關(guān)于醫療電子設計的幾點(diǎn)感想

傳統醫學(xué)非常類(lèi)似于電子領(lǐng)域的模擬技術(shù)：高手往往來(lái)源于實(shí)踐經(jīng)驗的積累，所以從醫者眾，但高手少之又少！不過(guò)這種現象正在被改變：隨著(zhù)大量融合化學(xué)、生物和電子技術(shù)的醫療電子設備的出現，更多的醫生可以通過(guò)凝聚了眾多專(zhuān)家經(jīng)驗值的綜合醫療設備的各種參數來(lái)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療設備帶在身邊，通過(guò)自己日常指標的量化顯示，做出自我診斷和調整，防患于未然。

據市場(chǎng)調研機構Espicom報告顯示，預計2010年全球醫療器材市場(chǎng)將突破2000億美元，其中醫療電子將達到900億美元的規模。而2011年僅中國醫療電子市場(chǎng)規模將達到500億元。這一風(fēng)光無(wú)限的市場(chǎng)吸引了包括Intel、TI、ADI等眾多半導體行業(yè)的領(lǐng)先廠(chǎng)商。但是醫療設備有其行業(yè)的特殊性。從器件、芯片的選型來(lái)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(zhuān)用的醫療設備都對材料有特殊要求，例如用于核磁共振系統的器件或IC，一定不能含有磁介質(zhì)，否則會(huì )導致系統工作故障。而對于用于醫用植入的器件來(lái)說(shuō)，其材料必須保證經(jīng)過(guò)侵蝕后不會(huì )出現性能的劣化。因此在針對某一具體應用開(kāi)發(fā)產(chǎn)品之前，首先要考慮該應用對材料的特殊要求，其次再考慮器件/芯片的性能和功能。

集成度：醫療設備對集成度的日益苛刻的需求來(lái)自于兩類(lèi)應用，一類(lèi)是便攜式醫療設備。另一類(lèi)是用于植入體內的芯片或系統。對于前者來(lái)說(shuō)通過(guò)提高芯片的集成度可以縮小板級空間，減少組件數，這意味著(zhù)更小的體積、更輕的重量以及更低的成本。而對于后者來(lái)說(shuō)，集成度的提高則可以促進(jìn)很多創(chuàng )新的應用，比如去年以色列工學(xué)院等幾個(gè)機構的科學(xué)家聯(lián)合開(kāi)發(fā)的機器人直徑為１毫米，長(cháng)為４毫米，這種機器人可以進(jìn)入人的血管并將藥物送往人體各處。而德國非營(yíng)利性研究機構IMS CHIPS 開(kāi)發(fā)出的微型CMOS傳感器則可以埋入視網(wǎng)膜內幫助患者恢復部分視力。但是要提高芯片的集成度，不僅要對不同的工藝技術(shù)（如CMOS和BiCMOS）之間進(jìn)行仔細的分析和折衷，還要選擇適當的電路實(shí)現架構。此外，還需要考慮引起不同構建模塊之間交叉耦合和相互影響的所有可能機制。

可靠性：由于醫療電子設備應用的特殊性，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(lái)看，雖然集成度的提高能帶來(lái)以上諸多益處，但是受半導體物理特性的影響，隨著(zhù)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)兼顧可靠性是半導體廠(chǎng)商面臨的又一挑戰。據悉，為保證器件級的產(chǎn)品可靠性，在美國FDA（食品藥物管理署）等認證中，甚至要求醫療設備廠(chǎng)商的元器件供應商也通過(guò)相關(guān)的認證。

精確度：人體的生物信號一般都比較微弱，要想獲得理想的精確度，不僅需要信號鏈上每個(gè)器件都具備極高的精確度，同時(shí)還需要包括傳感、放大、濾波以及轉換等所有器件的通力協(xié)作。除此之外，對于系統設計來(lái)說(shuō)，布板布線(xiàn)也是保證設備精度的關(guān)鍵所在，一些工程師在系統設計中經(jīng)常抱怨器件的精度與廠(chǎng)家提供的評估板精度相差甚遠，糾其原因基本上都和PCB設計不合理有關(guān)。

能耗管理：在醫療設備中能耗管理的意義不僅僅在于其“節能”，對于一些密封的大型設備來(lái)說(shuō)，能耗管理和散熱緊密相關(guān)，而散熱直接影響著(zhù)設備系統的可靠性和小型化。對于便攜式醫療設備來(lái)說(shuō)，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”。而對于植入式系統來(lái)說(shuō)，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)能耗管理是醫療設備中每個(gè)器件的使命。

從設備的角度來(lái)看，除了要考慮以上關(guān)鍵指標外，還面臨算法開(kāi)發(fā)的挑戰。由于幾乎所有的醫療設備都是面向特殊應用，而對于電子類(lèi)工程師來(lái)說(shuō)，這些特定的應用都具備專(zhuān)業(yè)門(mén)檻，因此一套完善、精簡(jiǎn)系統算法的開(kāi)發(fā)需要工程師和醫療專(zhuān)業(yè)人員的充分溝通和配合。