“人命關(guān)天”——FRAM在醫療設備中的應用現狀

　　在最近熱映的影片《環(huán)太平洋》中，面對怪獸的沖擊波，采用數字電路控制的機甲戰士瞬間就癱瘓了，而只有模擬電路扛了下來(lái)。這可以形象地用來(lái)說(shuō)明，電子元器件能否抗輻射有時(shí)候是人命關(guān)天的事兒!回到現實(shí)，在醫療電子應用領(lǐng)域，將能夠抵抗高達50kGy伽瑪射線(xiàn)消毒的非易失性隨機存儲器——FRAM用于一些與生命息息的關(guān)鍵醫療設備就再合適不過(guò)了。

　　“其實(shí)，FRAM不只是具有抗輻射的特性，高速/高讀寫(xiě)耐久性(一萬(wàn)億次以上)和低功耗的特性也是它能夠成為醫療應用中最佳存儲器選擇的重要原因。” 富士通半導體系統存儲器事業(yè)部副總裁松宮正人先生在日前于深圳舉辦的第六屆中國國際醫療電子技術(shù)大會(huì )(CMET2013)上表示。他專(zhuān)程從日本趕來(lái)深圳，發(fā)表題為“醫療應用中的無(wú)電池存儲解決方案”的主題演講。

　　圖1：富士通半導體存儲器事業(yè)部副總裁松宮正人在第六屆中國國際醫療電子技術(shù)大會(huì )(CMET2013)作演講。

　　采用FRAM克服醫療存儲技術(shù)挑戰

　　FRAM(鐵電隨機存取存儲器)結合了傳統非易失性存儲器閃存和E2PROM的掉電仍然能保存數據的特點(diǎn)，并且達到了SRAM/DRAM的讀寫(xiě)速度，為獨立存儲器芯片和嵌入式存儲器帶來(lái)一系列獨一無(wú)二的優(yōu)點(diǎn)。富士通是FRAM技術(shù)的先行者，并在此領(lǐng)域耕耘超過(guò)10年，從1999年開(kāi)始量產(chǎn), 14年間累計銷(xiāo)售23億片FRAM產(chǎn)品，這其中在中國市場(chǎng)累計交貨超過(guò)5,300萬(wàn)片。

　　近五年來(lái)，一些新型的非易失性存儲器技術(shù)如FRAM、PRAM、ReRAM、MRAM不斷涌現，但達到出色市場(chǎng)量產(chǎn)業(yè)績(jì)的只有FRAM。排除一些低端應用市場(chǎng)， FRAM在對需要非易失性存儲、高安全性、高速、低功耗、耐久性和抗輻射性這些綜合性能的應用領(lǐng)域表現出眾、口碑良好。在醫療領(lǐng)域，FRAM在尤其是在一些人命關(guān)天的重要場(chǎng)合，如呼吸機等設備中的應用，更是引人注目。

　　松宮正人先生在會(huì )議現場(chǎng)介紹了FRAM在醫療領(lǐng)域的應用現狀：“雖然FRAM在醫療領(lǐng)域目前已經(jīng)商用了，但是從廣泛性的角度來(lái)看它還處于起步階段。相比日本和歐洲市場(chǎng)，FRAM在中國市場(chǎng)的認知度還有待提高，而未來(lái)富士通半導體也會(huì )加大在醫療應用方面的投入，幫助更多中國醫療設備廠(chǎng)商解決其在數據存儲方面所遇到的挑戰。”

　　下圖2強調了FRAM所具備的三個(gè)適用于醫療應用的關(guān)鍵優(yōu)勢，其中無(wú)需后備電池的特性使其特別適合便攜式醫療器械的使用，同時(shí)能夠減少設備維護保養的費用;而高速/高讀寫(xiě)耐久性使得患者信息可以實(shí)時(shí)，頻繁的存儲記錄;抗輻射的特性更是滿(mǎn)足了醫療器械高可靠性的要求。

