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醫療機構迫切需要實用的健康監測無線設備，病患者可以佩戴著它，在家里正常地生活。佩戴在身上的無線傳感器網絡(WSN)使用價格低廉、具有互操作性、不會受到干擾的超低功耗(ULP)無線傳感器，它連接到實時顯示器上，例如手表，然后連接到家里的電腦上，而電腦則連接到互聯網上。運用這個有創新性的無線傳感器網絡，病人就不必住院或者可以縮短住院時間，卻仍然可以與他們的醫院經常保持聯系。 ON World公司2008年8月的報告(“用于醫療保健的無線傳感器網絡”)得出結論說，到2012年，利用隨身佩戴的WSN可以為醫療保健行業節省250億美元。因此醫療保健系統的有這個愿望，便不足為奇了。而且，如果關于慢性病人增多的預測是正確的話，節省的錢可能會更多。但是，即使在經濟上有這樣明顯的優點，在目前，無線技術并沒有用于監測健康。問題是──為什么沒有呢? 讓醫療保健進入家中 把病人送出醫院不僅對醫療保 健機構的預算有益。病患者在自己的家里康復，對他們本人也有益──他們知道這是安全的，如果有任何問題，醫生立即就知道。剛患病的人也會受益，因為在醫院 找到床位的可能性更大。此外，可以減少社區的護理服務，因為護士不必到各處去做常規測量，例如量血壓、量脈搏、測量血糖。 而且，對“老化”的人口，可能有好處。傳統上，當老年人身體很弱時，他們離開自己的家，到看護所去。不幸的是，這個決策通常是根據當局的利益作 出的，而不是根據個人的利益，因為在一個機構里集體監測老年人的健康，而不是在他們自己的家里進行，容易得多──雖然更加昂貴。這意味著“鼓勵”較為健康 而且還有能力的老年人離開自己的家，雖然他們不想這樣。有了無線監控，醫療保健機構就能對老年人的健康保持高度警覺，同時可以讓他們盡可能長時間地留在家里。這個辦法可以大量地降低成本，病人也會高興些。無線傳感器可用于監測生命體征，也可以知道諸如老人是否跌倒了的情況。 藍牙技術遇到挑戰 先進的無線技術如今已經廣泛用于幾乎所有的部門，但是醫療部門卻是明顯的例外。如果考慮到醫務界的嚴格要求，這也許沒有什么可奇怪的。醫療界之所以提出這些要求，是因為需要保證選用的技術不會增加用戶健康的風險，而且是完全可靠的。那么，對于一項無線技術，要應對醫療監測的種種挑戰，需要做到哪些呢?主要是以下幾點： ●互操作性-需要一個開放的標準，這點極為重要，這樣不同廠商的產品能夠相互通信; ●傳感器-需要準確、可靠，簡單地進行配對，能夠即插即用，功能能夠自動恢復; ●超低功耗(ULP)，電池壽命長-傳感器需要低功耗的射頻無線電通信系統，簡單的協議，用一個鈕扣電池能夠運行幾個月甚至幾年; ●系統和設備安全-傳輸數據必須安全、有保障，并保守醫療數據的機密; ●傳輸網絡-傳感器需要與互聯網和移動電話網絡進行通信，能夠把信息轉送給在遠處的醫療保健人員; ●有令人信服的應用實例供采用-醫療機構都非常保守，需要有一個令人信服的理由讓他們采用新的技術。 低功耗藍牙技術滿足了所有這些要求。例如，它的協議棧很小，所以無線電通訊系統在發送或接收時消耗的電流超低(并且可以進入僅需要幾個納安的“睡眠”狀態)，而且低功耗藍牙技術支持AES加密無線通信。此外，低功耗藍牙技術是一個開放的標準，確保不同制造商的傳感器迅速、方便地建立通信。因為低功耗藍牙技術是在藍牙無線技術的基礎上建立起來的，很容易構成個人局域網絡(PAN)，它包括若干個傳感器，例如測量心律不齊，血壓和氧氣含量，與一個“主機”裝置進行通信。 低功耗藍牙技術? 低功耗藍牙無線技術的微架構與上述Nordic半導體的nRF24AP1是相似的。藍牙低耗能規范詳細規定了一種短距離射頻通信技術，它的功耗超低，有一個輕型的協議棧，并且與藍牙無線技術整合在一起。(但是，有一點十分重要，必須指出，低功耗藍牙技術不會與繼目前的v2.1 + EDR標準或較舊版本的傳統藍牙芯片進行通信。傳統的藍牙芯片適合移動電話和個人電腦。它們之間要進行通信，就需要對藍牙芯片進行修改，增加一些電路和軟件，確保它與低功耗藍牙技術兼容。預計這個修改在“雙模式”器件中會是常見的，因為把藍牙低耗能加到現有藍牙器件中需要花費的力量是最少的。)整個規范目前正在起草，將在2009年下半年發布。 低功耗藍牙技術對功耗和成本進行了優化，提供緊湊的低成本、超低功耗(ULP)收發器，用于PUID(個人用戶介面設備，例如手表)傳感器，供體育、健康和保健、遙控器、近距離檢測、移動電話配件和人機介面設備(HID)這類產品使用。更重要的是，低功耗藍牙技術是開放的標準，鼓勵許多廠商生產這種芯片，確保有很多渠道供貨，而這些是衛生當局的要求。 根據藍牙技術聯盟關于單模式藍牙低耗能芯片的暫定數字，它有兩個特性滿足健康監測無線傳感器對超低耗的要求：對最大電流的要求不高和帶寬比較寬。