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CN116437858A - 用于医疗设备触发的无线系统 - Google Patents

用于医疗设备触发的无线系统 Download PDF

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CN116437858A
CN116437858A CN202180074173.6A CN202180074173A CN116437858A CN 116437858 A CN116437858 A CN 116437858A CN 202180074173 A CN202180074173 A CN 202180074173A CN 116437858 A CN116437858 A CN 116437858A
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CN
China
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signal
patient
ventilator
physiological
nfmi
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CN202180074173.6A
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G·科科维迪斯
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Draegerwerk AG and Co KGaA
Original Assignee
Draegerwerk AG and Co KGaA
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Publication date
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Abstract

呼吸机通信系统包括肌电图(“EMG”)设备以及呼吸机，该肌电图设备包括被配置为基于患者的肌肉呼吸活动生成电信号的EMG电极。EMG设备被配置为基于电信号生成患者呼吸努力波形并且分析患者呼吸努力波形。EMG设备包括第一近场磁感应(“NFMI”)收发器，被配置为生成至少一个传输信号，该传输信号源自对患者呼吸努力波形的分析，并在至少一个NFMI通信信道上传输该至少一个传输信号。呼吸机被配置为向患者提供呼吸辅助，其中呼吸机包括第二NFMI收发器和控制器，第二NFMI收发器被配置为从EMG设备接收至少一个传输信号，控制器被配置为基于至少一个传输信号调整提供给患者的呼吸辅助。

Description

用于医疗设备触发的无线系统
相关申请
本文件要求以Georgios Kokovidis的名义提交且标题为“Wireless MedicalDevice Trigger”于2020年10月29日提交的美国申请系列号63/106,932的优先权，其内容针对所有目的通过引用合并于此，包括优先权，如同在此一字不差地记载一样。
技术领域
本公开一般涉及用于患者护理的医疗设备利用，并且更特别地涉及用于医疗设备触发的无线系统。
背景技术
在临床环境中，各种生理传感器通常耦合到患者。这些传感器中的一些传感器向生命维持医疗设备提供时间关键数据。传感器可以经由低延迟物理连接(例如，导线)耦合到生命维持设备。然而，改进的连接是期望的，该改进的连接保持物理连接的低延迟并呈现更少的混乱(clutter)、对患者移动的更少限制并且对中断更稳健。
附图说明
现在将公开下面要求保护的主题的说明性实施例。为清楚起见，在本说明书中并未描述实际实现的所有特征。将理解，在任何此类实际实施例的开发中，必须做出许多特定于实现的决定以实现开发者的特定目标，诸如遵守与系统相关和业务相关的约束，这将逐个实现而不同。此外，将理解，这样的开发努力，即使复杂且耗时，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说也是例行操作。
图1示出了根据一个或多个实施例的用于经由生理传感器设备触发医疗设备的系统。
图2示出了根据一个或多个实施例的用于经由近场磁感应(“NFMI”)通信链路由表面肌电图(“sEMG”)模块触发医疗设备的系统。
图3示出了与在一个或多个实施例中使用的NFMI通信技术相关联的磁场耦合。
图4示出了根据一个或多个实施例的接收器线圈相对于发射器线圈的各种布置的性能。
尽管本发明易于进行各种修改和替代形式，但附图示出了通过示例的方式详细描述的本文的具体示例。然而，应当理解，本文对具体示例的描述并不旨在将本发明限制于所公开的特定形式，而是相反，旨在涵盖落入如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
实施例提供了用于基于生理传感器数据触发医疗设备的低延迟无线通信链路。
下面在用于激活或以其他方式触发呼吸机(ventilator)以操作以便向患者提供增强的生命维持治疗或医疗辅助的近场磁感应(“NFMI”)通信的上下文中讨论实施例。其他实现和用途也是可能的。也就是说，虽然本系统是关于呼吸机进行描述的，但除了呼吸机的位置之外或代替呼吸机的位置，也可以实施其他医疗设备(例如，患者监视器或麻醉机)。
