面向便携式医疗监控设备的嵌入式技能及应用

引言

　　电子技能发达成长的本日，当局与各级医疗机构正尽力完善医疗体系，以更好地为病人处事。嵌入式技能应用深入到医疗行业后，病人可以有更大的选择空间，选择适合本身的治疗和疗养方法，选择在家中养病，可能到医院、大夫办公室来。医疗行业充实发挥了便携、远间隔毗连的医疗监控系统的优势。这类监控设备包罗电子血糖仪、便携式床旁监护仪、便携式心电图 (ECG) 系统，甚至更为巨大的医疗监控系统。

　　2008年以来，越来越多的利好动静呈此刻医疗电子规模。德国、澳大利亚都别离明晰暗示要在儿童医疗和全民医疗规模加大投入。中国和墨西哥这样的成长中人口大国也在举办备受世人瞩目标医疗改良。这些当局级此外投入将增加全社会对医疗电子产物的需求。除此之外，尚有一些因素也会对医疗电子市场发生影响。

      全球人口老龄化现象日益突出，这些老龄化人口对医疗有很是大的需求。

　　人们对疾病防范以及对早发明和早治疗的见识日趋认同，将促进对查抄诊断等根基医疗仪器，如x光、CT、正电子辐射断层扫描(PET)、MRI和超声波等的需求。

　　医疗仪器的进级和更新也将给市场带来新需求，如超声波仪器屏幕由利害向彩色的变革。

　　以上因素均对医疗电子设备的技能走向发生了较大影响，与大型设备对比本钱相对较低的便携式医疗电子设备在需求的发动下揭示出进入了前所未有的活力。譬喻可以随身携带的血压计、血糖仪，可以在家庭或小型社康医院中利用的呼吸机、心电监护仪一定会有越来越大的市场需求。

　　“便携式” 医疗电子设备在办理机动地传输数据的同时，便携性的要求越来越高，而且要保持收罗数据的质量与及时性。便携式设备主要分为两种。一种是移动(手持)设备，譬喻用于患者监控的产物，像丈量脉搏、血压及其他体征的产物，可以利便随时携带，同时需要担保电池有丰裕的续航时间，至少要担保医生出诊一天之内无需充电。另一种则不必然可以或许随身携带，但它们是低本钱、简朴的设备，一般用于设备较简朴的医院。这虽然会带来设计方面的挑战，不可是设备体积上的，并且内部的电气部门也需要有创新。

　　便携式医疗监控设备的一整个系统有五个根基的部门：数据收罗、数据传输、数据处理惩罚、人机接口、电源。ZTE-MEDiX系列存眷监控系统的五部门构成，有针对性地回收新颖的技能，使医疗监控设备表示最佳机能。

　　电池及电源打点

　　显示器与人机接口(HMI)

　　生物传感器接口与总线

　　数据互换接口

　　中央处理惩罚单位及数据运算效率

　　适于便携场所应用的靠得住性设计

电池及电源打点

　　电源打点技能与低功耗并不该该完全等同。ARM产物自己功耗相对低，可是只有共同完善 的电源打点技能，产物的续航本领才气发挥到极致。限制功耗的同时，必必要平衡思量系统处理惩罚数据要求。新的电源打点技能及电源拓扑布局实施几个电源级别和待机模式，可辅佐系统以低程度功耗实现高程度机能。

　　ZTE-MEDiX可打点系统待机、睡眠及叫醒转换成果，可提高总体系统机能来建设分身两方面机能的系统。假如CPU只在需要处理惩罚要时勾当，平均系统功耗将保持较低，仅在CPU叫醒状态下才气到达峰值。通过实施多级电源打点，改进系统的易用性。

　　举例1：ZTE-MEDi27型主板共有一个事情状态和四级休眠状态，主板功耗可以从全速运行的 1030mW逐级降到深度睡眠状态的不敷20mW。用户在强有力的电源打点技能支持下，不只可以得到最长的续航时间，还可以低落维护本钱(淘汰查验频率， 耽误电池寿命)。

　　举例2：ZTE-MEDi27型主板共同10寸液晶显示器构成的小我私家监护系统，由两节锂离子电池供电(2000Ma@8V)。系统无人操纵30秒后，进入节电状态，任意外部操纵激活。可持续利用12小时以上，无需充电。

显示器与人机接口

　　岂论是向病人奉告体温或心电图 (ECG)功效可能其他体征信息，显示器的显示结果都是一项重要的机能特点。

　　医疗监控设备尤其多成果监控设备，如6通道，8通道设备，需要较大的显示屏幕，才气清晰地显示出病人的体征信息。大尺寸的屏幕需要耗损掉更大的电池能量，因此ZTE-MEDi27型嵌入式主板上专门插手了液晶节能电路，液晶可以当令进入主动节电模式。另外发起共同该主板选用高品质低功耗的液晶，以到达更精彩的显示结果。

　　举例：ZTE-MEDi27型嵌入式主板支持TFT液晶，最大判别率800*600，也可以同时外接VGA设备。

　　跟着便携式超声设备从单色向彩色成长，从2D图像向3D、4D成长，超声设备通道数会大大增加，这样就需要高机能的波束合成架构，并且跟着用户对超声设备图像分 辨力和时间判别力的需求晋升，设备所需的运算量会大大增加，对中央处理惩罚单位的图形处理惩罚本领提出了更高的要求。ZTE-MEDiX系列可以提供比传统的DSP/FPGA图形处理惩罚方案更强大的图形处理惩罚本领，并且大大缩短了产物的研发周期，患者有时机更早地享受到先进技能带来的福音。

