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CN101094617B - 与中央处理器间安全传输的无线控制 - Google Patents

与中央处理器间安全传输的无线控制 Download PDF

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CN101094617B CN2005800456780A CN200580045678A CN101094617B CN 101094617 B CN101094617 B CN 101094617B CN 2005800456780 A CN2005800456780 A CN 2005800456780A CN 200580045678 A CN200580045678 A CN 200580045678A CN 101094617 B CN101094617 B CN 101094617B
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Abstract

一种由远程控制台控制一个或多个医疗设备的系统。远程控制台同中央控制单元进行无线通信，所述中央控制单元同一个或多个医疗设备相连接。为了最小化由偶然的或未被授权的无线命令信号激活医疗设备的可能性，中央控制单元必须与远程控制台同步，并在中央控制单元响应由远程控制台传送的无线命令信号以前建立与远程控制台的安全通信。

Description

与中央处理器间安全传输的无线控制
有关申请的交叉引用
本申请要求于2004年11月1日申请的、申请号为60/623949的美国临时申请的优先权。
技术领域
一种由无线远程控制台控制一个或多个医疗设备的装置和方法，具体而言，一种在无线远程控制台和中央控制单元之间建立安全无线连接以防止医疗设备对由另一无线设备生成的未授权信号作出响应的装置和方法。
背景技术
内窥镜检查是一种最低限度侵入式查看人体内部特征(internalfeatures)的技术。在医学中，内窥镜检查无需侵入式的手术就能够获得人体内部特征的高质量图像。内窥镜检查的基本工具是内窥镜(“电子射线管(scope)”)，其被插入到待观察的人体中。例如在肠胃病学的医学领域中，一些内窥镜检查过程涉及到柔性电子射线管的使用。诸如关节镜检查或者腹腔镜检查之类的其他医学过程使用刚性电子射线管。电子射线管通常与通过电子射线管将光传送到人体内部的高强度光源相耦合，以及与包括用于获取视频图像数据的电子仪器在内的摄像头相连接。摄像头一般与视频监视器相连接，所述视频监视器显示由摄像机获取的视频图像。
在内窥镜检查手术中，可以使用各种其他的医疗设备，诸如将压缩气体抽吸到人体空腔中以创建更多用于观察和作业的空间的吹药器、止血的电灸工具和/或切割或成形人体组织的各种工具。这些设备一般由诸如脚踏踏板和/或开关的远程控制，所述脚踏踏板和/或开关设置在手术室的地面上，并由外科医生操纵。脚部控制可以控制诸如工具的开/关、速度或强度、运动方向，操作方式等之类的功能。脚部控制等的利用使得外科医生在无需放下工具、倒手、用手触碰可能污染的表面、或者视线离开病人的情况下就能够亲自调整各种模式和工具的设置(例如速度、强度)。
第一代脚踏踏板及其他类型的远程控制一般通过在导电线路或者电缆上中继命令信号的方式执行，所述命令信号采用电脉冲的形式，所述线路或者电缆将远程控制与被控设备物理连接。随着技术的进步，远程控制变成无线的，由此使得远程控制可以位于手术室内的任何地方而无需沿着地面设置电缆。
尽管在诸如手术室之类的医疗环境内使用无线远程控制是有益的，但是也引入了可能最终危及病人的其他变数和风险。例如，即使远程控制没有发出命令，但是从附近其他设备发出的杂散电磁信号也可能导致受控设备不正确响应的风险。更为重要地，在指定的临床环境中，多个无线远程控制可以彼此相互接近的使用，从而导致了接收单元对来自错误远程控制的控制信号做出响应的风险。
附图说明
本发明的一个或多个实施方式是以举例的方式说明的，并且不应被看作是限于附图中所描绘的特定实施方式，在所述附图中相同的附图标记指代同样的元件，其中：
图1是根据本发明某实施方式的包括无线远程控制台的无线远程控制系统的框图；
图2显示了远程控制台和配接站，其中控制台能够设置在对接站中以给无线脚部控制装置中的电池充电。
图3显示了配接站和中央控制单元如何能够设置或者安装在仪器小车(equipment cart)上；
图4显示了根据本发明的某实施方式的远程控制台的外视图；
图5是根据本发明的某实施方式的远程控制台的框图；
图6是根据本发明的某实施方式的中央控制单元的框图；
图7是根据本发明的某其他实施方式的能够与两个远程控制台同步的中央控制单元的正外视图；
图8是包括多个术语定义的表；
