如何设计一个有效的远程医疗系统

由MarcelAginée，Mouser Electronics

医疗保健可以深刻个人，患者与医务人员之间的直接接触仍然至关重要。然而，在等式中，医生和护士之间的关系有时会有意义。诸如全球Covid-19大流行的医疗危机加速了远程医疗方法，即使该方法背后的原始想法正在改善远程位置的医疗保健。

技术进步，以及经济压力，普及概念。要开发一个远程医疗系统，我们提出了一种使用这些考虑因素的直接方法：

确定您的设计理念的范围
识别福利和目标组
最终产品的必要基础设施和安全性
功能安全问题
平台和设计生态系统

什么设计？

期限虚拟医疗保健与远程医疗和远程医疗的互换。美国健康资源和服务行政管理和美国卫生和人类服务部将远程医疗定义为远程临床服务，如诊断和监测。与此同时，远程医疗包括预防性和治疗保健递送，包括行政和提供者教育等非临床应用。世界卫生组织将远程医疗描述为涵盖医疗保健的各个方面，包括预防性护理。在欧洲，电子医疗包括远程医疗，电子医疗记录和健康信息技术的其他组成部分。

谁是谁？

云或边缘应用使人工智能（AI）的使用即使对于较小的实践而言也可行。一些医学专业实际上在过去几年中占据了AI技术。最受欢迎的是放射学，其中远程AI平台常规地处理商业供应商和研究设施的成像结果。

诊断本身强烈取决于患者和医学医生之间的关系。AI可以准确诊断许多疾病 - 最臭名昭着的糖尿病和心血管疾病（CVD），其在全世界的前10个死亡原因中排名。为了解决这种高死亡率，正在开发努力整合各种方法获得准确诊断。多年来使用了移动血压，心率监测器和血氧传感器，但多传感器腕带和运动手表的出现已经将这些设备带到了一个新的水平。由设备收集的数据量，例如Apple Watch，是令人叹为观止的。医生在信任1渠道心电图中谨慎（ec）这些设备拍摄，但他们的警报可以建议穿着者寻求彻底的体检。

我需要什么？

虚拟医疗保健需要出色的通信基础设施和理想的宽带连接以及安全软件和硬件。安全是这种数据中的一个重要问题，因此加密对于确保信任至关重要。这种类型的信息将医疗保健系统持有，电子健康记录包括诸如药物剂量，保险信息和其他个人信息的关键数据。

医疗数据的数量每年都在增长。在Covid-19之前，斯坦福大学的研究人员估计每年增加48％。该数字包括关于患者，健康状况和在医院或医生办公室传播的患者的私人信息。这种敏感信息需要患者的高度安全性。

这就是为什么大多数国家都有规则，以保护医疗保健提供者，卫生计划和医疗保健清算所创造，接收，使用或维护的电子个人健康信息。

通常，保障措施如下：

行政的：为个人分配安全责任并实施安全培训。
身体的：通过限制对电子保护的健康信息（EPHI）的访问并使用Off-Site备份来保护电子系统和数据。
技术的：自动化过程，如认证控制和传输期间加密数据。

云和边缘架构具有足够的安全措施可能是有用的，因为临床设施，患者，研究人员和医学从业者之间的医疗数据交换需要转移大量数据。

医疗数据和相关申请必须遵守若干数据规则法，如健康保险便携式和问责法（HIPAA），经济和临床健康（HITECH）的卫生信息技术，以及一般数据保护条例（GDPR）。医疗保健提供者必须确保符合云托管数据，这不是一项简单的任务。

它安全吗？

一旦检查了设备的医疗功能，用户和患者的安全性和患者（谁可以轻松成为同一个人）必须遵循国际指南。电气安全标准适用于医疗器具。

为帮助验证医疗设备的功能和安全，在美国，欧洲等地区建立了电气安全标准。标准在标准，测量和协议中有所不同，包括一般和特定的医疗设备电气安全标准。医疗设备的主要标准是IEC 60601. IEC 60601.1，第3节保护防止电击危害的一般要求。

