專利名稱：無線身體傳感器網(wǎng)絡(luò)的制作方法
無線身體傳感器網(wǎng)絡(luò)
本發(fā)明涉及用于連續(xù)測量ECG、 Sp02、心率、血壓等的通信裝置，尤 其是適于用作穿戴式醫(yī)療傳感器的裝置，本發(fā)明特別涉及用這樣的裝置組 建無線網(wǎng)絡(luò)的方法和裝置。
為了連續(xù)地監(jiān)視患者的機(jī)體功能(如，ECG)，傳感器最好能安裝到患 者身上，傳感器應(yīng)當(dāng)盡可能地輕便和小巧，以免給患者帶來不便，傳感器 還應(yīng)當(dāng)能夠彼此進(jìn)行無線通信。此外，如果在同一患者身上使用多個(gè)這樣 的傳感器，就必須找到以協(xié)作方式遠(yuǎn)程監(jiān)視它們的合適手段，為此，有人 提出，把附著在同一患者身上的多個(gè)傳感器連接成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)。但在實(shí) 踐中，使用傳統(tǒng)技術(shù)組建無線網(wǎng)絡(luò)是很困難的事，因?yàn)橛脩舯仨殲榫W(wǎng)絡(luò)中 的所有設(shè)備配置網(wǎng)絡(luò)類型、網(wǎng)絡(luò)名、網(wǎng)絡(luò)地址、通信和安全參數(shù)。例如， 在運(yùn)行"Windows XP"等操作系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中，用戶必須 遵循一系列詳細(xì)的安裝過程，或使用"向?qū)?wizard)"來創(chuàng)建和傳播網(wǎng)絡(luò) 設(shè)置。
申請?zhí)枮镈E 020188的專利申請(飛利浦)公開了用于無線消費(fèi)網(wǎng)絡(luò) 的一種短距離密鑰傳輸系統(tǒng)，其提供了配置網(wǎng)絡(luò)成員和引導(dǎo)安全系統(tǒng)的方 法。申請?zhí)枮镈E 030119的德國專利申請公開了現(xiàn)有無線自組網(wǎng)的無線醫(yī) 療傳感器添加/刪除的控制裝置和方法，而申請?zhí)枮镈E 030017的專利申請 (飛利浦)則公開了用Bluetooth(藍(lán)牙)移動(dòng)設(shè)備自動(dòng)組建無線自組(ad-hoc) 網(wǎng)的方法。
在所有這些系統(tǒng)涉及的無線網(wǎng)絡(luò)中，信號都是在患者身外傳播的，這
就會產(chǎn)生一個(gè)問題采用自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)的系統(tǒng)很容易連接到附
近的所有設(shè)備，而不管它們實(shí)際上是否與同一患者相連。例如，為了自動(dòng) 搜尋射程內(nèi)的所有新設(shè)備并與之建立連接，藍(lán)牙設(shè)備需要頻繁地進(jìn)行配置。
因此，本發(fā)明旨在為裝在身上的傳感器提供一種建網(wǎng)系統(tǒng)，以便能夠
將通信局限于那些僅僅附著在同一人身上的傳感器。為此，本發(fā)明提供了 一種包括傳感器或其它電子裝置的無線身體區(qū)域網(wǎng)，其中的每個(gè)傳感器或
電子裝置都能利用身體耦合通信(BCC)建立網(wǎng)絡(luò)連接，還包括一種在網(wǎng) 絡(luò)建立后進(jìn)行無線短距離通信的RF收發(fā)機(jī)。
應(yīng)當(dāng)明白的是，本發(fā)明適用于任何類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如便攜式娛樂設(shè) 備，只要它們彼此之間需要傳送數(shù)據(jù)或需要向這些設(shè)備所用的遙控設(shè)備傳 送數(shù)據(jù)即可。
在一個(gè)典型的方案中，每個(gè)設(shè)備包括一個(gè)與用戶容性相連的BCC傳感 器，例如，容性相連方式在序號為6211799的美國專利中有記載，其描述 了通過用戶身體發(fā)送功率和數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。
RF收發(fā)機(jī)可采用各種短距離通信技術(shù)，如Bluetooth、 IEEE 802.15.4 (WPAN)和ZigBee。優(yōu)選情況下，系統(tǒng)中的每個(gè)BCC傳感器都能夠搜索用 戶身體限定的"無線環(huán)境"，以發(fā)現(xiàn)附著在此人身上的任何其它傳感器。在 一個(gè)優(yōu)選方案中， 一旦發(fā)現(xiàn)BCC傳感器之后，它們就交換網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，從而 使用它們的RF收發(fā)機(jī)建立無線網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選情況下，該系統(tǒng)使得各RF收發(fā) 機(jī)能夠進(jìn)入低功耗睡眠模式，但在需要的時(shí)候可以被BCC收發(fā)機(jī)喚醒。
