解析無(wú)線腳踏開(kāi)關(guān)醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)思路

無(wú)線腳踏開(kāi)關(guān)在很多醫(yī)療產(chǎn)品中被委以重任，這也要求無(wú)線腳踏開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須遵守一系列標(biāo)準(zhǔn)，包括無(wú)線協(xié)議、電池/充電、人體工學(xué)、安全，等等。

醫(yī)療設(shè)備用戶和OEM一直以來(lái)都對(duì)無(wú)線腳踏開(kāi)關(guān)有興趣。他們的興趣主要是源于：

• 希望將醫(yī)療產(chǎn)品無(wú)線化，從而消除醫(yī)療產(chǎn)品中可能存在的會(huì)致人絆倒的害人電線;

• 希望腳踏開(kāi)關(guān)能比其所控制的醫(yī)療設(shè)備更自由地選擇放置地點(diǎn);

• 希望消除電線的潛在危害(導(dǎo)致腳踏板發(fā)生故障的最常見(jiàn)的原因通常是手推車(chē)/桌子和電纜繞到了一起)

• 清理/存儲(chǔ)更加輕松

1.無(wú)線設(shè)計(jì)使得腳踏控制板能有更多的容身之處可供選擇

鑒于這些原因，用無(wú)線腳踏板控制醫(yī)療設(shè)備逐漸被接受并變得普及，促使OEM要么設(shè)計(jì)適合使用無(wú)線腳踏開(kāi)關(guān)的醫(yī)療設(shè)備，或者將無(wú)線腳踏開(kāi)關(guān)做為售前或售后的選擇。這類(lèi)設(shè)計(jì)為醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)引入了兩個(gè)新的元素。

第一組設(shè)計(jì)考慮要素圍繞無(wú)線腳踏控制的使用。因此，這一設(shè)計(jì)考慮要素相對(duì)直接，主要考慮：

1. 為所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品選擇安全的無(wú)線協(xié)議

2. 對(duì)腳?？刂崎_(kāi)關(guān)選擇供電電池

3. 為了使用方便，需采用的替換/充電技術(shù)

第二組考慮要素圍繞是將無(wú)線接收器放置在其所控制的醫(yī)療設(shè)備的內(nèi)部或還是外部。此外還有很多不是很明顯的因素也會(huì)很大程度地影響接收器的設(shè)計(jì)。其中包括：

• 接收器的放置位置

• 接收器與主設(shè)備通信采用的協(xié)議

• 接收器和腳踏控制開(kāi)關(guān)的匹配

• 腳踏控制“狀態(tài)”信息的最優(yōu)使用

恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)選擇可以簡(jiǎn)化安裝，并且能優(yōu)化整體的無(wú)線性能。

無(wú)線協(xié)議的選擇

現(xiàn)在的技術(shù)為OEM提供了一系列可供選擇的無(wú)線協(xié)議，其中包括ZigBee、藍(lán)牙、紅外(IR)、無(wú)線寬帶(WLAN)和醫(yī)療器械應(yīng)用的專(zhuān)用協(xié)議。選擇無(wú)線協(xié)議時(shí)主要考慮的因素包括：

• 兼容應(yīng)用的評(píng)估幾險(xiǎn)

• 功耗和電源管理

• 響應(yīng)時(shí)間

• 內(nèi)在安全性和可靠性

• 成本

低風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)用，如用于捕捉參考圖片的醫(yī)療照像機(jī)，彩紅外或者ZigBee等非定向協(xié)議就可以充分地滿足需求。與之相對(duì)應(yīng)的，風(fēng)險(xiǎn)大一些的應(yīng)用，如激光類(lèi)手術(shù)設(shè)備或高頻外科發(fā)生器，則采用雙向協(xié)議會(huì)要更好一些。后者可以提供有更好的抗干擾能力，更強(qiáng)的加密性(用將腳?？刂崎_(kāi)關(guān)和特定的設(shè)備相匹配)，以及具有實(shí)時(shí)確認(rèn)通信鏈路完整性的能力。