图9举例说明了根据本发明的某实施方式的数据分组的结构；
图10是列举了为本发明的某实施方式所使用的每个分组ID、分组ID用于什么、以及分组ID包括什么特定数据的表；
图11是描绘了远程控制台和中央控制单元所经历的绑定过程(binding procedure)的表；
图12是描绘了在彼此绑定的远程控制台和中央控制单元之间发生的通信的表；
图13是描绘了由失去联系的远程控制台和中央控制单元进行的重新绑定过程(rebinding procedures)的表；以及
图14举例说明了根据本发明的另一个实施方式的几个分组时序图。
具体实施方式
如下文中详细所述的那样，根据本发明的单独的无线远程控制台(稍后仅简称为“控制台”)允许外科医生或者其他操作者在内窥镜检查医学过程期间控制一个或多个医疗设备。控制台可以包括一个或者多个设计为由操作者手动或者脚动操作以控制一个或多个医疗设备的控制。出于说明的目的，考虑无线、脚动控制台的例子，其包括一个或多个用于控制一个或多个设备的脚踏踏板和/或脚踏开关，包括在同多个设备相连接的情况下选择将控制该设备的选择开关。响应于脚控操作，控制台无线地传送信号到中央控制单元，所述信号促使中央控制单元选择要控制的设备并控制所选择的设备。脚控控制台可以包括可再充电电池，其可以封闭在控制台外壳内，并当控制台位于配接站中时感应充电。接收单元和配接站可以是单独的单元，也可以集成在一个外壳内。
I.无线远程控制台和中央控制单元
图1举例说明了根据本发明的无线远程控制系统的一个实例，其中远程控制台9由无线脚控装置表示。所述系统包括内窥镜1和与内窥镜1及摄像机控制单元(CCU)3相连接的摄像机2。同CCU 3相连接的还有视频监视器4，用于显示由摄像机2获取的图像。所述系统还包括多个不同的支持设备5(例如5A、5B等)，其可以包括从手术工具(即，吹药器、电灸工具、射频发生器或者切/剃工具)到在手术或临床环境中使用的其他设备(即，视频捕获设备、手术台灯和房间灯)的各种设备。取决于它们是什么，这些支持设备5中的一个或多个可以通过公共有线通信介质6相互连接，如设备5A和CCU 3那样。有线通信介质6例如可以是IEEE标准1394背板连接、以太网连接或者具有同样性能的其他通信介质。
直接或者通过有线通信介质6地同每一个设备5相连接的是中央控制单元8。图1中表示为无线脚控装置的远程控制台9同中央控制单元8协同运行以控制连接到中央控制单元8的任何设备5。特别地，在该实例中，控制台9包括各种脚踏踏板、开关和/或其他脚踏控制，当操作者操纵所述脚踏踏板、开关和/或其他脚踏控制时，其促使控制台9无线地传送控制信号到中央控制单元8。响应于从控制台9接收的控制信号，中央控制单元8与当前选择的各种设备5之一进行通信。该通信可以发生在有线通信介质6上，如同设备5A的情况那样，或者直接连接78(其可以是模拟的或者数字的)到中央控制单元8，如同设备5B的情况那样。直接连接78可以仿真远程控制台特定于设备5的输入。此外，一个或多个受控设备5可以仅仅经由无线链路同中央控制单元8进行通信。
当控制台9是无线的时，其需要自己的电源。根据一个实施方式，该电源可以是一个或多个可更换的碱性电池。在另一个实施方式中，电源包括一个或多个可充电电池，所述可充电电池可以从控制台9移开以进行充电。可替换地，一个或多个可充电电池可以封闭在控制台9的外壳27内。在这样一个实施方式中，外壳27可以利用模压塑料或者其他类似材料制成，使得控制台9量轻、耐用、可浸(soakable)以及易于清理。这种方法是合乎需要的，因为除其他理由外，公知在某一内窥镜检查手术过程期间将会有相当数量的水分和/或其他流体流到手术室的地面。密封的控制台外壳非常有利，因为不需要因直接暴露于该手术室环境中而引起的电接触。此外，可充电内部电池的使用将减少手术室中所需的电缆数目。
为了对内部电池进行充电，可以提供配接站10。控制台9设置在配接站10中，其中诸如利用电磁感应之类来对电池充电。当没有使用控制台9时，配接站10还作为控制台9的方便支架(holder)。图2显示了配接站10的一个实例以及如何将控制台9插入到配接站10中以对控制台的电池进行充电和/或存储。图3显示了如何将配接站10设置或者安装在内窥镜检查仪器通常所使用类型的仪器小车41上。
图4中描述的示例性实例是可被用于本发明的一种可能类型远程控制台9的外视图。特别地，图4描绘了重量比较轻并包括手柄21的脚控控制台9，所述手柄21使得手术室工作人员能够随手拾起并携带控制台9。如所示，控制台9分别包括左右踏板22和23，以及三个脚控开关，也就是左开关24、中开关25和右开关26。其他实施方式可以包括踏板、开关和/或其他控制的不同组合。开关24-26例如可以是简单的按钮开关，并例如可用于选择各种设备5的不同工作模式。踏板22和23可以是简单的电位器型(可变移位)脚控，诸如用于控制医学工具的速度、强度和/或其他变量设置。
