電池在醫療監控領域的應用和不斷變化的環境-TI德州儀器

發布時間:2018/11/20

隨著醫療保健范圍擴大到涵蓋新興技術,以及電池尺寸的縮小和互連性提高,醫療領域將迎來一場治療方案的范式轉移。在接下來的十年中,醫生通常可以使用在線工具監測數百名患者,無需親自進行體檢,這樣一來醫療保健系統可以應對越來越多的患者。

伴隨這一趨勢的到來,越來越多的醫療和個人電子產品公司正在采用可穿戴設備來改善住院和門診治療階段患者的治療效果和提高服務質量。這些公司通過對醫療設備的各種創新幫助提高對患者的服務質量,但其中一個重點是更改設計,以便所有護理設備能夠在患者整個住院期間跟蹤患者情況。目前,重要的資源專用于移動患者并在不同病房之間交換監測設備。當護士必須準備大型設備以接收來自其他病房的患者,并且必須協調后勤以便在患者轉移后將設備送回原始位置時,所有這些流程不僅耗時而且費力。移動性更佳的設備可以順利地將患者從重癥監護室轉移到普通病房直到患者最終出院。由于無需在科室之間或甚至外部機構之間進行協調,過渡階段的護理過程允許設備與患者相連,因此也變得更加方便。

便攜性并非一個新概念,因為大多數傳統醫療設備已經使用電池(雖然尺寸非常大)。但這些電池的規格使得大多數患者難以被輕松移動。為解決這一難題,各大公司紛紛采取了一種新方法,就是使用基本傳感器作為主要監測工具,并通過與醫療網絡連接指定的輔助功能。清除所有處理、存儲和其他非監控過程可減少醫療設備的成本和表面積,提高其經濟性、輕便姓和通用性。通過監測如圖1所示的患者信息,從尖端可穿戴設備到傳統醫院設備,如床邊監護儀、藥物輸液泵和裝有傳感器的床,醫療設備可以幫助患者與其醫療團隊保持互聯。

 

圖 1:可穿戴顯示器可以跟蹤和傳輸的患者信息

互聯可改善大量常規醫療流程,包括文檔記錄、資產跟蹤和患者護理。自動記錄文件可防止在記錄生命體征時出錯。持續連接的設備可最大限度地利用設備,使其方便甚至完整地完成常規醫療程序。

例如,防止臥床患者出現褥瘡的過程。在以往,護士必須記住每隔幾個小時改變并記錄患者的位置,以防出現壓瘡。但是,互聯的醫院病床或患者佩戴的傳感器可以使這一過程更順暢,它們可以自動跟蹤活動,并在需要采取行動時提醒護士。這些設備還可以創建患者不同體位的準確日志,若患者報告有任何疼痛或狀態改變,醫生將獲得有用的信息。

通過這些小改進,我們即將迎來一場醫療變革。醫生現在可以花費更少的成本來做更多的事情,但前提是這些設備必須保持開啟。出于這個原因,全天候電池壽命對于患者治療與護理過程的便利性和結果至關重要。

持續的通信和觸摸屏等其他功能所消耗的能量使得一次性電池無法成為這一新監控空間內的可行解決方案。通過為這些操作提供電力,這些電池的電量會快速耗盡,從而大幅增加了每個設備操作的成本。雖然可充電鋰離子電池足以解決電源問題,但它們需要更加穩定的溫度和保護,正確充電是重點。對于小且易受電噪聲影響的醫療應用,線性充電器可用于執行充電任務。線性充電器易于設計到任何功率塊中,可提供高達1.5A的充電電流,其解決方案尺寸小于開關式充電器。

TI最小的線性充電器bq25100具有終端電流控制功能,精度低至1mA,泄漏電流僅為75nA(與蓄電池的自放電率相比可忽略不計),其物料清單(BOM)成本在市場上也是最低的品類之一。這些特性使得bq25100成為需要充電電流低于250mA或精確終止電流的簡單應用的理想選擇,例如可穿戴應用和患者監護儀。

如果您需要更復雜的充電器,bq25120A則是一個很好的選擇。該充電器配有集成的I2C、按鈕控制、低壓差線性穩壓器(LDO)、降壓轉換器、快速充電和電源路徑功能,同時,尺寸仍然小于三粒米的大小。它具有在為電池充電的同時為系統供電的能力,可實現即時啟動功能。按鈕控制有助于通過軌道啟動或中斷與微控制器(MCU)的連接,從而可以輕松使用不同的工作模式。快速充電允許在短時間內進行大量充電,但這樣做會對電池產生一些額外的磨損。

內置的I2C通信控制可讓該設備實現完全定制化。例如,I2C接口可以讓您通過MCU自定義充電配置文件。您可以配置充電電壓、充電電流、終止閾值、輸入電流限值、安全定時器限值等,以滿足各種規格要求。通過這種定制,可以設計出輕便的可穿戴解決方案,附帶的小型電池可以充電,而不會影響性能或定制化。定制還可以降低終止電流,這意味著您可以在每個周期為電池充電至更高的容量。參見圖2。


圖 2:低終止電流的好處

圖3顯示了在可穿戴心電圖(ECG)貼片中使用bq25100bq25120A線性充電器的情況。這種心電圖貼片將使近期有心臟手術的患者能夠被持續跟蹤到他們的生命體征,而不會有擾人的電線或與他們連接的設備。像bq25120A這樣的小型化設備可使這種設計成為可能。


圖 3:心電圖貼片系統圖

由于對小型解決方案的需求不斷增大,電池正成為醫療技術中不可或缺的一部分,它使得便攜性、較長的使用壽命和持續的互連性成為可能。使用持續監控患者健康狀況的設備不僅可以增強患者護理的體驗,還能夠改善醫院或醫療機構內的醫療流程。像bq25100bq25120A 這樣注重尺寸的線性充電器可最大限度延長電池的使用壽命,使得像心電圖貼片這樣的器件可以滿足患者的健康檢查需求,而無需持續更換電池,從而影響監測。

當然,TI提供的線性充電器種類遠不止此文中提到的幾種,德州儀器正在不斷開發更多新產品,以滿足醫療行業的最新需求。其中包括支持最新型患者監測系統的產品,通過更靈活更高效的性能,從而幫助從ICU到患者家庭的現代醫療護理過程變得更理想。未來充滿了不確定性,但此產品的前景一片光明。

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