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家庭醫療設備無線化
( 2007年7月1日)
Paul Williamson, Cambridge Consultants
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無線醫療應用對無線設計工程師和整合商提產生有趣的挑戰，醫療產業逐步採用無線技術，醫療設備企業也意識到無線技術的好處和競爭優勢。病歷電子管理在醫院中越來越普遍，對病歷資料接取的需要推動了採用無線解決方案的進程。許多醫院現在已經有了無線資料系統，由於這些系統所呈現的安全與可靠性，解除人們原來對傳統無線產品的顧慮。
相關法規提供了結構化的架構，產品必須遵照這些架構開發，還專門制定了某些條款支援和鼓勵某些醫院環境中應用的無線產品。例如，FCC條例中的WMTS(無線醫學遙測服務)波段條款，就是用作醫療病患監護系統的安全資料傳輸。
儘管產業醫療近期有些進展，但在全世界來看，醫療基礎設施所面臨的壓力還是在不斷地增漲。隨著預算和資源越來越緊張，對效能的需求也越來越高。這種趨勢正隨著在最低密度條件下的治療病人(在家庭中)的需要而增長。在新興的家庭醫療領域，無線技術實現了用於醫療的新產品、設備和方法。隨著無線家庭網路技術的迅速成長，逐步消除家庭與醫療提供商之間的差距。這種家庭治療方案不僅對醫療機構有好處，而且也為病人提供了更多的舒適度和控制。
以下為將剖析無線技術可為家庭醫療帶來的解決方案面向。
植入儀器
醫療儀器業者正針對植入儀器，開發更先進的控制和資料記錄無線技術。這類設備，如心臟心率調整器、人工電子耳和神經刺激器，都有本地資料處理部分，可針對每個使用者進行最佳化和調節。植入儀器中的無線連接構提供了下載以前記錄的性能資料，以及透過低級消息協定上傳設備控制參數等所必須的低階控制。
無線技術所面臨的挑戰是如何設計出功耗小、速率高的可靠的短距離無線電設備。這種超低功耗的無線電設備在工作中多數時間都處於睡眠狀態，可使用複雜的喚醒方案確保其只與已知的詢問設備通訊。當設備被外部單元喚醒時，會在短時間內以較高的資料速率發送資訊，從而將所消耗電池電量降至最低。
為了維持合適的無線靈敏度和較短的發送占空比，通常使用非對稱的鏈路提供正向和反向分別為20kbps和200kbps的鏈路傳輸速率。切記，連接範圍受植入儀器天線的尺寸所影響，但由於天線不能做得很大，致使小天線在低頻時效率不足。而另一方面，儘管天線的高頻性能更好，但透過身體訊號的衰減還是在加大，並佔用了900MHz以上頻率的大部分鏈路資源。因此，常用的2.4GHz到5.2GHz ISM波段和5.7GHZ的UNII波段不適合植入儀器。
根據天線的可用尺寸，有適合無線植入儀器的最佳頻率。成功地說服全世界的管理當局專門為醫療植入儀器開闢一個有25µW e.r.p的功率限制的402MHz 到405MHz的波段。在美國稱為MICS波段(醫療植入通訊服務)，在歐洲則稱為為超低功率主動植入通訊波段(ULP_AMI)，全世界的其他各國也迅速地採用這個波段。
疾病管理
用於治療慢性或長期疾病的設備，如哮喘和糖尿病，提供改進病人管理與控制治療的機會。無線解決方案如果實施得當，應該能減少治療對病人生活方式的影響，從而改善長期的治療效果。
短距離的點對點通訊技術非常適合疾病管理，可讓病人遠端地控制醫療設備或保存及本地查看治療資料。在治療糖尿病時，測量設備(血糖儀)可記錄當前的血糖水準，或是利用注射筆可注射胰島素。我們對這些設備的主要擔心是安全、可靠性及抗干擾性。
常用的解決方案是使用專有無線技術。設計良好的設備可防止串話與來自其他設備的干擾，從而以獨特的方法保證空中傳輸資料的安全。此外，專有解決方案還可在無線電鏈路的低層採用節電措施。與之相反，基於標準的解決方案簡化設計程序，不需費力地開發無線電鏈路的細節。很多細節已經得以實施，如媒體接取控制、鏈路協商、誤差處理及安全方法等。選擇適當的標準，可以降低受干擾的程度。例如，藍牙設備使用自適應跳頻技術實現高抗干擾能力並提高了可靠性。
