醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展及Silicon Labs解決方案

保健的質(zhì)量

隨著人們更加關(guān)注公共和心理健康，我們比以往任何時(shí)候都更加重視有關(guān)人體和健康的信息。人工智能／機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）的發(fā)展正在改善醫(yī)療專業(yè)人員每天可用的研究方法、診斷工具和治療方法。利用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備（也稱為醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)（IoMT））的力量，我們將可更為準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握個(gè)人的身體健康狀態(tài)。本文將為您介紹醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展，以及由Silicon Labs所推出的解決方案。

聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備可監(jiān)測身體和精神狀況

聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備是指一些小型、無線、通?？纱┐鞯碾娮赢a(chǎn)品，配備傳感器，允許用戶根據(jù)生理健康指標(biāo)監(jiān)測自己的身體和精神狀況。這些設(shè)備有些僅是測量心率或體溫這些簡單的體征，有些則可收集用戶的汗水、唾液和血液，來分析其中化學(xué)成分的數(shù)據(jù)，來進(jìn)一步理解用戶的身體狀況。

這些設(shè)備收集的數(shù)據(jù)通常會傳送到隨附的應(yīng)用程序，并使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)自動分析數(shù)據(jù)。這些分析提供的健康見解可以幫助用戶跟蹤特定健康或健身目標(biāo)的進(jìn)展、監(jiān)測慢性健康狀況，甚至進(jìn)行自動化藥物配送。

雖然此類設(shè)備聽起來很科幻、很未來，但事實(shí)上，許多設(shè)備目前已經(jīng)存在并正在使用。像是糖尿病患者經(jīng)常使用可穿戴設(shè)備進(jìn)行連續(xù)血糖監(jiān)測（CGM）來管理血糖水平，而無需依賴手指刺破或最后一刻的身體提示。另一種“智能胰島素筆”則可以使用CGM數(shù)據(jù)來計(jì)算所需胰島素的準(zhǔn)確劑量，以及何時(shí)該服用。

當(dāng)然，糖尿病并不是唯一使用聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療設(shè)備的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，還有監(jiān)測睡眠和跟蹤身體節(jié)律的健康設(shè)備。牙齒傳感器有望提供另一種基于從唾液中收集的信息的持續(xù)進(jìn)行健康監(jiān)測，有消化問題的人可以吞下模擬胃收縮的振動膠囊，以加速消化。嵌入物聯(lián)網(wǎng)的各種類型的智能貼片可以粘附在患者的皮膚上，并監(jiān)測生理體征，甚至輸送藥物。聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備應(yīng)用的發(fā)展將是無可限量的。

物聯(lián)網(wǎng)和聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備的廣泛使用可以讓患者在做出健康相關(guān)決策時(shí)擁有更多自主權(quán)。易于訪問的數(shù)據(jù)和信息（自動解釋可立即產(chǎn)生可操作的見解）可以使患者輕松管理健康問題，例如慢性病、災(zāi)難性健康事件后的恢復(fù)期，以及隨著衰老而增加的健康維護(hù)問題。

開發(fā)聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備所面臨的挑戰(zhàn)

聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)也有可能成為護(hù)理提供者極其有價(jià)值的工具。在我們當(dāng)前的醫(yī)療保健系統(tǒng)下，患者通常只會在出現(xiàn)問題時(shí)才與醫(yī)療保健提供者互動；因此，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)大多是反應(yīng)性的，而不是預(yù)防性的。

當(dāng)患者確實(shí)有健康問題時(shí)，大多數(shù)用于診斷的數(shù)據(jù)要么由患者自行報(bào)告，要么是離散（意味著有較長的時(shí)間間隔）和有創(chuàng)方式收集的。由于聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備收集的數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)分析的，患者還可以識別突發(fā)健康事件的緊急預(yù)警信號并及時(shí)尋求幫助。最后，使用聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備時(shí)也可能執(zhí)行自動劑量計(jì)算和藥物輸送，可以讓必須定期自我給藥的患者安心。

