醫(yī)療電子:從治病向保健延伸,便攜產(chǎn)品領(lǐng)風騷

　　體佩式設備需要的技術(shù)

　　Maxim戰(zhàn)略市場應用經(jīng)理Steve LaJeunesse介紹了醫(yī)療電子的技術(shù)概況。

　　超低功耗模擬測量電路、低功耗微控制器(MCU)上運行的先進的處理和motion rejection算法是實現(xiàn)體佩式傳感器的第一步。來自患者或使用者的信號通常很小，且充滿需要濾除的模擬噪聲信號。濾除噪聲后，鑒于數(shù)據(jù)反映的是最為隱私的個人信息，因此必須加以安全保護，以防被他人獲取。通過先進的加密技術(shù)對數(shù)據(jù)進行安全保護后，將數(shù)據(jù)通過短距離無線連接發(fā)送至手機。內(nèi)部電池的高效電源管理(如：Maxim的ModelGauge)和能量收集技術(shù)可使傳感器長時間保持工作。

　　超低功耗模擬測量

　　模擬電路是來自現(xiàn)實世界的信號與微控制器的接口。低功耗、高精度放大器(如：Maxim的MAX9617系列)具有低功耗、低噪聲、零失調(diào)和超小尺寸封裝等特性。該系列放大器能夠最大程度地減小方案尺寸，并且在整個工作過程中無需校準。

　　先進的處理/算法

　　醫(yī)學研究工作者在過去的十年內(nèi)努力使機器在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，其中最主要的成就是發(fā)展了能夠準確識別人體相關(guān)信息的算法。憑借這些成果，可以使用簡單的微控制器對人體信息進行收集和預處理，為專家診斷做準備。

　　安全

　　來自患者的數(shù)據(jù)是極為隱私的，必須加以安全保護。目前有多種方法可用于對從患者或用戶端收集的數(shù)據(jù)進行安全保護。Maxim在安全微控制器市場居于領(lǐng)先地位，所提供的醫(yī)療應用方案(如：DS28E01)可用于現(xiàn)今多種不同類型的醫(yī)用設備。

　　低功耗微控制器

　　集成微控制器的功耗不斷降低，使得采用單節(jié)鋰電池支持超長時間工作成為可能。Maxim的MAXQ系列微控制器可用于電池直接供電的應用，強大的計算能力能夠支持現(xiàn)今先進的算法。該系列微控制器能夠無縫連接至低功耗、短距離無線裝置，如：藍牙或ANT+。

　　能量收集

　　得益于前面提到的設備在降低功耗方面的成績，從各種能量源(如：太陽能、熱能或壓電傳感器)收集的能量有了用武之地。Maxim的MAX17710能量收集充電器和保護器能夠?qū)⑹占哪芰考右岳?。在未?年內(nèi)，微型收集源將使這種技術(shù)成為主流。

　　上述技術(shù)的融合是體佩式電子設備的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)在，設計一個僅靠單個鋰紐扣電池供電的設備(如：無線ECG、心率、氧含量、呼吸、體溫監(jiān)測設備)已經(jīng)成為現(xiàn)實。測量來自傳感器的信息、對其進行數(shù)字化、然后發(fā)送至手機、進而傳輸給醫(yī)生。

　　便攜產(chǎn)品的低功耗策略

　　在醫(yī)療電子中，半導體制造商不能再僅僅是提供單獨的芯片或元件;相反，需要提供全套解決方案，讓便攜式醫(yī)療設備的設計和制造變得更快速、更簡單和更具成本效益。

　　Microchip(微芯)公司醫(yī)療產(chǎn)品部營銷經(jīng)理Marten L. Smith舉例道，采用智能手機和平板電腦的便攜式醫(yī)療設備設計的數(shù)量正在迅速增長。單片機(MCU)供應商的趨勢是提供支持Apple和Android配件設計的開發(fā)系統(tǒng)。這些開發(fā)系統(tǒng)需要具有穩(wěn)定、成熟的軟件庫，用于開發(fā)iPhone、iPad和iPod Touch的配件或Android智能手機和平板電腦的配件。此外，單片機制造商還應提供針對這些解決方案的技術(shù)支持。通過這種方式，醫(yī)療設備制造商可以獲得優(yōu)勢，搶在競爭對手之前快速、簡便地將其新的智能手機和平板電腦配件設計投入生產(chǎn)，并銷售給客戶。

　　便攜式醫(yī)療設備的低功耗趨勢對于醫(yī)療設備制造商來說極為重要。在便攜式醫(yī)療設計中，還可以采用單芯片電池管理部件，從而高效地利用可充電電池。這些便攜式設計中的單片機需要諸如以下的一些特性：超低的休眠電流，以及每種休眠模式下的高效喚醒源。除了這些特性之外，滿足這種低功耗趨勢的一種獨特方法是讓電池制造商的設計人員與單片機制造商的設計人員進行合作，這樣，單片機設計可以更好地考慮如何高效地工作，以及從不同類型的電池中可能消耗的最低功耗。

　　便攜式醫(yī)療設備另一種正在不斷增長的趨勢是相互通信或與其他設備通信(點對點或通過網(wǎng)絡)。芯片的相應趨勢是提供Wi-Fi、Bluetooth、USB、以太網(wǎng)和其他通信協(xié)議的連接元件、協(xié)議棧和支持軟件。另一個重要的連接注意事項是數(shù)據(jù)安全和加密。應確保黑客永遠無法訪問醫(yī)療設備中的敏感數(shù)據(jù)，并且絕對無法控制該設備。

　　Microchip提供了用于Apple與Android配件開發(fā)的開發(fā)系統(tǒng)、軟件庫和技術(shù)支持，可以縮短可與智能手機和平板電腦通信的便攜式醫(yī)療設備的設計周期。

　　利用Microchip的超低功耗(XLP)技術(shù)，能夠獲得多種解決方案(如16位PIC單片機僅消耗10 nA的休眠電流)。Microchip還提供了全功能的單芯片電池管理部件，可為采用可充電電池的設計有效地延長兩次充電之間的時間。此外，通過與Energizer電池公司的合作，Microchip獲得了相應的技術(shù)專長，使Microchip能夠提供可最大限度提高便攜式醫(yī)療設備制造商電池壽命的元件和設計支持。

　　Microchip還提供許多無線產(chǎn)品，包括低功耗Wi-Fi、藍牙和其他無線模塊?！　?/p>

                 

　　個人醫(yī)療設備對MCU的需求

　　Silicon Labs單片機市場經(jīng)理Shahram Tadayon指出，大多數(shù)個人醫(yī)療設備通常由電池供電并且以無線方式傳輸數(shù)據(jù)，因此必須采用超低功耗組件。高效節(jié)能的RF發(fā)射器、收發(fā)器與低功耗單片機協(xié)同工作，可以為遠程醫(yī)療設備提供無線連接。此外，無線MCU這一高集成度的器件，結(jié)合了低功耗MCU內(nèi)核與高性能RF收發(fā)器 ，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用。例如Silicon Labs公司Si10xx系列無線單片機，為電池供電型應用提供超低功耗操作，并具備較長的傳輸距離和優(yōu)異的RF靈敏度。