遠隔医療システム: 在宅医療モニタリングへのパラダイムシフト

このシステムにより、すべての患者データとバイタルパラメータをインターネットまたはWi-Fi経由で遠隔地の医師や介護者に転送するための安全なインターフェースが可能になります。さらに、患者と遠隔地の医師間のコミュニケーションを可能にするライブビデオ/オーディオストリーミング機能もあります。これらの設計には、高品質のストリーミングを可能にする統合カメラとスピーカー システムが含まれています。

ポータブル遠隔医療機器は、病院、移動診療所、地方の診療所、医療提供者の場所、および自宅訪問時に使用できます。これらのポータブル遠隔医療デバイスは、モバイル スクリーニングを実現し、患者が健康診断やオンラインでの医師の診察を受ける利便性を提供します。これにより、一次医療の領域が劇的に拡大し、全国に慢性疾患監視ネットワークが構築されることになります。以下の改善が実現できます。

• 国民はいつでもどこでも手軽に健康診断を受けることができるようになります。
• 迅速なテスト結果の連絡。
• すべての記録はデジタル化され、電子医療記録にアーカイブされます。
• すべての健康データは生涯の記録として保存できるため、各人が生涯にわたる健康追跡アーカイブを持つことができます。
• 医師は健康診断の結果に基づいてより簡単に診断することができます。
• 患者と医師の両方にとって時間を効率的に使用し、交通費や待合室の待ち行列をなくします。

システムブロック図

遠隔医療システムには、遠隔地の患者と医師をつなぐデバイスが必要です。このデバイスには、オーディオとビデオの通信インターフェイスと、有線または無線テクノロジーを介した接続が含まれます。このデバイスには、最小限のフィードバック遅延で効率的に連携するために、さまざまな電気的および機械的コンポーネント (電源管理ユニット、中央処理装置、通信インターフェイス、センサー インターフェイスなどの複数のハードウェア) が含まれています。中央処理装置は、他のすべてのコンポーネントとインターフェースするシステムの主要要素です。通信用のデバイス ファームウェア、アプリケーション ソフトウェア、クラウド接続インターフェイスがあります。

システムの利点

システムオンチップ (SoC) には、共通のフットプリントにシングルコアからマルチコアまでのプロセッサを搭載したオプションが用意されています。SoCは、2D/3D GPU、VPU、ビデオおよびオーディオのデコードおよびエンコード エンジン、ニューラル処理エンジン、セキュリティ モジュール、および周辺機器インターフェイスで構成されます。SoCはさまざまなオペレーティング システムを実行しますが、容量要件が異なる外部RAMやeMMC/UFS/フラッシュベースのメモリに接続するためにRAMおよびストレージ メモリ コントローラが必要になる場合があります。SoCは、遠隔医療システムを構成するためのエンドユーザーの要件に基づいて選択されます。

SoCの主な利点は、AIモデルをMCU上で直接実行できるため、エッジ デバイスがデータをクラウドやリモート サーバーに送信して処理することなく、インテリジェントな決定を下せることです。これにより、遅延が大幅に短縮され、応答時間が改善されます。これは、センサーテスト デバイスなどのリアルタイム アプリケーションにとって重要です。さらに、MCUまたはMPU上でAIモデルを実行すると、AI用に別のプロセッサを使用する場合に比べて消費電力とコストを大幅に削減できるため、多くのアプリケーションにとってより実用的なソリューションになります。最後に、暗号化アクセラレーションモジュール、セキュアブート、セキュア不揮発性ストレージ、セキュアRAMオプションはSoC機能によってサポートされています。

SoC上のディスプレイ インターフェイスを使用すると、患者と医療提供者はセンサー デバイスの読み取り値を理解しやすくなります。ディスプレイは、測定中にリアルタイムのフィードバックを提供し、タッチ入力やグラフィカル ユーザー インターフェイスなどの追加機能も提供します。カメラ モジュールは、MIPI-CSIを使用してSoCにインターフェースできます。組み込みディスプレイは、さまざまなサイズ/解像度で提供されており、SoCに接続するためのMIPI-DSIやLVDSなどのインターフェースも用意されています。SoCは、HDMIやディスプレイ ポートなどの外部ディスプレイ インターフェイスもサポートします。SoC上のオーディオ コーデック インターフェイスは、デバイスに接続するための複数のアナログまたはデジタル マイク インターフェイスとスピーカー アンプを提供できます。デバイス上で実行されているオーディオ エンジンとオペレーティング システムでは、外部3.5 mmオーディオ ジャックまたはBluetoothベースのオーディオ接続のいずれかがサポートされます。

無線通信モジュールには、市場で一般的に使用されているインターフェースであるWi-Fi、Bluetooth、LTE/5Gが含まれています。最新の技術標準を備えた外部ワイヤレス モジュールまたはチップセット ベースのソリューションが利用可能です。これらのモジュールまたはチップセットは、USB、PCIe、UART、PCM、およびSDIOインターフェイスを介してSoCとインターフェイスできます。LTEとBluetooth Low Energy (BLE) をワイヤレス通信プロトコルとして使用すると、いくつかの利点があります。LTEとBLEは、テストセンサー データをリアルタイムで送信するための安全で信頼性の高いワイヤレス接続を提供し、医療提供者が患者を遠隔で監視し、異常が発生した場合に迅速に対応できるようにします。LTEは、患者と医師間のグローバル通信とデータ転送に使用されます。BLEは、センサーテストデバイスから制御デバイスにデータをリアルタイムに送信するために使用されます。全体として、センサーテストデバイス上の無線通信プロトコルとしてLTEとBLEを使用すると、患者ケアの改善、患者エクスペリエンスの向上、医療提供者の効率化が可能になります。

エッジ ソリューション、特にバッテリー駆動のデバイスを正常に動作させるには、電源管理が重要です。まず、USB-Cは電力とデータ通信の両方を提供できる多目的インターフェースであり、1本のケーブルで両方の機能を提供できます。これにより、エッジ ソリューションの設計が簡素化され、必要なケーブルの数も削減されます。2番目に、エッジ ソリューションにバッテリーを組み込むと、停電の際にバックアップ電源が提供され、デバイスが電源コンセントから独立して動作できるようになります。さらに、バッテリーは電力の変動を平滑化し、PMICへの負担を軽減し、システム全体の安定性を向上させます。3番目に、燃料計を使用すると、バッテリーの充電状態と残量を正確に測定できます。これにより、予期しない電力損失を防ぎ、より適切な電力管理が可能になります。最後に、PMICを使用して、バッテリー電圧をシステムに必要な複数の出力電圧に効率的に変換できます。これにより電力損失が削減され、エネルギー効率が向上し、デバイスのバッテリー寿命が延びます。全体として、USB-C、バッテリー、PMICを使用して電源管理を実装すると、エッジ ソリューションの信頼性と効率性が向上し、より柔軟で便利なユーザー エクスペリエンスが提供されます。

このシステムはポータブルかつモバイルで、人間のバイタルパラメータを監視するデバイス用のプラグイン機能を備えています。これらのプラグインは、USB、SPI、UART、I2C、BLE、またはWi-Fiを介して実行できます。使用事例に応じて、患者はこれらのモニタリング デバイス (SpO2、スパイロメーター、ECG、BGM、IR温度、耳鏡) を在宅ヘルスケアに使用できます。このアプローチにより、医療専門家は安全な環境で遠隔的に患者のケアと健康を向上させるためのすべてのパラメトリック データを入手できます。

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