用无线技术降低医疗费用

2009年06月01日 16:06    李宽
关键词: 费用 , 技术 , 无线 , 医疗

  机构迫切需要实用的健康监测设备,病患者可以佩戴着它,在家里正常地生活。佩戴在身上的网络(WSN)使用价格低廉、具有互操作性、不会受到干扰的超低功耗(ULP),它连接到实时显示器上,例如手表,然后连接到家里的电脑上,而电脑则连接到互联网上。运用这个有创新性的网络,病人就不必住院或者可以缩短住院时间,却仍然可以与他们的医院经常保持联系。

  ON World公司2008年8月的报告(“用于保健的网络”)得出结论说,到2012年,利用随身佩戴的WSN可以为保健行业节省250亿美元。因此保健系统的有这个愿望,便不足为奇了。而且,如果关于慢性病人增多的预测是正确的话,节省的钱可能会更多。但是,即使在经济上有这样明显的优点,在目前,技术并没有用于监测健康。问题是──为什么没有呢?

  让保健进入家中

  把病人送出医院不仅对保 健机构的预算有益。病患者在自己的家里康复,对他们本人也有益──他们知道这是安全的,如果有任何问题,医生立即就知道。刚患病的人也会受益,因为在医院 找到床位的可能性更大。此外,可以减少社区的护理服务,因为护士不必到各处去做常规测量,例如量血压、量脉搏、测量血糖。

  而且,对“老化”的人口,可能有好处。传统上,当老年人身体很弱时,他们离开自己的家,到看护所去。不幸的是,这个决策通常是根据当局的利益作 出的,而不是根据个人的利益,因为在一个机构里集体监测老年人的健康,而不是在他们自己的家里进行,容易得多──虽然更加昂贵。这意味着“鼓励”较为健康 而且还有能力的老年人离开自己的家,虽然他们不想这样。有了监控,保健机构就能对老年人的健康保持高度警觉,同时可以让他们尽可能长时间地留在家里。这个办法可以大量地降低成本,病人也会高兴些。可用于监测生命体征,也可以知道诸如老人是否跌倒了的情况。

  技术遇到挑战

  先进的技术如今已经广泛用于几乎所有的部门,但是部门却是明显的例外。如果考虑到医务界的严格要求,这也许没有什么可奇怪的。界之所以提出这些要求,是因为需要保证选用的技术不会增加用户健康的风险,而且是完全可靠的。那么,对于一项技术,要应对监测的种种挑战,需要做到哪些呢?主要是以下几点:

  ●互操作性-需要一个开放的标准,这点极为重要,这样不同厂商的产品能够相互通信;

  ●-需要准确、可靠,简单地进行配对,能够即插即用,功能能够自动恢复;

  ●超低功耗(ULP),电池寿命长-需要低功耗的射频电通信系统,简单的协议,用一个钮扣电池能够运行几个月甚至几年;

  ●系统和设备安全-传输数据必须安全、有保障,并保守数据的机密;

  ●传输网络-需要与互联网和移动电话网络进行通信,能够把信息转送给在远处的保健人员;

  ●有令人信服的应用实例供采用-机构都非常保守,需要有一个令人信服的理由让他们采用新的技术。

  低功耗技术满足了所有这些要求。例如,它的协议栈很小,所以电通讯系统在发送或接收时消耗的电流超低(并且可以进入仅需要几个纳安的“睡眠”状态),而且低功耗技术支持AES加密通信。此外,低功耗技术是一个开放的标准,确保不同制造商的迅速、方便地建立通信。因为低功耗技术是在技术的基础上建立起来的,很容易构成个人局域网络(PAN),它包括若干个,例如测量心律不齐,血压和氧气含量,与一个“主机”装置进行通信。

  低功耗技术?

  低功耗技术的微架构与上述半导体的nRF24AP1是相似的。低耗能规范详细规定了一种短距离射频通信技术,它的功耗超低,有一个轻型的协议栈,并且与技术整合在一起。(但是,有一点十分重要,必须指出,低功耗技术不会与继目前的v2.1 + EDR标准或较旧版本的传统芯片进行通信。传统的芯片适合移动电话和个人电脑。它们之间要进行通信,就需要对芯片进行修改,增加一些电路和软件,确保它与低功耗技术兼容。预计这个修改在“双模式”器件中会是常见的,因为把低耗能加到现有器件中需要花费的力量是最少的。)整个规范目前正在起草,将在2009年下半年发布。

  低功耗技术对功耗和成本进行了优化,提供紧凑的低成本、超低功耗(ULP)收发器,用于PUID(个人用户介面设备,例如手表),供体育、健康和保健、遥控器、近距离检测、移动电话配件和人机介面设备(HID)这类产品使用。更重要的是,低功耗技术是开放的标准,鼓励许多厂商生产这种芯片,确保有很多渠道供货,而这些是卫生当局的要求。

