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DSP和加速度计等器件使得家用监测设备成为可能

电子技术应用?? 2011年01月25日 ?? 收藏0

  先进的半导体技术正为体积越来越小、功能愈加强大的家用医疗设备的发展铺平道路。对于病人来说,更小的便携式设备带来的好处是更容易进行保健、更少去医院以及进一步降低医疗费用。为了能够在家庭环境中发挥更有效的作用,医疗设备必须便于使用、保证安全(甚至即使在错误使用时),而且必须能够区别正确结果和在不正确程序下得到的结果。

  家庭医疗保健的兴起

  随着越来越多的婴儿潮时期出生的人口正步入老龄,家庭医疗保健的需求日益迫切,家庭医疗保健设备的需求也在不断增长。根据世界卫生组织的报告,2006 年全球60岁以上人口数量为6.5亿,并预计在2025年将达到12亿。在美国,65岁以上人口的比例比以往任何时候都要高,这一数字在21世纪预计还会稳步增长。

  受益于半导体技术的家庭医疗保健设备的实例包括24小时肺监测仪Wholter、个人哮喘评估设备Wheezometer等。这两款设备均由 Karmelsonix公司开发,该公司总部在以色列,是哮喘管理医疗设备开发的先锋。Wholter和Wheezometer满足了全球4 800万哮喘病人对威胁他们的哮喘症状进行自评估和管理的迫切需求。

  有效的哮喘评估(一种多变量肺活动测定)必须即时准确,才能为适当的医疗措施提供依据。过去,只有医院或诊所的肺活量计才具有如此高的可靠性,而在家中或路途中的哮喘患者则时常要面临危险。

  为了将这种重要的病人护理手段从医院普及到家庭,KarmelSonix公司使用了高速Blackfin数字信号处理器(DSP)和ADI公司的其他精密信号处理器件,确保哮喘患者能够获得准确可靠的“喘息率”(一种重要的哮喘发作动态指标)评估信息。哮喘患者利用Wholter和 Wheezometer,可以对自已的病症进行早期评估,这对于后续实施正确的药物治疗至关重要。

  关键的半导体技术

  很多家庭健康支持设备功能更为简单,但却对挽救生命、防止意外至关重要。Zoll Medical的全资子公司Bio-Detek公司生产的PocketCPR可放置于人的手掌下,监测对心脏病发作患者进行心脏复苏抢救的情况,如图1所示。

ADI公司ADXL311加速度计促成了PocketCPR设备的实现

图1 ADI公司ADXL311加速度计促成了PocketCPR设备的实现

  此设备通过测量胸部按压的深度为救援人员提供声音和视觉反馈,从而调整到适当的深度和正确的速率。该产品也能指导相对缺乏经验的救援人员,助其建立信心,还可用适当技术协助有经验的护理者。PocketCPR采用ADI公司的ADXL311加速度计,它能对救援人员手掌下PocketCPR的运动进行精确测量。

  图2所示的FallSaver更为简单,可用于那些在没有帮助的情况下不能走动的病人。无论是在医院、家中或者疗养院内,看护人员不可能一直监护卧床不起的病人。而病人可能因为患有痴呆症或者不想麻烦看护人员,在没有看护人员看护的情况下选择起床走动,这经常导致因为身体虚弱而摔倒的情况发生。

  小小的FallSaver贴片可贴在病人的大腿上,在长达两周的时间内对病人的运动提供持续监测,特别是确定那些试图站立和走动的动作。 FallSaver单元会发出报警声并发送无线电信号给护士呼叫站或看护人员携带的电台,以便看护人员将能在病人摔倒前赶到床边协助其移动。这是临床试验中被证明在这一高风险人群中能显著降低摔倒和摔倒引起的伤病的设备。

FallSaver

图2 FallSaver

  FallSaver也采用ADXL323和ADX-L335加速度计,它们能以数字格式提供动作信息,可以实现动作方式的快速算法分析。除了前面提到的加速度计,下一代三轴加速度计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。

  未来家庭医疗保健设备的两个关键问题是连接和电源。在很多情况下,精确地将临床读数从诊断设备提供给医护人员与提供给病人进行自我照顾是同样重要的。例如糖尿病管理。又如当前的ECG(心电图)波形可以打印出来或者通过电子通信方式发送信息,提供给临床医生。

  以前,要实现这个功能,ECG仪器需要直接与电脑相连,这使病人有潜在的触电危险。ADI公司最近推出的ADuM4160 USB隔离器可以克服这个问题,在病人与电脑和网络之间提供完全的电气隔离,同时仍然支持ECG的全部功能并保持与电脑的连接。

  测量前端也需要少量功率来驱动用于采集和数字化ECG信号的放大器和数据转换器。隔离电源由AD?滋M5000 DC-DC转换器提供,它无需对电池充电和更换电池。这类器件也可用于需要与病人有直接电气接触的许多家用保健设备的设计,它们也有通过USB直接与电脑连接的能力,从而提供存储、分析和结果传输的完整功能。这些技术使医疗设备设计人员能够更容易地满足最新的IEC60601要求。

  通过开发创新的IC,半导体公司正改善着全世界病人的医疗保健品质。那些创造了最新家庭医疗保健系统的设计工程师们,正针对疾病管理、健康保健和给药等方面,以半导体器件为基础努力发明改变人们生活的产品。

  很多便携和家庭保健产品中半导体技术的进步都借鉴了其他便携消费类产品的重大进步,例如手机和媒体播放器。特别是对于电源管理、运动检测和RF传输领域来说尤其如此。但是,在精密信号放大、转换和处理上的专业技术对于检测和分析低电平、复杂的临床信息仍然非常重要。

  这些开发工作也获得了Continua Health Alliance的支持、促进和认证,该联盟是由最好的医疗保健和技术公司联合起来组成的非盈利的开放式行业联盟,旨在提高个人医疗保健品质。 Continua在全球有200多家成员公司致力于建立一个互操作性个人健康解决方案系统,用知识将那些解决方案延伸到家庭,从而培养独立、自主的个人医疗保健能力,提供真正个性化的卫生和健康管理机会。Continua Health Alliance也正在建立设计标准并为那些标准提供认证,从而为医疗保健提供者和消费者在他们选择和使用这些项目提供的设备时建立信任。家用医疗设备不断增长的需求使得对系统的要求逐渐变得复杂,需要医疗设备设计人员必须减小尺寸、提高易用性、提高下一代便携式医疗设备的性能。这些新的系统级需求意味着模拟半导体制造商必须迎接挑战,开发具有突破性的模块IC,使下一代产品的设计成为可能。设计开发的重点在于如何开发医疗设备的未来创新功能,而这越发取决于系统和模拟IC设计人员之间持续有效地信息共享。


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