醫(yī)療機(jī)構(gòu)迫切需要實(shí)用的健康監(jiān)測(cè)無(wú)線設(shè)備，病患者可以佩戴著它，在家里正常地生活。佩戴在身上的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)使用價(jià)格低廉、具有互操作性、不會(huì)受到干擾的超低功耗(ULP)無(wú)線傳感器，它連接到實(shí)時(shí)顯示器上，例如手表，然后連接到家里的電腦上，而電腦則連接到互聯(lián)網(wǎng)上。運(yùn)用這個(gè)有創(chuàng)新性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，病人就不必住院或者可以縮短住院時(shí)間，卻仍然可以與他們的醫(yī)院經(jīng)常保持聯(lián)系。

ON World公司2008年8月的報(bào)告(“用于醫(yī)療保健的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)”)得出結(jié)論說(shuō)，到2012年，利用隨身佩戴的WSN可以為醫(yī)療保健行業(yè)節(jié)省250億美元。因此醫(yī)療保健系統(tǒng)的有這個(gè)愿望，便不足為奇了。而且，如果關(guān)于慢性病人增多的預(yù)測(cè)是正確的話，節(jié)省的錢(qián)可能會(huì)更多。但是，即使在經(jīng)濟(jì)上有這樣明顯的優(yōu)點(diǎn)，在目前，無(wú)線技術(shù)并沒(méi)有用于監(jiān)測(cè)健康。問(wèn)題是──為什么沒(méi)有呢?

讓醫(yī)療保健進(jìn)入家中

把病人送出醫(yī)院不僅對(duì)醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)的預(yù)算有益。病患者在自己的家里康復(fù)，對(duì)他們本人也有益──他們知道這是安全的，如果有任何問(wèn)題，醫(yī)生立即就知道。剛患病的人也會(huì)受益，因?yàn)樵卺t(yī)院找到床位的可能性更大。此外，可以減少社區(qū)的護(hù)理服務(wù)，因?yàn)樽o(hù)士不必到各處去做常規(guī)測(cè)量，例如量血壓、量脈搏、測(cè)量血糖。

而且，對(duì)“老化”的人口，可能有好處。傳統(tǒng)上，當(dāng)老年人身體很弱時(shí)，他們離開(kāi)自己的家，到看護(hù)所去。不幸的是，這個(gè)決策通常是根據(jù)當(dāng)局的利益作出的，而不是根據(jù)個(gè)人的利益，因?yàn)樵谝粋€(gè)機(jī)構(gòu)里集體監(jiān)測(cè)老年人的健康，而不是在他們自己的家里進(jìn)行，容易得多──雖然更加昂貴。這意味著“鼓勵(lì)”較為健康而且還有能力的老年人離開(kāi)自己的家，雖然他們不想這樣。有了無(wú)線監(jiān)控，醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)就能對(duì)老年人的健康保持高度警覺(jué)，同時(shí)可以讓他們盡可能長(zhǎng)時(shí)間地留在家里。這個(gè)辦法可以大量地降低成本，病人也會(huì)高興些。無(wú)線傳感器可用于監(jiān)測(cè)生命體征，也可以知道諸如老人是否跌倒了的情況。

藍(lán)牙技術(shù)遇到挑戰(zhàn)

先進(jìn)的無(wú)線技術(shù)如今已經(jīng)廣泛用于幾乎所有的部門(mén)，但是醫(yī)療部門(mén)卻是明顯的例外。如果考慮到醫(yī)務(wù)界的嚴(yán)格要求，這也許沒(méi)有什么可奇怪的。醫(yī)療界之所以提出這些要求，是因?yàn)樾枰ＷC選用的技術(shù)不會(huì)增加用戶健康的風(fēng)險(xiǎn)，而且是完全可靠的。那么，對(duì)于一項(xiàng)無(wú)線技術(shù)，要應(yīng)對(duì)醫(yī)療監(jiān)測(cè)的種種挑戰(zhàn)，需要做到哪些呢?主要是以下幾點(diǎn)：

