无线医疗设备能进步患者的舒适度和曾经未所未有的办法对患者进行监测。但首要，对功耗加以优化尤为重要。
无线传感器节点
无线设备现已改动了咱们的作业和休闲环境—它们也或许相同改动咱们的医疗设备。无线设备一个风趣的运用是无线传感器节点，后者能够用来监测心率、脑电波、体温、血压和其它生命体征。
现在，重症监护病房已运用人体传感器来监测患者和在患者的病况发生变化时提示医师。传感器经过电缆连接到电脑。虽然在这种情况下这不算底子性问题，可是无线传感器节点能够让医院和其它当地的门诊患者从中获益是清楚明了的事。
图1：一款睡觉监测体系由一条带有三个传感器节点的头巾组成。这三个传感器节点对两路EGG通道（脑电图）、两路眼动电图、一路肌动电图进行丈量，别离监测大脑的活动、眼球的活动和下巴肌肉的活动。
现在，进行睡觉监测实验的患者有必要戴上经过一束电线连接到电脑的传感器，这会让患者觉得不舒服。研讨机构IMEC和霍尔斯特中心开发了一款头巾式无线监控体系，该体系有五个集成式传感器，能搜集和传送做有用睡觉测验所需求的一切数据（图1）。
这个设备能改进患者在医院进行睡觉测验过程中的舒适度，而且省去了电缆。荷兰睡觉失调中心Kempenhaeghe已完结的测验标明，这款无线监控体系能像有线体系相同有用地运转。能够幻想：在不太远的将来，患者去看医师时拿到一个睡觉测验帽，然后在家即可完结测验。再由睡觉失调专业医师长途剖析成果。
图2：在帽上中集成脑电图传感器，用于监测癫痫患者
一旦无线传感器节点成为干流，将会有许多的新运用出现。传感器节点能够被集成到许多产品中，包含毛毯、汽车座椅和衣服等。例如，集成有脑电图传感器的棒球帽能够接连地丈量癫痫患者的大脑活动（图2）。衬衫也能够兼作心电图监测仪。无线传感器节点有无限种用途。
要完结咱们所想象的无线传感器节点，仍需求进行许多研讨和开发。其间一个难题与功耗有关。因为节点不是有线连接到电网的，所以有必要运用电池。而电池的尺度应尽或许小，以匹配集成到衣服中的微型体系。假如小尺度不是榜首考虑要素，那么把下降功耗意味着设备能支撑更长时刻的自主性或支撑其它更多功用，而对植入式传感器节点而言，电池能长时刻间运用是必需的。
图 3 ：传感器节点的根本构成部件。
IMEC和霍尔斯特中心正在开发一款心电图绑带，该产品像运动员所用的传统心脏监测带相同运用。这款带子不仅能监测心跳，还能够记载和传送完好的心电图。该设备可供有心脏病的户外活动爱好者十分方便地运用，或在竞技活动中运用（这款带子现已在布鲁塞尔马拉松里进行过测验）。意图难题在于要将体系小型化和完结满足水平的自立性。依据运用的不同，或许是要能运用几天或永久性运用。最终目标是要将这款电子心脏专家集成到一个小盒子中，而这个小盒子要能附着在一条带子上（图4），或许能嵌入到一件衬衫里则更好。
图4：IMEC和霍尔斯特中心已开发了一款心电图带子。研讨人员现在正在企图缩小其尺度，一起进步其自主性。
功耗可经过查看传感器的独自规范构件来预算心电图传感器节点的功率：传感和读取单元、无线通讯、数字信号处理器（DSP）和供电单元。明显，节点中最耗电的是射频芯片，射频芯片担任传感器数据的无线传输（图5）。一般，完结无线通讯功用所耗费的功率占总功率预算的50％至85％。
图5：对传感器节点的构成部件做功耗剖析的成果标明：传感器节点中最耗能的是无线组件。
图6：另一个下降传感器节点功耗的途径是运用专用的超低功率射频组件来代替非专门规划的低功率射频组件。若用IMEC的BAN射频组件代替现货供应的Zigbee这类射频组件来传输未经处理的心电图，能将整个体系功率下降10倍。
无线传感器节点面对的应战要素
医疗/体育无线传感器网络节点包含：
? 一个用来丈量人体参数的传感器（如，查看血糖水平）
? 一个用来履行某个动作的履行器（如，胰岛素打针）
? 一个将模仿传感器的数据转换成数字信号的模仿接口
? 一个数字信号处理器（DSP）。实际上，DSP相当于一台微型核算机，若有需求，它能搜集一切数据，进行一些核算并做出决议（例如，假如血糖水平大于X，则打针y微升的胰岛素）
? 一个无线芯片，用于将数据无线传送到手机或医师的笔记本电脑
? 由电池和电源办理电路组成的电源。对某些运用而言，能够添加动力搜集设备，如，太阳能电池或振动能转换器。
