醫(yī)療電子：金礦正待開采

　　醫(yī)學(xué)電子是一個(gè)新興的領(lǐng)域，是IC和醫(yī)學(xué)的交叉學(xué)科，其發(fā)展得益于微電子業(yè)和生物醫(yī)學(xué)的巨大突破和緊密結(jié)合。近年來，這個(gè)金礦正吸引越來越多的人眼球。

醫(yī)芯及便攜式：充滿挑戰(zhàn)

　　便攜式醫(yī)療設(shè)備由于其獨(dú)特性，對(duì)芯片的要求要高于常規(guī)的便攜式產(chǎn)品，主要具有以下特點(diǎn)：

　　·超低功耗。由于人體的生理周期長(zhǎng)，有時(shí)需要幾小時(shí)到幾十小時(shí)的檢測(cè)，因此需要超低功耗。“一些芯片的功耗小到1mW以下。” 中科院微電子所的微電子設(shè)備研究室主任夏洋說，“因此選擇芯片時(shí)，要盡量采用0.13微米及以下工藝的芯片，工作模式也需要優(yōu)化，例如有些信號(hào)沒有必要高速采集，采用合理的電源管理模式等方法。”

　　·低成本。一些吃下肚的芯片（例如膠囊內(nèi)鏡）是一次性的，并且為大眾服務(wù)，因此降低成本非常重要。采取的措施是盡量集成、并進(jìn)行批量生產(chǎn)，芯片最好還是可配置的SoC。

　　·智能化。過去無源芯片多。但是現(xiàn)在有源的智能芯片涌現(xiàn)，他們的集成度較高，通常要集成了傳感器、AD、RF等。例如重慶金山公司的膠囊內(nèi)鏡，代替了常規(guī)的內(nèi)窺鏡，在體內(nèi)每分鐘拍照1~2次，并通過無線把圖像傳輸出來，需要持續(xù)8小時(shí)。

　　·小型化。為了方便患者攜帶，或者直接吞下肚（有時(shí)還是孩子吞服），需要產(chǎn)品小型化。因此，應(yīng)盡量采用SoC、SIP（系統(tǒng)封裝）或高密度模塊。高密度集成時(shí)會(huì)遇到一些困難，例如把多傳感器放在高密度的范圍內(nèi)時(shí)，干擾錯(cuò)綜復(fù)雜：物理參量、數(shù)字-模擬、發(fā)射-接收、強(qiáng)信號(hào)的體現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化處理等等。

　　·無線通信和體外控制。體內(nèi)與體外的通信也很重要，具有廣闊的發(fā)展前景。例如低功耗的無線信號(hào)的發(fā)射和接收。胃內(nèi)窺鏡到了食道如何在胃里呆十多個(gè)小時(shí)不下去，涉及到膠囊鏡的方向如何控制，重慶金山公司主要采用兩種方法：1，重力，2，體外磁場(chǎng)干預(yù)。

　　·參數(shù)測(cè)量的復(fù)雜性和處理。相對(duì)來說，體溫較好測(cè)量，而脈搏很復(fù)雜，心肌信號(hào)、腦電圖的信號(hào)小到0.3Hz，信號(hào)處理具有難度。同時(shí)，還要解決好時(shí)間和信號(hào)參數(shù)的關(guān)系。例如孩子早晨咳嗽是風(fēng)寒，晚上咳嗽是風(fēng)熱。

　　·封裝。因?yàn)榉庋b是和人體直接相關(guān)的，必須適合穿戴。

嵌入式+網(wǎng)絡(luò)+信息化：潛力巨大

　　盡管開發(fā)醫(yī)芯和醫(yī)療電子方案的難度比其他電子產(chǎn)品大很多，但是其巨大的商業(yè)前景也吸引著眾商家的目光。例如Freescale曾做過一個(gè)大概的計(jì)算，到2015年，普通人一天就能夠輕松地接觸1000多個(gè)嵌入式處理器件，其中在健康和醫(yī)療方面占了可觀的比重。以下看看Freescale和Intel等公司對(duì)醫(yī)療的設(shè)想。

