融合化學、生物和電子技術的醫療電子設備逐漸成為了重要的疾病預防、臨床診治、病人監護以及個人健康護理的醫療輔助手段。Databeans公司於2006年公布的調查數據表明，2005年全球醫療電子設備市場已達890yimeiyuan。quanqiurenkouzengchangyijirenkoulaohuasududejiakuaicujinleyiyuanduixinxingyiliaodianzishebeixuqiudejinyibukuoda。ersuizhejingjizengchang
，renmenshenghuoshuipingdetigaoyijijiankangyishidezhubuzengqiang，yeshideyongyurichangjiankanghetedingjibingzhiliaodebianxieshi/xiaofeileiyiliaoshebeichengweiguangshouhuanyingdedazhongxiaofeipin。ciwai
，zaiquanqiuqushixia
，weimanzukuaisuzengchangdeneibushichanghechukouxuqiu，zhongguodeyiliaodianzishebeideshejihezhizaochanyeyejiangdedaojidadefazhan。 
　　應用於醫療電子設備的半導體器件主要有模擬器件、邏輯芯片和存儲器件等。半導體器件需求增長的動力來自於臨床診治用途的醫療成像設備的更高清晰度的需求以及不斷增加的便攜式/消費類監護產品的需求，從而需要更高精度的模擬器件與更高性能、更(geng)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)邏(luo)輯(ji)芯(xin)片(pian)。醫(yi)療(liao)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)較(jiao)長(chang)，對(dui)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)的(de)價(jia)格(ge)往(wang)往(wang)不(bu)太(tai)敏(min)感(gan)
，所(suo)以(yi)半(ban)導(dao)體(ti)廠(chang)商(shang)一(yi)般(ban)也(ye)樂(le)於(yu)為(wei)醫(yi)療(liao)電(dian)子(zi)應(ying)用(yong)提(ti)供(gong)他(ta)們(men)最(zui)新(xin)工(gong)藝(yi)的(de)先(xian)進(jin)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)。因(yin)此(ci)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)需(xu)要(yao)對(dui)各(ge)種(zhong)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)有(you)一(yi)定(ding)的(de)認(ren)識(shi)，以(yi)選(xuan)取(qu)滿(man)足(zu)產(chan)品(pin)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)、可靠性和安全性以及生命周期的芯片。 
　　為數據采集前端選擇合適的模擬器件 
　　任何醫療電子設備都依賴於對人體數據的采集，為適應新興醫療電子設備對越來越大量的數據進行高速采樣的要求
，實現更高速

、高精度的模擬器件成為趨勢。由於人體電流/生物電信號往往是極其微小而複雜的，因此從伴隨著大量噪聲的人體數據中提取有效信息往往極具挑戰性。這就要求數據采集鏈路上的ADC、運算放大器等模擬器件都具有很低的噪聲
，這將有效提高采集鏈路的SNR特性。一般的數據采集采用10bit或12bit的ADC，而領先半導體廠商已推出了14bit和16bit的多通道ADC。為與ADC配合實現係統的精度需求
，運算放大器則要具備較大的電壓擺幅、高增益等特點。半導體廠商也為需要高速數據處理的係統上提供高速CMOS工藝的運放，還有為提供低偏壓的帶JFET輸入的運放等。(見表1) 
　　飛思卡爾亞太區模擬產品市場經理Norman Chan表示高速
、精jing準zhun和he低di功gong耗hao的de模mo擬ni器qi件jian是shi推tui動dong醫yi療liao設she備bei發fa展zhan的de主zhu要yao因yin素su。因yin為wei模mo擬ni器qi件jian總zong是shi會hui與yu醫yi療liao設she備bei的de傳chuan感gan部bu件jian共gong存cun
，例li如ru血xue壓ya監jian測ce設she備bei的de壓ya力li傳chuan感gan器qi件jian會hui由you感gan應ying器qi件jian和he模mo擬ni電dian路lu組zu成cheng以yi提ti供gong放fang大da、濾波以及為傳感器獲得人體微弱的生物信號創造條件；而無線內窺鏡檢查將需要高精度和低功率的模擬和數字電路去處理所獲得的圖像數據。Norman Chan強qiang調tiao，模mo擬ni器qi件jian對dui醫yi療liao設she備bei性xing能neng的de決jue定ding性xing要yao視shi乎hu具ju體ti應ying用yong而er定ding。一yi般ban而er言yan，安an全quan和he可ke靠kao性xing問wen題ti是shi多duo數shu醫yi療liao設she備bei製zhi造zao商shang們men首shou要yao考kao慮lv的de因yin素su。對dui於yu介jie入ru設she備bei來lai說shuo耐nai用yong性xing、可靠性和生命周期是主要考慮因素；而類似於血壓監測這些精度要求不是很高的設備，壓力傳感器和模擬器件之間的配合將會對設備性能起到關鍵作用。另外
，器件的質量、封裝
、設備開發和測試的難度等都是值得工程師們考慮的。