对其余的详细论述而言，对控制台9的全部参考将假定为诸如图4中举例说明的实例之类的脚控控制台9。然而，正如前面提到的那样，本发明的无线远程控制系统不局限于一种类型或者设计的无线遥控控制台9，而是可以被配置成利用几乎任何类型和设计的控制台9，包括但不限于脚控和手控的控制台。
在某实施方式中，虽然能控制任何的设备5，但是图4的控制台9每次仅控制一台设备5。在这种实施方式中，开关24-26之一被用作选择开关以使操作者能选择待控制的设备5。每一个其他控制的功能可以随当前选择哪个设备5来进行控制而发生变化。通过简单地重复按压指定的选择开关而在提供的不同设备5之间切换，可以实现该选择。
在其他实施方式中，控制台9能够同时控制两个或更多设备5。例如，两个或多个单独的开关和/或踏板可用于同时控制两个或多个单独的设备5。或者，控制台9上的同一个控制可被用于控制两个或多个设备。
中央控制单元8将检测存在哪些连接到有线通信介质6和/或直接连接78的设备5。因此，控制台9无需了解当前选择了哪个设备5，这样的知识可以被完全保存在中央控制单元8内。控制台9仅传送通用控制信号，中央控制单元8接收所述通用控制信号并将其转化成具有适合于当前选择设备5的格式和协议的其他控制信号。在一些实施方式中，中央控制单元8可以同时从多个控制台9接收输入并将相应的控制信号输出到一个或者多个设备，这取决于多个控制台9控制同一个设备还是多个设备。
图5显示了根据本发明一个示例性实施方式的控制台9的组件。如图所示，控制台9包括传统的可编程微型控制器51，其同相对短程的射频(RF，radio frequency)发射器52和RF接收器57相连接。RF发射器52和RF接收器57可以合并成一个收发器单元，诸如在2.4GHz ISM频带内作业的Cypress WUSB芯片。根据其他实施方式，控制台9可以采用使用其他无线协议运行的替换收发器配置，所述其他无线协议包括900MHz RF、Bluetooth(蓝牙)、802.11a/b/g、超宽频带(Ultra-Wide Band)和Zigbee，以及诸如红外线(IR，infrared)或激光之类的基于非RF的协议。
控制台9中还包括至少一个可充电电池54和与充电电路53相连接的感应线圈55，该充电电路又同微型控制器51相连接。在控制台9内，或者固定附着于控制台9的外表面，还存在射频标识(RFID)芯片或者标记27。控制台9的内部组件(即，除开关和踏板以外的组件)被完全封闭在控制台9的外壳内，所述外壳避免那些组件受到手术室环境的损坏并减少触电和引火的风险。
微型控制器51例如可以通过标准RS-232接口与RF发射器52和RF接收器57通信。响应于施加给脚踏控制(开关和踏板)的用户输入，RF发射器52在微型控制器51的控制下传送控制信号到中央控制单元8。
每个无线控制台9中的微型控制器51被分配以唯一标识(ID，unique identification)码。如下文中详细论述的那样，通过将其ID码引入到它所生成并随后转交给RF发射器52的信号中，该ID码使微型控制器51能够唯一地标识由控制台9传送的全部命令信号。
图6是根据本发明一个实施方式的中央控制单元8的框图。如图所示，中央控制单元8包括可编程微型控制器71、无线接收器72和无线发射器77(或者替换的，合成收发器)、电源73、网络适配器74和一个或多个输出指示器75。微型控制器71控制中央控制单元8的整个操作。在其他实施方式中，微型控制器71可以由能够执行相同角色的一个或多个其他形式的控制设备替代，诸如可编程通用或者专用微处理器、ASIC等。无线接收器72接收如上所述从控制台9传送的控制信号，同时无线发射器77将信号从中央控制单元8发送到无线控制台9。微型控制器71可以通过各种装置、例如包括标准RS-232接口同RF接收器72和RF发射器77进行通信。电源73基于从任何所提供的外部电源提供的电力为中央控制单元8提供经过调整的电力。
在中央控制单元8内还包括射频标识(RFID)读取器79，所述射频标识读取器79生成相对弱的磁场。当RFID标记十分接近于RFID读取器79时，该标记获取磁能并开始同RFID读取器79通信。具体而言，当RFID标记接近时就以预定方式唯一地调制由RFID读取器79生成的磁场。正式通过用这种方法调制磁场使得RFID标记向RFID读取器79传递诸如ID码的信息。
中央控制单元8还包括一个或多个输出指示器75，其用来传送各种信息到该系统的用户，所述信息包括表明当前选择哪个设备5(图1)的信息。输出指示器75例如可以包括一个或多个发光二极管(light-emitting diodes，LED)、液晶显示器(liquid crystal displays，LCD)、音频扬声器等。