醫(yī)療/保健方案

　　“多核技術(shù)可以為醫(yī)療電子做出貢獻(xiàn)。”Intel公司全球副總裁兼亞太研發(fā)中心總經(jīng)理王文漢博士舉例說，“現(xiàn)在照X光片，結(jié)果看上去模糊不清，將來可以讓8核、16核幫忙——從各個(gè)角度照片-計(jì)算。過去在大醫(yī)院做的復(fù)雜掃描，現(xiàn)在小型醫(yī)療站就可以做，不用去大醫(yī)院排隊(duì)等候了。”除了圖像處理方面，在計(jì)算方面多核業(yè)舉足輕重，王博士說，現(xiàn)在患者用的藥，將變成針對(duì)每個(gè)人的個(gè)性化藥，就像我國(guó)古代的華佗把脈，說用什么藥，要幾兩幾錢，每個(gè)人配的藥都不同，將來通過多核，用戶的PC機(jī)就變成神醫(yī)華佗了，可以精確地處理你個(gè)人專用的藥，而非藥房統(tǒng)一劑量的配藥。通過多核還可以測(cè)算你的DNA。在保健方面，嵌入式處理器可以精確地計(jì)算出你吃的東西量。“多核的優(yōu)勢(shì)還有低功耗，”Intel中國(guó)區(qū)嵌入式產(chǎn)品事業(yè)部王禾經(jīng)理補(bǔ)充道，“醫(yī)院手術(shù)室的無影燈，需要低功耗的無風(fēng)扇多核處理器控制，以減少噪聲干擾。”

　　Freescale的CTO（首席執(zhí)行官）Lisa T. Su說道，很多器件使診斷設(shè)備達(dá)到了新的水平，例如Monebo Technologies開發(fā)的心電圖監(jiān)控設(shè)備，還有其他公司開發(fā)出的便攜式脈搏血氧計(jì)等，可測(cè)量病人血液中的氧飽和度。 還有一家公司甚至推出GlucoBoy，一個(gè)適用于青少年糖尿病患者的器件，它把葡萄糖測(cè)量和手持視頻游戲結(jié)合起來。

遠(yuǎn)程醫(yī)療

　　遠(yuǎn)程醫(yī)療是使用技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)視、診斷，有時(shí)甚至進(jìn)行治療的技術(shù)，而無需與病人同處一地。當(dāng)前需要把病例電子化，然后，“我們需要從過去的信息收集（電子病例）轉(zhuǎn)變?yōu)楦e極的遠(yuǎn)程測(cè)試、檢測(cè)和防御功能，F(xiàn)reescale稱之為“Wellness（全面健康）”。Lisa T. Su博士展望了嵌入式控制其為醫(yī)療電子所做的貢獻(xiàn)，“目前，遠(yuǎn)程醫(yī)療通常要使用一些便攜式或家用診斷器件，測(cè)量血壓、心率以及其他生命體征，以便進(jìn)行跟蹤。然后，您必須把這些結(jié)果上傳到PC，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給醫(yī)生或醫(yī)療提供商，以監(jiān)控結(jié)果。在這個(gè)過程中，有很多人為干預(yù)。

　　“網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步在不斷對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)。  例如，加拿大New Brunswick的圣約翰醫(yī)院的護(hù)士測(cè)量術(shù)后在家休養(yǎng)的病人的生命體征，以確定他們是否在正確康復(fù)，或是還需要其他救助。這實(shí)際上降低了病人的醫(yī)療成本，也空出了醫(yī)院非常緊缺的術(shù)后病床，并使病人更舒適地在家休養(yǎng)。”

　　雖然當(dāng)今的遠(yuǎn)程醫(yī)療已經(jīng)取得很大的進(jìn)步，但仍有很多事情要做。下一步就是讓智能器件和系統(tǒng)不需要診斷，真正通過自動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的治療。

　　在自動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療中，關(guān)鍵藥物療法可根據(jù)聯(lián)網(wǎng)傳感器和器件收集的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。通過比較病人的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，可在合理范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)劑量。

　　嵌入式智能不僅在上述領(lǐng)域發(fā)揮作用，還可以通過遠(yuǎn)程醫(yī)療實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手術(shù)。目前，通過使用可消除人手正常抖動(dòng)的操縱桿，醫(yī)生能夠進(jìn)行本地機(jī)器人手術(shù)，從而幫助外科醫(yī)生更精確地進(jìn)行精密手術(shù)。

　　機(jī)器人手術(shù)目前僅在病人和醫(yī)生同處一個(gè)病房的情況中使用。未來網(wǎng)絡(luò)延遲和視頻等問題將解決，屆時(shí)我們有望進(jìn)行遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)，因?yàn)獒t(yī)療專家基本上可在全球范圍內(nèi)按需分配。 

