給醫(yī)療電子設(shè)備開發(fā)人員的幾點建議

　　醫(yī)療電子設(shè)備正變得越來越復(fù)雜，工程師在開發(fā)這些設(shè)備時也面臨越來越多的挑戰(zhàn)，如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)？4月21日，由創(chuàng)意時代主辦，中國電子學(xué)會生物醫(yī)學(xué)電子分會協(xié)辦的2008中國國際醫(yī)療電子技術(shù)大會以下（簡稱CMET2008）隆重召開。作為國內(nèi)首個關(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)國際醫(yī)療電子元器件供應(yīng)巨頭參會。與會專家就本土醫(yī)療電子設(shè)計發(fā)表了精彩的演講，并給本土醫(yī)療電子設(shè)計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)合西門子開發(fā)大型醫(yī)療設(shè)備的經(jīng)驗對開發(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)的開發(fā)，而且一定要注意設(shè)備不能含有磁介質(zhì)，否則會導(dǎo)致開發(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、 即使自己開發(fā)的設(shè)備已經(jīng)通過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，所以一定要進行嚴(yán)格的安全測試；
　　4、 本土醫(yī)療電子制造商往往只有較少的研發(fā)人員，這和外國醫(yī)療電子制造商動輒上百人的開發(fā)團隊相比沒有優(yōu)勢，所以本土開發(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)備開發(fā)。
　　5、 未來要考慮醫(yī)療信息的整合。

　　Actel公司高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師兼亞太技術(shù)經(jīng)理戴夢麟認為醫(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，會影響目前硅器件中的分子狀態(tài)，所以醫(yī)療電子開發(fā)人員在選取半導(dǎo)體器件時要注重器件的抗輻射能力，而且，這種影響會隨著半導(dǎo)體工藝尺寸的縮小會愈加嚴(yán)重，所以必須引起高度重視，同時他強調(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)部錯誤示意圖

 
　　圖2：半導(dǎo)體工藝尺寸與錯誤幾率示意圖

　　TI公司MSP430便攜醫(yī)療產(chǎn)品市場拓展專員鮑震指出便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品的開發(fā)除了關(guān)注低功耗特性外，還應(yīng)注意對開發(fā)代碼的保護，他強調(diào)MSP430內(nèi)部有保險絲，在觸發(fā)保護時會將數(shù)據(jù)總線和地址總線全部熔斷，達到對設(shè)計保護的目的。
 
　　圖3：MSP430的設(shè)計代碼安全性保護機制
　　另外，他表示，由于本土血糖試紙的成功率已達80％，所以本土血糖儀產(chǎn)品的成本可以進一步降低。

　　Xilinx亞太區(qū)DSP產(chǎn)品及解決方案營銷業(yè)務(wù)高級經(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)院對超聲設(shè)備圖像分辨力和時間分辨力的需求提升，設(shè)備所需的運算量會大大增加，這時，開發(fā)人員應(yīng)多考慮采用在并行DSP處理方面有優(yōu)勢的FPGA器件，可以達到不但降低系統(tǒng)成本還能加速開發(fā)的目的。
 
圖4：一個典型的超聲設(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)備的開發(fā)是最具挑戰(zhàn)性的，因為它對信號拾取、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，至少都有25年以上，所以開發(fā)出的設(shè)備質(zhì)量要很高。他對醫(yī)療電子開發(fā)提出了如下建議：
　　1、 醫(yī)療影像設(shè)備未來需要高質(zhì)量的圖像，同時，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)備未來的發(fā)展趨勢是低功耗、高性能和小型化，所以要考慮器件的集成度；
　　3、 要達到最高清晰圖像，就要注意設(shè)備模擬前端器件的選??；
 

圖5：要實現(xiàn)高清晰度影像的器件配置
　　4、 在ECG設(shè)計中，要注意CMRR是重要的指標(biāo)，它可以提升監(jiān)護準(zhǔn)確度，又可以保護患者；
　　5、 低抖動時鐘信號在高速信號處理中非常重要，它可以有效優(yōu)化SNR和ENOB（如圖6所示）。
 
　　圖6：低抖動時鐘對改善SNR和ENOB非常有效

    　Altera資深技術(shù)市場工程師趙敏認為超聲設(shè)備未來將會越來越多地用到FPGA，另外還將采用更多的高速串行接口，在內(nèi)部總線會采用PCIe，而內(nèi)存則會使用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和存儲器接口的FPGA器件；
　　3、要多使用能實現(xiàn)快速集成的IP工具進行開發(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，如何讓一個好的想法盡快實現(xiàn)并產(chǎn)生經(jīng)濟效益？美國NI公司市場工程師湯敏結(jié)合客戶的成功案例提出了幾點建議：
1、 利用圖形開發(fā)平臺和FPGA緊密結(jié)合，將算法直接使用；
2、 利用圖形開發(fā)平臺和傳感器以及測量設(shè)備緊密結(jié)合，縮短調(diào)試時間；
3、 利用圖形開發(fā)平臺讓設(shè)計人員關(guān)注算法縮短硬件設(shè)計時間從而加速產(chǎn)品面市；
 
圖7：利用NI的LabVIEW平臺，幾個大學(xué)生僅用數(shù)月時間就成功開發(fā)出了能利用腦電信號控制運動的輪椅