家用醫(yī)療設(shè)備的需求日益增長(zhǎng) 醫(yī)療保健正改變生活

　　先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)使醫(yī)療設(shè)備尺寸越來越小，功能越來越強(qiáng)大，甚至可在家中使用。對(duì)于患者來說，這意味著就醫(yī)越來越方便，門診次數(shù)越來越少，醫(yī)療成本越來越低。但是要在家中使用，醫(yī)療設(shè)備必須簡(jiǎn)單、安全，甚至能承受錯(cuò)誤使用，而且能夠區(qū)分正確結(jié)果與錯(cuò)誤程序得出的結(jié)果。

　　由于人口老齡化問題，家用醫(yī)療保健設(shè)備的需求不斷膨脹。根據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)，60歲以上人口2006年已達(dá)6.5億，預(yù)計(jì)2025年這一數(shù)字將達(dá)到12億。目前半導(dǎo)體開發(fā)主要集中于娛樂和通信領(lǐng)域的家用和手持式消費(fèi)電子設(shè)備。

　　此類設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)甚至某些器件對(duì)新一代家用醫(yī)療保健設(shè)備的實(shí)施很有用。當(dāng)該技術(shù)與高性能儀器儀表級(jí)傳感器和數(shù)據(jù)采集器件結(jié)合，最終產(chǎn)品可構(gòu)建到醫(yī)療級(jí)系統(tǒng)內(nèi)，并輕松部署于家中。精密半導(dǎo)體產(chǎn)品包括可靠的高性能傳感器、放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，這些用于提取精密信號(hào)并將其轉(zhuǎn)為數(shù)字量；以及嵌入式處理器，用于對(duì)采集的信號(hào)執(zhí)行復(fù)雜分析。

　　• 傳感器

　　目前的診斷測(cè)量系統(tǒng)是基于集成式解決方案，監(jiān)控臨床上相關(guān)的特定目標(biāo)物質(zhì)。測(cè)量系統(tǒng)包含一個(gè)檢測(cè)層，用于識(shí)別目標(biāo)物質(zhì)，并生成可被傳感器測(cè)量的生物化學(xué)信號(hào)。該技術(shù)的一個(gè)示例是血糖檢測(cè)。葡萄糖測(cè)試條上的酶選擇性地將葡萄糖轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的物質(zhì)。此過程中，產(chǎn)生的電子與葡萄糖水平成正比。

　　這些電子可使用基于電流的電表來測(cè)量。硅傳感器包括電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器、阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器、基于LED的光子系統(tǒng)、光電二極管、基于MEMS的運(yùn)動(dòng)傳感器（用于測(cè)量加速度、地心引力和傾斜度）以及用于旋轉(zhuǎn)檢測(cè)的陀螺傳感器。

　　• 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

　　該信號(hào)處理模塊常與高精度放大器配合使用，可驅(qū)動(dòng)傳感器并進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。ADC等產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)低功耗、高精度系統(tǒng)。逐次逼近型寄存器（SAR）和Σ-Δ型轉(zhuǎn)換器非常適合這些系統(tǒng)所需的分辨率和測(cè)量信號(hào)帶寬。

　　• 嵌入式處理和無線通信

　　想要在臨床環(huán)境外提供緊湊、電池供電的醫(yī)療診斷和監(jiān)控應(yīng)用，需要高性能、低功耗、低成本和安全的嵌入式處理。嵌入式處理器會(huì)分析采集的信號(hào)，首先驗(yàn)證質(zhì)量并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成醫(yī)學(xué)上可用的信息，然后以可用的格式將結(jié)果傳遞給患者，同時(shí)控制器件。

　　處理器也可用于管理無線（或有線）連接，以便將患者數(shù)據(jù)傳輸給醫(yī)師。不難想象，可以設(shè)計(jì)出手表型的器件，以無創(chuàng)式方式監(jiān)控生命體征。如果開發(fā)人員想要在最低系統(tǒng)成本和功耗基礎(chǔ)上提升性能，可以考慮融合DSP和微控制器，例如ADI的Blackfin。ADI公司最近推出的無線電SoC組合了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、RF和32位處理能力，可提供高功效的無線連接。

