醫(yī)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(yī)療設(shè)備的超低功耗MCU或無線單片機(jī)必須支持三種低功耗策略：主動(dòng)模式低功耗、待機(jī)(休眠)模式低功耗以及縮短工作狀態(tài)時(shí)間。便攜式設(shè)備或MCU在大多數(shù)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(bào)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(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵。 MCU供應(yīng)商，例如Silicon Labs，具有成熟的策略允許快速喚醒用于測(cè)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(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用選擇合適MCU架構(gòu)的關(guān)鍵因素在于：確定個(gè)人醫(yī)療設(shè)備需要怎樣的內(nèi)核處理性能。例如血壓監(jiān)視器與血糖儀相比有更低的內(nèi)核處理性能要求。因此，25MHz 8位MCU能夠滿足大多數(shù)類型應(yīng)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(nèi)核處理要求的應(yīng)用。為了滿足所有醫(yī)療設(shè)備的處理需求，Silicon Labs公司還提供了8位和32位混合信號(hào)單片機(jī)，是高性能和超低功耗的產(chǎn)品組合。

　　高集成性推動(dòng)了醫(yī)療成像和便攜式醫(yī)療普及

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

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

　　半導(dǎo)體技術(shù)會(huì)繼續(xù)在一個(gè)器件中集成越來越多的功能，因此，更緊湊的高性能超聲平臺(tái)這一趨勢(shì)將持續(xù)下去。系統(tǒng)芯片(SoC)器件平臺(tái)能夠在封裝內(nèi)部和外部集成高速I/O、容量更大的片內(nèi)存儲(chǔ)器、更大的存儲(chǔ)器總線帶寬，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(gòu)等，更加靈活，今后也不會(huì)過時(shí)，滿足了新系統(tǒng)的需求。這些高度集成的SoC器件降低了功耗，減少了器件數(shù)量，減小了PCB(印制板)面積，支持實(shí)現(xiàn)體積更小的超聲設(shè)備，例如，平板或者手持式產(chǎn)品，其成像質(zhì)量與前一代機(jī)箱式設(shè)備相似。

　　可編程電源方案

　　Exar電源產(chǎn)品線副總裁James Lougheed介紹道，在醫(yī)療市場(chǎng)上，電源的主要技術(shù)趨勢(shì)有兩個(gè)方面。⒈當(dāng)醫(yī)療設(shè)備從醫(yī)院的固定安裝向便攜式或入戶式轉(zhuǎn)變，這些產(chǎn)品對(duì)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(shè)備需要輕巧，可以靠電池供電，這促使設(shè)計(jì)工程師通過提高效率減少系統(tǒng)的能耗。⒉消費(fèi)類和家庭保健市場(chǎng)的井噴推動(dòng)了類似病人監(jiān)護(hù)儀這樣的產(chǎn)品不斷變化。這些產(chǎn)品在與其它設(shè)備交互工作的時(shí)候，需要更多的通信協(xié)議。數(shù)據(jù)分析的增加以及傳感技術(shù)的改善同樣推動(dòng)了對(duì)更加復(fù)雜的處理器的需求，這也意味著需要更復(fù)雜的電源系統(tǒng)。

　　針對(duì)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(tǒng)芯片。下一代處理器的更復(fù)雜的電源可以通過可編程電源解決方案進(jìn)行輕松架構(gòu)。這樣的解決方案利用數(shù)字化的控制和修改，能輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電源定序、閾值調(diào)整和故障管理。無論是在系統(tǒng)構(gòu)建過程中還是實(shí)際的動(dòng)態(tài)運(yùn)行中，可編程優(yōu)化功能可以對(duì)電源轉(zhuǎn)換進(jìn)行優(yōu)化。由于XRP7724上類似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(yīng)用的好選擇。　　

                 

　　移動(dòng)健康需要為安全而設(shè)計(jì)

　　風(fēng)河系統(tǒng)有限公司中國(guó)區(qū)總經(jīng)理韓青指出，移動(dòng)健康(mHealth)正在成為熱門話題，可以看到以下明顯趨勢(shì)：

　　1. 圍繞mHealth將會(huì)涌現(xiàn)大量的企業(yè)并購(gòu)、聯(lián)盟和知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)。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(dú)斗將很難形成氣候;
　　2. 真正的價(jià)值將在于數(shù)據(jù)集成，而非所謂的“殺手級(jí)應(yīng)用”;
　　3. 用戶為中心的設(shè)計(jì)將會(huì)成為成功的關(guān)鍵因素。