表1：用於醫療應用的部分新型半導體器件

   德州儀器亞太區高效能模擬產品市場開發經理陳炳文則指出，利用高速ADC以及高帶寬的放大器進行精確處理是獲得高質量圖像的主要手段，用於便攜式設備的ADC則應具備與波束生成器之間的LVDS接口；而對一些高端的成像應用來說，采用高分辨率DAC進行準確定位也是必須的。此外，醫療成像應用中的模擬器件還必須擁有較高的溫度穩定性。 
　　並行處理複雜成像計算 
　　為了檢查和治療疾病與外傷，現代醫學的臨床診治需要依賴觀察來研究和判斷解剖結構與生物學功能之間的關係。先進的3D/4Dyiliaochengxiangxiaochulejiepoudexuyaobingtigongleqiangdadeyiliaozhenzhidexinfangfa
，zuidaxiandudijianshaoyikaowaikeshouduanqiechujibinghejianshaoletongchuyushanghai
，bingyouxiaoditigaoleneikeyishengduijibingyufanghezhenzhidejixiao。zhebudanxiangyingjianshaolebingrendefengxian
、痛楚同時也減少了後期昂貴的醫護費用。因此，前期的診斷和預防多數借助於諸如超聲波、PET(正電子放射層析成像)、MRI(核磁共振成像)以及CT(計算層析成像)等現代化的醫療成像設備。

  圖1：在大多數現代醫療成像設備中從醫生到病人的數據流(圖片來源：Intel)

   醫療成像可以概括地定義為多維醫療和生物圖像數據集的采集、處理
、重構再現和交互。如圖1所示是一個在大多數醫療成像設備裏的信號流：數據采集前端對病人的能量信號進行采集後所得到的原始數據交給下一環節進行去噪、平滑數據等預處理以改善信號質量；經過預處理的圖像需要經過諸如FFT算法等將成千上萬的透射測定轉換成為具物理意義的圖像或圖像數據體進行算法重構；圖tu像xiang或huo數shu據ju體ti接jie著zhe經jing後hou處chu理li步bu驟zhou改gai善shan和he增zeng添tian圖tu像xiang功gong能neng後hou才cai會hui在zai屏ping幕mu上shang顯xian示shi
，這zhe時shi可ke以yi使shi用yong不bu同tong的de技ji術shu對dui圖tu像xiang捕bu捉zhuo重zhong疊die圖tu像xiang以yi進jin行xing顯xian示shi，也ye可ke以yi對dui使shi用yong層ceng析xi技ji術shu的de圖tu像xiang進jin行xing組zu合he而er得de到dao3D圖像

