电子监测设备日趋流行于家庭

0  引言

　　半导体技术就是以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术。在周期表里的元素，依照导电性大致可以分成导体、半导体与绝缘体三大类。常见的半导体是硅（Si），当然半导体也可以是两种元素形成的化合物，例如砷化镓（GaAs），但化合物半导体大多应用在光电方面。绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的，因此电子产业又称为半导体产业。半导体技术的应用是集成电路（IC），举凡计算机、手机、各种电器与信息产品中，一定有 IC 存在，它们被用来发挥各式各样的控制功能，有如人体中的大脑与神经。

　　先进的半导体技术正为体积越来越小、功能愈加强大的家用医疗设备的发展铺平道路。对于病人来说，更小的便携式设备带来的好处是更容易进行保健、更少去医院以及进一步降低医疗费用。为了能够在家庭环境中发挥更有效的作用，医疗设备必须便于使用、保证安全（甚至即使在错误使用时），而且必须能够区别正确结果和在不正确程序下得到的结果。

1  家庭医疗保健的兴起

　　医疗保健（PC）是药师的任务是提供药学保健。药学保健是直接、负责地提供与药物治疗相关的服务，其目的是达到改善病人生命质量的确切效果。在中国，每千人口拥有医生1.5人，病床2.4张。北京、上海、天津、重庆等大城市中均设有高水平的肿瘤、心脑血管、眼科、牙科、中医以及传染病等各种专科医院和众多综合医院；各省、自治区的中等城市中均设有现代化设施完备的综合医院或专科医院。县、乡、村三级医疗预防保健网在广大农村具有一定基础，县有中心医院，乡镇有卫生院，行政村设有医疗点。由于医疗保健机构的建立健全，以及人们卫生习惯的逐渐养成，中国人口死亡原因由过去的以传染病、寄生虫病为主转变为现在的以恶性肿瘤、脑血管病和心脏病为主，死因构成已接近发达国家水平。城乡居民的健康水平有较大提高，全国人口平均预期寿命达到71.8岁，比世界平均水平高出5岁。

　　“预防为主”是中国卫生工作的重要经验之一，各级行政区域均建立以卫生防疫站等预防保健机构为主、具有卫生监督管理和防病职能的机构，形成了全国性的卫生监督和防疫网络。为集中力量消灭或控制部分严重威胁人民健康的传染病和地方病，全国人大和国务院颁布了《传染病防治法》和《全国1995年消灭脊髓灰质炎行动计划》、《中国2000年实现消除碘缺乏病规划纲要》等法规性文件，疾病防治工作得以进一步加强，并取得显着成效。

　　随着越来越多的婴儿潮时期出生的人口正步入老龄，家庭医疗保健的需求日益迫切，家庭医疗保健设备的需求也在不断增长。根据世界卫生组织的，2006 年60岁以上人口数量为6.5亿，并预计在2025年将达到12亿。

　　受益于半导体技术的家庭医疗保健设备的实例包括24小时肺监测仪Wholter、个人哮喘评估设备Wheezometer等。这两款设备均由 Karmelsonix公司开发，该公司总部在以色列，是哮喘管理医疗设备开发的先锋。Wholter和Wheezometer满足了4 800万哮喘病人对威胁他们的哮喘症状进行自评估和管理的迫切需求。

　　有效的哮喘评估（一种多变量肺活动测定）必须即时准确，才能为适当的医疗措施提供依据。过去，只有医院或诊所的肺活量计才具有如此高的可靠性，而在家中或路途中的哮喘患者则时常要面临危险。

　　为了将这种重要的病人护理手段从医院普及到家庭，KarmelSonix公司使用了高速Blackfin数字信号处理器（DSP）和ADI公司的其他精密信号处理器件，确保哮喘患者能够获得准确可靠的“喘息率”（一种重要的哮喘发作动态指标）评估信息。哮喘患者利用Wholter和 Wheezometer，可以对自已的病症进行早期评估，这对于后续实施正确的药物治疗至关重要。