能為這些設備提供功耗優勢的新標準是是NFC(近距離無線通訊)。這種技術提供了全世界都無需授權協議的13.56MHz波段內的短距離(10cm)資料通訊。作為感應技術，它提供了通訊場由主動發起者驅動的被動運行模式。這些被動設備可從場中取電，轉換通訊場進行以實現雙向通訊，允許通訊鏈路的一端對設備的電源開銷產生很小的影響。
個人健康管理
健康領域被很多人認為是醫療市場最大的增長領域。這種機會是幫助那些“擔心自己健康的人”，以進一步管理和監測基本的健康情況。市場上經有相關產品，如電子血壓計監測儀和計步器。隨著消費者對其健康情況關注的增加，提供可連接查看健康的設備的機會也在增多。這些系統對接取現有的醫療服務進行了優先順序分級，提供了預防疾病的能力。
這些產品的無線連接將定期蒐集從家庭中讀取的資料集，分析出全面的健康情況，這些系統與網路連接相結合，可提供即時的飲食和健康諮詢。
該市場中的產品將主要受成本和使用便利性所影響。其應用很可能會採用廣泛流行的WiFi 和藍牙標準來實現最大的互操作性及連接到廣域網服務。國際標準及採用2.4GHz ISM 波段，使全球建置的過程更為簡化。
使用單晶片無線電設計的低成本平台也將非常重要，讓使用更為方便。對於用戶，這些設備應該簡單易用，沒人希望在家裏專門作一個IT管理員，必須實現簡化的對接和連接，像是以WiFi連接到家庭網路的設備。該設備必須讓用戶實施安全功能的介面，如WEP或WPA。方法之一是細心地設計產品，詳細地引導消費者完成設置過程的每一步，另一種方法是實施無線對接技術，這為NFC提供了另一種應用。在此應用中，用戶將新設備靠近其無線接入點，NFC鏈路會將資訊傳輸設置到設備。這種將兩個設備在接近放置的方法，對於消費者簡單而直接，容易實現。
銀髮族護理
銀髮族護理並不容易定義，此領域的第一個機會是提供讓老人獨立地在家中生活的支援技術。無線技術已應用於這個市場，即簡單的按鈕呼叫器。透過ZigBee可以改進這些系統，安裝多個低成本的感測器，可以毫無干擾地地監護家中老人的活動並對護理人員發出報警訊號。簡單的感測器可監測床鋪使用或開門的狀態，以瞭解老人的活動情況。還可監測長期的行為趨勢，以提早給出健康變化的警告。ZigBee提供2.4GHz波段低成本的低資料速率平台。其網狀拓樸結構延伸了安裝在建築物內的感測器的工作範圍，透過多路資料流程實現了穩定性。
第二個機會是對老年人傳播新技術，目的是在透過維護他們的心理和生理健康，提高他們的獨立性。這可能與當前八十多歲的的老年人關係不太密切，而嬰兒潮時期出生的一代則非常熟悉這些技術，他們會熱衷於明日的產品，以提高他們到了老年時期的健康狀況。隨著無線技術進一步成熟，會在此市場中佔據重要的地位，並提供與社會和知識連接的能力。
綜述
在美國與歐洲，無線醫療解決方案填補了醫院/診所或主要保健機構及家庭服務大量的空白。但採用這些技術仍然存在著結構性障礙，如當前不完善的補償方案、結合無線家庭醫療系統與醫療工作流程等。但使用這些最新系統的病人的認可，加上低成本醫療不可抗拒的經濟性還是推動著無線家庭醫療市場繼續發展。
多種成熟的和新興的無線標準提供了強大的家庭醫療設備平台，而專有無線解決方案則滿足了最具挑戰性的需要。現在無線系統設計人員所面臨的重點是，提供製造新型創新的醫療產品的工具，讓市場發展生機蓬勃。
作者簡介
Paul Williamson是Cambridge Consultants無線醫療業務開發部門的主管。Cambridge, UK; 44(0)1223 420024; www.cambridgeconsultants.com.
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Figure 1
Figure 2
Figure 3 |
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