因此，本發(fā)明組建無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)選方法包括以下步驟
a) 把第一個(gè)無線傳感器附著到患者身上；
b) 在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)，該傳感器使用BCC搜尋患者環(huán)境中的任何其 它傳感器；
c) 如果沒有檢測到其它傳感器，就啟動(dòng)該傳感器的睡眠模式；
d) 把第二個(gè)傳感器附著到患者身上；
e) 第二個(gè)傳感器通過BCC搜尋任何其它傳感器， 一旦對第一個(gè)傳感 器完成定位，就啟動(dòng)RF網(wǎng)絡(luò)組建程序；
f) 把第三個(gè)傳感器附著到患者身上；
g) 使用新的傳感器重復(fù)上述搜尋程序，從而使新的傳感器加入現(xiàn)有的 RF網(wǎng)絡(luò)。
優(yōu)選情況下，當(dāng)?shù)诙€(gè)傳感器附著到患者身上并進(jìn)行搜索的時(shí)候，其 發(fā)送"喚醒信號"，由此觸發(fā)第一個(gè)傳感器進(jìn)入激活狀態(tài)，創(chuàng)建新的無線網(wǎng) 絡(luò)，并把網(wǎng)絡(luò)參數(shù)信息回送給第二個(gè)傳感器，從而使第二個(gè)傳感器使用此
參數(shù)加入網(wǎng)絡(luò)，與之相似，當(dāng)其它任何傳感器附著到患者身上的時(shí)候，現(xiàn) 有網(wǎng)絡(luò)收到其搜索信號之后，使網(wǎng)絡(luò)中已有的一個(gè)傳感器回送必要的網(wǎng)絡(luò) 參數(shù)。
采用這一方案，只要將傳感器附著于患者身上，無需手工進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配 置，即可很容易簡單地建立網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)是即時(shí)建立的，而不像(例如)
藍(lán)牙詢問過程那樣對于每個(gè)連接都可能需要花費(fèi)10秒以上的時(shí)間。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案中，所有傳感器都是一樣的，并且，不需要 單獨(dú)的專用網(wǎng)絡(luò)組建設(shè)備，因?yàn)槊總€(gè)傳感器設(shè)備都能根據(jù)其搜尋的其它設(shè) 備的結(jié)果執(zhí)行所需的建立操作。相比現(xiàn)有系統(tǒng)，該系統(tǒng)還延長了電池壽命，
因?yàn)橄萑腚娀牡臒o線電電路在被超低功耗的BCC電路喚醒之前一直處于睡 眠模式。因此，該系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁污染也有所降低。
本發(fā)明還可擴(kuò)展至用于監(jiān)視患者的傳感器，其包括RF收發(fā)機(jī)和BCC 收發(fā)機(jī)，RF收發(fā)機(jī)可與其它傳感器交換應(yīng)用數(shù)據(jù)，BCC收發(fā)機(jī)包括適當(dāng)?shù)?軟件，可對自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)組建進(jìn)行控制，本發(fā)明亦可擴(kuò)展至包括根據(jù)本發(fā)明的 多個(gè)傳感器在內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)。在使用過程中，通過BCC啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的組建， 一旦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)交換完畢，就可以喚醒無線子系統(tǒng)，從而建立無線自組網(wǎng)。 然后，應(yīng)用數(shù)據(jù)可以通過這些設(shè)備之間的無線RF鏈路進(jìn)行傳輸。
下面參照附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中
圖l是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)的示意圖2是一個(gè)無線身體傳感器的示意圖3是本發(fā)明的無線身體傳感器的通信子系統(tǒng)的詳細(xì)狀態(tài)圖。
參見

圖1，外面的矩形區(qū)域2表示患者的身體，里面的各個(gè)矩形區(qū)域4、 6、 8分別表示一個(gè)無線身體傳感器。從圖中顯然可以看出，每個(gè)設(shè)備包括 一個(gè)醫(yī)療傳感器IO和一個(gè)無線通信單元12。醫(yī)療傳感器可以是各種類型， 如ECG或血壓測量傳感器。
