【導(dǎo)讀】可穿戴溫度貼片是患者體溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的新興發(fā)展趨勢(shì)。在設(shè)計(jì)這些用于臨床環(huán)境的貼片時(shí)，最大的障礙之一是滿足嚴(yán)格的準(zhǔn)確性要求。
美國(guó)測(cè)試與材料學(xué)會(huì)（ASTM）規(guī)定了患者電子體溫計(jì)的精度要求，如表1所示。在最嚴(yán)格的范圍內(nèi)，這些標(biāo)準(zhǔn)允許的最大誤差為±0.1℃，以確保精確測(cè)量患者體溫。
表1：ASTM E1112-00（2016）溫度精度要求
除了選擇精確的溫度傳感器之外，在臨床溫度探頭或可穿戴溫度貼片中實(shí)現(xiàn)真正±0.1℃的準(zhǔn)確性可能具有挑戰(zhàn)性，原因如下:
低功耗：以此精度水平，即使是微瓦（µW）量級(jí)的瞬態(tài)功耗也足以加熱超出ASTM E1112要求范圍的傳感元件。
散熱設(shè)計(jì)：作為設(shè)計(jì)師，即使您已校準(zhǔn)并驗(yàn)證系統(tǒng)的整體精度，仍然可能由外部環(huán)境因素影響傳感器或測(cè)量結(jié)果，例如物理震動(dòng)或壓力變化，從而使熱路徑由于失去與皮膚的接觸而使得傳導(dǎo)性降低，從而導(dǎo)致精度降低。
在本篇文章中，我將討論可穿戴溫度檢測(cè)系統(tǒng)框圖。
參考系統(tǒng)框架圖
圖1：可穿戴溫度貼片的參考系統(tǒng)框圖
在多數(shù)情況下，一次性溫度貼片系統(tǒng)由紐扣電池、連接的MCU和溫度傳感器組成。但是，在可充電轉(zhuǎn)化中，系統(tǒng)還包括一個(gè)電池充電器，如圖1所示。可穿戴式貼片的電池具有可彎曲性，這樣貼片就可以緊緊貼著患者的皮膚。
設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)之一是要確保高測(cè)量精度，同時(shí)又要保持使患者感到舒適的較小外形。使用高度集成的器件可實(shí)現(xiàn)纖薄的溫度貼片輪廓，從而提高患者舒適度。為了滿足關(guān)鍵要求，系統(tǒng)中的重要設(shè)備可以選擇TMP117、CC2640R2F和BQ21061（用于可充電型號(hào)），其說(shuō)明如下所示。
TMP117是一款高精度數(shù)字溫度傳感器。它旨在滿足ASTM E1112和ISO 80601對(duì)電子體溫計(jì)的要求。TMP117可在-20°C至50°C的溫度范圍內(nèi)無(wú)需校準(zhǔn)即可提供16位溫度結(jié)果，分辨率為0.0078°C，精度高達(dá)±0.1°C。
SimpleLink™低功耗藍(lán)牙®CC2640R2F是一款兼容Bluetooth 4.2和Bluetooth 5低功耗應(yīng)用的無(wú)線微控制器（MCU）。主動(dòng)工作模式下射頻和MCU低電流及低功耗模式電流消耗可為能量收集應(yīng)用或需要小型電池的應(yīng)用提供良好的使用壽命。CC2640R2F還集成了DC/DC轉(zhuǎn)換器，以簡(jiǎn)化電池供電設(shè)計(jì)。
BQ21061是一款高集成的電池充電管理集成IC，可應(yīng)用在最常見(jiàn)的可穿戴、便攜式和小型醫(yī)療設(shè)備用于系統(tǒng)電源的穩(wěn)壓輸出電壓軌、LDO以及按鈕控制器。該BQ21061 IC將線性充電器與PowerPath集成起來(lái)，可為小型電池快速精確地充電，同時(shí)為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓。該按鈕式控制器有助于實(shí)現(xiàn)可穿戴貼片的運(yùn)輸模式特點(diǎn)。
在過(guò)去的文章《可穿戴溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念》中，我們討論了如何選擇感測(cè)元件，包括熱敏電阻或集成電路溫度傳感器，以及在設(shè)計(jì)最小溫度時(shí)遇到的挑戰(zhàn)，如傳感器與病人的熱接觸、與其他熱源的隔離等等。這些都是可穿戴式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的更重要的方面。
結(jié)論
患者體溫監(jiān)測(cè)器的醫(yī)療精度帶來(lái)了一些困難的熱量挑戰(zhàn)。使用正確的傳感器，您只需稍微了解如何利用系統(tǒng)的放置和布局即可克服這些困難。
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