在本标准中，每个仪器都有一个类：
- I级- 基本绝缘和保护地球涵盖的部分
- II级- 用双层或加强绝缘材料覆盖的部分
- 班级IP.- 内部电源
每位患者施加部分，或患者铅有一种类型：
- B型- 适用于接地
- 键入bf.- 涂层浮（表面导体）
- 类型CF.- 浮动应用部件漂浮，用于直接接触心脏
关于IEC 60601.1的其他重要点包括：
- 使用高达25A（AC）用于保护地球测试
- 漏电流以100％的电源电压测量

介电强度/绝缘测试的性能以110％的电源电压测量。

较新的IEC标准IEC 62353用于医院的医疗设备测试。IEC 62353是开发的，因为IEC 60601.1是一种无风险管理标准的类型测试标准，在医院环境中测试是不切实际的。

IEC 62353在预定的定期测试期间和修复后，在患者使用前对设备进行测试。本标准适用于现场（医院）测试，并没有解决设备设计。在该文件的附件E中，制造商被要求根据风险，典型使用和设备历史提供有关测试间隔和程序的信息。生命支持和其他关键设备的最低测试要求每24个月。

我必须自己做所有事情吗？

数十亿个传感器监控世界各地医院和诊所的患者。即使在Covid-19之前，医疗保健甚至延长了一点，超越了医疗设施和家庭和工作场所。在春天2020中迅速加速到更远程监测，护理和治疗的慢速转变。

公司开发首批响应者，老年人和健身的申请面临着设计和发展观点的挑战和要求。用于收集健康或健身数据的主要产品组是Smartwatches或健身腕带。Apple手表配备了内置的心率传感器，它使用红外和可见光LED和光电二极管。此外，它使用用于检测运动的位置和加速度传感器。其他制造商采用了类似的技术。

Maxim集成的Max86150的Max86150集成光电溶血（PPG）和心电图生物传感器模块是MAX86150集成的。出于发展目的，制造商提供MAX86150.评估成套工具（图1）。可以测量ECG，PPG和同时ECG和PPG。当监视处于活动状态时，模块使用IR接近模式来检测用户的手指，当手指靠近模块时，红色LED将打开。

图1：MAX86150评估套件提供了一种经过验证的平台，可评估MAX86150集成的光电电瓶（PPG）和心电图（ECG）生物传感器模块。（图片：Mouser Electronics）

另一种类型的开发平台可能更接近最终产品是MAXREFDES101健康传感器平台2.0（图2）来自Maxim集成。腕上的平台集成了PPG模数前端（AFE）传感器（MAX86141），生物电向AFE（MAX30001），人体温度传感器（MAX30205）和微控制器（MAX32630），带有电源管理IC（MAX20303）和6轴加速度计/陀螺仪。完整平台包括带有嵌入式心率算法的手表机箱和生物传感器集线器（MAX32664）。算法输出和原始数据可以通过蓝牙流式传输到Android应用程序或PC GUI，用于演示，评估和定制开发。

图2：Maxim MAXREFDES101健康传感器平台2.0是手腕穿戴形状因素的独特评估平台。（图片：Mouser Electronics）

设计Smartwatches和其他可穿戴性的电源电路可能具有挑战性，因为客户的期望，例如更多的功能，更长的电池寿命和更小的尺寸。

这东芝智能手表解决方案提供基于TOSHIBA离散组件的参考设计，选择在较小的包装中获得更多性能。TOSHIBA除了具有富有的功能丰富的集成电路之外，TOSHIBA提供了广泛的组件，如小型MOSFET，二极管和晶体管，如低丢失调节器（LDO）调节器，负载开关和智能EFUSE IC，都设计用于增加可用电路板空间，减少无源电流消耗，确保长时间的电池寿命。

无论最终设计如何，传感器融合是可穿戴健康监视器的关键。开发的良好起点是Mikroe传感器点击板，如心电图6点击，用于制定心电图和心率应用。点击功能Maxim集成MAX86150反射心率监测器和医用级脉冲血管计。该板包含一个集成的心电图，脉冲血管仪，心率监测传感器模块。ECG 6点击适用于健身助理器件，可穿戴设备，智能手机和平板电脑。