　　触摸屏(TouchPanel) 是简化便携式电子设备利用的一个要害的因素，由于免去了传统键盘，还可进一步缩小设备体积。 触摸屏团结软件菜单的成果选择，增强医疗产物的人机交互本领，共同友好的界面，病人或医护人员利用更利便。 设计触摸屏成果时，要思量的一个重要因素是所选方案的静电 (ESD) 处理惩罚本领。 假如电路不能消除静电发生的能量，该能量大概对监控系统造成损坏。与触摸屏相关其它的因素有判别率、与屏幕尺寸、转换范例与速度、敏捷度，以及总体功耗等。

生物传感器接口与总线

　　所有设计医疗监控设备的设计人员，都选择遍及应用的UART传感器接口，选取CAN这样的成熟总线技能。另外，本土医疗电子制造商往往只有较少的研发人员，这和外国医疗电子制造商动辄上百人的开拓团队对比没有优势，所以本土开拓人员更应先对准能低落本钱且能发生效益的设备开拓。ZTE-MEDiX系列为设计人员提供了多个UART接口(2~11个，差异型号有异)，基于ZTE-MEDiX的便携式医疗监控设备可以同时支持多个生物传感器。总线方面，ZTE-MEDiX系列提供1~2路CAN总线。另外还提供SPI、 I2C、I2S和GPIO作为生物传感器接口。

　　举例：脉搏血氧计设计方案中，通过GPIO和认真节制和协调其他电路模块的正常事情，它将收罗到的血氧信号颠末数据处理惩罚，发送到显示屏。ZTE-MEDiX的处理惩罚本领、采样率、采样精度、功耗、及时性要求等指标完全到达系统的要求。而且可以提供扩展的RS232接口，与其它设备共同。

数据互换接口

　　医疗监控设备可发生大量的原始数据。 生存数据与处理惩罚趋势、识别变革、提供反馈，支持与较大系统毗连的本领，以及执行诊断算法是凡是是系统节制器的重要成果。

　　医疗电子设备数据接口从有线 RS232接口迁移到有线及无线以太网毗连、及近间隔及较长间隔的无线毗连。 医院可以操作这些新接口来毗连医院内和患者家里所有设备。当病人从医院返回家中时，可通过身上无线传感器长途地与大夫接洽，该传感器毗连抵家中安详系统的监控器上。整个系统连入以太网或医疗呼唤中，可在其家中随时私密地吸收监控。

　　这里也可回收无线接口，如蓝牙、GPRS。 也可回收基因无线数创模块的无线办理方案。除了功耗外，数据速率及间隔也是选择无线接口的两个重要要素。 ZTE-MEDiX系列医疗用主板，整合有线的RS232数据口，USB接口和以太网接口，无限的GPRS和无线数传接口;为便于数据传输，ZTE-MEDiX还整合了SD卡。

　　这种环境下，传统医疗监控设备间隔的范围完全被冲破，并且数据速率得以最大化。 假如监控只用几个传感器，间隔比数据速率更重要。 最后，选择方案必需节制系统功耗。

中央处理惩罚单位及数据运算效率

　　医疗设备厂商选择主板方案时会依据两个原则：一是市场的主流方案;二是容易进级替换。 主流的方案和有实力的供给商在一连供给上较量有保障。同时尽大概在设计中回收尺度化的，有延续性的产物线。这一原则为日后碰着停产等供给问题时能快速找到替代方案。

　　ZTE-MEDiX系列产物回收基于ARM的CPU。英国ARM公司是嵌入式RISC处理惩罚器的IP(常识产权)供给商，它为ARM架构处理惩罚器提供ARM处理惩罚器内核(如ARM7T、ARM9T及 ARM10等)。由各半导体公司在上述处理惩罚器内核基本长举办再设计，嵌入各类外围和处理惩罚部件，形成各类MCU。今朝基于ARM内核的芯片在嵌入式 处理惩罚器市场上占据75%的份额。ARM作为嵌入式系统的处理惩罚器，具有低电压，低功耗和高集成度等特点，并具有开放性和可扩充性。事实上，ARM内核已成为嵌入式系统首选的处理惩罚器内核。

　　ZTE-MEDiX系列今朝回收的CPU主频包罗200MHz、400MHz、520MHz三种，满意多种便携医疗监控的应用。

适于便携场所应用的靠得住性设计

　　便携医疗设备涵盖的应用范畴愈来愈广，产物的靠得住性设计必需综合思量大概的多方面需求。医疗影像设备将来需要高质量的图像，同时，要每秒帧数也在晋升，所以要选取高机能器件。 超声设备将来的成长趋势是低功耗、高机能和小型化，所以要思量器件的集成度。 在ECG(心电)设计中，要留意板级电磁兼容，CMRR(共模抑制比)是重要的指标，它可以晋升监护精确度，又可以掩护患者。低发抖时钟信号在高速信号处理惩罚中很是重要，它可以有效优化SNR(信噪比)。为担保设备就能和其他医疗设备兼容，必然要举办严格的安详测试。

结论