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以低功耗藍牙便攜醫(yī)療設備改善癲癇癥治療

已有 1012 次閱讀2022-8-18 17:40 |個人分類:低功耗藍牙| 低功耗藍牙, 醫(yī)療電子, 智慧醫(yī)療, EFR32BG22, 癲癇

科幻小說經常預言科技的進步，有朝一日可能成為我們日常現(xiàn)實的一部分。從手機到智能手表，從虛擬現(xiàn)實頭盔到自動駕駛汽車，曾經看似純粹的幻想正在迅速成為我們生活中無縫互聯(lián)的一部分。

如今的便攜式醫(yī)療設備提供了持續(xù)監(jiān)測、實時警報、機器學習(ML)分析，以及與醫(yī)生的虛擬或遠程云連接診療，以獲得即時幫助。隨著許多醫(yī)學領域的持續(xù)進步得以提供即時反饋，包括實時遠程保健服務。有一種全球疾病尤其值得關注，技術創(chuàng)新為這種疾病提供了令人興奮的突破機會，可以改變許多人的生活。
據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，全世界有5,000多萬人患有癲癇癥；其中近80%生活在低收入和中等收入國家。此外，如果得到適當?shù)脑\斷和治療，估計有70%的癲癇患者可以不再發(fā)作�？紤]到嵌入式物聯(lián)網設備的最新進展，我們能做些什么來解決這個問題?

針對癲癇癥患者的無線監(jiān)控應用為此，美國的癲癇專家克拉克博士啟動了名叫“Project Epidet”的開發(fā)計劃，重點是開發(fā)一種為癲癇患者的護理人員提供早期預警系統(tǒng)的設備。這款設備為用戶友好的無線設備，佩戴舒適，適合非醫(yī)務人員使用。它可以檢測出許多類型的癲癇發(fā)作，通常是在患者不知道或不記得事件時立即提醒護理人員。通過持續(xù)監(jiān)測和收集數(shù)據(jù)，Project Epidet將能夠記錄數(shù)據(jù)，并建立緝獲事件的歷史記錄。這些數(shù)據(jù)可以用于預測未來的事件，提醒患者采取預防措施。

Project Epidet項目是與Silicon Labs合作，基于Silicon Labs的EFR32BG22 SoC，應用MCU，藍牙5.2連接，超低功耗，小巧的尺寸，和一系列用于傳感器集成的外圍設備。以研究自主特征——皮膚電流測量法(皮膚電導)、溫度和加速度測量法(測量運動)，這些影響睡眠和其他參數(shù)的特征，更好地利用數(shù)據(jù)預測癲癇何時開始發(fā)作。還有包括如何使用心率和其他參數(shù)來定義不同的癲癇類型。這樣的設備可以從根本上改變我們看待患者的方式，改善癲癇管理的途徑。這意味著所有相關人員都將從該設備中受益:患者、他們的家人和/或護理人員，以及醫(yī)療保健提供者。對病人來說，這是一種保護，對家庭/照顧者來說，它提供了保證，他們將能夠在必要時進行干預。對于提供者，它將確定真正的癲癇發(fā)作頻率，并允許加快決策和護理管理。

以用戶為中心的物聯(lián)網設計

同樣智漢科技以BG22 SoC系列的EFR32BG22C224F512GM32設計開發(fā)了一款低功耗藍牙模塊 RC224GM，該模塊集成了一個ARM Cortex-M33核心，它的運行頻率高達76.8 MHz，包含352kB Flash (512k品種可用)和32kB RAM。它還有一個獨立的Cortex-M0+內核驅動藍牙無線電子系統(tǒng)，這使得M33和足夠的內存可用來處理應用程序和數(shù)據(jù)處理算法。這使Project Epidet能夠獲得檢測各種各樣類型所需數(shù)據(jù)的頻率和分辨率，在設備上本地處理所有數(shù)據(jù)，并利用藍牙無線電發(fā)送結案結果，并向護理人員提供必要的更新，并通過云進行記錄和進一步分析。

RC224GM為用戶無需考慮RF設計即可提供完整的RF解決方案，從而縮短產品開發(fā)周期。且充分利用EFR32BG22的功能和外圍器件，可以為要求苛刻的應用提供保障與支持，同時簡化了設計并降低了BOM成本。

針對便攜式設備的能耗設計RC224GM也為便攜式醫(yī)療應用設計權衡了尺寸、功耗、電池類型和形狀等因素。設計標準部分是由BG22 SoC的低功耗驅動的，因為它運行應用程序并通過優(yōu)化的低功耗藍牙連接處理周期性傳輸，結合各種傳感器、信號鏈上的組件和存儲數(shù)據(jù)樣本所需的外部EEPROM的功耗。數(shù)據(jù)采集是電力消耗預算的重要組成部分。需要巧妙的技術和優(yōu)化來避免在默認情況下持續(xù)監(jiān)控所有傳感器，從而降低設備的平均功耗。同時也需要提供一種方便的方式給設備中的電池充電。

最大限度延長應用的電池壽命的關鍵是，RC224GM在活躍時每兆赫僅消耗27uA，在最低睡眠狀態(tài)下工作為1.2uA。這款電源優(yōu)化設備提供了5種能量模式：EM0(完全運行)、EM1(睡眠)、EM2(深度睡眠)、EM3(停止)和EM4(關閉)。根據(jù)不同的模式，可以啟用或禁用各種架構組件，使系統(tǒng)能夠優(yōu)化設備的總體功率預算。

此外，利用傳感器中斷和藍牙功能，最大限度地減少TX/RX時間節(jié)省整體電力。RFSense是EFR32無線MCU系列設備的另一個獨特功能，可以從EM2甚至EM4電源模式“喚醒”MCU，進一步為設備節(jié)省電力。
嵌入智漢科技的從機透傳協(xié)議程序，可實現(xiàn)AT指令串口通信：用戶MCU可以通過 RC224GM 的通用串口和移動設備進行雙向通訊，用戶也可以通過特定的串口 AT 指令，對某些通訊參數(shù)進行管理控制。用戶數(shù)據(jù)的具體含義由上層應用程序自行定義。移動設備可以通過 APP 對 RC224GM 進行寫操作，寫入的數(shù)據(jù)將通過串口發(fā)送給用戶的 MCU。RC224GM 收到來自用戶 MCU 串口的數(shù)據(jù)包后，將自動轉發(fā)給移動設備。

用戶使用 RC224GM 從機透傳模塊可自行配置普通BLE模式、Beacon和Eddystone模式，支持AT指令調整藍牙連接間隔，控制不同的轉發(fā)速率；還能調整發(fā)射功率、修改廣播間隔、修改串口波特率等參數(shù)。

結語

微電子技術的進步使器件變得小型化，企業(yè)可以提供更多帶有微小電子封裝的小型設備，包括一個應用微控制器單元(MCU)，無線連接，模擬外設，通用I/O，集成各種電源，以及根據(jù)想要收集的數(shù)據(jù)接口各種傳感器的能力。為像克拉克博士和其他便攜式醫(yī)療設備的團隊這樣的創(chuàng)新者開辟了新的設計途徑。