低功耗及无线技术在医疗设备的应用 - Freescale：半导体技术的进步推动下一代医疗设备的发展

　　第二个设计技术是使用时钟门控，可降低运行模式下的功耗。时钟门控是一种关闭被路由到外设的时钟信号的方法。虽然对一个外设进行时钟门控最多仅降低几十微安的功耗，但如果要尽最大可能达到最低功耗，减少一切不必要的内部跟踪和时钟信号都是非常必要的。当禁用所有外设时钟时，时钟门控测量可以在运行模式中降低近三分之一的功耗。

　　第三个低功耗设计技术是创建一个独立的电源域。每个内存位单元和 I/O 驱动程序都有一个泄漏电流。微控制器内存尺寸越大、I/O 数量越多，漏电就越大。这个独立的电源域仅用于驱动微控制器特性的一个子集，特别是执行计时所需的晶体振荡器和实时时钟寄存器。使用 RTC 电源域确保医疗设备可以预设时间和日期，只有极少或根本没有用户交互。对于许多设备来说，这是一个关键要求，使用该微控制器特性不仅能延长电池寿命，而且还可以丰富用户体验。

　　上述所有低功耗设计技术都已应用在飞思卡尔 Kinetis 微控制器和微处理器产品线中。将上一节描述的特性整合在一起，可以优化医疗设计，实现更节能的运行。

　　尽管无线技术已渗透到日常生活的许多方面，但大部分医疗设备仍然是有线的。一个典型的设备拥有一个数据收集传感器，该传感器通过线路连接到医疗设备，而该设备可通过 USB 等有线连接，连接到 PC。这些有线解决方案给患者造成许多问题，最重要的是易用性问题。请看下面患者读取心电图（ECG）的示例。图 2 显示了一个夹着有线传感器的患者，这是典型的 16 导联心电图。图 3 显示了下一代创可贴®大小的心电图数据采集设备。对比两幅图，可看出哪种设备更易于使用、最适合患者在家中使用。

　　
图2：心电图数据采集设备（目前的）

　　
图3：心电图数据采集设备（未来的）

　　在选择无线协议时，医疗设备设计人员有多种选项。下面的表 1 中列出了医疗保健设备中常用的无线协议。

　　正如您看到的，有各种各样的低功耗技术可用于无线医疗设备中，每种技术都有其独特的效用。ANT/ANT+是一个以2.4GHz运行的专有协议，目前主要用于健康和健身产品中，而非临床医疗设备中。ANT产品的总量正快速增长，但只有极少数产品采用了这种技术，这可能是因为突发传输速率仅为 20kbps。

　　与ANT类似，Zigbee 也以 2.4GHz 运行，并已经在一些医疗设备中采用，这主要是由于其特定的医疗保健配置。一个关键的区别是，ZigBee 基于一个开放的标准协议（IEEE 802.15.4），而 ANT 采用专有协议。Zigbee 在临床环境中获得了成功，因为医院的 IT 专业人士能够利用其网状网络功能的优势。

　　蓝牙智能（BLE）是一种专门为短程、低能源应用创建的无线技术，这些应用只需要短暂的数据突发（即非数据流）。低延迟和各种睡眠模式使 BLE 以低功耗特性见长。凭借这些特性，加上蓝牙 4.0，包括蓝牙智能（BLE），已成为手机、平板电脑和 PC 等智能移动设备的标准，BLE 很有可能在市场上普及。

　　已为市场快速普及准备就绪的一种新的无线协议是 Medical Body Area Network（医疗机构区域网络）或 MBAN 协议。开发 MBAN 频谱的目的是针对低功耗和短程医疗应用，为了将患者从床边监护及治疗设备的束缚中解脱出来，应对“最后一米”的挑战，MBAN 频谱而得以发展。它使用 IEEE 802.15.6 标准运行，可能使用与 Zigbee 或蓝牙智能相同的无线电硬件。专注于健康和医疗应用的芯片供应商已经开始创建解决方案，其中的一些解决方案将于 2012 年推出。

　　医疗市场中的无线应用正处于突破关口。想象一下某个系统使用嵌入在衣服中的传感器来监测您的心率，然后将数据发送到远程监控网关，并提醒您的医生，所有这一切都是采用无线完成，没有任何干预。远景已经勾画，标准正在制定，医疗市场的一场技术革命正在进行中。

　　要考虑最后一点的是，不像许多其他电子产品，医疗设备在上市前面临沉重的监管负担。即使在最好的环境下，开发医疗设备也投资巨大（1000 万美元至 2000 万美元），而且上市的时间很长。这就需要产品有 10-15 年的寿命。芯片供应商已经注意到这个问题，而且一些供应商已推出计划，保证产品寿命为 10 年、15 年甚至 20 年。

　　未来 5 年将是令医疗设备领域兴奋的 5 年。模拟、低功耗以及无线技术的新发展将有助于重塑医疗系统，就像它们今天所起的作用一样。在这个新世界里，一切都将通过无线连接，非常精准，并且可以使用许多年。很快，设备 – 而不是医生 - 将帮助我们对健康问题做出明智的决策。这将有助于降低医疗成本、提高病人护理水平。对于下一代医疗设备的开发人员和用户来说，前途是光明的。飞思卡尔长期以来一直在为管制严格的汽车市场提供嵌入式解决方案，与飞思卡尔这样的合作伙伴携手合作，能够让医疗设备设计人员安心。飞思卡尔努力研发，不仅提供高度集成、超低功耗并提供灵活的连接选项的微控制器产品组合，而且还提供各种各样的传感器、模拟和无线解决方案，以满足医疗设备设计人员的需求。

　　作者：飞思卡尔公司医疗产品市场营销经理 David Niewolny