• 使用iPad改善医疗服务的十种方法

      目前第一代苹果公司出的iPad可能将无法运行强大的电子健康档案系统。但是,它可能会运行EHR/电子病历的一些应用程序。但业内人士认为,大多数医生会更愿意使用标准的平板电脑,而不是IPAD。   不过,由于iPad有其独特的优势,大部分医生还是会用这种装置,约瑟夫金医生专门整理和提议以下十种方式使用iPad:   1) 使用IPAD教育病人。充分利用多媒体,比如视频,动画,图片,图表等手段和资源向病人传授特定疾病和病症的知识。   2) 允许病人在等待医生时使用IPAD了解医疗卫生和健康信息。你能想像这样的场景吗?当你走进一个医生的办公室,找到安装有iPad的椅子坐下,屏幕上会说:“请打开界面,学习如何改善您的健康” 然后,可以引导病人进入互动教育模块,直到患者等到他/她的医生进入房间。当然,除了互动之外,患者也可以在IPAD读到最新的医学-健康新闻。   3) 使用在IPAD作笔记。你不再需要特别的剪贴板,即使你在办公室不使用电子健康记录(电子病历)或电子医疗记录(EMR),你仍然可以使用IPAD做相应的笔记。   4) 让病人通过网路获得他们的个人健康记录。你可能不希望让患者看你的平板电脑,它包含您的所有患者电子病历/电子病历的数据,但也许你会比较放心地让你的患者通过Wi-Fi无线上网ipad观看相关他们的信息和记录。   5) 让病人在等待就医时,检查他们的电子邮件和浏览网页。他们可能已在用自己的智能手机这样做。但iPad为他们提供一个更大和更容易使用的设备。   6) 你也可以把ipad固定挂在墙上,用于上述所讲的事情。这样,它不会掉下或被拿走。此外您可以使用iPad作为数码相框。   7) 在考试中发挥一些舒缓的音乐室。有急病人?播放一些轻松的音乐。治疗抑郁症患者?播放一些音乐,将欢呼起来。   8)让病人用IPAD的日历来安排他们的下一个就医时间安排。   9)游戏。你需要善待孩子?让他们在IPAD上玩一些游戏。这样他们会喜欢到医院或诊所就诊的!他们将要求他们的父母,“我们今天能到医生办公室?好吗?”   10) 作为一个身体检查的工具。你可以使用在IPAD上,进行心理检查和其他小型诊断评价。需要它们记得3个测试目标?它们可提供直观教具。执行一个心理评估,不必再用以往的文本测试,即可直接在IPAD完成诊断测试。   显然有很多方法可以在医生办公室内使用iPad。一旦苹果公司对这些设备实行降价时,我们可以期望看到很多医生在其办公室实用iPad 等装置,通过创造性和富有教育意义的方法,改善病人的健康,同时亦可通过使用iPad以提高临床工作流程和效率。

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  • 医学光子技术的分类研究

      医学光子技术分为两大类:光子诊断医学技术与光子治疗医学技术,前者是以光子作为信息载体,后者则以光子作为能量载体。 目前,无论是光诊断还是光治疗技术,多以激光为光源。如果着眼于人体应用为对象,这两种技术则归属于激光医学范畴。激光医学是医学光子技术的一个特有的重要应用领域,也是近多年来迅猛兴起的一个新学科分支。   根据国际、国内的发展情况,以下诸点是医学光子技术的主要研究内容:   医学光谱技术   激光光谱以其极高的光谱和时间分辨率、灵敏度、精确度以及无损、安全、快速等优点而成为医学光子学的重要研究领域。随着激光光谱技术在医学领域应用研究的深入开展,一门有发展潜力和应用前景的“医学光谱学”逐渐形成。   1.生物组织的自体荧光与药物荧光光谱。已对激光诱导生物组织自体荧光和药物荧光诊断动脉粥样斑块和恶性肿瘤进行了临床前的研究。内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。在此基础上还研究了用于癌瘤诊断和定位的实时荧光图像处理系统。   激光荧光光谱诊断肿瘤技术的研究一直倍受关注,光谱检验法的灵敏度很高,如能找到肿瘤细胞的特征荧光峰,来诊断癌细胞的存在,则对肿瘤的早期诊断和治疗将起巨大作用。但至今该技术在临床上无法单独作为癌细胞检测的依据,关键原因是尚未找到癌细胞真正的特征荧光峰。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。   目前,某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用,自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究,探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究,以期获得极其稳定、可靠的特征数据,为诊断技术的发展提供科学依据。   2.生物组织的喇曼光谱。近年来,喇曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势,克服了荧光光谱技术区分病变组织是由于生物大分子荧光带较宽、易于重叠对准确诊断带来的影响。目前,这一研究领域尚处于起步阶段,应加紧开展以下研究工作:其一,对重要医学物质的喇曼光谱进行研究,并建立其光谱数据库(包括分子组分与结构相对应的敏感特征谱线及其强度等);其二,研究疾病的喇曼光谱,分析从正常到病变过程中生物组分的变化与发病机理;其三,开发小型、高效、适用于体表与体内的医用喇曼光谱仪和诊断仪。   3.生物组织的超快时间分辨光谱。超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此,将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视,其一,应发展超快时间分辨荧光光谱技术,用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间,分析癌组织分子驰豫动力学性质等,为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据;其二,应发展超快时间分辨漫反射(透射)光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射,从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法,为确知光与生物组织的相互作用,解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。应抓紧开展原理与技术的研究,以获得有价值的活体光学参数,为光诊断与光治疗技术的发展提供依据。   

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  • 医院信息化心电图机的特点解析

        一个符合医院信息化建设需求的心电图机应该具备怎样的功能设置与临床职能呢?   由于具备强大的有线及无线网络功能,具有达到白金标准的自动诊断功能,以及最优化的操作流程,飞利浦最新TC系列心电图机必将助力各级医疗机构加速进入心电管理信息化时代。   一、心电管理信息化建设需要心电图机具备强大的网络兼容性和安全性   飞利浦TC系列心电图机是基于Windows CE平台开发的,在连接方式上提供了使用行业标准协议,使有线及无线局域网与现有的IT基础设施实现无缝集成。换句话来说,TC系列心电图能像一台笔记本电脑一样便捷地连接在医院的局域网上。基于构架无线网络设备时的安全性,PageWriter TC50 和 PageWriter TC30都支持802.11i, WPA2,CCX 和其他的先进安全协议,以此保证网络的私密性,保护医院和患者的医疗数据。   此外,TC系列心电图机还具备一定的心电图管理功能,可以储存PDF和XML格式报告,通过U盘、网线或者局域网与计算机进行便捷连接,构建心电管理系统。当该功能配合飞利浦TraceMasterVue心电工作站之后,便可同时对心电图的诊断进行编辑、确认、查询、传输等,实现心电管理的高级功能。   二、心电管理信息化建设对心电图机自动分析提出更高要求   飞利浦TC系列心电图机采用了最符合2009年美国心脏病学会指南的DXL算法,这种新一代的静息心电图自动分析程序在心电信息化时代具有重大意义,极大的扩展了心电的诊断辅助功能。   首先,独有的16导联同步自动分析功能使心电自动分析进入扩展导联时代。传统12导联算法在反应心肌病变时不够全面;而DXL16导联的算法,通过增加了V3RV4RV5RV7V8V9导联,可同步反映出心脏后壁和右室的心脏病变情况,从而帮助医生全面呈现患者心脏各壁心肌病变的状况。   其次,DXL增加了高级的ST段抬高型心肌梗死的诊断工具:犯罪冠脉可以提示医生心肌梗死的相关血管;ST Maps 可以直观的显示心脏在额面和水平面上ST段的变化情况;关键值的应用可让医护人员及时发现紧急需要处理的状况。   更令人振奋的是,DXL算法专门为女性和儿童提供了一套算法,加强自动诊断的特异性和敏感性,使算法专业化的程度上升到一个新的领域。   三、心电管理信息化建设需要协调好管理者、使用者和IT技术人员三者关系   值得一提的是,飞利浦TC系列心电图机将所有复杂功能集成到了机器内部,管理者可以进行深层设置与操作,确保可达到最佳使用意图;而对于最终用户,直观和高效的操作设计是兼顾诊断数量与诊断高质的唯一途径,从这一角度来说, TC系列的直观与易操作极具吸引力,仅需极少甚至完全不需培训就可以获得高质量的心电图;而对于IT技术人员来说,TC系列心电图机以及 TracemasterVue心电管理系统,可以安全稳定的运行于医院的各个角落,管理源于心电图机、监护仪、除颤仪、Holter、负荷试验等各类心电数据。   四、心电管理信息化建设需要以病人为中心,以医护人员为主体来开展工作   在设备配置上,TC系列机型不仅提供了按心脏解剖结构排列导联线顺序的病人接口模块,更加贴心的通过颜色编码的导联路径和导联图,便于使用者快速准确地找出信号差或脱落的导线。此外,该机还具有避免相互缠绕的Trident 三合一导联线、大尺寸的触摸屏、数字键盘以及可以指导医师操作的快捷键等,所有这些硬件设置的目的就是便于医师以最高效的工作流程获得高质量的诊断报告,最终从而缩短病人的就诊时间,使患者尽快的接受治疗。   飞利浦TC系列心电图机与TracemasterVue心电工作站,可直接帮助医生达到工作高效化和临床决策科学化,使IT管理人员建立起具有高效能的心电网络信息系统和诊疗数据仓库系统。与此同时,医院将不断提高管理和诊疗决策水平,进一步趋近医疗质量最佳化,以此满足患者对就医流程最优化的要求 ,使医院的医疗服务质量更上一个台阶。

