醫療應用領域為無線微波和射頻技術敞開大門
發布時間:2010-07-01
機遇與挑戰:
- 諸如MRI等成像設備的使用普及率在增加
- 在醫院、診所和家中,涉及無線網絡的遠程監控可能是最欣欣向榮的醫療市場
- 隨著新的醫療服務的出現,將會湧現出更多的標準和技術
諸如MRI等成像設備的使用普及率在增加,目前全球每年要實施超過6千萬例MRI診斷。它們通常用於診斷阿爾茨海默氏症(老年癡呆症)、癌症細胞和韌帶撕裂等各種疾病和損傷。成像係統采用了多種射頻/微波器件,包括振蕩器、發射器和天線。例如,ADI公司現在就提供一款為提高成像分辨率而設計的20位數據轉換器(DAC)AD5791。
AD5791具有真正的百萬分之一(ppm)的分辨率和精度(圖1)。AD5791具有±1LSB DNL的相對精度規範,確保了操作一致性。該DAC的低頻噪聲僅為0.025ppm,輸出漂移僅為0.05ppm/C。如(ru)此(ci)低(di)的(de)噪(zao)聲(sheng)減(jian)少(shao)了(le)不(bu)期(qi)望(wang)的(de)圖(tu)像(xiang)偽(wei)影(ying),從(cong)而(er)降(jiang)低(di)了(le)對(dui)多(duo)次(ci)核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)掃(sao)描(miao)的(de)需(xu)要(yao),因(yin)此(ci)病(bing)人(ren)可(ke)以(yi)在(zai)更(geng)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)得(de)到(dao)診(zhen)治(zhi)。輸(shu)出(chu)可(ke)配(pei)置(zhi)為(wei)標(biao)準(zhun)單(dan)極(ji)(+5V,+10V)或雙極(±5V,±10 V)範圍。AD5791的3線串行接口工作時鍾速率為50MHz。

圖1:ADI單芯片DAC具有很高精度,能實現非常清楚的診斷成像圖片。
分光鏡應用是射頻/微wei波bo技ji術shu在zai醫yi療liao領ling域yu的de另ling一yi個ge增zeng長chang市shi場chang,它ta本ben質zhi上shang是shi通tong過guo把ba光guang照zhao射she在zai標biao本ben上shang實shi現xian化hua學xue分fen析xi。近jin日ri,安an捷jie倫lun和he德de州zhou大da學xue達da拉la斯si分fen校xiao宣xuan布bu計ji劃hua創chuang建jian一yi個ge毫hao米mi波bo和he亞ya毫hao米mi波bo電dian子zi表biao征zheng設she施shi。該gai設she施shi最zui初chu將jiang支zhi持chi針zhen對dui醫yi療liao保bao健jian和he安an全quan應ying用yong對dui在zaiCMOS上實現180到300GHz光譜技術的可行性研究。
多年來,微波器件公司一直為諸如核磁共振成像(MRI)係(xi)統(tong)等(deng)醫(yi)療(liao)成(cheng)像(xiang)應(ying)用(yong)提(ti)供(gong)器(qi)件(jian)。雖(sui)然(ran)成(cheng)像(xiang)應(ying)用(yong)繼(ji)續(xu)提(ti)供(gong)了(le)堅(jian)實(shi)的(de)機(ji)會(hui),但(dan)許(xu)多(duo)其(qi)它(ta)醫(yi)療(liao)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)也(ye)開(kai)始(shi)為(wei)無(wu)線(xian)微(wei)波(bo)和(he)射(she)頻(pin)技(ji)術(shu)敞(chang)開(kai)了(le)大(da)門(men)。例(li)如(ru),遠(yuan)程(cheng)監(jian)控(kong)支(zhi)持(chi)在(zai)病(bing)人(ren)在(zai)家(jia)中(zhong)的(de)將(jiang)諸(zhu)如(ru)血(xue)壓(ya)、maibodengjiankangzhuangkuangyiwuxianfangshifasonggeitamendeyisheng。