醫(yī)療應用中的微波與射頻技術

1、醫(yī)療應用中的微波與射頻技術醫(yī)療應用中的微波與射頻技術來源：互聯(lián)網(wǎng)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)控支持在病人在家中的將 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 以跟蹤資產(chǎn)和個人的位置。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(chǎn)業(yè)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(wǎng)領 域已有的專業(yè)

2、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(shù)據(jù)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具有由LSB 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

3、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,與0 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

4、司的一個新比較器產(chǎn) 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(shù)據(jù)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 較器支持由.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。H876 W H676圖2: Hittite Microwave 公司的比較器可滿足分光鏡應用

5、要求該公司還發(fā)布了三款具有電平鎖存輸入的新的單片10GHz比較器HMC*LC3c、 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，它們分另1J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(wǎng)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

6、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(wǎng)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(chǎn)的用于治療慢性粒 細胞白血病的藥物。這項研究將*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(shù)據(jù)，它在

7、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(shù)據(jù)被無線發(fā)送 到一個安全服務器，借助服務器內的數(shù)據(jù)再進行 臨床審查和分析?？筛鶕?jù)情況發(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(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的 Vena-Hub，也是支持Vena

8、的肺活量計的門戶。 將服藥依從性和肺活量等數(shù)據(jù)與花粉計數(shù)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(wǎng)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(nóng)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(wǎng)絡服務 以支持這項遠程保健計劃。美國加州遠程保健網(wǎng) 絡是全州范圍內由醫(yī)痙保健、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(nóng)村衛(wèi)生保

9、健試點項目尋求資金支持。 該網(wǎng)絡正在構建一個全州范圍內的網(wǎng)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(wǎng)絡完成后，將覆蓋全州860多個站點。無線網(wǎng)絡標準也越來越多地用于資產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)的使用情 況。此外，

10、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(wǎng)絡可在幾秒內定位網(wǎng)絡覆蓋范圍內、由 鈕扣電池供電的小標簽。這些產(chǎn)品和服務是當今醫(yī)療保健行業(yè)內更 具

11、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(wǎng)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(chǎn)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

12、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?？刁w佳健康聯(lián)盟已批準ZigBee Health Care作為一種低功耗局域網(wǎng)（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(wǎng)絡上支持數(shù)千部設備。 ZigBee能與Wi-Fi等其它無

13、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(chǎn) 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(chǎn)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(wǎng)絡內的數(shù)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

14、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(chǎn)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