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醫學(xué)電子是一個(gè)新興的領(lǐng)域，是IC和醫學(xué)的交叉學(xué)科，其發(fā)展得益于微電子業(yè)和生物醫學(xué)的巨大突破和緊密結合。近年來(lái)，這個(gè)金礦正吸引越來(lái)越多的人眼球。 醫芯及便攜式：充滿(mǎn)挑戰 便攜式醫療設備由于其獨特性，對芯片的要求要高于常規的便攜式產(chǎn)品，主要具有以下特點(diǎn)： 超低功耗。由于人體的生理周期長(cháng)，有時(shí)需要幾小時(shí)到幾十小時(shí)的檢測，因此需要超低功耗�！耙恍┬酒墓男〉�1mW以下�！敝锌圃何㈦娮铀奈㈦娮釉O備研究室主任夏洋說(shuō)，“因此選擇芯片時(shí)，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(méi)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(wù)，因此降低成本非常重要。采取的措施是盡量集成、并進(jìn)行批量生產(chǎn)，芯片最好還是可配置的SoC。 智能化。過(guò)去無(wú)源芯片多。但是現在有源的智能芯片涌現，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，代替了常規的內窺鏡，在體內每分鐘拍照1~2次，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)把圖像傳輸出來(lái)，需要持續8小時(shí)。 小型化。為了方便患者攜帶，或者直接吞下肚(有時(shí)還是孩子吞服)，需要產(chǎn)品小型化。因此，應盡量采用SoC、SIP(系統封裝)或高密度模塊。高密度集成時(shí)會(huì )遇到一些困難，例如把多傳感器放在高密度的范圍內時(shí)，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，如何實(shí)現最優(yōu)化處理等等。 無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(gè)小時(shí)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(chǎng)干預。 參數測量的復雜性和處理。相對來(lái)說(shuō)，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(shí)，還要解決好時(shí)間和信號參數的關(guān)系。例如孩子早晨咳嗽是風(fēng)寒，晚上咳嗽是風(fēng)熱。 封裝。因為封裝是和人體直接相關(guān)的，必須適合穿戴。 嵌入式+網(wǎng)絡(luò )+信息化：潛力巨大 盡管開(kāi)發(fā)醫芯和醫療電子方案的難度比其他電子產(chǎn)品大很多，但是其巨大的商業(yè)前景也吸引著(zhù)眾商家的目光。例如Freescale曾做過(guò)一個(gè)大概的計算，到2015年，普通人一天就能夠輕松地接觸1000多個(gè)嵌入式處理器件，其中在健康和醫療方面占了可觀(guān)的比重。以下看看Freescale和Intel等公司對醫療的設想。 醫療/保健方案 “多核技術(shù)可以為醫療電子做出貢獻�！盜ntel公司全球副總裁兼亞太研發(fā)中心總經(jīng)理王文漢博士舉例說(shuō)，“現在照X光片，結果看上去模糊不清，將來(lái)可以讓8核、16核幫忙——從各個(gè)角度照片-計算。過(guò)去在大醫院做的復雜掃描，現在小型醫療站就可以做，不用去大醫院排隊等候了�！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(shuō)，現在患者用的藥，將變成針對每個(gè)人的個(gè)性化藥，就像我國古代的華佗把脈，說(shuō)用什么藥，要幾兩幾錢(qián)，每個(gè)人配的藥都不同，將來(lái)通過(guò)多核，用戶(hù)的PC機就變成神醫華佗了，可以精確地處理你個(gè)人專(zhuān)用的藥，而非藥房統一劑量的配藥。通過(guò)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中國區嵌入式產(chǎn)品事業(yè)部王禾經(jīng)理補充道，“醫院手術(shù)室的無(wú)影燈，需要低功耗的無(wú)風(fēng)扇多核處理器控制，以減少噪聲干擾�！� Freescale的 CTO(首席執行官)LisaT.Su說(shuō)道，很多器件使診斷設備達到了新的水平，例如MoneboTechnologies開(kāi)發(fā)的心電圖監控設備，還有其他公司開(kāi)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(gè)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(lái)。 遠程醫療 遠程醫療是使用技術(shù)遠程監視、診斷，有時(shí)甚至進(jìn)行治療的技術(shù)，而無(wú)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(guò)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，Freescale稱(chēng)之為“Wellness(全面健康)”。LisaT.Su博士展望了嵌入式控制其為醫療電子所做的貢獻，“目前，遠程醫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(jìn)行跟蹤。然后，您必須把這些結果上傳到PC，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給醫生或醫療提供商，以監控結果。