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微波与射频技能在医疗中的使用

多年来,微波器件公司一直为诸如核磁共振成像(MRI)系统等医疗成像应用提供器件。虽然成像应用继续提供了坚实的机会,但许多其它医疗应用领域也开始为无线微波和射频技术敞开了大门。

多年来,微波器材公司一向为比方核磁共振成像(MRI)体系等医疗成像运用供给器材。尽管成像运用持续供给了坚实的时机,但许多其它医疗运用范畴也开端为无线微波射频技能敞开了大门。例如,长途监控支撑在患者在家中的将比方血压、脉息等健康状况以无线方法发送给它们的医师。其它立异也在协助医院和医疗中心得以盯梢财物和个人的方位。在现有的成像商场和无线技能正在发明的新时机中,医疗工业业已成为一个实实在在的新商场,许多微波射频公司都以此为方针。走运的是,许多这样的时机都只要求这些公司运用他们在电信和无线局域网范畴已有的专业知识。

比方MRI等成像设备的运用普及率在添加,现在全球每年要施行超越6千万例MRI确诊。它们一般用于确诊阿尔茨海默氏症(老年痴呆症)、癌症细胞和韧带撕裂等各种疾病和损害。成像体系选用了多种射频/微波器材,包含振荡器、发射器和天线。例如,ADI公司现在就供给一款为进步成像分辨率而规划的20位数据转换器(DAC)AD5791。

  AD5791具有真实的百万分之一(ppm)的分辨率和精度(图1)。AD5791具有±1LSB DNL的相对精度规范,保证了操作一致性。该DAC的低频噪声仅为0.025ppm,输出漂移仅为0.05ppm/C。如此低的噪声减少了不希望的图画伪影,然后降低了对屡次核磁共振扫描的需求,因此患者能够在更短时刻内得到诊治。输出可装备为规范单极(+5V,+10V)或双极(±5V,±10 V)规模。AD5791的3线串行接口作业时钟速率为50MHz。


图1:ADI单芯片DAC具有很高精度,能完成十分清楚的确诊成像图片。

  分光镜运用是射频/微波技能在医疗范畴的另一个增加商场,它本质上是经过把光照射在标本上完成化学剖析。近来,安捷伦和德州大学达拉斯分校宣告计划创立一个毫米波和亚毫米波电子表征设备。该设备开始将支撑针对医疗保健和安全运用对在CMOS上完成180到300GHz光谱技能的可行性研讨。

  Hittite Microwave公司的一个新比较器产品线也确定光谱运用。该公司表明,这6款比较用具有如下特性:20Gbps的速率、150mW的功耗、120ps的时钟到数据输出延时(图2)。一般状况下,它们具有最小60ps的可检出输入脉冲宽度,而额外的随机颤动仅为0.2ps。这些比较器支撑±1.75V的共模输入电压规模,其典型过驱动和压摆率离差低于10ps。HMC874LC3C、HMC875LC3C和HMC876LC3C单片比较用具有带可编程迟滞的高速锁存特性,它们别离供给低摆幅PECL、CML和ECL输出驱动器。


图2:Hittite Microwave公司的比较器可满意分光镜运用要求。

  该公司还发布了三款具有电平锁存输入的新的单片10GHz比较器HMC674LC3C、HMC675LC3C和HMC676LC3C。这三款比较器支撑10GHz输入带宽、一起具有85ps的传输推迟以及0.2psRMS随机颤动下的60ps最小脉冲宽度。它们具有10ps的过驱动和压摆率离差、小于140mW的功耗。这些器材具有差分锁存操控和可编程迟滞,可被装备作业在锁存方式或作为盯梢比较器运用。与该系列其它器材相同,它们别离供给低摆幅PECL、CML和ECL输出驱动器。

长途监控运用

  在医院、诊所和家中,触及无线网络的长途监控可能是最蒸蒸日上的医疗商场。长途监控最吸引人的当地是它还可被用来与患者交流及对患者供给教育。当然,需求一起发送和接纳信息将对所需的设备和网络根底设备有不同需求。在伊利诺斯州进行的一项临床研讨,就选用了长途监护来办理Gleevec这种药的施用。Gleevec是Novartis公司研发并出产的用于医治缓慢粒细胞白血病的药物。这项研讨将评价一个以手机为根底的、称为eMedonline的个性化药物办理体系的运用状况。

在这项研讨中,eMedonline作为一种“智能服务”,充分发挥了射频辨认(RFID)和手机的无线功用,将智能手机变成一个药物传感器。手机以无线方法实时从药品包装上的RFID“智能标签”上读取、搜集药物数据,它在监测患者陈述成果的一起,有助于核实患者是否在正确的时刻服用了正确的药物。手机内的数据被无线发送到一个安全服务器,凭借服务器内的数据再进行临床检查和剖析。可根据状况发送警报,以对漏服药物或不良状况施行干涉,使它们不致成为严峻的健康风险。这项研讨的初衷来自于这样一个现实:患者往往不遵照医嘱。

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  近来在波士顿举办的一个旨在提高服药依从性的计划演示中,支撑蓝牙的Vena吸入器实时并无线地记载服药剂量的历史数据。数据上传到称为Vena-Hub的以用户为中心的软件渠道,当患者没准时服药时,就会对他们宣告提示。被用来从无线医疗设备这一生态体系搜集数据的Vena-Hub,也是支撑Vena的肺活量计的门户。将服药依从性和肺活量等数据与花粉计数等其它变量组合起来,构成一系列建议和有关信息,然后经过警报主动发送给用户。警报可能会经过在线阅读器、社区网络、电子邮件,乃至文本信息等方式发送。

