最近发生的两件事让我有了写这篇文章的主意。我现已写过好几篇有关现场可编程射频（FPRF）器材的文章，这些器材能够成为简直通用的无线器材。我最近刚好在医院住了两周，使得我有富余的时刻考虑医院病房里的无线运用。
护理的一个重要使命是每隔1、2或4小时记载一次血压、体温、血氧饱和度和心率。这个使命被称为监督生命体征。实际操作中它包含了扫描患者的腕带条码、将设备衔接（假如还没有衔接的话）到患者，然后手艺记载丈量成果。
在英国咱们有国民医疗保健准则（NHS），这个项目掩盖了整个国家。有关改进NHS功率的技能运用的报纸头条常常重视一些重要的举动，比方企图创立一致的软件环境。在这种状况下，方针是将较大的综合性医院、区域性保健中心、小的社区医院和家庭医师办公室（在英国也称为一般执业医师）衔接起来。但是，在NHS下有很高的当地自治程度，我住的医院现已在着手遍及电子核算机。不过电脑首要用于记载药物的运用，而不是生命体征数据，这些数据仍需求手艺录入纸质病历。
假如每个患者都有生命体征数据需求读取，比方说一天六次，每次需求花10分钟，那么这项工作会让护理人员在每个患者身上每天花费60分钟的时刻，这个成果有点让我吃惊。而添加简略的无线链路能够快速推进这一进程的自动化。
因而我在想，究竟是什么问题阻挠了自动化的完成？专用仪器似乎是显着的一个妨碍。有许多首要供货商出产设备，但他们或许对机器联网不感兴趣。安全性是别的一个主因。
医院实际运用的专用机器一般都配备有数据接口衔接器，办法是15针的D型RS－232串口。但是在医院病房的凌乱环境中，每次要将电缆衔接到墙上的插座这样的主意是不切实际的。换句话说，将带条形码扫描器的外部无线通信模块作为“次佳”选项似乎是可行的。
完成无线链路
现代无线体系供给的牢靠链路能够将医院设备衔接到本地核算机。以Bluetooth Smart为商标的低功耗蓝牙（BLE） 便是一个很好的比方，针对特定的医疗运用也有现成的装备规范。低功耗蓝牙的第一个首要限制是掩盖规模，理论上能够扩展到100米（330英尺），但在大楼中运用时实际上或许只能限制于一个房间内。第二个问题是它运用的频谱——拥堵的2.4000至2.4835GHz频段中的搅扰危险。
但是，要想充分发挥集成的无线体系优势，要求在更长间隔内有满足的牢靠性，以便读取的任何数据都能直接发送到护理站的中心操控体系中，这涉及到信号穿过几个中心病房墙体而且仍能在100-150米远（300至500英尺）的当地检测到。更低的射频频率，比方低于1GHz，能够供给更好的建筑材料穿透功用。依据这样的理由，美国运用的915MHz ISM频段、欧洲、中东和非洲（EMEA）运用的433.920MHz和亚洲运用的其它VHF/UHF频率都能够供给十分杰出的间隔功用。
最新发布的FPRF器材被认为是处理无线部分问题的抱负处理计划。这种芯片（类型是LMS7002M）在从100kHz至3800MHz的扩展规模内是用户可编程的，因而很简略掩盖用户感兴趣的频率。除了可编程频率外，用户还能够实时操控带宽和增益。
芯片选用双收发器架构，从数字化数据的输入/输出直到调制的射频信号的射频部分选用的都是低功耗、高性价比的处理计划。数据输入选用数据比特流的办法表明调制的同步（I）和正交（Q）重量。这些数据流经滤波后转化为模拟信号，再经过分隔的I和Q途径处理后，与编程过的射频载频进行混频，最终在芯片输出端供给调制过的射频信号。
接纳器的功用是接纳无线信号，将它解调为代表数据的I和Q重量的模拟信号。在将信号转化为数字输出流之前，接纳器会先对信号进行滤波和扩大。
图1：RPRF框图。
在所考虑的运用中，无线网络能够被装备为多种拓扑，但鉴于相对短的循环时刻（也便是说每个小时传送一次），最好挑选随机拜访机制。最常见的装备被称为带磕碰防止的载波侦测多路拜访（CSMA/CA）。在这种状况下，当体系需求发送数据时，它首要会在载波频率上进行“侦听”，保证在发送数据包之前载频是闲暇状况。为了促进这一机制，FPRF器材包含有接纳信号强度指示（RSSI）功用，能够检测无线链路上的传输信号。假如链路现已在运用状况，器材能够被装备为等候一段预设的时刻，然后重试，或运用不同的频率。
为了增强体系的牢靠性，中心操控体系能够规划为向生命体征监测仪回送承认信号，信号的回送也能够运用独立的射频信道。发送节点等候接纳来自护理站接入点的承认数据包，用于指示数据包已被正确地接纳、解密并经过了校验和查看。
