【導(dǎo)讀】智慧醫(yī)療整合了個人生理狀態(tài)感測與物聯(lián)網(wǎng)，是眾多IoT應(yīng)用中的重點(diǎn)項(xiàng)目。因?yàn)獒t(yī)療IoT應(yīng)用市場的特殊性，不僅相關(guān)設(shè)備需達(dá)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(yàn)證嚴(yán)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(yīng)用，選用平臺是否適合應(yīng)用投放市場的特性就相當(dāng)重要，以智慧醫(yī)療的IoT物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，由于醫(yī)療設(shè)備相較一般消費(fèi)性電子、工業(yè)自動控制、智慧家庭等應(yīng)用形是而言是相對嚴(yán)肅的應(yīng)用場合，因?yàn)獒t(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(yàn)證要求標(biāo)準(zhǔn)更高，針對應(yīng)用需求設(shè)置的法規(guī)要求也相對嚴(yán)苛。
FPGA深入醫(yī)療電子設(shè)備開發(fā)應(yīng)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(dǎo)入FPGA(Field-programmable gate array)核心組件進(jìn)行設(shè)備的功能設(shè)計(jì)，一方面因?yàn)镕PGA具備高效能、超低功耗(Ultra low-power)與開發(fā)設(shè)計(jì)彈性外，也適合特殊行業(yè)應(yīng)用的客制系統(tǒng)整合設(shè)計(jì)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(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(yīng)系統(tǒng)功能擴(kuò)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(jìn)行整合的醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用如呼吸輔助設(shè)備、心跳去顫器、內(nèi)視鏡設(shè)備、計(jì)算機(jī)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(yīng)用，不僅是目前常見醫(yī)療電子設(shè)備已廣泛實(shí)行FPGA進(jìn)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(hù)、優(yōu)化的設(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)，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(jìn)行設(shè)備微調(diào)加速審查驗(yàn)證時程。
運(yùn)用高效能運(yùn)算核心與可程序化應(yīng)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(jì)透過FPGA的邏輯組件進(jìn)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(jìn)一步簡化電路載板的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，讓核心功能可以直接透過可程序化功能進(jìn)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(zhǔn)、高效率、高穩(wěn)定要求應(yīng)用可運(yùn)用FPGA的邏輯組件進(jìn)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(jìn)行布署，進(jìn)一步增強(qiáng)運(yùn)用FPGA設(shè)計(jì)的醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行可靠度。
醫(yī)療設(shè)備智能化聯(lián)網(wǎng)要求，可用進(jìn)階高整合FPGA達(dá)成
而在因應(yīng)醫(yī)療設(shè)備智能化與聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(jìn)階FPGA組件進(jìn)行整合，由于FPGA本身即具備低功耗設(shè)計(jì)條件，加上整合網(wǎng)通應(yīng)用、進(jìn)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(yīng)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(jì)體積，進(jìn)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(yīng)用，開發(fā)低侵入性的醫(yī)療設(shè)備、加快患者的恢復(fù)速度。
尤其是早期醫(yī)療設(shè)備通常以單一功能、特定應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)行開發(fā)，設(shè)備體積龐大，甚至需占據(jù)一間診療室進(jìn)行設(shè)備布署，例如早期醫(yī)療檢測設(shè)備就相當(dāng)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(fù)雜的使用流程，增加醫(yī)療程序的人工處理負(fù)荷。
新一代的智慧醫(yī)療整合方向?yàn)橥高^進(jìn)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?cái)?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(jìn)行傳輸，不僅提升了設(shè)備檢測信息互通的使用便利性，運(yùn)用電子科技高度整合多元檢測應(yīng)用，也能進(jìn)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(jìn)而提升患者的服務(wù)數(shù)量或醫(yī)療質(zhì)量。
因應(yīng)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(yīng)用強(qiáng)化后，使用頻次較少的進(jìn)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(shí)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(jìn)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(yīng)用，透過聯(lián)網(wǎng)整合進(jìn)行醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)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(hù)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(yīng)設(shè)備應(yīng)用的實(shí)時互動需求進(jìn)行功能布署，例如，針對患者的生理監(jiān)控征象進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行條件的改變，如調(diào)整呼吸器運(yùn)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(dǎo)入IoT應(yīng)用，進(jìn)一步擴(kuò)展如病床床邊生理監(jiān)控設(shè)備的功能應(yīng)用，如透過物聯(lián)網(wǎng)將病人生命征象實(shí)時透過基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)搭配云端技術(shù)儲存、運(yùn)算、分析，或是實(shí)時遠(yuǎn)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(fēng)險(xiǎn)
透過IoT應(yīng)用功能整合，進(jìn)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(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用，透過家庭網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境進(jìn)行醫(yī)療用物聯(lián)網(wǎng)布署，甚至應(yīng)用無線通信技術(shù)達(dá)到醫(yī)療體征實(shí)時、不中斷的持續(xù)監(jiān)控，部分復(fù)原狀態(tài)較佳的病患也可提早返家持續(xù)監(jiān)控復(fù)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(dá)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(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。
然而，醫(yī)療結(jié)合電子科技、云端運(yùn)算優(yōu)化的各種智慧醫(yī)療應(yīng)用，開發(fā)遠(yuǎn)景雖然美好，但實(shí)際上醫(yī)療行為、醫(yī)療設(shè)備因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)的特殊性限制，相關(guān)的服務(wù)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)仍受到嚴(yán)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(fēng)險(xiǎn)，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(dāng)重要，F(xiàn)PGA開發(fā)平臺即可因應(yīng)繁復(fù)的醫(yī)療設(shè)備審核要求、管制限制進(jìn)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(jìn)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)。