使用NFMI无线通信的一些优势是其高抗干扰能力、短距离处的NFMI通信的隐私性以及传输穿过患者的身体而信号完整性几乎没有降级的能力。NFMI是一种短程无线电技术，其非常适合低延迟数据流式传输(streaming)应用，NFMI具有出色的人体兼容性，这是它操作的无线电频率的功能(function)。通常，NFMI在大约10.6MHz处操作，在该频率处，人体显得几乎是透明的。这与被身体吸收或阻碍的其他更高频率的RF信号形成对比。
一个或多个实施例提供了一种用于医疗设备之间的通信的通信系统。该通信系统包括肌电图(“EMG”)设备，该设备包括被配置为附接到患者并基于患者的呼吸(respiratory)活动生成电信号的电极；其中，EMG设备被配置为基于电信号生成呼吸努力波形并分析呼吸努力波形；其中，EMG设备包括第一近场磁感应(“NFMI”)收发器，其被配置为生成从对患者呼吸努力波形的分析导出的至少一个传输信号并在至少一个NFMI通信信道(channel)上传输该至少一个传输信号；以及被配置为向患者提供呼吸辅助的呼吸机(ventilator)，其中呼吸机包括被配置为从EMG设备接收至少一个传输信号的第二NFMI收发器和被配置为被配置为基于至少一个传输信号调整提供给患者的呼吸辅助的控制器。
一个或多个实施例提供了一种与呼吸机无线通信以向患者提供呼吸辅助的方法。该方法包括通过肌电图(“EMG”)设备接收基于患者的肌肉呼吸活动的电信号；通过EMG设备基于电信号生成患者呼吸努力波形；通过EMG设备分析患者呼吸努力波形；通过EMG设备生成从患者呼吸努力波形的分析导出的至少一个近场磁感应(“NFMI”)传输信号；通过EMG设备在至少一个NFMI通信信道上将至少一个NFMI传输信号传输到呼吸机。
一个或多个实施例提供了一种用于触发医疗设备的系统。该系统包括被配置为感测和传输第一生理信号的生理传感器设备；被配置为接收和处理第一生理信号以确定触发(trigger)的存在的医疗设备；以及近场磁感应(“NFMI”)通信链路，以小于10毫秒的延迟将生理信号从生理传感器设备耦合到医疗设备，其中在确定第一生理信号包含第一触发时，医疗设备执行第一动作。
一个或多个实施例提供了一种用于触发医疗设备的方法。该方法包括从生理传感器设备感测第一生理信号；将生理信号无线地耦合到医疗设备；在医疗设备处接收生理信号；确定第一生理信号包含第一触发；以及在确定时执行第一动作。
一个或多个实施例提供了一种用于将生理传感器设备耦合到医疗设备的装置。该装置包括具有在第一方向上定向的第一初级绕组轴的第一线圈；具有在与第一方向上基本上平行的第二方向上定向的第二初级绕组轴的第二线圈；连接到第一线圈的驱动器(driver)，该驱动器被配置为接收第一生理传感器输出信号，放大传感器输出信号，并用放大的传感器输出信号激励(energize)第一线圈以创建磁场；和连接到第二线圈的接收器，接收器被配置为当第二线圈接近第一线圈时从第二线圈接收环路电流并且放大电流以恢复原始传感器输出信号。
一个或多个实施例提供了一种肌电图(“EMG”)设备，包括：一个或多个电极，被配置为附接到患者并基于患者的肌肉呼吸活动生成电信号；一个或多个处理器，被配置为基于电信号生成患者呼吸努力波形并分析患者呼吸努力波形；以及第一近场磁感应(“NFMI”)收发器，被配置为生成从患者呼吸努力波形的分析导出的至少一个传输信号并在至少一个NFMI通信信道上将至少一个传输信号传输到呼吸机中包括的第二NFMI收发器。
一个或多个实施例提供了一种用于无线触发治疗设备的方法。该方法包括通过生理参数监视设备接收基于患者的生理活动的电信号；通过生理参数监视设备基于电信号生成表示患者的生理活动的波形；通过生理参数监视设备生成从波形导出的至少一个近场磁感应(“NFMI”)传输信号；通过生理参数监视设备在至少一个NFMI通信信道上无线传输至少一个NFMI传输信号到治疗设备，其中至少一个NFMI传输信号被配置为触发对应于波形中表示的生理活动的治疗设备执行的动作。
现在将公开下面要求保护的主题的说明性示例。为了清楚起见，并未针对本说明书中的每个示例描述实际实现的所有特征。将理解，在任何此类实际实现的开发中，必须做出许多特定于实现的决定以实现开发人员的特定目标，诸如遵守与系统相关和业务相关的约束，这将逐个实现而异。此外，将理解，这样的开发努力，即使复杂且耗时，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说也是例行操作
此外，等同或相似的元素或者具有等同或相似功能性的元素在以下描述中用等同或相似的附图标记表示。由于在附图中相同或功能等同的元素被赋予相同的附图标记，因此可以省略对配备有相同附图标记的元素的重复描述。因此，为具有相同或相似附图标记的元素提供的描述是可相互交换的。
将理解，当元素被称为“连接”或“耦合”到另一个元素时，它可以直接连接或耦合到另一个元素，或者可以存在中间元素。相对地，当元素被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元素时，不存在中间元素。用于描述元素之间的关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。