●互操作性-需要一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，這點(diǎn)極為重要，這樣不同廠商的產(chǎn)品能夠相互通信;

●傳感器-需要準(zhǔn)確、可靠，簡(jiǎn)單地進(jìn)行配對(duì)，能夠即插即用，功能能夠自動(dòng)恢復(fù);

●超低功耗(ULP)，電池壽命長(zhǎng)-傳感器需要低功耗的射頻無(wú)線電通信系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的協(xié)議，用一個(gè)鈕扣電池能夠運(yùn)行幾個(gè)月甚至幾年;

●系統(tǒng)和設(shè)備安全-傳輸數(shù)據(jù)必須安全、有保障，并保守醫(yī)療數(shù)據(jù)的機(jī)密;

●傳輸網(wǎng)絡(luò)-傳感器需要與互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，能夠把信息轉(zhuǎn)送給在遠(yuǎn)處的醫(yī)療保健人員;

●有令人信服的應(yīng)用實(shí)例供采用-醫(yī)療機(jī)構(gòu)都非常保守，需要有一個(gè)令人信服的理由讓他們采用新的技術(shù)。

低功耗藍(lán)牙技術(shù)滿足了所有這些要求。例如，它的協(xié)議棧很小，所以無(wú)線電通訊系統(tǒng)在發(fā)送或接收時(shí)消耗的電流超低(并且可以進(jìn)入僅需要幾個(gè)納安的“睡眠”狀態(tài))，而且低功耗藍(lán)牙技術(shù)支持AES加密無(wú)線通信。此外，低功耗藍(lán)牙技術(shù)是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，確保不同制造商的傳感器迅速、方便地建立通信。因?yàn)榈凸乃{(lán)牙技術(shù)是在藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，很容易構(gòu)成個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)(PAN)，它包括若干個(gè)傳感器，例如測(cè)量心律不齊，血壓和氧氣含量，與一個(gè)“主機(jī)”裝置進(jìn)行通信。

低功耗藍(lán)牙技術(shù)?

低功耗藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)的微架構(gòu)與上述Nordic半導(dǎo)體的nRF24AP1是相似的。藍(lán)牙低耗能規(guī)范詳細(xì)規(guī)定了一種短距離射頻通信技術(shù)，它的功耗超低，有一個(gè)輕型的協(xié)議棧，并且與藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)整合在一起。(但是，有一點(diǎn)十分重要，必須指出，低功耗藍(lán)牙技術(shù)不會(huì)與繼目前的v2.1 + EDR標(biāo)準(zhǔn)或較舊版本的傳統(tǒng)藍(lán)牙芯片進(jìn)行通信。傳統(tǒng)的藍(lán)牙芯片適合移動(dòng)電話和個(gè)人電腦。它們之間要進(jìn)行通信，就需要對(duì)藍(lán)牙芯片進(jìn)行修改，增加一些電路和軟件，確保它與低功耗藍(lán)牙技術(shù)兼容。預(yù)計(jì)這個(gè)修改在“雙模式”器件中會(huì)是常見(jiàn)的，因?yàn)榘阉{(lán)牙低耗能加到現(xiàn)有藍(lán)牙器件中需要花費(fèi)的力量是最少的。)整個(gè)規(guī)范目前正在起草，將在2009年下半年發(fā)布。

低功耗藍(lán)牙技術(shù)對(duì)功耗和成本進(jìn)行了優(yōu)化，提供緊湊的低成本、超低功耗(ULP)收發(fā)器，用于PUID(個(gè)人用戶介面設(shè)備，例如手表)傳感器，供體育、健康和保健、遙控器、近距離檢測(cè)、移動(dòng)電話配件和人機(jī)介面設(shè)備(HID)這類產(chǎn)品使用。更重要的是，低功耗藍(lán)牙技術(shù)是開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)許多廠商生產(chǎn)這種芯片，確保有很多渠道供貨，而這些是衛(wèi)生當(dāng)局的要求。

