Industry Info  
Festo
Festo

Безжични технологии за телемедицина

12.11.2012   |   Статии
 

Към 2015 година около 500 милиона човека ще използват безжични медицински приложни програми и ще разчитат на здравни или медицински приложения по електронна мрежа. За тази цел вече има на разположение много технологии.

Интелигентните телефони (Smartphone) се предлагат като дисплей и интерфейс за въвеждане, за външни устройства чрез вградените Bluetooth, WLAN и UMTS.
UMTS, използвана тук като общ термин за клетъчна връзка, е подходяща за произволно големи комуникационни разстояния, при положение, че в близост има базова станция на доставчик на безжични комуникационни услуги.  По такъв начин информацията за здравословното състояние може да се запаметява, оценява и анализира на всяко място. Използваните чипове са съвместими отгоре надолу с GPRS и EDGE. Това наистина означава по-бавен канал за предаване на данни, но и на практика цялостно покритие. Повечето интелигентни телефони поддържат дори по-бързите стандарти HSDPA, HSUPA или HSPA+. За съжаление, разпространението на мрежата UMTS в Германия е наистина добро само в гъсто населените центрове, докато разширението с LTE и LTE Advanced вече се осъществява в страната и скоро ще бъде постигнато възможно най-голямо покритие на населението. Тази интернет връзка на интелигентните телефони е особено популярна за свързаните със здравеопазването приложения, които се свързват с интелигентните телефони чрез безжична технология за къси разстояния.

За връзките на късо разстояние има на разположение Bluetooth и WLAN. WLAN, съотв. WiFi днес вече дават възможност за високи скорости на пренос на данните и интегриране на интелигентните телефони в съществуващи WLAN мрежи. По такъв начин информацията за здравословното състояние вкъщи се изпраща от измервателен уред чрез WLAN на домашен маршрутизатор, който предава данновия пакет на осигуряващия обслужването чрез DSL. Сложната честотна модулация (в повечето случаи 10 MHz, включително отклонение +/- 10 MHz), както и тежките мрежови протоколи, в повечето случаи се използва IEEE802.11, повишават консумацията страшно много. Поради това WLAN не е подходяща за постоянно безжично решение без стационарно енергийно захранване. Bluetooth е по-икономичен: Тук ширината на канала е само 1 MHz и профилите се нуждаят от значително по-малки разходи поради липса на мрежов капацитет.
Предимството на вграждането на Bluetooth и WLAN в медицинските уреди е очевидно: Приложение за интелигентен телефон и безжичен модул с Bluetooth или Wi-Fi за медицинско устройство са достатъчни за дистанционна връзка Машина до Машина (M2M).

Благодарение на тази съвместимост съответните стандарти определят обединение на групи по интереси. „Обратната страна е тази, че такива стандарти са винаги компромис между различни изисквания“, казва Бернд Хантше, директор „Продукти“ в експертно-консултационния център по безжична връзка на Rutronik. „Тоест: Нито WLAN, нито Bluetooth са конструирани специално за апарати за измерване на кръвно налягане. Адресирането, защитните механизми и различните разходи трябва да се вземат от предписанията, дори ако те са завишени за непосредствената задача.“ Много по-добър енергиен баланс имат собствени безжични решения, като например протоколът Gazell на Nordic Semiconductor или протоколът MiWi на Microchip. „При избора трябва да се претеглят техническите предимства и енергийната ефективност, противопоставени на съвместимостта.“

Bluetooth с ниско потребление на енергия
Преди няколко години Nordic Semiconductor, в сътрудничество с Nokia, започна да разработва универсално енергоспестяващо, безжично решение, като Bluetooth. Известна първоначално като „Wibree“, сега този протокол се представя на пазара като „Bluetooth low energy“, съотв. „Bluetooth LE“. Заедно с Bluetooth 3.0, Bluetooth 4.0 ще се намира в бъдеще в интелигентните телефони, преносимите компютри и др. Според Хантше „В зависимост от данните, които ще се предават и оттук и от страницата на приложението, зависи изборът на устройства – такива с Bluetooth 2.0 или 2.1, или Bluetooth LE “. „Например устройството „Свободни ръце“ се нуждае от увеличена скорост на предаване на данни, затова изборът трябва да бъде между Bluetooth 2.0 и 2.1. Везна за телесно тегло или апарат за измерване на кръвно налягане извършват пренос на малко байтове, така че Bluetooth 2.1 е абсолютно преоразмерен: Цената на апаратурата, потреблението на енергия и разходите за лицензиране са излишно високи. Bluetooth LE осигурява много по-дълъг живот на батерията, по евтин е и скоро ще бъде стандартно достъпен, като текущата версия на Bluetooth.“

