家用医疗设备的需求日益增长 医疗保健正改变生活

    先进的半导体技术使医疗设备尺寸越来越小，功能越来越强大，甚至可在家中使用。对于患者来说，这意味着就医越来越方便，门诊次数越来越少，医疗成本越来越低。但是要在家中使用，医疗设备必须简单、安全，甚至能承受错误使用，而且能够区分正确结果与错误程序得出的结果。
    由于人口老龄化问题，家用医疗保健设备的需求不断膨胀。根据世界卫生组织数据，60岁以上人口2006年已达6.5亿，预计2025年这一数字将达到12亿。目前半导体开发主要集中于娱乐和通信领域的家用和手持式消费电子设备。
    此类设计经验甚至某些器件对新一代家用医疗保健设备的实施很有用。当该技术与高性能仪器仪表级传感器和数据采集器件结合，最终产品可构建到医疗级系统内，并轻松部署于家中。精密半导体产品包括可靠的高性能传感器、放大器和数据转换器，这些用于提取精密信号并将其转为数字量；以及嵌入式处理器，用于对采集的信号执行复杂分析。
    ? 传感器
    目前的诊断测量系统是基于集成式解决方案，监控临床上相关的特定目标物质。测量系统包含一个检测层，用于识别目标物质，并生成可被传感器测量的生物化学信号。该技术的一个示例是血糖检测。葡萄糖测试条上的酶选择性地将葡萄糖转换为可测量的物质。此过程中，产生的电子与葡萄糖水平成正比。
    这些电子可使用基于电流的电表来测量。硅传感器包括电容数字转换器、阻抗数字转换器、基于LED的光子系统、光电二极管、基于MEMS的运动传感器（用于测量加速度、地心引力和倾斜度）以及用于旋转检测的陀螺传感器。
    ? 数据转换器
    该信号处理模块常与高精度放大器配合使用，可驱动传感器并进行数字转换。ADC等产品可以实现低功耗、高精度系统。逐次逼近型寄存器(SAR)和Σ-Δ型转换器非常适合这些系统所需的分辨率和测量信号带宽。
    ? 嵌入式处理和无线通信
    想要在临床环境外提供紧凑、电池供电的医疗诊断和监控应用，需要高性能、低功耗、低成本和安全的嵌入式处理。嵌入式处理器会分析采集的信号，首先验证质量并将信号转换成医学上可用的信息，然后以可用的格式将结果传递给患者，同时控制器件。
    处理器也可用于管理无线（或有线）连接，以便将患者数据传输给医师。不难想象，可以设计出手表型的器件，以无创式方式监控生命体征。如果开发人员想要在最低系统成本和功耗基础上提升性能，可以考虑融合DSP和微控制器，例如ADI的Blackfin。ADI公司最近推出的无线电SoC组合了数据转换、RF和32位处理能力，可提供高功效的无线连接。
    ADuCRF101非常适合必须在高噪声环境中快速采集、测量和发送数据，而又不允许大量消耗电池电量的医疗应用。例如，病人穿戴的无线动态心电或遥测监护仪必须非常小，能以低功耗依赖电池长期工作，并且具备足够高的性能水平，能够持续不断地传输病人的生命体征。ADuCRF101支持这些应用，而且还能在医院环境之外进行病人监护。
    现有的家用医疗保健设备
    家用医疗保健设备的示例有：夜间肺部监护仪Wholter，个人哮喘评估设备Wheezometer，两种产品均由以色列Karmelsonix公司开发。Wholter和Wheezometer满足了全球4800万哮喘患者评估和控制病症的需求，而以前病人只能通过手术或住院才能获得治疗。
    有效的哮喘评估必须即时准确，才能为适当的医疗措施提供依据。过去，只有医院或手术室的肺活量计才具有如此高的可靠性。为了将这种医疗技术从医院转移到家庭，Karmelsonix采用ADI公司的Blackfin DSP和其它精密信号处理器件，确保哮喘患者能够获得准确可靠的“喘息率”（一种重要的哮喘发作指标）评估信息。
    Wheezometer则使用专有的无创式电肺部声学传感器阵列，通过四通道低噪声运算放大器AD8608捕捉信号，再通过六通道同步采样16位ADC AD7656对信号进行数字转换。接着将此信号馈入ADSP-BF524进行特征分析。电压监控器ADM708可确保电路在正确的信号和电源电平下运行。
    该信号链结合Karmelsonix的设计经验和软件，无论在家中还是就医途中都能达成医用标准性能目标。许多家用保健设备更为简单，但对于挽救生命和防止意外同样重要。如图所示，急救人员可使用ZOLL Medical的PocketCPR对心脏病患者实施心肺复苏(CPR)。
    该设备可以测量胸外按压力度，为急救人员提供听觉和视觉反馈，便于及时调整力度和频率。PocketCPR使用加速度计ADXL311来精确测量器件在急救人员手中的运动状态。更简单的应用有FallSaver贴片，可附着在患者大腿上长达两周，持续监控患者活动。
    该器件使用ADXL323和ADXL335加速度计，以数字格式提供运动信息，可快速分析运动模式。
    随着家用医疗设备的需求日益增长，对医疗设备设计人员而言，系统要求变得越来越更复杂和苛刻，不但要缩小尺寸，改善易用性，而且必须提高下一代便携式医疗设备的性能。这些新的系统级需求意味着模拟半导体制造商不得不面临为下一代产品开发构建模块的挑战。