取决于当前选择了哪个设备5，微型控制器71利用由无线接收器72接收的控制信号来生成通过有线通信介质6传送给特定设备5的命令和/或其他控制信号。微型控制器71用于按照适合于当前所选择设备5的格式和/或协议生成专用命令或者其他控制信号。微型控制器71促使网络适配器74在有线通信介质6上传送这些生成的命令。
网络适配器74例如可以是标准IEEE标准1394适配器，而有线通信介质6例如是IEEE1394背板。在这种情况下，中央控制单元8可以使用标准IEEE1394协议来标识连接到背板的其他设备。在其它实施方式中，中央控制单元8可以配备除IEEE1394以外的通信介质，诸如设计用于下述设备的连接，所述设备如Stryker公司的集成器件网络(Stryker Corporation′s Integrated Device Network，SIDNE)控制系统和综合性能系统(Total Performance System，TPS)，以及Stryker内窥镜检查射频切除系统(Stryker Endoscopy′s Radio FrequencyAblation System，SERFAS)。
如上所述并且如图1所示，在某实施方式中，中央控制单元8还(或者代之以)可以具有一个或多个同受控设备5的“直接”(即非联网)连接78。在这种实施方式中，中央控制单元8包括通信适配器70以将微型控制器71同直接连接78相连接。在某例子中，直接连接78可以实现为在中央控制单元8和设备5之间的连接，其中在它们之间没有其他的设备或者适配器，而在其它情况下，直接连接78可以通过将中央控制单元8经由单独的外部适配器(“安全装置(dongle)”)连接到设备5的方式来实现，所述适配器仿真中央控制单元8的网络连接。
II.同步远程控制台系统的一般操作
在指定临床环境中，多对控制台9和中央控制单元8可以彼此接近地使用。这产生了中央控制单元8对来自错误控制台9的控制信号作出响应的风险。为了防止其发生，每个控制台9例如被分配以唯一的设备标识符，诸如每个微型控制器51的唯一ID码。每个中央控制单元8配置成根据一个或多个特定控制台9的设备标识符而对它们作出响应(即，可以与一个或多个特定控制台9“同步”)。在操作期间，当控制台9传送表示用户输入的信号时，其传送预先指定的ID码以及那些信号。在与特定控制台9同步之后，中央控制单元8将忽略它所接收的未伴随有正确控制台ID码的任何无线电信号(例如，来自未知的或者未被授权的控制台9的信号)。用这样的方式，中央控制单元8被阻止意外对位于附近区域但不与中央控制单元8同步的无线控制台9作出响应。
根据本发明的一个实施方式，无线控制台9和中央控制单元8之间的同步是通过射频标识(radio frequency identification，RFID)完成的。特别地，在制造过程期间，分配给每个控制台9内每个微型控制器51的唯一ID码可以被读取或者获得。该唯一的ID码然后被写入到RFID芯片或者标记27。这最新写入的RFID标记27然后被封闭在控制台9内或者安装在控制台9上，其中首先从所述控制台9获得ID码。
为了使无线控制台9与中央控制单元8同步，控制台9通电并带到中央控制单元8旁。具体而言，控制台9含有RFID标记27的区域与中央控制单元8上的RFID读取器79相对准。然后让控制台9更接近于中央控制单元8(即一英寸)。一旦RFID标记27足够接近，那么由RFID读取器79生成的磁场将被调制。RFID读取器79检测磁场中的该特定调制并将其转化成指定控制台9的唯一ID码。
RFID读取器79然后将附近控制台9的唯一ID码传送到中央控制单元的微型控制器71。此时，中央控制单元8变成与特定控制台9同步，并且将仅作用于或者证实由该同步无线控制台9唯一的ID码标识的或者包括该ID码的无线命令信号是。
为了通知用户在中央控制单元8和控制台9之间已经获得同步，中央控制单元8可以被配置成提供可听见或者可看见的提示。可看见的提示可以在输出指示器75上提供，或者由分离的“同步”指示器(未显示)提供，诸如当获得同步时就点亮或者变色的中央控制单元8上的LED。
一旦同步，控制台9将能控制连接到中央控制单元8的设备5。然而，虽然控制台9控制连接到中央控制单元8的设备5，但是中央控制单元8控制控制台9如何运行。例如考虑图2的脚控控制台9。当操作者踩下控制台9的左侧踏板22时，控制台9传送通用“左侧踏板”命令信号(利用控制台的唯一ID码编码)到中央控制单元8。一旦接收到来自控制台9的“左侧踏板”命令信号，中央控制单元8就首先寻找控制台9的唯一ID码以验证所接收的命令信号是否有效。如果有效，那么中央控制单元8然后将所接收的“左侧踏板”命令信号同先前程序指令进行比较，以确定来自控制台9的具体命令信号是否应参照当前受控的设备5进行解释。中央控制单元8然后在公共有线通信介质6或者直接连接78上向被控设备5发出该解释命令。
