr als einem Transceiver verhindert wird). Wie in 9 dargestellt, hat die Basiseinheit alternativ eine Programmierungsinitialisierungsschnittstelle 136, die einen Kontakt mit einer Anschlussdose oder einer anderen Einrichtung in dem Transceiver zum Zweck der Programmierung des Transceivers während der Initialisierung herstellt. Wenn der Transceiver mit der Programmierungsschnittstelle 136 in Kontakt gebracht wird, könnte die Basiseinheit automatisch in den Programmierungsmodus gehen, oder sie könnte einfach beim Einschalten in den Programmierungsmodus gehen.
In jedem Fall wird die erste Elektrodenanordnung 20/22 bei Schritt 142 eingeschaltet und in der Nähe der Basiseinheit platziert oder in Kontakt mit der Programmierungsinitialisierungsschnittstelle 136 gebracht. Die Initialisierung der Elektroden könnte mit mechanischen Mittel durchgeführt werden, wie beispielsweise durch Stecken des Elektrodentransceivers 20 in die Basiseinheitenprogrammierungsinitialisierungsschnittstelle 136.
Bei Schritt 144 scannt die Elektrode den Standard-Programmierungskanal. Bei Schritt 146 sendet die Basiseinheit einen Niedrigleistungs-Programmierungsbefehl auf dem Standard-Sendekanal oder einem anderen Kanal, der die geringste Funkfrequenzstörung aufweist. Bei Schritt 148 stellt die Elektrode fest, ob sie den Programmierungsbefehl empfangen hat. Wenn dies nicht der Fall ist, scannt die Elektrode die Liste von Standard-Kanälen und wählt einen neuen Kanal aus, auf dem sie hört. Wenn dies der Fall ist, überträgt die Elektrode bei Schritt 150 eine Antwortnachricht auf ihrem zugewiesenen Sendekanal. Bei Schritt 152 bestimmt die Basiseinheit, ob sie die Antwort von der Elektrode empfangen hat. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Basiseinheit zurück zu Schritt 146 und überträgt den Niedrigleistungs-Programmierungsbefehl auf einem neuen Übertragungskanal. Wenn dies der Fall ist, überträgt die Basiseinheit bei Schritt 153 Programmierungsdaten an die Elektrode. Bei Schritt 153 umfassen die Programmierungsdaten die eindeutige Elektrodenkennung einschließlich der Elekrodenposition (LA, RL oder V3 usw.), die eindeutige Basiseinheitenkennung und andere zuvor beschriebene Registrierungsbefehle. Bei Schritt 154 bestimmt die Elektrode, ob ein Programmierungsfehler erfasst wurde, und wenn dies der Fall ist, sendet sie bei Schritt 156 eine Neuübertragungsprogrammnachricht an die Basiseinheit, was dazu führt, dass sie bei Schritt 152 die Programmierungsdaten wiederholt. Wenn kein Fehler aufgetreten ist, geht das Verfahren bei Schritt 158 weiter, bei welchem die Elektrode das Programmieren mit der Basiseinheit abschließt. Bei Schritt 160 weist die Basiseinheit die Elektrode an, auf zusätzliche Befehle zu warten. Da die eindeutige Basiseinheitenkennung in den drahtlosen Transceiver programmiert wurde, kann sie zu diesem Zeitpunkt die EKG-Systemsteuerungskanäle scannen und empfängt und arbeitet nur basierend auf Befehlen von der Basiseinheit, die den Transceiver programmiert hat. Bei Schritt 162 zeigt die Basiseinheit die Elektrodenplatzierungsposition auf dem Benutzerschnittstellen-Display an und fordert den Benutzer auf, die nächste Elektrode zur Programmierung in die Initialisierungsschnittstelle 136 zu platzieren.
Nachdem alle Elektroden programmiert wurden, wird die Basiseinheit automatisch für die passende Anzahl von in dem EKG-System verwendeten Elektroden konfiguriert werden. Beim Programmieren jeder Elektrode entfernt der Benutzer ein Etikett 135 von dem Vorrat von Etiketten 137, die die auf der Elektrode programmierte Position angeben und bringt das Etikett auf der in 10 dargestellten Elektrode an (z. B. auf der Oberseite oder Oberfläche des drahtlosen Transceivers 20).
