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FPGA深入医疗电子设备开发应用

2018年10月11日 16:58 次阅读

智慧医疗整合个人生理状态感测与结合物联网,是众多IoT应用中的重点项目,因为医疗IoT应用市场的特殊性,不仅相关设备需达到高稳定性要求,同时所开发的产品受法规、产品验证严格管制,选择开发平台就成为左右成败的重要关键。..

FPGA深入医疗电子设备开发应用

发展以IoT技术为基础的智能应用,选用平台是否适合应用投放市场的特性就相当重要,以智慧医疗的IoT物联网应用来说,由于医疗设备相较一般消费性电子、工业自动控制、智慧家庭等应用形是而言是相对严肃的应用场合,因为医疗设备稍有故障、误动作可能就会造成医疗失误,甚至危及用户健康与生命,不但设备相关的验证要求标准更高,针对应用需求设置的法规要求也相对严苛。

FPGA深入医疗电子设备开发应用

早在智慧医疗、IoT物联网整合热潮发展之前,在医疗设备、生理监控等电子装置中,早已导入FPGA(Field-programmable gate array)核心组件进行设备的功能设计,一方面因为FPGA具备高效能、超低功耗(Ultra low-power)与开发设计弹性外,也适合特殊澳门威尼斯人官网手机的客制系统整合设计需求,在过去30多年医疗设备业者多数也使用FPGA进行产品设计与整合。

加上医疗产业的系统效能与稳定性要求相对高许多,FPGA的可程序化开发功能不但可以因应系统功能扩展需求,也能提供相对稳定、高效的作业表现,常见以FPGA进行整合的医疗设备应用如呼吸辅助设备、心跳去颤器、内视镜设备、计算机断层扫描设备、核磁共振扫描设备、超音波设备、病人生理监控设备等,都有使用SoC的FPGA组件所整合的设备产品。

以FPGA组件特性 建构智能医疗与IoT开发条件

以FPGA的系统组件特性,相较目前常见的SoC芯片说,FPGA的组件特性更适合用来开发医疗用IoT应用,不仅是目前常见医疗电子设备已广泛实行FPGA进行产品整合的先行优势外,FPGA本身可以搭配可程序化组件加速设备开发,同时又能提供设备持续维护、优化的设计弹性,加上FPGA本身的高可靠度表现,可降低医疗设备开发过程的风险,同时也能针对不同国家、地区的医疗设备管制法规进行设备微调加速审查验证时程。

运用高效能运算核心与可程序化应用功能,医疗设备的终端功能可以利用高可靠度的系统设计透过FPGA的逻辑组件进行开发整合,加上新型FPGA高度整合多元系统组件,也能进一步简化电路载板的设计复杂度,让核心功能可以直接透过可程序化功能进行布署,而不用动辄为了系统功能优化动辄修改电子电路,简化开发流程与时间,尤其医疗用途的高度精准、高效率、高稳定要求应用可运用FPGA的逻辑组件进行功能布署,反而非关安全与稳定性要求的子系统可透过软件程序进行布署,进一步增强运用FPGA设计的医疗设备运行可靠度。

医疗设备智能化联网要求 可用进阶高整合FPGA达成

而在因应医疗设备智能化与联网应用整合趋势下,医疗设备智能化与联网要求也可透过进阶FPGA组件进行整合,由于FPGA本身即具备低功耗设计条件,加上整合网通应用、进阶芯片的SoC产品,也能加速医疗用IoT产品的开发周期,而FPGA的高整合度特性,可将大量逻辑组件、软件应用整合于芯片中,大幅缩小电路载板面积,也能有效缩小医疗设备的设计体积,进一步发展更小的医疗智能装置、甚至是可穿戴式(wearable device)的小型医疗智能装置,让智能医疗终端的体积更小、功能更智能化、亦可整合智能联网应用,开发低侵入性的医疗设备、加快患者的恢复速度。

尤其是早期医疗设备通常以单一功能、特定应用目标进行开发,设备体积庞大,甚至需占据一间诊疗室进行设备布署,例如早期医疗检测设备就相当程度占用有限的医疗环境空间,加上设备本身联网能力有限、医疗检测信息无法顺畅在不同设备间交换,往往产生更复杂的使用流程,增加医疗程序的人工处理负荷。

新一代的智慧医疗整合方向为透过进阶电子与演算科技,不仅可以提升医疗检测设备的监控数据精确度,数字化的诊疗数据透过通讯协议进行传输,不仅提升了设备检测信息互通的使用便利性,运用电子科技高度整合多元检测应用,也能进一步缩小设备的占位空间,让可以腾出更多宝贵医疗场域空间、进而提升患者的服务数量或医疗质量。

因应穿戴电子开发需求 FPGA满足高整合度开发条件

尤其在医疗设备数字化、智能化与联网应用强化后,使用频次较少的进阶医疗检测设备甚至可以在体积缩小、功能优化后,改实行动化的设备布署,例如,采用可移动式的台车方式整合进阶医疗检测设备功能,如此即可减少医疗设备的使用弹性,高阶医疗检测设备还可在不同病房间移动应用,透过联网整合进行医疗数据传输进一步增加检测效能与服务质量,避免人工处理造成检测过程冗长,提升医护治疗质量。

对于如呼吸器、自动给剂设备这类自动化设备,FPGA的高度可程序化逻辑布署,也可因应设备应用的实时互动需求进行功能布署,例如,针对患者的生理监控征象进行设备运行条件的改变,如调整呼吸器运行状态或是变更自动投药的剂量等,加上智能医疗已开始尝试导入IoT应用,进一步扩展如病床床边生理监控设备的功能应用,如透过物联网将病人生命征象实时透过基础网络搭配云端技术储存、运算、分析,或是实时远程记录医疗记录,汇整更完整全面的医疗数据,协助医生做出更精确的诊疗判断。

FPGA高度可程序化布署 降低医疗设备审核、管制风险

透过IoT应用功能整合,进阶医疗监控设备甚至可以将功能优化、成本降低,发展家用医疗远程监控应用,透过家庭网络基础环境进行医疗用物联网布署,甚至应用无线通信技术达到医疗体征实时、不中断的持续监控,部分复原状态较佳的病患也可提早返家持续监控复原状态。基于FPGA的开发平台,可以让家庭医疗设备终端达到医疗级的高稳定性表现,同时透过高度整合功能缩小设备体积、制造成本,加上弹性的IoT联网布署整合,透过智慧医疗即享受更方便的远程医疗服务。

然而,医疗结合电子科技、云端运算优化的各种智慧医疗应用,开发远景虽然美好,但实际上医疗行为、医疗设备因为产业的特殊性限制,相关的服务设计、产品设计仍受到严苛的法规限制要求,因此医疗设备厂商为了降低产品开发风险,选择高度可靠度、兼具可程序化功能优化的开发平台就相当重要,FPGA开发平台即可因应繁复的医疗设备审核要求、管制限制进行功能微调,甚至针对设备的不同地区、国家要求条件,进行区域差异化的功能弹性布署,同时亦能保留开发系统的高度可靠度表现。

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