醫療信息通信設計和人體域網絡的發展介紹

前言

　　在醫療和保健領域，人體植/侵入式或配帶式超低功耗和小型化無線收發芯片與傳感器大量使用，必將推動人體域無線網絡(BAN)迅速發展，為醫療信息通信提供一個必要的平臺，實時地傳送人體的生理參數，實現遠程診斷和治療。例如，日本政府正在實施一個“u-Japan”計劃，旨在建立一個獨特的ad-hoc網絡，用于安全又可靠的醫療服務。

　　醫療信息通信技術(ICT)將充分借助和涉及現有眾多的高新技術，諸如傳感器網絡、網絡機器人、RFID以及基于超寬帶(UWB)、軟件定義無線電(SRD)與多輸入多輸出(MIMO)技術的先進移動通信系統;進一步研發超低功率放大器、軟件結構RF以及片上天線;此外，封裝技術對經久耐用的植/侵入式器件也是至關重要的。

　　下面主要介紹體內植/侵入式無線收發器和數字電子疹診療貼的設計，介紹人體域網絡的發展情況。

體內植/侵入式器件無線通信

　　Zarlink Semiconductor公司致力于開發植/侵入式半導體芯片和體內通信，它的超低功耗收發器ZL70101用于鏈接植/侵入式醫療器件和監測設備的遙測系統。新一代采用0.18?m RFCMOS工藝并具有新型無線結構和調制技術的70102亦即將面世。據該公司報道，ZL70101已用于診斷用藥丸式攝像機中，拍攝圖像，并按每秒4幀、2.7Mbps數據速率傳送至記錄儀。發射時消耗5.2mW功率，設計工作時間超過8小時。

　　ZL70101(圖1)是一個超低功耗無線收發器，為醫療植/侵入式應用提供高性能半雙工RF通信鏈接。高集成度器件包括10個MICS信道與2個ISM信道400MHz收發器和提供器件控制和RF消息編譯的媒體接入控制器(MAC)，和一個標準SPI接口提供方便的連接。一個備選的2.45GHz ISM帶接收器提供附加的喚醒功能。它采用Reed-solomen編碼方案，結合CRC誤碼檢測以達到十分可靠鏈接。對數據塊，最大誤碼率(BER)小于1.5×10-10。

圖1 ZL70101方框圖

　　ZL70101收發器既可用于植/侵入式設備，也可用于基站。鑒于兩個系統對功耗有不同的要求，收發器定義了兩種基本的啟動工作方式：

植/侵入式醫療設備(IMD)方式：在此方式，收發器通常處于休眠狀態，也就是處于極低電流狀態。使用時，IMD可通過2.45GHz鏈路喚醒，或通過IMD處理順直接用WU-EN引腳喚醒。

基站方式：在此方式，可增加一些外部元件以求獲得最佳的性能，如圖2。

圖2 ZL70101外接元件圖

　　為了方便用戶使用，該公司還推出了ZLE應用開發套件(ADK)。配置了植/侵入式應用中間件(AIM100)板與基站中間件BSM100)板。前者包括ZL70101收發器，用了正常數據傳輸和喚醒操作的分立電路、通過工業標準SPI總線連接的應用微控制器、以及接口至PCB基環天線的SMA連接器;后者在前者的基礎上，增添了喚醒發射子系統和執行清除信道接入(CCA)的接收信號強度指示器。此外，還配置了使性能更佳的雙帶天線。套件還配置了應用開發平臺(ADP100)板，使計算機可通過USB2.0接口至AIM100板或BSM100板。

數字電子診療貼

　　當加拿大Zarlink公司致力于人體網絡的體內通信時，英國的Toumaz Technology公司另辟蹊徑，提供一個體外通信的解決方案，稱為Sensium數字電子診療貼。顧名思義，電子貼與傷口貼一樣能粘貼在人體的表皮上，不同的是，它是一個高集成度、超低功耗傳感器接口和收發器平臺(圖3)，內置可重構的傳感器接口、帶8051處理器的數字積木塊、RF收發器和片上溫度傳感器。一個或多個啟用Sensium數字電子電子貼連續地監測人體的重要生理參數，并報告給插入PDA或智能手機中的Sensium基站。

圖3 數字電子診療貼