醫療電子:從治病向保健延伸,便攜產(chǎn)品領(lǐng)風(fēng)騷

　　用于個(gè)人醫療設備的超低功耗MCU或無(wú)線(xiàn)單片機必須支持三種低功耗策略：主動(dòng)模式低功耗、待機(休眠)模式低功耗以及縮短工作狀態(tài)時(shí)間。便攜式設備或MCU在大多數時(shí)間處于關(guān)閉或低功耗狀態(tài)，然而，他們通常會(huì )保持某些功能，例如時(shí)鐘/日歷或報警器。雖然降低工作模式功耗十分重要，最小化喚醒時(shí)間也是延長(cháng)電池壽命的關(guān)鍵。 MCU供應商，例如Silicon Labs，具有成熟的策略允許快速喚醒用于測試的MCU時(shí)鐘和模擬電路，然后重新進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

　　為遠程醫療應用選擇合適MCU架構的關(guān)鍵因素在于：確定個(gè)人醫療設備需要怎樣的內核處理性能。例如血壓監視器與血糖儀相比有更低的內核處理性能要求。因此，25MHz 8位MCU能夠滿(mǎn)足大多數類(lèi)型應用的需求。而另一方面，基于32位ARM MCU，例如Silicon Labs的Precision32系列 MCU，則更適合需要高性能內核處理要求的應用。為了滿(mǎn)足所有醫療設備的處理需求，Silicon Labs公司還提供了8位和32位混合信號單片機，是高性能和超低功耗的產(chǎn)品組合。

　　高集成性推動(dòng)了醫療成像和便攜式醫療普及

　　據Altera 公司醫療業(yè)務(wù)部高級市場(chǎng)經(jīng)理John Sotir介紹，在增強醫療成像技術(shù)方面，半導體器件技術(shù)的進(jìn)步直接導致了診斷質(zhì)量的提高。

　　更常見(jiàn)的情況是，高性能便攜式醫療設備的日益普及。這在超聲應用中得到了很好的驗證。僅在幾年前，支持64通道和多種成像模式的高級超聲系統會(huì )含有多塊電子電路板和子系統，有很大的機箱。今天，性能相似的超聲電子設備可以安裝到一個(gè)筆記本電腦大小的機箱中。傳感器技術(shù)的進(jìn)步提高了探測信噪比，可以在一個(gè)可編程邏輯器件中實(shí)現復雜的聚束技術(shù)。靈活的可編程器件支持超聲平臺在其生命周期中不斷進(jìn)行改進(jìn)。

　　半導體技術(shù)會(huì )繼續在一個(gè)器件中集成越來(lái)越多的功能，因此，更緊湊的高性能超聲平臺這一趨勢將持續下去。系統芯片(SoC)器件平臺能夠在封裝內部和外部集成高速I(mǎi)/O、容量更大的片內存儲器、更大的存儲器總線(xiàn)帶寬，以及硬件加速功能，例如DSP模塊、嵌入式處理器和可編程架構等，更加靈活，今后也不會(huì )過(guò)時(shí)，滿(mǎn)足了新系統的需求。這些高度集成的SoC器件降低了功耗，減少了器件數量，減小了PCB(印制板)面積，支持實(shí)現體積更小的超聲設備，例如，平板或者手持式產(chǎn)品，其成像質(zhì)量與前一代機箱式設備相似。

　　可編程電源方案

　　Exar電源產(chǎn)品線(xiàn)副總裁James Lougheed介紹道，在醫療市場(chǎng)上，電源的主要技術(shù)趨勢有兩個(gè)方面。⒈當醫療設備從醫院的固定安裝向便攜式或入戶(hù)式轉變，這些產(chǎn)品對電源的要求也隨之發(fā)生了改變。諸如便攜式超聲儀等移動(dòng)設備需要輕巧，可以靠電池供電，這促使設計工程師通過(guò)提高效率減少系統的能耗。⒉消費類(lèi)和家庭保健市場(chǎng)的井噴推動(dòng)了類(lèi)似病人監護儀這樣的產(chǎn)品不斷變化。這些產(chǎn)品在與其它設備交互工作的時(shí)候，需要更多的通信協(xié)議。數據分析的增加以及傳感技術(shù)的改善同樣推動(dòng)了對更加復雜的處理器的需求，這也意味著(zhù)需要更復雜的電源系統。

　　針對這些變化，Exar的解決方案是PowerXR，是一系列業(yè)界領(lǐng)先的可編程電源管理系統芯片。下一代處理器的更復雜的電源可以通過(guò)可編程電源解決方案進(jìn)行輕松架構。這樣的解決方案利用數字化的控制和修改，能輕松實(shí)現復雜的電源定序、閾值調整和故障管理。無(wú)論是在系統構建過(guò)程中還是實(shí)際的動(dòng)態(tài)運行中，可編程優(yōu)化功能可以對電源轉換進(jìn)行優(yōu)化。由于XRP7724上類(lèi)似PFM模式的功能能夠提高輕載效率，該技術(shù)同樣是便攜式應用的好選擇?！　?/p>