qitachuangxinyezaibangzhuyiyuanheyiliaozhongxindeyigenzongzichanhegerendeweizhi。zaixianyoudechengxiangshichanghewuxianjishuzhengzaichuangzaodexinjiyuzhong,yiliaochanyeyeyichengweiyigeshishizaizaidexinshichang,xuduoweiboheshepingongsidouyiciweimubiao。xingyundeshi,xuduozheyangdejiyudouzhiyaoqiuzhexiegongsiliyongtamenzaidianxinhewuxianjuyuwanglingyuyiyoudezhuanyezhishi。[page]
Hittite Microwave公司的一個新比較器產品線也鎖定光譜應用。該公司表示,這6款比較器具有如下特性:20Gbps的速率、150mW的功耗、120ps的時鍾到數據輸出延時(圖2)。通常情況下,它們具有最小60ps的可檢出輸入脈衝寬度,而額定的隨機抖動僅為0.2ps。這些比較器支持±1.75V的共模輸入電壓範圍,其典型過驅動和壓擺率離差低於10ps。HMC874LC3C、HMC875LC3C和HMC876LC3C單片比較器具有帶可編程遲滯的高速鎖存特性,它們分別提供低擺幅PECL、CML和ECL輸出驅動器。

圖2:Hittite Microwave公司的比較器可滿足分光鏡應用要求。
該公司還發布了三款具有電平鎖存輸入的新的單片10GHz比較器HMC674LC3C、HMC675LC3C和HMC676LC3C。這三款比較器支持10GHz輸入帶寬、同時具有85ps的傳輸延遲以及0.2psRMS隨機抖動下的60ps最小脈衝寬度。它們具有10ps的過驅動和壓擺率離差、小於140mWdegonghao。zhexieqijianjuyouchafensuocunkongzhihekebianchengchizhi,kebeipeizhigongzuozaisuocunmoshihuozuoweigenzongbijiaoqishiyong。yugaixilieqitaqijianyiyang,tamenfenbietigongdibaifuPECL、CML和ECL輸出驅動器。
醫療應用中的無線技術
要進入醫療市場,重要的是要了解哪些無線標準是主導。有趣的是,主導技術就是諸如ZigBee或IEEE 802.15.4、藍牙、IEEE 802.11x以及射頻識別(RFID)等主流技術。展望未來,康體佳健康聯盟(Continua Health Alliance)似(si)乎(hu)將(jiang)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)推(tui)動(dong)醫(yi)療(liao)保(bao)健(jian)領(ling)域(yu)內(nei)標(biao)準(zhun)的(de)發(fa)展(zhan)。它(ta)的(de)任(ren)務(wu)是(shi)建(jian)立(li)一(yi)個(ge)使(shi)個(ge)人(ren)健(jian)康(kang)方(fang)案(an)具(ju)有(you)互(hu)操(cao)作(zuo)的(de)係(xi)統(tong),以(yi)促(cu)進(jin)自(zi)主(zhu)性(xing)並(bing)使(shi)個(ge)人(ren)和(he)機(ji)構(gou)能(neng)更(geng)好(hao)地(di)管(guan)理(li)健(jian)康(kang)、保障福利。
