医疗

通过 FPGA 支持的设备,医生可根据电子病历信息进行精准诊断。

可编程逻辑支持以灵活、低风险的方式成功实施系统设计,同时提供了最佳的成本效率和增值的差异化功能,延长了医疗保健应用的生命周期,包括诊断成像、电子医疗、治疗和生命科学与医院设备。

应用

诊断成像

X 射线和超声等诊断成像系统已经应用了数十年了。其他系统还比较新,包括计算机断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)以及核或者正电子辐射断层扫描(PET)等。

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电子医疗

电子医疗包括以下三个关键领域:患者监护、通气和生命支持及麻醉

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心脏管理

低成本、低功耗英特尔® Cyclone® FPGA 和英特尔® MAX® CPLD 适用于 CRM 应用,能够提供最经济高效的数据处理可编程解决方案。

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基因组/生命科学

基因组测序旨在将基因组映射和关联至基因参考序列。对于诊断和治疗罕见的遗传性疾病以及实现医疗突破和个性化医疗服务,该方法是一种基础性技术。

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硬件加速

超声、X射线、CT和PET应用的算法都需要大量的后端计算,例如,使用了定制并行流水线的快速傅里叶变换(FFT)。把负载从主处理器中卸载到FPGA上,从而提高了算法性能。

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架构

医疗电子设备有大有小,从占据整个房间的大型诊断成像机器到可供患者随身携带的小型移动设备。

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不断增长的人口和医疗支出

全球医疗市场受到多个人口趋势的影响,其中包括:

  • 日益增长与老龄化的人口:美国人口调查局预测,美国大多数“婴儿潮”一代(占美国总人口的 28%)将在 2010 年到 2020 年步入 65 岁
  • 在发达国家和发展中国家,消费者对改善医疗条件的预期都在不断增加。
  • 保险公司和雇主对医疗费的报销和覆盖正不断下降,客户/患者需要承担更多费用
  • 技术开创了新的临床治疗方法,这些治疗方法正在攻克越来越多的医学疾病,协助进行及早诊断与疾病预防

如下图所示,全球人均医疗支出涨势惊人。美国的人均医疗支出从 1960 年的 144 美元增长至 1999 年的近 4,400 美元。预计 2008 年美国人均医疗支出将增长至 7,500 美元。设备供应商意识到,为了在医疗市场中取得成功,他们必须以美国为重点并在美国取得成功。

不断增长的全球人均医疗支出

技术提升了医疗效率

未来 10 年,医疗市场将专注于早期诊断、可随处访问的数字化患者信息和有助于提高医疗行业工作效率的“整体解决方案”销售。

新兴的诊断技术为早期诊断和预防提供了支持。例如,正电子发射断层显像 (PET) 被用于准确检测多种类型的癌症。

“无纸”医院是另一个新趋势。数字病历支持医生随处访问患者的病历。事实上,这些厂商已开始销售完整的解决方案,不仅包括诊断设备,还包括数据存储服务器和接口软件。

医院也逐渐摒弃单点解决方案,转而从不同厂商购买拥有统一用户界面的可互操作设备。医院正在开发连接所有诊断设备的内部网络,通过该网络可以将所有用户信息(如计算机断层 (CT) 扫描、X 射线、正电子发射断层显像 (PET) 扫描)传输至数据存储服务器,以进行即时访问。这促使医疗设备厂商开发拥有统一用户界面的可互操作设备。事实上,这些厂商已开始销售完整的解决方案,不仅包括诊断设备,还包括数据存储服务器和接口软件。

上述趋势提升了医疗行业的工作效率,这意味着借助更好、更快的诊断设备,医疗系统可以接收更多患者,从而实现早期疾病诊断和治疗。当无纸医院变为现实时,即时的患者测试结果和病历访问将进一步提升效率。

可编程逻辑的优势

多数医疗产品都配备某种类型的半导体。事实上,这些产品中的半导体部件正在不断增加。相比其他半导体类型,可编程逻辑设备 (PLD) 的采用率继续保持较快的增长。在医疗设备开发领域,PLD 提供了一种可替代 ASIC 和 ASSP 的强大、可行的解决方案。在设计过程中,可以按需对 PLD 进行重新编程,这一功能消除了与 ASIC 相关的前期一次性工程 (NRE) 费用、最低订单数量和多个芯片迭代的风险与损失。相比 ASSP,PLD 提供了设计灵活性和电路板集成机会,在医疗设备制造商的激烈竞争中脱颖而出。此外,随着标准或要求的变化,PLD 可在现场进行升级。重复使用通用硬件平台的功能支持设计人员使用一个基本设计创建支持各种特性集的差异化系统,从而降低制造成本。相比其他医疗设备制造商,无论是设计一台 CT 机还是患者监护设备,可编程逻辑均支持以灵活、低风险的方式成功实施系统设计,同时提供了最佳的成本效率和增值的差异化功能。

最后,PLD 拥有较长的生命周期,保护客户免受产品淘汰的风险,这对于产品周期较长的医疗行业而言至关重要。

面向可编程逻辑的医疗应用

借助可编程逻辑,工程师可以经济高效地开发面向诸多医疗空间应用的尖端设备,包括:

英特尔优势

英特尔为医疗电子设备制造商提供了强大的竞争优势。英特尔解决方案目前应用于全球各种医疗终端应用;它们与搭载优化型知识产权 (IP) 核的多种 PLD、硬/软微处理器、强大的设计软件和各种开发套件相结合,创建易于使用的完整设计平台。英特尔® Stratix® 产品家族和 Cyclone® II FPGA 产品家族等英特尔 PLD 包含丰富的特性集,如逻辑、内存、专用数字信号处理 (DSP) 模块和 I/O 标准支持,为医疗设备设计人员提供了赢得激烈市场竞争所需的全部工具。

