解析無(wú)線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)醫療設備的設計思路

無(wú)線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)在很多醫療產(chǎn)品中被委以重任，這也要求無(wú)線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)設計人員在設計過(guò)程中必須遵守一系列標準，包括無(wú)線(xiàn)協(xié)議、電池/充電、人體工學(xué)、安全，等等。

醫療設備用戶(hù)和OEM一直以來(lái)都對無(wú)線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)有興趣。他們的興趣主要是源于：

• 希望將醫療產(chǎn)品無(wú)線(xiàn)化，從而消除醫療產(chǎn)品中可能存在的會(huì )致人絆倒的害人電線(xiàn);

• 希望腳踏開(kāi)關(guān)能比其所控制的醫療設備更自由地選擇放置地點(diǎn);

• 希望消除電線(xiàn)的潛在危害(導致腳踏板發(fā)生故障的最常見(jiàn)的原因通常是手推車(chē)/桌子和電纜繞到了一起)

• 清理/存儲更加輕松

1.無(wú)線(xiàn)設計使得腳踏控制板能有更多的容身之處可供選擇

鑒于這些原因，用無(wú)線(xiàn)腳踏板控制醫療設備逐漸被接受并變得普及，促使OEM要么設計適合使用無(wú)線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)的醫療設備，或者將無(wú)線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)做為售前或售后的選擇。這類(lèi)設計為醫療設備的設計引入了兩個(gè)新的元素。

第一組設計考慮要素圍繞無(wú)線(xiàn)腳踏控制的使用。因此，這一設計考慮要素相對直接，主要考慮：

1. 為所設計的產(chǎn)品選擇安全的無(wú)線(xiàn)協(xié)議

2. 對腳?？刂崎_(kāi)關(guān)選擇供電電池

3. 為了使用方便，需采用的替換/充電技術(shù)

第二組考慮要素圍繞是將無(wú)線(xiàn)接收器放置在其所控制的醫療設備的內部或還是外部。此外還有很多不是很明顯的因素也會(huì )很大程度地影響接收器的設計。其中包括：

• 接收器的放置位置

• 接收器與主設備通信采用的協(xié)議

• 接收器和腳踏控制開(kāi)關(guān)的匹配

• 腳踏控制“狀態(tài)”信息的最優(yōu)使用

恰當的設計選擇可以簡(jiǎn)化安裝，并且能優(yōu)化整體的無(wú)線(xiàn)性能。

無(wú)線(xiàn)協(xié)議的選擇

現在的技術(shù)為OEM提供了一系列可供選擇的無(wú)線(xiàn)協(xié)議，其中包括ZigBee、藍牙、紅外(IR)、無(wú)線(xiàn)寬帶(WLAN)和醫療器械應用的專(zhuān)用協(xié)議。選擇無(wú)線(xiàn)協(xié)議時(shí)主要考慮的因素包括：

• 兼容應用的評估幾險

• 功耗和電源管理

• 響應時(shí)間

• 內在安全性和可靠性

• 成本

低風(fēng)險的應用，如用于捕捉參考圖片的醫療照像機，彩紅外或者ZigBee等非定向協(xié)議就可以充分地滿(mǎn)足需求。與之相對應的，風(fēng)險大一些的應用，如激光類(lèi)手術(shù)設備或高頻外科發(fā)生器，則采用雙向協(xié)議會(huì )要更好一些。后者可以提供有更好的抗干擾能力，更強的加密性(用將腳?？刂崎_(kāi)關(guān)和特定的設備相匹配)，以及具有實(shí)時(shí)確認通信鏈路完整性的能力。

選擇何一類(lèi)型的腳踏控制供電電池，主要由以下因素決定：

• 腳踏控制電子元器件所要求的工作電壓

• 放置電池所要求空間的制約

• 電池更換或充電的頻率。這一點(diǎn)主要受到所選擇的無(wú)線(xiàn)協(xié)議、一次典型使用過(guò)程所消耗的能量以及每天工作次數的影響。

工作電壓要求/空間限制

大多數無(wú)線(xiàn)解決方案要求工作電壓至少為3.6V.因此，電池-化學(xué)選擇將決定所需要電池的數量，以及放置電池所需要的空間。用到的電池越多，就需要留出更大的方便電池更換的出口，與之相對應的問(wèn)題是密封防潮要求。

電池更換/充電技巧

不管使用何種類(lèi)型的電池，容易更換是一個(gè)重點(diǎn)的設計考慮因素，特別是需要用戶(hù)在使用過(guò)程中自行更換電池的情況下。對于需要經(jīng)常更換電池的醫療應用而言，設計的目標是可以在不需要工具的情況下快速更換電池。依據應用的不同，保持電池罩的密封完整性是非常重要的。

若選擇充電電池，那么充電方法就成了主要的設計變量。當前的技術(shù)包括采用醫療級植入在墻內的充電器、通過(guò)充電支架或者擴充口進(jìn)行傳導式充電、感應充電、或者簡(jiǎn)單地用在自主系統充電站充滿(mǎn)電的電池來(lái)更換已經(jīng)放電完的電池。

設計無(wú)線(xiàn)接收器需要考慮的因素

接收器的放置位置是關(guān)鍵。OEM有兩個(gè)位置可用來(lái)放置無(wú)線(xiàn)接收器模塊：放在主系統的上面或外面，或放到內部，集成到醫療設備控制臺內部。不管是將接收器設計成一個(gè)可選附件，或者是做為新產(chǎn)品的一個(gè)組成部分，外部安裝的接收器都要求采用凸凹不平的封裝，以便讓這些電子設備能夠方便地附著(zhù)在醫療設備上。設計人員必須考慮：