当你翻开电费帐单，发现电视用电最多的时分，你会怎么做？是去买一台节能型LED电视仍是缩短电视的收看时刻？IMEC和霍尔斯特中心的研讨人员对传感器节点无线采取了相似的战略。
超低功耗射频技能
IMEC和霍尔斯特中心开发了几类超低功率（ULP）射频技能，每类技能针对一类不同的运用。这三种射频架构能支撑从高到低的数据速率。具体内容见下文。
开宣布的榜首项技能—根据脉冲的超宽带（UWB）射频技能，它是低功耗和中速数据传送（100千字节/秒20兆字节/秒）的共同组合。超宽带（UWB）射频适用于传感器数据与流媒体相结合的运用：有两个运用比如，其间一个运用是一款能够与MP3播映器进行通讯的心搏带（当心率在慢跑期间加快时，播映节奏削弱的音乐），另一个运用是与MP3播映器进行无线通信的助听器。假如将ULP UWB无线射频技能和监测带、助听器和MP3播映器相结合，那么体系功耗小于5毫瓦且具有极佳抗搅扰才干。比较用于中速数据传送的商业低功耗无线射频，UWB射频体系的功耗下降了五倍。UWB 无线射频作业在610千兆赫的无线电频段。比较作业在2.45 – GHz ISM频段同类竞赛蓝牙设备，它要少许多搅扰问题。
UWB射频还有一个用途：定位。无线射频信号掩盖很广，能够经过雷达这类办法确认设备所在位置。能在不需求基础设备或三角丈量（要得到精确认位至少需求三台设备）的条件下定位一台设备， 这在许多运用都是一种共同功用。现在，仍需求运用多项技能才干完结内部定位。
图7：经过本地处理（见右图），削减了需求传送的数据量。
第二类架构是一类窄带BAN 射频（图6），适合于低速数据传送（64，128，256，512和1024 KB /秒），其功耗乃至比UWB射频还要低。该技能针对佩带在身体上的传感器节点进行了优化。在数据传送速率为1 Mb /秒的情况下，其接纳功耗为1 mW，传送功耗为0.9 mW，没有占空比。而若是选用Zigbee或其它技能，则体系的功耗会进步10到100倍。窄带 BAN作业在2.4 GHz ISM或850950 UHF射频波段。
第三种可选技能—唤醒射频—针对极低数据传输速率和超低功耗（继续续作业时为60微瓦）而开发。该射频技能能够和传统射频技能并行作业，在需求接纳或发送数据时翻开开关。经过作业在这种办法省电。例如，手机上具有蓝牙功用的射频组件会不断寻觅蓝牙设备，这样会耗费很大功率。经过将蓝牙射频组件和唤醒射频组件相结合，后者能够在它需求连接到另一个蓝牙设备的时分发动蓝牙无线。一个潜在的医学运用是，将其用于完结需求定时传送数据到医师电脑的植入式传感器。
下降功耗
另一个下降无线传感器节点功耗的办法是削减有必要传送到人体中心设备或笔记本电脑的数据量。能够经过在节点内本地处理一部分数据和发送少数经过处理的数据，而非传送许多的原始传感器数据来做到这点。别的一个长处是，患者能及时取得反应。
图8：经过在无线传感器节点对数据进行本地处理，无线组件的功耗下降。可是，这会增大通用微处理器的功耗，两者相抵消了。研讨人员开宣布了一款低功耗DSP来处理这一问题，该低功耗DSP针对处理生理参数进行了优化。例如，若选用IMEC的BioDSP处理本地心电图，则选用现货Zigbee射频的心电图贴片的体系功耗将下降近10倍。
与人们的猜测相反，当用通用微控制器履行本地处理时，传感器节点的功耗会添加。射频组件的功耗会下降，原因是它没有太多的数据要发送，而商用微控制器的功耗猛曾，原因是它没有针对这类处理做优化。根据这个原因，IMEC和霍尔斯特中心开发了一款专用超低功耗DSP，它针对脑电图、心电图、眼电图及肌电图等生理参数做了优化。
超低功耗的簇新未来
经过挑选正确的ULP 规范模块，可明显下降无线医疗设备的功耗。本文概述了两种战略：
1．添加超低功耗射频（UWB、BAN或唤醒射频，针对中-低数据传输速率）能够将功耗削减10倍。
2．添加ULP DSP将功耗下降10倍，有些本地处理在设备或传感器节点内完结。
将ULP射频和超低功耗DSP战略相结合，能使心电图贴片的功耗下降18倍，让咱们更进一步挨近广泛运用的人体佩带自主传感器。
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