《電子技術(shù)應(yīng)用》
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關(guān)于醫(yī)療電子的未來發(fā)展以及影響的因素詳解

2018-06-29
關(guān)鍵詞: 醫(yī)療電子 智能醫(yī)療

  然中醫(yī)和西醫(yī)仍然存在很多分歧,但是中醫(yī)講究的望聞問切和西醫(yī)講究的視觸叩聽卻異曲同工。兩者都對(duì)醫(yī)生在綜合病人信息方面提出了很高的要求。這也使得傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)非常類似于電子領(lǐng)域的模擬技術(shù):高手往往來源于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,所以從醫(yī)者眾,但高手少之又少!不過這種現(xiàn)象正在被改變:隨著大量融合化學(xué)、生物和電子技術(shù)的醫(yī)療電子設(shè)備的出現(xiàn),更多的醫(yī)生可以通過凝聚了眾多專家經(jīng)驗(yàn)值的綜合醫(yī)療設(shè)備的各種參數(shù)來進(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(yī)療設(shè)備帶在身邊,通過自己日常指標(biāo)的量化顯示,做出自我診斷和調(diào)整,防患于未然。

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  據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Espicom報(bào)告顯示,預(yù)計(jì)2010年全球醫(yī)療器材市場(chǎng)將突破2000億美元,其中醫(yī)療電子將達(dá)到900億美元的規(guī)模。而2011年僅中國(guó)醫(yī)療電子市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到500億元。這一風(fēng)光無限的市場(chǎng)吸引了包括Intel、TI、ADI等眾多半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)先廠商。但是醫(yī)療設(shè)備有其行業(yè)的特殊性。從器件、芯片的選型來看,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:很多專用的醫(yī)療設(shè)備都對(duì)材料有特殊要求,例如用于核磁共振系統(tǒng)的器件或IC,一定不能含有磁介質(zhì),否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作故障。而對(duì)于用于醫(yī)用植入的器件來說,其材料必須保證經(jīng)過侵蝕后不會(huì)出現(xiàn)性能的劣化。因此在針對(duì)某一具體應(yīng)用開發(fā)產(chǎn)品之前,首先要考慮該應(yīng)用對(duì)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(yī)療設(shè)備對(duì)集成度的日益苛刻的需求來自于兩類應(yīng)用,一類是便攜式醫(yī)療設(shè)備。另一類是用于植入體內(nèi)的芯片或系統(tǒng)。對(duì)于前者來說通過提高芯片的集成度可以縮小板級(jí)空間,減少組件數(shù),這意味著更小的體積、更輕的重量以及更低的成本。而對(duì)于后者來說,集成度的提高則可以促進(jìn)很多創(chuàng)新的應(yīng)用,比如去年以色列工學(xué)院等幾個(gè)機(jī)構(gòu)的科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)的機(jī)器人直徑為1毫米,長(zhǎng)為4毫米,這種機(jī)器人可以進(jìn)入人的血管并將藥物送往人體各處。而德國(guó)非營(yíng)利性研究機(jī)構(gòu)IMS CHIPS 開發(fā)出的微型CMOS傳感器則可以埋入視網(wǎng)膜內(nèi)幫助患者恢復(fù)部分視力。但是要提高芯片的集成度,不僅要對(duì)不同的工藝技術(shù)(如CMOS和BiCMOS)之間進(jìn)行仔細(xì)的分析和折衷,還要選擇適當(dāng)?shù)碾娐穼?shí)現(xiàn)架構(gòu)。此外,還需要考慮引起不同構(gòu)建模塊之間交叉耦合和相互影響的所有可能機(jī)制。

  可靠性:由于醫(yī)療電子設(shè)備應(yīng)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看,雖然集成度的提高能帶來以上諸多益處,但是受半導(dǎo)體物理特性的影響,隨著集成度的不斷提高,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(dǎo)體廠商面臨的又一挑戰(zhàn)。據(jù)悉,為保證器件級(jí)的產(chǎn)品可靠性,在美國(guó)FDA(食品藥物管理署)等認(rèn)證中,甚至要求醫(yī)療設(shè)備廠商的元器件供應(yīng)商也通過相關(guān)的認(rèn)證。

  精確度:人體的生物信號(hào)一般都比較微弱,要想獲得理想的精確度,不僅需要信號(hào)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(zhuǎn)換等所有器件的通力協(xié)作。除此之外,對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說,布板布線也是保證設(shè)備精度的關(guān)鍵所在,一些工程師在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常抱怨器件的精度與廠家提供的評(píng)估板精度相差甚遠(yuǎn),糾其原因基本上都和PCB設(shè)計(jì)不合理有關(guān)。

  能耗管理:在醫(yī)療設(shè)備中能耗管理的意義不僅僅在于其“節(jié)能”,對(duì)于一些密封的大型設(shè)備來說,能耗管理和散熱緊密相關(guān),而散熱直接影響著設(shè)備系統(tǒng)的可靠性和小型化。對(duì)于便攜式醫(yī)療設(shè)備來說,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(duì)于植入式系統(tǒng)來說,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(yī)療設(shè)備中每個(gè)器件的使命。

  從設(shè)備的角度來看,除了要考慮以上關(guān)鍵指標(biāo)外,還面臨算法開發(fā)的挑戰(zhàn)。由于幾乎所有的醫(yī)療設(shè)備都是面向特殊應(yīng)用,而對(duì)于電子類工程師來說,這些特定的應(yīng)用都具備專業(yè)門檻,因此一套完善、精簡(jiǎn)系統(tǒng)算法的開發(fā)需要工程師和醫(yī)療專業(yè)人員的充分溝通和配合。

  但不管怎樣,醫(yī)療電子市場(chǎng)的宏圖已經(jīng)展開,相信不久的將來將會(huì)在我們生活中無處不在。


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