パンデミックにより、人々は混雑した病院を避け、病気を予防するために自宅で必要なケアを受けることを好むようになり、医療分野のデジタル変革が加速した。遠隔医療やリモートヘルスケアサービスの急速な導入により、医療用モノのインターネット (IoMT) の需要が加速し、よりスマートで正確、かつ接続性の高いウェアラブルおよびポータブル医療機器の必要性が高まっています。この記事では、ヘルスケア アプリケーションのトレンドと、Silicon Labsが発表したワイヤレス ソリューションの製品機能について説明します。
医療機関は医療用モノのインターネットの導入を大幅に加速させている
パンデミックの発生以来、世界中の医療機関では医療IT予算の割合が急増しており、大規模な医療機関は、特にスマート病院やクリニックにおいてデジタル変革イニシアチブへの投資を強化しています。
医療従事者と消費者は現在、遠隔医療サービスの需要の急増に対応して、医療の実践と提供にテクノロジーをより効果的に活用する方法を目の当たりにしています。IoMTの普及により医療業界は変革を遂げており、在宅医療や遠隔医療を問わず、臨床医療環境のデジタル変革と従来の臨床環境を超えたデジタル変革が推進されています。スマート医療施設機器の予測メンテナンスと調整から医療リソースの臨床効率、家庭での遠隔健康管理まで、これらのデバイスは医療業務に革命をもたらし、患者が自宅で通常の生活の質を享受できるようにし、アクセシビリティを高め、健康成果を改善します。
パンデミックにより、IoMTの広範な導入も加速しました。この傾向に対応するために、デバイスメーカーは課題に直面しています。安全でエネルギー効率の高いワイヤレス接続を、歯よりもさらに小さい極めて小さなサイズに統合する必要があります。しかし、健康の問題に関しては、サイズだけが懸念事項ではありません。バッテリー寿命、電力消費、セキュリティ、エネルギー効率も同様に重要です。
ほとんどのIoTウェアラブルおよびポータブル医療機器では、人々の生体認証データを正確に追跡する必要があります。これにより、医療提供者は患者を遠隔で監視し、進行状況を追跡し、必要に応じて介入することができます。医療機器の保存期間と使用期間は数日から数か月、さらには数年に及ぶため、機器の寿命はここでは非常に重要です。
さらに、人工知能/機械学習 (AI/ML) はヘルスケア分野に大きな影響を与えています。血糖値モニター (BGM)、持続血糖値モニター (CGM)、血圧モニター、パルスオキシメーター、インスリンポンプ、心臓モニタリング システム、てんかん管理、唾液モニターなど、多くのポータブル医療機器のメーカーは、AI/MLがよりスマートで高速、かつエネルギー効率の高いアプリケーションの作成に役立つと考えています。
低消費電力、小型フォームファクタのエンドデバイス向けに特別に設計されたSoC
Silicon Labsは、IoTデバイス向けに安全かつエネルギー効率に優れたマルチプロトコル ワイヤレス接続を提供するように設計された低電力SoCの新シリーズを発表しました。このシリーズには、マルチプロトコルSoC MG27とBluetooth LE SoC BG27が含まれます。
Silicon Labsが開発したEFR32MG27シリーズは、同社のZigbee製品ポートフォリオを拡張し、低電力、小型フォームファクタのエンド デバイス向けに特別に設計されています。これらのSoCにはDCDCブースト コンバータが統合されており、IoTデバイス メーカーは0.8ボルトという低電圧で動作できるため、単一セルのアルカリ電池やボタン電池の使用が可能になり、デバイスのフォーム ファクタとコストが削減されます。
EFR32MG27は、DSP命令と効率的な信号処理のための浮動小数点ユニットを備えた高性能32ビット76.8 MHz ARM Cortex®-M33プロセッサを搭載した低電力ワイヤレス システムオンチップです。最大768 kBのフラッシュ プログラム メモリと最大64 kBのRAMデータ メモリが搭載されています。低いシステム消費電力で2.4 GHz無線操作をサポートし、16ビットのアナログ/デジタル コンバータ (IADC)、アナログ コンパレータ (ACMP)、出力状態保持と非同期割り込み機能を備えた最大26個の汎用I/Oピンなど、幅広いMCU周辺機器オプションを提供します。さらに、8チャンネルDMAコントローラと12チャンネルPeripheral Reflex System (PRS) も搭載されています。
