微波與射頻在醫(yī)療領域中的應用

多年來，微波器件公司一直為諸如核磁共振成像(MRI)系統(tǒng)等醫(yī)療成像應用提供器件。雖然成像應用繼續(xù)提供了堅實的機會，但許多其它醫(yī)療應用領域也開始為無線微波和射頻技術敞開了大門。例如，遠程監(jiān)控支持病人在家中的將諸如血壓、脈搏等健康狀況以無線方式發(fā)送給它們的醫(yī)生。其它創(chuàng)新也在幫助醫(yī)院和醫(yī)療中心得以跟蹤個人的位置。在現(xiàn)有的成像市場和無線技術正在創(chuàng)造的新機遇中，醫(yī)療產業(yè)已成為一個實實在在的新市場，許多微波和射頻公司都以此為目標。幸運的是，許多這樣的機遇都只要求這些公司利用他們在電信和無線局域網領域已有的專業(yè)知識。

諸如MRI等成像設備的使用普及率在增加，目前全球每年要實施超過6千萬例MRI診斷。它們通常用于診斷阿爾茨海默氏癥(老年癡呆癥)、癌癥細胞和韌帶撕裂等各種疾病和損傷。成像系統(tǒng)采用了多種射頻/微波器件，包括振蕩器、發(fā)射器和天線。例如，ADI公司現(xiàn)在就提供一款為提高成像分辨率而設計的20位數據轉換器(DAC)AD5791。

AD5791具有真正的百萬分之一(ppm)的分辨率和精度(圖1)。AD5791具有±1LSB DNL的相對精度規(guī)范，確保了操作一致性。該DAC的低頻噪聲僅為0.025ppm，輸出漂移僅為0.05ppm/C。如此低的噪聲減少了不期望的圖像偽影，從而降低了對多次核磁共振掃描的需要，因此病人可以在更短時間內得到診治。輸出可配置為標準單極(+5V，+10V)或雙極(±5V，±10 V)范圍。AD5791的3線串行接口工作時鐘速率為50MHz。

圖1：ADI單芯片DAC具有很高精度，能實現(xiàn)非常清楚的診斷成像圖片。

分光鏡應用是射頻/微波技術在醫(yī)療領域的另一個增長市場，它本質上是通過把光照射在標本上實現(xiàn)化學分析。近日，安捷倫和德州大學達拉斯分校宣布計劃創(chuàng)建一個毫米波和亞毫米波電子表征設施。該設施最初將支持針對醫(yī)療保健和安全應用對在CMOS上實現(xiàn)180到300GHz光譜技術的可行性研究。

Hittite Microwave公司的一個新比較器產品線也鎖定光譜應用。該公司表示，這6款比較器具有如下特性：20Gbps的速率、150mW的功耗、120ps 的時鐘到數據輸出延時(圖2)。通常情況下，它們具有最小60ps的可檢出輸入脈沖寬度，而額定的隨機抖動僅為0.2ps。這些比較器支持±1.75V的共模輸入電壓范圍，其典型過驅動和壓擺率離差低于10ps。HMC874LC3C、HMC875LC3C和HMC876LC3C單片比較器具有帶可編程遲滯的高速鎖存特性，它們分別提供低擺幅PECL、CML和ECL輸出驅動器。

該公司還發(fā)布了三款具有電平鎖存輸入的新的單片10GHz比較器HMC674LC3C、HMC675LC3C和HMC676LC3C。這三款比較器支持 10GHz輸入帶寬、同時具有85ps的傳輸延遲以及0.2psRMS隨機抖動下的60ps最小脈沖寬度。它們具有10ps的過驅動和壓擺率離差、小于 140mW的功耗。這些器件具有差分鎖存控制和可編程遲滯，可被配置工作在鎖存模式或作為跟蹤比較器使用。與該系列其它器件一樣，它們分別提供低擺幅 PECL、CML和ECL輸出驅動器。

