ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用于監護設備的解決方案及優(yōu)勢
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序言
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/199674.htm現在，在許多人們最關(guān)心的日常事務(wù)中，對健康的關(guān)心排在了靠前的位置。對健康的關(guān)心程度可通過(guò)昂貴的保險費用、降低的生產(chǎn)力甚至雇員的調整直接影響到公司的盈虧。然而，對健康關(guān)心，與比財務(wù)問(wèn)題相比是個(gè)更深層次、更個(gè)人化的問(wèn)題。2/3超過(guò) 65歲的人需要長(cháng)期護理，所需長(cháng)期護理的平均時(shí)間超過(guò)3年，而絕大多數人在某些程度上都有可能受此影響。因此，隨著(zhù)人均壽命的持續提高，高質(zhì)量的長(cháng)期護理就成為了全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。
通過(guò)在病人家中的遠程協(xié)助，自動(dòng)監護系統可幫助增加病人的安全性，改善生活質(zhì)量。很不幸的，現在大多數監護系統仍然要限制病人的自由行動(dòng)。然而，新近的無(wú)線(xiàn)技術(shù)使得病人擺脫醫療器械的束縛，自由行動(dòng)成為了可能，同時(shí)又為護理者提供了更高效的建立護理網(wǎng)絡(luò )的方法。這也使得健康工作者在這個(gè)過(guò)程中監護病人們成為了可能。
長(cháng)期護理
長(cháng)期護理包含了多種改善或維持病人生活質(zhì)量而設計的服務(wù)。當有許多條件可要求長(cháng)期護理時(shí)，高齡是尋求長(cháng)期護理的第一條件。1900年，美國的人均壽命是49.2歲。到1997年，這一數字已增加到了76.5歲 。另外，1999年10％的人口為
老年人（60歲及以上），到2050年，這一數字將會(huì )增加到20％ 。
我們如何在優(yōu)化病人護士比率的同時(shí)增加病人長(cháng)期護理的安全性、改善其生活質(zhì)量？對這個(gè)問(wèn)題的地關(guān)注在病人、家屬、護理提供者及商業(yè)公司中持續增長(cháng)。 2000年，光在美國的救濟所就有平均1，400，000的患者。這些患者的護理要求大相徑庭，18％抱怨護士常駐家中，而10％的患者則生了壓迫性潰瘍（褥瘡）［5］。
圖1，人均壽命
表1，ZigBee技術(shù)與其他無(wú)線(xiàn)協(xié)議的比較
ZigBee技術(shù)和IEEE® 802.15.4
因為長(cháng)期護理是21世紀的問(wèn)題，所以我們用21世紀的方案去解決。對于醫療護理者來(lái)說(shuō)，快速、準確訪(fǎng)問(wèn)患者信息能提高護理質(zhì)量。醫療對策不僅僅局限于患者床邊，護理質(zhì)量往往取決于護理器械之外的與臨床醫生實(shí)時(shí)共享病人生理數據的能力。這意味著(zhù)臨床醫生可以基于實(shí)時(shí)臨床實(shí)驗研究結果，立即給主治醫師提供反饋，同時(shí)還能跟蹤在醫院之外的治療途徑和效果，從而改進(jìn)以后的治療方法。
ZigBee技術(shù)被很快證明能有效應用在這些應用中，用于幫助患者擺脫自動(dòng)監控設備的束縛，獲得更大的自由行動(dòng)能力。通過(guò)提供低成本、低功耗的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，利用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，它就能覆蓋大廈和公共機構。ZigBee技術(shù)可以配置到許多產(chǎn)品中，以幫助確保對患者更好的的護理和更有效的護理跟蹤。
為什么ZigBee能為生命監護提供理想的無(wú)線(xiàn)技術(shù)
一個(gè)用于長(cháng)期護理的ZigBee網(wǎng)絡(luò )包含患者監護系統和與監控中心或護理站通信的類(lèi)似移動(dòng)設備的網(wǎng)絡(luò )組成。無(wú)線(xiàn)監控設備負責通過(guò)網(wǎng)關(guān)反饋數據給監控中心維護數據的服務(wù)器。這些數據可被醫生、護士和其他專(zhuān)職護理人員訪(fǎng)問(wèn)，當有情況改變時(shí)提醒他們注意。無(wú)線(xiàn)監控也為公共機構出于責任和保險需求的目的提供監護跟蹤。
圖2，遠程病人監控系統
圖3，MC13224PiP原理圖
長(cháng)期護理患者所需的遠程自動(dòng)監控系統
遠程自動(dòng)監控系統可分為多種，包括：
患者監控
行動(dòng)監控
安全監控
事件捕捉
患者監控系統通常檢查生命跡象，如心跳速率和體溫，或者疾征兆如血壓和血糖等級。ZigBee可以用來(lái)傳輸數據到網(wǎng)關(guān)，當這些數據中的某個(gè)值超出極限時(shí)提醒監控人員。自動(dòng)監控系統甚至可以設計為執行特殊命令。舉個(gè)例子：監控血糖等級，根據預設間隔值記錄血糖數據。如果血糖等級超出極限值，就自動(dòng)注射胰島素。
圖4，MC1321x家族結構框圖
行動(dòng)監控系統監控每天的行動(dòng)。記錄的數據可用來(lái)分析變化。從每天的運動(dòng)或鍛煉中，用加速度傳感器跟蹤運動(dòng)數據是非常簡(jiǎn)單的。這些數據可與從患者身上采集的信息（如心跳速率）作比較，以確定一定量的鍛煉對身體有多少作用。人體行動(dòng)可以被跟蹤任意長(cháng)時(shí)間，然后與歷史數據相比，以鑒別某種傾向。甚至可以利用行動(dòng)監測系統來(lái)提醒患者做運動(dòng)，或者提醒護理人員患者是否做了運動(dòng)。