ANT: Енергийна ефективност за спортни и медицински приложения
За да може да бъде предложено решение с по-малко потребление на енергия специално за приложения, свързани със здравеопазването, спорта и здравните процедури, беше разработен протоколът ANT на Dynastream. Протоколът ANT покрива основно мрежовите нива и нивата за пренос, ANT+ Профил преместват като опция нивото на представяне. Предпоставка за използване на ANT+ Профил е членство ANT+ Alliance или покупка на лиценз за разработка. „Който не желае директна поддръжка и сертифициране, от началото на 2011 г. може да извършва безплатно развойна дейност с ANT+“, отбеляза експертът по безжична технология Хантше.

Хардуерната база на протокола е същата като при Bluetooth и WLAN с използваната в целия свят 2,4 GHz ISM-честотна лента без лиценз. В противовес на същите обаче, ANT+ използва модулация на сигнала съгласно метода на Гаусовата честотна модулация (GFSK), която използва много по-малко енергия за формирането на нулите и единиците, необходими за модулация с разпределен спектър, в сравнение с базираните на IEEE802.15.4 решения, като ZigBee и MiWi.  Теоретично амплитудните модулации са с по-ниска консумация от средната стойност на консумацията при честотните модулации. Податливата на грешки демодулация увеличава допълнително латентните времена на преноса, понеже някои пакети трябва да се изпращат повторно и поради това се увеличава предавателната мощност. По тази причина се влошава общият енергиен баланс.

За разлика от Bluetooth при ANT няма излишна смяна на каналите. За да се гарантира, че винаги може да се използва свободен канал, Bluetooth сменя канала 1600 пъти в секунда, а ANT сменя само честотата на комуникация при фактическо наличие на смущения. Тази и много други разлики, особено в структурата на протокола, прави ANT много привлекателен за захранвани с батерии и акумулатори уреди – не без основание го използват много известни производители в ANT+Alliance, в това число Garmin, Adidas, Brooks, Timex и McLaren. Първите девет места на Тур дьо Франс 2009 бяха заети от водачи със спортно оборудване с технологията ANT+.

Засега ANT поддържа само мобилните телефони XPERIA на Sony Ericsson, както и модели на някои специални производители. „Въпреки, че технологията на ANT е много интересна за други отрасли, засега поради монопола на лиценза, големият пробив е извършен само при свързаните с медицината и здравеопазването приложения, понеже при тях протоколът е вече установен като квазистандарт“, това е оценката на Хантше. „Ако се погледне какви усилия положи Apple, за да въведе собствени стандарти, като „задължително необходими“ в един отрасъл, това беше направено от ANT по-бързо и по-ефективно – понеже се избягват скъпи лицензи и протоколът е заплатен при покупката на предавателния чип .“

Групи по интереси за медицински приложения
За създаване на специални стандарти, които са оптимални за дистанционни медицински приложения, беше създаден Continua Health Care Alliance. Той определя например комуникационния интерфейс между устройства за събиране на данни, интернет сървъри и служби за анализ или свързването на сензорни приложения към устройства за събиране на данни, апарат за измерване на кръвно налягане, везна за телесно тегло или апарат за измерване на кръвната захар. В зависимост от уреда е на разположение профилът ZigBee Health Care или Bluetooth Health Device (HDP). Понеже ZigBee се нуждае винаги от координатор, той по-скоро е подходящ за многоконтурни мрежи за датчици, поради своите ограничение до седем участника, Bluetooth е предназначен по-скоро за по-малки мрежи с класически връзки „Точка до точка“, съотв „Точка до много точки“ (Piconet).