選擇何一類(lèi)型的腳踏控制供電電池，主要由以下因素決定：

• 腳踏控制電子元器件所要求的工作電壓

• 放置電池所要求空間的制約

• 電池更換或充電的頻率。這一點(diǎn)主要受到所選擇的無(wú)線協(xié)議、一次典型使用過(guò)程所消耗的能量以及每天工作次數(shù)的影響。

工作電壓要求/空間限制

大多數(shù)無(wú)線解決方案要求工作電壓至少為3.6V.因此，電池-化學(xué)選擇將決定所需要電池的數(shù)量，以及放置電池所需要的空間。用到的電池越多，就需要留出更大的方便電池更換的出口，與之相對(duì)應(yīng)的問(wèn)題是密封防潮要求。

電池更換/充電技巧

不管使用何種類(lèi)型的電池，容易更換是一個(gè)重點(diǎn)的設(shè)計(jì)考慮因素，特別是需要用戶在使用過(guò)程中自行更換電池的情況下。對(duì)于需要經(jīng)常更換電池的醫(yī)療應(yīng)用而言，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是可以在不需要工具的情況下快速更換電池。依據(jù)應(yīng)用的不同，保持電池罩的密封完整性是非常重要的。

若選擇充電電池，那么充電方法就成了主要的設(shè)計(jì)變量。當(dāng)前的技術(shù)包括采用醫(yī)療級(jí)植入在墻內(nèi)的充電器、通過(guò)充電支架或者擴(kuò)充口進(jìn)行傳導(dǎo)式充電、感應(yīng)充電、或者簡(jiǎn)單地用在自主系統(tǒng)充電站充滿電的電池來(lái)更換已經(jīng)放電完的電池。

設(shè)計(jì)無(wú)線接收器需要考慮的因素

接收器的放置位置是關(guān)鍵。OEM有兩個(gè)位置可用來(lái)放置無(wú)線接收器模塊：放在主系統(tǒng)的上面或外面，或放到內(nèi)部，集成到醫(yī)療設(shè)備控制臺(tái)內(nèi)部。不管是將接收器設(shè)計(jì)成一個(gè)可選附件，或者是做為新產(chǎn)品的一個(gè)組成部分，外部安裝的接收器都要求采用凸凹不平的封裝，以便讓這些電子設(shè)備能夠方便地附著在醫(yī)療設(shè)備上。設(shè)計(jì)人員必須考慮：

• 選擇一個(gè)不會(huì)影響腳踏控制(發(fā)送器)和接收器的通信的位置用于放置接收器。

• 如何將接收器附著在主設(shè)備上，如裝入式、磁性固定，用螺絲固定等。

• 通過(guò)接收器連接器，利用主系統(tǒng)為接收器提供電源(通常通過(guò)主系統(tǒng)接收器輸入連接器的某個(gè)針腳來(lái)供電)

板級(jí)接收器可以在工廠生產(chǎn)時(shí)直接和醫(yī)療設(shè)備集成，或用于現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。

內(nèi)置接收器可以由一塊與主系統(tǒng)電路相匹配的PC板組成，也可以是一個(gè)能夠迅速被安裝好的已封裝好的(帶外殼)單元。因此，設(shè)計(jì)人員必須考慮：

• 可能會(huì)影響內(nèi)置接收器尺寸要求的空間限制。

• 或者在最初始生產(chǎn)時(shí)將接收器直接集成到主設(shè)備的內(nèi)部，或者將接收器做為分式器件，在系統(tǒng)最后組裝的時(shí)候再與主設(shè)備連接。

• 若是使用分立式器件，那么應(yīng)該如何對(duì)這些電子元器件供電

• 可能影響內(nèi)置接收器尺寸要求的空間限制。

內(nèi)部接收器模塊的成本通常要低一些，因此它們不需要外殼、固定件，或電纜(從接收器外殼連接至腳踏開(kāi)關(guān)輸入連接器或匹配母連接器)。

4.可以選擇完全封閉的帶狀態(tài)指示LED的接收器模塊。

接收器信號(hào)協(xié)議

醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)無(wú)線踏開(kāi)關(guān)時(shí)有很多協(xié)議可以選擇。接收器可以向給主設(shè)備遞交控制信號(hào)以及其它被傳送的數(shù)據(jù)，如電池充電狀態(tài)、已經(jīng)歷了幾次充電周期、腳踏開(kāi)關(guān)識(shí)別信息，等等。

接收器可以將接收到的數(shù)據(jù)采用不同的協(xié)議格式傳輸給主設(shè)備。這些協(xié)議格式包括但不限定于：RS-232系列、I2C、USB、或只是用于各種受控功能(如，速度或功率)的離散接觸閉合和/或仿真電壓或電流。與腳踏開(kāi)關(guān)供貨商緊密合作就可以研發(fā)出易于集成的最佳接口。