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  • 超声设计考虑及灵活性实现

        一般来说电磁噪声是难以消除的,但可采取各种措施,把电磁噪声抑制到不致产生电磁干扰的程度。通常单用一种简单的办法来解决电磁噪声问题往往难以奏效,所以最好采用几种不同的组合方法。   一、一般要求   汽车电磁噪声的抑制,可以在接受器方面进行,但由于接受频率、干扰电波的传播方式及其它种种实际情况,在接受器端采取措施是较为困难的。由于汽车电器设备的电磁噪声能干扰其他通讯设备和各种电子设备,所以应考虑抑制汽车电器设备本身产生的电磁噪声。汽车上各种电器产生的电磁干扰电波特性与电平是各不相同的,所以干扰的抑制办法也应符合其特性和电平。抑制干扰电波设计可采用阻尼、屏蔽、滤波和连接等基本措施,且必须满足4个条件:①有良好的抑制效果。②不妨碍汽车电器设备本身的性能。③可靠性高,使用方便。④价格合理。   二、电磁噪声抑制器   目前国内外汽车使用的抑制器基本是由电阻体、电感、电容即所谓R、I、C单个或组装而成,例如电阻体、屏蔽导线、电容器、抑制干扰电感线圈及抑制干扰滤波器等。   三、方法   屏蔽   屏蔽是在两个区域之间建立电磁屏障保护系统中的电路不受电磁环境损坏的最直接方法。   屏蔽的形式多种多样,可以是隔板、盒式封闭体,也可以是电缆或连接器式的屏蔽。屏蔽的效能用屏蔽有效度表示,它不仅与屏蔽材料有关,而且与材料的厚度、应用频率、辐射源到屏蔽层的距离以及屏蔽层不连续的形状和数量有关。   屏蔽有两个主要目的:一是使辐射电磁能限制在特定区域之内(称主动屏蔽)。主动屏蔽是指干扰源处于内部,并防止干扰波泄漏到外部空间的结构,必须进行接地,且接地电阻越小越好。二是防止辐射电磁能进入特定区域(称被动屏蔽)。被动屏蔽是指干扰源处于外部,并防止干扰波进入屏蔽空间的结构。   

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  • 多通道微量注射泵的设计实现

    多通道微量注射泵的设计实现

        0 引言   微量注射泵是临床医疗和生命科学研究中经常使用的一种长时间进行微量注射的仪器,这种仪器主要应用于动静脉输液,输血和精密化学实验。现今国内外微量注射泵的主要问题是精度不高,而且一般只实现单通道匀速注射。而有些场合如食品检测色谱分析中往往要求匀变速注射试剂。因此设计匀加速或匀减速注射泵,并且联动控制多台注射泵,实现人机对话数据处理是非常有必要的。   1 系统概述   如图1所以,系统可以分为计算机软件控制模块、主控制芯片模块、步进电机驱动模块、传感器模块等4个模块。        计算机通过RS 232串口与主控制芯片模块连接,通过自主设计的监控软件,可以实时监控和管理注射泵的工作状态,运行后可以实现全自动化处理。主控制芯片模块由ARM和FPGA以及外围电路组成,FPGA产生步进电机所需要的电脉冲信号,传送给驱动器模块,驱动器模块里的脉冲分配器把电脉冲信号按规定的方式分配给电机各相励磁绕组,从而带动步进电机转子运转。与此同时安装在电机轴上的增量式旋转编码器和压力传感器实时监控电机的实际工作情况,由于FPGA具有硬件实时处理的特点,传感器的数据会同步传给FPGA,当旋转编码器已经停止编码,而FPGA在发送脉冲信号,则会马上停止电机运转并蜂鸣报警,进入堵转状态;在压力传感器测得压力超过最大限压时,也会马上停止电机工作,且计算机提示和蜂鸣报警。   2 硬件设计   2.1 主控制芯片模块   如图2所示,主控模块采用ARM和FPGA相结合的方式。ARM嵌入式处理器主要负责人机接口和对外通信并对总的进程进行管理,FPGA实现并行控制多路步进电机和对传感器的实时处理。其外围电路包括:液晶模块、键盘输入模块、电源模块、RS 232接口转换模块、报警模块。        ARM采用意法半导体(ST)公司推出的基于ARMCorrex M3内核的STM32F103处理器。它集32位RISC处理器,低功耗、高性能模拟技术、高速DMA通道及丰富的片内外设、JTAG仿真调试于一体。在性能上,CorrexM3内核采用ARM V7体系结构,指令速度可接近80 MIPS,具有强大的数据处理能力和运算能力。   FPGA(即现场可编辑门阵列)采用的是Attera公司生产的CYCLONE II系列。EP2C5。FPGA采用独特的并行运算电路,在一个控制核心中可以加入多个控制对象进行独立驱动,控制性能不受到影响,各控制对象间不会产生干扰,避免了多对象实时控制中繁琐的时序设计问题,正好符合设计中同时控制多台注射泵的要求,一定程度上提高系统的集成度和抗干扰能力。同时FPGA具有硬件实时处理能力,每个硬件都例化在FPGA里面,等效于旋转编码器和压力传感器都成为了FPGA的一个硬件块,因此,其处理速度会非常快。   

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  • CMET2011:云端技术加速医疗智能信息化

    根据联合国的定义,65岁以上老年人口比例达到7%,称为老龄化社会,这一比例超过14%时,称为老龄社会。         中国老龄事业发展基金会的统计数据显示,目前中国有60岁以上老年人1.8亿,占总人口比例为12.5%,已进入老龄化社会,且处于老龄社会边缘。预计到2020年这一比例将达到20%,到2050年将达到31%。届时,中国将全面进入老龄社会,笔者也将成为其中一员。         目前,中国老年人的平均寿命虽然有所延长,但各种慢性病和职业病较普遍,还存在脑功能、心理健康等问题。另外,由于社会转型,工作压力增大,很多老年疾病已呈现出向中青年转移的特点。这些对中国现有的医疗卫生体制和资源提出了严峻挑战。         中国卫生部部长陈竺在2011年3月的全国两会上曾表示,医疗卫生体制改革是世界难题,中国医改的难点和重点——公立医院改革的主要措施包括:将对全国的公立医院建立大医院支持基层和农村的机制,特别是三甲医院支援全国2000多个县医院,并使优质医疗资源向城市基层医院、社区卫生服务、县医院及乡镇卫生院辐射。 云端技术加速医疗智能信息化         在医疗卫生体制改革中,同一地区及不同地区的医院之间、医院与基层卫生服务机构之间、医疗机构与保障机构之间、医疗服务监管与医疗机构之间要实现互联互通,信息共享。因此,信息化建设是重要环节,而云端技术是医疗信息化的关键技术。         英国于2002年开始实施国家IT发展计划(NPfIT),其中代表性项目HealthSpace重点研究健康信息服务技术。日本和韩国分别于 2004年和2006年推出下一步国家信息化战略,促进普适健康技术发展。欧盟第七框架计划FP7(2007-2013)分别启动了一系列相关项目,重点研究健康信息服务技术。美国于2009年通过卫生信息技术促进经济和临床健康(HITECH)法案,内容之一是推动健康信息技术的发展。         2009年起,国际巨头纷纷开始觊觎中国基层医疗卫生市场。GE健康(原GE医疗)的“健康创想”计划,6年内投资30亿美元开发100种降低医疗成本、提高医疗机会与质量、让更多病人能够用得起的设备。其CT解决方案BrivoCT325/315准备将优质医疗资源向中国基层推进。飞利浦收购了拥有先进彩超、X线、检测仪技术的金科威,与东软合作拓展中国基层医疗设备市场。西门子中国内部代号为“SMART”的战略计划,以简单易用、维护方便、价格适当、可靠耐用和及时上市的产品已经进入中国基层细分市场。         面对来势汹汹的海外兵团,中国科学院深圳先进技术研究院在4月下旬于深圳、上海和北京巡回举行的第四届中国国际医疗电子技术大会(CMET2011)上,公布了低成本健康“海云计划”一期工程总体方案(见图1)。其4项主要任务分别为:1.面向村卫生室的“三基”医疗网底建设工程,五年时间内,以低成本方案装备63万个村级卫生室;2.村医培训基地建设与百万村医培训;3.体系化标准工程;4.面向未来市场的创新技术储备。

