盡管可植入射頻收發器芯片技術的進步推動了體內醫療通信技術的發展，但是超低功耗無線人體傳感器的快速發展卻促進了體外通信技術的形成。進而，構成人體局域網（即BAN）平臺，實現體內/體外醫用傳感器與監測工具的無線連接，實時提供病人的健康數據。

隨著寬帶移動電子技術與超低功耗消費電子的結合，以及可植入半導體無線收發器芯片和傳感器日趨小型化，全球的醫療保健和健康診療手段正發生著快速的變化。

從而，支持遠程實時醫療檢測和治療的新服務與應用不斷涌現，進而促進普及式醫療服務發展到一個全新的水平。去年，在美國檀香山召開的國際微波大會上，日本橫濱國立大學醫療信息通信技術研究所主任Ryuji Kohno教授在他的主題演講中指出了高級無線通信技術的一個全新的發展方向，并介紹了日本開展的醫療信息通信技術（ICT）研究項目和有關活動。通過一個名為“u-日本計劃”的五年計劃（2006年-2010年），日本政府將努力構建一個安全而可靠的醫療服務普適網絡。

為了實現這種醫療衛生保健服務，在日本開展的醫療信息通信技術（ICT）研究項目和有關活動將探索多種新技術，包括RFID、網絡機器人、傳感網絡、基于先進UWB（超寬帶）技術的移動通信系統、SDR（軟件無線電）和MIMO（多入多出）技術。因此，他補充道，我們需要在超低功耗放大器和LNA（低噪聲放大器）、軟件可重構射頻技術、可植入芯片專用天線和可感知傳感機器人等領域展開進一步的研究工作。此外，封裝技術對于可穿戴與可植入器件也是至關重要的。

日本橫濱國立大學醫療信息通信技術研究所主任Ryuji Kohno教授認為，人用可植入器件技術的發展以及可植入無線芯片的出現促進了體內通信技術的發展，從而支持新的監測、診斷和治療應用。最后，Kohno教授介紹了一種由奧林巴斯公司研制的無線膠囊式內窺鏡，利用這種器件可以以非侵入的方式檢測人體小腸。

可植入器件

對于可植入半導體芯片和體內通信技術，Zarlink半導體公司不斷改進其可植入超低功耗收發器ZL70101（參見“促成體內通信的可植入超低功耗無線芯片”，《RF Design》，2007年6月，p.20），用于醫療遙測系統鏈接植入的醫療器件和監測設備。實際上，Zarlink已經實現了這種器件，推出了醫療診斷用的藥片式攝像機。這種攝像機采用CMOS成像技術拍攝圖像，并以每秒4幀、2.7Mbps的數據速率將圖像傳輸給記錄儀。其傳輸數據時的功耗只有5.2mW左右，能夠工作8個小時以上。Zarlink 公司醫療通信部市場主管Peter Putnam指出，這種藥片式攝像機已經獲得了FDA認證，并在600,000名病人身上進行過臨床實驗。

此外，Putnam還指出，這種產品已經成功應用在一種在產的心臟起搏器上。但是，Zarlink公司對此不打算授權OEM廠商。這種產品的其他目標應用包括神經刺激器、藥物泵、ICD（可植入式心率除顫器）和某些生理監護儀。

此外，Zarlink還以ZL70101可植入收發器為基礎，推出了一種開發工具包，能夠對集成了植入式醫療器件與監測和編程設備的無線遙測系統進行更快速的設計和評估。

ZLE70101 ADK（應用開發套件）展示了ZL70101收發器支持的高速、超低功耗、可靠通信鏈路。這種高度集成的射頻芯片具有最高800kbps的數據速率，工作在MICS（醫療植入通信服務）專用的402-405MHz頻段。該芯片在完全工作模式下的電源電流只有5mA，結合一種獨特的“喚醒”接收器，該芯片在休眠模式下只有極低的250nA電流。

在植入和基站平臺上采用常用的微控制器能夠快速集成到用戶的專用系統設計中。運行于Windows環境的GUI（圖形用戶界面）通過USB2.0接口連接MICS射頻板。該開發套件還包括一種應用開發平臺（ADP100）板，它通過USB2.0接口連接PC機和植入或基站夾層板。應用植入夾層（AIM100）板用于實現所有與MICS相關的植入式通信。該電路板包括ZL70101收發器、用于常規數據傳輸和喚醒操作的匹配網絡離散電路、通過工業標準SPI總線連接ZL70101的專用微控制器，以及用于連接PCB環形天線的SMA連接器（如圖1所示）。

