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医疗信息通信昭示人体局域网时代的到来

Zarlink半导体公司 Ashok Bindra?? 2008年08月07日 ?? 收藏0

  尽管可植入射频收发器芯片技术的进步推动了体内医疗通信技术的发展,但是超低功耗无线人体传感器的快速发展却促进了体外通信技术的形成。进而,构成人体局域网(即BAN)平台,实现体内/体外医用传感器与监测工具的无线连接,实时提供病人的健康数据。

  随着宽带移动电子技术与超低功耗消费电子的结合,以及可植入半导体无线收发器芯片和传感器日趋小型化,全球的医疗保健和健康诊疗手段正发生着快速的变化。从而,支持远程实时医疗检测和治疗的新服务与应用不断涌现,进而促进普及式医疗服务发展到一个全新的水平。

  去年,在美国檀香山召开的国际微波大会上,日本横滨国立大学医疗信息通信技术研究所主任Ryuji Kohno教授在他的主题演讲中指出了高级无线通信技术的一个全新的发展方向,并介绍了日本开展的医疗信息通信技术(ICT)研究项目和有关活动。通过一个名为“u-日本计划”的五年计划(2006年-2010年),日本政府将努力构建一个安全而可靠的医疗服务普适网络。

  为了实现这种医疗卫生保健服务,在日本开展的医疗信息通信技术(ICT)研究项目和有关活动将探索多种新技术,包括RFID、网络机器人、传感网络、基于先进UWB(超宽带)技术的移动通信系统、SDR(软件无线电)和MIMO(多入多出)技术。因此,他补充道,我们需要在超低功耗放大器和LNA(低噪声放大器)、软件可重构射频技术、可植入芯片专用天线和可感知传感机器人等领域展开进一步的研究工作。此外,封装技术对于可穿戴与可植入器件也是至关重要的。

  日本横滨国立大学医疗信息通信技术研究所主任Ryuji Kohno教授认为,人用可植入器件技术的发展以及可植入无线芯片的出现促进了体内通信技术的发展,从而支持新的监测、诊断和治疗应用。最后,Kohno教授介绍了一种由奥林巴斯公司研制的无线胶囊式内窥镜,利用这种器件可以以非侵入的方式检测人体小肠。

  可植入器件

  对于可植入半导体芯片和体内通信技术,Zarlink半导体公司不断改进其可植入超低功耗收发器ZL70101(参见“促成体内通信的可植入超低功耗无线芯片”,《RF Design》,2007年6月,p.20),用于医疗遥测系统链接植入的医疗器件和监测设备。实际上,Zarlink已经实现了这种器件,推出了医疗诊断用的药片式摄像机。这种摄像机采用CMOS成像技术拍摄图像,并以每秒4帧、2.7Mbps的数据速率将图像传输给记录仪。其传输数据时的功耗只有5.2mW左右,能够工作8个小时以上。Zarlink 公司医疗通信部市场主管Peter Putnam指出,这种药片式摄像机已经获得了FDA认证,并在600,000名病人身上进行过临床实验。

  此外,Putnam还指出,这种产品已经成功应用在一种在产的心脏起搏器上。但是,Zarlink公司对此不打算授权OEM厂商。这种产品的其他目标应用包括神经刺激器、药物泵、ICD(可植入式心率除颤器)和某些生理监护仪。

  此外,Zarlink还以ZL70101可植入收发器为基础,推出了一种开发工具包,能够对集成了植入式医疗器件与监测和编程设备的无线遥测系统进行更快速的设计和评估。

  ZLE70101 ADK(应用开发套件)展示了ZL70101收发器支持的高速、超低功耗、可靠通信链路。这种高度集成的射频芯片具有最高800kbps的数据速率,工作在MICS(医疗植入通信服务)专用的402-405MHz频段。该芯片在完全工作模式下的电源电流只有5mA,结合一种独特的“唤醒”接收器,该芯片在休眠模式下只有极低的250nA电流。

  在植入和基站平台上采用常用的微控制器能够快速集成到用户的专用系统设计中。运行于Windows环境的GUI(图形用户界面)通过USB2.0接口连接MICS射频板。该开发套件还包括一种应用开发平台(ADP100)板,它通过USB2.0接口连接PC机和植入或基站夹层板。应用植入夹层(AIM100)板用于实现所有与MICS相关的植入式通信。该电路板包括ZL70101收发器、用于常规数据传输和唤醒操作的匹配网络离散电路、通过工业标准SPI总线连接ZL70101的专用微控制器,以及用于连接PCB环形天线的SMA连接器(如图1所示)。

用于连接PCB环形天线的SMA连接器

  此外,基站夹层(BSM100)板用于实现所有与MICS相关的基站/监测设备通信处理工作。该电路板与AIM100具有相同的功能,此外还包括一个唤醒发射子系统和一个用于实现CCA(clear-channel assessment,空闲信道评估)的RSSI(received-signal-strength indicator,接收信号强度指示)滤波器。BSM100板还包括一个针对MICS波段进行了性能优化并支持唤醒信号功能的双波段天线。为了最大限度地缩短开发时间,ADP100、AIM100和BSM100板提供了源码详细注释的嵌入式固件,以帮助开发人员快速掌握芯片的编程需求,同时支持固件重用。


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