【应用】便携式无线医疗设备的案例与解决方案

时间： 2022-01-21 来源：Silicon Labs

技术问答

无线医疗设备是物联网市场增长最快的细分市场之一。SILICON LABS（亦称“芯科科技”）制作本篇文章为您整理了便携式无线医疗设备的发展趋势与设计考量。Silicon Labs坚信物联网的变革力量能够带来显著的社会和环境效益。这些令人惊讶的报告为我们提供了巨大的机会，以迅速扩大智能技术的应用，支持医疗服务的稳定供应——应对与医疗服务能力超负荷相关的挑战，通过数据聚合实现有效诊断和远程治疗，最终改善我们和我们所爱的人的日常生活方式。探索医疗设备解决方案：

互联医疗的市场商机

自疫情爆发以来，人们对远程医疗服务的兴趣和需求大幅上升。例如，在英国，2020年2月至6月期间，远程初级保健咨询的比例增加了三倍。这是一场医学技术界正在寻求/希望利用的运动。麦肯锡最近的一份报告显示，医疗科技公司在冠状病毒爆发前的收入中，平均有10%是基于数字医疗解决方案，但他们预计，这一数字将在五年内超过50%。

随着无线技术的进步，可穿戴健康技术有助于远程疾病管理，允许对患者进行监测，同时使他们能够以最小的干扰接受持续治疗。尽管这项技术的发展引发了新的法律、法规和商业方面的考虑，但便携式医疗设备的市场将会蓬勃发展：现有的技术公司和新手创业公司都认识到连接设备在疾病预防和医疗保健方面尚未开发的机会。因此，到2025年，全球无线医疗设备市场预计将以12%的复合年增长率增长，预计为物联网设备制造商增加170亿美元的收入。

目前在糖尿病联网设备领域已经有了重大的创新。主要的进展是从使用血糖监测设备进行的现场测量转变为通过连续血糖监测进行的24/7操作。手持读卡器正在被智能手机所取代，智能手机中复杂的管理应用程序提供了自动化的数据记录、报告和安全身份识别。由不同设备进行无线控制的胰岛素泵正逐步小型化，最终可望实现一次性使用。这种小型化设计趋势正在推动对微型电子封装的需求——促使半导体世界投入此一利润丰厚的领域以满足设备制造商的开发需求。

便携设备的影响力

如今，便携式医疗产品的连接以蓝牙低功耗（Bluetooth® Low Energy）为中心。有一些产品运行Wi-Fi或其他专有协议（如CPAP机器，它与电网相连，因此对低功耗需求不太敏感），但蓝牙低功耗是绝大多数产品的主要解决方案。根据市场报告，2021年蓝牙低功耗设备的出货量超过50亿台，比2015年增长了40%。

由于蓝牙低功耗工作在2.4GHz频段，通常在15-20米范围内的带宽为1Mbps，因此连接的设备可以安全地连接到智能手机，并嵌入到这个功能强大的人机界面中。蓝牙低功耗还支持新功能，如在用户使用不当时报告数据和发出警报。而且电力消耗非常低，医疗设备可以在标准钮扣电池上运行多年。

随着蓝牙低功耗协议迅速成为通用的通信标准，对安全性和数据隐私的技术要求也在迅速增加。如果不加以解决，对安全的顾虑可能会影响进度，并阻碍消费者的购买。美国国会于2020年12月通过了第一项法案，规定向美国政府出售物联网产品的所有公司必须提供最低安全保障。加州消费者隐私法案（California Consumer Privacy Act）SB-327等立法要求所有联网设备具备“合理的安全特性”，以保护用户数据。

Silicon Labs正与DTSec等标准机构密切合作，该机构的任务是为所有连接的糖尿病设备开发一种保护配置文件。我们是IEEE P2621委员会的成员，致力于为所有可穿戴医疗设备的安全标准的发展。NIST和FDA等实体正在联合制定新的标准，通过批准新产品的安全调试、软件执行前认证的保障措施，帮助保护便携式医疗产品免受远程和本地网络攻击，并优化已经部署产品的生命周期管理。

便携式医疗设备的下一步

摩尔定律继续对技术进步产生直接影响，极其便宜的微型蓝牙低功耗无线芯片为实时一次性数据收集打开了大门。尺寸缩小、更大的闪存/RAM选项、改进的射频性能和功耗将使便携式医疗技术市场扩展到新的消费群体和应用领域，包括用于控制药物输送的无线连接透皮贴片、智能吸入器、连接体重秤等。诸如BD Medical、上海贝瑞（Shanghai Berry）和诺宁（Nonin）等这样先驱企业们正在探索这条发展的道路。

物联网的潜力带来了巨大的社会和环境效益，但是只有在我们成功解决设备制造商和终端用户的相关信任问题后，它才能充分实现。即将投放市场的产品必须具备可靠的无线连接和持久的超低功耗操作，确保以精确和快速的方式安全提供准确的测量数据。然后，我们需要降低设备及其生产的复杂性和成本。在产品发布之后，其软件必须在整个产品生命周期中不断改进、测试和分发到安装的基础上。为了让连接的产品像口袋里的手机一样普遍，我们需要保证轻松无缝地集成设备，以最大限度地减少用户负担。

拉近大数据与个人的距离

随着远程医疗的普及（以及成本的降低），便携式医疗设备很快将大幅减少糖尿病等非传染性疾病导致的过早死亡，从而延长个人的预期寿命。低成本、每天使用的一次性连接设备将能够持续监测你的健康状况，能够识别你的肌肉和骨骼中发生了什么，并推荐定制的预防措施以防止疾病的发生。人体本身将成为沟通的媒介，反应性药物的时代将成为过去。

便携式医疗设备将用户从成本、可访问性和特权的限制中解放出来，前提是你愿意通过无线电波共享数据。我们将找到一种方法来收集大量关键数据，以便先进的诊断和汇总数据也能在资源匮乏的贫穷国家提供更及时的医疗干预。我们收集的数据将成为人工智能驱动机器的素材，这些机器将快速处理所有数据，以提供高度准确的预测和治疗。我们可以共同努力从根本上重塑医疗体系，为所有人提供积极治疗的曙光。

如今，缺乏充分医疗服务的数十亿人将越来越容易获得医疗保健服务。齐心协力，我们可以实现世卫组织的“Triple Billion”目标，并看到每个人的寿命更长、生活富足。

快速启动无线医疗设备开发

开发无线医疗设备有三个基本的工程挑战。你必须：

· 确保以精确和快速的方式提供准确的测量

· 使用强大的技术增强蓝牙医疗设备的无线安全性

· 通过设计和低功耗设置最大限度地延长电池寿命

Silicon Labs提供最低功耗和安全的蓝牙低功耗产品组合。Silicon Labs的EFR32 Wireless Gecko第二代无线SoC平台提供了出色的低功耗、模拟性能和系统集成。我们的蓝牙低功耗软件堆栈已经通过数百万种产品的形式发布，并在数十款Android和iOS智能手机上进行了严格的稳健性测试。我们有对系统有着广泛的了解，从最初的糖尿病连接设备将应用扩展到血糖监测、连续血糖监测、胰岛素泵和脉搏血氧仪。我们推出了全面的Secure Vault安全技术，确保物理和数字保护可满足美国和欧盟法规，并支持最新的NIST和FDA的安全要求。

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