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醫(yī)學電子是一個新興的領域，是IC和醫(yī)學的交叉學科，其發(fā)展得益于微電子業(yè)和生物醫(yī)學的巨大突破和緊密結合。近年來，這個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)療設備由于其獨特性，對芯片的要求要高于常規(guī)的便攜式產品，主要具有以下特點： 超低功耗。由于人體的生理周期長，有時需要幾小時到幾十小時的檢測，因此需要超低功耗�！耙恍┬酒墓男〉�1mW以下。”中科院微電子所的微電子設備研究室主任夏洋說，“因此選擇芯片時，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(例如膠囊內鏡)是一次性的，并且為大眾服務，因此降低成本非常重要。采取的措施是盡量集成、并進行批量生產，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鏡，代替了常規(guī)的內窺鏡，在體內每分鐘拍照1~2次，并通過無線把圖像傳輸出來，需要持續(xù)8小時。 小型化。為了方便患者攜帶，或者直接吞下肚(有時還是孩子吞服)，需要產品小型化。因此，應盡量采用SoC、SIP(系統(tǒng)封裝)或高密度模塊。高密度集成時會遇到一些困難，例如把多傳感器放在高密度的范圍內時，干擾錯綜復雜：物理參量、數字-模擬、發(fā)射-接收、強信號的體現(xiàn)，如何實現(xiàn)最優(yōu)化處理等等。 無線通信和體外控制。體內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的發(fā)射和接收。胃內窺鏡到了食道如何在胃里呆十多個小時不下去，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，體外磁場干預。 參數測量的復雜性和處理。相對來說，體溫較好測量，而脈搏很復雜，心肌信號、腦電圖的信號小到0.3Hz，信號處理具有難度。同時，還要解決好時間和信號參數的關系。例如孩子早晨咳嗽是風寒，晚上咳嗽是風熱。 封裝。因為封裝是和人體直接相關的，必須適合穿戴。 嵌入式+網絡+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曾做過一個大概的計算，到2015年，普通人一天就能夠輕松地接觸1000多個嵌入式處理器件，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等公司對醫(yī)療的設想。 醫(yī)療/保健方案 “多核技術可以為醫(yī)療電子做出貢獻�！盜ntel公司全球副總裁兼亞太研發(fā)中心總經理王文漢博士舉例說，“現(xiàn)在照X光片，結果看上去模糊不清，將來可以讓8核、16核幫忙——從各個角度照片-計算。過去在大醫(yī)院做的復雜掃描，現(xiàn)在小型醫(yī)療站就可以做，不用去大醫(yī)院排隊等候了�！背藞D像處理方面，在計算方面多核業(yè)舉足輕重，王博士說，現(xiàn)在患者用的藥，將變成針對每個人的個性化藥，就像我國古代的華佗把脈，說用什么藥，要幾兩幾錢，每個人配的藥都不同，將來通過多核，用戶的PC機就變成神醫(yī)華佗了，可以精確地處理你個人專用的藥，而非藥房統(tǒng)一劑量的配藥。通過多核還可以測算你的DNA。在保健方面，嵌入式處理器可以精確地計算出你吃的東西量�！岸嗪说膬�(yōu)勢還有低功耗，”Intel中國區(qū)嵌入式產品事業(yè)部王禾經理補充道，“醫(yī)院手術室的無影燈，需要低功耗的無風扇多核處理器控制，以減少噪聲干擾�！� Freescale的 CTO(首席執(zhí)行官)LisaT.Su說道，很多器件使診斷設備達到了新的水平，例如MoneboTechnologies開發(fā)的心電圖監(jiān)控設備，還有其他公司開發(fā)出的便攜式脈搏血氧計等，可測量病人血液中的氧飽和度。還有一家公司甚至推出GlucoBoy，一個適用于青少年糖尿病患者的器件，它把葡萄糖測量和手持視頻游戲結合起來。 遠程醫(yī)療 遠程醫(yī)療是使用技術遠程監(jiān)視、診斷，有時甚至進行治療的技術，而無需與病人同處一地。當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)轉變?yōu)楦e極的遠程測試、檢測和防御功能，F(xiàn)reescale稱之為“Wellness(全面健康)”。