可以消除糖尿病患者抽血的必要性的植入式可穿戴医疗监测技术

可以消除糖尿病患者抽血的必要性的植入式可穿戴医疗监测技术

摘要：糖尿病是一种使人衰弱的疾病，全世界大约有3亿6600万人。它今天的治疗要求病人定期进行自我血糖测量，通过穿刺皮肤来抽血。这是一个痛苦的过程，不断重复，有助于病人的痛苦。那么，如果证明射频技术可以消除抽血的必要性呢?近场通信(NFC)是一种射频协议，用于在接近或接触的设备之间交换数据(相距10厘米)。由于Android操作系统在智能手机和平板电脑上的支持，现在它已被广泛采用。

糖尿病是一种使人衰弱的疾病，全世界大约有3亿6600万人。它今天的治疗要求病人定期进行自我血糖测量，通过穿刺皮肤来抽血。这是一个痛苦的过程，不断重复，有助于病人的痛苦。

　　那么，如果证明射频技术可以消除抽血的必要性呢?近场通信(NFC)是一种射频协议，用于在接近或接触的设备之间交换数据(相距10厘米)。由于Android操作系统在智能手机和平板电脑上的支持，现在它已被广泛采用。

　　例如，医疗设备制造商正在研究在糖尿病患者的皮肤下立即植入一种微型的NFC型血糖传感器的潜力。传感器可以随时读取，只需手持一个Android手机或平板电脑运行一个专用的应用程序旁边的植入物。

　　主机设备可以自动向病人的医生上传读数。它也可以被编程，提醒病人定期阅读，并提醒医务人员，如果病人没有采取预定的阅读。

　　一个NFC功能的传感器是这个应用程序的理想选择，因为：

　　它不需要外部电源，因为传感器接口工作在从NFC读取器输入的rf发射中获得的能量上。

　　它是快速和方便的，因为传感器对主机设备立即和自动。

　　这是微小的

　　它是便宜的

　　这个植入式血糖测量的例子展示了这种新型的NFC功能传感器的前景——但事实上，这种设备类型可以在许多市场部门中的数百个应用中使用。

　　具有NFC功能的传感器的体系结构

　　一种支持NFC的传感器是一种RFID标签，它包含一个传感器接口(用于调节和数字化传感器的输入信号)。与其他RFID标签一样，它有一个唯一的ID，它允许用户验证对象的起源。然而，它也可以验证对象暴露的环境条件(见图1)，或者提供其他类型的测量，如植入传感器的生物数据。

　　将传感器获取的数据添加到标签上不会改变通信的基本方法：当标签接近RFID读取器或具有专用应用程序的NFC功能的电话时，可以读取唯一的id和传感器数据。

　　当然，还有其他方法来实现无线传感。今天很容易将传感器连接到一个对象上，将其连接到微控制器和rf收发器，以便在智能传感器和读取器之间建立无线通信。

　　用NFC功能的传感器实现这个功能提供了一个更简单的系统设计，并提供了一个更灵活的电源管理方法。事实上，对于相对低的数据速率和短距离应用，NFC是一项非常有吸引力的技术：

　　NFC使两个设备之间的直观、简单的交互，因为它们只需要相互接触。

　　建立一个NFC链路只需要一小部分，而其他系统通常需要几秒钟。

　　NFC具有低功耗要求，支持非常长的电池寿命和实现完全没有电池。

　　NFC应用的系统成本较低，因为该技术不比用于无线传感的竞争技术复杂，如ZigBee或蓝牙低能量。

　　因为NFC通过近场耦合，它不会受到窃听和干扰

　　NFC系统可以依靠现有的基础设施——通常，系统实现只需要为主机设备创建应用程序。

　　在完全被动(无源)模式，NFC功能的传感器获取能量从传入的射频辐射(来自读者)功率传感器接口和射频传输。在半被动(电池辅助)模式下，启用NFC的传感器可以在需要自治和长期监控的应用程序中独立运行。或者，它可以为传感器提供用户控制的板载电源。