在本文描述的或附图中所示的实施例中，没有附加中间元素的任何直接电连接或耦合也可以通过间接连接或耦合来实现，或反之亦然，只要例如传输某种信号或传输某种信息的连接或耦合的一般目的基本上被保持即可。来自不同实施例的特征可以组合以形成进一步的实施例。例如，除非相反说明，否则关于实施例之一描述的变化或修改也可适用于其他实施例。
此外，为了便于描述，本文可以使用诸如“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”以及诸如此类的空间相对术语来描述一个元素或特征与另(一个或多个)元素或特征的关系，如图中所示。除了附图中描绘的朝向之外，空间相对术语旨在涵盖设备在使用或操作中的不同朝向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，并且本文中使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。
在本公开中，包括诸如“第一”、“第二”和/或诸如此类的序数的表述可以修饰各种元素。然而，这样的元素不受以上表述的限制。例如，以上表述不限制元素的顺序和/或重要性。上述表述仅用于将一个元素与另一个元素区分开来的目的。例如，第一框和第二框指示不同的框，尽管两者都是框。再例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元素可以被称为第二元素，并且类似地，第二元素也可以被称为第一元素。
本公开的一个或多个方面可以被实现为非暂时性计算机可读记录介质，具有其上存储的体现方法/算法的程序，用于指示处理器执行所述方法/算法。因此，非暂时性计算机可读记录介质可以具有其上存储的电可读控制信号，其与可编程计算机系统协作(或能够协作)使得执行相应的方法/算法。非暂时性计算机可读记录介质可以是例如光盘、只读存储器(“CD-ROM”)、数字视频光盘(“DVD”)、BLU-RAY⑩盘、随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、可编程只读存储器(“PROM”)、电可编程只读存储器(“EPROM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪存或电子存储设备。
本公开的每个元素都可以通过在存储器上实现专用硬件或软件程序来配置，控制处理器以执行任何部件或其组合的功能。任何部件都可以实现为中央处理单元(“CPU”)或读取并执行来自诸如硬盘或半导体存储设备之类的记录介质的软件程序的其他处理器。例如，指令可以由一个或多个处理器执行，一个或多个处理器诸如是一个或多个CPU、微控制器、数字信号处理器(“DSP”)、通用微处理器、专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程逻辑阵列(“FPGA”)、可编程逻辑控制器(“PLC”)或其他等效的集成或分立逻辑电路。
因此，本文所用的术语“处理器”是指任何前述结构或适合于实施本文所描述的技术的任何其他结构。包括硬件的控制器也可以执行本公开的一种或多种技术。包括一个或多个处理器的控制器可以使用电信号和数字算法来执行其接收、分析和控制功能，这些功能还可以包括校正功能。这样的硬件、软件和固件可以在相同设备内或在单独的设备内实现以支持本公开中描述的各种技术。
信号处理电路和/或信号调节电路可以从一个或多个部件接收一个或多个信号并且对其执行信号调节或处理。如本文所用，信号调节是指以信号满足用于进一步处理的下一阶段的要求的这样的方式操纵信号。信号调节可以包括从模拟到数字的转换(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离和使信号适合于在调节后处理所需的任何其他过程。
因此，信号处理电路可以包括模数转换器(“ADC”)，其将来自一个或多个传感器元件的模拟信号转换成数字信号。信号处理电路还可以包括对数字信号执行一些处理的数字信号处理器(“DSP”)。
图1示出了根据一个或多个实施例的用于经由生理传感器设备触发医疗设备的系统100。它包括医疗设备102、包括一个或多个传感器105的生理传感器设备104、以及经由无线通信收发器108和110(例如，经由通信信道)将生理传感器设备104通信地耦合到医疗设备102的低延迟无线通信链路106。延迟优选地小于10毫秒(ms)，并且更优选地，5毫秒(ms)或更少，从而跨无线通信链路106传输来自生理传感器设备的时间关键数据或来自医疗设备的数据。
在操作中，由传感器105生成的一个或多个信号通过无线通信链路106经由无线通信收发器108经由无线通信收发器110传输到医疗设备102。在一些实施例中，传感器105可以是生理传感器。如下文进一步详述的，医疗设备102和生理传感器设备104之间的无线通信链路106是双向通信链路。医疗设备102处理信号以确定信号中是否存在可用于触发医疗设备102以执行动作的任何可动作(actionable)信息，动作诸如是生成警报、发起医疗辅助功能或在进行时修改当前监管的医学治疗的其操作参数之一。