根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟關(guān)于單模式藍(lán)牙低耗能芯片的暫定數(shù)字，它有兩個(gè)特性滿足健康監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器對(duì)超低耗的要求：對(duì)最大電流的要求不高和帶寬比較寬。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟說(shuō)，在發(fā)射功率為0dBm時(shí)，這個(gè)芯片消耗的最大電流低于15mA(按照當(dāng)局對(duì)免牌照的2.4GHz波段的功率限制，對(duì)于10m的距離是足夠的)，在接收時(shí)，略低于15 mA。

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此外，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟表示，藍(lán)牙低耗能芯片的帶寬為1Mbit/s。這個(gè)帶寬是經(jīng)過(guò)精心挑選的，因?yàn)?，超低功率專利技術(shù)多年在現(xiàn)場(chǎng)使用的經(jīng)驗(yàn)顯示，對(duì)于藍(lán)牙低耗能無(wú)線技術(shù)所針對(duì)的應(yīng)用，1Mbit/s是帶寬的最佳權(quán)衡結(jié)果。權(quán)衡是在發(fā)射功率和占空比之間進(jìn)行的：發(fā)射功率隨著帶寬增大而上升;在數(shù)據(jù)量一定的情況下，占空比則隨著帶寬增大而降低。例如，藍(lán)牙低耗能芯片在運(yùn)行速度為1Mbit/s時(shí)，工作在最大電流15 mA的發(fā)射時(shí)間只是工作在250kbit/s、發(fā)射電流為28mA的典型IEEE 802.15.4無(wú)線電通信設(shè)備的四分之一，就能把同樣數(shù)量的數(shù)據(jù)送出去。(當(dāng)然，也有些低功耗、帶寬較寬的IEEE 802.15.4無(wú)線電通信技術(shù)可以使用。)

如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有操作，它的射頻收發(fā)器便進(jìn)入深度睡眠模式，可以進(jìn)一步降低無(wú)線傳感器的功耗。雖然藍(lán)牙低耗能睡眠模式的數(shù)字還沒(méi)有公布，與Nordic半導(dǎo)體的類似超低功率射頻專利技術(shù)作一個(gè)比較，說(shuō)明它在“待命”狀態(tài)大約消耗幾十微安，在深度睡眠狀態(tài)(或“關(guān)機(jī)”狀態(tài))，也許消耗900納安。這么小的耗電量足以使兩個(gè)AA電池持續(xù)使用幾個(gè)月或者幾年。(AA電池的自放電電流大約為1微安，由此就可以理解這點(diǎn)。 )

藍(lán)牙低耗能芯片能夠，例如每隔10ms醒來(lái)一次，聽(tīng)聽(tīng)是否有信號(hào)傳來(lái)(在很短的時(shí)間內(nèi)消耗大約15毫安電流)，然后回到深睡眠狀態(tài)，消耗的電流則保持在平均只有幾十微安。

把數(shù)據(jù)傳給醫(yī)生

低功耗藍(lán)牙技術(shù)超過(guò)其他無(wú)線技術(shù)而致勝的優(yōu)勢(shì)在于如何把傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳送給醫(yī)生。這是因?yàn)閭鞲衅髂軌蛑苯优c無(wú)處不在的移動(dòng)電話的藍(lán)牙芯片進(jìn)行通信(假如手機(jī)使用增強(qiáng)型藍(lán)牙芯片，并按照前面說(shuō)的低耗能規(guī)范設(shè)計(jì))。移動(dòng)電話就能夠作為人身上專門(mén)設(shè)計(jì)的傳感器個(gè)人局域網(wǎng)的主機(jī)，確保通信安全地進(jìn)行。最重要的是，幾乎每個(gè)人都有一個(gè)移動(dòng)電話。