由圖2可以看出，無線通信單元12包括身體耦合通信收發(fā)機(jī)14，后者 可包括工作在100 KHz和10MHz之間的"低頻"發(fā)射機(jī)，這在序號為6211799 的美國專利中有交代。其通過與患者身體的一部分相接觸的合適電極，容
性耦合到患者的身體。
無線通信單元還包括進(jìn)行短距離無線通信的傳統(tǒng)RF收發(fā)機(jī)16，例如， 藍(lán)牙類型的收發(fā)機(jī)。
圖3的狀態(tài)圖顯示了投入使用的系統(tǒng)的操作，其中，缺省狀態(tài)在其左 上角用箭頭標(biāo)出。
于是，該系統(tǒng)的操作階段如下
1 、 把第一個(gè)傳感器附著到患者身上。最初，BCC收發(fā)機(jī)處于狀態(tài)A， RF收發(fā)機(jī)處于狀態(tài)F。
2、 傳感器通電。這就觸發(fā)了從狀態(tài)A到B的轉(zhuǎn)變1:傳感器通過 BCC發(fā)送"BAN描述符請求"消息，從而，開始搜尋身上的其它傳感器。
3、 由于這是第一個(gè)傳感器，所以，沒有其它傳感器對此請求做出響 應(yīng)。超時(shí)就會觸發(fā)從狀態(tài)B到D的轉(zhuǎn)變5，在狀態(tài)D中，該傳感器等待其 它傳感器附著到身體上。
4、 把第二個(gè)傳感器附著到患者身上。與前面一樣，該傳感器處于狀 態(tài)A和F。
5、 第二個(gè)傳感器通電。這觸發(fā)了從狀態(tài)A到B的轉(zhuǎn)變1:通過BCC 發(fā)送"BAN描述符請求"消息，從而，傳感器開始搜尋身上的其它傳感器。
6、 現(xiàn)在，處于狀態(tài)D的第一個(gè)傳感器收到了 "BAN描述符請求" 消息，于是就讓其RF收發(fā)機(jī)創(chuàng)建身體區(qū)域網(wǎng)(BAN)。它通過轉(zhuǎn)變6進(jìn)入 狀態(tài)E，并在狀態(tài)E下等待，直到創(chuàng)建了 BAN為止(注意條件"不存在 BAN (=身體區(qū)域網(wǎng))")。RF收發(fā)機(jī)醒來，然后通過轉(zhuǎn)變9從狀態(tài)F進(jìn)入到 G。它創(chuàng)建一個(gè)新的BAN (這涉及選擇空閑信道和選擇唯一網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符)， 并將BAN創(chuàng)建何時(shí)己經(jīng)完成告知其BCC收發(fā)機(jī)。因此，RF收發(fā)機(jī)扮演著 BAN協(xié)調(diào)器的角色。然后，RF收發(fā)機(jī)進(jìn)入狀態(tài)H，等待其它傳感器的關(guān)聯(lián) 請求進(jìn)來。BCC收發(fā)機(jī)從狀態(tài)E進(jìn)入狀態(tài)D，并通過BCC向第二個(gè)傳感器 發(fā)送含有新建BAN信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符的"BAN描述符響應(yīng)"消息。在狀 態(tài)D下，第一個(gè)傳感器等待其它傳感器附著到身上。
7、 處于狀態(tài)B的第二個(gè)傳感器接收含有網(wǎng)絡(luò)信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符的 "BAN描述符響應(yīng)"消息，然后進(jìn)入狀態(tài)C。 BCC收發(fā)機(jī)指示其RF收發(fā)
機(jī)加入該信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符指明的BAN。 BCC收發(fā)機(jī)進(jìn)入狀態(tài)A，即斷電。
第二個(gè)傳感器的RF收發(fā)機(jī)醒來，然后從狀態(tài)F進(jìn)入I。它通過RF向第一 個(gè)傳感器發(fā)送關(guān)聯(lián)請求，從而加入該信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符指明的BAN。
8、 第一個(gè)傳感器的處于狀態(tài)H的RF收發(fā)機(jī)接收第二個(gè)傳感器的關(guān) 聯(lián)請求，然后通過RF向第二個(gè)傳感器發(fā)送"關(guān)聯(lián)接受"消息。RF收發(fā)機(jī) 呆在狀態(tài)H下，以等待其它關(guān)聯(lián)請求的進(jìn)入。
9、 第二個(gè)傳感器的處于狀態(tài)I的RF收發(fā)機(jī)接收"關(guān)聯(lián)接受"消息， 然后進(jìn)入狀態(tài)J。現(xiàn)在，第二個(gè)傳感器已經(jīng)成功加入了第一個(gè)傳感器創(chuàng)建的 BAN。
10、 把第三個(gè)傳感器附著到患者身上。與前面一樣，該傳感器處于狀 態(tài)A和F。
11、 第三個(gè)傳感器通電。這就觸發(fā)了從狀態(tài)A到B的轉(zhuǎn)變1:傳感器 通過BCC發(fā)送"BAN描述符請求"消息，從而，開始搜尋身上的其它傳感器。