例如，传感器105可以放置在患者的身体附近、患者的身体上或患者的身体内部。例如，传感器105可以是附接到患者以读取由患者生成或通过患者的电信号的电极。传感器105可以被配置为测量生命体征、测量电刺激、测量脑电活动，诸如在脑电图(“EEG”)的情况中、测量来自不同波长的光在其通过手指时的吸收的血氧饱和度分数(fraction)、使用红外光谱法测量呼出(exhalation)流中的CO2水平和/或其他气体水平、测量大脑或其他区域表面上的氧饱和度、测量来自侵入式血压和温度测量的心输出(cardiac output)、测量大脑皮层之上的感应电位、从通过光纤耦合到导管尖端的光学传感器测量血氧饱和度、和/或使用光吸收测量血液特性。
因此，传感器105测量患者的生理特性并通过有线或无线链路将电测量信号传输到生理传感器设备104。生理传感器设备104被配置为分析在测量信号中接收到的传感器数据，以便监视或以其他方式评估患者的条件。例如，生理传感器设备104可以基于传感器数据(例如，经由将一个或多个类型的传感器数据与一个或多个阈值进行比较)检测患者的监视条件。被监视的条件是需要医学治疗、辅助或干预以变维持患者生命或以其他方式辅助维持或改进患者的健康的条件。
多个阈值等级(tier)也可以用于检测分级的监视条件。例如，第一级监视条件可以对应于由医疗设备102监管的第一治疗水平，并且第二级监视条件可以对应于由医疗设备102监管的相对于第一治疗水平增强的第二治疗水平。因此，可以基于由生理传感器设备104指示的治疗水平在医疗设备102处设置不同的操作参数。什么构成第一级和第二级条件可以是特定于实施的，并且可以取决于诸如但不限于正在监视的(一个或多个)条件和患者的健康之类的因素。
响应于检测到监视到的条件，生理传感器设备104被配置为生成一个或多个通信信号(例如，原始传感器数据信号、控制信号、事件信号、标志信号和/或触发信号)，并经由无线通信收发器108跨无线通信链路106将一个或多个通信信号传输到医疗设备102的无线通信收发器110。无线通信收发器108和110是感应线圈，能够传输和接收NFMI通信信号。这虑及生理传感器设备104和医疗设备102之间的双向通信。特别地，无线通信收发器108和110通过耦合两个设备之间的磁场来通信。磁场可称为非传播磁场或消逝(evanescent)场，并且两个线圈之间的耦合可称为消逝耦合或近场耦合。
通信概念涉及一个设备中的发射器线圈调制借助于另一设备中的接收器线圈测量的磁场。通过发射器线圈的电流产生相应的磁场。磁场经由可以被接收器检测到电感或磁耦合跨接收器线圈的端子感应出相应的电压。因此，调制的电流产生调制的磁场。执行传输的收发器可被称为发射器，其包括发射器线圈和对应的发射器电路，该发射器电路被配置为激励发射器线圈并调制是通信信号的磁场)。相反，执行接收的收发器可以称为接收器，其包括接收器线圈和对应的接收器电路，该接收器电路被配置为经由接收器线圈检测调制的磁场并且解调或以其他方式解码通信信号。
医疗设备102是被配置为对患者的医学治疗进行监管的医学治疗设备。来自生理传感器设备104的一个或多个通信信号旨在例如提供原始传感器数据、控制信号、事件信号、标志信号和/或触发信号以触发动作，诸如医疗辅助功能，或响应，包括修改对应于医疗辅助功能的一个或多个操作参数，仅举几个例子。通信信号还可以基于检测到的患者条件指示治疗水平。
生理传感器设备104的发射器可以被配置为调制磁场并且由此基于要经由相应通信信号传输的信息调制由无线通信收发器108传输的通信信号。例如，传输的信号可以通过将由医疗设备102处的接收器电路解码的幅度和/或频率调制来调制。通信信号可以是触发医疗设备102的特定功能的触发信号。响应于检测到触发信号，医疗设备被配置为执行触发的功能或动作。另一通信信号可包括控制信息，该控制信息可包括控制数据、指令或数据，指示指令集对应于医疗设备102要执行的功能和/或医疗设备102要设置或调整的操作参数以用于对患者的治疗的监管。响应于接收到通信信号，医疗设备102可以经由其无线通信收发器110向生理传感器设备104传输指示成功接收到通信信号的确认信号。例如，确认信号可以指示成功接收到触发信号和/或已经根据接收到的指令设置或调整了操作参数。
在一个或多个实施例中，医疗设备102包括呼吸机并且生理传感器设备104包括表面肌电图(“sEMG”)传感器模块或舱(pod)。sEMG是一种非侵入性程序，涉及检测、记录和解释肌肉群在休息时和活动期间的电活动。休息时肌肉的电测量可称为“静态”并且活动期间的肌肉的电测量可称为“动态”。该过程是使用放置在皮肤表面上不同部位处的单个或电极的阵列执行的并且特别是在要测试的肌肉之上。通过电动作电位的频谱、幅度或均方根的计算机分析来评估电活动。sEMG舱经由附在患者的胸部或腹部附近的传感器105可以充当附接到相同患者的呼吸机的触发器或控制器。通信信号将以无线方式传输，并且满足小于10毫秒的空中延迟要求。
在生理传感器设备104包括sEMG设备并且医疗设备102是呼吸机的情况下，生理传感器设备104内的sEMG设备可以向呼吸机发送通信信号以触发功能或响应于sEMG设备在患者的呼吸系统的肌肉组织周围的检测到的电活动调整其呼吸辅助参数之一。可以对呼吸机操作或控制设置中的一项或多项进行此类调整，包括但不限于辅助控制(“AC”)、潮气(tidal)量(“TV”)、正呼气末压力(“PEEP”)、同步间歇强制通气(“SIMV”)、气道压力释放通气(“APRV”)、压力支持(“PS”)、双水平正气道压力(“BIPAP”)、连续正气道压力(“CPAP”)、高频率振荡通气(“HFOV”)和吸入(inspired)氧气分数(“FiO2”)。可以与患者的呼吸努力波形成比例地对这些设置进行调整并且可以通过sEMG设备向呼吸机用信号发送对这些设置的调整。
