匹茲堡的研究人員為骨科器械植入RFID

       匹茲堡大學(xué)科研隊已經(jīng)完成了對專用骨科標(biāo)簽和RFID系統(tǒng)的開發(fā)、測試，該系統(tǒng)通過射頻信號讀取無源標(biāo)簽，目前已經(jīng)通過專利注冊。

       美國匹茲堡大學(xué)研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種骨科標(biāo)簽系統(tǒng)，將內(nèi)嵌傳感器的RFID標(biāo)簽附加到骨科儀器，從而使植入人體的標(biāo)簽來跟蹤設(shè)備在體內(nèi)的使用情況。人體內(nèi)標(biāo)簽發(fā)出的信號通過皮膚組織傳到皮膚外的讀寫器中。該系統(tǒng)不僅可以追蹤人體的植入環(huán)境，而且可以對骨科儀器本身有一定的防偽性。

       大學(xué)實驗室對該解決方案進(jìn)行了檢測， 由學(xué)校工程院的Marlin Mickle教授主持，他同時也是骨科標(biāo)簽公司科學(xué)技術(shù)顧問委員會的主席。該公司主要為骨科設(shè)備制造商供應(yīng)特定標(biāo)簽，同時也提供手持標(biāo)簽閱讀器（這種閱讀設(shè)備是為此類標(biāo)簽專門開發(fā)的，用來為醫(yī)生收集數(shù)據(jù)）。

      這種特殊的標(biāo)簽是由骨科醫(yī)生Lee Berger發(fā)明的，并在2008年初獲得專利，在幫助患者和醫(yī)生追蹤植入部位的愈合狀態(tài)上取得了成效。伯杰設(shè)想開發(fā)一個系統(tǒng)：采用傳感器測量植入人體設(shè)備的物理壓力以及周圍的化學(xué)平衡和溫度，判定是否會引起感染，進(jìn)而決定是否替換原來的設(shè)備。醫(yī)生使用手持閱讀器接受RFID芯片發(fā)送的唯一ID號和傳感數(shù)據(jù)。伯杰首先采用無源超高頻（UHF）EPC Gen 2 RFID標(biāo)簽建立了一個原型，在推廣到市場之前，需進(jìn)一步測試、改善該技術(shù)。 

      Mickle說：2008年開始與伯杰一起工作。匹茲堡大學(xué)工程學(xué)院研制出一種接觸式探針，該探針可以用來讀取附在金屬上的標(biāo)簽，并且還可以測試通過人體傳播的無線電波。 2010年5月，他確定可以獲得的資金支持，利用高?，F(xiàn)有的接觸式探針測試進(jìn)一步改良骨科標(biāo)簽系統(tǒng)。 

      此后，研究人員構(gòu)建了基于可彎曲的雙RFID標(biāo)簽天線的接觸式探針系統(tǒng)。這些經(jīng)過改良的天線可傳輸穿過人體的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以是超高頻或高頻（HF）信號承載。該解決方案由內(nèi)置多個傳感器的標(biāo)簽和連接到手持閱讀器的觸摸探頭組成。對市售的標(biāo)簽大小還有待確定，但測試中使用的大約為5毫米*10毫米（0.2英寸至0.4寸）。工程部門也正在開發(fā)軟件，用來分析通過觸摸探頭接收到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。為了準(zhǔn)確讀取標(biāo)簽的信息，要把接觸式探針插入距離標(biāo)簽最近的位置。這也為了保障數(shù)據(jù)的安全，以防他人獲得標(biāo)簽的ID號和傳感器數(shù)據(jù)。 

      根據(jù)Mickle的描述，骨科標(biāo)簽會給病人和醫(yī)生提供以下好處：第一，這將有助于追蹤感染。傳感器測量標(biāo)簽所在組織的pH值，然后通過標(biāo)簽將這些傳感讀數(shù)傳遞給讀取設(shè)備，如植入膝蓋的標(biāo)簽。傳感器通過搭載板載超級電容器獲取電能，板載超級電容器類似于一個可充電電池，通過標(biāo)簽內(nèi)置的壓電換能器充電，或通過接觸式探針發(fā)射的射頻信號獲取能量。另外，該傳感器可通過接觸式探針發(fā)出的射頻信號直接供電。接觸式探針將捕獲的ID和傳感器數(shù)據(jù)（升高pH值可能表示，例如感染），顯示在手持設(shè)備的屏幕上，或是通過Wi - Fi連接或USB端口把詳細(xì)信息傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)。這樣一來，在感染癥狀出現(xiàn)之前，醫(yī)生便可做好預(yù)防工作。 

      除此之外，傳感器還可用于獲得植入關(guān)節(jié)的運(yùn)動頻率，為更好地使用關(guān)節(jié)提供了依據(jù)。如果植入標(biāo)簽傳送的結(jié)果表明關(guān)節(jié)很少使用，醫(yī)生可以解決這一問題：給病人安排合適的物理治療師，進(jìn)一步檢查阻礙關(guān)節(jié)運(yùn)動的疾病。

      標(biāo)簽也有其他的功能，例如確定植入關(guān)節(jié)是否應(yīng)被召回。因為植入的產(chǎn)品難以保持很長時間，需要定期更換。使用該系統(tǒng)，用戶可以捕獲標(biāo)簽的ID，該ID號與后端數(shù)據(jù)庫聯(lián)系在一起，這樣就可以查到植入設(shè)備的制造商、生產(chǎn)日期以及保質(zhì)期。通過這些信息，可以判定植入人體的關(guān)節(jié)是否真實，更有效地防止假冒產(chǎn)品。

      該大學(xué)的研究人員對系統(tǒng)展開測試，主要包括以下幾步：第一步，采用可以電磁場仿真的高頻結(jié)構(gòu)模擬器軟件進(jìn)行測試；接下來，通過鹽溶液（模擬人體組織的環(huán)境）閱讀標(biāo)簽。第三，使用豬皮，模擬人的肉體。Mickle說，下一步還可能會用人的尸體做實驗，但這一點還沒有經(jīng)過試驗領(lǐng)導(dǎo)的批準(zhǔn)。

      研究小組正著力尋找可以承受伽瑪輻射的硅芯片。因為標(biāo)簽在植入之前要經(jīng)過伽瑪射線滅菌。Mickle說，研究人員正在測試Tego的芯片，或許這種芯片擁有較大地內(nèi)存（當(dāng)前測試的主要是8至64千比特內(nèi)存范圍的），能夠存儲較多的數(shù)據(jù)，而且有較強(qiáng)的抗輻射性。 

     Mickle并沒有說明產(chǎn)品商業(yè)化的具體時間。因為產(chǎn)品批量投放到市場并非易事，要經(jīng)過幾個階段，例如，要有設(shè)備制造商的合作，還要獲得美國FDA的批準(zhǔn)等。已經(jīng)開發(fā)好一套系統(tǒng)：將符合ISO 18000-3標(biāo)準(zhǔn)的無源高頻（13.56 MHz）標(biāo)簽或是EPC Gen 2標(biāo)準(zhǔn)的超高頻標(biāo)簽嵌入到信用卡中，可以存儲植入物的信息以及生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期和產(chǎn)品的序列號等信息。病人可以把卡放在錢包里，Mickle并指出該系統(tǒng)在一年內(nèi)投入市場。