醫療電子:從治病向保健延伸,便攜產(chǎn)品領(lǐng)風(fēng)騷

　　體佩式設備需要的技術(shù)

　　Maxim戰略市場(chǎng)應用經(jīng)理Steve LaJeunesse介紹了醫療電子的技術(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(jìn)的處理和motion rejection算法是實(shí)現體佩式傳感器的第一步。來(lái)自患者或使用者的信號通常很小，且充滿(mǎn)需要濾除的模擬噪聲信號。濾除噪聲后，鑒于數據反映的是最為隱私的個(gè)人信息，因此必須加以安全保護，以防被他人獲取。通過(guò)先進(jìn)的加密技術(shù)對數據進(jìn)行安全保護后，將數據通過(guò)短距離無(wú)線(xiàn)連接發(fā)送至手機。內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(cháng)時(shí)間保持工作。

　　超低功耗模擬測量

　　模擬電路是來(lái)自現實(shí)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(gè)工作過(guò)程中無(wú)需校準。

　　先進(jìn)的處理/算法

　　醫學(xué)研究工作者在過(guò)去的十年內努力使機器在醫療領(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(jiǎn)單的微控制器對人體信息進(jìn)行收集和預處理，為專(zhuān)家診斷做準備。

　　安全

　　來(lái)自患者的數據是極為隱私的，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(hù)端收集的數據進(jìn)行安全保護。Maxim在安全微控制器市場(chǎng)居于領(lǐng)先地位，所提供的醫療應用方案(如：DS28E01)可用于現今多種不同類(lèi)型的醫用設備。

　　低功耗微控制器

　　集成微控制器的功耗不斷降低，使得采用單節鋰電池支持超長(cháng)時(shí)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今先進(jìn)的算法。該系列微控制器能夠無(wú)縫連接至低功耗、短距離無(wú)線(xiàn)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(jì)，從各種能量源(如：太陽(yáng)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將收集的能量加以利用。在未來(lái)5年內，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在，設計一個(gè)僅靠單個(gè)鋰紐扣電池供電的設備(如：無(wú)線(xiàn)ECG、心率、氧含量、呼吸、體溫監測設備)已經(jīng)成為現實(shí)。測量來(lái)自傳感器的信息、對其進(jìn)行數字化、然后發(fā)送至手機、進(jìn)而傳輸給醫生。

　　便攜產(chǎn)品的低功耗策略

　　在醫療電子中，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，讓便攜式醫療設備的設計和制造變得更快速、更簡(jiǎn)單和更具成本效益。

　　Microchip(微芯)公司醫療產(chǎn)品部營(yíng)銷(xiāo)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療設備設計的數量正在迅速增長(cháng)。單片機(MCU)供應商的趨勢是提供支持Apple和Android配件設計的開(kāi)發(fā)系統。這些開(kāi)發(fā)系統需要具有穩定、成熟的軟件庫，用于開(kāi)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(guò)這種方式，醫療設備制造商可以獲得優(yōu)勢，搶在競爭對手之前快速、簡(jiǎn)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(xiāo)售給客戶(hù)。

　　便攜式醫療設備的低功耗趨勢對于醫療設備制造商來(lái)說(shuō)極為重要。在便攜式醫療設計中，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(mǎn)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(jìn)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(lèi)型的電池中可能消耗的最低功耗。

　　便攜式醫療設備另一種正在不斷增長(cháng)的趨勢是相互通信或與其他設備通信(點(diǎn)對點(diǎn)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò ))。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(gè)重要的連接注意事項是數據安全和加密。應確保黑客永遠無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)醫療設備中的敏感數據，并且絕對無(wú)法控制該設備。

　　Microchip提供了用于A(yíng)pple與Android配件開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)系統、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(cháng)兩次充電之間的時(shí)間。此外，通過(guò)與Energizer電池公司的合作，Microchip獲得了相應的技術(shù)專(zhuān)長(cháng)，使Microchip能夠提供可最大限度提高便攜式醫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(wú)線(xiàn)產(chǎn)品，包括低功耗Wi-Fi、藍牙和其他無(wú)線(xiàn)模塊?！　?/p>

                 

　　個(gè)人醫療設備對MCU的需求

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