2  关键的半导体技术

　　很多家庭健康支持设备功能更为简单，但却对挽救生命、防止意外至关重要。Zoll Medical的全资子公司Bio-Detek公司生产的PocketCPR可放置于人的手掌下，监测对心脏病发作患者进行心脏复苏抢救的情况，如图1所示。

 

 

图1  ADI公司ADXL311加速度计促成了PocketCPR设备的实现

　　此设备通过测量胸部按压的深度为救援人员提供声音和视觉反馈，从而调整到适当的深度和正确的速率。该产品也能指导相对缺乏经验的救援人员，助其建立信心，还可用适当技术协助有经验的护理者。PocketCPR采用ADI公司的ADXL311加速度计，它能对救援人员手掌下PocketCPR的运动进行测量。

　　图2所示的FallSaver更为简单，可用于那些在没有帮助的情况下不能走动的病人。无论是在医院、家中或者疗养院内，看护人员不可能一直监护卧床不起的病人。而病人可能因为患有痴呆症或者不想麻烦看护人员，在没有看护人员看护的情况下选择起床走动，这经常导致因为身体虚弱而摔倒的情况发生。

　　小小的FallSaver贴片可贴在病人的大腿上，在长达两周的时间内对病人的运动提供持续监测，特别是确定那些试图站立和走动的动作。 FallSaver单元会发出报警声并发送无线电信号给护士呼叫站或看护人员携带的电台，以便看护人员将能在病人摔倒前赶到床边协助其移动。这是临床试验中被证明在这一高风险人群中能显着降低摔倒和摔倒引起的伤病的设备。

图2  FallSaver

　　FallSaver也采用ADXL323和ADX-L335加速度计，它们能以数字格式提供动作信息，可以实现动作方式的快速算法分析。除了前面提到的加速度计，下一代三轴加速度计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。

　　未来家庭医疗保健设备的两个关键问题是连接和电源。在很多情况下，地将临床读数从诊断设备提供给医护人员与提供给病人进行自我照顾是同样重要的。例如糖尿病管理。又如当前的ECG（心电图）波形可以打印出来或者通过电子通信方式发送信息，提供给临床医生。

　　以前，要实现这个功能，ECG仪器需要直接与电脑相连，这使病人有潜在的触电危险。ADI公司近推出的ADuM4160 USB隔离器可以克服这个问题，在病人与电脑和网络之间提供完全的电气隔离，同时仍然支持ECG的全部功能并保持与电脑的连接。

　　测量前端也需要少量功率来驱动用于采集和数字化ECG信号的放大器和数据转换器。隔离电源由AD?滋M5000 DC-DC转换器提供，它无需对电池充电和更换电池。这类器件也可用于需要与病人有直接电气接触的许多家用保健设备的设计，它们也有通过USB直接与电脑连接的能力，从而提供存储、分析和结果传输的完整功能。这些技术使医疗设备设计人员能够更容易地满足的IEC60601要求。

　　通过开发创新的IC，半导体公司正改善着全世界病人的医疗保健品质。那些创造了家庭医疗保健系统的设计工程师们，正针对疾病管理、健康保健和给药等方面，以半导体器件为基础努力发明改变人们生活的产品。

　　很多便携和家庭保健产品中半导体技术的进步都借鉴了其他便携消费类产品的重大进步，例如手机和媒体播放器。特别是对于电源管理、运动检测和RF传输领域来说尤其如此。但是，在精密信号放大、转换和处理上的技术对于检测和分析低电平、复杂的临床信息仍然非常重要。

　　 家用医疗设备不断增长的需求使得对系统的要求逐渐变得复杂，需要医疗设备设计人员必须减小尺寸、提高易用性、提高下一代便携式医疗设备的性能。这些新的系统级需求意味着模拟半导体制造商必须迎接挑战，开发具有突破性的模块IC，使下一代产品的设计成为可能。设计开发的重点在于如何开发医疗设备的未来创新功能，而这越发取决于系统和模拟IC设计人员之间持续有效地信息共享。