NI 技術市場工程師         倪斌

快速構建醫療電子設備的挑戰

    近年來， 生命科學以及醫療電子的飛速進步帶動了醫學技術的不斷的創新，新的醫療方法使人們對于自身健康的認識以及對戰勝疾病的渴望不斷提高，為求達到更好的治療效果，如何開發創新型的醫療電子設備也成為了研究的熱點之一。但因為醫療電子設備的研究內容涉及眾多工程學研究領域，如電子學、計算機、信息處理、光學、精密機械學等。其獨特的跨領域特性在治療手段的不斷多樣化、治療效果的高指標要求下，使得醫療電子設備的設計正變得日益復雜，也不斷的要求研發人員能夠通曉從醫學理論、電子設計、計算機編程等跨學科領域，當然，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、研究所或者公司的研發機構能夠真正著眼于未來的、有一定前瞻性和創新性的醫療技術，而非底層的電子設計工藝與代碼編程技術。在這種情況下，如何采用商業軟件的來降低設計的復雜性，從而更專注于醫療技術上的創新性研究則顯得尤為重要。

   另外，不僅僅是設計階段需要簡化開發的復雜性，在產品實施與驗證階段，也同樣存在這方面的需求。研發人員需要關注的是，如何快速地對一些算法或理論上的研究成果進行驗證、并進一步搭建出實際的系統直至產品化，從而將自己的科研項目或專利產業化，所以，快速連接設計與產品原型化這兩個階段，使得設計階段的成果能夠直接為產品原型化所應用，從而不需要進行任何的轉換；如何將原型化所發現的問題反饋至設計部門，快速調整設計并重新原型化等等，這些方面都成為目前醫療電子產品設計的壁障所在。

   事實上很多大型醫療電子設備都由多個子系統組成，需要集成多種傳感器、機械部件、電子元件比如FPGA或者微處理器等，還會涉及到多種專業總線和協議，其研發周期也是相當長，可能需要2-3年甚至更長的時間。于是，從商業的需求出發，如何縮短整個醫療電子設備系統的開發時間、提高創新程度也成為了占領市場的要素。

    基于以上商業上與技術上的需求，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腳跟并脫穎而出是非常困難的事情。他們的核心技術人員也許是生物醫學領域的專家，掌握了一定的專利或研究成果，但如何在團隊人員非常有限的情況下，快速的將專利或研究成果轉化成產品、并保證產品的可靠性和穩定性是很大的難點。

    綜上所述，對于醫療電子設備的開發人員來說，系統本身在電子、機械、傳感器等方面的復雜性以及市場競爭的需求，使得如何實現便捷的產品設計與開發模式、快速的原型驗證并產品化成為領先于市場的關鍵。

通過統一的平臺進行方案設計并構建原型系統

    一般來說，醫學電子的系統開發一般可以分為三個階段：算法設計，原型驗證、以及產品發布。設計主要是對產品本身以及其中牽涉到的算法、概念進行設計，原型驗證是對設計的可行性進行驗證或評估，發布是產品的最終實現。

    設計階段的主要任務是由開發團隊中生物醫學、信號處理、圖像處理方面的專家或研發人員通過編程語言或電路設計的平臺進行算法開發或系統設計，這一階段的成果是指特定的、達到一定目的的算法和軟件系統。

    原型階段的主要任務是在一定的硬件平臺上實現所設計的算法并對系統進行驗證和評估，從而進一步調整算法，這部分任務通常由具有電子工程背景的嵌入式系統開發人員，在VxWorks、QNX、Linux等嵌入式操作系統上加以完成，他們所使用的軟件工具是和硬件平臺直接相關的，比如CCS, VHDL, VDSP++等。

    所以，從這里可以發現，一般情況下這兩個階段的開發人員和開發平臺都是不同的，原型階段的開發者必須耗費一定的時間和精力將將設計階段的成果加以轉換，比如將原先的文本數學算法在嵌入式環境下用C重寫一遍，或者根據硬件平臺的選擇將浮點算法改寫成定點算法。如果系統需求需要修正或者算法設計有些錯誤，就會導致原型階段的大量修正工作甚至返工。 因此，整個系統開發是一個循環遞進的過程。

    如何減少這個環節的反復循環并提高研發效率呢？最直接的解決方案就是利用成熟的商業軟件降低算法開發的復雜性，讓不熟悉編程技術的醫學領域專家也能夠直接進行算法的開發，同時將設計與原型化這兩個階段的工作移植到統一的開發平臺之中。即在一個開發平臺下集成從算法設計、軟件開發、硬件實現這一整套的流程。

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