智慧型醫療領域FPGA的應用優勢

2021-09-23 09:10:42 字數 1728 閱讀 9938

智慧型醫療由物聯網、大資料、雲計算等眾多高新技術作為運作核心,因此任何相關技術方面的突破都將對智慧型醫療的發展起到舉足輕重的作用,包括frid等智慧型感知技術、3g/4g等資訊互通技術、雲計算等資訊處理技術。

以智慧型醫療的iot物聯網應用來說,由於醫療裝置相較一般消費性電子、工業自動控制、智慧型家庭等應用形是而言是相對嚴肅的應用場合,因為醫療裝置稍有故障、誤動作可能就會造成醫療失誤,甚至危及使用者健康與生命,不但裝置相關的驗證要求標準更高,針對應用需求設定的法規要求也相對嚴苛。

早在智慧型醫療、iot物聯網整合熱潮發展之前,在醫療裝置、生理監控等電子裝置中,早已匯入fpga(field-programmable gate array)核心元件進行裝置的功能設計,一方面因為fpga具備高效能、超低功耗(ultra low-power)與開發設計彈性外,也適合特殊行業應用的客製系統整合設計需求,在過去30多年醫療裝置業者多數也使用fpga進行產品設計與整合。

加上醫療產業的系統效能與穩定性要求相對高許多,fpga的可程式化開發功能不但可以因應系統功能擴充套件需求,也能提供相對穩定、高效的作業表現,常見以 fpga進行整合的醫療裝置應用如呼吸輔助裝置、心跳去顫器、內視鏡裝置、計算機斷層掃瞄裝置、核磁共振掃瞄裝置、超音波裝置、病人生理監控裝置等,都有使用soc的fpga元件所整合的裝置產品。

fpga的元件特性更適合用來開發醫療用iot應用,不僅是目前常見醫療電子裝置已廣泛實行 fpga進行產品整合的先行優勢外,fpga本身可以搭配可程式化元件加速裝置開發,同時又能提供裝置持續維護、優化的設計彈性,加上fpga本身的高可靠度表現,可降低醫療裝置開發過程的風險,同時也能針對不同國家、地區的醫療裝置管制法規進行裝置微調加速審查驗證時程。

運用高效能計算核心與可程式化應用功能,醫療裝置的終端功能可以利用高可靠度的系統設計透過fpga的邏輯元件進行開發整合,加上新型fpga高度整合多元系統元件,也能進一步簡化電路載板的設計複雜度,讓核心功能可以直接透過可程式化功能進行佈署,而不用動輒為了系統功能優化動輒修改電子電路,簡化開發流程與時間,尤其醫療用途的高度精準、高效率、高穩定要求應用可運用fpga的邏輯元件進行功能佈署,反而非關安全與穩定性要求的子系統可透過軟體程式進行佈署,進一步增強運用fpga設計的醫療裝置執行可靠度。

在醫療裝置數位化、智慧型化與聯網應用強化後,使用頻次較少的高階醫療檢測裝置甚至可以在體積縮小、功能優化後,改實行動化的裝置佈署,例如,採用可移動式的台車方式整合高階醫療檢測裝置功能,如此即可減少醫療裝置的使用彈性,高階醫療檢測裝置還可在不同病房間移動應用,透過聯網整合進行醫療資料傳輸進一步增加檢測效能與服務質量,避免人工處理造成檢測過程冗長,提公升醫護**質量。

對於如呼吸器、自動給劑裝置這類自動化裝置,fpga的高度可程式化邏輯佈署,也可因應裝置應用的實時互動需求進行功能佈署,例如,針對患者的生理監控徵象進行裝置執行條件的改變,如調整呼吸器執行狀態或是變更自動投藥的劑量等,加上智慧型醫療已開始嘗試匯入iot應用,進一步擴充套件如病床床邊生理監控裝置的功能應用,如透過物聯網將病人生命徵象實時透過基礎網路搭配雲端技術儲存、運算、分析,或是實時遠端記錄醫療記錄,彙整更完整全面的醫療資料,協助醫生做出更精確的診療判斷。

透過iot應用功能整合,高階醫療監控裝置甚至可以將功能優化、成本降低,發展家用醫療遠端監控應用,透過家庭網路基礎環境進行醫療用物聯網佈署,甚至應用無線通訊技術達到醫療體徵實時、不中斷的持續監控,部分復原狀態較佳的病患也可提早返家持續監控復原狀態。智慧型醫療方案商朗銳慧康(www.lrioh.com)認為基於fpga的開發平台,可以讓家庭醫療裝置終端達到醫療級的高穩定性表現,同時透過高度整合功能縮小裝置體積、製造成本,加上彈性的iot聯網佈署整合,透過智慧型醫療即享受更方便的遠端醫療服務。

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