基于DSP的加速度計(jì)的家用監(jiān)測設(shè)備設(shè)計(jì)

先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)正為體積越來越小、功能愈加強(qiáng)大的家用醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展鋪平道路。對于病人來說，更小的便攜式設(shè)備帶來的好處是更容易進(jìn)行保健、更少去醫(yī)院以及進(jìn)一步降低醫(yī)療費(fèi)用。為了能夠在家庭環(huán)境中發(fā)揮更有效的作用，醫(yī)療設(shè)備必須便于使用、保證安全（甚至即使在錯(cuò)誤使用時(shí)），而且必須能夠區(qū)別正確結(jié)果和在不正確程序下得到的結(jié)果。

家庭醫(yī)療保健的興起

隨著越來越多的嬰兒潮時(shí)期出生的人口正步入老齡，家庭醫(yī)療保健的需求日益迫切，家庭醫(yī)療保健設(shè)備的需求也在不斷增長。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的報(bào)告，2006 年全球60歲以上人口數(shù)量為6.5億，并預(yù)計(jì)在2025年將達(dá)到12億。在美國，65歲以上人口的比例比以往任何時(shí)候都要高，這一數(shù)字在21世紀(jì)預(yù)計(jì)還會穩(wěn)步增長。

受益于半導(dǎo)體技術(shù)的家庭醫(yī)療保健設(shè)備的實(shí)例包括24小時(shí)肺監(jiān)測儀Wholter、個(gè)人哮喘評估設(shè)備Wheezometer等。這兩款設(shè)備均由 Karmelsonix公司開發(fā)，該公司總部在以色列，是哮喘管理醫(yī)療設(shè)備開發(fā)的先鋒。Wholter和Wheezometer滿足了全球4 800萬哮喘病人對威脅他們的哮喘癥狀進(jìn)行自評估和管理的迫切需求。

有效的哮喘評估(一種多變量肺活動(dòng)測定)必須即時(shí)準(zhǔn)確，才能為適當(dāng)?shù)尼t(yī)療措施提供依據(jù)。過去，只有醫(yī)院或診所的肺活量計(jì)才具有如此高的可靠性，而在家中或路途中的哮喘患者則時(shí)常要面臨危險(xiǎn)。

為了將這種重要的病人護(hù)理手段從醫(yī)院普及到家庭，KarmelSonix公司使用了高速Blackfin數(shù)字信號處理器(DSP)和ADI公司的其他精密信號處理器件，確保哮喘患者能夠獲得準(zhǔn)確可靠的“喘息率”（一種重要的哮喘發(fā)作動(dòng)態(tài)指標(biāo)）評估信息。哮喘患者利用Wholter和 Wheezometer，可以對自已的病癥進(jìn)行早期評估，這對于后續(xù)實(shí)施正確的藥物治療至關(guān)重要。

關(guān)鍵的半導(dǎo)體技術(shù)

很多家庭健康支持設(shè)備功能更為簡單，但卻對挽救生命、防止意外至關(guān)重要。Zoll Medical的全資子公司Bio-Detek公司生產(chǎn)的PocketCPR可放置于人的手掌下，監(jiān)測對心臟病發(fā)作患者進(jìn)行心臟復(fù)蘇搶救的情況，如圖1所示。

圖1 ADI公司ADXL311加速度計(jì)促成了PocketCPR設(shè)備的實(shí)現(xiàn)

此設(shè)備通過測量胸部按壓的深度為救援人員提供聲音和視覺反饋，從而調(diào)整到適當(dāng)?shù)纳疃群驼_的速率。該產(chǎn)品也能指導(dǎo)相對缺乏經(jīng)驗(yàn)的救援人員，助其建立信心，還可用適當(dāng)技術(shù)協(xié)助有經(jīng)驗(yàn)的護(hù)理者。PocketCPR采用ADI公司的ADXL311加速度計(jì)，它能對救援人員手掌下PocketCPR的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確測量。

圖2所示的FallSaver更為簡單，可用于那些在沒有幫助的情況下不能走動(dòng)的病人。無論是在醫(yī)院、家中或者療養(yǎng)院內(nèi)，看護(hù)人員不可能一直監(jiān)護(hù)臥床不起的病人。而病人可能因?yàn)榛加邪V呆癥或者不想麻煩看護(hù)人員，在沒有看護(hù)人員看護(hù)的情況下選擇起床走動(dòng)，這經(jīng)常導(dǎo)致因?yàn)樯眢w虛弱而摔倒的情況發(fā)生。

