遠程患者監護係統麵臨的五大設計挑戰
發布時間:2020-07-07 來源:Sanjay Pithadia 責任編輯:wenwei
【導讀】可穿戴式患者監護儀市場發展迅速。遠程患者監護儀幫助醫生實時監護患者,由此可預見醫療保健領域物聯網的未來。
遠yuan程cheng患huan者zhe監jian護hu係xi統tong為wei患huan者zhe和he醫yi生sheng節jie省sheng了le時shi間jian,可ke在zai門men診zhen的de基ji礎chu上shang提ti供gong患huan者zhe的de關guan鍵jian信xin息xi。患huan者zhe移yi動dong性xing也ye已yi成cheng為wei趨qu勢shi,通tong過guo與yu無wu線xian網wang絡luo的de安an全quan連lian接jie,遠yuan程cheng患huan者zhe監jian護hu儀yi可ke縮suo短duan患huan者zhe就jiu診zhen時shi間jian並bing避bi免mian過guo多duo電dian纜lan的de幹gan擾rao。如ru今jin的de可ke穿chuan戴dai醫yi療liao產chan品pin不bu僅jin可ke以yi測ce量liang生sheng命ming體ti征zheng,而er且qie還hai可ke用yong作zuo個ge人ren應ying急ji係xi統tong。由you於yu這zhe是shi一yi種zhong複fu雜za的de終zhong端duan設she備bei,致zhi使shi患huan者zhe監jian護hu儀yi將jiang麵mian臨lin五wu大da常chang見jian的de主zhu要yao設she計ji挑tiao戰zhan:功耗(或電池壽命)、便攜性(或大小)、患者安全、數據安全傳送和集成。
圖1所示為可穿戴式患者監護儀的高級框圖,重點介紹了電池管理、非隔離式DC/DC電源、隔離和無線接口等子係統。

圖1:可穿戴式患者監護儀的高級框圖
設計可穿戴式患者監護儀時麵臨的五大挑戰:
電池壽命
便(bian)攜(xie)式(shi)和(he)可(ke)穿(chuan)戴(dai)式(shi)患(huan)者(zhe)監(jian)護(hu)儀(yi)通(tong)常(chang)由(you)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)。對(dui)於(yu)消(xiao)費(fei)者(zhe)而(er)言(yan),電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)是(shi)購(gou)買(mai)時(shi)需(xu)要(yao)考(kao)量(liang)的(de)一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao),因(yin)為(wei)大(da)多(duo)數(shu)患(huan)者(zhe)監(jian)護(hu)儀(yi)都(dou)需(xu)進(jin)行(xing)連(lian)續(xu)測(ce)量(liang)和(he)監(jian)測(ce)。電(dian)池(chi)的(de)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)仔(zai)細(xi)分(fen)區(qu)、嚴格利用空間、有效利用可用電量。在狹小的空間內更有效地提供功率的同時,實現更多功能,延長時間是很重要的。諸如待機、睡眠、省電、休眠和關機等功能對於降低功耗和延長電池壽命至關重要。喚醒時間和待機功耗對於無線連接解決方案也起著關鍵作用。
用戶可以選擇低功耗微控製器(MCU)hemonijichengdianlu,danruguobuyouhuadianyuanguanlijiuwufazaishejizhongliyongdabufenzuixinjishu。weiyingyongxuanzezhengquededianyuanjiagouyitigaoxiaolvbingyanchangdianchiyunxingshijianfeichangzhongyao。
大多數設計人員認為開關控製器或轉換器有助於實現高效的電源方案,而低損耗穩壓器(LDO)的效率很差。但是LDO拓撲已逐漸優化,它們可提供極低的降壓電壓。在改善了電池充電器、中軌DC/DC轉換器和LDO的前端電源路徑後,仍然可使用負荷開關來減少關斷電流。例如,無線電模塊在深度睡眠或休眠模式下可能消耗超過10 µA的電流。負荷開關可將關機電流降低到僅10 nA(見圖2)。

圖2:增加低泄漏負荷開關,降低停機電流
便攜性或尺寸
心率監測儀、多參數貼片、連續血糖監測儀、手持式脈搏血氧儀、健jian身shen監jian測ce儀yi和he活huo動dong監jian測ce儀yi之zhi類lei的de設she備bei可ke以yi是shi便bian攜xie式shi且qie可ke穿chuan戴dai類lei型xing。這zhe些xie設she備bei中zhong有you許xu多duo是shi一yi次ci性xing設she備bei,或huo者zhe需xu要yao更geng換huan電dian池chi,因yin此ci對dui整zheng體ti的de形xing式shi要yao求qiu很hen嚴yan格ge。