如先前讨论的那样，中央控制单元8可以连接多个设备5，所述设备5随后可以由远程控制台9控制。为了选择由远程控制台9控制哪个设备5，在中央控制单元8上提供“模式”按钮。当用户按下模式按钮时，中央控制单元8在一系列连接设备5中进行切换以使操作者能因此从中进行选择。取决于所使用远程控制台9的类型，用户还能够通过按下位于控制台9上的模式按钮来远程选择控制哪个设备5。
根据本发明的另一个实施方式，中央控制单元8被配置成不立刻对从同步的控制台9接收的命令作出响应，而是经过特定的静止时段(即，30秒)。中央控制单元8诸如通过其输出指示器75可视地宣布控制台9当前对哪个设备5有效。然后在正常操作中重新开始发出第二命令。
同样，经过预定的静止延长期限，远程控制台9将进入“休眠”模式以节省电池电力。中央控制单元8随后在输出指示器75上显示控制台9当前处于休眠模式。按下控制台9上的任一个按钮和/或开关将唤醒所述控制台9。
在远程控制台9和中央控制单元8之间的通信可以通过取消两个设备间同步的方式来中止。用户通过按下中央控制单元8上的“模式”按钮并保持短暂的特定时段的方式来手动地完成这一点。一旦取消同步，那么远程控制台9在与中央控制单元8再次同步之前不会再次运行。
根据本发明的另一个实施方式，中央控制单元8能够同时与两个远程控制台9同步。图7是能够与两个控制台9同步的一个这种中央控制单元8的正外视图。如图所示，图7的中央控制单元8包括两个输出指示器75a和75b，两个同步端口79a和79b，以及两个“模式”按钮80a和80b，其中两个同步端口79a和79b分别表示RFID读取器。
除同时允许两个独立的同步之外，图7中举例说明的中央控制单元8还可以被配置成允许利用两个远程控制台(未示出)来控制相同的设备5。这是通过与第一控制台同步，然后利用其第二模式按钮80b将中央控制单元8置于“合并”模式来实现的。一旦与第二控制台同步，那么就假定两个控制台已合并。当合并两个控制台时，它们不能同时向相同的设备5发布命令。代之以，它们必须交替控制设备5。为了交替控制，用户必须首先停止利用当前具有控制权的第一远程控制台发布命令。然后用户按下第二远程控制台上的按钮/踏板/开关之一。这将促使中央控制单元8切换到由第二控制台执行控制。重复相同的过程使控制权返回到第一控制台。
上述讨论到的全部实施方式都利用RFID传感器和标记来自动启动并执行传送远程控制台的ID码到中央控制单元8，借此使两个单元同步并确保系统避免意外对由其他远程控制台9或者其他无线电设备生成的命令信号作出响应。然而，本发明的其他实施方式不局限于使用RFID标记。这些实施方式代之以当远程控制台9和中央控制单元8彼此接近时依靠其他方式在远程控制台9和中央控制单元8之间无线传输数据，诸如ID码。
例如，一个实施方式(未示出)利用光学条形码扫描技术。具体地说，远程控制台9的唯一ID码被变为条形码，所述条形码随后施加到或者附着于控制台9的外表面。一旦控制台9足够接近于中央控制单元8，那么被整合到中央控制单元8中的条形码扫描器或者与中央控制单元8进行通信的单独条形码扫描器然后就扫描远程控制台的条形码。
做为选择，其他实施方式可以利用其他的基于光学的方法来在控制台9和中央控制单元8之间传送数据。例如，假定根据其他实施方式的同步远程控制系统(未示出)使用远程控制台9中的红外线(IR，infra-red)发射器和中央控制单元8中的IR接收器。当其彼此接近时，编码为IR信号的控制台的ID码被投射在中央控制单元8的IR接收器上。
除基于电磁的传送装置之外，其他实施方式(未示出)可能使用基于声学的系统来将ID码或者其他数据从控制台9传送至中央控制单元8。例如，远程控制台9可以组装小型扬声器，所述扬声器将信息中继到中央控制单元8的麦克风，非常类似于计算机调制解调器彼此之间通信的方式。
最后，上述讨论到的实施方式主要集中于使用本发明的基础原理来在远程控制台9和中央控制单元8之间建立同步或安全的无线连接，借此向用户提供一种利用安全和可靠无线连接来远程控制一个或多个设备的方法。然而，根据本发明的另一个实施方式，利用上面公开的原理不是要建立用于传送来自远程控制的控制信号的安全无线连接，而是修改成出于将原始数据从一个设备传送到另一个设备的简单目的来提供安全和可靠的无线连接。用这样的方式，由本发明建立的无线连接被用作在两个设备之间的安全无线渠道。
例如，考虑利用本发明的原理来在无线摄像机和数字记录器之间建立安全无线数据通路，借此确保在两个设备之间能可靠、无线地传送数据。同样，本发明的原理可用于例如在任两个无线设备之间建立安全无线链路，诸如无线磁头显示单元及其关联的计算机系统，所述计算机系统生成显示时所呈现的实时视频图像。
III.无线协议、分组类型和信号定时
在先前的实施方式中，通过从控制台9向中央控制单元8传送唯一ID码的方式仅建立在远程控制台9和中央控制单元8之间的安全通信。然而，根据其他实施方式，通过本申请人开发的专用WUF通信协议能够实现甚至更高的安全性和可靠性，所述专用WUF通信协议利用特定的无线通信协议、分组结构和信号定时。