EFR32MG27は、(G)FSK、OQPSK DSSS、(G)MSKなどのさまざまな変調形式をサポートし、Zigbee、Bluetooth Low Energy (Bluetooth 5.4)、Bluetooth Mesh、独自の2.4 GHzプロトコルなどの複数のプロトコルと互換性があります。-40°C ～ 125°Cの広い動作温度範囲を提供し、QFN40およびQFN32パッケージをサポートし、ARM TrustZoneなどの強力なセキュリティ機能を備えています®。
Silicon Labsは、EFR32xG27シリーズに基づく顧客の製品開発を加速するために、EFR32xG27 Pro +4 dBmキット (xG27-PK6019A) も発表しました。このキットは、CSPパッケージ、DCDCブースト コンバーター、2.4 GHzワイヤレス プロトコル (BLEおよびBluetooth Meshを含む) のサポートを備え、EFR32xG27 SoCを使用したワイヤレスIoTデバイスの開発をサポートするように設計されています。
超小型WLCSPパッケージでBluetoothワイヤレスSoCを提供
Bluetooth LE SoCは超小型ポータブル医療機器に最適な選択肢であり、接続された医療機器は遠隔ケア サービスの提供、医療費の削減、病気の蔓延防止、自宅からの医療サービスへのアクセス向上に不可欠です。
Silicon Labsは、超小型WLCSPパッケージ (2.3mm x 2.6mm) を備え、ボタン電池を使用して動作できる、新たな可能性を切り開くEFR32BG27シリーズ2 Bluetooth® ワイヤレスSoCも提供しています。デバイスメーカーは、パフォーマンスとセキュリティを犠牲にすることなく、超小型パッケージ アプリケーションの要求を満たすことができます。BG27 Bluetooth SoCにはDCDCブースト機能が統合されており、0.8ボルトという低電圧で動作できます。電池駆動パッチ、ウェアラブル心電図 (ECG)、持続血糖モニタリング (CGM) デバイスなどの医療用途で一般的に使用される単セルアルカリ電池と1.5ボルトのボタン電池をサポートします。さらに、BG27のウェイクアップ ピンにより、倉庫内または輸送中の製品を20 nA未満の電力消費で数か月間閉じた状態に保つことができ、バッテリーが完全に充電された状態で使用できるようになります。内蔵クーロン カウンターはバッテリー レベルを正確に監視し、重要なアプリケーションで予期しないバッテリー消耗を防ぎます。対象アプリケーションには、接続された医療機器、ウェアラブル、センサー、スイッチ、スマートロック、商用照明、LED照明などがあります。BG27により、デバイス メーカーは高性能、安全、低電力のBluetooth LEを小型パッケージ デバイスに追加できるようになり、スマート コネクテッド医療機器やウェアラブル デバイスの可能性が広がります。
低電力ワイヤレスSoCであるEFR32BG27は、効率的な信号処理のためのDSP命令と浮動小数点ユニットを備えた高性能32ビット76.8 MHz ARM Cortex®-M33を搭載しています。最大768 kBのフラッシュ プログラム メモリと最大64 kBのRAMデータ メモリを提供し、2.4 GHz無線操作、低システム エネルギー消費、および16ビット アナログ/デジタル コンバータ (IADC)、アナログ コンパレータ (ACMP)、出力ステータス保持と非同期割り込み機能を備えた最大26個の汎用I/Oピン、8チャネルDMAコントローラ、および12チャネルPeripheral Reflex System (PRS) を含む幅広いMCU周辺機器オプションをサポートします。
EFR32BG27は、完全に構成可能なシェーピング機能を備えた (G)FSK、OQPSK DSSS、(G)MSKなどのさまざまな変調形式をサポートします。サポートされているプロトコルには、Bluetooth Low Energy (Bluetooth 5.4)、Bluetoothメッシュ ネットワーキング、独自のソリューションなどがあります。EFR32BG27は -40°C ～ 125°Cの広い温度範囲で動作し、QFN40、QFN32、WLCSP39の3つのパッケージ オプションをサポートします。ARM® TrustZoneなどの強力なセキュリティ機能が搭載されています®。EFR32BG27は、医療機器メーカーが高性能Bluetooth LE接続をより小型で難易度の高いデバイス パッケージに統合し、差別化の機会を創出し、新しい市場カテゴリに参入し、購入者の魅力を高めるのに役立ちます。
