摘  要： 隨著人口老齡化的日益嚴(yán)重，家用醫(yī)療保健設(shè)備的需求日益迫切。介紹了兩款采用ADI公司DSP和加速度計(jì)等器件的家庭健康支持設(shè)備——PocketCPR和FallSaver。論述了關(guān)鍵的半導(dǎo)體技術(shù)在這類設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞： 醫(yī)療保健；便攜式；DSP；加速度計(jì)

    先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)正為體積越來(lái)越小、功能愈加強(qiáng)大的家用醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展鋪平道路。對(duì)于病人來(lái)說(shuō)，更小的便攜式設(shè)備帶來(lái)的好處是更容易進(jìn)行保健、更少去醫(yī)院以及進(jìn)一步降低醫(yī)療費(fèi)用。為了能夠在家庭環(huán)境中發(fā)揮更有效的作用，醫(yī)療設(shè)備必須便于使用、保證安全（甚至即使在錯(cuò)誤使用時(shí)），而且必須能夠區(qū)別正確結(jié)果和在不正確程序下得到的結(jié)果。
家庭醫(yī)療保健的興起
    隨著越來(lái)越多的嬰兒潮時(shí)期出生的人口正步入老齡，家庭醫(yī)療保健的需求日益迫切，家庭醫(yī)療保健設(shè)備的需求也在不斷增長(zhǎng)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的報(bào)告，2006年全球60歲以上人口數(shù)量為6.5億，并預(yù)計(jì)在2025年將達(dá)到12億。在美國(guó)，65歲以上人口的比例比以往任何時(shí)候都要高，這一數(shù)字在21世紀(jì)預(yù)計(jì)還會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)。
    受益于半導(dǎo)體技術(shù)的家庭醫(yī)療保健設(shè)備的實(shí)例包括24小時(shí)肺監(jiān)測(cè)儀Wholter、個(gè)人哮喘評(píng)估設(shè)備Wheezometer等。這兩款設(shè)備均由Karmelsonix公司開(kāi)發(fā)，該公司總部在以色列，是哮喘管理醫(yī)療設(shè)備開(kāi)發(fā)的先鋒。Wholter和Wheezometer滿足了全球4 800萬(wàn)哮喘病人對(duì)威脅他們的哮喘癥狀進(jìn)行自評(píng)估和管理的迫切需求。
    有效的哮喘評(píng)估(一種多變量肺活動(dòng)測(cè)定)必須即時(shí)準(zhǔn)確，才能為適當(dāng)?shù)尼t(yī)療措施提供依據(jù)。過(guò)去，只有醫(yī)院或診所的肺活量計(jì)才具有如此高的可靠性，而在家中或路途中的哮喘患者則時(shí)常要面臨危險(xiǎn)。
    為了將這種重要的病人護(hù)理手段從醫(yī)院普及到家庭，KarmelSonix公司使用了高速Blackfin數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和ADI公司的其他精密信號(hào)處理器件，確保哮喘患者能夠獲得準(zhǔn)確可靠的“喘息率”（一種重要的哮喘發(fā)作動(dòng)態(tài)指標(biāo)）評(píng)估信息。哮喘患者利用Wholter和Wheezometer，可以對(duì)自已的病癥進(jìn)行早期評(píng)估，這對(duì)于后續(xù)實(shí)施正確的藥物治療至關(guān)重要。
關(guān)鍵的半導(dǎo)體技術(shù)
    很多家庭健康支持設(shè)備功能更為簡(jiǎn)單，但卻對(duì)挽救生命、防止意外至關(guān)重要。Zoll Medical的全資子公司Bio-Detek公司生產(chǎn)的PocketCPR可放置于人的手掌下，監(jiān)測(cè)對(duì)心臟病發(fā)作患者進(jìn)行心臟復(fù)蘇搶救的情況，如圖1所示。

圖1  ADI公司ADXL311加速度計(jì)促成了PocketCPR設(shè)備的實(shí)現(xiàn)

    此設(shè)備通過(guò)測(cè)量胸部按壓的深度為救援人員提供聲音和視覺(jué)反饋，從而調(diào)整到適當(dāng)?shù)纳疃群驼_的速率。該產(chǎn)品也能指導(dǎo)相對(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的救援人員，助其建立信心，還可用適當(dāng)技術(shù)協(xié)助有經(jīng)驗(yàn)的護(hù)理者。PocketCPR采用ADI公司的ADXL311加速度計(jì)，它能對(duì)救援人員手掌下PocketCPR的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確測(cè)量。
    圖2所示的FallSaver更為簡(jiǎn)單，可用于那些在沒(méi)有幫助的情況下不能走動(dòng)的病人。無(wú)論是在醫(yī)院、家中或者療養(yǎng)院內(nèi)，看護(hù)人員不可能一直監(jiān)護(hù)臥床不起的病人。而病人可能因?yàn)榛加邪V呆癥或者不想麻煩看護(hù)人員，在沒(méi)有看護(hù)人員看護(hù)的情況下選擇起床走動(dòng)，這經(jīng)常導(dǎo)致因?yàn)樯眢w虛弱而摔倒的情況發(fā)生。
    小小的FallSaver貼片可貼在病人的大腿上，在長(zhǎng)達(dá)兩周的時(shí)間內(nèi)對(duì)病人的運(yùn)動(dòng)提供持續(xù)監(jiān)測(cè)，特別是確定那些試圖站立和走動(dòng)的動(dòng)作。FallSaver單元會(huì)發(fā)出報(bào)警聲并發(fā)送無(wú)線電信號(hào)給護(hù)士呼叫站或看護(hù)人員攜帶的電臺(tái)，以便看護(hù)人員將能在病人摔倒前趕到床邊協(xié)助其移動(dòng)。這是臨床試驗(yàn)中被證明在這一高風(fēng)險(xiǎn)人群中能顯著降低摔倒和摔倒引起的傷病的設(shè)備。