  长途监控的另一个优点是,专家将能够与乡村地区的患者交流,这些患者因此不用赶大老远的路。例如,AT&T最近宣告了与加州大学的一项协议。作为这项为期3年、总价2,700万美元合约的一部分,AT&T将供给办理的网络服务以支撑这项长途保健计划。美国加州长途保健网络是全州规模内由医疗保健、技能、政府及其它相关各方结成的联盟,该安排从联邦通讯委员会(FCC)的乡村卫生保健试点项目寻求资金支撑。该网络正在构建一个全州规模内的网络根底设备,它将小医院、小诊所与大医院及大医院内的专家衔接起来。该网络完成后,将掩盖全州860多个站点。

  无线网络规范也越来越多地用于财物盯梢项目。例如,Henry Mayo医院已与AT&T签约以布置AeroScout的Wi-Fi RFID财物盯梢和温度监控计划。作为洛杉矶县的灾祸资源中心,Henry Mayo医院担任供给医疗设备、药品以及在产生紧迫事件时对整个社会供给照顾。 AeroScout的财物盯梢和办理计划旨在协助医院在全院规模内盯梢,比方病床、轮椅、轮床、患者自控镇痛泵和输液泵等要害财物的运用状况。此外,AeroScout的温度监控计划经过保证冰箱内温度满意药品、安排样本及其它对温度灵敏的资料的保质所规则的温度规模,然后简化了为满意世界医院认证联合委员会法令相关要求的施行,

  在加拿大魁北克的圣热罗姆卫生和社会服务中心,医院作业人员佩戴着Ekahau传呼机标签,这样就可容易地对他们进行定位。这个T301BD Wi-Fi寻呼机标签具有双向通讯才能,运用户能够发送和接纳文字信息。这些寻呼机还包含一个能够在遇到紧迫状况时按下的专门按钮。Ekahau实时定位体系运用医院现有的Wi-Fi网络可在几秒内定位网络掩盖规模内、由钮扣电池供电的小标签。

  这些产品和服务是当今医疗保健行业界更具主导性、并增加着的一些运用。跟着技能进步以及宽带计划的施行,将会呈现更多时机。这些新服务和体系的骨干依托无线网络来搜集和供给信息。与此一起,微波公司将持续在成像等范畴收成成功。许多要素将带来一个增加的商场,它为各企业及其产品供给了盈余时机。

医疗运用中的无线技能

  要进入医疗商场,重要的是要了解哪些无线规范是主导。风趣的是,主导技能便是比方ZigBee或IEEE 802.15.4、蓝牙、IEEE 802.11x以及射频辨认(RFID)等干流技能。展望未来,康体佳健康联盟(Continua Health Alliance)好像将在很大程度上推进医疗保健范畴内规范的开展。它的使命是树立一个使个人健康计划具有互操作的体系,以促进自主性并使个人和安排能更好地办理健康、保证福利。

  康体佳健康联盟已同意ZigBee Health Care作为一种低功耗局域网(LAN)规范,用于专业环境、家庭、活动中心、大型校园内的传感与操控。ZigBee Health Care 是互操作无线设备的全球敞开规范,可安全监测及办理缓慢疾病、肥壮、老化这类非严重、低风险病症的保健服务。ZigBee Health Care 完好支撑 IEEE 11073 设备。ZigBee Health Care 供给了不受搅扰的无线衔接,可在单一网络上支撑数千部设备。ZigBee 能与 Wi-Fi 等其它无线技能和平共存,这是维护医疗设备内病患安全及保证运用时不可或缺的要害要求。ZigBee Health Care 设备能够与消费电子、家庭主动化、商业修建主动化中已布置的其它 ZigBee 无线技能交互。

  飞思卡尔等公司将ZigBee用于各种保健产品。新同意的ZigBee Health Care规范为具有互操作的低功率无线设备供给了一个全球性的敞开规范。这样,它就保证了针对缓慢病办理、白叟护理、保健、住院办理和财物盯梢等非丧命、非紧迫保健服务的安全监测和办理。它支撑一个网络内的数千台设备,并供给对IEEE 11073设备的彻底支撑,然后使每台设备都能够经过FDA认证。

  ADI的作业在2.4GHz工业、科学和医疗(ISM)频段的模仿电路ADF7242,在IEEE 802.15.4方式下支撑250kbps速率。这款收发器可用于施行根据比方ZigBeeIPv6/6LowWPAN等协议的计划。ADF7242支撑IEEE 802.15.4和GFSK/FSK双模作业方式,即同一款器材既能以250kbps的速率支撑根据IEEE 802.15.4协议的规范,又能以2Mbps的速率支撑选用GFSK/FSK调制计划的专有协议。

  一年多曾经,康体佳的第二版规划攻略同意了低功耗蓝牙。低功耗蓝牙无线技能是4.0版蓝牙内核规范的主要特征,它使由扣子电池供电、细巧的无线产品和传感器成为可能。这些细巧、低成本的计划预计会培育出各种医用表、长途操控和医疗传感器商场。

  德州仪器(TI)是将蓝牙用于无线医疗运用的倡导者之一。该公司将其第七代蓝牙产品CC2560与一个嵌入式蓝牙栈整合起来,使其运转于其MSP430微操控器(MCU)。规划人员能够在一系列便携设备内,运用低功耗MSP430 MCU一起与模仿信号、传感器和数字器材衔接。

  当然,跟着新的医疗服务的呈现,将会涌现出更多的规范和技能,比方结合如长时间演进(LTE)等第四代通讯规范和WiMAX等宽带技能来施行医疗运用。

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