特别地，sEMG设备和呼吸机被配置为执行比例呼吸辅助，诸如比例辅助通气(“PAV”)，并且，更具体地是神经调整通气辅助(“NAVA”)，以便改善患者-呼吸机同步。NAVA由sEMG设备测量的隔膜的EMG活动的改变具体控制。因此，可以通过呼吸机辅助正在主动呼吸的患者的呼吸节律，使得呼吸节律与sEMG设备检测到的肌肉活动同步。
呼吸机被配置为响应于患者的通气需求的改变并且在患者通过主动调节气体压力、体积和流量而主动呼吸时减少患者呼吸努力。因此，气体输送随着患者需求的改变而改变。呼吸机基于从sEMG设备接收到的通信信号执行此操作。sEMG设备基于它对它从传感器105接收的传感器数据执行的分析生成通信信号。因此，sEMG设备触发和控制呼吸机的PAV或NAVA功能和操作设置。例如，呼吸机压力、呼吸机流量、呼吸机容积、吸气定时、呼气定时都可以由sEMG设备经由传输到医疗设备102(例如，呼吸机)的通信信号来控制。sEMG设备基于生成患者的呼吸努力波形和分析波形以确定一个或多个事件的发生或确定对应于呼吸机压力、呼吸机流量、呼吸机容积的一个或多个比例设置来控制这些参数。
换言之，sEMG设备利用患者呼吸努力波形的测量(例如，隔膜EMG信号)来控制呼吸机的气体输送。随着EMG活动增加，在吸气阶段期间施加压力，并且随着隔膜松弛，气道压力降低。吸气(inspiration)以峰值EMG活动的特定百分比结束。
sEMG设备可以触发和循环关闭通气辅助。它还可以通过经由吸气通气触发触发吸气阶段的活动开始时间并且通过经由呼气通气触发触发吸气阶段的活动停止时间来控制吸气阶段持续时间。呼气通气触发也与呼吸机的呼气阶段的开始时间一致。同样，吸气阶段的活动开始时间与呼吸机的呼气阶段的活动停止时间一致。因此，通过开始一个阶段，相反的呼吸阶段自然停止。
为了传输开始和停止时间，sEMG设备可以经由NFMI在第一传输信道上将事件信号传输到呼吸机。事件信号包括多个事件标志或事件指示符(indicator)，其中每个触发呼吸机的特定活动或功能和/或可触发警报。例如，吸气通气触发是触发呼吸机将空气泵入患者的肺的事件标志或事件指示符。呼气通气触发是触发呼吸机停止吸气阶段并允许患者呼气以开始呼气阶段的事件标志或事件指示符。事件标志可称为离散事件标志，因为它们仅在sEMG检测到相应事件时出现在离散时刻处。
sEMG还可以经由NFMI在第二传输通道上将比例控制信号传输到呼吸机。sEMG设备基于患者的呼吸努力波形生成比例控制信号。特别地，比例控制信号在呼吸机辅助期间被连续传输至呼吸机(例如，作为连续时间信号或模拟信号)以提供动态、实时比例参数设置，包括比例呼吸机压力设置、比例呼吸机流量设置、比例呼吸机容积设置或基于患者的呼吸努力波形导出的上述任何其他设置。sEMG设备与贯穿呼吸机辅助的整个持续时间或仅在呼吸机辅助的吸气阶段期间的患者的呼吸努力波形成比例地不断调整比例参数设置。在后者的情况下，比例控制信号可以由sEMG响应于初始化呼吸机辅助的吸气阶段而被触发和传输，并且当吸气阶段针对给定周期结束时由sEMG停止。
响应于接收到比例参数设置中的一个或多个，呼吸机贯穿吸气和呼气向患者施加相应的气体压力、气体流量或气体体积。这种比例参数设置可以在从sEMG设备接收到设置时在吸气阶段或呼气阶段期间实时地动态调整。
此外，sEMG设备可以经由NFMI在另一个传输信道上传输原始传感器数据信号或患者的呼吸努力波形。原始传感器数据可以是从传感器105接收的原始模拟数据或经由例如ADC从其导出的原始数字数据。呼吸机可被配置为在显示器上显示传感器数据或患者的呼吸努力波形或执行进一步的分析以调节PAV功能，特别是调节和调整活动开始时间、活动停止时间和比例参数设置。
鉴于上文，sEMG设备被配置为分析从传感器105接收到的与肌肉电活动相对应的测量信号，并使用一个或多个通信信号来触发呼吸机以基于分析执行动作和/或调整呼吸机参数设置。相反地，sEMG可以被配置为经由通信信号传输从测量信号接收的传感器数据，并且呼吸机可以被配置为分析传感器数据以确定相应的动作。信号传输是无线的、安全的以及快速的，具有低延迟。
图2示出了根据一个或多个实施例的用于使用来自sEMG模块的信号经由近场磁感应(“NFMI”)通信链路由sEMG模块触发呼吸机210的系统200。系统200包括sEMG模块208和NFMI呼吸机210。
sEMG模块208包括sEMG传感器设备218、耦合到NFMI无线收发器线圈202的NFMI无线收发器214、控制电子器件212(例如，“CPU”)和传感器(例如，生理传感器，诸如来自图1未在图2中示出的传感器105)，传感器可以策略性地放置在患者上以用于监视与肌肉活动相关联的电信号。电源管理单元(“PMU”，未单独示出)管理sEMG模块208的电源。sEMG传感器设备218被配置为通过电动作电动作电位的频谱、幅度或均方根的计算机分析来评估感测到的电活动。
NFMI呼吸机210包括耦合到NFMI无线收发器线圈204的NFMI无线收发器216、控制电子器件220(例如，“CPU”)以及各种管、泵、氧气罐和与向患者提供呼吸辅助相关的控制电子器件(未示出)。电源管理单元(“PMU”，未单独示出)管理NFMI呼吸机210的电源。
