一种具有通信自恢复能力的医疗设备系统的制作方法

本发明属于医疗设备通信可靠性，具体涉及一种具有通信自恢复能力的医疗设备系统。

背景技术：

1、在医疗设备（如心脏节律管理设备程控仪）中，程控仪是临床随访与参数调整的核心工具。程控仪通常采用上下位机架构，上位机（程控仪软件）负责数据处理、人机交互与决策支持，下位机（程控头）通过近场通信与植入体内的设备进行数据交互。上位机与下位机之间的通信链路是系统运行的关键枢纽，其稳定性直接关系到医疗操作的可靠性与患者安全。

2、然而，在实际临床使用环境中，通信链路常面临复杂电磁干扰、软件异常、硬件偶发故障等多重挑战，导致通信中断、通信无响应或通信假死（链路物理存在但无有效数据交互）等异常现象。上述异常若不及时恢复，可能导致程控操作失败、数据丢失甚至临床误判，带来严重安全隐患。

3、针对通信链路异常，现有技术中已有部分解决方案。例如，公布号为cn115915229a的中国专利申请提出一种针对漏缆监测设备运行故障实现自动恢复处理的系统，其核心思路是通过硬件模块、mcu控制单元与外部看门狗的协同，实现设备整体掉电重启与出厂校准数据恢复，具备一定的自恢复能力。然而，该方案侧重于硬件级设备自恢复，主要依赖看门狗定时器与电源管理进行整体复位，缺乏对通信链路异常的针对性检测与分级处理机制，且其恢复策略较为固定，难以适应不同异常场景的动态需求。

4、公布号为cn120614242a的中国专利申请则提出一种交换机智能故障监测系统，核心通过ai大数据驱动，通过多模态数据采集、深度学习特征提取与强化学习决策，实现故障预测、根因定位与自愈策略优化。该方案在智能化水平与系统协调性方面具有显著进步，但其主要面向网络通信设备，侧重于设备整体运维，未专门针对医疗设备中上位机与下位机之间的通信链路异常进行系统性设计；同时，其复杂的人工智能模型在医疗实时性与资源受限场景下部署难度较大。

5、综上，现有技术仍存在以下不足：其一，缺乏针对医疗设备通信链路的系统级异常检测、智能决策与分级恢复的统一协调机制；其二，恢复方式多为固定模式，无法根据异常类型与严重程度动态调整恢复策略；其三，多数方案关注设备整体故障，通信链路异常的针对性不足。因此，亟需一种面向医疗设备上下位机之间通信链路的系统级智能故障恢复解决方案。

技术实现思路

1、鉴于上述，本发明的目的是提供一种具有通信自恢复能力的医疗设备系统，基于分层架构和统一数据上下文及多层调度机制，实现通信链路异常的自感知、自决策与自恢复闭环运行，解决现有技术中功能分散、缺乏系统级协调及恢复方式固定的问题，减少人工干预，提升通信可靠性与系统稳定性，适用于医疗设备上位机与下位机之间的通信链路异常恢复场景。

2、为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

3、第一方面，本发明实施例提供的一种具有通信自恢复能力的医疗设备系统，包括：

4、异常输入层，部署于上位机和/或下位机，用于获取通信链路的异常状态信息；

5、策略决策层，用于根据异常状态信息确定策略决策结果；

6、恢复控制层，用于根据策略决策结果生成控制指令；

7、协同控制层，用于将控制指令拆分为上位机指令和下位机指令并执行同步调度；

8、通信执行层，用于将同步调度后的上位机指令和下位机指令分别向上位机和下位机下发执行，并返回执行结果；

9、各层之间通过统一上下文对象进行数据流转，形成自异常输入至执行反馈的闭环恢复链路。

10、优选地，所述异常输入层包括：

11、标准化单元，用于校验异常状态信息的合法性，将校验通过的异常状态信息转换为标准格式并触发后续策略决策及恢复操作；其中，当异常状态信息中的持续时间小于预设时间阈值时，校验不通过且不触发恢复流程；当持续时间大于或等于预设时间阈值时，校验通过；

12、去抖单元，用于根据异常状态信息的时间戳判断相同异常类型的重复上报是否为同一异常事件，当相邻两次上报的时间间隔小于预设去抖阈值则判定为同一异常事件并滤除重复上报，当时间间隔大于或等于预设去抖阈值则判定为新的异常事件并上报；

13、缓存单元，用于将经标准化及去抖处理后的异常状态信息存入先入先出队列，供策略决策层按序读取。

14、优选地，所述策略决策层包括：

15、策略调用单元，用于根据异常状态信息调用外部策略模块生成对应的策略决策结果，并将策略决策结果中的优先级信息映射为离散优先级等级；

16、节流控制单元，用于限制对外部策略模块的最小调用周期，当相邻两次调用的时间间隔小于预设节流阈值时，拒绝本次调用并复用上一次的策略决策结果；

17、复用控制单元，用于当相同异常状态信息在预设时间间隔内重复出现时，复用已生成的策略决策结果，避免重复调用外部策略模块；

18、轮次控制单元，用于维护当前恢复轮次计数，当恢复轮次超过预设最大轮次阈值时，停止恢复流程并上报恢复失败。

19、优选地，所述恢复控制层包括：

20、策略映射单元，存储有策略标识与目标设备之间的映射关系，用于根据策略决策结果中的策略标识确定目标设备；

21、参数配置单元，存储有不同策略标识对应的预设执行参数或用于动态解析外部策略参数的配置规则，以供策略标识获取目标设备对应的超时时间和重试次数并生成控制指令。

22、优选地，所述协同控制层包括：

23、指令拆分单元，用于根据控制指令中的目标设备字段，将控制指令拆分为上位机指令和下位机指令；

24、同步调度单元，用于按照预设的同步时间约束触发上位机指令和下位机指令的执行，当上位机指令的实际执行时间与下位机指令的实际执行时间之间的偏差不超过预设同步误差阈值时，判定协同执行成功；当所述偏差超过所述预设同步误差阈值时，判定协同执行失败；