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  • 医疗用机器人市场需求旺盛,价格瓶颈凸显

    过去20年来,机器人技术已经被运用在某些特定医疗照护领域,以提升外科手术或是病患复健程序的效率与安全性;近几年来,随着机器人技术的演进,再加上医疗照护市场景气蓬勃,也让各种手术用、辅助用以及远距医疗应用的机器人需求水涨船高。   市场研究机构 ABI Research 的一份最新报告预测,全球医疗用机器人市场规模将由2011年的不到7.9亿美元,在2016年成长至13亿美元,主力是高端手术用机器人与相关的自动化放射手术(radio-surgical )系统。该机构新兴科技市场分析师Larry Fisher表示,机器人技术多年来已经运用在某些特定手术中,随着病患与医师对提升医疗效果的期望,医疗用机器人越来越受欢迎,也加入了其它辅助技术与远距医疗自动化工具。   虽然采用自动化与辅助技术有助于让医疗过程与相关活动更简化、更安全,也更具成本效益,但建置这类技术的初期成本还是一大门槛,尤其是对较小型的医疗机构来说;再加上,专为医疗应用所设计的机器人系统,需要经过复杂的临床测试与主观机关审查程序,这也可能使这类产品的定价高昂,上市之路也会十分漫长。   医疗机器人市场的采购者本来就限于具备特定资格的医疗机构或医事人员,同时又会受到经济条件的限制;较小型的医疗机构恐怕无力负担机器人的采购预算,因为这类系统价格动辄数万美元,甚至可能高达400万美元。因此Fisher表示:“医疗用机器人出货量成长有限,但是由于该类产品的高单价,将使得该市场营收金额在2016年以后达到数十亿美元水准。” Medical robots market to approach USD1.3 billion in 2016, says ABI Research Julien Happich   RoboTIc technology has been used to provide medical care on a limited basis over the past two decades, helping to make surgical procedures and physical rehabilitaTIon more efficient and effecTIve, and safer for paTIents. Recent advances in robots' technological capabilities, combined with the improving economic environment for medical services delivery and payments, are driving increased demand for surgical, assistive and telemedicine-based robots.   A new study by ABI Research, "Healthcare and Medical Robots" foresees the global market for medical robotics growing from just under USD790 million in 2011 to nearly USD1.3 billion in 2016, driven largely by sales of advanced surgical robots and related automated radio-surgical systems.   Larry Fisher, research director of NextGen (ABI Research's emerging technologies research incubator) says, "While robots to assist surgeons have been used on a limited basis for years, the desire of patients and physicians to maximize the efficiency and effectiveness of medical treatment has led to a recent surge in the popularity of medical robots, as well as to the introduction of additional assistive technologies and telemedicine-based automation tools."   Despite the benefits of using automated and assistive technologies to make medical procedures and activities easier, safer and more cost-effective, the initial cost of implementing such technologies remains a barrier to entry, particularly for smaller medical organizations. Moreover, robotic systems designed for medical care and treatment require significant clinical testing and trials as part of the regulatory approvals process, which can raise these products' price tags, and make their journey to market a lengthy one.   Moreover, the medical robots market is limited by the number of qualified medical institutions or practitioners that can use these devices. This group is further limited by economics; smaller organizations simply may not be able to afford the up-front capital expenditure associated with robots that can cost anywhere from tens of thousands of dollars to more than USD4 million per unit.   As a result, says Fisher, "On a unit basis, the market for medical robots will remain limited. At the same time, however, the high average selling price of most medical robots will help propel revenue to the billion-dollar level and beyond by 2016."

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  • 基于ADI 20位DAC的医疗成像系统设计

        在现代系统集成控制当中,大型的信号切换系统都是各种场所必不可少的,目前主流的信号切换系统包括CREATOR快捷等大型切换系统产品,其中有AV信号切换系统、RGB信号切换系统、DVI信号切换系统以及HDMI信号切换系统等等。但就目前而言,各种环境的差异特别是周边电磁干扰的影响,都会对各种信号切换系统造成一定程度上的影响,因此,各个厂家在自己信号切换系统中,都采用了EMI/EMC抑制等技术。下面,我简单介绍一些相关问题:   产品的种类和测试机构不同,EMI/EMC的测试要求也不同。但还是可以将EMI/EMC测试大致分为两类:   辐射:该测试限定了某产品辐射或传导的信号幅度和频率,从而使其不会对其它产品产生干扰。   敏感度(也称为抗扰度):该测试通过限定会干扰设备正常工作的辐射和传导信号的幅度和频率,说明产品的辐射抑制能力。   EMI/EMC测试失败通常发生在产品设计中最薄弱的环节(信号和干扰)从这个环节进入或离开经过屏蔽和滤波的装置。在音频/视频接口中,最薄弱的地方就是连接设备的电缆,它们相当于天线。对于电脑来说,将显示器和扬声器连接至电脑的电缆是最薄弱的环节,它常常会引起EMI/EMC问题。我们可能会认为只有高带宽的视频接口才会产生这种问题,而低频音频接口不会有这种问题。所有放大器都采用A类音频放大器时确实是这样。然而,目前所采用的高效D类放大器都具有高频开关信号,如果不进行适当的滤波和屏蔽,也会存在EMI问题。   计算机普遍采用的视频格式,也就是我们所说的“图形”,和电视的视频形式是不一样的。计算机视频包括红、绿和蓝色(R、G、B)模拟视频信号,以及行、场同步和DDC5组成的逻辑信号,所有这些信号都具有快速上升/下降时间。视频连接器通常采用高密度超微D型连接器,用来连接显示器和电脑。虽然这个方案结合了视频信号屏蔽(同轴)和共模扼流圈(CMC)等措施来降低辐射和传导EMI,但还是需要增加滤波环节,才能够确保满足EMI要求。在广播视频应用中,采用类似的滤波措施来消除电视图像中的混叠瑕疵。然而在图形视频中却不能这么做,因为图形视频的目的是在尽可能高的分辨率下重现“开”、“关”像素的棋盘状图案。因此,为实现最佳的显示性能,我们希望带宽越大越好。但在实际应用中,必须权衡考虑EMI和视频性能,因此只好牺牲视频带宽。对于多信号视频接口,多种因素需要权衡考虑。   音频接口要在不产生EMI的情况下获得效率和性能,要解决一系列不同的问题。在便携式应用中,我们想要最大限度延长电池寿命,而不期望效率低下的设计产生热量,因此D类放大器得到了广泛应用。问题是D类放大器使用PWM来实现高效率,这与开关电源很相似。使用非屏蔽扬声器连线接至输出端时,连线会像天线一样辐射EMI。尽管时钟频率(典型值为300kHz至1MHz)高于音频频谱,但它是一个具有大量谐波分量的方波。用来滤除该谐波分量的滤波器尺寸比较大,而且成本又高。在膝上型电脑等便携应用中,由于尺寸原因,这不是一个可行的解决方案。   在诸多的EMI/EMC抑制技术当中,MAX9511和MAX9705代表了EMI/EMC控制的先进技术,因此被逐渐的应用到具体产品当中。将这些器件应用于产品当中可以有效降低EMI。不必像以前那样依靠大尺寸外部滤波器和屏蔽等会增加成本和尺寸的方法,这些器件采用了当今最先进的技术,有效保证了电磁兼容性和性能。

