醫(yī)療信息通信設(shè)計(jì)和人體域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展介紹

前言

　　在醫(yī)療和保健領(lǐng)域，人體植/侵入式或配帶式超低功耗和小型化無線收發(fā)芯片與傳感器大量使用，必將推動(dòng)人體域無線網(wǎng)絡(luò)(BAN)迅速發(fā)展，為醫(yī)療信息通信提供一個(gè)必要的平臺(tái)，實(shí)時(shí)地傳送人體的生理參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和治療。例如，日本政府正在實(shí)施一個(gè)“u-Japan”計(jì)劃，旨在建立一個(gè)獨(dú)特的ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，用于安全又可靠的醫(yī)療服務(wù)。

　　醫(yī)療信息通信技術(shù)(ICT)將充分借助和涉及現(xiàn)有眾多的高新技術(shù)，諸如傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人、RFID以及基于超寬帶(UWB)、軟件定義無線電(SRD)與多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)的先進(jìn)移動(dòng)通信系統(tǒng);進(jìn)一步研發(fā)超低功率放大器、軟件結(jié)構(gòu)RF以及片上天線;此外，封裝技術(shù)對(duì)經(jīng)久耐用的植/侵入式器件也是至關(guān)重要的。

　　下面主要介紹體內(nèi)植/侵入式無線收發(fā)器和數(shù)字電子疹診療貼的設(shè)計(jì)，介紹人體域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況。

體內(nèi)植/侵入式器件無線通信

　　Zarlink Semiconductor公司致力于開發(fā)植/侵入式半導(dǎo)體芯片和體內(nèi)通信，它的超低功耗收發(fā)器ZL70101用于鏈接植/侵入式醫(yī)療器件和監(jiān)測設(shè)備的遙測系統(tǒng)。新一代采用0.18?m RFCMOS工藝并具有新型無線結(jié)構(gòu)和調(diào)制技術(shù)的70102亦即將面世。據(jù)該公司報(bào)道，ZL70101已用于診斷用藥丸式攝像機(jī)中，拍攝圖像，并按每秒4幀、2.7Mbps數(shù)據(jù)速率傳送至記錄儀。發(fā)射時(shí)消耗5.2mW功率，設(shè)計(jì)工作時(shí)間超過8小時(shí)。

　　ZL70101(圖1)是一個(gè)超低功耗無線收發(fā)器，為醫(yī)療植/侵入式應(yīng)用提供高性能半雙工RF通信鏈接。高集成度器件包括10個(gè)MICS信道與2個(gè)ISM信道400MHz收發(fā)器和提供器件控制和RF消息編譯的媒體接入控制器(MAC)，和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SPI接口提供方便的連接。一個(gè)備選的2.45GHz ISM帶接收器提供附加的喚醒功能。它采用Reed-solomen編碼方案，結(jié)合CRC誤碼檢測以達(dá)到十分可靠鏈接。對(duì)數(shù)據(jù)塊，最大誤碼率(BER)小于1.5×10-10。

圖1 ZL70101方框圖

　　ZL70101收發(fā)器既可用于植/侵入式設(shè)備，也可用于基站。鑒于兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)功耗有不同的要求，收發(fā)器定義了兩種基本的啟動(dòng)工作方式：

植/侵入式醫(yī)療設(shè)備(IMD)方式：在此方式，收發(fā)器通常處于休眠狀態(tài)，也就是處于極低電流狀態(tài)。使用時(shí)，IMD可通過2.45GHz鏈路喚醒，或通過IMD處理順直接用WU-EN引腳喚醒。

基站方式：在此方式，可增加一些外部元件以求獲得最佳的性能，如圖2。

圖2 ZL70101外接元件圖

　　為了方便用戶使用，該公司還推出了ZLE應(yīng)用開發(fā)套件(ADK)。配置了植/侵入式應(yīng)用中間件(AIM100)板與基站中間件BSM100)板。前者包括ZL70101收發(fā)器，用了正常數(shù)據(jù)傳輸和喚醒操作的分立電路、通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPI總線連接的應(yīng)用微控制器、以及接口至PCB基環(huán)天線的SMA連接器;后者在前者的基礎(chǔ)上，增添了喚醒發(fā)射子系統(tǒng)和執(zhí)行清除信道接入(CCA)的接收信號(hào)強(qiáng)度指示器。此外，還配置了使性能更佳的雙帶天線。套件還配置了應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)(ADP100)板，使計(jì)算機(jī)可通過USB2.0接口至AIM100板或BSM100板。

數(shù)字電子診療貼

　　當(dāng)加拿大Zarlink公司致力于人體網(wǎng)絡(luò)的體內(nèi)通信時(shí)，英國的Toumaz Technology公司另辟蹊徑，提供一個(gè)體外通信的解決方案，稱為Sensium數(shù)字電子診療貼。顧名思義，電子貼與傷口貼一樣能粘貼在人體的表皮上，不同的是，它是一個(gè)高集成度、超低功耗傳感器接口和收發(fā)器平臺(tái)(圖3)，內(nèi)置可重構(gòu)的傳感器接口、帶8051處理器的數(shù)字積木塊、RF收發(fā)器和片上溫度傳感器。一個(gè)或多個(gè)啟用Sensium數(shù)字電子電子貼連續(xù)地監(jiān)測人體的重要生理參數(shù)，并報(bào)告給插入PDA或智能手機(jī)中的Sensium基站。

圖3 數(shù)字電子診療貼