在這個(gè)過(guò)程中，有很多人為干預。 “網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的進(jìn)步在不斷對此進(jìn)行改進(jìn)。例如，加拿大NewBrunswick的圣約翰醫院的護士測量術(shù)后在家休養的病人的生命體征，以確定他們是否在正確康復，或是還需要其他救助。這實(shí)際上降低了病人的醫療成本，也空出了醫院非常緊缺的術(shù)后病床，并使病人更舒適地在家休養�！� 雖然當今的遠程醫療已經(jīng)取得很大的進(jìn)步，但仍有很多事情要做。下一步就是讓智能器件和系統不需要診斷，真正通過(guò)自動(dòng)遠程醫療實(shí)現先進(jìn)的治療。 在自動(dòng)遠程醫療中，關(guān)鍵藥物療法可根據聯(lián)網(wǎng)傳感器和器件收集的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)調整。通過(guò)比較病人的實(shí)時(shí)數據和歷史數據，可在合理范圍內自動(dòng)調節劑量。 嵌入式智能不僅在上述領(lǐng)域發(fā)揮作用，還可以通過(guò)遠程醫療實(shí)現機器人手術(shù)。目前，通過(guò)使用可消除人手正常抖動(dòng)的操縱桿，醫生能夠進(jìn)行本地機器人手術(shù)，從而幫助外科醫生更精確地進(jìn)行精密手術(shù)。 機器人手術(shù)目前僅在病人和醫生同處一個(gè)病房的情況中使用。未來(lái)網(wǎng)絡(luò )延遲和視頻等問(wèn)題將解決，屆時(shí)我們有望進(jìn)行遠程機器人手術(shù)，因為醫療專(zhuān)家基本上可在全球范圍內按需分配。 然而，實(shí)現這一目標所需的條件現在還沒(méi)有完全到位。為了做到這一點(diǎn)，必須保證有近乎完美延遲的高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò )，來(lái)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(jìn)的聯(lián)網(wǎng)功能，同時(shí)還將改進(jìn)網(wǎng)絡(luò )帶寬和視頻壓縮。有了在處理、視頻和網(wǎng)絡(luò )功能領(lǐng)域的進(jìn)步，遠程機器人手術(shù)將成為可能。 遠程醫療+人工智能 超級電腦能夠戰勝?lài)H象棋冠軍GaryKasparov，是因為它儲存了很多過(guò)去的比賽、策略和結果。醫療人工智能利用基于多年的實(shí)際醫療數據和病歷的先進(jìn)算法，幫助醫生更好地決策。 醫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(kāi)發(fā)了一個(gè)使用人工智能的系統，來(lái)診斷心臟病發(fā)作風(fēng)險，它比大部分資深的心臟病專(zhuān)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(lèi)型的能力，將使這些系統在診斷能力方面更加先進(jìn)。 未來(lái)10年，我們設想醫療人工智能系統不僅能使用復雜算法進(jìn)行智能決策，而且能通過(guò)捕獲、分析和調節持續的實(shí)時(shí)病人數據流真正地學(xué)習。例如，研究人員正試驗使用醫療人工智能和傳感器網(wǎng)絡(luò )，幫助老年癡呆患者過(guò)上更幸福、健康和安全的生活。老年癡呆病人的一些常見(jiàn)癥狀是健忘和精神混亂，這些有時(shí)會(huì )使他們處于極大的危險之中。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員正在開(kāi)發(fā)一個(gè)系統，該系統能夠從家中傳感器網(wǎng)絡(luò )中自動(dòng)收集病人數據，并使用醫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�(gè)“智能家庭”：傳感器將與日常物體集成，以確定病人是否打開(kāi)爐子，或者是否打開(kāi)冰箱、櫥柜或大門(mén)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(lái)自這些傳感器的實(shí)時(shí)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(wú)比清晰的圖片。如果人工智能系統檢測到一個(gè)異常情況，它會(huì )自動(dòng)觸發(fā)應急響應，提醒病人吃飯或吃藥，或者如果在一定時(shí)間內室內沒(méi)有記錄任何活動(dòng)，它就自動(dòng)撥叫急救電話(huà)。 結語(yǔ) “保健產(chǎn)業(yè)蘊含著(zhù)兆億美元的商機�！痹鋈尾际埠涂肆诸D總統經(jīng)濟顧問(wèn)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(zhù)如何有效改善人民健康水平的重大挑戰，例如，國務(wù)院新近頒布的《國家中長(cháng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規劃綱要(2006~2020)》指出，重大疾病防治藥戰略前移，重點(diǎn)研究開(kāi)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(guān)鍵技術(shù)。不過(guò)，我國醫療電子剛剛起步，而且90%的醫療設備市場(chǎng)被外國公司所占有!大力開(kāi)辟醫療市場(chǎng)，研發(fā)自主知識產(chǎn)權的醫療設備，成為我國從業(yè)人員的重要使命。 |
