医疗物联网的技术发展及Silicon Labs解决方案

保健的质量

随着人们更加关注公共和心理健康，我们比以往任何时候都更加重视有关人体和健康的信息。人工智能／机器学习（AI/ML）的发展正在改善医疗专业人员每天可用的研究方法、诊断工具和治疗方法。利用物联网（IoT）和联网健康设备（也称为医疗物联网（IoMT））的力量，我们将可更为准确、及时地掌握个人的身体健康状态。本文将为您介绍医疗物联网的技术发展，以及由Silicon Labs所推出的解决方案。

联网健康设备可监测身体和精神状况

联网健康设备是指一些小型、无线、通常可穿戴的电子产品，配备传感器，允许用户根据生理健康指标监测自己的身体和精神状况。这些设备有些仅是测量心率或体温这些简单的体征，有些则可收集用户的汗水、唾液和血液，来分析其中化学成分的数据，来进一步理解用户的身体状况。

这些设备收集的数据通常会传送到随附的应用程序，并使用人工智能和机器学习自动分析数据。这些分析提供的健康见解可以帮助用户跟踪特定健康或健身目标的进展、监测慢性健康状况，甚至进行自动化药物配送。

虽然此类设备听起来很科幻、很未来，但事实上，许多设备目前已经存在并正在使用。像是糖尿病患者经常使用可穿戴设备进行连续血糖监测（CGM）来管理血糖水平，而无需依赖手指刺破或最后一刻的身体提示。另一种“智能胰岛素笔”则可以使用CGM数据来计算所需胰岛素的准确剂量，以及何时该服用。

当然，糖尿病并不是唯一使用联网医疗设备的医学领域，还有监测睡眠和跟踪身体节律的健康设备。牙齿传感器有望提供另一种基于从唾液中收集的信息的持续进行健康监测，有消化问题的人可以吞下模拟胃收缩的振动胶囊，以加速消化。嵌入物联网的各种类型的智能贴片可以粘附在患者的皮肤上，并监测生理体征，甚至输送药物。联网健康设备应用的发展将是无可限量的。

物联网和联网健康设备的广泛使用可以让患者在做出健康相关决策时拥有更多自主权。易于访问的数据和信息（自动解释可立即产生可操作的见解）可以使患者轻松管理健康问题，例如慢性病、灾难性健康事件后的恢复期，以及随着衰老而增加的健康维护问题。

开发联网健康设备所面临的挑战

联网健康设备和物联网也有可能成为护理提供者极其有价值的工具。在我们当前的医疗保健系统下，患者通常只会在出现问题时才与医疗保健提供者互动；因此，现代医学大多是反应性的，而不是预防性的。

当患者确实有健康问题时，大多数用于诊断的数据要么由患者自行报告，要么是离散（意味着有较长的时间间隔）和有创方式收集的。由于联网健康设备收集的数据是实时分析的，患者还可以识别突发健康事件的紧急预警信号并及时寻求帮助。最后，使用联网健康设备时也可能执行自动剂量计算和药物输送，可以让必须定期自我给药的患者安心。

利用联网健康技术将使医生能够进行前摄的、无创的、持续的数据收集，这可以改善患者的健康生活体验，增强诊断过程，并提供更多的预防性护理。最终，联网健康设备可以让患者更好地照顾自己，从而减少健康焦虑并提高整体生活质量。

尽管联网健康设备可以为患者和提供者带来诸多好处，但如今它们很少在正式的医疗机构中使用，这是因为大规模实施面临着许多重大挑战。首先，是安全和隐私问题，由于所收集的数据的敏感性，以及被黑客攻击的联网健康设备若无法正常工作，可能造成的严重后果，解决这个问题对于联网健康设备尤其重要。

此外，还有医疗监管上的要求，任何声称可以帮助诊断、治疗或管理疾病或与用户健康相关的任何其他内容的设备，也必须获得像是FDA这类机构的批准。另一方面，也需考虑可扩展性的问题，必须解决围绕如何以实用、道德、公平和安全的方式，大规模使用联网健康设备的问题。由于上述这些问题仍未得到完全的解答，医疗保健提供者常常犹豫是否向患者推荐联网健康设备。

连续血糖监测仪有助于控制糖尿病

我们先以连续血糖监测仪（CGM）的应用为例，1型或2型糖尿病患者必须监测血糖，以便就自己的健康做出明智的决定。连续血糖监测仪可以让患者了解不同的食物、药物甚至体力活动如何影响血糖。这些信息对于帮助患者及其医疗团队制定基于数据的护理计划至关重要，以预防可能的并发症，例如心脏病、失明、中风或肾脏疾病。