　　鑒于以上趨勢(shì)，參與mHealth的企業(yè)必須格外關(guān)注其核心戰(zhàn)略，特別是互操作性、安全性、標(biāo)準(zhǔn)化和靈活性都將是其中的關(guān)鍵考量。產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shè)計(jì))這個(gè)概念顯得尤為重要。如果采用Commercial-off-the-shelf(COTS，商規(guī))的產(chǎn)品組件，就可以讓自己的產(chǎn)品立刻融入醫(yī)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(yī)療器材軟件開發(fā)平臺(tái)，其中包含了一系列專供醫(yī)療設(shè)備開發(fā)的完整軟件組合。這套立即可用的商規(guī)(COTS)開發(fā)與Run-Time平臺(tái)可協(xié)助醫(yī)療設(shè)備制造商設(shè)計(jì)出既安全又穩(wěn)定的產(chǎn)品。該平臺(tái)以風(fēng)河的VxWorks為基礎(chǔ)而建構(gòu)。同時(shí)，風(fēng)河公司可提供基于VxWorks的VQS(Vender Qualification Summary)。VQS文件是在開發(fā)過程中，為避免開發(fā)中未知來源軟件或SOUP(無正式文件或由第三方開發(fā)且無開發(fā)過程控制證據(jù)的代碼)出錯(cuò)帶來的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，所需附上的說明文件。設(shè)備生產(chǎn)廠商不需再次為VxWorks操作系統(tǒng)撰寫文件，因此可更好的降低相關(guān)人員開發(fā)時(shí)間及成本，并可高效通過IEC 62304國(guó)際通用協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證以及美國(guó)FDA(食品與藥品管理局)的驗(yàn)證。

　　COTS軟件勢(shì)在必行

　　QNX軟件系統(tǒng)公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Chris Ault同樣認(rèn)為COTS重要。他說，從前，大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備制造商都是自己編寫軟件。然而隨著醫(yī)療設(shè)備變得日益復(fù)雜，這種做法不再可行。現(xiàn)在的醫(yī)療設(shè)備必須支持圖形用戶界面、安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和其他先進(jìn)的功能。另一方面，一些復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)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(kuò)展、已有多年設(shè)計(jì)和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的操作系統(tǒng)。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，眾多制造商正在其設(shè)備中使用商用現(xiàn)成的(COTS)操作系統(tǒng)。

　　盡管如此，許多設(shè)備制造商仍不愿意使用COTS軟件。例如，他們擔(dān)心不能清楚記錄軟件的開發(fā)流程，或一些軟件的來源未知。這些問題會(huì)使得設(shè)備制造商很難得到像美國(guó)FDA這樣的監(jiān)管機(jī)構(gòu)頒發(fā)的設(shè)備核準(zhǔn)證書。

　　事實(shí)上，并非所有的COTS軟件都是一樣的。例如，一些COTS軟件廠商向制造商提供其軟件的源代碼和使用得到驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。一些廠商還對(duì)其開發(fā)流程和歷史提供詳細(xì)的信息， 這提供了一個(gè)有助驗(yàn)證其可靠性的審計(jì)跟蹤。在這種情況下，COTS軟件也許是醫(yī)療設(shè)備的一個(gè)理想選擇。事實(shí)上，IEC 62304正在迅速成為醫(yī)療設(shè)備軟件生命周期流程的一個(gè)全球標(biāo)準(zhǔn)，這意味著設(shè)備制造商將更多的使用COTS操作系統(tǒng)和其他現(xiàn)成的軟件。

　　QNX最新的適用于醫(yī)療設(shè)備的產(chǎn)品包括遵從IEC 62304標(biāo)準(zhǔn)的QNX Neutrino實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和通過 IEC 61508安全完整性3級(jí)認(rèn)證(SIL 3)的QNX Neutrino實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)安全內(nèi)核。QNX還提供包括現(xiàn)場(chǎng)審核、使用得到驗(yàn)證的數(shù)據(jù)和培訓(xùn)課程等眾多服務(wù)，以幫助設(shè)備制造商滿足像FDA上市前的審批和510(k)等嚴(yán)格的合規(guī)性要求。

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