無論是為老齡化人口提供移動性、幫助控製傳染病、縮短緊急響應時間或向農村地區提供醫療服務
，在這樣的時代，遠程醫療都已變得十分重要。

 

zaibenbaipishuzhong
，wojiangjieshaoduiyuanchengyiliaoxingyechanshengzhongdayingxiangdexinjishufazhan，haihuijieshaoyiyuanhejiatingmianlindexiangguanshejitiaozhan。zhexietiaozhanbaokuoruheganzhishengmingtizheng、盡可能降低功耗

、提高準確性和可靠性、改善連接性，以及在尺寸受限的應用中集成多種功能。

 

內容概覽

 

本白皮書介紹影響遠程醫療行業和相關設計挑戰的技術發展。

 

1 生物傳感

 

與生物傳感和可穿戴醫療設備相關的設計非常複雜。

 

2 電源優化

 

便攜式和可穿戴式患者監護儀通常都是由電池供電，電池壽命便成為了差異所在。

 

3 連接 

 

連接性是患者監測係統和遠程醫療保健設備的一個關鍵方麵。

 

4 數據安全性

 

患者數據是專有信息，數據盜竊是一個嚴重的威脅。

 

解決生物傳感應用中的設計挑戰

 

與生物傳感和可穿戴醫療設備相關的設計通常非常複雜。下一頁上的圖 1 顯(xian)示(shi)了(le)如(ru)何(he)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)方(fang)式(shi)監(jian)控(kong)不(bu)同(tong)位(wei)置(zhi)的(de)多(duo)個(ge)患(huan)者(zhe)

，在(zai)醫(yi)院(yuan)護(hu)士(shi)站(zhan)的(de)監(jian)視(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)示(shi)他(ta)們(men)的(de)生(sheng)命(ming)體(ti)征(zheng)。由(you)於(yu)每(mei)個(ge)患(huan)者(zhe)的(de)用(yong)例(li)都(dou)不(bu)同(tong)，在(zai)功(gong)耗(hao)
、尺寸和連通性方麵，設計的複雜性也在增加。

 

圖 1.適合多個患者的無線生命體征監測。

 

模擬前端 (AFE) 器件（協助將數字電子產品與醫療應用中使用的噪聲
、時間和光敏傳感器連接起來）對遠程醫療終端設備（例如，脈動式血氧計和心率監測器）產生了重大影響。AFE 器件有助於應對與醫療應用相關的典型挑戰，包括患者監護係統的可靠性、可穿戴設備的功耗以及非標準外圍設備的靈活性。

 

生物傳感 AFE 支持心率監測和變異性
，外周毛細血管血氧飽和度 (SpO2)
、助聽器和光學血壓測量
，以及許多其他生物傳感功能。AFE4400 等 AFE 與用於傳感和 LED 故gu障zhang檢jian測ce的de片pian上shang光guang學xue元yuan件jian和he診zhen斷duan程cheng序xu完wan全quan集ji成cheng在zai一yi起qi

，從cong而er提ti高gao了le脈mai動dong式shi血xue氧yang計ji係xi統tong的de可ke靠kao性xing。用yong於yu非fei標biao準zhun連lian接jie的de高gao度du可ke配pei置zhi時shi序xu控kong製zhi器qi以yi及ji在zai正zheng常chang和he待dai機ji運yun行xing期qi間jian能neng夠gou實shi現xian低di靜jing態tai電dian流liu的de超chao低di功gong耗hao特te性xing，使shi得de AFE 非常適合緊湊
、電池供電的可穿戴電子設備和基於光學的測量和監測。

 

除chu了le脈mai動dong式shi血xue氧yang計ji，可ke穿chuan戴dai式shi溫wen度du貼tie片pian是shi患huan者zhe溫wen度du監jian測ce應ying用yong中zhong的de新xin興xing趨qu勢shi。鑒jian於yu體ti溫wen可ke以yi幫bang助zhu揭jie示shi高gao危wei患huan者zhe的de健jian康kang狀zhuang況kuang，對dui於yu那na些xie需xu要yao持chi續xu遠yuan程cheng監jian測ce的de人ren來lai說shuo
，這zhe些xie貼tie片pian越yue來lai越yue受shou歡huan迎ying，而er且qie價jia格ge也ye相xiang當dang實shi惠hui。為wei醫yi學xue診zhen斷duan目mu的de而er進jin行xing的de溫wen度du測ce量liang必bi須xu符fu合he美mei國guo測ce試shi與yu材cai料liao協xie會hui的de最zui大da誤wu差cha值zhi，而er滿man足zu這zhe些xie值zhi需xu要yao考kao慮lv一yi些xie設she計ji因yin素su。例li如ru，減jian小xiao誤wu差cha值zhi的de一yi種zhong方fang法fa是shi在zai隔ge離li其qi他ta環huan境jing熱re源yuan的de同tong時shi進jin行xing良liang好hao的de熱re接jie觸chu。德de州zhou儀yi器qi (TI) 優化了高精度、低功耗TMP117M 數字溫度傳感器，以便更大限度地減少自發熱
；該傳感器采用超薄型小外形尺寸無引線封裝，使其可以用於皮膚 IC 熱傳遞。如需了解更多信息，請閱讀我們的博客“可穿戴溫度監測係統的設計注意事項”。