在操作中，患者肌肉的电活动由sEMG传感器设备218检测和分析。sEMG传感器设备218确定要传输的数据并将数据中继到NFMI无线收发器214。NFMI无线收发器214基于数据类型确定传输信道并经由NFMI无线收发器线圈202创建调制磁场以在分配的传输信道上传输数据。NFMI无线收发器线圈202放置在NFMI无线收发器线圈204的NFMI通信范围内。例如，sEMG模块208连同其NFMI无线收发器线圈202可以放置在患者身体的一横侧(lateralside)并且NFMI呼吸机210连同其NFMI无线收发器线圈204可以放置在患者身体的相对横侧。该设置(set up)允许sEMG模块208和NFMI呼吸机210两者附接到患者，而它们的电缆、线、管子以及诸如此类不相互缠绕。由收发器线圈之一生成的磁场跨患者的身体发射到接收收发器线圈。因此，通信信号可以通过患者的身体传输。然而，由于调制磁场的性质，例如，具有约10.6MHz的载波频率，患者的身体对信号几乎不具有降级影响。因此，通信信号可以以低延迟通过患者的身体传输，并且可以满足小于10毫秒并且更优选地5毫秒(ms)或更小的空中延迟要求。
在sEMG模块208向NFMI呼吸机210传输信号(例如，通信数据)的情况下，由NFMI无线收发器线圈202生成的调制磁场耦合到NFMI无线收发器线圈204，并由NFMI无线收发器216感测和处理以提取通信数据。提取的通信数据由控制电子器件220进一步处理并用于触发NFMI呼吸机210的操作和/或操作参数的调整。换句话说，可以通过通信数据触发或初始化呼吸辅助，可以通过通信数据根据触发定时触发呼吸辅助功能，和/或可以基于通信数据调整呼吸机操作设置或控制设置中的一个或多个。
图3示出了与在一个或多个实施例中利用的NFMI通信技术相关联的磁场耦合。它包括被驱动到NFMI无线收发器线圈202(例如发射器线圈)的调制输入信号302、与调制输入信号相关联的调制磁场306、调制磁场306到NFMI无线收发器线圈204(例如，接收器线圈)中的耦合308(例如无线链路)，以及对应于调制输入信号302的接收信号304的随后恢复和输出。
图4示出了根据一个或多个实施例的接收线圈相对于发射线圈的各种放置的性能。它包括发射(“TX”)线圈402、接收线圈A(“RX A”)404、接收线圈B(“RX B”)406和接收线圈C(“RX C”)408。RX A 404表现出最佳耦合，因为TX 402和RX A 404的区域是同轴的。RX B406表现出良好的耦合，因为TX 402和RX B 406的区域是共面的。由于RX C 408的区域正交于TX 402的区域，RX C 408表现出差的耦合。
换言之，与共面布置相比，通信信号在线圈之间的同轴布置的更大距离处更强，并且与正交布置相比，通信信号在线圈之间的共面布置的更大距离处更强。话虽如此，同轴布置对线圈之间的对准(或未对准)最敏感，考虑到它在三种布置中具有最小的重叠区域的话。相比之下，共面布置对线圈之间的对准(或未对准)最不敏感，考虑到它在三种布置中具有最大的重叠面积的话。未对准对通信信号的信号强度可以具有负面影响。将理解，任何线圈布置都可以在图2和3所示的实施例中被实现为设计选择问题。
以上概述了若干实施例的特征，使得本领域的普通技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域的普通技术人员应该理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他过程和结构的基础，以实现本文介绍的各种实施例的相同的目的和/或实现相同的优势。本领域的普通技术人员还应该认识到，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且他们可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对进行本文中的各种改变、替换和变更。
尽管已经用特定于结构特征或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求书的主题不一定限于上述特定特征或动作。相反，上述特定特征和动作是作为实现至少一些权利要求的示例形式公开的。
本文提供了实施例的各种操作。描述一些或所有操作的顺序不应被解释为暗示这些操作必然依赖于顺序。受益于该描述，替代排序将被理解。此外，将理解并非所有操作都必须存在于本文提供的每个实施例中。此外，应当理解，在一些实施例中并非所有操作都是必需的。
将理解，为了简单和易于理解的目的，本文描绘的层、特征、元素等以彼此相关的特定尺寸，诸如例如尺寸或取向，来示出，并且实际在一些实施例中，其实际尺寸与本文所示的尺寸大不相同。此外，“示例性”在本文中用于表示用作示例、实例、说明等，并且不一定是有利的。如在本申请中使用的，“或”旨在表示包含性“或”而不是排他性“或”。此外，本申请和所附权利要求书中使用的“一”和“一个”通常被解释为表示“一个或多个”，除非另有说明或从上下文中清楚指向单数形式。此外，A和B中的至少一个和/或诸如此类通常表示A或B或A和B两者。此外，在某种程度上使用“包括”、“具有”、“有”、“带有”或其变体，此类术语旨在以类似于术语“包括”的方式是包含性的。另外，除非另有说明，否则“第一，”“第二，”或诸如此类并不旨在暗示时间方面、空间方面、排序等。相反，此类术语仅用作特征、元素、项目等的标识符、名称等。例如，第一元素和第二元素通常对应于元素A和元素B或两个不同或两个相同的元素或同一元素。
