NI 技術(shù)市場工程師         倪斌

快速構(gòu)建醫(yī)療電子設(shè)備的挑戰(zhàn)

    近年來， 生命科學(xué)以及醫(yī)療電子的飛速進(jìn)步帶動了醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷的創(chuàng)新，新的醫(yī)療方法使人們對于自身健康的認(rèn)識以及對戰(zhàn)勝疾病的渴望不斷提高，為求達(dá)到更好的治療效果，如何開發(fā)創(chuàng)新型的醫(yī)療電子設(shè)備也成為了研究的熱點(diǎn)之一。但因為醫(yī)療電子設(shè)備的研究內(nèi)容涉及眾多工程學(xué)研究領(lǐng)域，如電子學(xué)、計算機(jī)、信息處理、光學(xué)、精密機(jī)械學(xué)等。其獨(dú)特的跨領(lǐng)域特性在治療手段的不斷多樣化、治療效果的高指標(biāo)要求下，使得醫(yī)療電子設(shè)備的設(shè)計正變得日益復(fù)雜，也不斷的要求研發(fā)人員能夠通曉從醫(yī)學(xué)理論、電子設(shè)計、計算機(jī)編程等跨學(xué)科領(lǐng)域，當(dāng)然，這樣的人才可謂是鳳毛麟角。而事實上，更多的情況是要求大學(xué)、研究所或者公司的研發(fā)機(jī)構(gòu)能夠真正著眼于未來的、有一定前瞻性和創(chuàng)新性的醫(yī)療技術(shù)，而非底層的電子設(shè)計工藝與代碼編程技術(shù)。在這種情況下，如何采用商業(yè)軟件的來降低設(shè)計的復(fù)雜性，從而更專注于醫(yī)療技術(shù)上的創(chuàng)新性研究則顯得尤為重要。

   另外，不僅僅是設(shè)計階段需要簡化開發(fā)的復(fù)雜性，在產(chǎn)品實施與驗證階段，也同樣存在這方面的需求。研發(fā)人員需要關(guān)注的是，如何快速地對一些算法或理論上的研究成果進(jìn)行驗證、并進(jìn)一步搭建出實際的系統(tǒng)直至產(chǎn)品化，從而將自己的科研項目或?qū)＠a(chǎn)業(yè)化，所以，快速連接設(shè)計與產(chǎn)品原型化這兩個階段，使得設(shè)計階段的成果能夠直接為產(chǎn)品原型化所應(yīng)用，從而不需要進(jìn)行任何的轉(zhuǎn)換；如何將原型化所發(fā)現(xiàn)的問題反饋至設(shè)計部門，快速調(diào)整設(shè)計并重新原型化等等，這些方面都成為目前醫(yī)療電子產(chǎn)品設(shè)計的壁障所在。

   事實上很多大型醫(yī)療電子設(shè)備都由多個子系統(tǒng)組成，需要集成多種傳感器、機(jī)械部件、電子元件比如FPGA或者微處理器等，還會涉及到多種專業(yè)總線和協(xié)議，其研發(fā)周期也是相當(dāng)長，可能需要2-3年甚至更長的時間。于是，從商業(yè)的需求出發(fā)，如何縮短整個醫(yī)療電子設(shè)備系統(tǒng)的開發(fā)時間、提高創(chuàng)新程度也成為了占領(lǐng)市場的要素。

    基于以上商業(yè)上與技術(shù)上的需求，例如，對于一些小型公司來說，如何從激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟并脫穎而出是非常困難的事情。他們的核心技術(shù)人員也許是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的專家，掌握了一定的專利或研究成果，但如何在團(tuán)隊人員非常有限的情況下，快速的將專利或研究成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品、并保證產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性是很大的難點(diǎn)。

    綜上所述，對于醫(yī)療電子設(shè)備的開發(fā)人員來說，系統(tǒng)本身在電子、機(jī)械、傳感器等方面的復(fù)雜性以及市場競爭的需求，使得如何實現(xiàn)便捷的產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)模式、快速的原型驗證并產(chǎn)品化成為領(lǐng)先于市場的關(guān)鍵。

通過統(tǒng)一的平臺進(jìn)行方案設(shè)計并構(gòu)建原型系統(tǒng)

    一般來說，醫(yī)學(xué)電子的系統(tǒng)開發(fā)一般可以分為三個階段：算法設(shè)計，原型驗證、以及產(chǎn)品發(fā)布。設(shè)計主要是對產(chǎn)品本身以及其中牽涉到的算法、概念進(jìn)行設(shè)計，原型驗證是對設(shè)計的可行性進(jìn)行驗證或評估，發(fā)布是產(chǎn)品的最終實現(xiàn)。

    設(shè)計階段的主要任務(wù)是由開發(fā)團(tuán)隊中生物醫(yī)學(xué)、信號處理、圖像處理方面的專家或研發(fā)人員通過編程語言或電路設(shè)計的平臺進(jìn)行算法開發(fā)或系統(tǒng)設(shè)計，這一階段的成果是指特定的、達(dá)到一定目的的算法和軟件系統(tǒng)。

    原型階段的主要任務(wù)是在一定的硬件平臺上實現(xiàn)所設(shè)計的算法并對系統(tǒng)進(jìn)行驗證和評估，從而進(jìn)一步調(diào)整算法，這部分任務(wù)通常由具有電子工程背景的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員，在VxWorks、QNX、Linux等嵌入式操作系統(tǒng)上加以完成，他們所使用的軟件工具是和硬件平臺直接相關(guān)的，比如CCS, VHDL, VDSP++等。

    所以，從這里可以發(fā)現(xiàn)，一般情況下這兩個階段的開發(fā)人員和開發(fā)平臺都是不同的，原型階段的開發(fā)者必須耗費(fèi)一定的時間和精力將將設(shè)計階段的成果加以轉(zhuǎn)換，比如將原先的文本數(shù)學(xué)算法在嵌入式環(huán)境下用C重寫一遍，或者根據(jù)硬件平臺的選擇將浮點(diǎn)算法改寫成定點(diǎn)算法。如果系統(tǒng)需求需要修正或者算法設(shè)計有些錯誤，就會導(dǎo)致原型階段的大量修正工作甚至返工。 因此，整個系統(tǒng)開發(fā)是一個循環(huán)遞進(jìn)的過程。

    如何減少這個環(huán)節(jié)的反復(fù)循環(huán)并提高研發(fā)效率呢？最直接的解決方案就是利用成熟的商業(yè)軟件降低算法開發(fā)的復(fù)雜性，讓不熟悉編程技術(shù)的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)＜乙材軌蛑苯舆M(jìn)行算法的開發(fā)，同時將設(shè)計與原型化這兩個階段的工作移植到統(tǒng)一的開發(fā)平臺之中。即在一個開發(fā)平臺下集成從算法設(shè)計、軟件開發(fā)、硬件實現(xiàn)這一整套的流程。

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