一种心血管监护设备运行状态数据采集与远程监测系统

本发明涉及物联网医疗设备大数据采集，更具体地说，本发明涉及一种心血管监护设备运行状态数据采集与远程监测系统。

背景技术：

1、心血管监护设备是临床诊疗中用于监测患者生命体征的关键医疗设备，包括心电监护仪、动态心电图记录仪、血压监护仪等多种类型。目前，医院监护中心对这些设备运行状态的管理主要依赖人工定期巡检和本地存储导出，医护人员需要逐一查看设备屏幕或手动下载日志才能了解设备的工作状态。为克服人工巡检的时效性不足，业内已出现基于物联网架构的远程采集方案，即通过在设备侧加装数据采集终端，经网络将设备的运行参数、信号质量指标、异常告警信息等上传至远程服务器，供医护人员通过监测终端远程查看。同时，由于不同厂商、不同型号的心血管监护设备采用各自私有的数据输出格式和通信协议，现有系统通常配备协议解析模块，对异构数据进行格式转换和统一存储，形成可供查询和分析的设备运行状态数据集合。

2、然而在上述远程采集过程中，心血管监护设备的固件会因厂商维护升级而发生变更，这种升级可能在不改变数据帧长度和校验规则的条件下，调整设备内部状态寄存器中特定字段的物理含义映射，例如将某个偏移位置原本表征电极脱落状态的字段改为表征备用电池剩余容量；现有数据采集终端仅对数据帧进行格式完整性和校验合法性检查，无法感知固件升级后字段语义层面的变更，导致存入远程数据库的设备运行状态数据在存储格式完全正常的表象下，其字段含义与设备实际状态已产生偏差，使得后续基于该数据进行的设备运行状态分析和异常判断依据失真，降低了远程监测系统对设备真实状态评估的准确性和可信度。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种心血管监护设备运行状态数据采集与远程监测系统以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种心血管监护设备运行状态数据采集与远程监测系统，包括：

4、版本获取模块，用于接收心血管监护设备发送的数据帧，获取心血管监护设备的当前固件版本标识；

5、升级确定模块，用于将当前固件版本标识与前次固件版本标识进行比对，不一致时确定发生固件升级事件；

6、模式比对模块，用于确定固件升级事件后，监测设备状态变更事件，比对升级前后各字段偏移位置上的字段对同类型设备状态变更事件的响应模式，识别响应模式发生转移的字段偏移位置；

7、迁移判定模块，用于以响应模式发生转移的字段偏移位置上的字段为节点构建字段间响应关联图，对升级前后字段间响应关联图进行谱分解并度量图谱特征差异，判定并得到发生字段语义迁移的字段偏移位置范围；

8、关系重建模块，用于依据发生字段语义迁移的字段偏移位置范围，重新构建字段偏移位置与设备运行状态参数之间的映射关系；

9、参数解析模块，用于依据重新构建的映射关系对后续数据帧进行解析，获得设备运行状态参数并上传至远程服务器。

10、进一步地，接收心血管监护设备发送的数据帧，获取心血管监护设备的当前固件版本标识，包括：

11、接收心血管监护设备发送的数据帧；

12、提取数据帧中预设字段偏移位置处承载的固件版本号字段；

13、若固件版本号字段提取成功，则将固件版本号字段的数值作为当前固件版本标识；

14、若固件版本号字段提取失败，则向心血管监护设备发送版本查询指令，接收心血管监护设备返回的固件版本信息，将固件版本信息作为当前固件版本标识。

15、进一步地，将当前固件版本标识与前次固件版本标识进行比对，不一致时确定发生固件升级事件，包括：

16、获取本地存储的前次固件版本标识；

17、将当前固件版本标识的字符串与前次固件版本标识的字符串进行比对；

18、若当前固件版本标识的字符串与前次固件版本标识的字符串不一致，则确定发生固件升级事件，并将前次固件版本标识更新为当前固件版本标识；

19、若当前固件版本标识的字符串与前次固件版本标识的字符串一致，则确定未发生固件升级事件，保留前次固件版本标识不变。

20、进一步地，确定固件升级事件后，监测设备状态变更事件，比对升级前后各字段偏移位置上的字段对同类型设备状态变更事件的响应模式，识别响应模式发生转移的字段偏移位置，包括：

21、确定发生固件升级事件后，持续监测心血管监护设备产生的设备状态变更事件；

22、记录发生设备状态变更事件时各字段偏移位置上的字段在事件发生时刻前后的数值变化量；

23、将同类型设备状态变更事件下同一字段偏移位置上的字段在固件升级前的数值变化量与固件升级后的数值变化量进行比对；

24、若同类型设备状态变更事件下同一字段偏移位置上的字段在固件升级前后的数值变化量差异超过预设变化量阈值，则将对应字段偏移位置判定为响应模式发生转移的字段偏移位置。

25、进一步地，以响应模式发生转移的字段偏移位置上的字段为节点构建字段间响应关联图，对升级前后字段间响应关联图进行谱分解并度量图谱特征差异，判定并得到发生字段语义迁移的字段偏移位置范围，包括：