Silicon Labsは、CSPパッケージング、DCDCブースト、BLEおよびBluetoothメッシュ ネットワーキングを含む2.4 GHzワイヤレス プロトコルのサポートを特徴とする、EFR32xG27ベースのワイヤレスIoTデバイスの開発をサポートするEFR32xG27 Proキット +4 dBm (xG27-PK6019A) を提供しています。
AI/MLハードウェアアクセラレータを内蔵したワイヤレスSoC
Silicon Labsは、AI/MLハードウェア アクセラレータを内蔵した業界初のワイヤレスSoC、xG24シリーズSoCも発表しました。xG24は、Matter認定デバイス、マルチプロトコル操作、Bluetooth LEアプリケーションなどの構築に適した画期的な製品です。
CSPのEFR32BG24B310F1536IJ42ワイヤレスSoCは、BLE IoTワイヤレス接続に最適なソリューションです。臨床およびポータブル医療機器、スマートホーム、照明機器などに応用されています。IoTデバイス メーカーは、高性能RF、低消費電流、AI/MLハードウェア アクセラレータ、PSAレベル3セキュリティ認証などの主要機能により、エンドユーザーのプライバシーを保護しながら、コンパクトなフォーム ファクターでよりスマートで高速、かつエネルギー効率に優れたアプリケーションを作成できます。
BG24には、最大1536 MBのフラッシュ、256 kBのRAM、最大20個のGPIOの大容量ストレージが搭載されており、ソフトウェア、設計、プロトコル、周辺機器に十分なリソースを提供し、成長の余地を残しています。
このシングルチップBG24は、78 MHz ARM Cortex-M33プロセッサ、高性能2.4 GHz無線、業界をリードする20ビット アナログ - デジタル コンバータ (16ビットENOB)、16ビットADC、および12ビットADCを最適化された組み合わせで組み合わせています。また、機械学習アルゴリズムを処理するためのAI/MLハードウェア アクセラレータも搭載されており、ARM Cortex-M33を解放して他の操作を実行できるため、パフォーマンスとエネルギー効率が向上します。これらのSoCは、市場で最高のセキュリティと最高のRFパフォーマンス/効率比を備え、幅広い2.4 GHzワイヤレスIoTプロトコルをサポートします。BG24は、正確なオンチップ基準電圧と堅牢なRF干渉耐性も提供し、市場での競争上の優位性を獲得し、顧客満足度を高め、製品の売上を伸ばす高精度の医療機器の設計を可能にします。
IoTでのAIや機械学習の導入を検討する場合、設計者はエッジ アプリケーションを実現するためにパフォーマンスとエネルギー効率を犠牲にしなければならないことがよくあります。BG24の専用の組み込みAI/MLアクセラレータを搭載したこのハードウェアは、複雑な計算を効率的に処理するように設計されており、パフォーマンスは最大4倍、エネルギー効率は最大6倍向上します。機械学習の計算をクラウドではなくデバイス上でローカルに実行することで、ネットワークの遅延がなくなり、デバイスはより迅速に意思決定を行い、アクションを実行できるようになります。
BG24はSilicon Labs製品ポートフォリオの中で最大のフラッシュおよびランダム アクセス メモリ (RAM) 容量を備えており、大規模なデータセットを使用したMLアルゴリズムのトレーニング向けにデバイスを進化させることができます。PSAレベル3認定のSecure Vaultセキュリティ テクノロジーを搭載したBG24は、IoTデバイスに最高レベルのセキュリティを導入し、スマート ロック、医療機器、その他の機密性の高い展開などの製品に必要なセキュリティ機能を提供します。これらの製品では、外部の脅威に対するデバイスのセキュリティ保護を強化することが重要です。
Silicon Labsは、EFR32xG24をベースにしたワイヤレスIoTデバイス開発をサポートするように設計されたEFR32xG24 Pro +20 dBmキットも提供しており、BLE、Bluetooth Mesh、Zigbee、Thread、Matterなどの2.4 GHzワイヤレス プロトコルの開発をサポートしています。
結論
世界中の医療機関は医療IT予算を大幅に増加し、よりインテリジェントな医療機器を調達しています。消費者側では、スマートコネクテッド医療機器やウェアラブル機器の導入も急速に拡大しており、大きな市場の可能性を秘めています。Silicon Labsが提供するワイヤレス ソリューションは、インテリジェンス、サイズ、電力消費の面でヘルスケア アプリケーションの厳しい要件を満たすことができるため、ヘルスケア市場への参入を検討しているメーカーにとって理想的な選択肢となります。