；最後，輔助診斷係統會利用模式判別算法對後處理的數據進行分析得出結果。 
　　實(shi)際(ji)的(de)醫(yi)療(liao)成(cheng)像(xiang)一(yi)般(ban)是(shi)由(you)係(xi)統(tong)在(zai)縱(zong)向(xiang)和(he)橫(heng)向(xiang)上(shang)進(jin)行(xing)人(ren)體(ti)掃(sao)描(miao)
，而(er)由(you)軟(ruan)件(jian)再(zai)現(xian)圖(tu)像(xiang)，因(yin)此(ci)要(yao)依(yi)賴(lai)高(gao)性(xing)能(neng)硬(ying)件(jian)加(jia)速(su)算(suan)法(fa)。由(you)於(yu)圖(tu)像(xiang)算(suan)法(fa)通(tong)常(chang)用(yong)並(bing)行(xing)處(chu)理(li)較(jiao)容(rong)易(yi)實(shi)現(xian)
，因(yin)此(ci)隨(sui)著(zhe)醫(yi)療(liao)成(cheng)像(xiang)應(ying)用(yong)對(dui)高(gao)清(qing)晰(xi)度(du)圖(tu)像(xiang)需(xu)求(qiu)的(de)增(zeng)長(chang)，也(ye)對(dui)DSP
、FPGA或多核處理器這些邏輯芯片的並行圖像處理能力提出了更高的要求。 
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　　DSP可用於超聲波成像係統的多普勒處理、2D/3D成像以及後處理算法。2006年的醫療DSP成像市場已達3800萬美元。TI是信號處理的集大成者，除了廣闊的高精度模擬器件產品線，也擁有眾多的TMS320係列DSP。如表1中提及的TMS320C672x高性能32bit/64bit浮點DSP，實際上可以支持32bit定點、32bit單精度浮點以及64bit雙精度浮點運算。在350MHz頻率下，其CPU在單周期內可並行執行多達8個指令（其中6個是浮點指令），最高性能達2800MIPS/2100MFLOPS，因此TMS320C672x DSP適用於高端超聲波成像應用。而采用90nm工藝和TI第三代VelociTI VLIM架構的TMS320C64x+定點DSP則適用於中端超聲波成像應用
，其具備1.2GHz時鍾頻率和9600MIPS性能。另外，這些DSP同時也能為MRI係統提供梯度處理控製以及為圖像重構引擎前端的信號提供處理。 
　　在醫療電子產品開發過程中，DSP和ASIC是傳統實現數字波束生成器的主要器件，但隨著處理任務的加重和複雜度的加深，具備並行處理能力和低功耗的FPGA在該領域逐漸成為主流。邁瑞的萬力勱技術經理表示邁瑞在醫療成像應用上一直都在應用FPGA
，因為邁瑞認為FPGA在靈活性、並行處理能力上勝過DSP。醫療電子設備的出貨量一般不會十分龐大，若使用ASIC會使研發成本投入較高，FPGA則由於其靈活的可編程性而具備一定優勢。 
　　傳統使用定製ASICshixiantuxiangsuanfazhonggouhehouchulidefangfashifenbulinghuo
，duohechuliqidebingxingchulitongguosuanfafengechulishixingnengdafudutisheng。yizaiyouxiyingyongqudezhumuchengjiudeIBM Cell/B.E.多核處理器已將具有複雜的數據處理和圖形分析的高端醫療成像定位為其下一個重點應用。去年九月份，上海交大學子就憑借“基於Cell/B.E.引擎架構的精確CT重構”獲得了IBM“Beyond Gaming”學生設計挑戰賽的歐亞組冠軍；而今年1月份，IBM則和Mayo Clinic宣布創建以Cell/B.E.為計算硬件核心的醫學成像信息創新中心來推動醫學成像技術。 
　　從目前的情況來看，集成了DSP處理內核的新型FPGA器件和多核處理器由於具備並行處理能力
，在醫療電子中的應用迅速增長
，並開始逐漸代替傳統的處理技術。而DSP則通過不斷地提供處理性能來滿足醫療成像的更高清晰度需求。 
　　終極目標：遠程醫療 
　　飛思卡爾亞太區MCU產品高級市場經理黃耀君認為，簡化用戶接口對於家用或可佩戴的健康護理設備(例如胰島素泵、血壓檢測和便攜式自動減顫器)的設計尤其重要，一鍵式操作或簡單的觸摸屏GUI可以為病人帶來很大的方便，特別是對於殘疾人；其(qi)次(ci)，家(jia)用(yong)或(huo)可(ke)佩(pei)戴(dai)的(de)健(jian)康(kang)護(hu)理(li)設(she)備(bei)麵(mian)臨(lin)輕(qing)型(xing)化(hua)和(he)低(di)功(gong)耗(hao)趨(qu)勢(shi)，未(wei)來(lai)很(hen)多(duo)的(de)電(dian)子(zi)健(jian)康(kang)護(hu)理(li)設(she)備(bei)可(ke)以(yi)連(lian)續(xu)操(cao)作(zuo)很(hen)長(chang)時(shi)間(jian)。半(ban)導(dao)體(ti)廠(chang)商(shang)在(zai)芯(xin)片(pian)上(shang)集(ji)成(cheng)相(xiang)關(guan)功(gong)能(neng)從(cong)而(er)允(yun)許(xu)設(she)備(bei)開(kai)發(fa)人(ren)員(yuan)控(kong)製(zhi)功(gong)耗(hao)以(yi)滿(man)足(zu)產(chan)品(pin)的(de)低(di)功(gong)耗(hao)需(xu)求(qiu)。例(li)如(ru)TI的MSP430係列和飛思卡爾的QE係列超低功耗MCU。而Microchip的DsPIC33F係列芯片也具有空閑、睡眠等多個省電模式
，各個模式還有多個選項方便設計人員靈活縮放功耗。 
　　康體佳健康聯盟(Continua Health Alliance)是致力於推行醫療設備連接和安全標準的組織，她目前擁有ISO/IEEE 11073醫療信息總線和射頻無線
、USB 個人保健設備以及Bluetooth醫療裝置功能等工作組。該聯盟定義的便攜式/消費類醫療設備用的藍牙和USB傳輸技術即將推出。在新興的遠程醫療
、藥物跟蹤和病人信息記錄等應用的推動下
，眾多半導體廠商也推出支持有線/無線接口的醫療芯片和方案。例如，飛思卡爾的32bit Coldfire產品可以用來支持便攜式醫療監護設備的USB和以太網連接。 
　　可見，因應便攜式設計戶外移動性、低成本需求，小型化
、低功耗和支持先進傳輸標準將是醫療應用MCU的共同特點。 
　　本文小結 
　　在(zai)廣(guang)闊(kuo)需(xu)求(qiu)的(de)推(tui)動(dong)下(xia)
，新(xin)型(xing)的(de)醫(yi)療(liao)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)不(bu)斷(duan)湧(yong)現(xian)。大(da)多(duo)數(shu)的(de)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)還(hai)隻(zhi)是(shi)能(neng)夠(gou)監(jian)控(kong)和(he)測(ce)量(liang)某(mou)個(ge)參(can)數(shu)，新(xin)型(xing)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)需(xu)要(yao)改(gai)善(shan)整(zheng)體(ti)速(su)度(du)、質量和準確度。未來的便攜式/消費類醫療設備將更小型化、更具移動性以及可以進行無線數據交換以提供遠程醫療服務。這些趨勢驅使著半導體器件根據應用的不同而朝更高精度、更高性能或者更低功耗、更高集成度發展。