25、超时监控单元，用于监测上位机指令和下位机指令的执行时间，当任一指令的执行时间超过控制指令中的超时时间时，判定该指令执行超时；

26、状态记录单元，用于将协同执行结果写入上下文对象的协同状态字段，供通信执行层读取。

27、优选地，所述通信执行层包括：

28、执行调度单元，用于按照协同控制层输出的同步调度结果，分别向上位机和下位机下发对应的指令；

29、状态跟踪单元，用于实时记录上位机指令和下位机指令的执行状态，所述执行状态包括未开始、执行中和已完成；

30、结果判定单元，用于根据执行状态以及从通信链路获取的通信恢复标识，综合判定本次恢复是否成功，并生成包含恢复成功标识和恢复耗时的执行结果。

31、优选地，所述上下文对象包含异常状态字段、策略决策结果字段、控制指令字段、协同状态字段、执行结果字段、循环计数字段和时间戳字段，其中，所述循环计数字段用于记录当前恢复轮次，所述时间戳字段用于记录所述上下文对象的更新时间。

32、优选地，各层通过统一上下文对象进行数据流转时，通过读写锁控制机制或原子状态更新机制对统一上下文对象进行并发访问；所述统一上下文对象设置有写保护锁和版本标识，当任意一层需要更新统一上下文对象中的目标字段时，先获取写保护锁，在写入更新数据后递增版本标识并释放写保护锁，其余各层在读取目标字段时校验版本标识，以保证跨线程流转时数据的一致性与时序正确性。

33、优选地，所述统一上下文对象采用事件驱动机制或观察者模式实现各层之间的数据流转；当任意一层更新统一上下文对象中的对应字段时，触发生成状态更新事件并通知订阅该字段的后续图层，后续图层响应于状态更新事件通过回调函数读取更新后的字段并执行对应的处理逻辑，以实现跨层的异步解耦运行。

34、第二方面，本发明实施例还提供了一种如上所述的具有通信自恢复能力的医疗设备系统的执行方法，包括以下步骤：

35、s1，异常输入层获取通信链路的异常状态信息并写入统一上下文对象的异常状态字段；

36、s2，策略决策层读取异常状态字段，根据异常状态信息确定策略决策结果并写入统一上下文对象的策略决策结果字段；

37、s3，恢复控制层读取策略决策结果字段，根据策略决策结果生成控制指令并写入统一上下文对象的控制指令字段；

38、s4，协同控制层读取控制指令字段，将控制指令拆分为上位机指令和下位机指令并执行同步调度，并将协同状态写入统一上下文对象的协同状态字段；

39、s5，通信执行层读取协同状态字段，将同步调度后的上位机指令和下位机指令分别向上位机和下位机下发执行，返回执行结果并写入统一上下文对象的执行结果字段；

40、s6，根据执行结果字段判定通信是否恢复，若恢复则结束流程，若未恢复且当前恢复轮次小于预设最大轮次阈值，则更新统一上下文对象的循环计数字段并返回步骤s2进入下一轮恢复。

41、与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：

42、（1）本发明通过构建异常输入层、策略决策层、恢复控制层、协同控制层和通信执行层五层协同的分层架构，并采用统一数据上下文进行层间数据流转，形成自异常输入至执行反馈的闭环恢复链路，实现了检测、决策与恢复功能的系统级整合与协同运行，解决了现有技术中各功能模块分散、缺乏统一协调机制的问题，有效提高了通信恢复的成功率。

43、（2）本发明通过在策略决策层设置节流控制单元、复用控制单元及轮次控制单元，对异常状态响应实施调用频次限制、重复状态决策结果复用及恢复轮次限制，实现了对不同异常场景的自适应调度，避免了系统资源的无效占用。同时，通过恢复控制层的策略映射机制，支持根据不同策略标识映射为包含目标设备、超时时间及重试次数的控制指令，使系统能够灵活适配通信中断、通信无响应、通信假死等多种异常类型，具备复杂异常场景下的差异化恢复能力。

44、（3）本发明通过在协同控制层设置同步调度单元，对拆分后的上位机指令与下位机指令执行同步约束，确保双端恢复动作的时序一致性。同时，通过通信执行层实时跟踪指令执行状态，并结合通信恢复标识综合判定恢复是否成功，形成完整的执行反馈闭环。上述机制使系统在复杂电磁环境下仍能保持有序的协同恢复过程，有效避免了因双端动作不同步导致的二次异常，提升了系统的整体稳定性，减少了人工干预需求。

45、（4）本发明整体实现了异常检测方式、策略决策逻辑及恢复执行动作的灵活接入与替换，系统各层之间通过统一数据模型进行交互，不依赖具体检测方法、不限定具体策略实现、不限定具体恢复方式，具备良好的可扩展性，可广泛应用于不同医疗设备通信系统及工业控制场景。