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新基建发展下,半导体新技术如何推动远程医疗应用的发展?

2021-01-11 14:17:17 浏览 2333 点赞 86 收藏 8

随着新基建的发展,5G同大数据、人工智能等前沿科技一起形成合力,全面促进传统行业的数字化、智能化转型,医疗行业正是其中之一。医疗资源分布不均,跨地域就诊难,一直是医疗行业发展的痛点。随着5G时代的到来,高可靠性低时延的高速数据传输让这些摆在眼前的就医难题有了被化解的希望。

而医疗保健继续朝着自我治疗的方向发展,不再需要每次去医院现场治疗。除了帮助减少身体接触外,新技术还使普通民众获得了用于自我监测和远程治疗的医疗保健工具,而这在以前是无法实现的。

无论是为老龄化人口提供移动性、帮助控制传染病、缩短紧急响应时间或向农村地区提供医疗服务,在这样的时代,远程医疗都已变得十分重要。 在本白皮书中,我将介绍对远程医疗行业产生重大影响的新技术发展,还会介绍医院和家庭面临的相关设计挑战。这些挑战包括如何感知生命体征、尽可能降低功耗、提高准确性和可靠性、改善连接性,以及在尺寸受限的应用中集成多种功能。

内容概览

本白皮书介绍影响远程医疗行业和相关设计挑战的技术发展。

1.生物传感 与生物传感和可穿戴医疗设备相关的设计非常复杂。

2.电源优化 便携式和可穿戴式患者监护仪通常都是由电池供电,电池寿命便成为了差异所在。

3.连接 连接性是患者监测系统和远程医疗保健设备的一个关键方面。

4.数据安全性 患者数据是专有信息,数据盗窃是一个严重的威胁。

解决生物传感应用中的设计挑战

与生物传感和可穿戴医疗设备相关的设计通常非常复杂。图 1 显示了如何通过无线方式监控不同位置的多个患者,在医院护士站的监视器上显示他们的生命体征。由于每个患者的用例都不同,在功耗、尺寸和连通性方面,设计的复杂性也在增加。

模拟前端 (AFE) 器件(协助将数字电子产品与医疗应用中使用的噪声、时间和光敏传感器连接起来)对远程医疗终端设备(例如,脉动式血氧计和心率 监测器)产生了重大影响。AFE 器件有助于应对与医疗应用相关的典型挑战,包括患者监护系统的可靠性、可穿戴设备的功耗以及非标准外围设备的灵活性。

生物传感 AFE 支持心率监测和变异性,外周毛细血管血氧饱和度 (SpO2)、助听器和光学血压测量, 以及许多其他生物传感功能。AFE4400等AFE与用于传感和 LED 故障检测的片上光学元件和诊断程序完全集成在一起,从而提高了脉动式血氧计系统的可靠性。用于非标准连接的高度可配置时序控制器以及在正常和待机运行期间能够实现低静态电流的超低功耗特性,使得 AFE 非常适合紧凑、电池供电的可穿戴电子设备和基于光学的测量和监测。

除了脉动式血氧计,可穿戴式温度贴片是患者温度监测应用中的新兴趋势。鉴于体温可以帮助揭示高危患者的健康状况,对于那些需要持续远程监测的人来说,这些贴片越来越受欢迎,而且价格也相当实惠。为医学诊断目的而进行的温度测量必须符合美国测试与材料协会的最大误差值,而满足这些值需要考虑一些设计因素。例如,减小误差值的一种方法是在隔离其他环境热源的同时进行良好的热接触。德州仪器 (TI) 优化了高精度、低功耗TMP117M 数字温度传感器,以便更大限度地减少自发热;该传感器采用超薄型小外形尺寸无引线封装,使其可以用于皮肤 IC 热传递。

图 2 显示了多参数患者生命体征监护仪前端参考设计,这一多参数患者监测设计由电池供电,用于测量心脏电活动、SpO2 或呼吸等生命体征。此系统使用多个 AFE(AFE4403 和 ADS1292R) 和 TMP117 温度传感器,以便准确地测量脉冲特性、电气活动和皮肤温度 (±0.1°C),同时提供用于起搏器检测应用的起搏检测模块的连接。尽管由于电极的特性和光信号的波动,生物传感应用通常需要可配置的增益和数据速率,但使用高度可编程的模数转换器(例如,ADS1292R)有助于管理生物电势。 来源:德州仪器

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