微波與射頻在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用

多年來，微波器件公司一直為諸如核磁共振成像(MRI)系統(tǒng)等醫(yī)療成像應(yīng)用提供器件。雖然成像應(yīng)用繼續(xù)提供了堅實的機(jī)會，但許多其它醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域也開始為無線微波和射頻技術(shù)敞開了大門。例如，遠(yuǎn)程監(jiān)控支持病人在家中的將諸如血壓、脈搏等健康狀況以無線方式發(fā)送給它們的醫(yī)生。其它創(chuàng)新也在幫助醫(yī)院和醫(yī)療中心得以跟蹤個人的位置。在現(xiàn)有的成像市場和無線技術(shù)正在創(chuàng)造的新機(jī)遇中，醫(yī)療產(chǎn)業(yè)已成為一個實實在在的新市場，許多微波和射頻公司都以此為目標(biāo)。幸運(yùn)的是，許多這樣的機(jī)遇都只要求這些公司利用他們在電信和無線局域網(wǎng)領(lǐng)域已有的專業(yè)知識。

諸如MRI等成像設(shè)備的使用普及率在增加，目前全球每年要實施超過6千萬例MRI診斷。它們通常用于診斷阿爾茨海默氏癥(老年癡呆癥)、癌癥細(xì)胞和韌帶撕裂等各種疾病和損傷。成像系統(tǒng)采用了多種射頻/微波器件，包括振蕩器、發(fā)射器和天線。例如，ADI公司現(xiàn)在就提供一款為提高成像分辨率而設(shè)計的20位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(DAC)AD5791。

AD5791具有真正的百萬分之一(ppm)的分辨率和精度(圖1)。AD5791具有±1LSB DNL的相對精度規(guī)范，確保了操作一致性。該DAC的低頻噪聲僅為0.025ppm，輸出漂移僅為0.05ppm/C。如此低的噪聲減少了不期望的圖像偽影，從而降低了對多次核磁共振掃描的需要，因此病人可以在更短時間內(nèi)得到診治。輸出可配置為標(biāo)準(zhǔn)單極(+5V，+10V)或雙極(±5V，±10 V)范圍。AD5791的3線串行接口工作時鐘速率為50MHz。

圖1：ADI單芯片DAC具有很高精度，能實現(xiàn)非常清楚的診斷成像圖片。

分光鏡應(yīng)用是射頻/微波技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的另一個增長市場，它本質(zhì)上是通過把光照射在標(biāo)本上實現(xiàn)化學(xué)分析。近日，安捷倫和德州大學(xué)達(dá)拉斯分校宣布計劃創(chuàng)建一個毫米波和亞毫米波電子表征設(shè)施。該設(shè)施最初將支持針對醫(yī)療保健和安全應(yīng)用對在CMOS上實現(xiàn)180到300GHz光譜技術(shù)的可行性研究。

Hittite Microwave公司的一個新比較器產(chǎn)品線也鎖定光譜應(yīng)用。該公司表示，這6款比較器具有如下特性：20Gbps的速率、150mW的功耗、120ps 的時鐘到數(shù)據(jù)輸出延時(圖2)。通常情況下，它們具有最小60ps的可檢出輸入脈沖寬度，而額定的隨機(jī)抖動僅為0.2ps。這些比較器支持±1.75V的共模輸入電壓范圍，其典型過驅(qū)動和壓擺率離差低于10ps。HMC874LC3C、HMC875LC3C和HMC876LC3C單片比較器具有帶可編程遲滯的高速鎖存特性，它們分別提供低擺幅PECL、CML和ECL輸出驅(qū)動器。

該公司還發(fā)布了三款具有電平鎖存輸入的新的單片10GHz比較器HMC674LC3C、HMC675LC3C和HMC676LC3C。這三款比較器支持 10GHz輸入帶寬、同時具有85ps的傳輸延遲以及0.2psRMS隨機(jī)抖動下的60ps最小脈沖寬度。它們具有10ps的過驅(qū)動和壓擺率離差、小于 140mW的功耗。這些器件具有差分鎖存控制和可編程遲滯，可被配置工作在鎖存模式或作為跟蹤比較器使用。與該系列其它器件一樣，它們分別提供低擺幅 PECL、CML和ECL輸出驅(qū)動器。

遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用

在醫(yī)院、診所和家中，涉及無線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控可能是最欣欣向榮的醫(yī)療市場。遠(yuǎn)程監(jiān)控最吸引人的地方是它還可被用來與患者溝通及對患者提供教育。當(dāng)然，需要同時發(fā)送和接收信息將對所需的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施有不同需求。在伊利諾斯州進(jìn)行的一項臨床研究，就采用了遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)來管理Gleevec這種藥的施用。Gleevec是Novartis公司研制并生產(chǎn)的用于治療慢性粒細(xì)胞白血病的藥物。這項研究將評估一個以手機(jī)為基礎(chǔ)的、稱為eMedonline的個性化藥物管理系統(tǒng)的使用情況。