详细说明到此结束。上面公开的特定示例仅是说明性的，因为本发明可以以不同但等效的方式进行修改和实践，这对于受益于本文教导的本领域技术人员来说是清楚的。此外，除了下面的权利要求中所描述的之外，不旨在限制此处所示的构造或设计的细节。因此，很明清楚，上面公开的特定示例可以改变或修改，并且所有这样的变化都被认为在本发明的范围和精神内。因此，本文寻求的保护如以下权利要求书中所述。

Claims (37)

1.一种用于医疗设备之间的通信的通信系统，所述通信系统包括：
肌电图(“EMG”)设备，包括：
电极，被配置为附接到患者并且基于患者的呼吸活动生成电信号，EMG设备被配置为基于电信号生成呼吸努力波形并且分析呼吸努力波形，以及
第一近场磁感应(“NFMI”)收发器，被配置为生成从呼吸努力波形的分析导出的传输信号并且在NFMI通信信道上传输传输信号；以及
呼吸机，被配置为向患者提供呼吸辅助，所述呼吸机包括：
第二NFMI收发器，被配置为从EMG设备接收传输信号，以及
控制器，被配置为基于传输信号调整提供给患者的呼吸辅助。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，呼吸机被配置为基于传输信号使呼吸与呼吸努力波形同步。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其中：
呼吸辅助是比例呼吸辅助，
传输信号包括比例控制信号，所述比例控制信号包括比例呼吸机参数设置，并且
EMG设备还被配置为：
与呼吸努力波形成比例地实时动态调整比例呼吸机参数设置，以及
将调整的比例呼吸机参数设置经由比例控制信号传输到呼吸机。
4.根据权利要求3所述的通信系统，其中，呼吸机还被配置为：
接收比例控制信号；以及
根据比例呼吸机参数设置调整比例呼吸辅助。
5.根据权利要求3所述的通信系统，其中：
比例控制信号是连续时间信号；以及
第一NFMI被配置为在比例呼吸辅助的吸气阶段的至少整个持续时间期间连续传输比例控制信号。
6.根据权利要求3所述的通信系统，其中，比例呼吸机参数设置包括气体压力、气体体积或气体流量中的至少一个。
7.根据权利要求3所述的通信系统，其中：
传输信号包括事件信号，所述事件信号还包括多个离散事件标志；并且
EMG设备还被配置为监视对应于呼吸努力波形的多个离散事件并且通过事件信号中的对应的离散事件标志来用信号传输多个离散事件中的每一个。
8.根据权利要求7所述的通信系统，其中：
多个离散事件包括对应于比例呼吸辅助的吸气阶段的开始的吸气开始事件，并且包括对应于比例呼吸辅助的呼气阶段的开始的呼气开始事件，并且
多个离散事件标志包括指示吸气阶段的开始的吸气通气触发和指示呼气阶段的开始的呼气通气触发。
9.根据权利要求8所述的通信系统，其中呼吸机还被配置为：
接收事件信号，
响应于接收吸气通气触发发起吸气阶段，以及
响应于接收呼气通气触发发起呼气阶段。
10.根据权利要求9所述的通信系统，其中，EMG设备还被配置为响应于检测到吸气开始事件而触发比例控制信号。
11.根据权利要求1所述的通信系统，其中：
传输信号包括事件信号，所述事件信号还包括多个离散事件标志，并且
EMG设备还被配置为监视对应于呼吸努力波形的多个离散事件并且通过事件信号中的对应的离散事件标志来用信号传输多个离散事件中的每一个。
12.根据权利要求11所述的通信系统，其中：
多个离散事件包括：
对应于呼吸辅助的吸气阶段的开始的吸气开始事件，并且包括对应于呼吸辅助的呼气阶段的开始的呼气开始事件，并且
多个离散事件标志包括：
指示吸气阶段的开始的吸气通气触发，和
指示呼气阶段的开始的呼气通气触发。
13.根据权利要求1所述的通信系统，其中，电信号表示隔膜电活动并且呼吸努力波形是隔膜EMG信号。
14.根据权利要求1所述的通信系统，其中，传输信号通过患者身体从EMG设备传输到呼吸机。
15.根据权利要求1所述的通信系统，其中，传输信号具有小于10毫秒的空中延迟。
16.根据权利要求1所述的通信系统，其中，传输信号具有小于5毫秒的空中延迟。
17.一种与呼吸机无线通信以向患者提供呼吸辅助的方法，所述方法包括：
通过肌电图(“EMG”)设备接收基于患者的肌肉呼吸活动的电信号；
通过EMG设备基于电信号生成患者呼吸努力波形；
通过EMG设备分析患者呼吸努力波形；
通过EMG设备生成从患者呼吸努力波形的分析导出的至少一个近场磁感应(“NFMI”)传输信号；
通过EMG设备在至少一个NFMI通信信道上将至少一个NFMI传输信号传输到呼吸机。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
通过呼吸机接收至少一个NFMI传输信号；
通过呼吸机向患者提供呼吸辅助，包括基于至少一个传输信号调整向患者提供的呼吸辅助。
19.一种用于触发医疗设备的系统，包括：
生理传感器设备，被配置为感测和传输第一生理信号；
医疗设备，被配置为接收和处理第一生理信号以确定第一触发的存在；以及
近场磁感应(“NFMI”)通信链路，以小于10毫秒的延迟将来自生理传感器设备的生理信号耦合到医疗设备，其中，在确定第一生理信号包含第一触发时，医疗设备执行第一动作。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，生理传感器设备包括发射器线圈并且医疗设备包括接收器线圈，并且近场磁感应(“NFMI”)通信链路包括物理层，所述物理层通过耦合发射器线圈和接收器线圈之间的非传播磁场进行通信。