移動(dòng)電話具有運(yùn)算能力，這意味著傳感器能夠發(fā)送“原始”數(shù)據(jù)-因?yàn)橐苿?dòng)電話可以進(jìn)行所需要的任何計(jì)算-這簡(jiǎn)化了它們的設(shè)計(jì)，并且省電。移動(dòng)電話能把數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，并且監(jiān)視生命體征是否在規(guī)定的范圍之內(nèi)。如果出現(xiàn)問(wèn)題，移動(dòng)電話會(huì)通過(guò)SMS自動(dòng)地把警告信號(hào)傳送給醫(yī)生的移動(dòng)電話。

為醫(yī)療保健做更多準(zhǔn)備工作

雖然低功耗藍(lán)牙技術(shù)是能夠滿足醫(yī)務(wù)界對(duì)可靠性、安全性和互操作性要求的唯一無(wú)線技術(shù)，但是還有挑戰(zhàn)需要戰(zhàn)勝。譬如說(shuō)，世界上的移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)并不完美，沒(méi)有全部覆蓋，特別是在擁有大片國(guó)土、人口稀少的國(guó)家，例如澳大利亞、加拿大或者挪威(未必每個(gè)人愿意為了百分之百可靠的專用“醫(yī)療保健移動(dòng)電話網(wǎng)”花費(fèi)幾十億美元)。

即使是在網(wǎng)絡(luò)充分發(fā)展的地方，電話也可能接不通。在與朋友交談時(shí)，這是惱人的，然而對(duì)于心臟病患者，他的無(wú)線傳感器檢測(cè)到心律不正常，正試圖和醫(yī)生聯(lián)系，而電話可能接不通，這是一個(gè)更加嚴(yán)重的問(wèn)題。在家里，可以把傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)有線電話轉(zhuǎn)發(fā)出去，但是，對(duì)于一位需要充分被移動(dòng)的病人，這并不是解決問(wèn)題的辦法。

此外，在這個(gè)通信鏈中，最薄弱的環(huán)節(jié)實(shí)際上是傳感器和移動(dòng)電話或固網(wǎng)電話之間的2.4GHz連接。這并不是因?yàn)殡娮釉O(shè)備方面不可靠，更多是因?yàn)闊o(wú)線電信號(hào)是受物理定律的限制，因而可能會(huì)因?yàn)橛龅秸系K物而衰減;更壞的情況是，一個(gè)人坐在或者躺在傳感器上，這將打斷連接，因?yàn)檫@個(gè)頻率的無(wú)線電信號(hào)不能穿透人體。

除了健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)在無(wú)線連接方面存在技術(shù)上的挑戰(zhàn)，醫(yī)務(wù)界還需要時(shí)間-也許需要幾年-對(duì)它進(jìn)行徹底的測(cè)試，畢竟這可能是生死攸關(guān)的應(yīng)用。而且還有一些倫理方面的問(wèn)題有待解決，例如，在醫(yī)生派出救護(hù)車(chē)之前，他需要肯定的是，73歲的瑪莎的血壓和脈搏率迅速升高是因?yàn)樯×耍皇且驗(yàn)楦舯谟⒖〉啮姺蚣s翰來(lái)喝茶。

所有這一切都意味著你現(xiàn)在還不會(huì)看到病人回家時(shí)配備了一組藍(lán)牙低耗能傳感器。但是有一天──這一天并不遙遠(yuǎn)，這一切將不是什么出奇的事。

圖1　藍(lán)牙低耗能無(wú)線技術(shù)有雙模式和單模式兩種實(shí)施方案

參考文獻(xiàn)：

[1] An unhealthy world[R]. www.ouronlineoffice.com/staying-healthy

[2] Inside Bluetooth low energy wireless technology[R]. www.bluetooth.com

[3] ON World.用于醫(yī)療保健的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[R].2008.08

[4] Alf Helge More .Will Bluetooth low energy wireless technology finally push IR into Retirement[J]. Wireless Design, 2008.11

[5] Wireless Sensor Networks[R]. arri.uta.edu/acs/networks/WirelessSensorNetChap04.pdf