在這項研究中，eMedonline作為一種“智能服務(wù)”，充分發(fā)揮了射頻識別(RFID)和手機(jī)的無線功能，將智能手機(jī)變成一個藥物傳感器。手機(jī)以無線方式實時從藥品包裝上的RFID“智能標(biāo)簽”上讀取、收集藥物數(shù)據(jù)，它在監(jiān)測病人報告結(jié)果的同時，有助于核實病人是否在正確的時間服用了正確的藥物。手機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)被無線發(fā)送到一個安全服務(wù)器，借助服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)再進(jìn)行臨床審查和分析?？筛鶕?jù)情況發(fā)送警報，以對漏服藥物或不良情況實施干預(yù)，使它們不致成為嚴(yán)重的健康風(fēng)險。這項研究的初衷來自于這樣一個事實：病人往往不遵從醫(yī)囑。

近日在波士頓舉行的一個旨在提升服藥依從性的方案演示中，支持藍(lán)牙的Vena吸入器實時并無線地記錄服藥劑量的歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)上傳到稱為Vena-Hub的以用戶為中心的軟件平臺，當(dāng)患者沒按時服藥時，就會對他們發(fā)出提醒。被用來從無線醫(yī)療設(shè)備這一生態(tài)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的Vena-Hub，也是支持Vena的肺活量計的門戶。將服藥依從性和肺活量等數(shù)據(jù)與花粉計數(shù)等其它變量組合起來，形成一系列建議和有關(guān)信息，然后通過警報自動發(fā)送給用戶。警報可能會通過在線閱讀器、社區(qū)網(wǎng)絡(luò)、電子郵件，甚至文本信息等形式發(fā)送。

遠(yuǎn)程監(jiān)控的另一個好處是，專家將能夠與農(nóng)村地區(qū)的病人溝通，這些病人因而不必趕大老遠(yuǎn)的路。例如，AT＆T最近宣布了與加州大學(xué)的一項協(xié)議。作為這項為期 3年、總價2,700萬美元合約的一部分，AT＆T將提供管理的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以支持這項遠(yuǎn)程保健計劃。美國加州遠(yuǎn)程保健網(wǎng)絡(luò)是全州范圍內(nèi)由醫(yī)療保健、技術(shù)、政府及其它相關(guān)各方結(jié)成的聯(lián)盟，該機(jī)構(gòu)從聯(lián)邦通訊委員會(FCC)的農(nóng)村衛(wèi)生保健試點項目尋求資金支持。該網(wǎng)絡(luò)正在構(gòu)建一個全州范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它將小醫(yī)院、小診所與大醫(yī)院及大醫(yī)院內(nèi)的專家連接起來。該網(wǎng)絡(luò)完成后，將覆蓋全州860多個站點。

無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)也越來越多地用于資產(chǎn)跟蹤項目。例如，Henry Mayo醫(yī)院已與AT＆T簽約以部署AeroScout的Wi-Fi RFID資產(chǎn)跟蹤和溫度監(jiān)控方案。作為洛杉磯縣的災(zāi)害資源中心，Henry Mayo醫(yī)院負(fù)責(zé)提供醫(yī)療設(shè)備、藥品以及在發(fā)生緊急事件時對整個社會提供關(guān)照。 AeroScout的資產(chǎn)跟蹤和管理方案旨在幫助醫(yī)院在全院范圍內(nèi)跟蹤，諸如病床、輪椅、輪床、病人自控鎮(zhèn)痛泵和輸液泵等關(guān)鍵資產(chǎn)的使用情況。此外，AeroScout的溫度監(jiān)控方案通過確保冰箱內(nèi)溫度滿足藥品、組織樣本及其它對溫度敏感的材料的保質(zhì)所規(guī)定的溫度范圍，從而簡化了為滿足國際醫(yī)院認(rèn)證聯(lián)合委員會條例相關(guān)要求的實施，

在加拿大魁北克的圣熱羅姆衛(wèi)生和社會服務(wù)中心，醫(yī)院工作人員佩戴著Ekahau傳呼機(jī)標(biāo)簽，這樣就可容易地對他們進(jìn)行定位。這個T301BD Wi-Fi尋呼機(jī)標(biāo)簽具有雙向通信能力，使用戶能夠發(fā)送和接收文字信息。這些尋呼機(jī)還包括一個可以在遇到緊急情況時按下的專門按鈕。Ekahau實時定位系統(tǒng)利用醫(yī)院現(xiàn)有的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)可在幾秒內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)、由鈕扣電池供電的小標(biāo)簽。