LisaT.Su博士展望了嵌入式控制其為醫(yī)療電子所做的貢獻，“目前，遠程醫(yī)療通常要使用一些便攜式或家用診斷器件，測量血壓、心率以及其他生命體征，以便進行跟蹤。然后，您必須把這些結果上傳到PC，并通過網絡發(fā)送給醫(yī)生或醫(yī)療提供商，以監(jiān)控結果。在這個過程中，有很多人為干預。 “網絡技術的進步在不斷對此進行改進。例如，加拿大NewBrunswick的圣約翰醫(yī)院的護士測量術后在家休養(yǎng)的病人的生命體征，以確定他們是否在正確康復，或是還需要其他救助。這實際上降低了病人的醫(yī)療成本，也空出了醫(yī)院非常緊缺的術后病床，并使病人更舒適地在家休養(yǎng)�！� 雖然當今的遠程醫(yī)療已經取得很大的進步，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，真正通過自動遠程醫(yī)療實現(xiàn)先進的治療。 在自動遠程醫(yī)療中，關鍵藥物療法可根據聯(lián)網傳感器和器件收集的信息進行實時調整。通過比較病人的實時數據和歷史數據，可在合理范圍內自動調節(jié)劑量。 嵌入式智能不僅在上述領域發(fā)揮作用，還可以通過遠程醫(yī)療實現(xiàn)機器人手術。目前，通過使用可消除人手正常抖動的操縱桿，醫(yī)生能夠進行本地機器人手術，從而幫助外科醫(yī)生更精確地進行精密手術。 機器人手術目前僅在病人和醫(yī)生同處一個病房的情況中使用。未來網絡延遲和視頻等問題將解決，屆時我們有望進行遠程機器人手術，因為醫(yī)療專家基本上可在全球范圍內按需分配。 然而，實現(xiàn)這一目標所需的條件現(xiàn)在還沒有完全到位。為了做到這一點，必須保證有近乎完美延遲的高質量網絡，來發(fā)送視頻圖像，控制機器人。到 2015年，這種可能性將更大。我們將擁有更快、更強大的多核處理和先進的聯(lián)網功能，同時還將改進網絡帶寬和視頻壓縮。有了在處理、視頻和網絡功能領域的進步，遠程機器人手術將成為可能。 遠程醫(yī)療+人工智能 超級電腦能夠戰(zhàn)勝國際象棋冠軍GaryKasparov，是因為它儲存了很多過去的比賽、策略和結果。醫(yī)療人工智能利用基于多年的實際醫(yī)療數據和病歷的先進算法，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)了一個使用人工智能的系統(tǒng)，來診斷心臟病發(fā)作風險，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據和更豐富數據類型的能力，將使這些系統(tǒng)在診斷能力方面更加先進。 未來10年，我們設想醫(yī)療人工智能系統(tǒng)不僅能使用復雜算法進行智能決策，而且能通過捕獲、分析和調節(jié)持續(xù)的實時病人數據流真正地學習。例如，研究人員正試驗使用醫(yī)療人工智能和傳感器網絡，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，這些有時會使他們處于極大的危險之中。為了解決這個問題，研究人員正在開發(fā)一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠從家中傳感器網絡中自動收集病人數據，并使用醫(yī)療人工智能分析數據。支撐這一切的，是把病人的家庭轉變?yōu)橐粋�“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時數據共同提供一幅病人在室內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)檢測到一個異常情況，它會自動觸發(fā)應急響應，提醒病人吃飯或吃藥，或者如果在一定時間內室內沒有記錄任何活動，它就自動撥叫急救電話。 結語 “保健產業(yè)蘊含著兆億美元的商機�！痹鋈尾际埠涂肆诸D總統(tǒng)經濟顧問的保羅·皮爾澤在《財富第五波》中指出。我國在21世紀也面臨著如何有效改善人民健康水平的重大挑戰(zhàn)，例如，國務院新近頒布的《國家中長期科學技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006~2020)》指出，重大疾病防治藥戰(zhàn)略前移，重點研究開發(fā)心腦血管病、腫瘤等重大疾病的早期預警和診斷、疾病危險因素早期干預等關鍵技術。不過，我國醫(yī)療電子剛剛起步，而且90%的醫(yī)療設備市場被外國公司所占有!大力開辟醫(yī)療市場，研發(fā)自主知識產權的醫(yī)療設備，成為我國從業(yè)人員的重要使命。 |
