醫療信息通信設計和人體域網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展介紹

前言

　　在醫療和保健領(lǐng)域，人體植/侵入式或配帶式超低功耗和小型化無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片與傳感器大量使用，必將推動(dòng)人體域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )(BAN)迅速發(fā)展，為醫療信息通信提供一個(gè)必要的平臺，實(shí)時(shí)地傳送人體的生理參數，實(shí)現遠程診斷和治療。例如，日本政府正在實(shí)施一個(gè)“u-Japan”計劃，旨在建立一個(gè)獨特的ad-hoc網(wǎng)絡(luò )，用于安全又可靠的醫療服務(wù)。

　　醫療信息通信技術(shù)(ICT)將充分借助和涉及現有眾多的高新技術(shù)，諸如傳感器網(wǎng)絡(luò )、網(wǎng)絡(luò )機器人、RFID以及基于超寬帶(UWB)、軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SRD)與多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)的先進(jìn)移動(dòng)通信系統;進(jìn)一步研發(fā)超低功率放大器、軟件結構RF以及片上天線(xiàn);此外，封裝技術(shù)對經(jīng)久耐用的植/侵入式器件也是至關(guān)重要的。

　　下面主要介紹體內植/侵入式無(wú)線(xiàn)收發(fā)器和數字電子疹診療貼的設計，介紹人體域網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展情況。

體內植/侵入式器件無(wú)線(xiàn)通信

　　Zarlink Semiconductor公司致力于開(kāi)發(fā)植/侵入式半導體芯片和體內通信，它的超低功耗收發(fā)器ZL70101用于鏈接植/侵入式醫療器件和監測設備的遙測系統。新一代采用0.18?m RFCMOS工藝并具有新型無(wú)線(xiàn)結構和調制技術(shù)的70102亦即將面世。據該公司報道，ZL70101已用于診斷用藥丸式攝像機中，拍攝圖像，并按每秒4幀、2.7Mbps數據速率傳送至記錄儀。發(fā)射時(shí)消耗5.2mW功率，設計工作時(shí)間超過(guò)8小時(shí)。

　　ZL70101(圖1)是一個(gè)超低功耗無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，為醫療植/侵入式應用提供高性能半雙工RF通信鏈接。高集成度器件包括10個(gè)MICS信道與2個(gè)ISM信道400MHz收發(fā)器和提供器件控制和RF消息編譯的媒體接入控制器(MAC)，和一個(gè)標準SPI接口提供方便的連接。一個(gè)備選的2.45GHz ISM帶接收器提供附加的喚醒功能。它采用Reed-solomen編碼方案，結合CRC誤碼檢測以達到十分可靠鏈接。對數據塊，最大誤碼率(BER)小于1.5×10-10。

圖1 ZL70101方框圖

　　ZL70101收發(fā)器既可用于植/侵入式設備，也可用于基站。鑒于兩個(gè)系統對功耗有不同的要求，收發(fā)器定義了兩種基本的啟動(dòng)工作方式：

植/侵入式醫療設備(IMD)方式：在此方式，收發(fā)器通常處于休眠狀態(tài)，也就是處于極低電流狀態(tài)。使用時(shí)，IMD可通過(guò)2.45GHz鏈路喚醒，或通過(guò)IMD處理順直接用WU-EN引腳喚醒。

基站方式：在此方式，可增加一些外部元件以求獲得最佳的性能，如圖2。

圖2 ZL70101外接元件圖

　　為了方便用戶(hù)使用，該公司還推出了ZLE應用開(kāi)發(fā)套件(ADK)。配置了植/侵入式應用中間件(AIM100)板與基站中間件BSM100)板。前者包括ZL70101收發(fā)器，用了正常數據傳輸和喚醒操作的分立電路、通過(guò)工業(yè)標準SPI總線(xiàn)連接的應用微控制器、以及接口至PCB基環(huán)天線(xiàn)的SMA連接器;后者在前者的基礎上，增添了喚醒發(fā)射子系統和執行清除信道接入(CCA)的接收信號強度指示器。此外，還配置了使性能更佳的雙帶天線(xiàn)。套件還配置了應用開(kāi)發(fā)平臺(ADP100)板，使計算機可通過(guò)USB2.0接口至AIM100板或BSM100板。

數字電子診療貼

　　當加拿大Zarlink公司致力于人體網(wǎng)絡(luò )的體內通信時(shí)，英國的Toumaz Technology公司另辟蹊徑，提供一個(gè)體外通信的解決方案，稱(chēng)為Sensium數字電子診療貼。顧名思義，電子貼與傷口貼一樣能粘貼在人體的表皮上，不同的是，它是一個(gè)高集成度、超低功耗傳感器接口和收發(fā)器平臺(圖3)，內置可重構的傳感器接口、帶8051處理器的數字積木塊、RF收發(fā)器和片上溫度傳感器。一個(gè)或多個(gè)啟用Sensium數字電子電子貼連續地監測人體的重要生理參數，并報告給插入PDA或智能手機中的Sensium基站。

圖3 數字電子診療貼