　　然而，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的條件現(xiàn)在還沒有完全到位。為了做到這一點(diǎn)，必須保證有近乎完美延遲的高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)，來發(fā)送視頻圖像，控制機(jī)器人。 到2015年，這種可能性將更大。 我們將擁有更快、更強(qiáng)大的多核處理和先進(jìn)的聯(lián)網(wǎng)功能，同時(shí)還將改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)帶寬和視頻壓縮。有了在處理、視頻和網(wǎng)絡(luò)功能領(lǐng)域的進(jìn)步，遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)將成為可能。
 
遠(yuǎn)程醫(yī)療+人工智能

　　超級(jí)電腦能夠戰(zhàn)勝國(guó)際象棋冠軍Gary Kasparov，是因?yàn)樗鼉?chǔ)存了很多過去的比賽、策略和結(jié)果。醫(yī)療人工智能利用基于多年的實(shí)際醫(yī)療數(shù)據(jù)和病歷的先進(jìn)算法，幫助醫(yī)生更好地決策。

　　醫(yī)療人工智能并不是真正意義上的新概念。大概在10年前，研究人員就開發(fā)了一個(gè)使用人工智能的系統(tǒng)，來診斷心臟病發(fā)作風(fēng)險(xiǎn)，它比大部分資深的心臟病專家的效率還高10%。然而采用嵌入式智能，其管理和處理大量數(shù)據(jù)和更豐富數(shù)據(jù)類型的能力，將使這些系統(tǒng)在診斷能力方面更加先進(jìn)。

　　未來10年，我們?cè)O(shè)想醫(yī)療人工智能系統(tǒng)不僅能使用復(fù)雜算法進(jìn)行智能決策，而且能通過捕獲、分析和調(diào)節(jié)持續(xù)的實(shí)時(shí)病人數(shù)據(jù)流真正地學(xué)習(xí)。例如， 研究人員正試驗(yàn)使用醫(yī)療人工智能和傳感器網(wǎng)絡(luò)，幫助老年癡呆患者過上更幸福、健康和安全的生活。老年癡呆病人的一些常見癥狀是健忘和精神混亂，這些有時(shí)會(huì)使他們處于極大的危險(xiǎn)之中。為了解決這個(gè)問題，研究人員正在開發(fā)一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠從家中傳感器網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)收集病人數(shù)據(jù)，并使用醫(yī)療人工智能分析數(shù)據(jù)。支撐這一切的，是把病人的家庭轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)“智能家庭”：傳感器將與日常物體集成，以確定病人是否打開爐子，或者是否打開冰箱、櫥柜或大門等；熱力和壓力傳感器將確定病人是坐在椅子上、躺在床上還是在房子里散步；生物傳感器將測(cè)量心率和體溫等生命體征，告訴我們它們的情況。來自這些傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共同提供一幅病人在室內(nèi)的位置及其精神狀態(tài)的無比清晰的圖片。如果人工智能系統(tǒng)檢測(cè)到一個(gè)異常情況，它會(huì)自動(dòng)觸發(fā)應(yīng)急響應(yīng)，提醒病人吃飯或吃藥，或者如果在一定時(shí)間內(nèi)室內(nèi)沒有記錄任何活動(dòng)，它就自動(dòng)撥叫急救電話。

結(jié)語(yǔ)

　　“保健產(chǎn)業(yè)蘊(yùn)含著兆億美元的商機(jī)。”曾出任布什和克林頓總統(tǒng)經(jīng)濟(jì)顧問的保羅·皮爾澤在《財(cái)富第五波》中指出。我國(guó)在21世紀(jì)也面臨著如何有效改善人民健康水平的重大挑戰(zhàn)，例如，國(guó)務(wù)院新近頒布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006~2020）》指出，重大疾病防治藥戰(zhàn)略前移，重點(diǎn)研究開發(fā)心腦血管病、腫瘤等重大疾病的早期預(yù)警和診斷、疾病危險(xiǎn)因素早期干預(yù)等關(guān)鍵技術(shù)。不過，我國(guó)醫(yī)療電子剛剛起步，而且90%的醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)被外國(guó)公司所占有！大力開辟醫(yī)療市場(chǎng)，研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醫(yī)療設(shè)備，成為我國(guó)從業(yè)人員的重要使命。

參考文獻(xiàn)：

1，“醫(yī)芯”會(huì)務(wù)組編，第一屆低功耗生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)芯片國(guó)際研討會(huì)論文集，蘇州，2008.9
2，F(xiàn)reescale北美FTF大會(huì)寫真，http://www.ex-cimer.com/event/topic/Freescale/