21.根据权利要求19所述的系统，其中生理传感器设备包括感测第一生理信号的表面肌电图(“sEMG”)模块。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，医疗设备是呼吸机并且第一动作是呼吸机的以下参数之一的调整之一，包括：辅助控制(“AC”)、潮气量(“TV”)、正呼气末压力(“PEEP”)、同步间歇强制通气(“SIMV”)、气道压力释放通气(“APRV”)、压力支持(“PS”)、双水平正气道压力(“BIPAP”)、连续正气道压力(“CPAP”)、高频率振荡通气(“HFOV”)和吸入氧气分数(“FiO2”)。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，第一信号包括与患者的呼吸系统相关的肌肉组的电活动的表示。
24.根据权利要求19所述的系统，其中，生理传感器设备被配置为感测和传输第二生理信号，其中，在确定第二生理信号包含第二触发时，医疗设备执行不同于第一动作的第二动作。
25.根据权利要求19所述的系统，其中，第一触发包括患者发起的呼吸请求。
26.根据权利要求19所述的系统，其中，生理传感器设备包括第一耦合线圈并且医疗设备包括第二耦合线圈，每个耦合线圈具有初级绕组轴，其中，第一耦合线圈的初级绕组轴基本上平行于第二耦合线圈的初级绕组轴定向。
27.一种用于触发医疗设备的方法，包括：
从生理传感器设备感测第一生理信号；
将生理信号无线耦合到医疗设备；
在医疗设备处接收第一生理信号；
确定第一生理信号包含第一触发；以及
在确定时执行第一动作。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，无线耦合包括经由非传播磁场在生理传感器设备内的发射器线圈和医疗设备内的接收器线圈之间磁耦合第一生理信号。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，感测包括使用表面肌电图(“sEMG”)传感器模块来感测第一生理信号。
30.根据权利要求27所述的方法，其中，医疗设备是呼吸机并且执行第一动作包括调整呼吸机的以下参数之一，包括：辅助控制(“AC”)、潮气量(“TV”)、正呼气末压力(“PEEP”)、同步间歇强制通气(“SIMV”)、气道压力释放通气(“APRV”)、压力支持(“PS”)、双水平正气道压力(“BIPAP”)、连续正气道压力(“CPAP”)、高频率振荡通气(“HFOV”)和吸入氧气分数(“FiO2”)。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，第一生理信号包括与患者的呼吸系统相关的肌肉组的电活动的表示。
32.根据权利要求27所述的方法，所述方法包括：
从生理传感器设备传输第二生理信号；
确定第二生理信号包含第二触发，以及
在确定时执行第二动作，第二动作不同于第一动作。
33.根据权利要求27所述的方法，其中，第一触发包括患者发起的呼吸请求。
34.根据权利要求27所述的方法，其中，生理传感器设备包括第一耦合线圈并且医疗设备包括第二耦合线圈，每个耦合线圈具有初级绕组轴，所述方法还包括基本上平行于第二耦合线圈的初级绕组轴对第一耦合线圈的初级轴定向。
35.一种用于将生理传感器设备耦合到医疗设备的装置，所述装置包括：
第一线圈，具有在第一方向上定向的第一初级绕组轴；
第二线圈，具有在第二方向上定向的第二初级绕组轴，第二方向基本上与第一方向平行；
连接到第一线圈的驱动器，所述驱动器被配置为接收第一生理传感器输出信号、放大生理传感器输出信号、并且用放大的生理传感器输出信号激励第一线圈以产生磁场；以及
连接到第二线圈的接收器，所述接收器被配置为当第二线圈接近第一线圈时从第二线圈接收环路电流并且放大电流以恢复原始传感器输出信号。
36.一种肌电图(“EMG”)设备，包括：
一个或多个电极，被配置为附接到患者并且基于患者的肌肉呼吸活动生成电信号；
一个或多个处理器，被配置为：
基于电信号生成患者呼吸努力波形；以及
分析患者呼吸努力波形；以及
第一近场磁感应(“NFMI”)收发器，被配置为：
生成从患者呼吸努力波形的分析导出的至少一个传输信号；以及
在至少一个NFMI通信信道上将至少一个传输信号传输到呼吸机中包括的第二NFMI收发器。
37.一种用于无线触发治疗设备的方法，包括：
通过生理参数监视设备接收基于患者的生理活动的电信号；
通过生理参数监视设备基于电信号生成表示患者的生理活动的波形；
通过生理参数监视设备生成从波形导出的至少一个近场磁感应(“NFMI”)传输信号；以及
通过生理参数监视设备在至少一个NFMI通信信道上向治疗设备无线传输至少一个NFMI传输信号，
其中，至少一个NFMI传输信号被配置为触发对应于波形中表示的生理活动的治疗设备执行的动作。
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CN119215329A (zh) * 2024-11-28 2024-12-31 广州雪利昂生物科技有限公司 一种膈肌起搏器与神经调节器联动的呼吸辅助系统
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