有望使用CGM的是那些希望更好地控制糖尿病的人，或者那些患有合并症、需要更多地参与治疗计划的人。使用CGM的1型或2型糖尿病患者报告A1C水平得到改善，低血糖发生率降低，治疗满意度更高，整体幸福感更高。CGM技术的进步甚至允许与胰岛素贴片输送系统直接沟通和协调，充当人工胰腺来持续监测和稳定血糖水平。

连续血糖监测仪有多种类型，但所有CGM均包含四个主要组件。这四个组成部分包括传感器、模拟前端（AFE）、应用处理器／蓝牙接收器、电池。该传感器是插入手臂或腹部皮下的细线导管，用于测量血管之间体液中的葡萄糖浓度。根据所使用的传感器类型，导管需要定期更换；通常，每隔几周就会发生一次。

发射器连接到传感器，并将传感器收集的信息传输到手持接收器和／或智能手机，显示患者的葡萄糖浓度数据。例如，患者可以利用这些信息来评估餐后血糖水平可能发生的变化，或制定治疗计划。搭配应用程序可允许患者查看有关CGM结果的可视化实时数据。

无线设备为患者接收重要信息和监测其健康状况提供了多种可能性。设备制造商已经意识到，创建能够有效地将CGM所需的上述关键功能融入到患者便携式设备中的产品的重要性。其中一些必要的功能包括长电池寿命、能源效率、安全性和功耗等因素。

基于BG27 BLE芯片的CGM参考设计

物联网（IoT）改变了患者与监测其健康状况的交互方式，而Silicon Labs等电子器件制造商正在革新工具，为患者提供实用、便携且节能的工具。Silicon Labs很自豪地分享其CGM参考设计的最新成果。

Silicon Labs推出的BG27 BLE SoC，其创建的目的是帮助医疗设备制造商将先进的BLE连接集成到紧凑而复杂的设计设备中，例如为CGM设备的医疗应用提供电池支持，并搭配提供能够运行该应用的MCU，以及处理电源管理和存储数据的能力。该CGM参考设计使用Analog Devices的模拟前端（AFE）系统。

Silicon Labs的CGM上的新机制提供了一种在需要时使用升压使能引脚仿真设备唤醒的方法。这种新颖的升压使能引脚功能允许设备在极低的电源模式下工作，直到被患者唤醒。当该产品处于“搁置模式”时，它消耗的电流不到20纳安，从而可以节省电池时间，直到客户使用新设备。该CGM参考设计采用了一种激活该引脚的新颖方法，它的激活是由光传感器触发的，当设备从包装中取出时，光传感器会唤醒设备。例如，患者只需用手机手电筒照射它即可激活该产品。

当前的参考设计的运行时间通过了14天的市场标准，并使用1.5伏氧化银电池，该电池在14天的市场标准之后仍然可以运行。Silicon Labs决定提供一个可以进一步优化的基准实现，以减少总体电路板空间并缩小外形尺寸。CGM参考设计使用1.8伏模拟前端（AFE），无需使用外部功率升压，并且由于升压已位于芯片级封装内部，因此减少了物料清单（BOM）数量和最终成本和尺寸。

CGM参考设计包括利用蓝牙服务的应用和降低功耗的应用，用户可以根据喜好选择每分钟到每30分钟之间的定期更新，并且可以优化时间间隔以延长电池寿命。Silicon Labs具有不同的电源模式，允许任何蓝牙设备在状态之间快速转换，以最大限度地降低总体功耗，范围从优化电池供电设备的电池电量到满足高性能、长距离需求的强大解决方案。

开发人员正在为CGM参考设计实施联网医疗设备必要的安全措施。Silicon Labs已集成了DTSec保护配置文件要求，这是开发产品必需的。此外，Silicon Labs的定制零件制造服务（CPMS）服务可实现安全配置和设备定制，例如引导加载程序、安全密钥编程和制造期间的锁定调试。Silicon Labs不断扩展其解决方案组合，以满足随着技术发展的各种需求，以确保患者获得的产品不仅超出预期，而且安全高效。

结语

虽然目前在医疗保健环境中正式使用联网健康设备主要是一种愿望，但这绝不是一个白日梦。许多与IoMT兼容的产品已经寻求并获得FDA等监管机构的批准，且还有许多其他产品正在申请过程中。在未来的几年里，我们将继续见证联网健康设备如何从根本上改变我们的医疗保健系统，使其变得更好。Silicon Labs的BG27 BLE SoC与CGM参考设计，将可协助联网健康设备开发商加快产品的开发周期，尽快抢占市场先机。