電池類型和充電器裝置的選型;降壓、升壓或降壓-升壓轉換器的選型;無線(或射頻)設備的封裝選型,所有這些都有助於減小產品的尺寸。
目前有一些新的技術應用在無線MCU內部集成了晶體。TI體聲波(BAW)技術可消除印刷電路板(PCB)的外部晶體足跡,從而減小布局尺寸並簡化布局布線。封裝技術的改進還可幫助實現更多的集成並節省空間。
對於遠程患者監護係統,TI BAW技術可通過安全的無線網絡提供可靠、實時的患者生命數據傳輸。
患者安全
患(huan)者(zhe)安(an)全(quan)是(shi)全(quan)球(qiu)醫(yi)療(liao)衛(wei)生(sheng)的(de)優(you)先(xian)考(kao)慮(lv)項(xiang)。便(bian)攜(xie)式(shi)多(duo)參(can)數(shu)患(huan)者(zhe)監(jian)護(hu)儀(yi)可(ke)以(yi)測(ce)量(liang)生(sheng)命(ming)體(ti)征(zheng),分(fen)別(bie)使(shi)用(yong)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)和(he)隔(ge)離(li)電(dian)源(yuan)隔(ge)離(li)數(shu)據(ju)和(he)電(dian)源(yuan),來(lai)實(shi)現(xian)患(huan)者(zhe)安(an)全(quan)。與(yu)隔(ge)離(li)的(de)電(dian)源(yuan)和(he)數(shu)據(ju)相(xiang)關(guan)的(de)關(guan)鍵(jian)設(she)計(ji)挑(tiao)戰(zhan)包(bao)括(kuo)輸(shu)出(chu)調(tiao)節(jie)、反饋機製、輸入電壓範圍、輸出功率和尺寸考量以及合適的電源架構。許多更新的隔離式電源模塊如德州儀器的小型UCC12050 DC / DC轉換器,都可通過增強隔離來支持500 mW的輸出功率。
安全的數據傳輸
yiliaochuanganqibudinghejuyouwuxianlianjiegongnengdebianxieshibingrenjianhuyixuyaojubeiyiliudeanquanxing。chuandidaohushizhanhuoyishengbangongshidehuanzheshujushizhuanyouxinxi,fangzhishujudaoqieshiyigefeichangguanjiandefangmian。
多種安全措施可以保護患者和醫生之間的知識產權(IP)和he數shu據ju。這zhe些xie措cuo施shi應ying支zhi持chi防fang止zhi攻gong擊ji和he確que保bao病bing人ren數shu據ju傳chuan輸shu的de安an全quan,不bu僅jin在zai處chu理li和he轉zhuan換huan為wei顯xian示shi用yong的de生sheng命ming體ti征zheng參can數shu時shi如ru此ci,在zai傳chuan輸shu過guo程cheng中zhong也ye應ying如ru此ci。這zhe稱cheng之zhi為wei無wu線xian安an全quan性xing。
集成
醫用患者監護儀的開發時間至關重要,因為上市時間涉及很多標準實驗室測試和批準(全球範圍內)。通tong過guo實shi現xian與yu各ge種zhong雲yun供gong應ying商shang的de連lian接jie,可ke以yi最zui小xiao的de集ji成cheng工gong作zuo量liang實shi現xian家jia庭ting患huan者zhe監jian護hu係xi統tong數shu據ju的de傳chuan輸shu,將jiang患huan者zhe數shu據ju直zhi接jie上shang傳chuan到dao雲yun端duan,可ke以yi節jie省sheng板ban載zai存cun儲chu卡ka的de空kong間jian。
諸如Bluetooth®、低功耗藍牙和Wi-Fi®之類的平台之間的代碼兼容性可減少重複嚐試代碼的次數。在多核、通用異步收發器、接口標準和多個通用輸入/輸出方麵的集成,為各種係統級需求和現成的接口提供了支持,同時還與其他處理器完成對接。
結論
醫用患者監護儀的下一個大浪潮將以極小的尺寸到來。隨著可穿戴設備和遠程患者監護儀的難題解決,並以更低、更實惠的價格將更優質的設備(尺寸更小且具有連接性)tuixiangshichang,yixuejiejiangjianzhengxindetiepianbeixunsucaiyong。congfadaguojiadeyiyuandaofazhanzhongguojiadeyuanchengyiliaozhongxinzaidaozhanchangshangdeshangbingzhenduan,kechuandaishebeidekuaisufazhanzhenggaibianzheyiliaohuanjing,qieyouzhuyutigonggenghaodezhenliao。
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