藍牙技術聯盟說，在發射功率為0dBm時，這個芯片消耗的最大電流低于15mA(按照當局對免牌照的2.4GHz波段的功率限制，對于10m的距離是足夠的)，在接收時，略低于15 mA。(見表1)。 此外，藍牙技術聯盟表示，藍牙低耗能芯片的帶寬為1Mbit/s。這個帶寬是經過精心挑選的，因為，超低功率專利技術多年在現場使用的經驗顯示，對于藍牙低耗能無線技術所針對的應用，1Mbit/s是帶寬的最佳權衡結果。權衡是在發射功率和占空比之間進行的：發射功率隨著帶寬增大而上升;在數據量一定的情況下，占空比則隨著帶寬增大而降低。例如，藍牙低耗能芯片在運行速度為1Mbit/s時，工作在最大電流15 mA的發射時間只是工作在250kbit/s、發射電流為28mA的典型IEEE 802.15.4無線電通信設備的四分之一，就能把同樣數量的數據送出去。(當然，也有些低功耗、帶寬較寬的IEEE 802.15.4無線電通信技術可以使用。) 如果長時間沒有操作，它的射頻收發器便進入深度睡眠模式，可以進一步降低無線傳感器的功耗。雖然藍牙低耗能睡眠模式的數字還沒有公布，與Nordic半導體的類似超低功率射頻專利技術作一個比較，說明它在“待命”狀態大約消耗幾十微安，在深度睡眠狀態(或“關機”狀態)，也許消耗900納安。這么小的耗電量足以使兩個AA電池持續使用幾個月或者幾年。(AA電池的自放電電流大約為1微安，由此就可以理解這點。 ) 藍牙低耗能芯片能夠，例如每隔10ms醒來一次，聽聽是否有信號傳來(在很短的時間內消耗大約15毫安電流)，然后回到深睡眠狀態，消耗的電流則保持在平均只有幾十微安。 把數據傳給醫生 低功耗藍牙技術超過其他無線技術而致勝的優勢在于如何把傳感器產生的數據傳送給醫生。這是因為傳感器能夠直接與無處不在的移動電話的藍牙芯片進行通信(假如手機使用增強型藍牙芯片，并按照前面說的低耗能規范設計)。移動電話就能夠作為人身上專門設計的傳感器個人局域網的主機，確保通信安全地進行。最重要的是，幾乎每個人都有一個移動電話。 移動電話具有運算能力，這意味著傳感器能夠發送“原始”數據-因為移動電話可以進行所需要的任何計算-這簡化了它們的設計，并且省電。移動電話能把數據儲存起來，并且監視生命體征是否在規定的范圍之內。如果出現問題，移動電話會通過SMS自動地把警告信號傳送給醫生的移動電話。 為醫療保健做更多準備工作 雖然低功耗藍牙技術是能夠滿足醫務界對可靠性、安全性和互操作性要求的唯一無線技術，但是還有挑戰需要戰勝。譬如說，世界上的移動電話網絡并不完美，沒有全部覆蓋，特別是在擁有大片國土、人口稀少的國家，例如澳大利亞、加拿大或者挪威(未必每個人愿意為了百分之百可靠的專用“醫療保健移動電話網”花費幾十億美元)。 即使是在網絡充分發展的地方，電話也可能接不通。在與朋友交談時，這是惱人的，然而對于心臟病患者，他的無線傳感器檢測到心律不正常，正試圖和醫生聯系，而電話可能接不通，這是一個更加嚴重的問題。在家里，可以把傳感器的數據通過有線電話轉發出去，但是，對于一位需要充分被移動的病人，這并不是解決問題的辦法。 此外，在這個通信鏈中，最薄弱的環節實際上是傳感器和移動電話或固網電話之間的2.4GHz連接。這并不是因為電子設備方面不可靠，更多是因為無線電信號是受物理定律的限制，因而可能會因為遇到障礙物而衰減;更壞的情況是，一個人坐在或者躺在傳感器上，這將打斷連接，因為這個頻率的無線電信號不能穿透人體。 除了健康監測應用系統在無線連 接方面存在技術上的挑戰，醫務界還需要時間-也許需要幾年-對它進行徹底的測試，畢竟這可能是生死攸關的應用。而且還有一些倫理方面的問題有待解決，例 如，在醫生派出救護車之前，他需要肯定的是，73歲的瑪莎的血壓和脈搏率迅速升高是因為生病了，而不是因為隔壁英俊的鰥夫約翰來喝茶。 所有這一切都意味著你現在還不會看到病人回家時配備了一組藍牙低耗能傳感器。但是有一天──這一天并不遙遠，這一切將不是什么出奇的事。
圖1 藍牙低耗能無線技術有雙模式和單模式兩種實施方案 參考文獻： [1] An unhealthy world[R]. www.ouronlineoffice.com/staying-healthy [2] Inside Bluetooth low energy wireless technology[R]. www.bluetooth.com [3] ON World.用于醫療保健的無線傳感器網絡[R].2008.08 [4] Alf Helge More .Will Bluetooth low energy wireless technology finally push IR into Retirement[J]. Wireless Design, 2008.11 [5] Wireless Sensor Networks[R]. arri.uta.edu/acs/networks/WirelessSensorNetChap04.pdf |
