SoC 设计破解联网医疗设备的密码

作者： Dialog Semiconductor低功耗连接产品营销组经理 Adrie Van Meijeren

在医疗和制药领域，物联网 (IoT) 有可能从根本上重塑医疗设备为医生、护士和医院服务的方式，并提高患者的生活质量和医疗服务。直到最近，片上系统 (SoC) 设计的进步才使工程师和设计人员能够最终破解连接医疗设备的代码。

SoC 设计中的一些进步包括新的集成电路，它们同时减少了功率足迹、缩小了组件所需的电路板空间量并降低了组件成本。将一次性电池添加到物联网医疗设备是另一个重大飞跃，这对于组件集成和占用空间的原因以及解决医疗设备本身的安全处置问题是必要的。这两项发展都使互联医疗设备工程在材料清单 (BOM)、功耗和制造物流方面更加可行。

互联医疗设备如何改善患者治疗效果

物联网已经为医疗设备创造了新的机会，通过增加传统离线设备的连接性来更好地为医生和患者服务。

查看连接的血糖仪。患者像贴片一样佩戴这些产品，用针头在皮肤下测量血糖，然后将该信息传输到用户智能手机上的应用程序。对于不再需要不断刺破手指取血的糖尿病患者来说，这不仅是一种无痛、更持久的替代方案，而且它还提供了一种实时收集和存储患者血糖水平数据的新方法，方便快捷可以在他们的手机上访问，以方便日后参考。

智能吸入器是医疗设备连接的另一个创新应用。使用传统的吸入器，哮喘患者被要求在两次吸入之间等待大约 30-60 秒，以使药物最有效。但今年早些时候发表的一项研究发现，84% 的患者在两次吸气之间没有等待 30 秒（建议的最短时间）。

事实上，54% 的人甚至没有等待 15 秒。当患者没有正确使用吸入器时，他们就没有得到正确剂量的药物。因此，这些设备并不像它们可能和需要的那样有效。而且，当然，患者不知道他们没有正确使用吸入器，因为医生不在现场提供反馈。

添加与吸入器的连接直接解决了这个问题。智能吸入器实时测量设备的使用情况，为患者提供有关吸入效果、接受剂量、接受频率等的即时反馈。这对患者来说是有用的信息，因为它可以即时提醒他们何时以及如何使用吸入器来获得全部效果。但它对制药公司也很有用。这些公司不是依靠用户问卷来衡量他们的设备的有效性（这些问卷通常由患者根据他们认为自己使用吸入器的方式而不是他们的实际行为来填写），而是获得关于用户行为的即时和准确的数据，并且可以根据需要进行调整。 

血压 (BP) 计是医疗设备的另一个例子，通过使其更智能而得到改进。通常，如果您需要测量血压，您可以在医生办公室进行。但对于许多患者来说，去医生办公室旅行是一段压力很大的时期。仅仅在医生办公室或医院可能会使一个人的血压读数高于平时，从而导致数字不准确。在家中使用联网的血压计有助于确保更典型的静息血压读数，然后将其传输到云端供医生办公室访问。这对医生和患者来说都是更高质量的信息，从而导致更准确的诊断和处方。

如果这些和其他连接的医疗设备应用程序（例如连续温度计贴片或智能注射设备）有一个共同点，那就是：更多更好的数据可以改善患者护理。智能医疗设备使制药和医疗公司能够建立庞大的数据库，收集高质量、实时的患者反馈，从药物有效性到患者使用的纪律性。该数据库由连接设备提供的实时用户行为信息提供，这反过来又让医生更准确地了解如何治疗他们的病人，并授权这些病人调整他们自己的治疗计划（例如，通知他们是否他们没有从吸入器中摄取足够的预期剂量或没有足够定期地服用）。

克服设计挑战

虽然连接性和智能医疗设备对患者和医生来说是游戏规则的改变者，但它们是一个相对较新的趋势。多年来，医疗设备工程师一直受到许多禁止因素的限制。

与往常一样，成本是最大的挑战之一。设计智能血压计或智能吸入器所需的 SoC 和外部组件的材料清单一直是工程师试图为这些应用提供有意义的连接的主要障碍。

功耗和保质期也是主要的设计障碍。医疗设备的保质期通常很长，从 18 个月到 4 年不等。使用时间很长，如果 SoC 不能有效地耗电，它根本无法满足用户的需求。如果电池在耗尽之前不能持续超过几个月，那么智能血糖仪对糖尿病患者有什么好处？

只有解决成本和占地面积问题，工程师才能扩大互联医疗设备的覆盖范围和可用性。将氧化银电池集成为芯片设计的一部分是一种前进的方式。它们的小而薄的设计使它们更容易集成到芯片上。当与 DC/DC 转换器结合使用时，它们的低容量可降低电压并确保电池容量能够在 18 个月到 4 年的时间窗口内运行，并且有多余的电量。它们的一次性性质意味着患者可以在使用后安全地丢弃他们的吸入器或注射器，包括电池。它们的可负担性也有助于降低设备的整体 BOM 成本。

医疗设备和物联网的巨变

虽然医疗设备行业可能不以其快速的审查周期而闻名，但很难不看到这些工程师脚下的地面变化速度有多快。我们仍处于智能互联医疗设备的早期阶段，但路线图很明确：优化组件集成、降低 BOM 成本并将功耗降低一半的新 SoC 解决方案——再加上云存储和大数据的爆炸式增长— 为智能医疗设备创造了一个比以往任何时候都更加肥沃的市场，可以起飞并向患者提供有关药物有效性的实时反馈，并帮助提高整体生活质量。 

审核编辑 黄昊宇