由Sanjay Pethadia，系统工程师，医疗部门，系统工程和营销德州仪器
医疗保健继续发展到自我治疗，远离人物预约。除了帮助减少身体接触之外，新技术还给了一般人群前所未有的自我监控和远程治疗的医疗保健工具。无论是向老龄化人口提供流动性，有助于传染病遏制，减少应急响应时间，或向农村提供医疗保健，远程健康在这样的时间内变得非常宝贵。
在本文中，我将描述最新的技术发展，这极大地影响了远程医疗和远程医疗行业，以及医院和家庭的相关设计挑战。这些挑战包括如何感知生命体征，最大限度地减少功耗，提高准确性和可靠性，提高连接和挤压功能到尺寸约束的应用中。
解决生物传感应用中的设计挑战
生物传感和可穿戴医疗设备的设计通常非常复杂。图1显示了如何在不同地点无线监控多个病人，并在医院护士站的监视器上显示他们的生命体征。因为用例可能因患者而异，所以设计复杂性也会增加功耗、大小和连接性。
模拟前端（AFE）器件 - 这有助于将数字电子器件连接到医疗应用中使用的噪声，时间和光敏传感器 - 显着影响脉冲血管计和心率监测器等远程健康终端设备。AFE设备有助于管理与医疗应用相关的典型挑战，包括患者监控系统的可靠性，可穿戴设备的功耗以及非标准外围设备的灵活性。
生物传感AFEs支持心率监测和变异性，外周血管氧饱和度(SpO)2），助听器和光学压力测量以及许多其他生物传感功能。AFE4400如AFE4400的原点与片上光学和诊断完全集成，用于感测和LED故障检测，提高脉冲氧化系统的可靠性。高度可配置的定时控制器，用于非标准连接和超低功耗功能，可在正常和待机操作期间实现低静电电流，使余量适合紧凑，电池供电的可穿戴电子产品和光基测量和监控。
除了脉搏血氧测定，可穿戴温度斑块是患者温度监测应用中的新兴趋势。鉴于体温可以帮助揭示风险患者的医疗状况，这些补丁对那些需要持续远程监控的人越来越受欢迎，并以相当合理的价格提供。对医疗诊断进行的温度测量必须符合美国的测试和材料的最大误差值，并且满足这些值需要几个设计考虑因素。例如，减少误差值的一种方法是在隔离其他环境热源的同时进行良好的热接触。
图2显示了生命体征监护仪的多参数前端参考设计，一种电池供电的多级数钟患者监测设计，用于测量心脏的电气活动Spo等生命体征2，或呼吸。该系统采用多个余量和温度传感器来精确测量脉冲特性，电活动和皮肤温度（±0.1O.c）同时提供与起搏器检测应用的步伐检测模块的连接。尽管使用高度可编程的模数和波动信号由于电极的性质和波动的光信号而需要可配置的增益和数据速率，但是使用高度可编程的模数可以帮助管理生物异常，但是对于生物传感应用程序来说是常见的。
功率优化
因为它们设计用于连续测量和监控，便携和可穿戴患者监视器通常是电池供电，使电池寿命成为产品之间的差异化器。电池供电的系统需要仔细分区，智能使用小空间，高效的功耗。患者和医生希望更小的包装中更有效的功能，并在充电之间的时间更长 - 这是电池的高度秩序。
设计人员可以使用低功耗的微控制器（MCU）和模拟IC，但除非优化电源管理，否则它们不会利用设计中的大部分最新技术。电源架构必须尽可能高效，并且具有扩展的电池运行时间。
对于包含MCU的电池供电设计，利用诸如睡眠、休眠和关机等省电功能可以帮助极大地延长电池寿命。唤醒时间和待机功耗在无线连接中也起着至关重要的作用。
除了数字省电选项外，设计人员还必须考虑稳压器或DC / DC转换器等模拟电源管理组件，以最大限度地提高效率，并在未使用和选择电池类型并优化其充电型材时将负载开关结合到禁用外围设备。
船模式使用多个组件在货件和保质期内延长电池寿命，如可穿戴物品。例如，TPS22916负载开关可以充当与主电子设备分开的非侵入性电路，最大限度地减少泄漏并通过专用于MCU引脚或通过Abutton的通用输入/输出信号从系统断开电池。图3.演示了这个电路的简单性。
除了在运输和储存期间的电源管理外，使用燃料仪表IC，还有很大改善了电池寿命监测，报告和预测，这是具有成本效益的，提供超低功耗功能。
远程监控系统的连接技术
除了电源外，连接是患者监控系统和远程保健器件的另一个关键方面。具有高分辨率可视化和读数的患者监视器需要清晰和清洁的显示器可能需要高速或双核处理。
虽然更快的处理对显示很有用，但围绕无线连接存在一些主要挑战，如实时生命体征显示的延迟和高数据速率要求。无线模块，如TI的WILINK 8设备系列包含双带Wi-Fi®，蓝牙®或两者的组合（图4.）;这些模块适用于具有高达100 Mbps的吞吐量的应用，并补充Sitara处理器。它们提供企业级Wi-Fi安全，Wi-Fi保护3和联邦信息处理标准140-2来自美国政府的认证。
设计无线连接(特别是可穿戴设备)的另一个挑战是与无线电传输相关的高功率使用，以及在小型应用中管理庞大的无线电模块。
数据安全
无线医疗传感器补丁和病人监视器需要一流的安全性。患者数据是专有信息，数据盗窃是一个严重的威胁。
已经有一些安全措施旨在保护知识产权(IP)和患者与医生之间发送的数据。这些措施应该防止攻击和保护数据传输，不仅在处理和转换为显示的生命体征参数时，而且在传输期间。这就是所谓的空中安全。
虽然AFE具有优化的形式因素的设备，多式联传感和功耗具有设计工程师，用于开发远程医疗应用的高度有用的工具和组件，组合MCU /无线电设备和多核处理器还支持高吞吐量，连续的远程应用程序数据流对患者可视化和读出的读出，如在护士站上显示连续的重要标志。
结论
随着生物医学设计师解决挑战，以更实惠的价格、更小的尺寸、但有了连通性，向市场提供更好的无线患者监视器和贴片，医疗界将迅速发展。从发达国家的医院到发展中国家的远程医疗中心，再到战场上受伤士兵的分诊，可穿戴设备将改变医疗保健格局，帮助提供更好的护理。
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