圖5，MCF5223x家族系統框圖
安全監測系統以事件提醒或潛在的可能影響患者安全的事件提醒為目標。如：當患者離開(kāi)監測區域，監護者會(huì )收到提醒，并重新定位患者所在區域。
事件捕捉系統記錄患者相關(guān)事件和監護者響應情況。這是重要的健康護理信息，并能保證事件信息和相應行動(dòng)能被快速找回并檢查。
飛思卡爾使得ZigBee技術(shù)能應用于醫療器械
飛思卡爾家族的ZigBee技術(shù)為醫療監護應用的需求提供了完美的低成本、低功耗、高集成度和高性能的解決方案。這些解決方案中包括了系統級封裝（SiP）的8位MC13213，32位ColdFire® 嵌入式控制器和平臺級封裝（PiP）的32位MC13224解決方案。
MC13213 SiP集成了MC9S08GT微控制器（MCU）和MC1320x射頻傳輸器到一個(gè)9×9mm的LGA封裝中。MC13213 SiP系統提供了60K flash和4K RAM。通過(guò)使用適用于MAC的IEEE 802.15.4或ZigBee協(xié)議棧，MC13213 SiP系統就是一個(gè)相當好的需要網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的傳感控制器應用。
ColdFire MCF5223x家族包含了一個(gè)提供32位控制器和以太網(wǎng)接口的單芯片解決方案。它包括一個(gè)10/100快速以太網(wǎng)控制器（FEC）和以太網(wǎng)物理層（EP
HY）以及一個(gè)V2 ColdFire核心，使得它價(jià)位合理并擁有優(yōu)越的性能。MCF52235嵌入式控制器為設計者提供了集成以太網(wǎng)平臺的合適的外設和儲存器大小，大大縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，幫助產(chǎn)品快速上市。
飛思卡爾的第三代MC13224是運用ZigBee技術(shù)的醫療應用的理想平臺。它能為減小產(chǎn)品大小和降低產(chǎn)品成本提供關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)，這對于穿戴在身上的設備來(lái)說(shuō)尤為重要。高度集成的低功耗設計能使電池的續航能力大大增加，而且只需要一個(gè)外接電源和一個(gè)50歐姆的天線(xiàn)即可完成此方案。32位ARM7™核心處理器擁有充足的儲存空間，能在單個(gè)IC上運行ZigBee協(xié)議棧和用戶(hù)應用程序。
飛思卡爾ZigBee解決方案不只包含了芯片本身而已，而且還包括了軟件、開(kāi)發(fā)工具和參考設計來(lái)幫助簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)。飛思卡爾的ZigBee適用的BeeStack™和BeeKit™無(wú)線(xiàn)工具包提供了配置網(wǎng)絡(luò )參數的簡(jiǎn)單軟件環(huán)境。這個(gè)工具使得用戶(hù)可以用向導和下拉菜單來(lái)幫助它們配置ZigBee網(wǎng)絡(luò )參數，而競爭對手的解決方案卻使用戶(hù)不得不通過(guò)改動(dòng)代碼來(lái)配置網(wǎng)絡(luò )參數。
同時(shí)，像MC13224這樣的PiP解決方案簡(jiǎn)化了射頻設計，用戶(hù)則可不必有專(zhuān)門(mén)的經(jīng)驗來(lái)保證設計的魯棒性和最優(yōu)性。所以，飛思卡爾已經(jīng)為客戶(hù)在這方面做了許多工作，搜集了許多參考設計，用戶(hù)可以拿到它們的BOM、印刷電路板文件和原理圖，并可以通過(guò)簡(jiǎn)單拷貝參考設計來(lái)集成到用戶(hù)自己的產(chǎn)品中［6］。提供一個(gè)完整的平臺方案可以幫助用戶(hù)縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間并快速占領(lǐng)市場(chǎng)。
應用實(shí)例：RF Technologies ®
飛思卡爾的客戶(hù)之一，RF Technologies，健康監護方案的先驅。該公司已經(jīng)基于ZigBee技術(shù)開(kāi)發(fā)了許多用于改善健康和患者安全的產(chǎn)品，同時(shí)為監護者提供跟蹤和責任。如：Code Ale公司集成了護理管理方案，其中包括隨身穿戴的緊急掛件式呼叫器，這樣使得患者可以在它們需要幫助時(shí)呼叫監護人員。軟件記錄下呼救，同時(shí)緊急通知將以文字信息或郵件被發(fā)送到系統中的電腦和任一移動(dòng)設備。當監護人員到達幫助患者時(shí)，就可以通過(guò)按下呼叫器上的一系列特殊編碼來(lái)記錄下事件并給系統一個(gè)回應。這能幫助監護人員確定患者已及時(shí)得到照料，并且能提供事件響應時(shí)間和突發(fā)事件場(chǎng)所信息，設備或管理人員就可評估事件責任。
RF Technologies采用了ZigBee技術(shù)的低成本、高可靠性和低功耗的優(yōu)點(diǎn)。商務(wù)發(fā)展副總裁，James Herman說(shuō)：“ZigBee完美地滿(mǎn)足了我們對數據采集、帶寬和通信的需求。沒(méi)有其他規格的產(chǎn)品能提供相同的優(yōu)點(diǎn)，而ZigBee能在我們用戶(hù)的環(huán)境下很好地工作。用戶(hù)同樣也想要一個(gè)這樣的平臺，而且他們對昂貴的并且鎖定單一來(lái)源關(guān)聯(lián)的私有平臺感到厭煩。”
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