• 08-212020
  • 无线医疗设备-超低功耗射频技术详解 <<返回

      无线医疗配置能普及患者的称心度和以前未所未有的式样对患者实行监测。但最先,对功耗加以优化尤为紧张。

      无线配置曾经转换了咱们的事务和息闲境况―它们也或者同样转换咱们的医疗步骤。无线配置一个意思的利用是无线传感器节点,后者能够用来监测心率、脑电波、体温、血压和其它人命体征。

      目前,重症监护病房已利用人体传感器来监测病人和正在病人的病情爆发蜕变时指挥医师。传感器通过电缆结合到电脑。固然正在这种处境下这不算基本性题目,然则无线传感器节点或许让病院和其它地方的门诊病人从中受益是显而易睹的事。

      目前,实行睡眠监测试验的患者必需戴上通过一束电线结合到电脑的传感器,这会让患者感觉不舒坦。钻探机构IMEC和霍尔斯特中央开拓了一款头巾式无线监控体例,该体例有五个集成式传感器,能采撷和传送做有用睡眠测试所须要的所罕有据(图1)。

      这个装配能改革患者正在病院实行睡眠测试进程中的称心度,而且省去了电缆。荷兰睡眠失调中央Kempenhaeghe已竣事的测试讲明,这款无线监控体例能像有线体例相通有用地运转。能够设念:正在不太远的改日,病人去看医师时拿到一个睡眠测试帽,然后正在家即可竣事测试。再由睡眠失调专业医师长途剖判结果。

      一朝无线传感器节点成为主流,将会有巨额的新利用显示。传感器节点能够被集成到诸众产物中,征求毛毯、汽车座椅和衣服等。比方,集成有脑电图传感器的棒球帽能够接连地衡量癫痫病人的大脑勾当(图2)。衬衫也能够兼作心电图监测仪。无线传感器节点有无穷种用处。

      要完毕咱们所设念的无线传感器节点,仍须要实行巨额钻探和开拓。个中一个困难与功耗相合。因为节点不是有线结合到电网的,因而必需利用电池。而电池的尺寸应尽或者小,以完婚集成到衣服中的微型体例。倘若小尺寸不是第一推敲身分,那么把低落功耗意味着配置能援救更长时刻的自立性或援救其它更众成效,而对植入式传感器节点而言,电池能长功夫利用是必须的。

      IMEC和霍尔斯特中央正正在开拓一款心电图绑带,该产物像运发动所用的守旧心脏监测带相通利用。这款带子不但能监测心跳,还能够纪录和传送完好的心电图。该配置可供有心脏病的户外勾当喜爱者万分便利地利用,或正在竞技勾当中利用(这款带子曾经正在布鲁塞尔马拉松里实行过测试)。主意困难正在于要将体例小型化和完毕足够程度的自立性。按照利用的分别,或者是要能利用几天或永世性利用。最终标的是要将这款电子心脏专家集成到一个小盒子中,而这个小盒子要能附着正在一条带子上(图4),或者能嵌入到一件衬衫里则更好。

      功耗可通过反省传感器的孤独尺度构件来预算心电图传感器节点的功率:传感和读取单位、无线通信、数字信号管束器(DSP)和供电单位。显着,节点中最耗电的是射频芯片,射频芯片担负传感器数据的无线)。一样,完毕无线通信成效所消耗的功率占总功率预算的50%至85%。

      一个数字信号管束器(DSP)。本质上,DSP相当于一台微型盘算推算机,若有须要,它能网罗所罕有据,实行少少盘算推算并做出决策(比方,倘若血糖程度大于X,则打针y微升的胰岛素)

      由电池和电源约束电途构成的电源。对某些利用而言,能够扩大能源网罗配置,如,太阳能电池或振动能转换器。

      当你翻开电费帐单,涌现电视用电最众的时辰,你会何如做?是去买一台节能型LED电视仍然缩短电视的收看时刻?IMEC和霍尔斯特中央的钻探职员对传感器节点无线接纳了似乎的战略。