這些產(chǎn)品和服務(wù)是當(dāng)今醫(yī)療保健行業(yè)內(nèi)更具主導(dǎo)性、并增長著的一些應(yīng)用。隨著技術(shù)進(jìn)步以及寬帶計劃的實施，將會出現(xiàn)更多機(jī)會。這些新服務(wù)和系統(tǒng)的主干依靠無線網(wǎng)絡(luò)來收集和提供信息。與此同時，微波公司將繼續(xù)在成像等領(lǐng)域收獲成功。諸多因素將帶來一個增長的市場，它為各企業(yè)及其產(chǎn)品提供了盈利機(jī)會。

醫(yī)療應(yīng)用中的無線技術(shù)

要進(jìn)入醫(yī)療市場，重要的是要了解哪些無線標(biāo)準(zhǔn)是主導(dǎo)。有趣的是，主導(dǎo)技術(shù)就是諸如ZigBee或IEEE 802.15.4、藍(lán)牙、IEEE 802.11x以及射頻識別(RFID)等主流技術(shù)。展望未來，康體佳健康聯(lián)盟(Continua Health Alliance)似乎將在很大程度上推動醫(yī)療保健領(lǐng)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。它的任務(wù)是建立一個使個人健康方案具有互操作的系統(tǒng)，以促進(jìn)自主性并使個人和機(jī)構(gòu)能更好地管理健康、保障福利。

康體佳健康聯(lián)盟已批準(zhǔn)ZigBee Health Care作為一種低功耗局域網(wǎng)(LAN)標(biāo)準(zhǔn)，用于專業(yè)環(huán)境、家庭、活動中心、大型校園內(nèi)的傳感與控制。ZigBee Health Care 是互操作無線設(shè)備的全球開放標(biāo)準(zhǔn)，可安全監(jiān)測及管理慢性疾病、肥胖、老化這類非重大、低危險病癥的保健服務(wù)。ZigBee Health Care 完整支持 IEEE 11073 設(shè)備。ZigBee Health Care 提供了不受干擾的無線連接，可在單一網(wǎng)絡(luò)上支持?jǐn)?shù)千部設(shè)備。ZigBee 能與 Wi-Fi 等其它無線技術(shù)和平共存，這是保護(hù)醫(yī)療設(shè)施內(nèi)病患安全及確保應(yīng)用時不可或缺的關(guān)鍵要求。ZigBee Health Care 設(shè)備可以與消費(fèi)電子、家庭自動化、商業(yè)建筑自動化中已部署的其它 ZigBee 無線技術(shù)交互。

飛思卡爾等公司將ZigBee用于各種保健產(chǎn)品。新批準(zhǔn)的ZigBee Health Care標(biāo)準(zhǔn)為具有互操作的低功率無線設(shè)備提供了一個全球性的開放標(biāo)準(zhǔn)。這樣，它就確保了針對慢性病管理、老人護(hù)理、保健、住院管理和資產(chǎn)跟蹤等非致命、非緊急保健服務(wù)的安全監(jiān)測和管理。它支持一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)千臺設(shè)備，并提供對IEEE 11073設(shè)備的完全支持，從而使每臺設(shè)備都能夠通過FDA認(rèn)證。

ADI的工作在2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)頻段的模擬電路ADF7242，在IEEE 802.15.4模式下支持250kbps速率。這款收發(fā)器可用于實施基于諸如ZigBeeIPv6/6LowWPAN等協(xié)議的方案。ADF7242支持IEEE 802.15.4和GFSK/FSK雙模工作模式，即同一款器件既能以250kbps的速率支持基于IEEE 802.15.4協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，又能以2Mbps的速率支持采用GFSK/FSK調(diào)制方案的專有協(xié)議。

一年多以前，康體佳的第二版設(shè)計指南批準(zhǔn)了低功耗藍(lán)牙。低功耗藍(lán)牙無線技術(shù)是4.0版藍(lán)牙內(nèi)核規(guī)范的主要特征，它使由紐扣電池供電、小巧的無線產(chǎn)品和傳感器成為可能。這些小巧、低成本的方案預(yù)計會培育出各種醫(yī)用表、遠(yuǎn)程控制和醫(yī)療傳感器市場。

德州儀器(TI)是將藍(lán)牙用于無線醫(yī)療應(yīng)用的倡導(dǎo)者之一。該公司將其第七代藍(lán)牙產(chǎn)品CC2560與一個嵌入式藍(lán)牙棧整合起來，使其運(yùn)行于其MSP430微控制器(MCU)。設(shè)計人員可以在一系列便攜設(shè)備內(nèi)，利用低功耗MSP430 MCU同時與模擬信號、傳感器和數(shù)字器件連接。

當(dāng)然，隨著新的醫(yī)療服務(wù)的出現(xiàn)，將會涌現(xiàn)出更多的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，比如結(jié)合如長期演進(jìn)(LTE)等第四代通信標(biāo)準(zhǔn)和WiMAX等寬帶技術(shù)來實施醫(yī)療應(yīng)用。

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