Aus der vorhergehenden Beschreibung kann man klar erkennen, dass ein dynamisch programmierbares, drahtloses Biopotentialsignalerfassungssystem beschrieben wurde, welches Folgendes aufweist: eine Vielzahl von einzelnen fernprogrammierbaren drahtlosen Transceivern 20, wobei jeder Transceiver einer Pflasterelektrode 22 zur Verwendung bei der medizinischen Überwachung zugehörig ist, sowie eine Basiseinheit 18, die einen drahtlosen Transceiver 54 (4) zum Senden und Empfangen von Nachrichten an die Vielzahl einzelner Transceiver 20 aufweist. Die Basiseinheit und drahtlosen Transceiver 22 implementieren ein drahtloses Programmierungsprotokoll, durch welches Nachrichten und Informationen zwischen der Basiseinheit 18 und den drahtlosen Transceivern 20 (wie in 6 und 8 dargestellt) ausgetauscht werden, wodurch Registrierungs-, Konfigurations- und Datenübertragungssteuerungseigenschaften der drahtlosen Transceiver von der Basiseinheit verwaltet werden können.
Die Basiseinheit überträgt vorzugsweise ein globales Zeitbasissignal an die drahtlosen Transceiver, wobei das globale Zeitbasissignal den Zeitablauf der Übertragung von Biopotentialsignalen, die von den drahtlosen Transceivern in diskreten Zeitschlitzen erfasst werden, in einem einzigen Frequenzkanal synchronisiert. Wie in den 1 und 4 dargestellt ist, weist die Basiseinheit des Weiteren eine Schnittstelle 70 mit einer herkömmlichen EKG-Überwachungsausrüstung wie beispielsweise einem Display auf, wodurch erfasste EKG-Signale zum Anzeigen an die EKG-Überwachungsausrüstung übertragen werden können.
Das System der Basiseinheit 18 und der drahtlosen fernprogrammierbaren Transceiver 20 ist besonders gut zur Verwendung mit herkömmlichen Standard-Pflasterelektroden und vorhandener EKG-Überwachungsausrüstung geeignet, und stellt somit ein flexibles, kostengünstiges und geeignetes System zum Erfassen von EKG-Signalen bereit und präsentiert diese einer Anzeigeeinheit zum Anzeigen.
Für Fachleute in der Technik wird es klar erkennbar sein, dass die Details der gegenwärtig bevorzugten hier beschriebenen Ausführungsform verändert und modifiziert werden können, ohne sich von dem Umfang der Erfindung zu entfernen. Das System kann zum Erfassen von EKG-Signalen, Elektroenzephalogrammsignalen, Elektromyografiesignalen oder anderen Arten von Signalen verwendet werden. Der tatsächliche Umfang wird mit Bezug auf die anliegenden Ansprüchen bestimmt.

Claims

Dynamisches programmierbares, drahtloses Biopotential-Signalerfassungssystem (10), welches Folgendes aufweist: a) eine Vielzahl einzelner fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver (20), wobei jeder der Transceiver (20) einer Pflasterelektrode (22) zur Verwendung in der medizinischen Überwachung zugehörig ist; und b) eine Basiseinheit (18), die einen drahtlosen Transceiver (54) zum Empfangen von Nachrichten und zum Senden von Nachrichten an die Vielzahl einzelner fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver (20) aufweist; c) wobei die Basiseinheit (18) und die Vielzahl einzelner programmierbarer drahtloser Transceiver (20) ein drahtloses Programmierungsprotokoll verwenden, durch welches die Nachrichten zwischen der Basiseinheit (18) und der Vielzahl einzelner, fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver (20) ausgetauscht werden, wodurch die Registrierungs-, Konfigurations-, Datenerfassungssteuerungs- und Datenübertragungssteuerungseigenschaften der Vielzahl einzelner fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver (20) von der Basiseinheit (18) verwaltet werden können; dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (18) des Weiteren eine Schnittstelle (70) zu herkömmlichen Überwachungs- und Anzeigevorrichtungen aufweist, und die Basiseinheit (18) dazu betriebsbereit ist, Daten auf der Schnittstelle (70) auszugeben, die als analoge Elektrodeneingangsdaten formatiert sind, so dass die erfassten Signale von der Basiseinheit (18) zur Anzeige an die herkömmlichen Überwachungs- und Anzeigevorrichtungen gesendet werden können.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (18) ein globales Zeitbasissignal an die Vielzahl einzelner fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver (20) sendet, wobei das globale Zeitbasissignal den Zeitablauf der Übertragung der von der Vielzahl einzelner programmierbarer drahtloser Transceiver (20) erfassten Signale in diskreten Zeitschlitzen (72, 74) in einem einzelnen Frequenzkanal an die Basiseinheit (18) synchronisiert.