      IMEC和霍尔斯特中央开拓了几类超低功率(ULP)射频技巧,每类技巧针对一类分别的利用。这三种射频架构能援救从高到低的数据速度。详明实质睹下文。

      开拓出的第一项技巧―基于脉冲的超宽带(UWB)射频技巧,它是低功耗和中速数据传送(100千字节/秒~20兆字节/秒)的怪异组合。超宽带(UWB)射频实用于传感器数据与流媒体相连接的利用:有两个利用例子,个中一个利用是一款或许与MP3播放器实行通信的心搏带(留意率正在慢跑功夫加快时,播放节拍削弱的音乐),另一个利用是与MP3播放器实行无线通讯的助听器。倘若将ULP UWB无线射频技巧和监测带、助听器和MP3播放器相连接,那么体例功耗小于5毫瓦且具有极佳抗作梗材干。比拟用于中速数据传送的贸易低功耗无线射频,UWB射频体例的功耗低落了五倍。UWB 无线 ? GHz ISM频段同类逐鹿蓝牙配置,它要少良众作梗题目。

      UWB射频又有一个用途:定位。无线射频信号遮盖很广,能够通过雷达这类式样确定配置所正在场所。能正在不须要根底步骤或三角衡量(要取得无误定位起码须要三台配置)的条目下定位一台配置, 这正在很众利用都是一种怪异成效。目前,仍须要利用众项技巧才略完毕内部定位。

      第二类架构是一类窄带BAN射频(图6),适合于低速数据传送(64,128,256,512和1024KB /秒),其功耗以至比UWB射频还要低。该技巧针对佩带正在身体上的传感器节点实行了优化。正在数据传送速度为1Mb/秒的处境下,其摄取功耗为1mW,传送功耗为0.9mW,没有占空比。而假使采用Zigbee或其它技巧,则体例的功耗会普及10到100倍。窄带BAN事务正在2.4GHz ISM或850~950UHF射频波段。

      第三种可选技巧―叫醒射频―针对极低数据传输速度和超低功耗(一连续事务时为60微瓦)而开拓。该射频技巧能够和守旧射频技巧并行事务,正在须要摄取或发送数据时翻开开合。通过事务正在这种式样省电。比方,手机上具有蓝牙成效的射频组件会络续寻找蓝牙配置,云云会耗费很大功率。通过将蓝牙射频组件和叫醒射频组件相连接,后者能够正在它须要结合到另一个蓝牙配置的时辰启动蓝牙无线。一个潜正在的医学利用是,将其用于完毕须要按期传送数据到医师电脑的植入式传感器。

      另一个低落无线传感器节点功耗的步骤是节减必需传送到人体主旨配置或条记本电脑的数据量。能够通过正在节点内当地管束一部门数据和发送少量经由管束的数据,而非传送巨额的原始传感器数据来做到这点。其它一个所长是,病人能实时获取反应。

      与人们的预测相反,当用通用微限定器推行当地管束时,传感器节点的功耗会扩大。射频组件的功耗会低落,因由是它没有太众的数据要发送,而商用微限定器的功耗猛曾,因由是它没有针对这类管束做优化。基于这个因由,IMEC和霍尔斯特中央开拓了一款专用超低功耗DSP,它针对脑电图、心电图、眼电图及肌电图等心理参数做了优化。

      通过拔取无误的ULP 尺度模块,可显着低落无线医疗配置的功耗。本文概述了两种战略:

      1.扩大超低功耗射频(UWB、BAN或叫醒射频,针对中-低数据传输速度)能够将功耗节减10倍。

      2.扩大ULP DSP将功耗低落10倍,有些当地管束正在配置或传感器节点内竣事。

      将ULP射频和超低功耗DSP战略相连接,能使心电图贴片的功耗低落18倍,让咱们更进一步亲切遍及利用的人体佩带自立传感器。