远程医疗监护：开创远程医疗时代新纪元

在美国，将近有一半的人至少患有一种慢性疾病。人们也许会认为这不足为奇，但是，一个令人吃惊的统计结果是：根据美国疾病控制预防中心(CDC)2005年的报告，这些患者的治疗费用占全美2万亿美元医疗支出的75%以上。
这些费用大部分花在高科技治疗和手术上。但也有数以十亿美元花在了不那么致命但却形形色色的医护方面，如：医生的例行检查、实验室检测和其它监护服务等工作。

数年之后，许多这些呈螺旋上升的费用将逐渐得以减轻。

慢性病的监护和治疗是医护治疗费用中的一部分，它不会总是呈螺旋趋势上升。这种阳光式便捷诊断可以在大范围实施，这主要源于使用无线技术的远程监护最终实现了在全球的相互协同。

远程医疗(Telehealth)技术是为减少患者进医院和诊所的次数并通过引导生活方式来改善患者健康状况的初衷而开发并实施的。在第一波远程医疗之后，第二波将接踵而至，其中：被安放在患者身上或植入体内的高精尖传感器将在体域(body-area)网范围内通信。其重点将从提供生活方式改善转为向医生提供及时救命信息。

远程医疗将为设计工程师带来机遇。远程个人健康监护市场将在2010年达到50亿美元的规模，2015年更将攀升至340亿美元，Forrester Research资深分析师Elizabeth Boehm预测。

今年年底这个市场将向前迈进一大步，届时Continua Health Alliance(康体佳健康联盟)将发布面向在监护设备和医疗服务提供者间进行无线和有线数据传输而制定的最初指导规范。虽然这些指导规范会涉及我们熟知的设备，如：血压计、血糖仪、计步器、体温计和体重器等，但数据传输架构也将适用于复杂得多的设备。

下一代设备业已部署在医院进行试验。由比利时校际微电子中心(IMEC)设计的一款无线ECG监护器就是一个很好的例子，该产品在一个很薄的类似碗表大小的封装内整合了电极、生物芯片传感器、MCU和射频电路。设备内处理器运行的算法每周7天、每天24小时监控心律不齐症状。只需要一个小电池它就可工作一周。

如果考虑到仍处在硅原型阶段的各项技术，那么远程医疗概念将会更引人入胜。这些技术包括：专为生物医学信号分析而设计的超低功率DSP、低采样速率/高分辨率的ADC、比蓝牙功耗低两个数量级的超宽带射频，以及将取代电池、基于MEMS的能量收集器。

第一波是互操作性

Continua Health Alliance的宗旨是确保健康监护设备和以家庭为基础的信息采集中转站间的互操作性，信息采集中转站的职责是把来自监护设备的数据中继传送给医疗服务的提供者。

符合Continua第一版指导规范的首代设备可通过无线蓝牙或有线USB连接提供安全的传感器数据传输，Continua总裁David Whitlinger说。用于接收信息的本地采集中转站可以是手机、PC、先进的机顶盒或如上所述的专用设备。

指导规范目前正在进行最后评估，预计将于年底推出。该规范定义了监护设备的应用场合，并特别兼容由蓝牙SIG和USB实施者论坛(USB-IF)创建的健康设备概要(HDP, Health Device Profiles)。

Continua为HDP做出了重要贡献，Whitlinger说。指导规范还要求应满足IEEE 11073标准，该标准定义了用于安全传输医疗数据的协议和数据结构。

包括Bluegiga、Broadcom、Cambridge Consultants、Cybercom、MindTree、松下电子部品、Stollmann和东芝在内的几家公司，已经开始提供整合了软件和硅的用于兼容Continua蓝牙/USB/IEEE11073模块的解决方案。

其中一些供应商还在10月底于哈佛大学召开的互连健康论坛上首次展出了其产品。例如，Cambridge Consultants为第一代监护器研制了一系列参考设计以及包括蓝牙和USB硅片在内的工具集。