    医疗成像与DSP adi dac ad5791 医疗成像

  • 基于IMEC的生物电信号采集方案

        高盛6月底最新发布的分析报告显示,全球运营商正在加速采用TD-LTE技术,在亚洲,到2013年TD-LTE将覆盖中国、印度和日本的27亿人口,这些市场的巨大潜力会进一步吸引更多的研发投资进入TD-LTE领域。“TD-LTE技术正在成为非对称频谱方面的全球性解决方案。”   截至目前,由中国主导的第三代移动通信(3G)国际标准TD-SCDMA的长期演进技术TD-LTE已得到多个国际运营商的认可和接纳,在全球29个国家建设实验网,预计2011年将有超过10个国家和地区开始TD-LTE网络商用部署,我国在上海等六个城市已启动TD-LTE规模技术试验,在北京开始建设演示网。TD-LTE的增强型TD-LTE-Advanced也已在去年被国际电信联盟(ITU)确定为三大4G国际标准之一。   在未来国际通信行业的4G战场上,TD竞争力到底怎样?能否后来居上席卷全球?4G会不会给世界第二大经济体的中国再带来一次领先全球的机会?   中国在TD的推动上是主导者   TD-SCDMA是中国百年通信史上第一个拥有自主知识产权的国际标准。2007年12月以“新一代宽带无线移动通信网”立项列入国家科技重大专项,成为“十一五”的重中之重。   2009年1月,中国政府向国内三家基础电信运营商发放了三张3G牌照,实力最强的中国移动接受了TD牌照。   工信部最新发布的统计数据显示,截至2011年5月底,中国移动TD基站达21.4万个,网络已覆盖全国4个直辖市、283个地级市、370个县级市及1607个县的热点区域,以及部分发达乡镇。同时,TD用户达到3200万户,在3G用户中的占比为43%。   在工信部电信研究院的新楼里,有两层专门用来做TD-LTE的测试。那里除集中了中国的相关厂家,也有摩托罗拉、爱立信、诺西等跨国公司的设备。   “中国在TD-LTE的推动上是一个主导者,我们希望把自己的工作做好,同时在全球推动标准的产业化。所以中国TD-LTE的试验是完全开放的。”工信部电信研究院副院长曹淑敏说。  2011年2月巴塞罗那全球移动大会期间,中国移动联合沃达丰、软银、巴帝电信等多家具有重要影响力的主流运营商,发起成立了GTI(Global TD-LTE IniTIaTIve)组织,意在推进TD-LTE成为全球主流宽带移动通信标准并实现多方国际合作,加速TD-LTE规模商用。   中国工程院副院长邬贺铨认为,总体来看,TD日益完善的产业链和快速发展的网络建设为TD技术的长期演进打下了坚实基础,TD技术发展前景已非常明朗。   TD挑战重重,中国决心已定   中兴通讯高级副总裁赵先明说,目前以中兴为代表的系统侧厂商已经具备多模组网能力,但是在终端芯片、业务应用方面TD/TD-LTE产业链的实力还显得比较薄弱,在TD-LTE的终端芯片方面多模工作支持能力存在瓶颈,业务应用模式也有待进一步开发。   目前,国内对TD-LTE频谱划分尚不明朗,国际上TDD频谱资源相对稀缺,并且缺乏低频段的优质频谱资源,对TD-LTE未来在全球的部署带来较大风险和不利。   坐拥6亿多用户,正是由于中国移动全球第一电信运营商的地位,整个国际电信产业链都在观察中国移动的一举一动,以确定对TD是跟还是不跟,是紧跟还是顺带跟跟。   2006年8月,中国移动市值超过英国沃达丰公司,成为全球市值最大电信运营商,此后连续5年位居全球电信运营商市值榜首;2006年进入全球最强势品牌榜列第4位,并连续6年位列全球品牌前列。然而2011年4月26日,中国移动市值1814.4亿美元,被美国AT&T公司以当日市值1828.9亿美元超过,失去保持5年的全球市值最大电信运营商地位。   事实上,“当老大”的5年来,中国移动仍然持续保持了较好的经营业绩,近两年其营业收入和利润一直保持增长,规模性指标、效益型指标和增长性指标均表现良好。   显然,资本市场对TD顾虑重重,认为TD-SCDMA的技术性能不足会导致高端用户流失,经营亏损加大,并对中国移动一家企业拉动一个产业的前景有很大担忧。   “中国移动在推进TD-SCDMA发展的成果被资本市场忽略了。”工信部电信经济专家委员会秘书长陈金桥说,“市值本身并不重要,中国移动要潜心做好自己的事情。”   “TD有自己独特的优势,这个我们非常有信心。后起之秀没有自己的优点,凭什么超越别人?”工信部总经济师周子学表示,TD道路需要一步步走,经过艰苦努力,全面提升技术水平,逐渐逼近世界前沿。   4G来临,TD当仁不让?   摩托罗拉(中国)技术有限公司总裁兼摩托罗拉中国研究院院长庄靖认为,TD-LTE独有的频率优势、高效的数据传输能力、低廉的设备价格和建网成本将使其成为4G国际标准最有力的竞争者之一。   中国移动研究院院长黄晓庆说,从技术理论上看,TD技术在话音时代优势并不明显,但在数据时代,其节约频谱使用的优势将得到充分体现。“传统移动通信需要两块对称的频率传送信息,但TD技术能够使用非对称频率,见缝插针地使用零散频率,极大提升了频率使用效率。同时,TD技术还能对上下行传输通道进行灵活配比,这一点非常符合移动互联网上下行流量不对称的特点。”   记者了解到,由于TD-LTE能够高效利用已经稀缺的无线频谱资源,合理使用非对称频谱,得到受频谱资源稀缺所困的全球运营商的青睐。在全球多个地区的LTE频谱拍卖中,国际运营商纷纷高价买入TDD频谱。以2010年6月完成的德国、印度频谱拍卖为例,沃达丰、T-Mobile、BharTI、高通等国际运营商和大公司均购入了TDD频谱。   据曹淑敏介绍,在三大4G国际标准中,由于美国主导的WiMAX受产业链弱小、发展前景不明朗等因素影响,欧洲主导的LTE FDD是TD-LTE最强有力的竞争技术。而TD-LTE与LTE FDD采用基于LTE的同一套标准体系,两者共平台设计可以共享研发资源和成果,共芯片终端便于实现全球漫游,从而共享全球用户规模。TD-LTE和FDD-LTE融合、互补发展的前景,得到全球业界积极响应,目前已形成由中国企业主导、全球主流企业广泛参与的完整产业链。   全球领先的通信技术和半导体公司高通最近表示,其所有的LTE产品都将同时支持TD-LTE和FDD-LTE。6月1日,高通宣布推出世界第一个多模3G/LTE移动处理器MSM8960,并将在2011年中期采样。   高盛报告提出,相对于TD-SCDMA而言,TD-LTE获得了全球领先的技术公司的广泛支持,应该拥有更为平坦的路途。“我们相信如果TD-LTE能在2013年通过高质量的终端来实现商业推广,这项技术应该有足够的发展动力,并得到运营商和技术公司的支持,成为比TD-SCDMA更成功的技术。”   “只有大家都来用了,才能建立TD-LTE生态系统。如果说3G阶段TD在国外主要是建一些试验网,到了4G国际上会有大量运营企业使用TD-LTE。”中国移动董事长王建宙自信地说。   邬贺铨认为,当前全球主要3G网络市场格局已定,网络发展重心开始向下一代过渡。TD-LTE作为下一代移动通信技术标准,其快速发展所创造的“中国速度”与“中国创新”受到了全球产业界的广泛关注和认同,为我国带来了首次引领世界水平、实现由通信大国向通信强国转变的难得历史性机遇。

