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要求嚴苛的智慧醫(yī)療:利用高整合FPGA開發(fā)醫(yī)療IoT應用的優(yōu)勢是?

發(fā)布時間:2016-02-06 責任編輯:susan

【導讀】智慧醫(yī)療整合了個人生理狀態(tài)感測與物聯(lián)網,是眾多IoT應用中的重點項目。因為醫(yī)療IoT應用市場的特殊性,不僅相關設備需達到高穩(wěn)定性要求,同時所開發(fā)的產品受法規(guī)、產品驗證嚴格管制,選擇開發(fā)平臺就成為左右成敗的重要關鍵。
 
發(fā)展以IoT技術為基礎的智能應用,選用平臺是否適合應用投放市場的特性就相當重要,以智慧醫(yī)療的IoT物聯(lián)網應用來說,由于醫(yī)療設備相較一般消費性電子、工業(yè)自動控制、智慧家庭等應用形是而言是相對嚴肅的應用場合,因為醫(yī)療設備稍有故障、誤動作可能就會造成醫(yī)療失誤,甚至危及用戶健康與生命,不但設備相關的驗證要求標準更高,針對應用需求設置的法規(guī)要求也相對嚴苛。
  
 
FPGA深入醫(yī)療電子設備開發(fā)應用
  
早在智慧醫(yī)療、IoT物聯(lián)網整合熱潮發(fā)展之前,在醫(yī)療設備、生理監(jiān)控等電子裝置中,早已導入FPGA(Field-programmable gate array)核心組件進行設備的功能設計,一方面因為FPGA具備高效能、超低功耗(Ultra low-power)與開發(fā)設計彈性外,也適合特殊行業(yè)應用的客制系統(tǒng)整合設計需求,在過去30多年醫(yī)療設備業(yè)者多數(shù)也使用FPGA進行產品設計與整合。
  
加上醫(yī)療產業(yè)的系統(tǒng)效能與穩(wěn)定性要求相對高許多,F(xiàn)PGA的可程序化開發(fā)功能不但可以因應系統(tǒng)功能擴展需求,也能提供相對穩(wěn)定、高效的作業(yè)表現(xiàn),常見以FPGA進行整合的醫(yī)療設備應用如呼吸輔助設備、心跳去顫器、內視鏡設備、計算機斷層掃描設備、核磁共振掃描設備、超音波設備、病人生理監(jiān)控設備等,都有使用SoC的FPGA組件所整合的設備產品。
  
以FPGA組件特性,建構智能醫(yī)療與IoT開發(fā)條件
  
以FPGA的系統(tǒng)組件特性,相較目前常見的SoC芯片說,F(xiàn)PGA的組件特性更適合用來開發(fā)醫(yī)療用IoT應用,不僅是目前常見醫(yī)療電子設備已廣泛實行FPGA進行產品整合的先行優(yōu)勢外,F(xiàn)PGA本身可以搭配可程序化組件加速設備開發(fā),同時又能提供設備持續(xù)維護、優(yōu)化的設計彈性,加上FPGA本身的高可靠度表現(xiàn),可降低醫(yī)療設備開發(fā)過程的風險,同時也能針對不同國家、地區(qū)的醫(yī)療設備管制法規(guī)進行設備微調加速審查驗證時程。
  
運用高效能運算核心與可程序化應用功能,醫(yī)療設備的終端功能可以利用高可靠度的系統(tǒng)設計透過FPGA的邏輯組件進行開發(fā)整合,加上新型FPGA高度整合多元系統(tǒng)組件,也能進一步簡化電路載板的設計復雜度,讓核心功能可以直接透過可程序化功能進行布署,而不用動輒為了系統(tǒng)功能優(yōu)化動輒修改電子電路,簡化開發(fā)流程與時間,尤其醫(yī)療用途的高度精準、高效率、高穩(wěn)定要求應用可運用FPGA的邏輯組件進行功能布署,反而非關安全與穩(wěn)定性要求的子系統(tǒng)可透過軟件程序進行布署,進一步增強運用FPGA設計的醫(yī)療設備運行可靠度。
  
醫(yī)療設備智能化聯(lián)網要求,可用進階高整合FPGA達成
  
而在因應醫(yī)療設備智能化與聯(lián)網應用整合趨勢下,醫(yī)療設備智能化與聯(lián)網要求也可透過進階FPGA組件進行整合,由于FPGA本身即具備低功耗設計條件,加上整合網通應用、進階芯片的SoC產品,也能加速醫(yī)療用IoT產品的開發(fā)周期,而FPGA的高整合度特性,可將大量邏輯組件、軟件應用整合于芯片中,大幅縮小電路載板面積,也能有效縮小醫(yī)療設備的設計體積,進一步發(fā)展更小的醫(yī)療智能裝置、甚至是可穿戴式(wearable device)的小型醫(yī)療智能裝置,讓智能醫(yī)療終端的體積更小、功能更智能化、亦可整合智能聯(lián)網應用,開發(fā)低侵入性的醫(yī)療設備、加快患者的恢復速度。
  
