无线医疗设备-超低功耗射频技术详解

无线医疗设备能提高患者的舒适度和以前未所未有的方式对患者进行监测。但首先，对功耗加以优化尤为重要。

无线传感器节点

无线设备已经改变了我们的工作和休闲环境―它们也可能同样改变我们的医疗设施。无线设备一个有趣的应用是无线传感器节点，后者可以用来监测心率、脑电波、体温、血压和其它生命体征。

目前，重症监护病房已使用人体传感器来监测病人和在病人的病情发生变化时提醒医生。传感器通过电缆连接到电脑。虽然在这种情况下这不算根本性问题，但是无线传感器节点能够让医院和其它地方的门诊病人从中受益是显而易见的事。

目前，进行睡眠监测试验的患者必须戴上通过一束电线连接到电脑的传感器，这会让患者觉得不舒服。研究机构IMEC和霍尔斯特中心开发了一款头巾式无线监控系统，该系统有五个集成式传感器，能采集和传送做有效睡眠测试所需要的所有数据（图1）。

这个装置能改善患者在医院进行睡眠测试过程中的舒适度，并且省去了电缆。荷兰睡眠失调中心Kempenhaeghe已完成的测试表明，这款无线监控系统能像有线系统一样有效地运行。可以想象：在不太远的将来，病人去看医生时拿到一个睡眠测试帽，然后在家即可完成测试。再由睡眠失调专业医师远程分析结果。

一旦无线传感器节点成为主流，将会有大量的新应用涌现。传感器节点可以被集成到诸多产品中，包括毛毯、汽车座椅和衣服等。例如，集成有脑电图传感器的棒球帽可以连续地测量癫痫病人的大脑活动（图2）。衬衫也可以兼作心电图监测仪。无线传感器节点有无限种用途。

要实现我们所设想的无线传感器节点，仍需要进行大量研究和开发。其中一个难题与功耗有关。由于节点不是有线连接到电网的，所以必须使用电池。而电池的尺寸应尽可能小，以匹配集成到衣服中的微型系统。如果小尺寸不是第一考虑因素，那么把降低功耗意味着设备能支持更长时间的自主性或支持其它更多功能，而对植入式传感器节点而言，电池能长期间使用是必需的。

IMEC和霍尔斯特中心正在开发一款心电图绑带，该产品像运动员所用的传统心脏监测带一样使用。这款带子不仅能监测心跳，还可以记录和传送完整的心电图。该设备可供有心脏病的户外活动爱好者非常方便地使用，或在竞技活动中使用（这款带子已经在布鲁塞尔马拉松里进行过测试）。目的难题在于要将系统小型化和实现足够水平的自立性。根据应用的不同，可能是要能使用几天或永久性使用。最终目标是要将这款电子心脏专家集成到一个小盒子中，而这个小盒子要能附着在一条带子上（图4），或者能嵌入到一件衬衫里则更好。

功耗可通过检查传感器的单独标准构件来预算心电图传感器节点的功率：传感和读取单元、无线通讯、数字信号处理器（DSP）和供电单元。显然，节点中最耗电的是射频芯片，射频芯片负责传感器数据的无线传输（图5）。通常，实现无线通讯功能所耗费的功率占总功率预算的50％至85％。