    医疗电子技术文库 imec 电信号 信号采集 生物电信号

  • 嵌入式心电血压监测仪的USB接口设计

    本文重点讨论USB通信协议及其接口芯片的控制方法,针对临床需求,设计实现了具有心电、血压智能监测和USB高速数据传输功能的小型化设备,提供心电、血压数据电子病历查询、打印和网络传输等功能,对于提高家庭健康保健水平具有很重要的意义。 监测仪的USB接口电路设计 系统主控制芯片采用32位高性能嵌入式ARM微处理器S3C44B0X,USB专用控制芯片选用USBN9603。USBN9603内置7个FIFO端口,包括1个双向的控制端口,3个发送端口和3个接收端口,各有64字节。 USB控制器与S3C44B0X的接口电路如图1所示。将USB控制器设计为Bank2,即将nGCS2存储体选择线作为USBN9603的片选线,则该芯片的片选地址为0x4000000。本文采用并行数据接口,两个芯片的低8位数据线D0~D7相连接,并行传输通信数据。将MODE0和MODE1引脚都接地,配置USBN9603为非复用方式,由于此工作模式需要地址线A0作为存取USBN9603片内寄存器DATA_IN、DATA_OUT和ADDR寄存器的选择线,需连接32位地址总线中的A18到USB控制器的A0。对USBN9603进行读写操作时,分为两个总线周期:首先,将地址线A0置高,即设置总线地址为0x4040000,将待访问寄存器的地址从数据线D[0:7]写入,这样,就在第一个总线周期将地址送到芯片;然后,在第二个周期,将A0置低,即设置总线地址为0x4000000,读写D[0:7]即可实现对寄存器的读写操作。整个USB通信过程主要是处理包括接收、发送数据等各种中断事件,将USBN9603的INT引脚连接到S3C44B0X的外部中断EINT0引脚,设置USB中断为向量中断请求模式。由于未使用DMA方式,需将DACK置高,DMA请求线DRQ悬空。USB电缆有4条导线,D+和D-是USB差分信号线,另外两个分别是5V电源线和地线。USBN9603支持低速和全速的USB通信,在D+信号线上连接1.5KΩ上拉电阻,使其工作在全速模式。 监测仪的USB接口固件实现 USB通信过程的操作是从主机开始的,按照约定的时序先发出一个令牌包,包含操作类型、方向、外设地址及端点号等信息,然后在令牌中指定数据发送者发出一个数据包或者指出没有数据传输。而USB外设要以一个确认包作出响应,表示传输成功。 本文采用主从式USB通信结构,上位机通过发送各种事先约定好的协议命令,来实现对心电、血压数据的采集及对系统设备的初始化设置,主要包括以下几种数据:心电数据以段为单位,每段包括32KB心电数据及6B的采集时间信息,每次传输若干段,数据量大,对传输可靠性要求也高;血压数据包括舒张压和收缩压及其采集时间,共10B,由于血压监测比较频繁,每次会传输一段时间内的血压监测数据,数据量也比较大;下载升级版的固件等文件信息。这3种数据的数据流量都比较大,而且可靠性要求都较高,3种数据均选用块传输通道类型,另外,每个USB传输都必有控制传输通道。因此,需要使用3个通道,即控制通道、BulkIN通道和BulkOUT通道。 USB固件数据结构   本文涉及USB设备配置枚举阶段上位机在控制传输中要求设备传输的4类描述符,按照层次依次为:设备描述符、配置描述符、接口描述符和端点描述符,其中,较高阶描述符会通知主机任何其它低阶的描述符信息。 设备描述符是在设备连接时主机第一个读取的描述符,每个设备只能有一个设备描述符,包含整个设备的信息以及设备支持的配置号码,共18个字段。每个USB设备有一个或多个配置描述符,包含设备的电源管理以及设备配置所支持的接口号码,当设备收到获取配置描述符的要求后,传送该配置描述符及其所有接口、端点和其它附属描述符给主机,本文设置一个配置,其描述符共8个字段。接口包含一组端点,本文设置一个接口,其描述符有9个字段,为上位机提供了设备使用端点的数目及其类型等信息。每个接口描述符有零个或多个端点描述符,包含主机与端点通信所需的信息,端点0作为控制端点来通信,端点1和端点2分别为块传输模式,其描述符包含了端点号、传输方向、端点传输类型、数据包最大传输字节等信息。 USB固件通信流程 USB固件框架流程在进入通信模块后,固件首先调用初始化例程,配置USB接口设备,并使其进入操作状态,然后启用中断,USB通信的主要功能是在中断服务中实现的,主程序只是在循环等待是否有退出的按键,当检测到中断信号时,就会进入中断服务子程序,根据寄存器MAEV的值,判断中断类型,并进入相应的处理过程。 设备的USB通信主要实现心电和血压数据的Bulk传输功能。在USB总线收发数据的通信协议基础上,监测仪还有特定的应用层通信协议。固件接收到用户通信命令后,解析控制命令并执行相应的例程。如传输心电和血压数据命令0x10,固件接收0x10命令码后,从命令参数中获取待传输数据长度、心电或血压的选择传输标志及其记录号等信息,根据记录号调用GetRecordData(),从Flash存储区中查找数据并存入BulkState的发送缓冲区,如果传输心电数据则还需通过GetTIme()获得该段心电数据的采集时间。所有待发送数据准备就绪后开始传输,由于Bulk传输的最大缓冲区为64B,首先发送64B数据,然后在TX_EV例程中判断上位机是否接收成功,若成功则传输下一批块输入事务,否则需要重发,循环重复上述过程直到数据发送完毕。 USB固件各模块例程 初始化  USB接口的初始化例程,包括USBN9603芯片的初始化操作和用户变量的初始化,之后开始设备枚举操作。在初始化阶段,固件需要严格按照顺序对USBN9603的寄存器进行操作。 USB设备枚举过程  将系统的USB连接线接入一个USB连接端口(集线器或主机根集线器),设备处于开机状态;在USB的D+和D-数据线和所接入的集线器端口或主机的根集线器之间有两个15KΩ的上拉电阻。此时,上拉电阻会使数据信号线上的电平上升,通知集线器有新设备接入;然后,集线器使用中断通道,报告给主机所发生的事件,确实有新设备接入时,主机向连接设备的集线器发送Set_Port_Feature要求,使集线器向端口发送USB硬件复位命令并持续10ms,然后识别设备的速度。此时,设备已经完成了初始化操作,在主机证明设备已经离开重置状态时,开始在端点0的默认通道上进行USB控制传输,进入枚举阶段。 块传输标准例程 固件的发送例程通过端点1实现到主机的块传输功能,其流程如图3所示。以上传心电数据为例,固件通过端点0接收主机的上传心电数据要求后,将待传送的数据存入writePtr缓冲区,同时,把待传输的数据、大小等信息存入bulkState 固件的接收例程通过端点2从主机接收数据,主机先发送一个OUT信令到端点2,SIE从收发器自动接收数据并存储到FIFO2,FIFO2会自动更新接收控制寄存器RXC的状态,数据接收的硬件操作完成后,USBN9603会把一个接收中断传送到S3C44B0X处理器,固件执行接收中断服务例程。 USB通信协议的主机端实现 WDM驱动程序包括设备功能驱动程序和总线驱动程序。其中,总线驱动程序由Windows提供,本文主机端软件包括以下3个层次:用户模式下的应用程序、实现USB通信的Win32API动态连接库以及核心模式下的WDM设备功能驱动程序。动态连接库封装了访问核心模式驱动程序的函数,并为用户应用程序提供了访问接口,用户应用程序只需调用即可实现特定数据的传输,而主机端软件设计的核心就是如何开发WDM设备功能驱动程序。 在Windows2000平台安装Windows2000 DDK,使用Visual C++6.0作为开发工具,同时借助DriverWorks工具包和内核代码调试工具模块SofTICE,以及USB总线监测工具Bus Hound进行WDM驱动程序的开发。 根据DriverWizard向导提示,选择设备类型为USB ;选择I/O请求包IRP的处理方式为IRP排队方式;创建设备接口为128位的全局唯一标识符(GUID)标识,使得在使用CreateFile()函数打开设备时,WDM能通过GUID识别和访问设备的驱动程序;配置控制、BulkIN和BulkOUT这3个端点分别传输命令和数据。配置3个IOCTL控制命令:MYUSB_IOCTL_ COMMAND是主机发送通信命令的控制命令,其IoctlCode为0x812;MYUSB_IOCTL_ BULK_READ和MYUSB_IOCTL_BULK_ WRITE分别发送Bulk数据传输的读写命令,其IoctlCode分别为0x814和0x815。所有设置完成后,生成.inf安装信息文件。在这些框架下,根据应用需求,即可编写与设备固件通信的主机设备驱动程序。 当主机要求以Bulk方式读写并传送心电或血压数据时,会给出IOCTL_CODE为MYUSB_IOCTL_ BULK_READ的IOCTL IRP,处理例程为BulkReadWrite()。通过传递不同参数分别实现BULK方式的数据读写功能,首先需要从应用程序获得IRP传递的通道号、输入/输出缓冲区及其大小等参数,调用FindPipe()得到IRP要求的通道实例,在该通道上构造URB、调用SubmitUrb()发送URB,实现与底层USB类驱动程序的通信,完成Bulk数据传输功能。

    医疗电子技术文库 嵌入式 usb接口 血压监测仪

  • 医疗信息自助服务平台应用方案

    医疗信息自助服务平台应用方案

        应用背景   时下流行的一个词"看病难",卫生部调查数据显示,中国约有近半居民有病不就医,29.6%的居民应住院而不住院。"看病难"的问题是政府关注的,百姓关心的,也是医疗机构要解决的难题。要解决“看病难”迫在眉睫。   应用原理        医院内的自助终端设备提供基于.NET平台开发的Winform程序作为终端用户界面,通过医院内网连接医院中间件服务器获取所有需要的数据。   移动设备界面基于设备终端上运行的网络浏览器,根据客户端手机卡的不同,通过TD-SCDMA/GPRS等方式访问医疗自助服务平台Wap网站,网站服务器运行在数据中心,直接联系中间件服务器和数据库服务器获取数据并进行业务处理。   互联网终端可以是任何接入互联网的电脑或其他终端设备,能够使用网络浏览器访问访问医疗自助服务平台网站,网站服务器运行在数据中心,直接联系中间件服务器和数据库服务器获取数据并进行业务处理。   医院中间件服务器提供Webservice服务,基于J2EE架构开发,可连通HIS系统获取医院科室等信息,同时连通社保局、银联来获取社保和银行卡上的相关信息。   数据中心服务器提供Webservice服务,基于J2EE架构,并通过各种API连接外部系统。数据中心数据库使用Oracle数据库。   系统构成   医疗信息自助服务平台通过数据中心的中间件服务器作为面向广大互联网用户的接口,以及整个市民医疗自助服务平台的核心中转站,通过直接连通至医学信息中心的VPN专线,连通全市各个医院网络,同时接入社保局、银联、深圳通、健康档案服务商等多家机构的网络,实现整个市民医疗自助服务平台的网络架构。   应用效果   1、自助挂号:   市民医疗自助服务平台上提供面向广大互联网用户的自助挂号系统,任何可以连接到互联网的用户均可登陆到自助挂号系统进行自助挂号。自助挂号平台挂号之后,用户所获得的排队号码直接进入各医院的就诊排队系统,用户可以去医院直接去诊台治疗。   2、自助终端   根据医院的网络情况,自助终端界面可展现给用户,用户在自助终端上进行自助挂号,主要数据流程如下:             

