給醫療電子設備開(kāi)發(fā)人員的幾點(diǎn)建議

　　醫療電子設備正變得越來(lái)越復雜，工程師在開(kāi)發(fā)這些設備時(shí)也面臨越來(lái)越多的挑戰，如何應對這些挑戰？4月21日，由創(chuàng )意時(shí)代主辦，中國電子學(xué)會(huì )生物醫學(xué)電子分會(huì )協(xié)辦的2008中國國際醫療電子技術(shù)大會(huì )以下（簡(jiǎn)稱(chēng)CMET2008）隆重召開(kāi)。作為國內首個(gè)關(guān)注醫療電子技術(shù)方案與發(fā)展的專(zhuān)業(yè)技術(shù)性論壇，本次大會(huì )吸引了包括西門(mén)子邁迪特磁共振有限公司Actel、TI、NI、Xilinx、ADI、Altera在內國際醫療電子元器件供應巨頭參會(huì )。與會(huì )專(zhuān)家就本土醫療電子設計發(fā)表了精彩的演講，并給本土醫療電子設計人員提出了一些好的建議。

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

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

 
　　圖2：半導體工藝尺寸與錯誤幾率示意圖

　　TI公司MSP430便攜醫療產(chǎn)品市場(chǎng)拓展專(zhuān)員鮑震指出便攜式醫療電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)除了關(guān)注低功耗特性外，還應注意對開(kāi)發(fā)代碼的保護，他強調MSP430內部有保險絲，在觸發(fā)保護時(shí)會(huì )將數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn)全部熔斷，達到對設計保護的目的。
 
　　圖3：MSP430的設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(jìn)一步降低。

　　Xilinx亞太區DSP產(chǎn)品及解決方案營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)高級經(jīng)理林?zhù)櫲鸨硎倦S著(zhù)超聲設備從單色向彩色發(fā)展，從2D圖像向3D、4D發(fā)展，超聲設備通道數會(huì )大大增加，這樣就需要高性能的波束合成架構，而且隨著(zhù)醫院對超聲設備圖像分辨力和時(shí)間分辨力的需求提升，設備所需的運算量會(huì )大大增加，這時(shí)，開(kāi)發(fā)人員應多考慮采用在并行DSP處理方面有優(yōu)勢的FPGA器件，可以達到不但降低系統成本還能加速開(kāi)發(fā)的目的。
 
圖4：一個(gè)典型的超聲設備系統框圖

　　ADI醫療儀器產(chǎn)品經(jīng)理Paul Errico結合自己從業(yè)20余年的經(jīng)歷指出醫療電子設備的開(kāi)發(fā)是最具挑戰性的，因為它對信號拾取、處理、輸出的精度要求非常高，而且醫療電子設備的生命周期很長(cháng)，至少都有25年以上，所以開(kāi)發(fā)出的設備質(zhì)量要很高。他對醫療電子開(kāi)發(fā)提出了如下建議：
　　1、 醫療影像設備未來(lái)需要高質(zhì)量的圖像，同時(shí)，要每秒幀數也在提升，所以要選取高性能器件；
　　2、 超聲設備未來(lái)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，就要注意設備模擬前端器件的選??；
 

圖5：要實(shí)現高清晰度影像的器件配置
　　4、 在ECG設計中，要注意CMRR是重要的指標，它可以提升監護準確度，又可以保護患者；
　　5、 低抖動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)鐘對改善SNR和ENOB非常有效

    　Altera資深技術(shù)市場(chǎng)工程師趙敏認為超聲設備未來(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，在內部總線(xiàn)會(huì )采用PCIe，而內存則會(huì )使用DDR2或DDR3，此外系統還有低功耗和更多通道數量的需求，要應對這些挑戰，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(shí)現快速集成的IP工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)；
　　4、由于超聲設備前端模擬器件和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，在醫療電子設備的開(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)現并產(chǎn)生經(jīng)濟效益？美國NI公司市場(chǎng)工程師湯敏結合客戶(hù)的成功案例提出了幾點(diǎn)建議：
1、 利用圖形開(kāi)發(fā)平臺和FPGA緊密結合，將算法直接使用；
2、 利用圖形開(kāi)發(fā)平臺和傳感器以及測量設備緊密結合，縮短調試時(shí)間；
3、 利用圖形開(kāi)發(fā)平臺讓設計人員關(guān)注算法縮短硬件設計時(shí)間從而加速產(chǎn)品面市；
 
圖7：利用NI的LabVIEW平臺，幾個(gè)大學(xué)生僅用數月時(shí)間就成功開(kāi)發(fā)出了能利用腦電信號控制運動(dòng)的輪椅