利用聯(lián)網(wǎng)健康技術(shù)將使醫(yī)生能夠進(jìn)行前攝的、無創(chuàng)的、持續(xù)的數(shù)據(jù)收集，這可以改善患者的健康生活體驗(yàn)，增強(qiáng)診斷過程，并提供更多的預(yù)防性護(hù)理。最終，聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備可以讓患者更好地照顧自己，從而減少健康焦慮并提高整體生活質(zhì)量。

盡管聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備可以為患者和提供者帶來諸多好處，但如今它們很少在正式的醫(yī)療機(jī)構(gòu)中使用，這是因?yàn)榇笠?guī)模實(shí)施面臨著許多重大挑戰(zhàn)。首先，是安全和隱私問題，由于所收集的數(shù)據(jù)的敏感性，以及被黑客攻擊的聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備若無法正常工作，可能造成的嚴(yán)重后果，解決這個(gè)問題對于聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備尤其重要。

此外，還有醫(yī)療監(jiān)管上的要求，任何聲稱可以幫助診斷、治療或管理疾病或與用戶健康相關(guān)的任何其他內(nèi)容的設(shè)備，也必須獲得像是FDA這類機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。另一方面，也需考慮可擴(kuò)展性的問題，必須解決圍繞如何以實(shí)用、道德、公平和安全的方式，大規(guī)模使用聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備的問題。由于上述這些問題仍未得到完全的解答，醫(yī)療保健提供者常常猶豫是否向患者推薦聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備。

連續(xù)血糖監(jiān)測儀有助于控制糖尿病

我們先以連續(xù)血糖監(jiān)測儀（CGM）的應(yīng)用為例，1型或2型糖尿病患者必須監(jiān)測血糖，以便就自己的健康做出明智的決定。連續(xù)血糖監(jiān)測儀可以讓患者了解不同的食物、藥物甚至體力活動如何影響血糖。這些信息對于幫助患者及其醫(yī)療團(tuán)隊(duì)制定基于數(shù)據(jù)的護(hù)理計(jì)劃至關(guān)重要，以預(yù)防可能的并發(fā)癥，例如心臟病、失明、中風(fēng)或腎臟疾病。

有望使用CGM的是那些希望更好地控制糖尿病的人，或者那些患有合并癥、需要更多地參與治療計(jì)劃的人。使用CGM的1型或2型糖尿病患者報(bào)告A1C水平得到改善，低血糖發(fā)生率降低，治療滿意度更高，整體幸福感更高。CGM技術(shù)的進(jìn)步甚至允許與胰島素貼片輸送系統(tǒng)直接溝通和協(xié)調(diào)，充當(dāng)人工胰腺來持續(xù)監(jiān)測和穩(wěn)定血糖水平。

連續(xù)血糖監(jiān)測儀有多種類型，但所有CGM均包含四個(gè)主要組件。這四個(gè)組成部分包括傳感器、模擬前端（AFE）、應(yīng)用處理器／藍(lán)牙接收器、電池。該傳感器是插入手臂或腹部皮下的細(xì)線導(dǎo)管，用于測量血管之間體液中的葡萄糖濃度。根據(jù)所使用的傳感器類型，導(dǎo)管需要定期更換；通常，每隔幾周就會發(fā)生一次。

發(fā)射器連接到傳感器，并將傳感器收集的信息傳輸?shù)绞殖纸邮掌骱停?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/11230/" target="_blank">智能手機(jī)，顯示患者的葡萄糖濃度數(shù)據(jù)。例如，患者可以利用這些信息來評估餐后血糖水平可能發(fā)生的變化，或制定治療計(jì)劃。搭配應(yīng)用程序可允許患者查看有關(guān)CGM結(jié)果的可視化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

無線設(shè)備為患者接收重要信息和監(jiān)測其健康狀況提供了多種可能性。設(shè)備制造商已經(jīng)意識到，創(chuàng)建能夠有效地將CGM所需的上述關(guān)鍵功能融入到患者便攜式設(shè)備中的產(chǎn)品的重要性。其中一些必要的功能包括長電池壽命、能源效率、安全性和功耗等因素。

基于BG27 BLE芯片的CGM參考設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）改變了患者與監(jiān)測其健康狀況的交互方式，而Silicon Labs等電子器件制造商正在革新工具，為患者提供實(shí)用、便攜且節(jié)能的工具。Silicon Labs很自豪地分享其CGM參考設(shè)計(jì)的最新成果。