出于说明的目的，考虑同步无线远程控制系统的以下示例性实施方式，其利用Cypress无线USB芯片组传送2.4GHz频带内的“同步”数据。Cypress WUSB采用基于CDMA的低层协议，所述协议利用32位密码(PN码)对每个传送的位进行编码。在其上构建有其他的专有协议，所述专有协议利用32位的标识符代码连同1个字节的校验和一起保护数据传送，所述校验和能够恢复最大有10％错误数据的分组。只有当所传送的分组包括正确的PN码、正确的标识符代码和恰当的校验和时才接收并处理所传送的分组。最后，遵照严格的时间来监控协议，以便即使在协议失误的情况下所述设备也将总能进入到安全状态。
注意，在本节中所使用术语的定义请参照图8中举例说明的表。
为了确保病人的安全，申请人开发了一种具有低等待时间和高可靠性的安全无线通信通道。这是通过采用多方面方法来实现的，所述方法不仅关注Cypress WUSB CDMA低层协议，而且关注PN码的重要性、数据分组的结构、分组的类型以及如何对其进行使用、协议状态和信号的定时结构。
A.Cypress WUSB CDMA低层协议
Cypress WUSB芯片组利用码分多址存取(code division multipleaccess，CDMA)低层协议来编码或解码其数据。简而言之，CDMA要求为每个传送的“1”发送32位代码(称作PN码)，并且为每个传送的“0”发送那个代码的倒数。只有当接收到的电码或者那个电码的倒数少于两个错误(称作阈值)时才记录有效的“1”或者“0”。如果超出阈值，那么所接收的位被标记为无效。将阈值设置为2会为传输提供高级别的安全性，同时在信道上仍允许存在大量噪声。
此外在每个80WUSB信道上存在十六个有效的PN码。每个WUF接收器根据内部标识号确定它将与其通信的PN码。
此外，数据的接收是2X过取样，借此允许在噪声环境内实现所述操作。
B.分组结构
当前实施方式的WUF协议所使用的每个分组由8个字节组成。图9显示了每个数据分组的结构。
分组B0-B3包括分组所针对的收发器的厂家标识号(Manufacturer′s Identification Number，MID)。每个Cypress WUSB收发器芯片包括唯一的32位MID，也就是每个远程控制台9和中央控制单元8都具有唯一的MID。只有当所接收分组的MID与存储在接收器的Cypress WUSB收发器芯片内的MID匹配时其才被视为有效的。
分组B4、位0-2(b0-b2)包括分组标识符(Packet Identifier，PCKID)，这将在下一节详细描述。分组B4的位3(b3)包括数据通路标识符(data path identifier，DPID)，所述数据通路标识符表示正在使用哪个数据通路。分组B4的位4-7(b4-b7)包含特定于该分组类型的数据(DATA)。
分组B5和B6还包含特定与该分组类型的数据(DATA)。
分组B7包括分组校验和(CHKSM)。
其中特别注意分组中最后的字节，校验和字节。校验和字节使得接收器对每个字节校正直到1位的误码，或者换言之，当直到10％的数据已经被标识为无效时则将分组恢复为其正常值。
C.分组类型
当前实施方式的安全远程控制系统所采用的协议利用8种不同的分组标识符(PCKID)，包括由远程控制台9传送至中央控制单元8的3种以及从中央控制单元8发送至远程控制台9的5种。参见图10中举例说明的表，其描述了每个PCKID用于什么以及包括什么特定数据。
D.协议状态
当前实施方式的安全远程控制系统所采用的协议利用三种不同的状态来描述在脚踏开关和接收器之间的连接状态：未绑定(NOTBOUND)、绑定(BOUND)、曾经绑定(WAS BOUND)。
未绑定：在通电以后如果远程控制台9没有连接到任何中央控制单元8，那么所述远程控制台9是未绑定。脚踏开关不断地搜索全部80个WUSB信道，寻找从WUF接收器传送的基站绑定1分组(BS_BIND1)。当接收到有效的BS_BIND 1分组时，控制台9和中央控制单元8将经历绑定过程，如图11的表所示。如果该过程成功，那么控制台9转换为绑定状态。
绑定：在绑定状态期间，取决于控制台9是否已经检测到踏板和开关状态的改变或者如果检测到低电池条件，远程控制台9每20-100ms报告其当前状态。图12中的表显示了在远程控制台9和中央控制单元8之间的绑定通信。
曾经绑定：如果远程控制台9由于干扰、在射程外的缘故而失去与中央控制单元8的通信，或者如果中央控制单元8被关闭，那么控制台9进入曾经绑定状态。在该状态期间，控制台9搜索全部80个WUSB信道，寻找有效的基站确认分组(BS_ACK)或者基站绑定1分组(BS_BIND1)。如果控制台9接收BS_ACK，那么它开始传送到其先前绑定的中央控制单元8。如果控制台9接收BS_BIND1，那么其擦除全部当前绑定信息，并同从其接收到BS_BIND1分组的新中央控制单元8绑定。图13的表显示了曾经绑定的重新绑定过程。
