關(guān)于醫(yī)療電子設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)感想

傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)非常類似于電子領(lǐng)域的模擬技術(shù)：高手往往來源于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，所以從醫(yī)者眾，但高手少之又少！不過這種現(xiàn)象正在被改變：隨著大量融合化學(xué)、生物和電子技術(shù)的醫(yī)療電子設(shè)備的出現(xiàn)，更多的醫(yī)生可以通過凝聚了眾多專家經(jīng)驗(yàn)值的綜合醫(yī)療設(shè)備的各種參數(shù)來進(jìn)行正確的診斷和治療，同時(shí)人們還可以把一些便攜式醫(yī)療設(shè)備帶在身邊，通過自己日常指標(biāo)的量化顯示，做出自我診斷和調(diào)整，防患于未然。

據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Espicom報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2010年全球醫(yī)療器材市場(chǎng)將突破2000億美元，其中醫(yī)療電子將達(dá)到900億美元的規(guī)模。而2011年僅中國(guó)醫(yī)療電子市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到500億元。這一風(fēng)光無限的市場(chǎng)吸引了包括Intel、TI、ADI等眾多半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)先廠商。但是醫(yī)療設(shè)備有其行業(yè)的特殊性。從器件、芯片的選型來看，主要面涉及材料、集成度、能耗管理、可靠性、精度等關(guān)鍵因素。

材料的選擇：很多專用的醫(yī)療設(shè)備都對(duì)材料有特殊要求，例如用于核磁共振系統(tǒng)的器件或IC，一定不能含有磁介質(zhì)，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作故障。而對(duì)于用于醫(yī)用植入的器件來說，其材料必須保證經(jīng)過侵蝕后不會(huì)出現(xiàn)性能的劣化。因此在針對(duì)某一具體應(yīng)用開發(fā)產(chǎn)品之前，首先要考慮該應(yīng)用對(duì)材料的特殊要求，其次再考慮器件/芯片的性能和功能。

集成度：醫(yī)療設(shè)備對(duì)集成度的日益苛刻的需求來自于兩類應(yīng)用，一類是便攜式醫(yī)療設(shè)備。另一類是用于植入體內(nèi)的芯片或系統(tǒng)。對(duì)于前者來說通過提高芯片的集成度可以縮小板級(jí)空間，減少組件數(shù)，這意味著更小的體積、更輕的重量以及更低的成本。而對(duì)于后者來說，集成度的提高則可以促進(jìn)很多創(chuàng)新的應(yīng)用，比如去年以色列工學(xué)院等幾個(gè)機(jī)構(gòu)的科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)的機(jī)器人直徑為１毫米，長(zhǎng)為４毫米，這種機(jī)器人可以進(jìn)入人的血管并將藥物送往人體各處。而德國(guó)非營(yíng)利性研究機(jī)構(gòu)IMS CHIPS 開發(fā)出的微型CMOS傳感器則可以埋入視網(wǎng)膜內(nèi)幫助患者恢復(fù)部分視力。但是要提高芯片的集成度，不僅要對(duì)不同的工藝技術(shù)（如CMOS和BiCMOS）之間進(jìn)行仔細(xì)的分析和折衷，還要選擇適當(dāng)?shù)碾娐穼?shí)現(xiàn)架構(gòu)。此外，還需要考慮引起不同構(gòu)建模塊之間交叉耦合和相互影響的所有可能機(jī)制。

可靠性：由于醫(yī)療電子設(shè)備應(yīng)用的特殊性，可靠性成為衡量產(chǎn)品的最關(guān)鍵因素。 但是從器件和芯片本身來看，雖然集成度的提高能帶來以上諸多益處，但是受半導(dǎo)體物理特性的影響，隨著集成度的不斷提高，器件/芯片的抗輻射能力卻會(huì)明顯降低，如何在提高集成度的同時(shí)兼顧可靠性是半導(dǎo)體廠商面臨的又一挑戰(zhàn)。據(jù)悉，為保證器件級(jí)的產(chǎn)品可靠性，在美國(guó)FDA（食品藥物管理署）等認(rèn)證中，甚至要求醫(yī)療設(shè)備廠商的元器件供應(yīng)商也通過相關(guān)的認(rèn)證。

精確度：人體的生物信號(hào)一般都比較微弱，要想獲得理想的精確度，不僅需要信號(hào)鏈上每個(gè)器件都具備極高的精確度，同時(shí)還需要包括傳感、放大、濾波以及轉(zhuǎn)換等所有器件的通力協(xié)作。除此之外，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，布板布線也是保證設(shè)備精度的關(guān)鍵所在，一些工程師在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常抱怨器件的精度與廠家提供的評(píng)估板精度相差甚遠(yuǎn)，糾其原因基本上都和PCB設(shè)計(jì)不合理有關(guān)。

能耗管理：在醫(yī)療設(shè)備中能耗管理的意義不僅僅在于其“節(jié)能”，對(duì)于一些密封的大型設(shè)備來說，能耗管理和散熱緊密相關(guān)，而散熱直接影響著設(shè)備系統(tǒng)的可靠性和小型化。對(duì)于便攜式醫(yī)療設(shè)備來說，能耗管理則直接影響這些依靠電池供電的便攜式終端是否真正具備“方便性”。而對(duì)于植入式系統(tǒng)來說，能耗管理則和產(chǎn)品的生命周期緊密相關(guān)。為此，低工作電壓、低電流消耗、動(dòng)態(tài)能耗管理是醫(yī)療設(shè)備中每個(gè)器件的使命。

從設(shè)備的角度來看，除了要考慮以上關(guān)鍵指標(biāo)外，還面臨算法開發(fā)的挑戰(zhàn)。由于幾乎所有的醫(yī)療設(shè)備都是面向特殊應(yīng)用，而對(duì)于電子類工程師來說，這些特定的應(yīng)用都具備專業(yè)門檻，因此一套完善、精簡(jiǎn)系統(tǒng)算法的開發(fā)需要工程師和醫(yī)療專業(yè)人員的充分溝通和配合。