 

圖 2 顯示了多參數患者生命體征監護儀前端參考設計，這一多參數患者監測設計由電池供電

，用於測量心髒電活動、SpO2 或呼吸等生命體征。此係統使用多個 AFE（AFE4403 和 ADS1292R）和 TMP117 溫度傳感器，以便準確地測量脈衝特性
、電氣活動和皮膚溫度 (±0.1°C)，tongshitigongyongyuqiboqijianceyingyongdeqibojiancemokuaidelianjie。jinguanyouyudianjidetexingheguangxinhaodebodong
，shengwuchuanganyingyongtongchangxuyaokepeizhidezengyiheshujusulv

，danshiyonggaodukebianchengdemoshuzhuanhuanqi（例如

，ADS1292R）有助於管理生物電勢。

 

圖 2.多參數前端參考設計。

 

電源優化

 

由(you)於(yu)便(bian)攜(xie)式(shi)和(he)可(ke)穿(chuan)戴(dai)式(shi)患(huan)者(zhe)監(jian)護(hu)儀(yi)旨(zhi)在(zai)持(chi)續(xu)測(ce)量(liang)和(he)監(jian)測(ce)
，因(yin)此(ci)它(ta)們(men)通(tong)常(chang)都(dou)是(shi)由(you)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)
，這(zhe)就(jiu)使(shi)得(de)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)成(cheng)為(wei)各(ge)產(chan)品(pin)的(de)差(cha)異(yi)所(suo)在(zai)。電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)細(xi)致(zhi)的(de)劃(hua)分(fen)、巧妙地利用小空間和降低能耗。患者和醫生希望在更小的封裝中更有效地提供更多功能，並且希望充電間

 

設計人員可以使用低功耗微控製器 (MCU) 和模擬IC

，但除非優化電源管理，否則他們將無法利用設計中的大多數新技術。電源架構必須盡可能高效，並且可延長電池使用壽命。

 

包含 MCU、利用省電功能（例如
，睡眠、休眠和關機）的電池供電設計可以幫助大大延長電池壽命。喚醒時間和待機功耗對於無線連接也起著至關重要的作用。

 

除了數字節能選項之外，設計人員還必須考慮使用模擬功率管理組件（例如，穩壓器或直流/直流轉換器）以更大限度地提升效率
，並結合負載開關以在不使用時禁用外圍設備，以及選擇電池類型和優化其充電曲線。

 

運輸模式在運輸過程中使用多個組件來延長電池壽命

，以及延長電池供電電子產品（例如，可穿戴設備）的貨架期。TPS22916 負載開關可充當獨立於主電子元件的非侵入性電路
，盡量減少泄漏，並通過專用於 MCU 引腳的通用輸入/輸出信號或通過按鈕將電池與係統斷開連接。圖 3 顯示了該電路的簡單性。

 

圖 3. 在運輸模式中使用 TPS22916。

 

因為使用具有成本效益的電量計 IC 和提供超低功耗功能，除了運輸和存儲過程中的電源管理之外
，電池壽命監測、報告和預測也有了很大的改進。許多電量計 IC 采用超小型球柵陣列封裝，包含預編程的化學配置文件
，以便使用 TI 的 ImpedanceTrack™ 技術算法來跟蹤電池容量、充電狀態和電壓。

 

遠程監測係統的連接技術

 

