給醫(yī)療電子設(shè)備開(kāi)發(fā)人員的幾點(diǎn)建議

　　醫(yī)療電子設(shè)備正變得越來(lái)越復(fù)雜，工程師在開(kāi)發(fā)這些設(shè)備時(shí)也面臨越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)？4月21日，由創(chuàng)意時(shí)代主辦，中國(guó)電子學(xué)會(huì)生物醫(yī)學(xué)電子分會(huì)協(xié)辦的2008中國(guó)國(guó)際醫(yī)療電子技術(shù)大會(huì)以下（簡(jiǎn)稱CMET2008）隆重召開(kāi)。作為國(guó)內(nèi)首個(gè)關(guān)注醫(yī)療電子技術(shù)方案與發(fā)展的專業(yè)技術(shù)性論壇，本次大會(huì)吸引了包括西門子邁迪特磁共振有限公司Actel、TI、NI、Xilinx、ADI、Altera在內(nèi)國(guó)際醫(yī)療電子元器件供應(yīng)巨頭參會(huì)。與會(huì)專家就本土醫(yī)療電子設(shè)計(jì)發(fā)表了精彩的演講，并給本土醫(yī)療電子設(shè)計(jì)人員提出了一些好的建議。

　　西門子邁迪特磁共振有限公司研發(fā)副總裁倪成博士結(jié)合西門子開(kāi)發(fā)大型醫(yī)療設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)對(duì)開(kāi)發(fā)大型診斷設(shè)備研發(fā)人員提出如下建議：
　　1、 要在早期介入磁共振系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，而且一定要注意設(shè)備不能含有磁介質(zhì)，否則會(huì)導(dǎo)致開(kāi)發(fā)設(shè)備工作故障；
　　2、 在系統(tǒng)總線上可以選取CAN或EPL這樣的成熟總線技術(shù)；
　　3、 即使自己開(kāi)發(fā)的設(shè)備已經(jīng)通過(guò)EMI等標(biāo)準(zhǔn)，但也不能保證該設(shè)備就能和磁共振設(shè)備兼容，所以一定要進(jìn)行嚴(yán)格的安全測(cè)試；
　　4、 本土醫(yī)療電子制造商往往只有較少的研發(fā)人員，這和外國(guó)醫(yī)療電子制造商動(dòng)輒上百人的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)相比沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，所以本土開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該先瞄準(zhǔn)能降低成本且能產(chǎn)生效益的設(shè)備開(kāi)發(fā)。
　　5、 未來(lái)要考慮醫(yī)療信息的整合。

　　Actel公司高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師兼亞太技術(shù)經(jīng)理戴夢(mèng)麟認(rèn)為醫(yī)療電子關(guān)乎人的生命，所以必須具備高可靠性，由于宇宙射線中的種子穿透力極強(qiáng)，會(huì)影響目前硅器件中的分子狀態(tài)，所以醫(yī)療電子開(kāi)發(fā)人員在選取半導(dǎo)體器件時(shí)要注重器件的抗輻射能力，而且，這種影響會(huì)隨著半導(dǎo)體工藝尺寸的縮小會(huì)愈加嚴(yán)重，所以必須引起高度重視，同時(shí)他強(qiáng)調(diào)也要考慮便攜式醫(yī)療設(shè)備的低功耗需求。
 
  　　 圖1：中子引起硅器件內(nèi)部錯(cuò)誤示意圖

 
　　圖2：半導(dǎo)體工藝尺寸與錯(cuò)誤幾率示意圖

　　TI公司MSP430便攜醫(yī)療產(chǎn)品市場(chǎng)拓展專員鮑震指出便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)除了關(guān)注低功耗特性外，還應(yīng)注意對(duì)開(kāi)發(fā)代碼的保護(hù)，他強(qiáng)調(diào)MSP430內(nèi)部有保險(xiǎn)絲，在觸發(fā)保護(hù)時(shí)會(huì)將數(shù)據(jù)總線和地址總線全部熔斷，達(dá)到對(duì)設(shè)計(jì)保護(hù)的目的。
 
　　圖3：MSP430的設(shè)計(jì)代碼安全性保護(hù)機(jī)制
　　另外，他表示，由于本土血糖試紙的成功率已達(dá)80％，所以本土血糖儀產(chǎn)品的成本可以進(jìn)一步降低。