发送调制机制有许多计划。最简略的技能运用每个符号2个比特和正交相移键控（QPSK），其间的载波被调制到4个具有单一起伏的不同相位中的一个上。 QPSK支撑低数据速率传送，十分合适信号条件较差的状况。在正交起伏调制（QAM）中，相位被转移到多个不同视点和起伏中的一个，用于界说星座图中的不同比特方位，而数据是每个符号最多可带着6个比特。QAM供给频谱运用更高效的调制计划，但只适用于信噪比较好的条件下，在这种运用中是不合适的。
但是，最新的传输机制被称为多入多出（MIMO），这是一种杂乱的装备结构，运用两根或多根物理上短间隔分隔的天线。MIMO技能能够进步频谱功率，完成能够进步链路牢靠性的分集增益。MIMO信号的一个要害特点是，它们能够供给鲁棒性更强的功用。该技能经过开展能够应对因为式微和搅扰引起的信号劣化，还能在多径传输条件下运用。在多径传输条件下，从建筑物反射回来的信号将在接纳端构成失真的信号。LMS7002M是支撑MIMO的，能够供给医疗运用要求的牢靠性和信号完好性。
基带功用
FPRF 受基带芯片的操控。这个基带芯片的首要功用是接纳来自生命体征设备的数据，给这些数据打上时刻戳，然后分组成便于传输的以太网数据包。该芯片将对I和Q数据流进行编码或解码，然后经过它的JESD207接口加载LMS7002M。它能够经过SPI接口对FPRF进行编程设置发送接纳频率、增益和带宽。
基带功用一般是运用现场可编程门阵列（FPGA） 完成的，比方合适本钱灵敏运用的Altera Cyclone V SE。这些FPGA具有丰厚的逻辑、内存和DSP功用以及一个或两个嵌入式ARM处理器。32位ARM内核供给的内部设备能够与逻辑矩阵相连，或履行外部代码。举例来说，逻辑矩阵、内存和DSP单元能够被装备为履行操控逻辑、分包数据以及为MIMO技能发生调制图画。这些功用能够依据芯片上的ARM内核的要求进行装备，然后对要求的功用组合进行实例化。
片载ARM内核上运转的软件还能衔接条形码阅读器，以便辨认患者。随后用来查找和加载该患者仅有的加密密钥。这个密钥用于加密待发送的数据，以便供给高度的安全性。内核还能够供给设备智能，对来自生命体征传感器的数字信号进行核算和转化。该芯片还能衔接前面板操控器和显现器。
这类FPGA是在上电时进行装备的。装备文件一般保存在外部非易失性存储器（NMV）中（比方闪存），可用于编程逻辑矩阵和ARM内核。ARM可履行代码一般也存在NMV中，这样能够协助用户用新的条码和医院中的相关密钥文件对NVM进行更新操作。
图2：带无线链路的生命体征监督仪。
对医院有优点
运用人工办法读取和记载生命体征数据需求护理人员每天在每个患者身上花费约60分钟的时刻。在我作为患者住的病房中，总共有40张床，这意味着这个使命需求每天大约40个护理工时。假如自动化能够节约即使25%的时刻，也能够让护理人员每天腾出10个小时的工作时刻，继而能够直接节约费用。
所传数据的精度和可用性平等重要。很显着，自动化进程能够防止誊写读数的过错，然后削减过错诊断的或许性。别的，能够方便地以“每个患者”为根底设置提示和告警限值，这样生命体征的任何反常都能够及时地提示医师，然后当即采纳弥补举动。成果还能够直接记载到电子表格中，数据能够用表格或图形化的办法显现。这种办法能够为医师的日常业务供给协助，并显现随时刻改变的成果。
在生命体征监督仪永久衔接患者的状况下，比方重症监护室（%&&&&&%U）中，中心操控器能够在需求时指令设备读取数据。这种运用模型要求本地智能设备监督无线链路上的指令信息。信号加密可保证每个监督仪只响应与本机有关的音讯，而疏忽其它设备的音讯。
对设备供货商有优点
设备制造商能够给他们的设备添加高性价比的功用，完成与竞争对手产品的差异化。他们能够展现立异带来的功率进步以及医院供给的医疗护理规范的进步。别的，机器的任何边沿本钱的添加也能很快被护理工时的节约所抵消。
设备制造商还能供给完好的体系处理计划，其间包含生命体征监督仪、中心站和陈述生成器，然后为他们的客户带来真实有用的附加值。
总结
本文主张的处理计划能够供给值得运用的最新电子立异功用，然后进步处于窘境的医疗护理人员的功率。这是一种工作量很大的运用场景，用于搜集和核对数据的时刻适当长。别的，我敢肯定在医疗设备领域中还有许多其它运用，它们都能从牢靠和安全的无线链路中获益。你觉得呢？