遠程監(jiān)控應用

在醫(yī)院、診所和家中，涉及無線網絡的遠程監(jiān)控可能是最欣欣向榮的醫(yī)療市場。遠程監(jiān)控最吸引人的地方是它還可被用來與患者溝通及對患者提供教育。當然，需要同時發(fā)送和接收信息將對所需的設備和網絡基礎設施有不同需求。在伊利諾斯州進行的一項臨床研究，就采用了遠程監(jiān)護來管理Gleevec這種藥的施用。Gleevec是Novartis公司研制并生產的用于治療慢性粒細胞白血病的藥物。這項研究將評估一個以手機為基礎的、稱為eMedonline的個性化藥物管理系統(tǒng)的使用情況。

在這項研究中，eMedonline作為一種“智能服務”，充分發(fā)揮了射頻識別(RFID)和手機的無線功能，將智能手機變成一個藥物傳感器。手機以無線方式實時從藥品包裝上的RFID“智能標簽”上讀取、收集藥物數據，它在監(jiān)測病人報告結果的同時，有助于核實病人是否在正確的時間服用了正確的藥物。手機內的數據被無線發(fā)送到一個安全服務器，借助服務器內的數據再進行臨床審查和分析?？筛鶕闆r發(fā)送警報，以對漏服藥物或不良情況實施干預，使它們不致成為嚴重的健康風險。這項研究的初衷來自于這樣一個事實：病人往往不遵從醫(yī)囑。

近日在波士頓舉行的一個旨在提升服藥依從性的方案演示中，支持藍牙的Vena吸入器實時并無線地記錄服藥劑量的歷史數據。數據上傳到稱為Vena-Hub的以用戶為中心的軟件平臺，當患者沒按時服藥時，就會對他們發(fā)出提醒。被用來從無線醫(yī)療設備這一生態(tài)系統(tǒng)采集數據的Vena-Hub，也是支持Vena的肺活量計的門戶。將服藥依從性和肺活量等數據與花粉計數等其它變量組合起來，形成一系列建議和有關信息，然后通過警報自動發(fā)送給用戶。警報可能會通過在線閱讀器、社區(qū)網絡、電子郵件，甚至文本信息等形式發(fā)送。

遠程監(jiān)控的另一個好處是，專家將能夠與農村地區(qū)的病人溝通，這些病人因而不必趕大老遠的路。例如，AT＆T最近宣布了與加州大學的一項協(xié)議。作為這項為期 3年、總價2,700萬美元合約的一部分，AT＆T將提供管理的網絡服務以支持這項遠程保健計劃。美國加州遠程保健網絡是全州范圍內由醫(yī)療保健、技術、政府及其它相關各方結成的聯(lián)盟，該機構從聯(lián)邦通訊委員會(FCC)的農村衛(wèi)生保健試點項目尋求資金支持。該網絡正在構建一個全州范圍內的網絡基礎設施，它將小醫(yī)院、小診所與大醫(yī)院及大醫(yī)院內的專家連接起來。該網絡完成后，將覆蓋全州860多個站點。

無線網絡標準也越來越多地用于資產跟蹤項目。例如，Henry Mayo醫(yī)院已與AT＆T簽約以部署AeroScout的Wi-Fi RFID資產跟蹤和溫度監(jiān)控方案。作為洛杉磯縣的災害資源中心，Henry Mayo醫(yī)院負責提供醫(yī)療設備、藥品以及在發(fā)生緊急事件時對整個社會提供關照。 AeroScout的資產跟蹤和管理方案旨在幫助醫(yī)院在全院范圍內跟蹤，諸如病床、輪椅、輪床、病人自控鎮(zhèn)痛泵和輸液泵等關鍵資產的使用情況。此外，AeroScout的溫度監(jiān)控方案通過確保冰箱內溫度滿足藥品、組織樣本及其它對溫度敏感的材料的保質所規(guī)定的溫度范圍，從而簡化了為滿足國際醫(yī)院認證聯(lián)合委員會條例相關要求的實施，

在加拿大魁北克的圣熱羅姆衛(wèi)生和社會服務中心，醫(yī)院工作人員佩戴著Ekahau傳呼機標簽，這樣就可容易地對他們進行定位。這個T301BD Wi-Fi尋呼機標簽具有雙向通信能力，使用戶能夠發(fā)送和接收文字信息。這些尋呼機還包括一個可以在遇到緊急情況時按下的專門按鈕。Ekahau實時定位系統(tǒng)利用醫(yī)院現(xiàn)有的Wi-Fi網絡可在幾秒內定位網絡覆蓋范圍內、由鈕扣電池供電的小標簽。