　　圖2.富士通半導體FRAM適用于醫療應用的三大優(yōu)勢。

　　EEPROM的相對成本優(yōu)勢正在消失

　　與傳統的非易失性存儲器如EEPROM相比，富士通FRAM的優(yōu)勢主要體現在高速燒寫(xiě)(是EEPROM的40,000 倍)、高耐久性(是EEPROM的1,000,000 倍 )和低功耗(是EEPROM的1/1,000 )等方面。這些優(yōu)勢使得FRAM越來(lái)越多地被需要高可靠性的應用領(lǐng)域所采用，比如計量?jì)x表(三相電表以及水表、氣表等)、電力自動(dòng)化、醫療器械及醫療電子標簽、汽車(chē)后裝設備、POS機/金融A(yíng)TM機等等。

　　FRAM除了能夠在一些應用中替代EEPROM外，更重要的是在一些關(guān)鍵醫療應用中能夠實(shí)現EEPROM所不能實(shí)現的功能。例如，在涉及CT掃描X射線(xiàn)、用于消毒的紫外線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)的醫學(xué)和生物處理領(lǐng)域中，如前所述，FRAM對輻射有很強的耐受性?；贔RAM的RFID可輕松通過(guò)標準醫療滅菌過(guò)程，而基于EEPROM的RFID在這一過(guò)程會(huì )被擦除。

　　對于FRAM的成本問(wèn)題，松宮正人先生也闡述了他的觀(guān)點(diǎn)：“這是和存儲容量相關(guān)的，容量不同，價(jià)格不同，現在FRAM和EEPROM一般的價(jià)格差距在2～5倍，而在大容量方面，例如1M～2M的FRAM和EEPROM的價(jià)格差距并不大，就只有1～2倍，所以，在大容量應用中，EEPROM的價(jià)格并不占優(yōu)勢，未來(lái)將會(huì )被FRAM所替代。”

　　另一方面，由于控制著(zhù)FRAM的整個(gè)研究開(kāi)發(fā)，晶圓生產(chǎn)及封裝流程，加上多年的經(jīng)驗，富士通半導體能始終保證FRAM產(chǎn)品的高質(zhì)量和穩定供應。富士通半導體還在低功耗制造工藝上不斷創(chuàng )新，進(jìn)一步降低成本價(jià)格，并實(shí)現大容量化。相對來(lái)說(shuō)，EEPROM的制造工藝卻長(cháng)時(shí)間沒(méi)有變化，隨著(zhù)時(shí)間的推移，EEPROM在成本上的優(yōu)勢將會(huì )逐漸減弱。

　　FRAM 100%被用于關(guān)乎生命的醫療設備

　　“排除非常便宜的一些低端應用市場(chǎng)，在要求高可靠性，高速/高耐久性數據讀寫(xiě)、低功耗、抗輻射等人命關(guān)天的醫療設備中，FRAM有著(zhù)100%的應用。” 松宮先生進(jìn)一步指出。

　　下面就讓我們跟隨松宮正人先生去醫院看看，都有哪些設備用到了富士通半導體的FRAM?并且為什么FRAM會(huì )與我們的生命息息相關(guān)?

　　圖3. FRAM單體存儲器在醫療器械領(lǐng)域的應用。

　　上圖3所示的這些應用有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是無(wú)需獨立電池為存儲器不間斷供電。這正是松宮正人先生的演講中所重點(diǎn)介紹的內容之一——“醫療應用中的無(wú)電池存儲解決方案”。對于不同的醫療器械，富士通半導體都有與之相應的產(chǎn)品型號可以應用，下面列出這位FRAM專(zhuān)家為不同應用所推薦的不同的具體產(chǎn)品型號以及采用FRAM所帶來(lái)的好處。

　　1、呼吸機(CPAP Machine)

　　推薦產(chǎn)品型號：-SPI接口: MB85RS1MT(1Mbit),MB85RS2MT(2Mbit)。

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需電池);

　　-儲存設定參數(FRAM的高可靠性);

　　-患者呼吸狀態(tài)履歷實(shí)時(shí)記錄(FRAM的高速/高讀寫(xiě)耐久性)。

　　2、輸液泵(Infusion Pump)

　　推薦產(chǎn)品型號：-I2C接口: MB85RC1MT(1Mbit),MB85RS2MT(2Mbit)。

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容);

　　-儲存設定參數(FRAM的高可靠性);