尤其是早期醫(yī)療設備通常以單一功能、特定應用目標進行開發(fā),設備體積龐大,甚至需占據(jù)一間診療室進行設備布署,例如早期醫(yī)療檢測設備就相當程度占用有限的醫(yī)療環(huán)境空間,加上設備本身聯(lián)網能力有限、醫(yī)療檢測信息無法順暢在不同設備間交換,往往產生更復雜的使用流程,增加醫(yī)療程序的人工處理負荷。
  
新一代的智慧醫(yī)療整合方向為透過進階電子與演算科技,不僅可以提升醫(yī)療檢測設備的監(jiān)控數(shù)據(jù)精確度,數(shù)字化的診療數(shù)據(jù)透過通訊協(xié)議進行傳輸,不僅提升了設備檢測信息互通的使用便利性,運用電子科技高度整合多元檢測應用,也能進一步縮小設備的占位空間,讓可以騰出更多寶貴醫(yī)療場域空間、進而提升患者的服務數(shù)量或醫(yī)療質量。
因應穿戴電子開發(fā)需求 FPGA滿足高整合度開發(fā)條件
  
尤其在醫(yī)療設備數(shù)字化、智能化與聯(lián)網應用強化后,使用頻次較少的進階醫(yī)療檢測設備甚至可以在體積縮小、功能優(yōu)化后,改實行動化的設備布署,例如,采用可移動式的臺車方式整合進階醫(yī)療檢測設備功能,如此即可減少醫(yī)療設備的使用彈性,高階醫(yī)療檢測設備還可在不同病房間移動應用,透過聯(lián)網整合進行醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸進一步增加檢測效能與服務質量,避免人工處理造成檢測過程冗長,提升醫(yī)護治療質量。
  
對于如呼吸器、自動給劑設備這類自動化設備,F(xiàn)PGA的高度可程序化邏輯布署,也可因應設備應用的實時互動需求進行功能布署,例如,針對患者的生理監(jiān)控征象進行設備運行條件的改變,如調整呼吸器運行狀態(tài)或是變更自動投藥的劑量等,加上智能醫(yī)療已開始嘗試導入IoT應用,進一步擴展如病床床邊生理監(jiān)控設備的功能應用,如透過物聯(lián)網將病人生命征象實時透過基礎網絡搭配云端技術儲存、運算、分析,或是實時遠程記錄醫(yī)療記錄,匯整更完整全面的醫(yī)療數(shù)據(jù),協(xié)助醫(yī)生做出更精確的診療判斷。
  
FPGA高度可程序化布署,降低醫(yī)療設備審核、管制風險
  
透過IoT應用功能整合,進階醫(yī)療監(jiān)控設備甚至可以將功能優(yōu)化、成本降低,發(fā)展家用醫(yī)療遠程監(jiān)控應用,透過家庭網絡基礎環(huán)境進行醫(yī)療用物聯(lián)網布署,甚至應用無線通信技術達到醫(yī)療體征實時、不中斷的持續(xù)監(jiān)控,部分復原狀態(tài)較佳的病患也可提早返家持續(xù)監(jiān)控復原狀態(tài)?;贔PGA的開發(fā)平臺,可以讓家庭醫(yī)療設備終端達到醫(yī)療級的高穩(wěn)定性表現(xiàn),同時透過高度整合功能縮小設備體積、制造成本,加上彈性的IoT聯(lián)網布署整合,透過智慧醫(yī)療即享受更方便的遠程醫(yī)療服務。
  
然而,醫(yī)療結合電子科技、云端運算優(yōu)化的各種智慧醫(yī)療應用,開發(fā)遠景雖然美好,但實際上醫(yī)療行為、醫(yī)療設備因為產業(yè)的特殊性限制,相關的服務設計、產品設計仍受到嚴苛的法規(guī)限制要求,因此醫(yī)療設備廠商為了降低產品開發(fā)風險,選擇高度可靠度、兼具可程序化功能優(yōu)化的開發(fā)平臺就相當重要,F(xiàn)PGA開發(fā)平臺即可因應繁復的醫(yī)療設備審核要求、管制限制進行功能微調,甚至針對設備的不同地區(qū)、國家要求條件,進行區(qū)域差異化的功能彈性布署,同時亦能保留開發(fā)系統(tǒng)的高度可靠度表現(xiàn)。
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