12、 現(xiàn)在，處于狀態(tài)D的第一個(gè)傳感器收到了 "BAN描述符請求" 消息，于是通過轉(zhuǎn)變8回應(yīng)一條含有信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符的"BAN描述符響 應(yīng)"消息(注意條件"存在BAN (=身體區(qū)域網(wǎng))")。該傳感器呆在狀態(tài)D 下，以等待其它傳感器附著到身上。
13、 加入網(wǎng)絡(luò)的最終步驟與7—9中關(guān)于第二個(gè)傳感器的描述相同。
14、 附著其它傳感器的工作過程與10—13中關(guān)于第三個(gè)傳感器的描 述一樣。
一旦BAN中的傳感器收集到監(jiān)視數(shù)據(jù)，就可以將其傳遞給床邊的患者 監(jiān)視器(例如)，患者監(jiān)視器包括類似的RF通信模塊和BCC裝置?；颊咧?需觸摸監(jiān)視器，從而如上所述激活網(wǎng)絡(luò)組建，即可簡便地加入患者自己的 BAN。
當(dāng)然，患者數(shù)據(jù)也可以通過患者佩戴的附加裝置進(jìn)行傳輸，附加裝置 包括類似于其它傳感器的BCC和短距離無線電設(shè)備，還有進(jìn)行外部通信的 無線LAN或GPRS無線電設(shè)備。這樣，就可以在醫(yī)院里和/或戶外監(jiān)視患者。
權(quán)利要求
1、一種通信裝置，適于附著在一名佩戴者的身體上，從而成為身體區(qū)域網(wǎng)(BAN)的一部分，所述通信裝置包括身體耦合通信(BCC)裝置和短距離無線電裝置，所述裝置包括檢測模塊，使用BCC檢測所述佩戴者身上的其它類似通信裝置；建網(wǎng)模塊，與其它這樣的裝置使用它們的短距離無線電裝置建立無線網(wǎng)絡(luò)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信裝置，其中，所述短距離無線電裝置包 括Bluetooth、 Wifi或Zigbee裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的通信裝置，其中，所述BCC 裝置包括(a) 發(fā)現(xiàn)模塊，發(fā)現(xiàn)附著在此人身上的其它類似裝置；(b) 交換模塊，與類似裝置交換網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；(c) 發(fā)送模塊，向處于低功耗睡眠模式的短距離無線電裝置發(fā)送喚醒信號。
4、 一種醫(yī)療傳感器裝置，包括根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的通信 裝置。
5、 用通信裝置組建的網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng) 所述的通信裝置。
6、 一種方法，用于組建根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線身體區(qū)域網(wǎng)，包括 以下步驟(a) 使用一個(gè)BCC裝置搜尋其它裝置；(b) 當(dāng)BCC裝置相互聯(lián)系時(shí)在它們之間交換網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；(c) 利用所述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)在所述無線電裝置之間組建網(wǎng)絡(luò)。
7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的用通信裝置組建的身體區(qū)域網(wǎng)(BAN)，還包括外部監(jiān)視裝置，其包括BCC裝置和無線通信模塊，從而，當(dāng)其與攜帶 所述網(wǎng)絡(luò)的身體相接觸時(shí)，其能夠連接到所述BAN。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于連續(xù)測量ECG、SpO2、心率、血壓等的通信裝置，尤其是適于用作穿戴式醫(yī)療傳感器的裝置，特別是用這樣的裝置組建無線網(wǎng)絡(luò)的方法和裝置，具體而言，一種通信裝置適于附著在佩戴者的身體上，從而成為身體區(qū)域網(wǎng)(BAN)的一部分，該通信裝置包括身體耦合通信(BCC)裝置和短距離無線電裝置，該裝置包括檢測模塊，使用BCC檢測佩戴者身上的其它類似通信裝置；建網(wǎng)模塊，與其它這樣的裝置使用它們的短距離無線電裝置建立無線網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號G06F19/00GK101389265SQ200780006295
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者T·法爾克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司