　　-注射狀態(tài)，報警履歷實(shí)時(shí)記錄(FRAM的高速/高讀寫(xiě)耐久性)。

　　3、胰島素注射泵(Insulin Injection Pump)

　　推薦產(chǎn)品型號：-I2C接口:MB85RC64(64KBit)，MB85RC16(16Kbit)。

　　MB85RC04V(4KBit)

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容);

　　-儲存設定參數(FRAM的高可靠性);

　　-注射狀態(tài)(注射量，時(shí)間等)，報警信號履歷實(shí)時(shí)記錄(FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現實(shí)時(shí)頻繁記錄)。

　　4、監護儀(Patient Monitor System，PMS)

　　推薦產(chǎn)品型號：-I2C,SPI接口:MB85RC64(64Kbit)， MB85RC16(16Kbit)， MB85RS256(256Kbit)。

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容);

　　-儲存設定參數(FRAM的高可靠性);

　　-患者監護信息(呼吸，體溫，心跳，血壓，血酸等)，報警信號履歷實(shí)時(shí)記錄

　　(FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現實(shí)時(shí)記錄)。

　　5、有線(xiàn)內視鏡(Wired Endoscope)

　　推薦產(chǎn)品型號：-I2C,SPI接口: MB85RC64(64KBit)，MB85RS256(256KBit)

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容)

　　-儲存設定參數(FRAM的高可靠性)

　　6、血氧測定儀(Pulse Oximetry)

　　推薦產(chǎn)品型號：-I2C接口: MB85RC64(64KBit)，MB85RC16(16KBit)。

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容);

　　-儲存參考數據或參數(FRAM的高可靠性);

　　-小封裝(FRAM的3mm x 2 mm無(wú)引腳小型封裝)。

　　7、生理分析儀表(血糖儀/尿液分析儀)

　　推薦產(chǎn)品型號：-I2C接口: MB85RC64(64KBit)，MB85RC16(16KBit)。

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容);

　　-儲存參考數據或參數(FRAM的高可靠性);

　　-超小封裝(FRAM的3mm x 2 mm無(wú)引腳小型封裝SON8)。

　　8、膠囊內鏡(Capsule Endoscope)

　　推薦產(chǎn)品型號：-SPI接口: MB85RS1MT(1Mbit),MB85RS2MT(2MBit)。

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容);

　　-儲存設定參數(FRAM的高可靠性);

　　-(防止無(wú)限電池發(fā)生故障時(shí)，患者的圖象丟失)數據緩沖存儲器(FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現實(shí)時(shí)頻繁記錄);

　　-小封裝(FRAM的小型封裝SOP8)。

　　9、便攜式心電圖儀

　　推薦產(chǎn)品型號：-I2C接口: MB85RC64(64Kbit),MB85RC128(128KBit)

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容)

　　-儲存參考數據或參數(FRAM的高可靠性)

　　-患者的測定值,時(shí)間等信息(FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現實(shí)時(shí)頻繁記錄)

　　-小封裝(FRAM的小型封裝SOP8)

　　10、掃描儀CT-Scanner

　　推薦產(chǎn)品型號：-Parallel并口: MB85R256(256Kbit),MB85R1002A(1MBit)

　　選用FRAM 的優(yōu)勢：

　　-節能環(huán)保(FRAM無(wú)需電池，無(wú)需大電容)

　　-儲存結構參考數據,執行參數(FRAM的高可靠性)

　　-掃描回轉數,斷層掃描信息(FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現實(shí)時(shí)頻繁記錄)

　　其實(shí)，除了獨立的FRAM產(chǎn)品，富士通半導體還可提供FRAM RFID解決方案，包括HF(高頻)和UHF(超高頻)兩種系列，特別適合滿(mǎn)足高可靠性電子標簽應用如醫用標簽的需求。FRAM RFID很適合經(jīng)常需要用伽瑪線(xiàn)照射進(jìn)行消毒的醫藥器械電子標簽應用，可很好地實(shí)現倉儲、物流、病患資料數據的管理。據松宮正人先生介紹，FRAM RFID產(chǎn)品在歐洲和美國的醫療市場(chǎng)已經(jīng)有了比較廣泛的應用。