配對(duì)

與系繩并專(zhuān)門(mén)用于控制與之相連的醫(yī)療設(shè)備的有線腳踏開(kāi)關(guān)不同，無(wú)線單元(理論上)有能力控制帶有特定接收器的所有設(shè)備。因此，確保無(wú)線腳踏開(kāi)關(guān)只與特定的需要使用的設(shè)備進(jìn)行通信控制是非常有必要的。通過(guò)開(kāi)發(fā)安全可靠的配對(duì)傳輸(腳踏和其接受器)技術(shù)，無(wú)線腳踏開(kāi)關(guān)迅速被普遍接受。

配對(duì)，即將腳踏控制開(kāi)關(guān)與特定受控設(shè)備相結(jié)合，可以通過(guò)很多種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前的技術(shù)包括：

1.在腳踏開(kāi)關(guān)和目標(biāo)接收器之間引入專(zhuān)用的IR通道來(lái)實(shí)現(xiàn)配對(duì)。典型的過(guò)程就是，通過(guò)建立握手協(xié)議,這樣接收器就能接收并存儲(chǔ)腳踏開(kāi)關(guān)的獨(dú)特身分(比如其型號(hào)或序列號(hào))，使驅(qū)動(dòng)腳踏開(kāi)關(guān)能夠被目標(biāo)接收器感知。在建立握手之后，接收器將僅識(shí)別來(lái)自其配對(duì)伙伴的指令。

2.通過(guò)腳踏開(kāi)關(guān)的無(wú)線RF鏈路，建立和控制目標(biāo)的鏈接。通常是讓接受器處在配對(duì)模式，與此同時(shí)激活腳控踏的一個(gè)或者多個(gè)控制功能，從而實(shí)現(xiàn)腳踏開(kāi)關(guān)與相對(duì)應(yīng)控制設(shè)備的配對(duì)。

3.使用配對(duì)電纜。通過(guò)將腳踏開(kāi)關(guān)插入接收器系統(tǒng)配對(duì)，此首次啟動(dòng)將便能配對(duì)過(guò)程。一旦配對(duì)成功，就可以將配對(duì)電纜收起來(lái)用于后續(xù)配對(duì)不同/更換腳踏控制開(kāi)關(guān)，或用作替補(bǔ)電纜，使腳踏控制開(kāi)關(guān)可以以硬線(非無(wú)線)模式。

4. 對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，配對(duì)被限定在一個(gè)接收器配對(duì)一個(gè)腳踏控制開(kāi)關(guān)。然而，對(duì)于有些特定應(yīng)用，可以將兩個(gè)腳踏與一個(gè)醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行配對(duì)。舉一個(gè)這類(lèi)方案的例子就是，有兩個(gè)外科醫(yī)生同時(shí)進(jìn)行同一臺(tái)手術(shù)。在此情況下，程序通常一次只能識(shí)別一臺(tái)腳踏開(kāi)關(guān)，并且同時(shí)會(huì)忽略來(lái)自另一個(gè)配對(duì)設(shè)備的所有信號(hào)，直至系統(tǒng)程序允許它進(jìn)行配對(duì)為止。

考慮到方便現(xiàn)場(chǎng)替換和不犧牲系統(tǒng)的安全性， 配對(duì)技術(shù)的多樣化允許設(shè)計(jì)人員靈活地將類(lèi)似腳踏控制開(kāi)關(guān)用于同一臺(tái)醫(yī)療設(shè)備。

4.無(wú)線操作可以滿足最復(fù)雜的腳踏控制開(kāi)關(guān)要求。

若在設(shè)計(jì)早期就充分考慮放置位置、通訊協(xié)議和配對(duì)等因素，就可以使無(wú)線腳踏開(kāi)關(guān)或者無(wú)線手控系統(tǒng)能夠：

• 充分地利用無(wú)線控制系統(tǒng)的每個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)

• 有助于簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)

• 確保無(wú)線控制單元的最佳性能

• 最大程度地利用信息框架里提供的非控制信息：如腳踏控制開(kāi)關(guān)的身份識(shí)別、電池充電狀態(tài)、傳送異常、充電次數(shù)，等等。

• 以最低成本實(shí)現(xiàn)