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl einzelner fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver (20) hinsichtlich bestimmter Platzierungsstellen auf der Oberfläche des Körpers eines Patienten (12) generisch sind, und wobei die Basiseinheit (18) Programmierungsdaten an die einzelnen fernprogrammierbaren drahtlosen Transceiver (20) überträgt, wobei die Programmierungsdaten Elektrodenpositionsstellendaten, die einer eindeutigen Platzierungsposition für die einzelnen, fernprogrammierbaren drahtlosen Transceiver (20) zugehörig sind, sowie Elektrodenkennungsdaten umfassen.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (18) des Weiteren eine Anzeige (14) aufweist, und wobei die eindeutige Platzierungsposition für die einzelnen fernprogrammierbaren drahtlosen Transceiver (20) einem Benutzer auf dem Display (14) angezeigt wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (18) (eine) Frequenzauswahl-Befehlsnachricht(en) an die Vielzahl einzelner fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver (20) überträgt, wobei die Vielzahl einzelner fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver (20) ansprechend darauf einen gemeinsamen Frequenzkanal zur Übertragung der erfassten Signale an die Basiseinheit (18) in diskreten Zeitschlitzen (72, 74) auswählt.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen fernprogrammierbaren drahtlosen Transceiver (20) eine Liste verfügbarer, vorher festgelegter Frequenzkanäle zur Übertragung der erfassten Signale an die Basiseinheit (18) spei chert, und dass die Frequenzauswahl-Befehlsnachricht(en) die Vielzahl einzelner, fernprogrammierbarer drahtloser Transceiver (20) auffordert bzw. auffordern, die erfassten Signale auf einem der vorher festgelegten Frequenzkanäle an die Basiseinheit (18) zu übertragen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Erfassung von EKG- bzw. Elektrokardiogrammsignalen verwendet wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Erfassung von EEG- bzw. Elektroenzephalografiesignalen verwendet wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Erfassung von EMG- bzw. Elektromyografiesignalen verwendet wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlosen, programmierbaren Transceiver (20) des Weiteren Folgendes aufweisen: einen Verstärker (30), der zum Empfang eines Signals von einer Elektrode und zur Erzeugung eines verstärkten analogen Signals angeordnet ist; einen Anti-Aliasing-Filter, der zum Entfernen unerwünschter Frequenzen angeordnet ist; einen Analog-Digital-Wandler (32), der zum Umwandeln des verstärkten, gefilterten analogen Signals in ein digitales Signal angeordnet ist; eine Berechnungsplattform (34), die einen Microcontroller mit einem Speicher (36) zum Speichern einer Reihe von Befehlen, die von der Berechnungsplattform (34) ausgeführt werden sollen, umfasst, und die zum Ausführen der Signalverarbeitung des digitalen Signals angeordnet ist; einen Zwischenspeicher (38), der zum Speichern des digitalen Signals zur Übertragung an die Basiseinheit (18) angeordnet ist; ein drahtloses Transceivermodul (42) einschließlich einer Antenne (44) zur drahtlosen Übertragung des digitalen Signals zwischen der drahtlosen programmierbaren Transceiver (20) anordnung und der Basiseinheit (18); und einen auf den Microcontroller ansprechenden Frequenzerzeuger (46) zur Erzeugung einer Frequenz, bei der die drahtlose Übertragung stattfinden soll; wobei die Berechnungsplattform (34) dazu betriebsbereit ist, eine Frequenz für die drahtlose Übertragung, ansprechend auf von dem drahtlosen Transceivermodul (42) von der Basiseinheit (18) empfangene Steuerungsbefehle, auszuwählen.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (36) eine Elektrodenkennung speichert.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (36) Positionslokalisierungsdaten speichert, die einer Position zugehörig sind, bei welcher die Elektrode an dem Patienten (12) befestigt ist, und wobei die Positionslokalisierungsdaten von der Basiseinheit (18) dynamisch programmierbar sind.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender das digitale Signal in einem von der Basiseinheit (18) zugewiesenen Zeitschlitz (72, 74) an die Basiseinheit (18) überträgt.