ZigBee無線技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)護設(shè)備的解決方案及優(yōu)勢
[導讀] 序言 現(xiàn)在，在許多人們最關(guān)心的日常事務(wù)中，對健康的關(guān)心排在了靠前的位置。對健康的關(guān)心程度可通過昂貴的保險費用、降低的生產(chǎn)力甚至雇員的調(diào)整直接影響到公司的盈虧。然而，對健康關(guān)心，與比財務(wù)問題相比是個更深
序言
現(xiàn)在，在許多人們最關(guān)心的日常事務(wù)中，對健康的關(guān)心排在了靠前的位置。對健康的關(guān)心程度可通過昂貴的保險費用、降低的生產(chǎn)力甚至雇員的調(diào)整直接影響到公司的盈虧。然而，對健康關(guān)心，與比財務(wù)問題相比是個更深層次、更個人化的問題。2/3超過 65歲的人需要長期護理，所需長期護理的平均時間超過3年，而絕大多數(shù)人在某些程度上都有可能受此影響。因此，隨著人均壽命的持續(xù)提高，高質(zhì)量的長期護理就成為了全世界關(guān)注的焦點。
通過在病人家中的遠程協(xié)助，自動監(jiān)護系統(tǒng)可幫助增加病人的安全性，改善生活質(zhì)量。很不幸的，現(xiàn)在大多數(shù)監(jiān)護系統(tǒng)仍然要限制病人的自由行動。然而，新近的無線技術(shù)使得病人擺脫醫(yī)療器械的束縛，自由行動成為了可能，同時又為護理者提供了更高效的建立護理網(wǎng)絡(luò)的方法。這也使得健康工作者在這個過程中監(jiān)護病人們成為了可能。
長期護理
長期護理包含了多種改善或維持病人生活質(zhì)量而設(shè)計的服務(wù)。當有許多條件可要求長期護理時，高齡是尋求長期護理的第一條件。1900年，美國的人均壽命是49.2歲。到1997年，這一數(shù)字已增加到了76.5歲 。另外，1999年10％的人口為
老年人（60歲及以上），到2050年，這一數(shù)字將會增加到20％ 。
我們?nèi)绾卧趦?yōu)化病人護士比率的同時增加病人長期護理的安全性、改善其生活質(zhì)量？對這個問題的地關(guān)注在病人、家屬、護理提供者及商業(yè)公司中持續(xù)增長。 2000年，光在美國的救濟所就有平均1，400，000的患者。這些患者的護理要求大相徑庭，18％抱怨護士常駐家中，而10％的患者則生了壓迫性潰瘍（褥瘡）［5］。
圖1，人均壽命
表1，ZigBee技術(shù)與其他無線協(xié)議的比較
ZigBee技術(shù)和IEEE® 802.15.4
因為長期護理是21世紀的問題，所以我們用21世紀的方案去解決。對于醫(yī)療護理者來說，快速、準確訪問患者信息能提高護理質(zhì)量。醫(yī)療對策不僅僅局限于患者床邊，護理質(zhì)量往往取決于護理器械之外的與臨床醫(yī)生實時共享病人生理數(shù)據(jù)的能力。這意味著臨床醫(yī)生可以基于實時臨床實驗研究結(jié)果，立即給主治醫(yī)師提供反饋，同時還能跟蹤在醫(yī)院之外的治療途徑和效果，從而改進以后的治療方法。
ZigBee技術(shù)被很快證明能有效應(yīng)用在這些應(yīng)用中，用于幫助患者擺脫自動監(jiān)控設(shè)備的束縛，獲得更大的自由行動能力。通過提供低成本、低功耗的無線技術(shù)，利用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，它就能覆蓋大廈和公共機構(gòu)。ZigBee技術(shù)可以配置到許多產(chǎn)品中，以幫助確保對患者更好的的護理和更有效的護理跟蹤。
為什么ZigBee能為生命監(jiān)護提供理想的無線技術(shù)
一個用于長期護理的ZigBee網(wǎng)絡(luò)包含患者監(jiān)護系統(tǒng)和與監(jiān)控中心或護理站通信的類似移動設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)組成。無線監(jiān)控設(shè)備負責通過網(wǎng)關(guān)反饋數(shù)據(jù)給監(jiān)控中心維護數(shù)據(jù)的服務(wù)器。這些數(shù)據(jù)可被醫(yī)生、護士和其他專職護理人員訪問，當有情況改變時提醒他們注意。無線監(jiān)控也為公共機構(gòu)出于責任和保險需求的目的提供監(jiān)護跟蹤。
圖2，遠程病人監(jiān)控系統(tǒng)
圖3，MC13224PiP原理圖
長期護理患者所需的遠程自動監(jiān)控系統(tǒng)
遠程自動監(jiān)控系統(tǒng)可分為多種，包括：
患者監(jiān)控
行動監(jiān)控
安全監(jiān)控
事件捕捉
患者監(jiān)控系統(tǒng)通常檢查生命跡象，如心跳速率和體溫，或者疾征兆如血壓和血糖等級。ZigBee可以用來傳輸數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān)，當這些數(shù)據(jù)中的某個值超出極限時提醒監(jiān)控人員。自動監(jiān)控系統(tǒng)甚至可以設(shè)計為執(zhí)行特殊命令。舉個例子：監(jiān)控血糖等級，根據(jù)預設(shè)間隔值記錄血糖數(shù)據(jù)。如果血糖等級超出極限值，就自動注射胰島素。
圖4，MC1321x家族結(jié)構(gòu)框圖
行動監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控每天的行動。記錄的數(shù)據(jù)可用來分析變化。從每天的運動或鍛煉中，用加速度傳感器跟蹤運動數(shù)據(jù)是非常簡單的。這些數(shù)據(jù)可與從患者身上采集的信息（如心跳速率）作比較，以確定一定量的鍛煉對身體有多少作用。人體行動可以被跟蹤任意長時間，然后與歷史數(shù)據(jù)相比，以鑒別某種傾向。甚至可以利用行動監(jiān)測系統(tǒng)來提醒患者做運動，或者提醒護理人員患者是否做了運動。