康體佳健康聯盟已批準ZigBee Health Care作為一種低功耗局域網(LAN)標準,用於專業環境、家庭、活動中心、大型校園內的傳感與控製。ZigBee Health Care 是互操作無線設備的全球開放標準,可安全監測及管理慢性疾病、肥胖、老化這類非重大、低危險病症的保健服務。ZigBee Health Care 完整支持 IEEE 11073 設備。ZigBee Health Care 提供了不受幹擾的無線連接,可在單一網絡上支持數千部設備。ZigBee 能與 Wi-Fi 等其它無線技術和平共存,這是保護醫療設施內病患安全及確保應用時不可或缺的關鍵要求。ZigBee Health Care 設備可以與消費電子、家庭自動化、商業建築自動化中已部署的其它 ZigBee 無線技術交互。
飛思卡爾等公司將ZigBee用於各種保健產品。新批準的ZigBee Health Care標準為具有互操作的低功率無線設備提供了一個全球性的開放標準。這樣,它就確保了針對慢性病管理、老人護理、保健、住院管理和資產跟蹤等非致命、非緊急保健服務的安全監測和管理。它支持一個網絡內的數千台設備,並提供對IEEE 11073設備的完全支持,從而使每台設備都能夠通過FDA認證。
ADI的工作在2.4GHz工業、科學和醫療(ISM)頻段的模擬電路ADF7242,在IEEE 802.15.4模式下支持250kbps速率。這款收發器可用於實施基於諸如ZigBeeIPv6/6LowWPAN等協議的方案。ADF7242支持IEEE 802.15.4和GFSK/FSK雙模工作模式,即同一款器件既能以250kbps的速率支持基於IEEE 802.15.4協議的標準,又能以2Mbps的速率支持采用GFSK/FSK調製方案的專有協議。
一年多以前,康體佳的第二版設計指南批準了低功耗藍牙。低功耗藍牙無線技術是4.0版藍牙內核規範的主要特征,它使由紐扣電池供電、小巧的無線產品和傳感器成為可能。這些小巧、低成本的方案預計會培育出各種醫用表、遠程控製和醫療傳感器市場。
德州儀器(TI)是將藍牙用於無線醫療應用的倡導者之一。該公司將其第七代藍牙產品CC2560與一個嵌入式藍牙棧整合起來,使其運行於其MSP430微控製器(MCU)。設計人員可以在一係列便攜設備內,利用低功耗MSP430 MCU同時與模擬信號、傳感器和數字器件連接。[page]
遠程監控應用
在醫院、診zhen所suo和he家jia中zhong,涉she及ji無wu線xian網wang絡luo的de遠yuan程cheng監jian控kong可ke能neng是shi最zui欣xin欣xin向xiang榮rong的de醫yi療liao市shi場chang。遠yuan程cheng監jian控kong最zui吸xi引yin人ren的de地di方fang是shi它ta還hai可ke被bei用yong來lai與yu患huan者zhe溝gou通tong及ji對dui患huan者zhe提ti供gong教jiao育yu。當dang然ran,需xu要yao同tong時shi發fa送song和he接jie收shou信xin息xi將jiang對dui所suo需xu的de設she備bei和he網wang絡luo基ji礎chu設she施shi有you不bu同tong需xu求qiu。在zai伊yi利li諾nuo斯si州zhou進jin行xing的de一yi項xiang臨lin床chuang研yan究jiu,就jiu采cai用yong了le遠yuan程cheng監jian護hu來lai管guan理liGleevec這種藥的施用。Gleevec是Novartis公司研製並生產的用於治療慢性粒細胞白血病的藥物。這項研究將評估一個以手機為基礎的、稱為eMedonline的個性化藥物管理係統的使用情況。
在這項研究中,eMedonline作為一種“智能服務”,充分發揮了射頻識別(RFID)和手機的無線功能,將智能手機變成一個藥物傳感器。手機以無線方式實時從藥品包裝上的RFID“智能標簽”上讀取、收shou集ji藥yao物wu數shu據ju,它ta在zai監jian測ce病bing人ren報bao告gao結jie果guo的de同tong時shi,有you助zhu於yu核he實shi病bing人ren是shi否fou在zai正zheng確que的de時shi間jian服fu用yong了le正zheng確que的de藥yao物wu。手shou機ji內nei的de數shu據ju被bei無wu線xian發fa送song到dao一yi個ge安an全quan服fu務wu器qi,借jie助zhu服fu務wu器qi內nei的de數shu據ju再zai進jin行xing臨lin床chuang審shen查zha和he分fen析xi。可ke根gen據ju情qing況kuang發fa送song警jing報bao,以yi對dui漏lou服fu藥yao物wu或huo不bu良liang情qing況kuang實shi施shi幹gan預yu,使shi它ta們men不bu致zhi成cheng為wei嚴yan重zhong的de健jian康kang風feng險xian。這zhe項xiang研yan究jiu的de初chu衷zhong來lai自zi於yu這zhe樣yang一yi個ge事shi實shi:病人往往不遵從醫囑。
