A különböző intenzív betegágy melletti orvosi műszerek közötti kommunikáció szabványosítása még gyerekcipőben jár. Széles körben elfogadott kommunikációs szabványok csak az egészségügy más területein elterjedtek (pl. adatbázisok, betegkartonozás, képek tárolása és ávitele). Az itt bemutatandó rendszer az intenzív betegágy melletti felügyeleti és diagnosztikai műszerek egységes kommunikációs rendszerbe integrálására mutat egy gazdaságos, széleskörben alkalmazható és teljesen szabványos elemekből építkező megoldást. Egy gyártófüggetlen, szabványos ipari terepi buszrendszer alkalmazásával lehetővé válik a különböző gyártóktól származó műszerek összekötése olyan módon, hogy minden már meglévő készülék a rendszerbe integrálható. A műszerek a terepbuszra a hozzájuk kívülről csatlakoztatható interfészeken keresztül kapcsolódnak. Ezek az interfészek vagy terepbuszra csatlakoztatható egyszerű adatgyűjtők, vagy bonyolultabb, jelfeldolgozást is megvalósító ipari PC-k. A teljes rendszer az interfészeken keresztül a terepbuszra csatlakoztatott orvosi műszerekből, egy központi felügyeleti számítógépből, és két mesterségesen szimulált beavatkozó szervből áll. Ezeken kívül a pácienst mesterségesen egy PC szimulálja. Fő célunk a biztonságos, determinisztikus adatátvitel megoldása, és egy felhasználóbarát egyszerűen kezelhető megjelenítő felület kialakítása volt.
Kulcsszavak: intenzív betegfelügyelet, orvosi műszerek, terepbusz, Profibus DP
Különös jelentőséggel bír a műszerek rendszerbe integrálása, hogy a különböző mérési adatokat egymással összevetve juthassunk következtetésre. Az adatok begyűjtésének nélkülözhetetlen eszköze a műszereket összekapcsoló kommunikációs hálózat.
Nem véletlen ezért, hogy, ma az informatika egyik erőteljesen fejlődő iránya a különböző orvosi alkalmazások. Az alkalmazások széles spektrumát láthatjuk, mint a kartonozási és diagnosztikai adatbázisok, kórházi információs rendszerek, képalkotás és -felismerés valamint az intenzív betegfelügyelet. Ma már gyakorlatilag minden nagyobb egészségügyi intézményben megtaláljuk a lokális hálózatot és egyre inkább az Interetet is. A feladatok két csoportra bonthatók [3]:
Az off-line jellegű, nem időkritikus alkalmazások (pl. kartonozás, diagnosztikai adatok tárolása) által igényelt kommunikáció már régebb óta szabványos megoldásokkal támogatottak. Ezek az ISO OSI modell legfelső, alkalmazói rétegét megvalósító és arra épülő magasszintű protokollok azonban az alacsonyabb rétegekre (útvonalválasztás, közeghozzáférés, fizikai átvitel) semmit sem írnak elő. Éppen ezért az alsóbb kommunikációs rétegek teljesen rugalmasan az adott igényeknek és lehetőségeknek megfelelően tetszőleges lokális hálózattal (itthon általában IEEE 802.3 Ethernet) implementálhatók.
Az intenzív betegágy melletti monitorozás, adatgyűjtés teljesen más problémát jelent. Itt a különböző diagnosztikai készülékeket kell rendszerbe kötni, és egy központi felügyeleti állomáson a beteg állapotát nyomonkövetni. A feladat jellegéből adódóan a követelmények is teljesen másak: dinamikus, valós-idejű, on-line adatgyűjtés; determinisztikus, hibatűrő és biztonságos adatátvitel. A IEEE 802.x szabvány-családban nincs olyan kommunikációs hálózat ami mindezen követelményeket egyidejűleg kielégítené.
Mindezek mellett egyre intenzívebben megjelenik az orvosi alkalmazásokban az igény egy gyártófüggetlen, szabványosított világ megteremtésére. Ez nemcsak az egyes műszerek közötti felület, de a műszerekben lévő modulok közötti szabványos kapcsolt kialakítására is vonatkozik [4].
1989-ben az USA-ban egy felmérés szerint a betegágyi monitorozás feladata az alábbi követelményeket támasztja a kommunikációs alrendszerrel:
Ezen igények nyilvánvalóan csak az OSI modell "mélyebb" specifikálásával elégíthetők ki. Habár sok gyártó készít intenzív betegfelügyeleti rendszereket, ezek mindegyike saját kommunikációs protokollal rendelkezik, lehetetlenné téve a rendszerbe más gyártók készülékeinek bekapcsolását. Egy nyílt, gyártófüggetlen szabvány hiányzik. Habár 1992-ben az IEEE P1073 sz. alatt beterjesztette a Medical Instrumentation Bus (MIB) [5] névvel fémjelzett gyártófüggetlen, orvosi műszerek alacsonyszintű kommunikációjára vonatkozó szabványajánlatát, azonban ez mind a mai napig nincs elfogadva. Egyik fő probléma MIB gyenge támogatottsága és a MIB interfésszel ellátott készülékek magas ára, hiszen amíg a szabvány még csak tervezet, addig a gyártók nem érdekeltek. Egyébként magának a fizikai szintű interfésznek az ára 100$ körül van, ami a tömeges - akár ASIC szintű - gyártás során később akár a tizedére is csökkenhet. Azonban a szabvány teljes elfogadásáig nem várható a MIB rohamos elterjedése, hiszen a vásárló intézményeknek sem érdekük egy, még teljesen új és nem szabványos interfésszel ellátott berendezés megvásárlása. Egyébként is, mivel az orvosi műszerek estén a készülék árának csak töredéke a kommunikációs interfész ára, a vásárlók fő szempontja nem is ez.