“客户定制化可能会涉及到利用你自己的显示器或从已有传感器中读取数据。”Cambridge Consultants无线医疗事业部主管Paul Williamson说。

一旦完成定制化工作，就可将固件与CSR的Bluecore芯片连接。虽然蓝牙和USB具有安全性，但它们的重点在于数据完整性，Williamson说。IEEE 11073协议构建在传输之上，为了满足本地制定的保护患者健康记录的监管要求，也许需额外的定制工作。

第二波的尖端特性

在美国和欧洲，心血管疾病是引起死亡和功能障碍最为常见的原因。包括心律不齐在内的心脏病造成的死亡，占全美死亡人数的30%。

诊断心律不齐的最常用方法是即时检验(point-of-care)ECG监护或佩戴一个便携但不舒服的设备，24小时记录心脏活动。

一个带无线连接能力的不起眼的微型ECG监护器，可以通过对心律不齐的不间断扫描来挽救生命并降低急救成本。为了最大发挥其优势，该设备还可分析ECG信号。本地分析使得人们可以采取适当举措，从数据存储到就即将或可能发生的严重情况向患者和医疗服务的提供者发出警告。

虽然其它地方也在进行着类似设备的研制，但IMEC设计已经在欧洲的医院中进行着验证。IMEC的ECG设备正在Holst Centre的Human++项目中进行研发，该项目的重点是用于健康监护的无线自主传感器系统技术。

IMEC 的领先ECG设备(图1)具有基于小波(wavelet)的ECG分析软件，运行在TI的MSP430 f1611 MCU之上。主要硬件包括：Nordic Semiconductor的nRF24L01射频芯片、生物电势芯片、电极、ADC和一个叉状天线，所有这些器件全部整合在一块柔性聚酰亚胺基板上。该系统又被整合进织物以获得灵活性和延展性。一块20mm x 20mm x 5mm的电池可使其工作一周，IMEC项目总监Bert Gyselinckx介绍。

其平均功耗约2mW。但与ECG设备本身一样引人注目的是其充足的改进空间，特别是就实现超低功耗目标来说。降耗是永恒的主题和挑战。

“理论上，你希望做更多运算更少通信，”Gyselinckx说。“但以目前的技术却无法做到，因为你不能使处理器或射频适当地间歇工作。我们需开发出可以周期性暂停的处理器和射频，以便它们可以迅速进行工作/停止状态切换，从而在启动和关闭的瞬间不发生功率损耗。

研究人员在从事这方面的工作并借助各种新技术进行改进，如UWB射频。与2.4GHz的Nordic芯片相比，UWB技术在发射端可将功耗降低10到100倍。Nordic芯片本身就是款超低功耗器件，比蓝牙省电得多。

IMEC 已开发出UWB射频和为用于间歇工作及生物医学信号分析的DSP原型，Gyselinckx说。采用100kHz到200kHz采样速率、具有12到16 位分辨率的超低功耗ADC正在开发之中。其它尖端技术包括传感器本身以及从人体拾集能量，后者可省掉对电池的需求。

多方挑战

虽然技术方案之路很清晰，但远程医疗仍面临文化和制度上的制约。Forrester Research首席分析师Carlton Doty提及了对如何满足法规要求、对医疗服务提供者的玩忽职守，以及滞后的IT基础设施拉后腿的现状等问题的担忧。

65%到70%的美国医务人员工作在少于10名医生的诊所或机构工作，Doty说。这些小型医疗服务提供者仍在竭力建造一个基于IT的医疗记录系统，他介绍。偿还能力不足是使无论大小医疗机构都延缓在IT方面投入的另一个因素。

这些障碍都可以被克服，在技术方面所取得的进步将使得其在制度方面实现的必然性变得顺理成章。

作者：Jack Shandle

Jack Shandle(jshandle@earthlink.net)是位自由撰稿人，专注电子技术20余年。


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