給醫(yī)療電子設備開發(fā)人員的幾點建議

　　醫(yī)療電子設備正變得越來越復雜，工程師在開發(fā)這些設備時也面臨越來越多的挑戰(zhàn)，如何應對這些挑戰(zhàn)？4月21日，由創(chuàng)意時代主辦，中國電子學會生物醫(yī)學電子分會協辦的2008中國國際醫(yī)療電子技術大會以下（簡稱CMET2008）隆重召開。作為國內首個關注醫(yī)療電子技術方案與發(fā)展的專業(yè)技術性論壇，本次大會吸引了包括西門子邁迪特磁共振有限公司Actel、TI、NI、Xilinx、ADI、Altera在內國際醫(yī)療電子元器件供應巨頭參會。與會專家就本土醫(yī)療電子設計發(fā)表了精彩的演講，并給本土醫(yī)療電子設計人員提出了一些好的建議。

　　西門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子開發(fā)大型醫(yī)療設備的經驗對開發(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(tǒng)的開發(fā)，而且一定要注意設備不能含有磁介質，否則會導致開發(fā)設備工作故障；
　　2、 在系統(tǒng)總線上可以選取CAN或EPL這樣的成熟總線技術；
　　3、 即使自己開發(fā)的設備已經通過EMI等標準，但也不能保證該設備就能和磁共振設備兼容，所以一定要進行嚴格的安全測試；
　　4、 本土醫(yī)療電子制造商往往只有較少的研發(fā)人員，這和外國醫(yī)療電子制造商動輒上百人的開發(fā)團隊相比沒有優(yōu)勢，所以本土開發(fā)人員應該先瞄準能降低成本且能產生效益的設備開發(fā)。
　　5、 未來要考慮醫(yī)療信息的整合。

　　Actel公司高級現場應用工程師兼亞太技術經理戴夢麟認為醫(yī)療電子關乎人的生命，所以必須具備高可靠性，由于宇宙射線中的種子穿透力極強，會影響目前硅器件中的分子狀態(tài)，所以醫(yī)療電子開發(fā)人員在選取半導體器件時要注重器件的抗輻射能力，而且，這種影響會隨著半導體工藝尺寸的縮小會愈加嚴重，所以必須引起高度重視，同時他強調也要考慮便攜式醫(yī)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(yī)療產品市場拓展專員鮑震指出便攜式醫(yī)療電子產品的開發(fā)除了關注低功耗特性外，還應注意對開發(fā)代碼的保護，他強調MSP430內部有保險絲，在觸發(fā)保護時會將數據總線和地址總線全部熔斷，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％，所以本土血糖儀產品的成本可以進一步降低。

　　Xilinx亞太區(qū)DSP產品及解決方案營銷業(yè)務高級經理林鴻瑞表示隨著超聲設備從單色向彩色發(fā)展，從2D圖像向3D、4D發(fā)展，超聲設備通道數會大大增加，這樣就需要高性能的波束合成架構，而且隨著醫(yī)院對超聲設備圖像分辨力和時間分辨力的需求提升，設備所需的運算量會大大增加，這時，開發(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(tǒng)成本還能加速開發(fā)的目的。
 
圖4：一個典型的超聲設備系統(tǒng)框圖

　　ADI醫(yī)療儀器產品經理Paul Errico結合自己從業(yè)20余年的經歷指出醫(yī)療電子設備的開發(fā)是最具挑戰(zhàn)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(yī)療電子設備的生命周期很長，至少都有25年以上，所以開發(fā)出的設備質量要很高。他對醫(yī)療電子開發(fā)提出了如下建議：
　　1、 醫(yī)療影像設備未來需要高質量的圖像，同時，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(jiān)護準確度，又可以保護患者；
　　5、 低抖動時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：低抖動時鐘對改善SNR和ENOB非常有效

    　Altera資深技術市場工程師趙敏認為超聲設備未來將會越來越多地用到FPGA，另外還將采用更多的高速串行接口，在內部總線會采用PCIe，而內存則會使用DDR2或DDR3，此外系統(tǒng)還有低功耗和更多通道數量的需求，要應對這些挑戰(zhàn)，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、要多使用能實現快速集成的IP工具進行開發(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(yī)療電子設備的開發(fā)上，除了要解決技術難題外，工程師面臨的更多是加速產品面市的壓力，如何讓一個好的想法盡快實現并產生經濟效益？美國NI公司市場工程師湯敏結合客戶的成功案例提出了幾點建議：
1、 利用圖形開發(fā)平臺和FPGA緊密結合，將算法直接使用；
2、 利用圖形開發(fā)平臺和傳感器以及測量設備緊密結合，縮短調試時間；
3、 利用圖形開發(fā)平臺讓設計人員關注算法縮短硬件設計時間從而加速產品面市；
 
圖7：利用NI的LabVIEW平臺，幾個大學生僅用數月時間就成功開發(fā)出了能利用腦電信號控制運動的輪椅