　　ADuCRF101（參見圖1）非常適合必須在高噪聲環(huán)境中快速采集、測(cè)量和發(fā)送數(shù)據(jù)，而又不允許大量消耗電池電量的醫(yī)療應(yīng)用。例如，病人穿戴的無線動(dòng)態(tài)心電或遙測(cè)監(jiān)護(hù)儀必須非常小，能以低功耗依賴電池長(zhǎng)期工作，并且具備足夠高的性能水平，能夠持續(xù)不斷地傳輸病人的生命體征。ADuCRF101支持這些應(yīng)用，而且還能在醫(yī)院環(huán)境之外進(jìn)行病人監(jiān)護(hù)。

　　現(xiàn)有的家用醫(yī)療保健設(shè)備

　　家用醫(yī)療保健設(shè)備的示例有：夜間肺部監(jiān)護(hù)儀Wholter，個(gè)人哮喘評(píng)估設(shè)備Wheezometer，兩種產(chǎn)品均由以色列Karmelsonix公司開發(fā)。Wholter和Wheezometer滿足了全球4800萬(wàn)哮喘患者評(píng)估和控制病癥的需求，而以前病人只能通過手術(shù)或住院才能獲得治療。

　　有效的哮喘評(píng)估必須即時(shí)準(zhǔn)確，才能為適當(dāng)?shù)尼t(yī)療措施提供依據(jù)。過去，只有醫(yī)院或手術(shù)室的肺活量計(jì)才具有如此高的可靠性。為了將這種醫(yī)療技術(shù)從醫(yī)院轉(zhuǎn)移到家庭，Karmelsonix采用ADI公司的Blackfin DSP和其它精密信號(hào)處理器件，確保哮喘患者能夠獲得準(zhǔn)確可靠的“喘息率”（一種重要的哮喘發(fā)作指標(biāo)）評(píng)估信息。

　　Wheezometer則使用專有的無創(chuàng)式電肺部聲學(xué)傳感器陣列，通過四通道低噪聲運(yùn)算放大器AD8608捕捉信號(hào)，再通過六通道同步采樣16位ADC AD7656對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。接著將此信號(hào)饋入ADSP-BF524進(jìn)行特征分析。電壓監(jiān)控器ADM708可確保電路在正確的信號(hào)和電源電平下運(yùn)行。

　　該信號(hào)鏈結(jié)合Karmelsonix的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和軟件，無論在家中還是就醫(yī)途中都能達(dá)成醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)性能目標(biāo)。許多家用保健設(shè)備更為簡(jiǎn)單，但對(duì)于挽救生命和防止意外同樣重要。如圖所示，急救人員可使用ZOLL Medical的PocketCPR對(duì)心臟病患者實(shí)施心肺復(fù)蘇（CPR）。

　　該設(shè)備可以測(cè)量胸外按壓力度，為急救人員提供聽覺和視覺反饋，便于及時(shí)調(diào)整力度和頻率。PocketCPR使用加速度計(jì)ADXL311來精確測(cè)量器件在急救人員手中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。更簡(jiǎn)單的應(yīng)用有FallSaver貼片，可附著在患者大腿上長(zhǎng)達(dá)兩周，持續(xù)監(jiān)控患者活動(dòng)。

　　該器件使用ADXL323和ADXL335加速度計(jì)，以數(shù)字格式提供運(yùn)動(dòng)信息，可快速分析運(yùn)動(dòng)模式。

　　隨著家用醫(yī)療設(shè)備的需求日益增長(zhǎng)，對(duì)醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員而言，系統(tǒng)要求變得越來越更復(fù)雜和苛刻，不但要縮小尺寸，改善易用性，而且必須提高下一代便攜式醫(yī)療設(shè)備的性能。這些新的系統(tǒng)級(jí)需求意味著模擬半導(dǎo)體制造商不得不面臨為下一代產(chǎn)品開發(fā)構(gòu)建模塊的挑戰(zhàn)。