电池在医疗监控领域的应用和不断变化的环境-TI德州仪器

发布时间:2018/11/20

随着医疗保健范围扩大到涵盖新兴技术,以及电池尺寸的缩小和互连性提高,医疗领域将迎来一场治疗方案的范式转移。在接下来的十年中,医生通常可以使用在线工具监测数百名患者,无需亲自进行体检,这样一来医疗保健系统可以应对越来越多的患者。

伴随这一趋势的到来,越来越多的医疗和个人电子产品公司正在采用可穿戴设备来改善住院和门诊治疗阶段患者的治疗效果和提高服务质量。这些公司通过对医疗设备的各种创新帮助提高对患者的服务质量,但其中一个重点是更改设计,以便所有护理设备能够在患者整个住院期间跟踪患者情况。目前,重要的资源专用于移动患者并在不同病房之间交换监测设备。当护士必须准备大型设备以接收来自其他病房的患者,并且必须协调后勤以便在患者转移后将设备送回原始位置时,所有这些流程不仅耗时而且费力。移动性更佳的设备可以顺利地将患者从重症监护室转移到普通病房直到患者最终出院。由于无需在科室之间或甚至外部机构之间进行协调,过渡阶段的护理过程允许设备与患者相连,因此也变得更加方便。

便携性并非一个新概念,因为大多数传统医疗设备已经使用电池(虽然尺寸非常大)。但这些电池的规格使得大多数患者难以被轻松移动。为解决这一难题,各大公司纷纷采取了一种新方法,就是使用基本传感器作为主要监测工具,并通过与医疗网络连接指定的辅助功能。清除所有处理、存储和其他非监控过程可减少医疗设备的成本和表面积,提高其经济性、轻便姓和通用性。通过监测如图1所示的患者信息,从尖端可穿戴设备到传统医院设备,如床边监护仪、药物输液泵和装有传感器的床,医疗设备可以帮助患者与其医疗团队保持互联。

 

图 1:可穿戴显示器可以跟踪和传输的患者信息

互联可改善大量常规医疗流程,包括文档记录、资产跟踪和患者护理。自动记录文件可防止在记录生命体征时出错。持续连接的设备可最大限度地利用设备,使其方便甚至完整地完成常规医疗程序。

例如,防止卧床患者出现褥疮的过程。在以往,护士必须记住每隔几个小时改变并记录患者的位置,以防出现压疮。但是,互联的医院病床或患者佩戴的传感器可以使这一过程更顺畅,它们可以自动跟踪活动,并在需要采取行动时提醒护士。这些设备还可以创建患者不同体位的准确日志,若患者报告有任何疼痛或状态改变,医生将获得有用的信息。

通过这些小改进,我们即将迎来一场医疗变革。医生现在可以花费更少的成本来做更多的事情,但前提是这些设备必须保持开启。出于这个原因,全天候电池寿命对于患者治疗与护理过程的便利性和结果至关重要。

持续的通信和触摸屏等其他功能所消耗的能量使得一次性电池无法成为这一新监控空间内的可行解决方案。通过为这些操作提供电力,这些电池的电量会快速耗尽,从而大幅增加了每个设备操作的成本。虽然可充电锂离子电池足以解决电源问题,但它们需要更加稳定的温度和保护,正确充电是重点。对于小且易受电噪声影响的医疗应用,线性充电器可用于执行充电任务。线性充电器易于设计到任何功率块中,可提供高达1.5A的充电电流,其解决方案尺寸小于开关式充电器。

TI最小的线性充电器bq25100具有终端电流控制功能,精度低至1mA,泄漏电流仅为75nA(与蓄电池的自放电率相比可忽略不计),其物料清单(BOM)成本在市场上也是最低的品类之一。这些特性使得bq25100成为需要充电电流低于250mA或精确终止电流的简单应用的理想选择,例如可穿戴应用和患者监护仪。

如果您需要更复杂的充电器,bq25120A则是一个很好的选择。该充电器配有集成的I2C、按钮控制、低压差线性稳压器(LDO)、降压转换器、快速充电和电源路径功能,同时,尺寸仍然小于三粒米的大小。它具有在为电池充电的同时为系统供电的能力,可实现即时启动功能。按钮控制有助于通过轨道启动或中断与微控制器(MCU)的连接,从而可以轻松使用不同的工作模式。快速充电允许在短时间内进行大量充电,但这样做会对电池产生一些额外的磨损。

内置的I2C通信控制可让该设备实现完全定制化。例如,I2C接口可以让您通过MCU自定义充电配置文件。您可以配置充电电压、充电电流、终止阈值、输入电流限值、安全定时器限值等,以满足各种规格要求。通过这种定制,可以设计出轻便的可穿戴解决方案,附带的小型电池可以充电,而不会影响性能或定制化。定制还可以降低终止电流,这意味着您可以在每个周期为电池充电至更高的容量。参见图2。


图 2:低终止电流的好处

图3显示了在可穿戴心电图(ECG)贴片中使用bq25100bq25120A线性充电器的情况。这种心电图贴片将使近期有心脏手术的患者能够被持续跟踪到他们的生命体征,而不会有扰人的电线或与他们连接的设备。像bq25120A这样的小型化设备可使这种设计成为可能。


图 3:心电图贴片系统图

由于对小型解决方案的需求不断增大,电池正成为医疗技术中不可或缺的一部分,它使得便携性、较长的使用寿命和持续的互连性成为可能。使用持续监控患者健康状况的设备不仅可以增强患者护理的体验,还能够改善医院或医疗机构内的医疗流程。像bq25100bq25120A 这样注重尺寸的线性充电器可最大限度延长电池的使用寿命,使得像心电图贴片这样的器件可以满足患者的健康检查需求,而无需持续更换电池,从而影响监测。

当然,TI提供的线性充电器种类远不止此文中提到的几种,德州仪器正在不断开发更多新产品,以满足医疗行业的最新需求。其中包括支持最新型患者监测系统的产品,通过更灵活更高效的性能,从而帮助从ICU到患者家庭的现代医疗护理过程变得更理想。未来充满了不确定性,但此产品的前景一片光明。

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