E.定时
在当前实施方式中使用的通信协议被设计成最小等待时间和最大安全性能。采用严格的计时要求以提供前面提到的两种特性。由中央控制单元8指示定时，这是因为在所有状态下都是中央控制单元8启动通信。特别地，在绑定状态期间，当远程控制台9报告其当前状态时，定时就非常重要。每20ms向控制台9轮询数据。为了节省电池电力，每当控制台9检测到其踏板和开关状态的变化时，或者每100ms，无论哪个先到来，控制台9都被要求对其当前状态做出响应。以交替的结构轮询所述控制台9，例如轮询第一控制台，然后轮询第二控制台等等。图14举例说明了几个分组时序图。
还执行定时检查以确认在一个或多个控制台9和中央控制单元8之间的通信路径的状态。如果中央控制单元8在指定时间内未接收来自控制台9的通信，那么宣布该数据通路无效，受控设备5进入安全状态，中央控制单元8进入那个控制台数据通路的曾经绑定状态。
因此，已经描述了在医学过程期间与一个或多个医疗设备同步并且能安全和可靠地控制一个或多个医疗设备的无线远程控制装置。尽管已经参照特定示例性实施方式描述了本发明，但是应当意识到本发明不局限于所描述的实施方式，相反在所附权利要求的精神和范围内可以在修改和变化的情况下来实践本发明。因此，说明书和附图被视为用于说明目的而不是限制目的。

Claims (23)

1.一种由安全无线连接控制至少两个医疗设备的系统，包括：
远程控制台，具有至少两个用户可操作控制器，并被配置成无线传送表明该至少两个用户可操作控制器的状态的控制台命令信号以及只有远程控制台才有的标识码，用于选择所述医疗设备之一并用于启动所选择的医疗设备；
识别设备，与远程控制台关联并被用与识别设备相关联的远程控制台才有的标识码编程；
中央控制器，与至少两个医疗设备通信，并响应于由远程控制台无线传送的所述控制台命令信号控制所述至少两个医疗设备；以及
标识读取器，与中央控制器关联，用于当远程控制台进入到中央控制器的预定距离时将中央控制器和远程控制台设置成同步状态，从而允许标识读取器无线检索在识别设备中编程的标识码；
其中中央控制器仅处理与所述标识码关联的控制台命令信号，所述标识码与同中央控制器同步的远程控制台相对应。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述识别设备包括RFID标记和条形码之一。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制台命令信号包括通用控制信号，中央控制器随后将所述通用控制信号转化成具有与所选择的被控医疗设备兼容的特定格式和协议的设备控制信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述远程控制台是第一远程控制台，并且所述系统还包括第二远程控制台，其中第一和第二远程控制台以与中央控制器同步的状态同时存在。
5.根据权利要求4所述的系统，其中以与中央控制器同步的状态同时存在的所述第一远程控制台和第二远程控制台控制相同的医疗设备。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个用户可操作控制器包括第一控制器和第二控制器，其中第一控制器控制与中央控制器通信的第一医疗设备，并且第二控制器控制与中央控制器通信的第二医疗设备。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户通过下述方式之一来从多个与中央控制器通信的医疗设备中选择控制哪个医疗设备：对至少两个用户可操作控制器的重复激活从而在可用设备之间循环，至少两个用户可操作控制器保持在激活状态中一定量时间，以及在预定义时段内至少两个用户可操作控制器被激活多次。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个医疗设备通过直接连接、公共有线通信介质的连接和无线连接之一连接到中央控制器。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述远程控制台和中央控制器利用以下无线技术之一彼此通信，包括WUSB、900MHz RF、蓝牙、802.11a/b/g、超宽频带(UWB)、Zigbee、红外线(IR)和激光。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述远程控制台还包括可再充电电池和非可再充电电池中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述远程控制台还包括至少一个可通过直接连接和电磁感应之一充电的可再充电电池。