　　感觉标记的生命可能包括两种模式的操作：半被动直到电池耗尽，然后是被动模式。(数据存储在非易失性存储器中，当设备不供电时保留)。

　　完全被动模式下的操作

　　对RFID系统的操作的一个基本原则是标签得到所有的能量重新奎雷斯由阅读器产生的磁场。在一个NFC功能的传感器，这个收获的权力(通常约4毫安在3.3 V)也可用于功率传感器。即使所获得的能量对于传感器来说是不够的，例如，如果标签有一个小天线，或者与读取器距离很长，则可以在测量之前加上一个电容器的小补充电源，并且在测量期间从中提取功率。

　　在完全被动模式下启用NFC功能的传感器，可以让设计工程师将他们的想象力展现在一个新的可能性范围内。标签的生命周期在理论上是无限的，它不需要有线连接。因此，这些感官标签可以嵌入，例如，内部结构，如墙壁和密封的产品。可以想象，建筑商在供水管道或废水排水管道旁的墙壁或地板上嵌入一个新的NFC功能的湿度传感器。这将有助于及早发现今天的泄漏，直到它们对结构造成严重损坏为止。

　　半被动模式运行

　　半无源标签包括车载电源，通常是电池，以支持标签和传感器操作。数据传输的工作方式与普通无源标签一样，使用读写器发出的反向散射功率。

　　用户控制的半被动感觉标签花费大部分时间处于静止状态，从电池中抽出的电流可以忽略不计。传感器功能和测量是由用户激活的，通常是在唤醒阅读器或NFC设备的rf发射时唤醒设备。

　　独立的长期监控应用程序(所谓的数据记录器)中使用的独立半被动式标记可由外部事件激活，或由集成实时时钟(RTC)触发。这样的应用程序将需要一个连续的电流通常为2µ从电池支持RTC或事件触发唤醒。这种监测NFC感觉标签的条件可以安装在运输过程中需要特殊护理的物品上。在供应链的末端，一个支持NFC的读取器设备检查感官标签并在未经批准的运输过程中发生警报时发出警报。此外，传感器数据是时间戳的，允许进行详细的事件监视。

　　具有NFC功能的传感器的图像

　　图1：一个启用NFC的传感器使对象保持的条件及其唯一ID被监视。

　　启用NFC感知的实现

　　因此，基于NFC的传感应用需要能量收集能力、传感器接口、电源管理电路和实时时钟(RTC)。这些功能现在在sl13a提供NFC转发器单片机感觉从AMS(见图2)。该芯片符合nfc-v(ISO15693)标准，并集成了一个板上温度传感器。

　　感官标签在完全被动以及半被动模式下工作;当需要片上RTC时，电池用于支持自主数据记录。在被动模式下，读取器或NFC功能的手机代替了时间戳，而支持传感器操作的能量则从读取器的字段中获得。

　　记录的传感器数据存储在片上EEPROM中，并用密码保护，以防止数据的操作和未经授权的使用。

　　对sl13a NFC框图使传感器从AMS

　　图2：启用NFC的sl13a框图传感器从AMS。

　　sl13a可以支持非常广泛的应用和无线数据传输的传感器数据采集的要求。这些措施包括：

　　有保质期提醒–在运输和储存货物的条件下的供应链，以及环境条件，可以进行监测和记录sl13a。易腐物品如食物、饮料和药物受温度依赖化学反应，这决定了其保质期。一些感官标签包括动态计算货架寿命的算法，并在到期日期时提供警报。

　　楼宇监控–一sl13a和适当的嵌入式传感器的结构如建筑物内，桥梁和高架桥的记录条件包括温度、湿度、压力、振动、和传输数据时引发一个NFC阅读器。药物治疗-配药和泡罩包集成的感觉标签可以记录和时间戳药丸的消费。这使得医务人员能够监测病人是否遵守了他们的处方。

　　过程控制——在工厂自动化中，感官标签可以在过程的每一步控制过程及其质量。这比成品的最终质量保证更有效。

　　远程计量–sl13a感觉标记可以被集成到设备的无线连接，如WLAN、GSM、延长跟踪和监视的对象或环境在远程位置的能力。

　　实现一个成熟的通信协议，提供准确和精确的传感器接口，sl13a演示的新的可能性，使多个电子功能集成到一个单一的设备。然而，这种灵活的设备的广泛应用尚未被发现——系统设计者的想象力将为这种新的感觉RFID标签的潜在用途提供最好的指导。