便携式医疗监控系统面临的设计挑战

2010-09-16 19:57:26来源: 互联网 关键字:便携式医疗  电子设备  监控  传感器  微控制器

  当今的政府与医疗机构正努力完善其医疗体系,以更好地为病人服务。为了让病人有更多时间在家中养病,不必到医院或医生办公室来,医疗行业充分发挥了便携、远距离连接的医疗监控系统的优势。这些设备包括从血糖仪到便携式心电图(ECG)系统。 

  便携医疗电子设备所面临的挑战是对远距离连接便携性的要求越来越高,同时还要保持所采集数据的质量与响应性。“便携式”一词表示设备装有轮子,可在门中通过。但如今,这个定义有所改变。如今许多医疗设备为完全可移动的,甚至是可以是“可穿戴的”。这当然会带来设计方面的挑战,不只是设备体积上的,而且也包括内部的电子器件。 

  如果把便携式医疗监控设备解剖开来,可发现其中有五个基本的部分: 

  ◆显示器与显示器接口 

  ◆电池及功率管理 

  ◆生物传感器接口 

  ◆数据接口 

  ◆系统微控制器或数字信号处理器 (DSP)

  显然,不同系统间每个模块特定的性能也不相同。

显示器 

  不论是向病人告知体温或心电图(ECG)结果,显示器的显示效果都是一项重要的性能特点,其效果在某种程度上取决于适当的背光解决方案。不管是感应式还是简单的电荷泵拓扑结构,由于便携式系统由电池供电,有较宽输入电压距离的背光解决方案可降低对额外调节系统中的需求。选择升压型或降压/升压双向变换器可轻松的由多个电池供电来工作,具有较大的设计灵活性。当然,设备的尺寸和总功率效率是关键的问题,采用有较高集成度及先进封装的器件是更高效而经济的方法。 

  触摸屏控制(TSC) 是简化便携式电子设备使用的一个关键的因素,由于免除了传统键盘,还可进一步缩小设备体积。TSC利用菜单驱动的功能选择,对输入及输出数据显示进行精细调节,能放大“按键”而更方便使用。实施TSC时,要考虑的一个重要因素是所选方案的静电 (ESD) 处理能力。如果TSC电路不能发散静电产生的能量,该能量可通过中央微控制器/DSP并造成其损坏。实施TSC要考虑的其它的因素有分辨率、屏幕尺寸、转换类型与速度、以及总体功耗等。

传感器接口与信号链 

  不论是温度、脉搏、血糖读取或其它生物传感器,实施适当的信号链都是最重要的问题。信号链的第一阶是仪用放大器(图 2),如有较低输入失调电压、较低漂移及有交流性能的较大直流精度的微功耗放大器INA326。多数实施是在毫伏级噪声内尝试寻找一个微伏级的信号。由于目标信号有交流特性,需要有一个与高通滤波方案配合良好的放大器。采用自动回零或自动计算功能可进一步简化系统补偿要求。 

  典型地说,第二阶是一个低功耗运算放大器,如OPA376,它有较宽的带宽、轨到轨输入及输出 (RRIO),并具有出色的精度。零交越一类的特性可在整个输入共模距离产生线性偏移的信号。这表明微控制器并不需要运算额外的算法来校正偏移。 

  信号链下一阶是良好的delta-sigma或逐次逼近模数转换器(ADC)。单周期滤波器设置及随需转换等特性简化了ADC的设计要求,也提高了转换速度,并提供了较大的源阻抗。在多通道系统中,全局同步等特性提供了连续的信号采集能力,允许在相同的时钟周期内对多点信号资源进行比较。 

 

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关键字:便携式医疗  电子设备  监控  传感器  微控制器

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/0916/article_1496.html
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