    医疗电子技术文库 自助服务

  • 医院病房全开放分布式监护系统设计

    医院病房全开放分布式监护系统设计

      数字化医院是我国现代医疗发展的新趋势,数字化医院系统是医院业务软件、数字化医疗设备、网络平台所组成的三位一体的综合信息系统,数字化医院工程有助于医院实现资源整合、流程优化,降低运行成本,提高服务质量、工作效率和管理水平。根据医 院的要求,本着高水准、高质量,提高产品的性能价格比,在设计上充分体现建设者的意图,同时考虑到今后使用者的使用、维护、保养的方便性,设计了该系统的总体方案。本方案分为两部分:病房呼叫系统和病房监护系统。医院监护系统便是住院管理系统中的一个底层分布式监控局域网。这些所谓的总线式监护系统,由于采用的都是传统串行通信协议,只能实现点对点之间的通信,构成系统的节点受主设备负荷限制,扩展性很差,而现场总线作为近些年来首先在工控领域发展起来的一种新型技术。             现场总线作为近些年来首先在工控领域发展起来的一种新型技术,目前尚未被广泛应用于医院病房监护领域。CAN(Controller Area Network)总线是被公认为最有前途的现场总线之一,其在病房监护全开放分布式系统中的应用,将具有很重要的现实革新意义。该文主要通过CAN总线实现中央监护站对病床现场监控器之间点对点的通信,从硬件的设计、软件的实现来完成系统功能。该系统通信设计简单易行,易于在医院内进行广泛的推广。   1. 医院病房分布式监护系统的发展及其现状   各种微计算机的监护仪及监护系统,起初的这种监护系统一般采用专用器件,形成一个独立系统,不提供与外部系统的接口,不能进行远程监护。随着数字通信技术的迅速发展和应用,适应远程信息传输的串行通信技术逐渐成熟并得到广泛应用,医院病房监护系统开始引入了串行通信技术,利用分布在各个病房的现场监护仪器设备实现对病人生理参数作实时数据采集,通过串行通信接口进行对数据信息的远距离传输,借助远程计算机经医务人员对数据参数进行分析处理形成病人医嘱信息,传输给护士值班员对病人执行临床监护,同时护士值班员也可以在值班室得到病人实时监护请求信息以及简单的监护反馈信息。   最先采用的串行通信协议是RS-232接口标准,系统结构如图1所示,该系统采用一般的双绞线做传输介质,实现中心监护站对病人床边监护仪之间点对点的通信,但整个系统随着监护病人数量增多,联网线路太多,而且由于RS-232接口标准出现较早,通信上存在一些不足之处,主要有以下四点:   (1) 接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片,又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。   (2) 传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps.   (3) 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱。   (4) 传输距离有限,最大传输距离标准值为50英尺,实际上也只能用在50米左右。   针对RS-232的不足,于是就不断出现了一些新的接口标准,RS-485就是其中之一,并且在病房监护领域很快得到应用,系统结构如图2所示。   智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的,现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要,企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量,后来仪表接口是RS232接口,这种接口可以实现点对点的通信方式,但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485解决了这个问题。它具有如下优点:   (1) RS-485接口信号电平比RS-232降低了,不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL电路连接。   (2) RS-485的数据最高传输速率为10Mbps.   (3) RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干能力增强,即抗噪声干扰性好。   (4) RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺,实际上可达3000米,另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达32个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。   虽然优点很多,但是和现场总线构成的全开放分布式系统相比较,本身仍然存在一些无法克服的缺陷:   (1)硬件上检错、纠错、和错误定位能力较弱,系统自身的监控和维护功能差;   (2)无总线脱离功能,一旦某个节点上的RS-485收发器短路或发生严重错误,整个总线将不能正常工作;   (3)硬件上没有缓存功能;   (4)数据通信方式为命令响应式,致使系统灵活性差;   (5)RS-485总线在空闲时需要在总线上维持一个固定的电流,这对器件的寿命和功耗都产生影响   (6)RS-485总线网的设备间要想互通信息只有通过"主(Master)"设备中转才能实现,而这种总线网络中只允许存在一个主设备,其余全部是从(Slave)设备,因此各个节点之间不具有互可操作性,并且无法构成多主冗余系统,系统可靠性差;   (7)RS-485总线不具有开放式互联网的特点,还不能构成全开放分布式的互联通信网络系统。   2. 现场总线技术特点以及运用在医院病房全开放分布式监护系统中的优点   由于传统总线系统存在的不足,我们分析了自控领域内多年来发展并应用成熟的现场总线技术的特点,将其引入医院病房监护,构成医院病房全开放分布式监护系统能够很好的克服传统总线系统的不足。   现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络,也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号,通过通讯的数字化,使时间分割、多重化、多点化成为可能,从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线(配线的共享)。现场总线系统在技术上具有以下特点:   (1)系统的开放性 开放系统是指通信协议公开,各不同厂家设备之间可进行互连并实现信息交换。现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致性、公开性,强调对标准的共识与遵从。一个开放系统,它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络,系统必须是开放的;开放系统把系统集成的权利交给了用户。   (2)互可操作性与互用性 这里的互可操作性,是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通,可实行点对点,一点对多点的数字通信。   (3)现场设备的智能化与功能自治性 它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成,仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能,并可随时诊断设备的运行状态。   (4)系统结构的高度分散性 由于现场设备本身可完成自动控制的基本功能,导致现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。   (5)对现场环境的适应性 工作在现场设备前端,作为工厂网络底层的现场总线,是专为现场环境工作而设计的,它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等,具有较强的抗干扰能力,能采用两线制实现送电与通信,并可满足本质安全防爆要求等。   一个完整高效的医院经营管理信息网络系统,对于医院经营管理现代化信息化智能化,提高医院的就疹监护管理效率,都起着十分重要的作用。医院病房的监护系统属于医院管理信息网络一个子系统,因此,医院对各个病房的监控护理最适合于利用现场总线构成底层局域网,并且还可以利用病房现场医疗、诊断、监控等设备的智能化对病员的护理监测实现自动化。而且由于现场总线的以上特点,特别是现场总线系统结构的简化,使其在医院病房监护系统的设计、安装、正常运行及其维护,都体现出优越性。   (1) 节省硬件数量与投资;   (2) 节省安装费用;   (3) 节省维护开销;   (4) 用户具有高度的系统集成主动权;   (5) 提高了系统的准确性与可靠性;   (6) 设计简单,易于重构;   3. 基于CAN总线的医院病房全开放分布式监护系统模型及其软硬件组成   CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称,是由研发和生产汽车电子产品着称的德国BOSCH公司开发了的,并最终成为国际标准(ISO118?8)。是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧,CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线,并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来,其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视,被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境它有如下基本特点:   (1)CAN协议遵循ISO/OSI模型采用了其中的物理层、数据链路层和应用层的三层结构。   (2)CAN的通信速率为:5Kbps/10km,1Mbps/40m,节点数可达110个,传输介质可以是双绞线,光纤等。   (3)CAN的信号传输采用短帧结构,每一帧有效字节数为8个,这样传输时间短,受干扰的概率低。并且,当CAN节点发生严重错误时,CAN具有自动关闭节点的功能,自动切断与总线的联系,使总线上的其它节点及其通信不受影响。所以,具有较强的抗干扰能力。   (4)CAN节点采用点对点,一点对多点以及广播几种发送和接受数据,可实现全分布式多机系统,并且无主从之分。   (5)CAN采用非破坏的总线仲裁技术。   (6)CAN能支持防爆区。   通常基于CAN总线的智能测控系统如图3所示:   根据病房监护特点:一般需要至少一个中央监控站由监护主管医生负责全局性的监控、其次每道楼层设置护士值班室对所负责的床位作实时监控和护理以及各个病房病号病床现场在线监测等构成,因此,可以将整个监护系统分成为:管理级--监护级--现场级等三个层次。基于CAN总线的系统结构如图4所示:   下面就系统构成硬件及其软件组成分别做一简单介绍:   