小小的FallSaver貼片可貼在病人的大腿上，在長達(dá)兩周的時(shí)間內(nèi)對病人的運(yùn)動(dòng)提供持續(xù)監(jiān)測，特別是確定那些試圖站立和走動(dòng)的動(dòng)作。 FallSaver單元會發(fā)出報(bào)警聲并發(fā)送無線電信號給護(hù)士呼叫站或看護(hù)人員攜帶的電臺，以便看護(hù)人員將能在病人摔倒前趕到床邊協(xié)助其移動(dòng)。這是臨床試驗(yàn)中被證明在這一高風(fēng)險(xiǎn)人群中能顯著降低摔倒和摔倒引起的傷病的設(shè)備。

圖2 FallSaver

FallSaver也采用ADXL323和ADX-L335加速度計(jì)，它們能以數(shù)字格式提供動(dòng)作信息，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作方式的快速算法分析。除了前面提到的加速度計(jì)，下一代三軸加速度計(jì)可以更低的功耗和更小的尺寸提供高水平的功能，例如ADI的ADXL345和ADXL346。

未來家庭醫(yī)療保健設(shè)備的兩個(gè)關(guān)鍵問題是連接和電源。在很多情況下，精確地將臨床讀數(shù)從診斷設(shè)備提供給醫(yī)護(hù)人員與提供給病人進(jìn)行自我照顧是同樣重要的。例如糖尿病管理。又如當(dāng)前的ECG(心電圖)波形可以打印出來或者通過電子通信方式發(fā)送信息，提供給臨床醫(yī)生。

以前，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，ECG儀器需要直接與電腦相連，這使病人有潛在的觸電危險(xiǎn)。ADI公司最近推出的ADuM4160 USB隔離器可以克服這個(gè)問題，在病人與電腦和網(wǎng)絡(luò)之間提供完全的電氣隔離，同時(shí)仍然支持ECG的全部功能并保持與電腦的連接。

測量前端也需要少量功率來驅(qū)動(dòng)用于采集和數(shù)字化ECG信號的放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。隔離電源由AD?滋M5000 DC-DC轉(zhuǎn)換器提供，它無需對電池充電和更換電池。這類器件也可用于需要與病人有直接電氣接觸的許多家用保健設(shè)備的設(shè)計(jì)，它們也有通過USB直接與電腦連接的能力，從而提供存儲、分析和結(jié)果傳輸?shù)耐暾δ?。這些技術(shù)使醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員能夠更容易地滿足最新的IEC60601要求。

通過開發(fā)創(chuàng)新的IC，半導(dǎo)體公司正改善著全世界病人的醫(yī)療保健品質(zhì)。那些創(chuàng)造了最新家庭醫(yī)療保健系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師們，正針對疾病管理、健康保健和給藥等方面，以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)努力發(fā)明改變?nèi)藗兩畹漠a(chǎn)品。

很多便攜和家庭保健產(chǎn)品中半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步都借鑒了其他便攜消費(fèi)類產(chǎn)品的重大進(jìn)步，例如手機(jī)和媒體播放器。特別是對于電源管理、運(yùn)動(dòng)檢測和RF傳輸領(lǐng)域來說尤其如此。但是，在精密信號放大、轉(zhuǎn)換和處理上的專業(yè)技術(shù)對于檢測和分析低電平、復(fù)雜的臨床信息仍然非常重要。

這些開發(fā)工作也獲得了Continua Health Alliance的支持、促進(jìn)和認(rèn)證，該聯(lián)盟是由最好的醫(yī)療保健和技術(shù)公司聯(lián)合起來組成的非盈利的開放式行業(yè)聯(lián)盟，旨在提高個(gè)人醫(yī)療保健品質(zhì)。 Continua在全球有200多家成員公司致力于建立一個(gè)互操作性個(gè)人健康解決方案系統(tǒng)，用知識將那些解決方案延伸到家庭，從而培養(yǎng)獨(dú)立、自主的個(gè)人醫(yī)療保健能力，提供真正個(gè)性化的衛(wèi)生和健康管理機(jī)會。Continua Health Alliance也正在建立設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并為那些標(biāo)準(zhǔn)提供認(rèn)證，從而為醫(yī)療保健提供者和消費(fèi)者在他們選擇和使用這些項(xiàng)目提供的設(shè)備時(shí)建立信任。 家用醫(yī)療設(shè)備不斷增長的需求使得對系統(tǒng)的要求逐漸變得復(fù)雜，需要醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須減小尺寸、提高易用性、提高下一代便攜式醫(yī)療設(shè)備的性能。這些新的系統(tǒng)級需求意味著模擬半導(dǎo)體制造商必須迎接挑戰(zhàn)，開發(fā)具有突破性的模塊IC，使下一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成為可能。設(shè)計(jì)開發(fā)的重點(diǎn)在于如何開發(fā)醫(yī)療設(shè)備的未來創(chuàng)新功能，而這越發(fā)取決于系統(tǒng)和模擬IC設(shè)計(jì)人員之間持續(xù)有效地信息共享。