圖5，MCF5223x家族系統(tǒng)框圖
安全監(jiān)測系統(tǒng)以事件提醒或潛在的可能影響患者安全的事件提醒為目標。如：當患者離開監(jiān)測區(qū)域，監(jiān)護者會收到提醒，并重新定位患者所在區(qū)域。
事件捕捉系統(tǒng)記錄患者相關(guān)事件和監(jiān)護者響應(yīng)情況。這是重要的健康護理信息，并能保證事件信息和相應(yīng)行動能被快速找回并檢查。
飛思卡爾使得ZigBee技術(shù)能應(yīng)用于醫(yī)療器械
飛思卡爾家族的ZigBee技術(shù)為醫(yī)療監(jiān)護應(yīng)用的需求提供了完美的低成本、低功耗、高集成度和高性能的解決方案。這些解決方案中包括了系統(tǒng)級封裝（SiP）的8位MC13213，32位ColdFire® 嵌入式控制器和平臺級封裝（PiP）的32位MC13224解決方案。
MC13213 SiP集成了MC9S08GT微控制器（MCU）和MC1320x射頻傳輸器到一個9×9mm的LGA封裝中。MC13213 SiP系統(tǒng)提供了60K flash和4K RAM。通過使用適用于MAC的IEEE 802.15.4或ZigBee協(xié)議棧，MC13213 SiP系統(tǒng)就是一個相當好的需要網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳感控制器應(yīng)用。
ColdFire MCF5223x家族包含了一個提供32位控制器和以太網(wǎng)接口的單芯片解決方案。它包括一個10/100快速以太網(wǎng)控制器（FEC）和以太網(wǎng)物理層（EP
HY）以及一個V2 ColdFire核心，使得它價位合理并擁有優(yōu)越的性能。MCF52235嵌入式控制器為設(shè)計者提供了集成以太網(wǎng)平臺的合適的外設(shè)和儲存器大小，大大縮短了開發(fā)時間和成本，幫助產(chǎn)品快速上市。
飛思卡爾的第三代MC13224是運用ZigBee技術(shù)的醫(yī)療應(yīng)用的理想平臺。它能為減小產(chǎn)品大小和降低產(chǎn)品成本提供關(guān)鍵技術(shù)改進，這對于穿戴在身上的設(shè)備來說尤為重要。高度集成的低功耗設(shè)計能使電池的續(xù)航能力大大增加，而且只需要一個外接電源和一個50歐姆的天線即可完成此方案。32位ARM7™核心處理器擁有充足的儲存空間，能在單個IC上運行ZigBee協(xié)議棧和用戶應(yīng)用程序。
飛思卡爾ZigBee解決方案不只包含了芯片本身而已，而且還包括了軟件、開發(fā)工具和參考設(shè)計來幫助簡化開發(fā)。飛思卡爾的ZigBee適用的BeeStack™和BeeKit™無線工具包提供了配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的簡單軟件環(huán)境。這個工具使得用戶可以用向?qū)Ш拖吕藛蝸韼椭鼈兣渲肸igBee網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，而競爭對手的解決方案卻使用戶不得不通過改動代碼來配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。
同時，像MC13224這樣的PiP解決方案簡化了射頻設(shè)計，用戶則可不必有專門的經(jīng)驗來保證設(shè)計的魯棒性和最優(yōu)性。所以，飛思卡爾已經(jīng)為客戶在這方面做了許多工作，搜集了許多參考設(shè)計，用戶可以拿到它們的BOM、印刷電路板文件和原理圖，并可以通過簡單拷貝參考設(shè)計來集成到用戶自己的產(chǎn)品中［6］。提供一個完整的平臺方案可以幫助用戶縮短產(chǎn)品開發(fā)時間并快速占領(lǐng)市場。
應(yīng)用實例：RF Technologies ®
飛思卡爾的客戶之一，RF Technologies，健康監(jiān)護方案的先驅(qū)。該公司已經(jīng)基于ZigBee技術(shù)開發(fā)了許多用于改善健康和患者安全的產(chǎn)品，同時為監(jiān)護者提供跟蹤和責任。如：Code Ale公司集成了護理管理方案，其中包括隨身穿戴的緊急掛件式呼叫器，這樣使得患者可以在它們需要幫助時呼叫監(jiān)護人員。軟件記錄下呼救，同時緊急通知將以文字信息或郵件被發(fā)送到系統(tǒng)中的電腦和任一移動設(shè)備。當監(jiān)護人員到達幫助患者時，就可以通過按下呼叫器上的一系列特殊編碼來記錄下事件并給系統(tǒng)一個回應(yīng)。這能幫助監(jiān)護人員確定患者已及時得到照料，并且能提供事件響應(yīng)時間和突發(fā)事件場所信息，設(shè)備或管理人員就可評估事件責任。
RF Technologies采用了ZigBee技術(shù)的低成本、高可靠性和低功耗的優(yōu)點。商務(wù)發(fā)展副總裁，James Herman說：“ZigBee完美地滿足了我們對數(shù)據(jù)采集、帶寬和通信的需求。沒有其他規(guī)格的產(chǎn)品能提供相同的優(yōu)點，而ZigBee能在我們用戶的環(huán)境下很好地工作。用戶同樣也想要一個這樣的平臺，而且他們對昂貴的并且鎖定單一來源關(guān)聯(lián)的私有平臺感到厭煩。”
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