  根据技术联盟关于单模式低耗能芯片的暂定数字,它有两个特性满足健康监测对超低耗的要求:对最大电流的要求不高和带宽比较宽。技术联盟说,在发射功率为0dBm时,这个芯片消耗的最大电流低于15mA(按照当局对免牌照的2.4GHz波段的功率限制,对于10m的距离是足够的),在接收时,略低于15 mA。(见表1)。

  此外,技术联盟表示,低耗能芯片的带宽为1Mbit/s。这个带宽是经过精心挑选的,因为,超低功率专利技术多年在现场使用的经验显示,对于低耗能技术所针对的应用,1Mbit/s是带宽的最佳权衡结果。权衡是在发射功率和占空比之间进行的:发射功率随着带宽增大而上升;在数据量一定的情况下,占空比则随着带宽增大而降低。例如,低耗能芯片在运行速度为1Mbit/s时,工作在最大电流15 mA的发射时间只是工作在250kbit/s、发射电流为28mA的典型IEEE 802.15.4电通信设备的四分之一,就能把同样数量的数据送出去。(当然,也有些低功耗、带宽较宽的IEEE 802.15.4电通信技术可以使用。)

  如果长时间没有操作,它的射频收发器便进入深度睡眠模式,可以进一步降低的功耗。虽然低耗能睡眠模式的数字还没有公布,与半导体的类似超低功率射频专利技术作一个比较,说明它在“待命”状态大约消耗几十微安,在深度睡眠状态(或“关机”状态),也许消耗900纳安。这么小的耗电量足以使两个AA电池持续使用几个月或者几年。(AA电池的自放电电流大约为1微安,由此就可以理解这点。 )

  低耗能芯片能够,例如每隔10ms醒来一次,听听是否有信号传来(在很短的时间内消耗大约15毫安电流),然后回到深睡眠状态,消耗的电流则保持在平均只有几十微安。

  把数据传给医生

  低功耗技术超过其他技术而致胜的优势在于如何把产生的数据传送给医生。这是因为能够直接与无处不在的移动电话的芯片进行通信(假如手机使用增强型芯片,并按照前面说的低耗能规范设计)。移动电话就能够作为人身上专门设计的个人局域网的主机,确保通信安全地进行。最重要的是,几乎每个人都有一个移动电话。

  移动电话具有运算能力,这意味着能够发送“原始”数据-因为移动电话可以进行所需要的任何计算-这简化了它们的设计,并且省电。移动电话能把数据储存起来,并且监视生命体征是否在规定的范围之内。如果出现问题,移动电话会通过SMS自动地把警告信号传送给医生的移动电话。

  为保健做更多准备工作

  虽然低功耗技术是能够满足医务界对可靠性、安全性和互操作性要求的唯一技术,但是还有挑战需要战胜。譬如说,世界上的移动电话网络并不完美,没有全部覆盖,特别是在拥有大片国土、人口稀少的国家,例如澳大利亚、加拿大或者挪威(未必每个人愿意为了百分之百可靠的专用“保健移动电话网”花费几十亿美元)。

  即使是在网络充分发展的地方,电话也可能接不通。在与朋友交谈时,这是恼人的,然而对于心脏病患者,他的检测到心律不正常,正试图和医生联系,而电话可能接不通,这是一个更加严重的问题。在家里,可以把的数据通过有线电话转发出去,但是,对于一位需要充分被移动的病人,这并不是解决问题的办法。

  此外,在这个通信链中,最薄弱的环节实际上是和移动电话或固网电话之间的2.4GHz连接。这并不是因为电子设备方面不可靠,更多是因为电信号是受物理定律的限制,因而可能会因为遇到障碍物而衰减;更坏的情况是,一个人坐在或者躺在上,这将打断连接,因为这个频率的电信号不能穿透人体。

  除了健康监测应用系统在连 接方面存在技术上的挑战,医务界还需要时间-也许需要几年-对它进行彻底的测试,毕竟这可能是生死攸关的应用。而且还有一些伦理方面的问题有待解决,例 如,在医生派出救护车之前,他需要肯定的是,73岁的玛莎的血压和脉搏率迅速升高是因为生病了,而不是因为隔壁英俊的鳏夫约翰来喝茶。

  所有这一切都意味着你现在还不会看到病人回家时配备了一组低耗能。但是有一天──这一天并不遥远,这一切将不是什么出奇的事。

  图1 低耗能技术有双模式和单模式两种实施方案

  参考文献:

  [1] An unhealthy world[R]. www.ouronlineoffice.com/staying-healthy

  [2] Inside Bluetooth low energy wireless technology[R]. www.bluetooth.com

  [3] ON World.用于保健的网络[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

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