除chu了le電dian源yuan之zhi外wai，連lian接jie性xing是shi患huan者zhe監jian測ce係xi統tong和he遠yuan程cheng醫yi療liao保bao健jian設she備bei的de另ling一yi個ge關guan鍵jian方fang麵mian。需xu要yao高gao清qing晰xi顯xian示shi以yi及ji高gao分fen辨bian率lv可ke視shi化hua和he讀du數shu的de患huan者zhe監jian護hu儀yi可ke能neng需xu要yao高gao速su或huo雙shuang核he處chu理li。Arm 處理器（例如，Sitara™ 技術ARM® Cortex®-A 係列）為高端患者監護儀中的用戶界麵提供支持。例如
，AM3358 處理器包含可擴展 Arm Cortex-A8 核心和 3D 圖形顯示能力。

 

雖然更快的處理對於顯示很有用
，但是在無線連接方麵存在一些主要的挑戰，例如實時生命體征顯示的延遲和高數據率要求。TI 的 WiLink™ 8 技術器件係列等無線模塊包含雙頻段 Wi-Fi®
、Bluetooth®或二者的組合（圖 4）；這些模塊適用於吞吐量高達 100Mbps 的應用，是 Sitara 處理器的補充。

 

圖 4. WiLink Wi-Fi 和藍牙組合技術。

 

它們提供企業級 Wi-Fi 安全、Wi-Fi 保護訪問 3 和美國政府提供的聯邦信息處理標準 140-2 認證。設計無線連接（尤其是可穿戴設備）的de另ling一yi個ge挑tiao戰zhan是shi與yu無wu線xian電dian傳chuan輸shu相xiang關guan的de高gao功gong率lv使shi用yong，以yi及ji緊jin湊cou型xing應ying用yong中zhong的de大da型xing無wu線xian電dian模mo塊kuai的de管guan理li。支zhi持chi藍lan牙ya技ji術shu的de高gao精jing度du皮pi膚fu溫wen度du測ce量liang柔rou性xing PCB 貼片參考設計（圖 5）展示了高精度溫度傳感 (±0.1°C) 如何與2.4GHz 無線電頻率收發器以及在小型靈活印刷電路板 (PCB) 上運行完整藍牙堆棧的低功耗、無線MCU 結合在一起
，用於可以遠程報告溫度的電池供電溫度計貼片應用。支持藍牙技術的 PCB 貼片參考設計中包括的 CC2640R2F 等超低功率 MCU可以幫助優化低功耗傳輸和待機或關機狀態，並縮短喚醒時間。

 

圖 5. CB 貼片參考設計。

 

數據安全性

 

無線醫療傳感器貼片和患者監護儀需要出色的安全性。患者數據是專有信息，數據盜竊是一個嚴重的威脅。

 

目前已經有數種安全措施旨在保護知識產權 (IP) 以(yi)及(ji)患(huan)者(zhe)與(yu)醫(yi)生(sheng)之(zhi)間(jian)發(fa)送(song)的(de)數(shu)據(ju)。這(zhe)些(xie)措(cuo)施(shi)不(bu)僅(jin)要(yao)在(zai)處(chu)理(li)和(he)轉(zhuan)換(huan)為(wei)生(sheng)命(ming)體(ti)征(zheng)參(can)數(shu)以(yi)進(jin)行(xing)顯(xian)示(shi)時(shi)，而(er)且(qie)要(yao)在(zai)傳(chuan)輸(shu)過(guo)程(cheng)中(zhong)防(fang)止(zhi)攻(gong)擊(ji)，並(bing)保(bao)證(zheng)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)的(de)安(an)全(quan)。這(zhe)稱(cheng)為(wei)無(wu)線(xian)安(an)全(quan)。

 

盡管具有優化外形尺寸
、多模傳感和功耗的 AFE生物傳感器件為設計工程師提供了非常有用的工具和組件以用於開發遠程醫療應用，但 MCU/無線電器件和多核處理器的組合還支持能夠實現高吞吐量

、持續數據流的遠程應用，這對於患者可視化和讀數（例如，在護士站連續顯示生命體征信息）至關重要。

 

結論

 

隨著生物醫療設計人員解決設計挑戰並以更實惠的價格（以及更小的尺寸，但具有連接性）向xiang市shi場chang提ti供gong更geng好hao的de無wu線xian患huan者zhe監jian護hu儀yi和he貼tie片pian，醫yi學xue界jie將jiang迅xun速su發fa展zhan。從cong發fa達da國guo家jia的de醫yi院yuan到dao發fa展zhan中zhong國guo家jia的de遠yuan程cheng醫yi療liao中zhong心xin，可ke穿chuan戴dai設she備bei將jiang改gai變bian醫yi療liao保bao健jian格ge局ju並bing幫bang助zhu提ti供gong更geng好hao的de護hu理li。

 

 

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