英特尔 PLD 支持医疗电子设备制造商以灵活、经济高效以及不过时的方式成功实施系统设计。英特尔为制造商提供了以下机会:

  • 通过避免 ASIC 的大量 NRE 和最低订单数量成本,从而节省成本
  • 通过消除漫长而高风险的 ASIC 开发周期,从而获得上市时间优势
  • 通过将多个 ASSP 功能集成至 FPGA,从而减少成本,提供差异化服务
  • 设计过程中和设备达到现场后可进行重新编程
  • 借助一个基本设计,在各种系统中重复使用硬件平台
  • 适用于多个工业标准和协议

知识产权

面向英特尔产品优化的现成的 IP 核可降低工程成本,缩短上市时间。可通过英特尔和获得批准的英特尔 IP 合作伙伴购买标准接口和 IP 核。

英特尔设计、支持与销售英特尔® FPGA IP 功能。所有英特尔® FPGA IP 功能均经过严格测试和优化,可为英特尔 PLD 提供最佳性能和最低成本。

开发套件

英特尔及其合作伙伴提供一系列 开发套件,以支持可编程片上系统 (SOPC) 设计的开发与验证。

词汇表

术语 描述
自动体外除颤器 (AED) AED 用于心脏起搏,心脏可能由于心力衰竭或者心脏停博而停止跳动。它为非医疗人员轻松使用而设计。
心脏节律管理 (CRM) CRM 是医疗设备行业的重要工作,主要涉及起搏系统、植入型除颤器和自动体外除颤器。
Cascaded Integrated Combinatorial (CIC) 滤波器 Cascaded Integrated Combinatorial 滤波器是用于在数字系统中实现大抽样率变化的多速率滤波器。支持抽取和插值结构。CIC 滤波器未包含倍频器,仅包括加法器、减法器和寄存器。它们通常用于具有过大抽样率的应用,其系统抽样率显著大于信号占用的带宽。(定义摘自科学家和工程师数字信号处理指南,Steven W. Smith,1997,p568-570)
计算机化断层显象 (CT) CT 扫描是一种 x 射线程序,可由电脑增强。该程序可生成身体特定部位的三维视图(称作“切片”)。典型应用包括检测胸部、腹部和脊髓。(定义摘自 St. Joseph 地区医疗中心网站)。
数据采集卡 (DAC) 诊断成像系统中众多卡中的一种 它负责处理系统前端的数据(过滤)。
数据整合卡 (DCD) 诊断成像系统中众多卡中的一种 经过数据采集卡处理后,数据传送至 DCD 进行分析和缓存。
外部内存接口 (EMIF) 数字信号处理器使用的内存接口
起重机架 起重机架常见于 CT 机器中,可围绕患者旋转以提供剖面视图。
植入型心律转复除颤器 (ICD) ICD 类似于起搏系统,能够持续监控心律。ICD 可治疗心律加快(快速心跳)。如果心跳过快,ICD 会发出救命电振 (jolt of electricity),以恢复正常心律、防止心脏性猝死。
静脉注射 (IV) 系统 IV 系统是医院常用的给药系统。
低噪音放大器 (LNA) LNA 是各种医疗系统中常见的模拟组件。
磁共振成像(MRI) 患者检查过程利用磁场和无线电波生成任何身体部位内部的高度精确视图。这一程序不会使用辐射技术,因此不会造成疼痛和危险。使用 MRI 的典型领域包括神经病学和心脏病学。(定义摘自 Columbus Diagnostic Imaging 网站)。
形态 X 射线、CT 等诊断设备
调制 操作与输入视频信号相关的载波频率或振幅的流程。
核/PET 核医学使用少量放射性痕量物质帮助诊断和治疗各种疾病。相比于 X 射线、超声波和其他诊断测试,核医学的不同之处在于根据器官、组织或骨骼功能(而非其结构表皮),确定医学问题的根源。典型应用包括心脏病/血管和肿瘤诊断与治疗。(定义摘自 Standford Hospital 网站)。
放射线照相术和荧光镜检查 (RNF) 一种诊断 X 射线。放射线照相术可提供器官图像,荧光镜检查支持查看器官功能。
滑环 滑环通常安装在起重机架中,可提供与 CT 机器固定部分的持续电气连接。
时间增益控制 (TGC) 诊断成像系统中的模拟电路
超声波 超声波方法旨在使用声波获取体内各种器官和组织的医学图像或照片。这是一个无痛且安全的程序。超声波可生成精确的软组织(心脏、血管、子宫、膀胱等)图像,展示体内运动,如心跳和血流。它可检测患病或受损的组织,发现异常生长情况,了解胎儿发育等各种变化,从而帮助医生快速做出精确诊断。典型应用包括心脏病学、妇科、腹部等。(定义摘自 St. Joseph 地区医疗中心网站)。
X 射线 X 射线基本上是可见的光线,它们都是光粒子携带的波浪式电磁能。二者的区别在于单个光子的能级,能级还可表示为光线波长。X 射线已应用数十年,形成了成熟的市场。典型应用包括乳房摄影术、牙科、荧光镜检查、血管、外科和移动医疗。(定义摘自 HowStuffWorks.com)

设计


通过设备、工具和 IP 加速创新

文档


包括设备、IP 核、白皮书和参考设计的相关文档。

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