26、以响应模式发生转移的字段偏移位置上的字段作为节点；

27、计算固件升级前任意两个节点在多次同类型设备状态变更事件中数值变化量的相关性，作为固件升级前对应节点之间边的权重，构建固件升级前的字段间响应关联图；

28、计算固件升级后任意两个节点在多次同类型设备状态变更事件中数值变化量的相关性，作为固件升级后对应节点之间边的权重，构建固件升级后的字段间响应关联图；

29、分别对固件升级前的字段间响应关联图与固件升级后的字段间响应关联图的邻接矩阵进行谱分解，得到固件升级前的特征值序列与固件升级后的特征值序列；

30、计算固件升级前的特征值序列与固件升级后的特征值序列之间的相对熵，作为图谱特征差异；

31、将图谱特征差异超过图谱差异阈值的节点所对应的字段偏移位置判定为发生字段语义迁移的字段偏移位置，由全部发生字段语义迁移的字段偏移位置构成并得到发生字段语义迁移的字段偏移位置范围。

32、进一步地，计算固件升级前任意两个节点在多次同类型设备状态变更事件中数值变化量的相关性，作为固件升级前对应节点之间边的权重，包括：记录固件升级前每次同类型设备状态变更事件下每个节点对应的字段偏移位置上的字段的数值变化量；计算任意两个节点在多次同类型设备状态变更事件中数值变化量的相关系数，作为固件升级前这两个节点之间边的权重。

33、进一步地，分别对固件升级前的字段间响应关联图与固件升级后的字段间响应关联图的邻接矩阵进行谱分解，得到固件升级前的特征值序列与固件升级后的特征值序列，包括：构建固件升级前的字段间响应关联图的邻接矩阵和固件升级后的字段间响应关联图的邻接矩阵；对固件升级前的邻接矩阵进行特征值分解，将特征值按降序排列，得到固件升级前的特征值序列；对固件升级后的邻接矩阵进行特征值分解，将特征值按降序排列，得到固件升级后的特征值序列。

34、进一步地，计算固件升级前的特征值序列与固件升级后的特征值序列之间的相对熵，作为图谱特征差异，包括：将固件升级前的特征值序列和固件升级后的特征值序列分别进行归一化处理，得到归一化后的固件升级前特征值分布和归一化后的固件升级后特征值分布；计算归一化后的固件升级前特征值分布相对于归一化后的固件升级后特征值分布的kl散度，作为图谱特征差异。

35、进一步地，依据发生字段语义迁移的字段偏移位置范围，重新构建字段偏移位置与设备运行状态参数之间的映射关系，包括：

36、获取固件升级前字段偏移位置与设备运行状态参数之间的映射关系；

37、将发生字段语义迁移的字段偏移位置范围从固件升级前字段偏移位置与设备运行状态参数之间的映射关系中移除，得到未迁移字段映射关系；

38、对发生字段语义迁移的字段偏移位置范围内的每个字段偏移位置，根据对应字段偏移位置在固件升级后的数值变化特征与设备运行状态参数之间的对应关系，建立对应字段偏移位置与设备运行状态参数之间的映射条目；

39、将未迁移字段映射关系与发生字段语义迁移的字段偏移位置范围内每个字段偏移位置建立的映射条目合并，得到重新构建的字段偏移位置与设备运行状态参数之间的映射关系。

40、进一步地，依据重新构建的映射关系对后续数据帧进行解析，获得设备运行状态参数并上传至远程服务器，包括：

41、接收心血管监护设备在固件升级事件之后发送的后续数据帧；

42、依据重新构建的字段偏移位置与设备运行状态参数之间的映射关系，从后续数据帧的每个字段偏移位置提取对应的字段数值，将字段数值转换为对应的设备运行状态参数；

43、将转换得到的设备运行状态参数连同心血管监护设备的当前固件版本标识上传至远程服务器。

44、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

45、1.本发明系统通过版本获取模块与升级确定模块的配合，能够自动捕获心血管监护设备因厂商维护导致的固件版本变更，为固件升级事件的及时察觉提供了触发依据，避免了因固件升级未被感知而持续采集语义已发生偏差的设备运行状态数据。模式比对模块利用设备自身运行中产生的电极脱落报警、导联切换等设备状态变更事件作为探测信号，无需中断设备正常工作即可完成对字段响应模式转移的初步识别，使得字段语义迁移的检测建立在实际运行情境的真实数据基础之上，而非依赖外部测试注入。迁移判定模块以响应模式发生转移的字段为节点构建字段间响应关联图，通过谱分解与图谱特征差异度量从字段间关联结构的变化中判定语义迁移范围，将字段语义迁移的检测从单字段数值统计层面提升至多字段关联结构层面，能够捕捉到单个字段数值分布未明显变化而字段间关联关系已发生重组的隐蔽迁移情形，从而更完整地界定受固件升级影响的字段偏移位置范围。

46、2.关系重建模块依据迁移判定模块确定的语义迁移范围，将未迁移字段映射关系予以保留，仅对确实发生语义迁移的字段偏移位置重建映射条目后与未迁移部分合并，实现了映射关系的局部精准修复而非全局重建，在保证映射关系正确性的前提下降低了重建过程中的不确定性。参数解析模块利用已修复的映射关系对后续数据帧进行解析，使得上传至远程服务器的设备运行状态参数与其物理含义之间始终保持正确对应，保障了远程监测中心汇聚的设备运行状态大数据集合在语义层面的一致性和可信度，为后续基于该数据集合进行的设备运行状态分析与异常判断提供了可靠的数据基础。