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“麻沸散”是古代早出現的麻醉劑，進而開啟了新的醫療時代；而抗生素的出現，更是將西方醫療推上了一個全新的高潮。在沉寂了數十年后的今天，醫療在RFID技術的助力下再次煥發出新的春天。智能醫療時代來啦！
RFID系統為豐富多樣的醫療保健應用創新打開了一扇窗，不過為了保證系統性能穩定，并且與其他醫療系統良好地兼容，任何新興的醫療技術都必須經受嚴格的檢驗，生物醫學領域的射頻標識設備也不例外。
RFID系統提升醫療護理水平
射頻識別技術在很多行業具有廣泛應用。然而提及醫療領域，尺寸卻成為了一個關鍵設計難題。RFID標簽的較窄一端大小相當于一粒米，然而這還不夠，細胞水平的應用(例如研究和診斷)需要進一步縮小設計尺寸。
斯坦福大學的一組研究人員研發出一款可植入細胞(例如皮膚或癌細胞)的微型RFID標簽。標簽約相當于人類發絲粗細的五分之一。它與專門的射頻標識讀寫器配合使用，可以解釋數據、實時監控細胞活動。在未來，微型RFID標簽還可以傳感器相互連接，促進生物治療技術的發展，例如抗體檢測和癌細胞破壞。
不管醫生的臨床照顧有多么周到，患者恐怕都很難享受以被戳刺的方式來檢測生命體征。在美國康奈爾大學，研究人員設計了特高頻(ultrahighfrequency，簡稱UHF)RFID標簽，它不僅可以監測心率、呼吸和血壓等生命體征，甚至根本不需要接觸患者。標簽可以放入腕帶，或縫制到衣服中。RFID讀寫器與標簽進行無線通信，能夠同時監控多名患者。該系統依靠后端軟件來管理、解釋和監控數據。由此一來，醫生能夠準確了解每位患者的生命系統特征，醫療人員可以在測量生命體征時節省時間和精力，患者變得更加舒心，實在是一舉多得。
舉例來說，睡眠障礙和睡眠呼吸暫停這兩種病癥往往得不到有效治療。雖然它們可能導致五花八門的健康和安全問題，但是很少患者習慣接受夜間睡眠測試，畢竟睡眠監測不僅非常昂貴，而且容易打亂患者的日程安排，可在家進行的測試又很難操作。(我自己經常在家進行睡眠測試，每次必須將系統捆綁在胸前，把呼吸管粘在臉上，又要盡力使手指上的監控器不脫落，體驗極其難受，又不方便)。
為了提供支持，意大利RADIO6ENSE公司、巴勒莫大學和羅馬大學的研究人員開發了一種可遠程實時跟蹤睡眠模式的無源RFID系統。這款用戶友好的無源RFID系統中有一個縫在睡衣中的RFID標簽，它能夠在低功率水平下運行，不需要電池，所以這套睡眠模式數據采集器不僅精準，而且是一款安全的可穿戴設備。
生物醫學射頻標識設計中的電磁干擾和電磁兼容性
電磁干擾(electromagneticinterference，簡稱EMI)和電磁兼容性(electromagneticcompatibility，簡稱EMC)是電磁學應用中的常見現象，可以通過電磁干擾/兼容性測試進行分析。
當討論應用于生物醫學的RFID標簽時，電磁干擾受到了格外關注，原因在于設備之間可能發生多余的互感，對性能、操作和可靠性產生破壞性影響。2011年發布的一項研究表明美國國家生物技術信息中心，與水、金屬或其他設備的接觸(接觸在醫療場合是合理的)可能會影響RFID系統運行——或者產生反向的破壞性影響。此外，2017年美國食品發布了一篇有關RFID報告，他們警告當RFID系統與其他醫療設備交互時，電磁干擾會成為潛在的危險。
只要牽涉到患者的福祉和安全，醫療專業人員絕不愿意聽到“潛在危害”這類說法。這時仿真可以助他們一臂之力。
在COMSOLMultiphysics®中優化射頻標識組件設計
在設計應用于生物醫學的RFID標簽時，工程師必須考慮標簽和讀寫器的性能，以及射頻標識給其他醫療設備和系統帶來了哪些影響。他們可以首先對單個器件(例如RFID標簽)進行表征，為電磁干擾分析創造一個良好的起點。電磁仿真可用于計算RFID系統設計中的互感。
優化特高頻器件的檢測與讀取范圍
不管與讀寫器相距較近，還是在遠距離之外，特高頻標簽都容易被檢測到，所以相比于低頻和高頻，特高頻無源RFID標簽更受青睞，應用范圍也更為廣泛。特高頻標簽還可以快速傳輸數據，具有更優的成本收益。
為了計算特高頻RFID標簽的檢測和讀取范圍，您可以使用COMSOLMultiphysics®軟件附加的“RF模塊”。RF仿真可以計算標簽設計的默認電場模或電場。根據計算值，我們可以預測患者身上理想的標簽位置，以及同時跟蹤多名患者的RFID讀寫器的理想位置。
仿真分析也可以為標簽生成遠場輻射方向圖。舉例來說，上方模型顯示，標簽平面上每個方向的輻射方向圖基本相同。仿真結果表明RFID標簽設計的性能得到了優化，讀取范圍延伸了很遠的距離。
確保生物醫療RFID系統的安全性
現在我們構建一個基礎的RFID系統模型，它主要由兩個零件構成：
裝有大型射頻天線的讀寫器
帶印刷電路板天線的應答標簽
系統的工作原理如下：讀寫器產生電磁場后，對RFID標簽內的芯片產生激勵。標簽的電路會改變電磁場，然后RFID讀寫器的天線對變化后的信號進行恢復。
借助COMSOLMultiphysics附加的“AC/DC模塊”和磁場接口，設計師可以模擬讀寫器和標簽之間的電感耦合。通過檢測系統內一個天線截斷另一個天線的電流而產生的總磁通量，可以計算出互感。
下圖的仿真結果顯示了RFID標簽和讀寫器之間的磁通線和磁通強度。根據上述結果，我們可以計算出系統的互感。
通過計算RFID系統的互感，人們就能夠預測系統與其他醫療設備之間的電磁干擾情況。更重要的是，成功獲得安全的RFID標簽設計，通過各種方式改善患者的治療水平。
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