Silicon Labs推出的BG27 BLE SoC，其創(chuàng)建的目的是幫助醫(yī)療設(shè)備制造商將先進(jìn)的BLE連接集成到緊湊而復(fù)雜的設(shè)計(jì)設(shè)備中，例如為CGM設(shè)備的醫(yī)療應(yīng)用提供電池支持，并搭配提供能夠運(yùn)行該應(yīng)用的MCU，以及處理電源管理和存儲數(shù)據(jù)的能力。該CGM參考設(shè)計(jì)使用Analog Devices的模擬前端（AFE）系統(tǒng)。

Silicon Labs的CGM上的新機(jī)制提供了一種在需要時(shí)使用升壓使能引腳仿真設(shè)備喚醒的方法。這種新穎的升壓使能引腳功能允許設(shè)備在極低的電源模式下工作，直到被患者喚醒。當(dāng)該產(chǎn)品處于“擱置模式”時(shí)，它消耗的電流不到20納安，從而可以節(jié)省電池時(shí)間，直到客戶使用新設(shè)備。該CGM參考設(shè)計(jì)采用了一種激活該引腳的新穎方法，它的激活是由光傳感器觸發(fā)的，當(dāng)設(shè)備從包裝中取出時(shí)，光傳感器會喚醒設(shè)備。例如，患者只需用手機(jī)手電筒照射它即可激活該產(chǎn)品。

當(dāng)前的參考設(shè)計(jì)的運(yùn)行時(shí)間通過了14天的市場標(biāo)準(zhǔn)，并使用1.5伏氧化銀電池，該電池在14天的市場標(biāo)準(zhǔn)之后仍然可以運(yùn)行。Silicon Labs決定提供一個(gè)可以進(jìn)一步優(yōu)化的基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，以減少總體電路板空間并縮小外形尺寸。CGM參考設(shè)計(jì)使用1.8伏模擬前端（AFE），無需使用外部功率升壓，并且由于升壓已位于芯片級封裝內(nèi)部，因此減少了物料清單（BOM）數(shù)量和最終成本和尺寸。

CGM參考設(shè)計(jì)包括利用藍(lán)牙服務(wù)的應(yīng)用和降低功耗的應(yīng)用，用戶可以根據(jù)喜好選擇每分鐘到每30分鐘之間的定期更新，并且可以優(yōu)化時(shí)間間隔以延長電池壽命。Silicon Labs具有不同的電源模式，允許任何藍(lán)牙設(shè)備在狀態(tài)之間快速轉(zhuǎn)換，以最大限度地降低總體功耗，范圍從優(yōu)化電池供電設(shè)備的電池電量到滿足高性能、長距離需求的強(qiáng)大解決方案。

開發(fā)人員正在為CGM參考設(shè)計(jì)實(shí)施聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療設(shè)備必要的安全措施。Silicon Labs已集成了DTSec保護(hù)配置文件要求，這是開發(fā)產(chǎn)品必需的。此外，Silicon Labs的定制零件制造服務(wù)（CPMS）服務(wù)可實(shí)現(xiàn)安全配置和設(shè)備定制，例如引導(dǎo)加載程序、安全密鑰編程和制造期間的鎖定調(diào)試。Silicon Labs不斷擴(kuò)展其解決方案組合，以滿足隨著技術(shù)發(fā)展的各種需求，以確?；颊攉@得的產(chǎn)品不僅超出預(yù)期，而且安全高效。

結(jié)語

雖然目前在醫(yī)療保健環(huán)境中正式使用聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備主要是一種愿望，但這絕不是一個(gè)白日夢。許多與IoMT兼容的產(chǎn)品已經(jīng)尋求并獲得FDA等監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，且還有許多其他產(chǎn)品正在申請過程中。在未來的幾年里，我們將繼續(xù)見證聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備如何從根本上改變我們的醫(yī)療保健系統(tǒng)，使其變得更好。Silicon Labs的BG27 BLE SoC與CGM參考設(shè)計(jì)，將可協(xié)助聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備開發(fā)商加快產(chǎn)品的開發(fā)周期，盡快搶占市場先機(jī)。