近日在波士頓舉行的一個旨在提升服藥依從性的方案演示中,支持藍牙的Vena吸入器實時並無線地記錄服藥劑量的曆史數據。數據上傳到稱為Vena-Hub的以用戶為中心的軟件平台,當患者沒按時服藥時,就會對他們發出提醒。被用來從無線醫療設備這一生態係統采集數據的Vena-Hub,也是支持Venadefeihuoliangjidemenhu。jiangfuyaoyicongxinghefeihuoliangdengshujuyuhuafenjishudengqitabianliangzuheqilai,xingchengyixiliejianyiheyouguanxinxi,ranhoutongguojingbaozidongfasonggeiyonghu。jingbaokenenghuitongguozaixianyueduqi、社區網絡、電子郵件,甚至文本信息等形式發送。
遠程監控的另一個好處是,專家將能夠與農村地區的病人溝通,這些病人因而不必趕大老遠的路。例如,AT&T最近宣布了與加州大學的一項協議。作為這項為期3年、總價2,700萬美元合約的一部分,AT&T將提供管理的網絡服務以支持這項遠程保健計劃。美國加州遠程保健網絡是全州範圍內由醫療保健、技術、政府及其它相關各方結成的聯盟,該機構從聯邦通訊委員會(FCC)的農村衛生保健試點項目尋求資金支持。該網絡正在構建一個全州範圍內的網絡基礎設施,它將小醫院、小診所與大醫院及大醫院內的專家連接起來。該網絡完成後,將覆蓋全州860多個站點。
無線網絡標準也越來越多地用於資產跟蹤項目。例如,Henry Mayo醫院已與AT&T簽約以部署AeroScout的Wi-Fi RFID資產跟蹤和溫度監控方案。作為洛杉磯縣的災害資源中心,Henry Mayo醫院負責提供醫療設備、藥品以及在發生緊急事件時對整個社會提供關照。 AeroScout的資產跟蹤和管理方案旨在幫助醫院在全院範圍內跟蹤,諸如病床、輪椅、輪床、病人自控鎮痛泵和輸液泵等關鍵資產的使用情況。此外,AeroScout的溫度監控方案通過確保冰箱內溫度滿足藥品、組織樣本及其它對溫度敏感的材料的保質所規定的溫度範圍,從而簡化了為滿足國際醫院認證聯合委員會條例相關要求的實施,
在加拿大魁北克的聖熱羅姆衛生和社會服務中心,醫院工作人員佩戴著Ekahau傳呼機標簽,這樣就可容易地對他們進行定位。這個T301BD Wi-Fi尋呼機標簽具有雙向通信能力,使用戶能夠發送和接收文字信息。這些尋呼機還包括一個可以在遇到緊急情況時按下的專門按鈕。Ekahau實時定位係統利用醫院現有的Wi-Fi網絡可在幾秒內定位網絡覆蓋範圍內、由鈕扣電池供電的小標簽。
這些產品和服務是當今醫療保健行業內更具主導性、bingzengchangzhedeyixieyingyong。suizhejishujinbuyijikuandaijihuadeshishi,jianghuichuxiangengduojihui。zhexiexinfuwuhexitongdezhuganyikaowuxianwangluolaishoujihetigongxinxi。yucitongshi,weibogongsijiangjixuzaichengxiangdenglingyushouhuochenggong。zhuduoyinsujiangdailaiyigezengchangdeshichang,taweigeqiyejiqichanpintigongleyinglijihui。
當然,隨著新的醫療服務的出現,將會湧現出更多的標準和技術,比如結合如長期演進(LTE)等第四代通信標準和WiMAX等寬帶技術來實施醫療應用。
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