关于医疗电子设计的几点感想

传统医学非常类似于电子领域的模拟技术：高手往往来源于实践经验的积累，所以从医者众，但高手少之又少！不过这种现象正在被改变：随着大量融合化学、生物和电子技术的医疗电子设备的出现，更多的医生可以通过凝聚了众多专家经验值的综合医疗设备的各种参数来进行正确的诊断和治疗，同时人们还可以把一些便携式医疗设备带在身边，通过自己日常指标的量化显示，做出自我诊断和调整，防患于未然。

据市场调研机构Espicom报告显示，预计2010年全球医疗器材市场将突破2000亿美元，其中医疗电子将达到900亿美元的规模。而2011年仅中国医疗电子市场规模将达到500亿元。这一风光无限的市场吸引了包括Intel、TI、ADI等众多半导体行业的领先厂商。但是医疗设备有其行业的特殊性。从器件、芯片的选型来看，主要面涉及材料、集成度、能耗管理、可靠性、精度等关键因素。

材料的选择：很多专用的医疗设备都对材料有特殊要求，例如用于核磁共振系统的器件或IC，一定不能含有磁介质，否则会导致系统工作故障。而对于用于医用植入的器件来说，其材料必须保证经过侵蚀后不会出现性能的劣化。因此在针对某一具体应用开发产品之前，首先要考虑该应用对材料的特殊要求，其次再考虑器件/芯片的性能和功能。

集成度：医疗设备对集成度的日益苛刻的需求来自于两类应用，一类是便携式医疗设备。另一类是用于植入体内的芯片或系统。对于前者来说通过提高芯片的集成度可以缩小板级空间，减少组件数，这意味着更小的体积、更轻的重量以及更低的成本。而对于后者来说，集成度的提高则可以促进很多创新的应用，比如去年以色列工学院等几个机构的科学家联合开发的机器人直径为１毫米，长为４毫米，这种机器人可以进入人的血管并将药物送往人体各处。而德国非营利性研究机构IMS CHIPS 开发出的微型CMOS传感器则可以埋入视网膜内帮助患者恢复部分视力。但是要提高芯片的集成度，不仅要对不同的工艺技术（如CMOS和BiCMOS）之间进行仔细的分析和折衷，还要选择适当的电路实现架构。此外，还需要考虑引起不同构建模块之间交叉耦合和相互影响的所有可能机制。

可靠性：由于医疗电子设备应用的特殊性，可靠性成为衡量产品的最关键因素。 但是从器件和芯片本身来看，虽然集成度的提高能带来以上诸多益处，但是受半导体物理特性的影响，随着集成度的不断提高，器件/芯片的抗辐射能力却会明显降低，如何在提高集成度的同时兼顾可靠性是半导体厂商面临的又一挑战。据悉，为保证器件级的产品可靠性，在美国FDA（食品药物管理署）等认证中，甚至要求医疗设备厂商的元器件供应商也通过相关的认证。

精确度：人体的生物信号一般都比较微弱，要想获得理想的精确度，不仅需要信号链上每个器件都具备极高的精确度，同时还需要包括传感、放大、滤波以及转换等所有器件的通力协作。除此之外，对于系统设计来说，布板布线也是保证设备精度的关键所在，一些工程师在系统设计中经常抱怨器件的精度与厂家提供的评估板精度相差甚远，纠其原因基本上都和PCB设计不合理有关。

能耗管理：在医疗设备中能耗管理的意义不仅仅在于其“节能”，对于一些密封的大型设备来说，能耗管理和散热紧密相关，而散热直接影响着设备系统的可靠性和小型化。对于便携式医疗设备来说，能耗管理则直接影响这些依靠电池供电的便携式终端是否真正具备“方便性”。而对于植入式系统来说，能耗管理则和产品的生命周期紧密相关。为此，低工作电压、低电流消耗、动态能耗管理是医疗设备中每个器件的使命。

从设备的角度来看，除了要考虑以上关键指标外，还面临算法开发的挑战。由于几乎所有的医疗设备都是面向特殊应用，而对于电子类工程师来说，这些特定的应用都具备专业门槛，因此一套完善、精简系统算法的开发需要工程师和医疗专业人员的充分沟通和配合。