圖2  FallSaver

    FallSaver也采用ADXL323和ADX-L335加速度計(jì)，它們能以數(shù)字格式提供動(dòng)作信息，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作方式的快速算法分析。除了前面提到的加速度計(jì)，下一代三軸加速度計(jì)可以更低的功耗和更小的尺寸提供高水平的功能，例如ADI的ADXL345和ADXL346。
    未來(lái)家庭醫(yī)療保健設(shè)備的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是連接和電源。在很多情況下，精確地將臨床讀數(shù)從診斷設(shè)備提供給醫(yī)護(hù)人員與提供給病人進(jìn)行自我照顧是同樣重要的。例如糖尿病管理。又如當(dāng)前的ECG(心電圖)波形可以打印出來(lái)或者通過(guò)電子通信方式發(fā)送信息，提供給臨床醫(yī)生。
    以前，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，ECG儀器需要直接與電腦相連，這使病人有潛在的觸電危險(xiǎn)。ADI公司最近推出的ADuM4160 USB隔離器可以克服這個(gè)問(wèn)題，在病人與電腦和網(wǎng)絡(luò)之間提供完全的電氣隔離，同時(shí)仍然支持ECG的全部功能并保持與電腦的連接。
    測(cè)量前端也需要少量功率來(lái)驅(qū)動(dòng)用于采集和數(shù)字化ECG信號(hào)的放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。隔離電源由AD?滋M5000 DC-DC轉(zhuǎn)換器提供，它無(wú)需對(duì)電池充電和更換電池。這類器件也可用于需要與病人有直接電氣接觸的許多家用保健設(shè)備的設(shè)計(jì)，它們也有通過(guò)USB直接與電腦連接的能力，從而提供存儲(chǔ)、分析和結(jié)果傳輸?shù)耐暾δ堋＿@些技術(shù)使醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員能夠更容易地滿足最新的IEC60601要求。
    通過(guò)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的IC，半導(dǎo)體公司正改善著全世界病人的醫(yī)療保健品質(zhì)。那些創(chuàng)造了最新家庭醫(yī)療保健系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師們，正針對(duì)疾病管理、健康保健和給藥等方面，以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)努力發(fā)明改變?nèi)藗兩畹漠a(chǎn)品。
    很多便攜和家庭保健產(chǎn)品中半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步都借鑒了其他便攜消費(fèi)類產(chǎn)品的重大進(jìn)步，例如手機(jī)和媒體播放器。特別是對(duì)于電源管理、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和RF傳輸領(lǐng)域來(lái)說(shuō)尤其如此。但是，在精密信號(hào)放大、轉(zhuǎn)換和處理上的專業(yè)技術(shù)對(duì)于檢測(cè)和分析低電平、復(fù)雜的臨床信息仍然非常重要。
    這些開(kāi)發(fā)工作也獲得了Continua Health Alliance的支持、促進(jìn)和認(rèn)證，該聯(lián)盟是由最好的醫(yī)療保健和技術(shù)公司聯(lián)合起來(lái)組成的非盈利的開(kāi)放式行業(yè)聯(lián)盟，旨在提高個(gè)人醫(yī)療保健品質(zhì)。Continua在全球有200多家成員公司致力于建立一個(gè)互操作性個(gè)人健康解決方案系統(tǒng)，用知識(shí)將那些解決方案延伸到家庭，從而培養(yǎng)獨(dú)立、自主的個(gè)人醫(yī)療保健能力，提供真正個(gè)性化的衛(wèi)生和健康管理機(jī)會(huì)。Continua Health Alliance也正在建立設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并為那些標(biāo)準(zhǔn)提供認(rèn)證，從而為醫(yī)療保健提供者和消費(fèi)者在他們選擇和使用這些項(xiàng)目提供的設(shè)備時(shí)建立信任。 家用醫(yī)療設(shè)備不斷增長(zhǎng)的需求使得對(duì)系統(tǒng)的要求逐漸變得復(fù)雜，需要醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須減小尺寸、提高易用性、提高下一代便攜式醫(yī)療設(shè)備的性能。這些新的系統(tǒng)級(jí)需求意味著模擬半導(dǎo)體制造商必須迎接挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)具有突破性的模塊IC，使下一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成為可能。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)在于如何開(kāi)發(fā)醫(yī)療設(shè)備的未來(lái)創(chuàng)新功能，而這越發(fā)取決于系統(tǒng)和模擬IC設(shè)計(jì)人員之間持續(xù)有效地信息共享。