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

このシステムは、インターネットまたはWi-Fiを介してすべての患者データやバイタルパラメータをリモート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を提供する可能性があります。さらに、患者とリモートの医師の間でコミュニケーションを可能にするライブのビデオ/オーディオストリーミング機能も備えています。この設計には、高品質なストリーミングを可能にする統合型カメラおよびスピーカーシステムが含まれています。

携帯型遠隔医療デバイスは、病院、移動診療所、地方診療所、医療提供者の拠点、そして訪問診療時に使用できます。この携帯型遠隔医療デバイスによってモバイル検査が可能になり、患者が健康チェックやオンライン診療をより便利に受けられるようになります。これにより、一次医療の範囲が劇的に広がり、全国的な慢性疾患モニタリングネットワークの構築が進みます。以下のような改善が実現されるでしょう。

システムブロック図

遠隔医療システムには、患者を医師とつなぐデバイスが必要です。このデバイスは、音声・映像の通信インターフェースと有線または無線技術による接続機能を含んでいます。このデバイスは、最小限のフィードバック遅延で効率的に動作するために、多種多様な電気的および機械的コンポーネントが組み合わさっています。すなわち、電源管理ユニット、中央処理装置、通信インターフェース、センサーインターフェースなど、いくつかのハードウェアが含まれています。中央処理装置は、すべての他のコンポーネントと連携するシステムの主要な要素です。また、デバイスのファームウェア、アプリケーションソフトウェア、およびクラウド接続インターフェースが通信に利用されています。

システムの利点

システムオンチップ (SoC) は、共通のフットプリントで単一コアからマルチコアプロセッサを備えたオプションが利用可能です。SoC には、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、ニューラルプロセッシングエンジン、セキュリティモジュール、周辺インターフェースが含まれます。SoC は、外部RAMおよびeMMC/UFS/フラッシュベースのメモリと異なる容量要件で接続するためのRAMおよびストレージメモリーコントローラーを必要とする異なるOSを実行します。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モデルを直接MCU上で実行できることです。これにより、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を行う必要がなくなるため、インテリジェントな判断を即座に行うことが可能になります。これにより、センサー検査装置などのリアルタイムアプリケーションにおいて、遅延を大幅に削減し、応答時間を向上させることができます。さらに、MCUやMPU上でAIモデルを実行することによって、AI専用のプロセッサを使用する場合と比べて、電力消費とコストを大幅に削減することができ、多くのアプリケーションにおいてより実用的なソリューションとなります。最後に、暗号化加速モジュール、安全なブート、安全な不揮発性ストレージ、安全なRAMオプションなどがSoCの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ースの使用により、患者や医療提供者がセンサーやデバイスの読み取り結果をより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インターフェースなどの追加機能も備えることができます。カメラモジュールはMIPI-CSIを介してSoCに接続することができます。組み込み型ディスプレイは、さまざまなサイズや解像度で提供されており、MIPI-DSIやLVDSといったインターフェースを使用してSoCに接続することができます。また、SoCはHDMIやDisplayPortのような外部ディスプレイインターフェースもサポートしています。SoC上のオーディオコーデックインターフェースは、複数のアナログまたはデジタルマイクロフォンインターフェースやスピーカーアンプをデバイスに接続するために提供することができます。外部の3.5mmオーディオジャックやBluetoothベースのオーディオ接続は、デバイス上で稼働するオーディオエンジンとオペレーティングシステムによってサポートされます。

ワイヤレス通信モジュールには、Wi-Fi、Bluetooth、およびLTE/5Gといった市場で一般的に使用されているインターフェースが含まれています。最新の技術標準に基づく外部ワイヤレスモジュールやチップセットベースのソリューションも利用可能です。これらのモジュールやチップセットは、SoC（System-on-Chip）とUSB、PCIe、UART、PCM、SDIOインターフェースで接続することができます。ワイヤレス通信プロトコルとしてLTEおよびBluetooth Low Energy（BLE）を使用することで、いくつかの利点が得られます。LTEとBLEは、リアルタイムでテストセンサーのデータを安全かつ信頼性の高いワイヤレス接続で送信することを可能にし、医療提供者が患者を遠隔監視し、異常があった場合には迅速に対応することを可能にします。LTEは、患者と医師の間でグローバルな通信およびデータ転送に使用されます。BLEは、センサー試験装置から制御装置にリアルタイムでデータを送信するために使用されます。全体的に見て、センサー試験装置でのワイヤレス通信プロトコルとしてLTEとBLEを使用することで、患者ケアを向上させ、患者の体験を向上させ、医療提供者の効率を高めることができます。

電力管理は、エッジソリューションの成功した運用にとって重要であり、とりわけバッテリー駆動のデバイスにおいてその重要性が際立ちます。まず、USB-Cは電力供給とデータ通信の両方を提供できる汎用性の高い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可能です。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が減ります。次に、エッジソリューションにバッテリーを組み込むことで、停電時のバックアップ電源を提供し、電源コンセントに依存せずデバイスが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への負担を軽減してシステム全体の安定性を向上させる役割を果たします。第三に、燃料ゲージを使用することでバッテリーの充電状態および残りの電力を正確に測定できます。これにより、予期せぬ電力喪失を防ぎ、より良い電力管理が可能となります。最後に、PMICを使用してバッテリー電圧をシステムが必要とする複数の出力電圧へ効率的に変換することができます。これにより電力損失が減少し、エネルギー効率が向上してデバイスのバッテリー寿命が延びます。このように、USB-C、バッテリー、PMICを活用した電力管理を実装することで、エッジソリューションの信頼性と効率性を向上させ、より柔軟で使いやすいユーザー体験を提供することが可能となります。

このシステムは、持ち運び可能でモバイル対応しており、人間のバイタルパラメータを監視するデバイス向けに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を通じて実現できます。利用ケースによって、患者はこれらの監視デバイス（SpO2、スパイロメーター、心電図(ECG)、血糖測定器(BGM)、赤外線体温計、耳鏡）を利用して自宅でヘルスケアを行うことができます。このアプローチにより、医療専門家は患者のケアと健康を向上させるために必要なすべてのパラメトリックデータを、セキュアな環境で遠隔地から得ることが可能となります。

アローの専門家の助けを借りて、テレヘルスシステムの構築を始める準備はできていますか？

トレーニング/リソース

以下をクリックして、テレヘルスアプリケーション概要の無料コピーをダウンロードしてください。

遠隔医療アプリケーション設計サポート

以下のフォームにご記入ください。Arrowの担当者が可能な限り迅速に設計に関するサポートを提供いたします。

このフォームを送信することにより、arrow.com の利用が Arrow の利用規約およびプライバシーポリシーの対象であることを認めたものとみなされます。