此外，基站夾層（BSM100）板用于實現所有與MICS相關的基站/監測設備通信處理工作。該電路板與AIM100具有相同的功能，此外還包括一個喚醒發射子系統和一個用于實現CCA（clear-channel assessment，空閑信道評估）的RSSI（received-signal-strength indicator，接收信號強度指示）濾波器。BSM100板還包括一個針對MICS波段進行了性能優化并支持喚醒信號功能的雙波段天線。為了最大限度地縮短開發時間，ADP100、AIM100和BSM100板提供了源碼詳細注釋的嵌入式固件，以幫助開發人員快速掌握芯片的編程需求，同時支持固件重用。

同時，Zarlink公司還與位于英國的歐盟Healthy Aims（健康目標）項目合作。研究人員正在研究有關醫療技術，包括集成無線功能的可植入式器件。其中一個應用是FES（functional electrical stimulation，功能性電刺激），它利用植入器件的信號刺激肌肉促進肢體的運動。Zarlink公司還針對這一應用開展了體內天線的研發工作。

Cambridge Consultants公司憑借其在醫療保健和無線通信方面的技術實力，開發出了一種用于體內醫療診斷和治療的控制與通信架構，稱為SubQore。Cambridge Consultants公司的外科與介入產品主管Mark Manasas談到，SubQore的設計兼容MICS波段，當植入皮下時無線傳輸范圍可達2m。他還提到，“它采用了一種可定制的架構，用戶可以將其變成定制ASIC。我雖然不太清楚該架構的模擬進展，但是該設計集成了多個預先開發的低功耗硅模塊，這些模塊在以前的設計中都得到了驗證。”

此外，Zarlink公司還不斷努力降低可植入收發器芯片的功耗。圍繞這一目標，70102將采用支持最新射頻架構和調制技術的0.18 ?m射頻CMOS工藝，并有望在今年下半年推向市場。

體外通信

在Zarlink和Cambridge Consultants致力于研究用于人體連網的體內通信技術的同時，英國的Toumaz技術公司正在尋找體外通信的解決方案，以改進醫療保健和生活方式的管理水平。圍繞這一目標，Toumaz公司研制出了一種稱為Sensium的超低功耗無線人體監測片上系統。然后利用Sensium研制出了一種標貼了數字橡皮膏的可穿著傳感器。當病人穿著這種傳感器時，其中的數字橡皮膏（如圖2所示）能夠連續監測多種健康指標，例如心律、體溫、脈搏速率和呼吸頻率，并將這些數據傳輸給安裝了醫療記錄儀的基站。

簡而言之，Sensium是一個超低功耗傳感器接口和收發器平臺，其中包括一個可重構傳感器接口、一個帶8051處理器的數字模塊、一個射頻收發器模塊和一個片上溫度傳感器。此外，它的片上編程功能和內置的數據存儲器能夠實現信號的本地處理。一塊或多塊基于Sensium的數字橡皮膏能夠連續監測人體的一些關鍵生理參數，將結果報告給接插在PDA或者智能電話上的基站Sensium。應用軟件可以進一步過濾和處理這些數據。據開發人員所稱，一個Sensium利用一塊30mAhr的電池能夠工作一年。

在這種應用中，系統架構可以分成三個部分：目標站、基站和Web服務器/中心數據庫。可穿戴的傳感器節點（目標站）支持多種傳感器，產生數據的速率可達50kbps。所有來自傳感器的低級模擬信號首先都經過芯片的預處理，然后作為射頻信號傳輸給基站?；咀疃嗫涉溄?個目標站，每個目標站負責監測人體上的多個生理信號。

這款型號為TZ1030的高集成度醫療芯片憑借其獲得專利的AMx（advanced mixed-signal，高級混合信號）技術，采用英飛凌的130nm射頻CMOS工藝流片。實際上，這款芯片借鑒了倫敦皇家學院在超低功耗射頻電路和信號處理方面的先進技術（如圖3所示）。Toumaz公司的COO和聯合創辦人Keith Errey認為，該芯片經過最初的功能測試已經達到了所有的目標精度和性能參數。他同時指出，這款超低功耗1V SoC芯片很快將投入批量生產。

同時，研發人員還努力推動相關產品的戰略研發以及面向美國主要醫療保健服務供應商的推廣工作。盡管還沒有找到OEM合作伙伴，但是Toumaz認為其美國合作伙伴將在獲得管理授權、制造、營銷和推廣方面提供幫助。