　　Xilinx亞太區(qū)DSP產(chǎn)品及解決方案營(yíng)銷業(yè)務(wù)高級(jí)經(jīng)理林鴻瑞表示隨著超聲設(shè)備從單色向彩色發(fā)展，從2D圖像向3D、4D發(fā)展，超聲設(shè)備通道數(shù)會(huì)大大增加，這樣就需要高性能的波束合成架構(gòu)，而且隨著醫(yī)院對(duì)超聲設(shè)備圖像分辨力和時(shí)間分辨力的需求提升，設(shè)備所需的運(yùn)算量會(huì)大大增加，這時(shí)，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)多考慮采用在并行DSP處理方面有優(yōu)勢(shì)的FPGA器件，可以達(dá)到不但降低系統(tǒng)成本還能加速開(kāi)發(fā)的目的。
 
圖4：一個(gè)典型的超聲設(shè)備系統(tǒng)框圖

　　ADI醫(yī)療儀器產(chǎn)品經(jīng)理Paul Errico結(jié)合自己從業(yè)20余年的經(jīng)歷指出醫(yī)療電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)是最具挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樗鼘?duì)信號(hào)拾取、處理、輸出的精度要求非常高，而且醫(yī)療電子設(shè)備的生命周期很長(zhǎng)，至少都有25年以上，所以開(kāi)發(fā)出的設(shè)備質(zhì)量要很高。他對(duì)醫(yī)療電子開(kāi)發(fā)提出了如下建議：
　　1、 醫(yī)療影像設(shè)備未來(lái)需要高質(zhì)量的圖像，同時(shí)，要每秒幀數(shù)也在提升，所以要選取高性能器件；
　　2、 超聲設(shè)備未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是低功耗、高性能和小型化，所以要考慮器件的集成度；
　　3、 要達(dá)到最高清晰圖像，就要注意設(shè)備模擬前端器件的選?。?br />  

圖5：要實(shí)現(xiàn)高清晰度影像的器件配置
　　4、 在ECG設(shè)計(jì)中，要注意CMRR是重要的指標(biāo)，它可以提升監(jiān)護(hù)準(zhǔn)確度，又可以保護(hù)患者；
　　5、 低抖動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)在高速信號(hào)處理中非常重要，它可以有效優(yōu)化SNR和ENOB（如圖6所示）。
 
　　圖6：低抖動(dòng)時(shí)鐘對(duì)改善SNR和ENOB非常有效

    　Altera資深技術(shù)市場(chǎng)工程師趙敏認(rèn)為超聲設(shè)備未來(lái)將會(huì)越來(lái)越多地用到FPGA，另外還將采用更多的高速串行接口，在內(nèi)部總線會(huì)采用PCIe，而內(nèi)存則會(huì)使用DDR2或DDR3，此外系統(tǒng)還有低功耗和更多通道數(shù)量的需求，要應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，他給出如下建議：
     　1、使用含大量DSP模塊的高性能FPGA；
　　2、要考慮使用能支持多種I/O和存儲(chǔ)器接口的FPGA器件；
　　3、要多使用能實(shí)現(xiàn)快速集成的IP工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)；
　　4、由于超聲設(shè)備前端模擬器件和FPGA之間需要大量通道，所以要選用支持LVDS接口的FPGA器件；

　　目前，在醫(yī)療電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)上，除了要解決技術(shù)難題外，工程師面臨的更多是加速產(chǎn)品面市的壓力，如何讓一個(gè)好的想法盡快實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益？美國(guó)NI公司市場(chǎng)工程師湯敏結(jié)合客戶的成功案例提出了幾點(diǎn)建議：
1、 利用圖形開(kāi)發(fā)平臺(tái)和FPGA緊密結(jié)合，將算法直接使用；
2、 利用圖形開(kāi)發(fā)平臺(tái)和傳感器以及測(cè)量設(shè)備緊密結(jié)合，縮短調(diào)試時(shí)間；
3、 利用圖形開(kāi)發(fā)平臺(tái)讓設(shè)計(jì)人員關(guān)注算法縮短硬件設(shè)計(jì)時(shí)間從而加速產(chǎn)品面市；
 
圖7：利用NI的LabVIEW平臺(tái)，幾個(gè)大學(xué)生僅用數(shù)月時(shí)間就成功開(kāi)發(fā)出了能利用腦電信號(hào)控制運(yùn)動(dòng)的輪椅