• 選擇一個(gè)不會(huì )影響腳踏控制(發(fā)送器)和接收器的通信的位置用于放置接收器。

• 如何將接收器附著(zhù)在主設備上，如裝入式、磁性固定，用螺絲固定等。

• 通過(guò)接收器連接器，利用主系統為接收器提供電源(通常通過(guò)主系統接收器輸入連接器的某個(gè)針腳來(lái)供電)

板級接收器可以在工廠(chǎng)生產(chǎn)時(shí)直接和醫療設備集成，或用于現場(chǎng)升級。

內置接收器可以由一塊與主系統電路相匹配的PC板組成，也可以是一個(gè)能夠迅速被安裝好的已封裝好的(帶外殼)單元。因此，設計人員必須考慮：

• 可能會(huì )影響內置接收器尺寸要求的空間限制。

• 或者在最初始生產(chǎn)時(shí)將接收器直接集成到主設備的內部，或者將接收器做為分式器件，在系統最后組裝的時(shí)候再與主設備連接。

• 若是使用分立式器件，那么應該如何對這些電子元器件供電

• 可能影響內置接收器尺寸要求的空間限制。

內部接收器模塊的成本通常要低一些，因此它們不需要外殼、固定件，或電纜(從接收器外殼連接至腳踏開(kāi)關(guān)輸入連接器或匹配母連接器)。

4.可以選擇完全封閉的帶狀態(tài)指示LED的接收器模塊。

接收器信號協(xié)議

醫療設備設計人員在設計無(wú)線(xiàn)踏開(kāi)關(guān)時(shí)有很多協(xié)議可以選擇。接收器可以向給主設備遞交控制信號以及其它被傳送的數據，如電池充電狀態(tài)、已經(jīng)歷了幾次充電周期、腳踏開(kāi)關(guān)識別信息，等等。

接收器可以將接收到的數據采用不同的協(xié)議格式傳輸給主設備。這些協(xié)議格式包括但不限定于：RS-232系列、I2C、USB、或只是用于各種受控功能(如，速度或功率)的離散接觸閉合和/或仿真電壓或電流。與腳踏開(kāi)關(guān)供貨商緊密合作就可以研發(fā)出易于集成的最佳接口。

配對

與系繩并專(zhuān)門(mén)用于控制與之相連的醫療設備的有線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)不同，無(wú)線(xiàn)單元(理論上)有能力控制帶有特定接收器的所有設備。因此，確保無(wú)線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)只與特定的需要使用的設備進(jìn)行通信控制是非常有必要的。通過(guò)開(kāi)發(fā)安全可靠的配對傳輸(腳踏和其接受器)技術(shù)，無(wú)線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)迅速被普遍接受。

配對，即將腳踏控制開(kāi)關(guān)與特定受控設備相結合，可以通過(guò)很多種途徑來(lái)實(shí)現。目前的技術(shù)包括：

1.在腳踏開(kāi)關(guān)和目標接收器之間引入專(zhuān)用的IR通道來(lái)實(shí)現配對。典型的過(guò)程就是，通過(guò)建立握手協(xié)議,這樣接收器就能接收并存儲腳踏開(kāi)關(guān)的獨特身分(比如其型號或序列號)，使驅動(dòng)腳踏開(kāi)關(guān)能夠被目標接收器感知。在建立握手之后，接收器將僅識別來(lái)自其配對伙伴的指令。

2.通過(guò)腳踏開(kāi)關(guān)的無(wú)線(xiàn)RF鏈路，建立和控制目標的鏈接。通常是讓接受器處在配對模式，與此同時(shí)激活腳控踏的一個(gè)或者多個(gè)控制功能，從而實(shí)現腳踏開(kāi)關(guān)與相對應控制設備的配對。

3.使用配對電纜。通過(guò)將腳踏開(kāi)關(guān)插入接收器系統配對，此首次啟動(dòng)將便能配對過(guò)程。一旦配對成功，就可以將配對電纜收起來(lái)用于后續配對不同/更換腳踏控制開(kāi)關(guān)，或用作替補電纜，使腳踏控制開(kāi)關(guān)可以以硬線(xiàn)(非無(wú)線(xiàn))模式。

4. 對于大多數應用來(lái)說(shuō)，配對被限定在一個(gè)接收器配對一個(gè)腳踏控制開(kāi)關(guān)。然而，對于有些特定應用，可以將兩個(gè)腳踏與一個(gè)醫療設備進(jìn)行配對。舉一個(gè)這類(lèi)方案的例子就是，有兩個(gè)外科醫生同時(shí)進(jìn)行同一臺手術(shù)。在此情況下，程序通常一次只能識別一臺腳踏開(kāi)關(guān)，并且同時(shí)會(huì )忽略來(lái)自另一個(gè)配對設備的所有信號，直至系統程序允許它進(jìn)行配對為止。

考慮到方便現場(chǎng)替換和不犧牲系統的安全性， 配對技術(shù)的多樣化允許設計人員靈活地將類(lèi)似腳踏控制開(kāi)關(guān)用于同一臺醫療設備。

4.無(wú)線(xiàn)操作可以滿(mǎn)足最復雜的腳踏控制開(kāi)關(guān)要求。

若在設計早期就充分考慮放置位置、通訊協(xié)議和配對等因素，就可以使無(wú)線(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)或者無(wú)線(xiàn)手控系統能夠：

• 充分地利用無(wú)線(xiàn)控制系統的每個(gè)潛在優(yōu)勢

• 有助于簡(jiǎn)化現場(chǎng)服務(wù)

• 確保無(wú)線(xiàn)控制單元的最佳性能

• 最大程度地利用信息框架里提供的非控制信息：如腳踏控制開(kāi)關(guān)的身份識別、電池充電狀態(tài)、傳送異常、充電次數，等等。

• 以最低成本實(shí)現