目前，該芯片在1V電壓下的工作電流只有3mA。研發人員希望今后繼續大幅度降低該芯片的功耗。因此，正在研究新的無線架構和其他的調制技術。此外，該芯片采用了FSK（frequency-shift keying，頻移鍵控）技術，載波頻率為868/915MHz，采用了80腿的BGA封裝。研發人員還力爭在不犧牲功耗的情況下，將其數據速率從50kbps提高到150kbps。

據Errey所稱，供應商不斷改進數字橡皮膏的性能，這項工作仍在進行之中。有待解決的問題包括尋找具有生物親和性、能夠透水透氣、制造成本低廉的柔性材料。

人體局域網

隨著超低功耗可植入器件與體外射頻器件和傳感器的發展，人體局域網（BAN）通過高速、短距離的無線技術實現植入的醫療器件和體外傳感器的無線互連，并利用監測工具實時提供病人的健康數據。實際上，針對這一目標，IEEE 802委員會于2007年12月批準成立了第6工作組（TG6），著手制訂IEEE 802.15標準，并任命Arthur W.Astrin 擔任該工作組的主席。Astrin是位于加州帕洛阿爾托的Astrin Radio公司的CEO。

該工作組將制訂一個在人體附近或體內進行短距離無線通信的標準，使用由國際醫療管理局授權的頻段。實際上，2006年在芬蘭奧盧市召開的第二屆國際醫療信息與通信技術大會（ISMICT’07）上，Astrin在其發表的一篇論文中指出，下列頻段是這一應用的候選頻段：

MICS頻段：402-405MHz：美國、歐盟、韓國、日本（FCC 47 CFR 95.601-95.673 E元件）；

醫療無線通信FCC提議頻段：401-402MHz和405-406MHz；

無線醫療遙測服務（WMTS）頻段：608-614MHz (TV ch. 37)、1395-1400MHz、1427-1432MHz；

工業、科學和醫療（ISM）頻段：868/915MHz、2.4GHz、5.8GHz；

UWB頻段；

RFID鏈路：135kHz、6.78MHz、13.56MHz (ERC Rec. 70-03)；

感應鏈路頻段：9 kHz-315kHz (ECC Report 12)；

電容性無載波基帶傳輸。

該論文還指出了BAN的基本需求。按照該文的說法，BAN的信號覆蓋距離為2－5m，在1m距離內的功耗約為1mW/Mbps。對于BAN節點的供電問題，Astrin在論文中建議采用可充電的鋰電池、感應式再充電和能量采集技術作為體內器件的電源。同樣，對于體外傳感器，可以考慮采用溫度差、不可再充電電池（干鋅電池、鋰電池和氧化銀電池）或者可再充電的鋰離子電池作為電源。

為了推進這一進程，IEEE 802.15.6工作組已經于今年元月份在臺灣臺北市召開了首次會議。其實，在2－5m的覆蓋距離上，802.15.6將主要面向三類市場應用：醫療衛生保健服務、殘疾人輔助、人體交互與娛樂。但是，最終確定這一標準并沒有正式的官方時間表。

此外，位于日本神奈川的NICT（National Institute of Communications and Information Technologies，國立通信與信息技術研究所）醫療信息與通信技術小組的研究員Marco Hernandez和Ryuji Kohno已經為BAN研制出了一種新的物理層（PHY），并將其推薦給了IEEE標準工作組802.11.6.

由于BAN需要極低的功耗，研究人員從信息理論的角度研究了一套極低功耗狀態下的信號傳輸理論。在實際實現時，Hernandez和Kohno實現了真實系統能耗的下界，包括發射器和收發器上的功耗。Hernandez談到，當收發器貼近人體工作時（某些情況下在人體身上實現），被人體組織吸收的輻射量大小尤其值得注意。為此，研究人員為BAN設計了一種結構簡單、能效高、風險低、組織加熱的UWB信號。為此，他們將實際收發器的影響和信息理論結果考慮在內，設定了能效指標，作為低功耗系統設計的起點。此外，他們還預估了在偶極天線的進場和遠場中基于SAR的安全性指標。

實際上，根據已經取得的研究成果，Marco和Kohno提出了帶非相干檢測的開關信號產生方案，采用截角調制正弦函數作為PHY的脈沖波形。為了驗證這一方案的可行性，兩位研究人員已經基于CMOS工藝實現了低功耗UWB收發器。這一研究成果已經作為論文“Ultralow-power UWB signal design for body area networks”發表在ISMICT’07大會上。