FPGA深入醫(yī)療電子設(shè)備開發(fā)應用

智慧醫(yī)療整合個人生理狀態(tài)感測與結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，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(guān)設(shè)備需達到高穩(wěn)定性要求，同時所開發(fā)的產(chǎn)品受法規(guī)、產(chǎn)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(guān)鍵。..

發(fā)展以IoT技術(shù)為基礎(chǔ)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(wǎng)應用來說，由于醫(yī)療設(shè)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(shè)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(shè)備相關(guān)的驗證要求標準更高，針對應用需求設(shè)置的法規(guī)要求也相對嚴苛。

FPGA深入醫(yī)療電子設(shè)備開發(fā)應用

早在智慧醫(yī)療、IoT物聯(lián)網(wǎng)整合熱潮發(fā)展之前，在醫(yī)療設(shè)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(shè)備的功能設(shè)計，一方面因為FPGA具備高效能、超低功耗（Ultra low-power）與開發(fā)設(shè)計彈性外，也適合特殊行業(yè)應用的客制系統(tǒng)整合設(shè)計需求，在過去30多年醫(yī)療設(shè)備業(yè)者多數(shù)也使用FPGA進行產(chǎn)品設(shè)計與整合。

加上醫(yī)療產(chǎn)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(shè)備應用如呼吸輔助設(shè)備、心跳去顫器、內(nèi)視鏡設(shè)備、計算機斷層掃描設(shè)備、核磁共振掃描設(shè)備、超音波設(shè)備、病人生理監(jiān)控設(shè)備等，都有使用SoC的FPGA組件所整合的設(shè)備產(chǎn)品。

以FPGA組件特性 建構(gòu)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(shè)備已廣泛實行FPGA進行產(chǎn)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(shè)備開發(fā)，同時又能提供設(shè)備持續(xù)維護、優(yōu)化的設(shè)計彈性，加上FPGA本身的高可靠度表現(xiàn)，可降低醫(yī)療設(shè)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(shè)備管制法規(guī)進行設(shè)備微調(diào)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(shè)備的終端功能可以利用高可靠度的系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(guān)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(shè)計的醫(yī)療設(shè)備運行可靠度。

醫(yī)療設(shè)備智能化聯(lián)網(wǎng)要求 可用進階高整合FPGA達成

而在因應醫(yī)療設(shè)備智能化與聯(lián)網(wǎng)應用整合趨勢下，醫(yī)療設(shè)備智能化與聯(lián)網(wǎng)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(shè)計條件，加上整合網(wǎng)通應用、進階芯片的SoC產(chǎn)品，也能加速醫(yī)療用IoT產(chǎn)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(shè)備的設(shè)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(wǎng)應用，開發(fā)低侵入性的醫(yī)療設(shè)備、加快患者的恢復速度。

尤其是早期醫(yī)療設(shè)備通常以單一功能、特定應用目標進行開發(fā)，設(shè)備體積龐大，甚至需占據(jù)一間診療室進行設(shè)備布署，例如早期醫(yī)療檢測設(shè)備就相當程度占用有限的醫(yī)療環(huán)境空間，加上設(shè)備本身聯(lián)網(wǎng)能力有限、醫(yī)療檢測信息無法順暢在不同設(shè)備間交換，往往產(chǎn)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(shè)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(shè)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(shè)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(wù)數(shù)量或醫(yī)療質(zhì)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(shè)備數(shù)字化、智能化與聯(lián)網(wǎng)應用強化后，使用頻次較少的進階醫(yī)療檢測設(shè)備甚至可以在體積縮小、功能優(yōu)化后，改實行動化的設(shè)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(shè)備功能，如此即可減少醫(yī)療設(shè)備的使用彈性，高階醫(yī)療檢測設(shè)備還可在不同病房間移動應用，透過聯(lián)網(wǎng)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(wù)質(zhì)量，避免人工處理造成檢測過程冗長，提升醫(yī)護治療質(zhì)量。

對于如呼吸器、自動給劑設(shè)備這類自動化設(shè)備，F(xiàn)PGA的高度可程序化邏輯布署，也可因應設(shè)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(shè)備運行條件的改變，如調(diào)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(shè)備的功能應用，如透過物聯(lián)網(wǎng)將病人生命征象實時透過基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)搭配云端技術(shù)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(shè)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(shè)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境進行醫(yī)療用物聯(lián)網(wǎng)布署，甚至應用無線通信技術(shù)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)。基于FPGA的開發(fā)平臺，可以讓家庭醫(yī)療設(shè)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(shè)備體積、制造成本，加上彈性的IoT聯(lián)網(wǎng)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(wù)。

然而，醫(yī)療結(jié)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(shè)備因為產(chǎn)業(yè)的特殊性限制，相關(guān)的服務(wù)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計仍受到嚴苛的法規(guī)限制要求，因此醫(yī)療設(shè)備廠商為了降低產(chǎn)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(shè)備審核要求、管制限制進行功能微調(diào)，甚至針對設(shè)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)。