    医疗监控系统 监护系统 医院病房 分布式监护

  • 基于ARM的牵引理疗系统的实现

    基于ARM的牵引理疗系统的实现

      引言   医学上针对腰椎间盘突出症等腰脊椎病,通常采取物理牵引的保守治疗方法。本牵引床系统是以两段式床体为治疗平台,采用ARM等嵌入式处理器并结合计算机对床体各自由度运动实现分布式控制,并由直流电机实施外力快、慢速牵引及床体的任意角度的快慢速旋转,从而实现腰脊椎病的物理治疗。   1系统功能与总体设计   牵引床以两段式床体为治疗平台。其床体分为前、后两段,供病人躺卧。前段有固定带将病人腰上部固定,利用牵引带与活动床头相连。牵引运动是前后方向的平动。床头在电机驱动下可向前牵出一定距离,而病人腰部则是被固定着,这样牵引带对腰椎就有了一定的作用力。床头安装“S”型拉力传感器检测牵引力。后段床体也有固定带将病人的腰下部至胯骨处固定,并可在电机带动下以腰部处为轴心做水平平面的摆动、垂直轴向的倾斜升降转动、以及向左右两侧的旋转共三个自由度的转动。前段床体的牵引速度可调,后段床体的旋转角度与旋转速度也可任意设定。   牵引床为医师提供四个自由度可调节的物理运动,充分满足腰椎病物理治疗的需要。实际治疗中,医生根据患者的病理情况,将后床面的左、右旋转结合慢牵基础上的快牵功能进行合理使用能够起到“正脊”作用。   牵引床的总体设计采取分布式控制体系,如图1所示。计算机作为上位机通过RS-485总线与三个嵌入式控制器(下位机)组成分布式总线网络实现对床体运动的控制。计算机实现系统总体操作控制界面。系统复杂的控制任务被分解为三部分,分别由三个嵌入式控制器并行实时执行完成。其中,牵引运动及牵引力的检测与控制由一片STC89C52RD+单片机完成;三个旋转运动的角度检测及控制由Samsong公司的32位ARM核RISC处理器S3C44B0X处理;床体上各类限位开关等开关量检测及输出则由另一片STC89C52RD+实现。    图1 系统总体设计框图   2 系统硬件设计   2.1 基于STC89C52RD+的牵引控制   快慢牵引治疗是通过直流电机驱动床头向前运动从而拉伸固定在患者腰间的固定带,产生一定的牵引作用力施加在腰椎。牵引力大小及快慢由医生设置,并保持一段时间。保持期间可配合床体旋转等动作进行物理治疗。   牵引力可由床头的S型应变式拉力传感器转换为模拟信号。该信号大小与加在传感器上的激励直流电压大小有关。传感器灵敏度为2mV/V,若DC激励电压为5V,则传感器输出最大信号为10mV。如果力传感器的量程为0-200Kg,则对应传感器输出模拟信号为0-10mV。该信号经仪表放大器AD623放大500倍后为0-5V,经“Л”型电感、电容无源网络滤波后输入给10位A/D转换器TLC1549。牵引力信号频率很低,处理器每秒钟采样20次。采用一个专用的STC89C52RD+的片内硬件定时器,每隔50ms进入定时器中断服务程序通过SPI串行接口进行一次A/D转换,并将转换后的数据由UART经接口芯片74LBC176转换为485信号发送至上位机。由上位机判断后发出控制指令控制牵引电机及牵引过程。   STC89C52RD+是STC公司生产的增强型51单片机,可靠性高,抗干扰性强。在产品注册对控制器做电磁兼容性试验时,发现采用AT89C52通不过的电源脉冲干扰试验以及高压放电干扰试验项目,STC89C52RD+可轻易通过。STC单片机的可靠性由此可见一斑。   2.2 基于STC89C52RD+的开关量检测与控制   床体采用行程开关为各个运动行程进行限位,避免系统失控造成牵引力过大拉伤病患,或旋转、摆动角度过大将病患甩出床体。当出现碰触行程限位开关的情况时,继电器控制电路将直接切断电机电源使电机停转。控制器STC89C52RD+实时检测这些信号,并迅速将此信息通过485串行总线传至上位机。系统软件将停止该进程并将系统复位。单片机将系统的23个输出开关量状态锁存在3片74HC377中,确保状态可靠输出。各路输出经由光电耦合器隔离、ULN2803放大,驱动继电器的开关来控制各个电动机的启停及组合动作。   设置“急退”按钮,在病患自己感觉不舒适的时候可自行按下,系统将迅速解除牵引力并将床体旋平。当病人按下“急退”按钮,单片机检测到后即通过485总线将此消息传至上位机。系统软件接收到后,立即停止当前的牵引进程,并发出命令,单片机随即控制牵引电机反转解除牵引力。如果床面处于旋转倾斜状态,则控制将床体旋平。这些措施大大提高了牵引治疗系统的安全性与可靠性,对于一台医疗器械而言是必须要考虑的。   选用一片STC89C52RD+作为专用的开关量检测与控制处理器。这样可使这部分控制程序更简洁、纯粹,易于实现,可确保系统可靠无误的动作。若将这部分任务合并到其他控制器中,会增加软件的编程难度,流程会更复杂,势必将降低系统运行的可靠性、安全性。   2.3 基于ARM处理器S3C44B0X的旋转运动控制   医疗设备的运行要求低噪音。系统采用高效率、低噪声的新型220V高压大功率直流电机作为床体运动的执行机构,来实现床体机械系统多维、多轴、多自由度的运动。对直流电机的控制采用PWM方式。PWM驱动采用高效率大功率VMOS管功放电路。在嵌入式电机控制处理器选择上,采用Samsong公司的32位ARM核RISC处理器S3C44B0X。该处理器具有双串行口、5个PWM定时器、8通道10位ADC、最高主频66MHz,完全胜任运动控制要求。   上位机经485总线发出的转动运动指令中包含有速度参数及角度参数数据。三个自由度的旋转运动分别各对应一个PWM定时器的输出。旋转电机的调速由PWM占空比参数调节。速度控制是开环的。角度传感器选用高精度单圈电位计。电位器外接5V激励,即0-360度对应0-5V。实际上,只采用了0-30度范围。这样,ARM控制器、PWM执行器与角度传感器的测量环节构成角度位置闭环调节回路,实现旋转角度的调节。   考虑到目前市场上存在欠款问题并为了更好地回收资金并保护知识产权,结合S3C44B0X的内部资源设计了独特的硬件加密功能。通常加密是利用计算机的日历以及计算机中的硬盘序列号来实现的。计算机的运算能力强,算法实现也容易,但是往往也容易被解密。好的方法是利用电路硬件来做加密。首先,利用S3C44B0X内部的RTC设计日历定时器做硬件注册时间加密。第二,利用DS18B20中全球唯一的序列号作为注册序列号来做加密。DS18B20是DALAS公司生产的数字温度传感器,但在这里并不用其测温,而是利用其中全球唯一的序列号。它与ARM处理器的连接仅用一根数据线作串行数据传输。    图2 旋转运动控制框图   

    医疗电子技术文库 ARM 理疗系统

  • 微流体诊断仪15分钟诊断出结果

      由谢国基(Samual Sia)以及哥伦比亚大学的合作者们开发的微流体诊断仪mChip的塑料小芯片约在15分钟内便能可靠地诊断艾滋病病毒和梅毒,而其制作费用仅为1美元。它能够在芯片上将复杂的化验过程简化执行,有助于在资源困乏的环境实现医疗诊断。目前,哈佛大学物理学家及其同事已经实现了基于微流体芯片的测序技术,使个人基因测序费用下降到30美元。         谢国基在接受媒体采访时说:“mChip的发明就是要令世界任何一个角落都可以进行大规模的诊断测试,而非强逼患者到医院诊所抽血,然后等上数天才能有结果。”   便宜的艾滋病诊疗手段   目前世界上约有6400万人感染艾滋病毒,并以每天7000人的速度在增长,其中包括1800位新生儿。在全球艾滋病感染者中,有70%居住在撒哈拉沙漠以南的非洲。艾滋病病毒不仅影响个人的健康,也影响到家庭、社区和国家的经济发展。   尽管早期诊断和治疗,以及接触前药物的推广,可以降低艾滋病并发症的发生,但在贫穷的发展中国家,十分缺乏这样的技术和设备。微流体(芯片实验室)技术有望解决这一难题。项目参与者之一华裔科学家谢国基2010年获得美国麻省理工学院百年期刊《技术评论》的世界青年科技创新家称号,就是为了表彰他在研发成本廉价的微流体芯片上所做的贡献。   HIV抗体一般在感染病毒4周后逐渐出现,可延至终生,是人类重要的检测指标。检测HIV特异性抗体,是诊断艾滋病的重要依据。酶联免疫吸附法(ELISA)是国际上应用最早、发展最快,而且是最常用的HIV抗体检测方法。基本原理是免疫反应物能和待检样品中相应的抗原或抗体结合成免疫复合物,再加入无色的酶,经过催化或水解,会产生颜色。   用这种方法检验艾滋病,必须将血液样本送到有资质的实验室进行检测,在非洲,卫生诊所资源缺乏,无法完成复杂的检测试验。送到城市医院则要花费数天乃至数十天的时间。   谢国基等人开发的这套系统,能将复杂的试验搬到芯片上进行。这片类似信用卡大小的芯片上包含有微型的连续U形测试管和化学物质,只需要很少的样本(约为1微升)就能完成反应,15分钟内读出检测结果。检测的反应试剂被放置于软管中,由气泡进行分离,并利用注射器的简单抽拉使其进入芯片。这些芯片可以通过注塑成型的工艺进行量产,检测流程不需要活动部件、电流或外部测量仪表。它能透过光学分析血液,并在15分钟内显示HIV的检验结果是阳性还是阴性。和验孕棒类似,即使不是医生,普通人也能透过颜色分辨是否感染艾滋病毒。如果希望检验结果更准确,可以把芯片放到检验盒内查看结果。   谢国基的研究组与哥伦比亚公共卫生学院、卢旺达卫生行政官员以及非政府健康组织合作,在卢旺达首都基加利进行了四年的研究,对此设备进行了测试。对于艾滋病病毒和梅毒的合并检测,鉴别率为100%,假阳性比率约在4%-6%之间——等同于标准实验室的水平。   他们以数百位患者为研究对象,目前这一技术在艾滋病患者中的检出率是100%。   微流体技术的前景   微流体技术是目前迅速发展的高新技术和多学科交叉科技前沿领域之一,它能够将实验室微型化,通过平面微细加工技术在固体芯片表面构建微流体分析单元和系统,以实现对细胞、蛋白质、核酸以及其他生物组准确、快速、大信息量的检测。在生物医学领域它可以使珍贵的生物样品和试剂消耗降低到微升乃至纳升级,并使分析速度成倍提高,成本成倍下降。   微流体技术不仅强调减小器件的尺寸,它着重于构建微流体通道系统来实现各种复杂的微流体操纵功能,让液体在流动中完成一次实验的诸多步骤。   为了推广微流体技术在医学快速诊断上的应用,2004年,谢国基和两位同事共同创办了卡拉洛斯诊断公司(Claros DiagnosTIcs)。2007年,他们获得Oxford Bio等创投公司的780元投资,先后开发了用于检测前列腺癌的仪器,该仪器已经今年6月在欧洲取得了销售许可。接着,他们又改进了芯片,使之能够检测艾滋病病毒、梅毒和肝炎,他们还在为资源匮乏的第三世界国家开发B型和C型肝炎、疱疹以及疟疾的检测方法。   利用这种mChip芯片用作医学诊断,并不是一次只能检测一种疾病,譬如,在诊断艾滋病的同时,还能够添加梅毒、肝炎之类的附加检测,而并不显著增加应用成本。