A fenti elgondolásokra építve a cikk következő része bemutat egy osztott intelligenciájú, intenzív betegfelügyeleti mintarendszert. A mintarendszer a BME Irányítástechnika és Informatika Tanszékén INCO Copernicus 960161 sz. EU projekt keretében áll kidolgozás alatt. A majd elkészült rendszer demonstrációs és oktatási célokat fog szolgálni a Tanszék orvosbiológiai laboratóriumában.
Központi felügyelet:
Az orvosi műszerek a már említett módon, a kvázi szabványos analóg jelkimeneteik révén kapcsolódhatnak a rendszerbe. Ezeket az analóg jeleket kell a terepbuszra juttatni. Az élettani jeleket - azok sávszélessége, előfeldolgozási igénye alapján - két csoportra osztottuk. A "lassú" jeleket (hőmérséklet, pulzus, vérnyomás, véráram) hagyományos terepbuszra illeszthető ipari adatgyűjtőkkel, a "gyors" jeleket (EKG, EEG) előfeldolgozás után egy ipari PC illeszti a buszra [6]. A felhasznált eszközök, terepbusz interfészek mind-mind ipari szabványok, és a piacon több gyártó kínálja őket.
A beavatkozók szintén terepbusz interfésszel ellátott egységek.
1990-ben aztán megjelent a szabvány III. része, ami egy egyszerű de teljes vertikumban szabványosított terepi busz leírása [8]. Ez a Profibus DP (Decentralized Periphery). A régi szabvánnyal azonos a két alsó OSI réteg, de a legfelső réteg helyett egy teljesen szabványos egyszerűsített felhasználói felület van. A felhasználó felé a DP protokoll alapvetően a készülékek felparaméterézését, majd a ciklikus adatforgalom lebonyolítását támogatja.
1995-ben pedig megjelent a szabvány IV. része, ami a gyújtószikramentes környezetekben is alkalmazható, DP kompatibilis megoldás, a Profibus PA (Process Automation).
1996 áprilisában a Profibus család európai szabvány lett, EN 50170 II. rész, jelenleg az európai terepbusz piac 60%-át uralja, és több, mint százezer ipari alkalmazásban működik világszerte.
A mi rendszerünkben a Profibus DP jelentette az optimális megoldást a képességei alapján:
A főbb követelmények a következők:
A készülékek száma
A teljesen kiépített rendszerben 6 terepi egység (a műpáciens által generált éllettani jeleket két ipari PC, és két adatgyűjtőt fogadja, és ezenkívül két beavatkozó kapcsolódhat a terepbuszra). A Profibus DP egy szegmensen 32 készüléket enged meg. Jelen esetben mono-masteres (a master a központi állomás, a slave-k a terepi készülékek).
Adatátvitel
A DP fizikai közeg az RS485, a DP protokoll által biztosított adatkeretben max. 240 byte információ továbbítható egységenként. A maximális adatátviteli sebesség 1,5 Mbit/s lehet sodrott érpár esetén, ekkor kb. 100 m a maximális buszhossz. A mintarendszerben céljára az előzetes számítás alapján kb. 100 kbit/s-os sávszélesség már másodpercenkénti 10 adatcsomag továbbítását teszi lehetővé készülékenként, ami a valós-idejűségnek megfelelő érzetet kelt a központi állomáson.
Adatbiztonság
Az átvitel FDL szinten CRC védett, a kódolás Hamming-távolsága 4. A DP protokoll ezenkívül támogatja a kapcsolat hatékony menedzselését és a hálózat plug & play újrakonfigurálását.
Ma az intenzív osztályokon működő betegágy melletti felügyelő-monitorozó készülékek rendszerbe integrálására még nincsen gyártófüggetlen, nyitott kommunikációs szabvány. Habár az IEEE a MIB szabványosítását szeretné, az egyelőre még csak tervezet. Ha meg is születik az első MIB szabvány, évekbe telik majd, mire a nagyobb gyártók elfogadható áron MIB interfészes készülékeket hoznak ki a piacra. A mi célunk egy olyan rendszer létrehozása amiben a már meglévő készülékek a Profibus DP nyílt, gyártófüggetlen ipari terepbusz segítségével, számos gyártó által szállított interfészelemek segítségével összeköthetők.