                 

　　移動(dòng)健康需要為安全而設計

　　風(fēng)河系統有限公司中國區總經(jīng)理韓青指出，移動(dòng)健康(mHealth)正在成為熱門(mén)話(huà)題，可以看到以下明顯趨勢：

　　1. 圍繞mHealth將會(huì )涌現大量的企業(yè)并購、聯(lián)盟和知識產(chǎn)權授權。生態(tài)共生體系將會(huì )在整個(gè)行業(yè)的發(fā)展中起到重要作用，而單個(gè)公司單打獨斗將很難形成氣候;
　　2. 真正的價(jià)值將在于數據集成，而非所謂的“殺手級應用”;
　　3. 用戶(hù)為中心的設計將會(huì )成為成功的關(guān)鍵因素。

　　鑒于以上趨勢，參與mHealth的企業(yè)必須格外關(guān)注其核心戰略，特別是互操作性、安全性、標準化和靈活性都將是其中的關(guān)鍵考量。產(chǎn)品設計必須充分考慮到與其他產(chǎn)品的互操作性，而且必須是安全的、高效率的。這也就使DFS (Design for Safety/Security，為安全性而設計)這個(gè)概念顯得尤為重要。如果采用Commercial-off-the-shelf(COTS，商規)的產(chǎn)品組件，就可以讓自己的產(chǎn)品立刻融入醫療健康領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)之中。

　　為此，風(fēng)河已經(jīng)推出了醫療器材軟件開(kāi)發(fā)平臺，其中包含了一系列專(zhuān)供醫療設備開(kāi)發(fā)的完整軟件組合。這套立即可用的商規(COTS)開(kāi)發(fā)與Run-Time平臺可協(xié)助醫療設備制造商設計出既安全又穩定的產(chǎn)品。該平臺以風(fēng)河的VxWorks為基礎而建構。同時(shí)，風(fēng)河公司可提供基于VxWorks的VQS(Vender Qualification Summary)。VQS文件是在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為避免開(kāi)發(fā)中未知來(lái)源軟件或SOUP(無(wú)正式文件或由第三方開(kāi)發(fā)且無(wú)開(kāi)發(fā)過(guò)程控制證據的代碼)出錯帶來(lái)的開(kāi)發(fā)風(fēng)險，所需附上的說(shuō)明文件。設備生產(chǎn)廠(chǎng)商不需再次為VxWorks操作系統撰寫(xiě)文件，因此可更好的降低相關(guān)人員開(kāi)發(fā)時(shí)間及成本，并可高效通過(guò)IEC 62304國際通用協(xié)調標準認證以及美國FDA(食品與藥品管理局)的驗證。

　　COTS軟件勢在必行

　　QNX軟件系統公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Chris Ault同樣認為COTS重要。他說(shuō)，從前，大多數醫療設備制造商都是自己編寫(xiě)軟件。然而隨著(zhù)醫療設備變得日益復雜，這種做法不再可行?，F在的醫療設備必須支持圖形用戶(hù)界面、安全的數據存儲、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )遠程監控和其他先進(jìn)的功能。另一方面，一些復雜的醫療設備需要多核處理器。所有這些功能都需要一個(gè)非常先進(jìn)、可擴展、已有多年設計和研發(fā)經(jīng)驗的操作系統。為了應對這些挑戰，眾多制造商正在其設備中使用商用現成的(COTS)操作系統。

　　盡管如此，許多設備制造商仍不愿意使用COTS軟件。例如，他們擔心不能清楚記錄軟件的開(kāi)發(fā)流程，或一些軟件的來(lái)源未知。這些問(wèn)題會(huì )使得設備制造商很難得到像美國FDA這樣的監管機構頒發(fā)的設備核準證書(shū)。

　　事實(shí)上，并非所有的COTS軟件都是一樣的。例如，一些COTS軟件廠(chǎng)商向制造商提供其軟件的源代碼和使用得到驗證的數據。一些廠(chǎng)商還對其開(kāi)發(fā)流程和歷史提供詳細的信息， 這提供了一個(gè)有助驗證其可靠性的審計跟蹤。在這種情況下，COTS軟件也許是醫療設備的一個(gè)理想選擇。事實(shí)上，IEC 62304正在迅速成為醫療設備軟件生命周期流程的一個(gè)全球標準，這意味著(zhù)設備制造商將更多的使用COTS操作系統和其他現成的軟件。

　　QNX最新的適用于醫療設備的產(chǎn)品包括遵從IEC 62304標準的QNX Neutrino實(shí)時(shí)操作系統和通過(guò) IEC 61508安全完整性3級認證(SIL 3)的QNX Neutrino實(shí)時(shí)操作系統安全內核。QNX還提供包括現場(chǎng)審核、使用得到驗證的數據和培訓課程等眾多服務(wù)，以幫助設備制造商滿(mǎn)足像FDA上市前的審批和510(k)等嚴格的合規性要求。

　　參考文獻：

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