    医疗电子技术文库 微流体 诊断仪

  • 基于TMS320LF2407A DSP的心电监护系统分析

    基于TMS320LF2407A DSP的心电监护系统分析

    引言    随着社会的发展和人们生活水平的提高,人们对健康的重视程度日益增加,但是伴随着生活水平的提高心血管疾病的发病率不断攀升。特别是近年来随着社会老龄化的加剧,心血管疾病成了威胁人类生命的主要疾病,心脏病成了世界上死亡率最高的疾病。鉴于心血管疾病患者日益增多的严峻形势,提高预防和监测该疾病的手段势在必行。而心电信号检测是发现心脏病的最直接手段,但目前医院用的心电监护仪几乎全部是进口的,价格昂贵,维护费用高,加重了医院和患者的经济负担;因此设计一种便携、经济的心电监护设备具有重要意义。本文设计了一种基于TI公司TMS320LF2407A DSP的心电监护系统,此系统体积小、成本低、实用性强。 TMS320LF2407A DSP介绍     心电监护系统很重要的一部分就是对心电信号进行处理,因此选一款合适的信号处理器十分重要。当前最成功的DSP芯片当数美国TI公司的系列产品,其主推的三大DSP平台TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000已经成为当今世界上最有影响力的DSP芯片。    本系统采用TMS320LF2407A为信号处理器和核心控制器。TMS320LF2407A是TI公司推出的新型高性能16位定点数字信号处理器,是 TMS320C2000系列的新成员。它专门为数字控制设计,集DSP的高速信号处理能力及适用于控制的优化外围电路于一体,是真正的单芯片控制器,在数字控制系统中得到了广泛应用。 TMS320LF2407A DSP具备以下一些特点: (1)采用高性能静态CMOS技术,使得供电电压降为3.3V,降低了控制器的功耗; 40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns,从而提高了控制器的实时控制能力。 (2)基于TMS320C2xx DSP的CPU内核,保证了TMS320LF2407A DSP代码和TMS320系列DSP代码兼容。 (3)片内有高达32KB的FLASH程序存储器,高达1.5KB的数据/程序RAM ,544字双口RAM(DARAM)和2KB的单口RAM(SARAM) 。 (4)两个事件管理器模块EVA和EVB,每个包括两个16位通用定时器和8个16位的脉宽调制((PWM)通道。 (5)可扩展的外部存储器总共192K字空间:64K字程序存储器空间,4K字数据存储器空间和64K字I/0寻址空间。 (6)看门狗定时器模块(WDT)。 (7) 10位A/D转换器最小转换时间为500ns,可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器。 (8)控制器局域网络(CAN)2.0B模块。 (9)串行通信接口(SCI)模块。 (10) 16位串行外设(SPI)接口模块。 (11)基于锁相环的时钟发生器。 (12)高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚(GPIO)。 (13)5个外部中断(两个电极驱动保护、复位和两个可屏蔽中断)。 (14)电源管理包括3种低功耗模式,能独立地将外设器件转入低功耗模式。 (15)具有加密功能,密钥长度64位。 系统硬件结构    系统的总体结构如图1所示,整个系统可分为心电信号采集部分和信号处理部分。信号处理部分以TMS320LF2407A为处理器,扩展了外部存储器、液晶显示、按键和串行通讯接口等。      电源是系统工作的首要条件,本系统采用5V和3.3V两种电压,系统输入电源电压为5V直流,因此需要转换,本系统采用AMS1117-3.3进行5V~3.3V电压转换,发光二极管D3为电源指示灯。电源的电路如图2所示: 心电图(ECG)采集电路通过传感器采集心电信号然后把采集的模拟信号送到TMS320LF2407A内部集成的10位A/D输入端进行A/D转换,采用 由两个事件管理器来触发一个16通道输入的A/D转换器的方式来提高转换精度以精确采集微弱的心电信号。    TMS320LF2407A 内部集成了1.5K RAM和32K FLASH,32K FLASH容量已基本够用,而内部的RAM存储空间太小,为保存大量的采样数据、运算的中间结果和提高系统的运行速度,系统增加了外部数据存储器(RAM)和外部程序存储器(RAM),分别用TMS320LF2407A的PS和DS信号进行片选。本系统采用的RAM存储器是两片 IS61LV6416-10T,它的存储容量为64K 16位。数据存取时间为10ns,能满足高速运行的需要,工作电压为3.3V,与DSP工作电压一致,无需电平转换电路。     液晶显示模块用来显示心电图,使用户在没有PC机的情况下也可以直观地观察到心电图。心电图也可以通过串口和PC机相连由PC机显示。在不用来显示心电图时,液晶可以显示系统状态和其他信息。此液晶模块内含SED1335控制器,分辨率为128 128,该模块特点是功耗低、抗干扰能力强,模块上集成了液晶显示控制器、驱动器、RAM,ROM和LCD显示器,使用时只需向模块送入相应的命令和数据即可显示所需信息。与DSP接口简单,使用方便灵活。     TMS320LF2407A是3.3V供电,液晶模块是5V电源供电,所以它们之间要通过电平转换电路连接,本系统采用SN74LV16345A来实现电平匹配。 TMS320LF2407A与液晶模块的接口如图3 所示。       TMS320LF2407A集成了一个全双工异步串口,可以实现心电模块和PC机或者其他设备的通信。但是RS232电平和TTL电平不兼容,我们使用了一片电平转换芯片MAX232,它采用+5V单电源供电,电路简单,使用方便。    为了方便设置,系统还增加了按键模块,用户可以通过按键来控制系统的一些功能,如启动和停止等。 软件设计    了解和分析心电的特征是研究心电信号检测的基础,针对心电在不同频段的特征,设计相应频段的检测算法,这是软件设计的重要任务。     心电图是由一系列的波组所构成,每个波组代表着每一个心动周期。一个波组包括P波、QRS波群、T波及U波,研究表明心电主要的波段在QRS波,R波以及 P波段。心率变异性(HVR)分析目前在临床研究中受到了普遍的重视,是分析心电异常的主要方法。心率变异性分析的对象是心电波形的RR间期,系统在对数据采样时,就对波形的R波进行定位,找到R波位置,并计算出相邻R波的间隔RR间期,然后存储。系统软件的任务就是把采集到的心电信号进行滤波,然后进行心率变异性分析,计算出RR间期,最后把最终的心电图显示在液晶屏幕上。软件的流程如图4所示。      所有程序调试结束后,用仿真器的FLASH烧写程序通过JTAG口将目标代码下载到TMS320LF2407A的FLASH中去,实现整个系统的独立运行。 结束语    本文设计了一种以TMS320LF2407A DSP为信号处理器的心电监护系统,该系统把心电信号的采集、分析和显示集成于一体,而且系统体积小、成本低、便于携带、实用性强。

    医疗监控系统 DSP tms320lf2407 心电监护

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