這些產品和服務是當今醫(yī)療保健行業(yè)內更具主導性、并增長著的一些應用。隨著技術進步以及寬帶計劃的實施，將會出現(xiàn)更多機會。這些新服務和系統(tǒng)的主干依靠無線網絡來收集和提供信息。與此同時，微波公司將繼續(xù)在成像等領域收獲成功。諸多因素將帶來一個增長的市場，它為各企業(yè)及其產品提供了盈利機會。

醫(yī)療應用中的無線技術

要進入醫(yī)療市場，重要的是要了解哪些無線標準是主導。有趣的是，主導技術就是諸如ZigBee或IEEE 802.15.4、藍牙、IEEE 802.11x以及射頻識別(RFID)等主流技術。展望未來，康體佳健康聯(lián)盟(Continua Health Alliance)似乎將在很大程度上推動醫(yī)療保健領域內標準的發(fā)展。它的任務是建立一個使個人健康方案具有互操作的系統(tǒng)，以促進自主性并使個人和機構能更好地管理健康、保障福利。

康體佳健康聯(lián)盟已批準ZigBee Health Care作為一種低功耗局域網(LAN)標準，用于專業(yè)環(huán)境、家庭、活動中心、大型校園內的傳感與控制。ZigBee Health Care 是互操作無線設備的全球開放標準，可安全監(jiān)測及管理慢性疾病、肥胖、老化這類非重大、低危險病癥的保健服務。ZigBee Health Care 完整支持 IEEE 11073 設備。ZigBee Health Care 提供了不受干擾的無線連接，可在單一網絡上支持數千部設備。ZigBee 能與 Wi-Fi 等其它無線技術和平共存，這是保護醫(yī)療設施內病患安全及確保應用時不可或缺的關鍵要求。ZigBee Health Care 設備可以與消費電子、家庭自動化、商業(yè)建筑自動化中已部署的其它 ZigBee 無線技術交互。

飛思卡爾等公司將ZigBee用于各種保健產品。新批準的ZigBee Health Care標準為具有互操作的低功率無線設備提供了一個全球性的開放標準。這樣，它就確保了針對慢性病管理、老人護理、保健、住院管理和資產跟蹤等非致命、非緊急保健服務的安全監(jiān)測和管理。它支持一個網絡內的數千臺設備，并提供對IEEE 11073設備的完全支持，從而使每臺設備都能夠通過FDA認證。

ADI的工作在2.4GHz工業(yè)、科學和醫(yī)療(ISM)頻段的模擬電路ADF7242，在IEEE 802.15.4模式下支持250kbps速率。這款收發(fā)器可用于實施基于諸如ZigBeeIPv6/6LowWPAN等協(xié)議的方案。ADF7242支持IEEE 802.15.4和GFSK/FSK雙模工作模式，即同一款器件既能以250kbps的速率支持基于IEEE 802.15.4協(xié)議的標準，又能以2Mbps的速率支持采用GFSK/FSK調制方案的專有協(xié)議。

一年多以前，康體佳的第二版設計指南批準了低功耗藍牙。低功耗藍牙無線技術是4.0版藍牙內核規(guī)范的主要特征，它使由紐扣電池供電、小巧的無線產品和傳感器成為可能。這些小巧、低成本的方案預計會培育出各種醫(yī)用表、遠程控制和醫(yī)療傳感器市場。

德州儀器(TI)是將藍牙用于無線醫(yī)療應用的倡導者之一。該公司將其第七代藍牙產品CC2560與一個嵌入式藍牙棧整合起來，使其運行于其MSP430微控制器(MCU)。設計人員可以在一系列便攜設備內，利用低功耗MSP430 MCU同時與模擬信號、傳感器和數字器件連接。

當然，隨著新的醫(yī)療服務的出現(xiàn)，將會涌現(xiàn)出更多的標準和技術，比如結合如長期演進(LTE)等第四代通信標準和WiMAX等寬帶技術來實施醫(yī)療應用。

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