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Microcontroller (34) eine Initialisierungsroutine ausführt, wobei das drahtlose Transceivermodul einen Standard-Empfangskanal nach Befehlen von der Basiseinheit (18) absucht und, wenn Befehle empfangen werden, Indentifikationsinformationen auf einer zugewiesenen Frequenz und in einem zugewiesenen Zeitschlitz (72, 74) auf der Frequenz an die Basiseinheit (18) überträgt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (18) des Weiteren Folgendes aufweist: ein Transceivermodul (54) einschließlich einer Antenne (50) zur drahtlosen Kommunikation in Sende- und Empfangsrichtung zwischen der Basiseinheit (18) und den drahtlosen, programmierbaren Transceivern (20), wobei die drahtlose Kommunikation von der Vielzahl einzelner, programmierbarer Transceiver (20) an die Basiseinheit (18) in einer Vielzahl von diskreten Zeitschlitzen (72, 74) in einem einzelnen Frequenzkanal stattfindet; einen mit der Antenne (50) gekoppelten Kodierer/Dekodierer (56) eine Berechnungsplattform (58) und einen Speicher (60), wobei die Berechnungsplattform (58) zur Durchführung von Fehlerkorrektur sowie der Verarbeitung von Informationen in Steuerungsnachrichten und -daten in digitalisierten Signalen von dem Kodierer/Dekodierer (56) angeordnet ist; einen Demultiplexer (62), der zum Demultiplexen von von der Vielzahl drahtloser, programmierbarer Transceiveranordnungen (20) empfangenen Daten in der Vielzahl diskreter Zeitschlitze (72, 74) angeordnet ist; und einen Digital-Analog-Wandler (66), der zum Umwandeln von empfangenen, demultiplexten digitalen Signalen von der Vielzahl drahtloser programmierbarer Transceiveranordnungen (20) in analoge Signale angeordnet ist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (18) ein Initialisierungsprogramm ausführt, welches Folgendes umfasst: Absuchen einer Empfangskanalliste (82) und Auswahl einer ersten Frequenz, wenn keine Übertragungen erfasst werden (88), oder Auswahl einer nicht verwendeten Frequenz, wenn Übertragungen erfasst werden (86); Übertragen von Registrierungsdaten auf einem Standard-Programmierungskanal (90) und Anweisen der drahtlosen programmierbaren Transceiver (20) zum Übertragen auf einem vorher festgelegten Kanal (92) und vorher festgelegten Zeitschlitzen (72, 74); Anzeigen jedes beliebigen programmierbaren Transceivers (20), der nicht registriert ist, für einen Benutzer (96); und Anweisen der drahtlosen programmierbaren Transceiver (20) zum Empfang von Anweisungen auf einem anderen Programmierungskanal (98).
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (18) Programmierungsdaten an die drahtlosen programmierbaren Transceiver (20) überträgt, wobei die Programmierungsdaten eine Elektrodenkennung und eine Elektrodenpositionskennung aufweisen, die einer Position zugehörig sind, bei der der drahtlose programmierbare Transceiver (20) auf einem Patient (12) platziert werden soll.
System nach Anspruch 17, welches des Weiteren ein Display (14) aufweist, das die auf die Vielzahl drahtloser programmierbarer Transceiver (20) programmierten Positionsinformationen anzeigt.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (18) eine Initialisierungsroutine verwendet, die Folgendes umfasst: Senden eines Programmierungsbefehls an den ersten der drahtlosen programmierbaren Transceiver (20) auf einem Standardkanal und Wiederholen des Sendens, wenn keine Antwort empfangen wird oder Übertragen der Programmierungsdaten an den ersten der drahtlosen programmierbaren Transceiver (20), wenn eine Antwort empfangen wird; Anweisen des ersten der drahtlosen programmierbaren Transceiver (20) zu warten (160); Anzeigen von Positionsinformationen für den ersten der drahtlosen programmierbaren Transceiver (162); und Wiederholen des Sendens, Anweisens und Anzeigens für einen zweiten der drahtlosen programmierbaren Transceiver (20).
System nach Anspruch 16, welches des Weiteren eine programmierbare Initialisierungsschnittstelle zum Kontaktieren der drahtlosen programmierbaren Transceiver (20) zur Übertragung der Programmierungsbefehle an die drahtlosen programmierbaren Transceiver (20) aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsplattform (34) einen digitalen Signalprozessor umfasst.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlosen Transceiver (20) mit der Basiseinheit (18) in einem CDMA- bzw. Codemultiplexverfahren-Kommunikationsformat kommunizieren.