12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括配接站，用于可移除地保持所述远程控制台并且当该配接站可移除地保持远程控制台时，对至少一个可再充电电池进行充电。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述中央控制器还包括可视指示器和可听指示器的至少一个，从而向用户传递各种信息，包括所选择的医疗设备、医疗设备设置以及由中央控制器发送给医疗设备的设备命令信号。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述远程控制台是利用手和脚之一操作的。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述中央控制器通过以预定时间间隔轮询同步的远程控制台的方式来启动与同步远程控制台的全部无线通信。
16.根据权利要求15所述的系统，其中如果中央控制器在预定量时间内未能从控制医疗设备的同步远程控制台接收到有效的无线通信，那么所述中央控制器将受控医疗设备设置为安全状态。
17.一种由安全无线连接控制至少一个医疗设备的系统，包括：
无线控制台，提供对至少一个医疗设备的至少一个功能的远程控制，包括：
第一微型控制器，具有分配的唯一标识码；
至少一个用户可操作控制器，其状态由第一微型控制器监视；
第一无线收发器，由第一微型控制器操作，并被配置成连同一个或多个控制台命令信号一起无线传送第一微型控制器的唯一标识码，所述控制台命令信号表明至少一个用户可操作控制器的状态；
识别设备，被配置成根据第一微型控制器的唯一标识码来识别无线控制台；
中央控制器，与所述至少一个医疗设备通信，包括：
第二微型控制器；
第二无线收发器，由第二微型控制器操作，并被配置成同无线控制台的第一无线收发器进行无线通信；以及
识别设备读取器，与第二微型控制器通信，并被配置成当无线控制台的识别设备进入识别设备读取器的预定邻近区时通过检索来自识别设备的唯一标识码使无线控制台与中央控制器同步；
其中所述中央控制器被配置为只在无线控制台与中央控制器同步以后才认可来自无线控制台的控制台命令信号，其中所认可的控制台命令信号被中央控制器转换为用于启动所述至少一个医疗设备的设备控制信号。
18.一种由安全无线连接控制至少一个医疗设备的方法，包括下述步骤：
提供与唯一标识码有关的且具有至少一个用户可操作控制器的远程控制台，所述用户可操作控制器用于远程控制至少一个医疗设备的至少一个功能；
将至少一个医疗设备与能够同远程控制台无线通信的中央控制器相连接；
通过将远程控制台设置在中央控制器的预定距离内来使远程控制台与中央控制器无线同步；
利用同步的远程控制台生成至少一个无线远程控制台命令信号，所述无线远程控制台命令信号指示至少一个用户可操作控制器的状态，并包括只有该远程控制台才有的标识码；以及
阻止中央控制器处理任何其他的无线远程控制台控制信号，除非该信号包括只有与中央控制器同步的远程控制台才有的标识码。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述将远程控制台与中央控制器同步的步骤还包括下述步骤：
提供具有识别设备的远程控制台，所述识别设备被用只有与识别设备关联的远程控制台才有的标识码编程；
提供具有标识读取器的中央控制器；以及
当远程控制台置于标识读取器的预定距离内时无线检索来自识别设备的标识码。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述由远程控制台生成的无线控制信号是通用控制信号，中央控制器随后将所述通用控制信号转化成具有与所选择被控医疗设备兼容的特定格式和协议的设备控制信号。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述远程控制台是第一远程控制台，并且还包括下述步骤：
提供第二远程控制台；以及
在第一远程控制台已经与中央控制器同步之后将第二远程控制台同中央控制器无线同步。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述至少一个用户可操作控制器包括第一控制器和第二控制器，并且还包括下述步骤：
利用第一控制器控制与中央控制器通信的第一医疗设备；以及
利用第二控制器控制与中央控制器通信的第二医疗设备。
23.根据权利要求18所述的方法，还包括通过下述步骤之一从与中央控制器通信的多个医疗设备中选择要控制的医疗设备：
通过重复激活至少一个用户可操作控制器在与中央控制器通信的可用医疗设备之间循环；
激活至少一个用户可操作控制器预定量时间；以及
在预定义时段内激活至少一个用户可操作控制器预定次数。
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