За повечето медицински приложения, които се обслужват от самия пациент, най-интересен е Bluetooth LE: Малките разходи, минималната консумация, миниатюрните батерии с голям пиков ток, глобалните честотни стандарти и благодарение на Bluetooth SIG чрез добър маркетинг те говорят сами за себе си. При професионалните медицински уреди трябва да се очаква включване на Bluetooth HDP. Тук има по-малко латентно време, благодарение на скокообразната пренастройка на честотата, което е важен аргумент за по-голямото потребление на енергия при покупката. Така също в професионалната област имат по-малка тежест технологията на приемо-предавателя, обработката на по-големи протоколни пакети, както и по-мащабните сертификации. Съвместимостта се гарантира от Bluetooth SIG.

Тенденцията: безжични системи върху чипове
За преобразуване на нивото на компонентите, има на разположение няколко решения: Освен, че използват чисти трансиверни чипове, които се нуждаят от микроконтролер за обработка на безжичния протокол, много разработчици разчитат на сертифицирани безжични модули.  Тук нивата на интеграция се различават значително в някои случаи, най-популярни са модули с антена, контролер, кварц, програмируем Bluetooth-идентификатор и стандартните сертификации. Нова тенденция, особено в медицинските уреди, са безжичните системи върху чипове (SoC). Те съдържат не само радио и безжичен пакет за контролер, но и високопроизводителна аналогова схема с АЦП и ЦАП, импулсно захранване, управление на дисплея, както и много други функции и интерфейси. „В сравнение с конструкцията на отделните компоненти SoC предлага огромни ценови предимства, има по-малък обем и изисква по-малка логистична обработка при покупката на конструктивни части“, пояснява Бернд Хантше.

Понеже в медицинската техника защитеността от откази има особено голям приоритет, е целесъобразно броят на градивните елементи и оттук източниците на неизправности, да бъдат колкото е възможно по-малко. Това се отнася допълнително за безжични системи върху чипове, а така също специално за мощния MD8710 на Infineon, но и за по-малките PMA5110 на Infineon, nRF24LE1, ST STM32W на Nordic или M16C/6B на Renesas.

Разбиране на медицинските приложения
Моментното състояние показва: Безжичните технологии продължават да се развиват, както в хардуерната, така и в софтуерната област. Това създава трудности за разработчиците при следенето на същите. В допълнение: При избора на технология, освен търговските и физическите фактори, значение за избора имат също и политическите аспекти (на предприятието). Затова е важно да се знае за устойчивостта в бъдещето на дадено приложение, на което ще се опрат пазарните партньори на технологията или компютърния бранш.

За да може да отговори квалифицирано на въпроси като тези и да предложи най-добра поддръжка на разработчиците на медицински приложения, дистрибуторът Rutronik създаде тъй-наречения „Екип за вертикален пазар за медицински приложения“. Екипът от технически специалисти по полупроводникови елементи, пасивни елементи, безжична връзка, дисплеи, вградени платки и електромеханика се занимава много активно с медицинския пазар, познава специфичните изисквания на клиентите, тенденциите в бранша, всички съответни законови правила и политически тенденции. Освен техническите спецификации, ценовите съображения и наличието на продуктите тези аспекти се обсъждат не само, за да получи клиентът технически работещо решение, но и ориентирано към бъдещето приложение, което да бъде конкурентно на пазара и „утре“.

     
Източник: Rutronik

Ключови думи: Rutronik   безжични технологии   телемедицина   Bluetooth   WLAN  

Област: Електроника  

Fanuc
FANUC

Подобни статии

Schneider Electric
Филкаб
Л-Клас
Тех Индустри България

АБОНИРАЙТЕ СЕ за единствения у нас тематичен бюлетин
НОВИНИТЕ ОТ ЕЛЕКТРОНИКАТА
на специализирания портал Electronics-Bulgaria.com.
БЕЗПЛАТНО, професионално, всяка седмица на вашия мейл!


LD
EcoIndustries

Последно от Статии

  ФИРМЕНА ПУБЛИКАЦИЯНОВО!БизнесТехнологииОбществени поръчки/ТърговеСъбитиятаИндустриално видеоПредстоящоОбяви за работаПроекти
 

ПРЕПОРЪЧВАМ МАТЕРИАЛ


 
 
момент...