Xilinx 加速客户医疗创新技术的上市速度

作者：Mike Santarini
赛灵思公司Xcell 杂志发行人
mike.santarini@xilinx.com

All Programmable平台、医疗认证IP和软件协议栈助力赛灵思客户更早向市场推出能够挽救生命的设备。

电子产品以很多种方式影响我们的生活，但在一个领域中电子设备具有生死攸关的影响，那就是医疗行业。人们的寿命越来越长，这很大程度上得益于医疗水平的不断提高，而医疗水命的提高又受益于医疗电子设备的快速进步。客户在过去三十年里利用赛灵思All Programmable器件创造了一系列创新技术。

如今，赛灵思FPGA（包括不断增加的片上系统，例如Zynq®-7000 All Programmable SoC）已成为越来越多医疗系统的核心器件。终端产品包括外科手术机器人、病人监护仪、呼吸机、医疗成像（CT、MRI和超声）、X光机、除纤颤器、内窥镜检查机、输液泵和分析仪。FPGA也是高性能计算系统的核心器件。这些高性能计算系统可以让研究人员以极快的速度进行基因组定序，让科学家和医药公司更快速地开发和精炼药品以治疗疾病症状。

FPGA在医疗领域担当如此重要角色的原因很简单。FPGA以及最近的Zynq SoC技术使医疗设备开发者能够降低失败风险并加快设备的监管审核速度。有了All Programmable器件，设计人员就可将必须满足高度可靠性的系统功能放在赛灵思器件逻辑中实现，同时在软件中运行其他不太重要的功能（图1）。

“医疗技术正在快速发展。”赛灵思的医疗组高级产品营销工程师Kamran Khan说，“这些设备变得更智能，连接功能更强，集成度更高，更小型化，而且侵入程度更低以使患者的恢复更快。更为重要的是它们的功效也更好。”随着世界人口的增加以及人寿命增长，人们对于具有高级功能的医疗设备的需求也越来越大，这在一定程度上要得益于过去50年里医疗水平的快速发展。

活得更长，更健康

医疗行业以及医疗设备市场的最大增长驱动力是世界人口的增长预期。如今，全球人口大约73亿；预计到2050年全球人口将增长到97亿。然而，目前65岁和65岁以上人口大约占世界人口的23%，到2050年这个数字预计将达到32%或31亿人。老年人也是人口中最需要定期医疗护理的人群。

Khan说：“人的寿命比以前更长了，这是因为我们的生活质量以及对医学的理解都比以前要好。由于人们的寿命更长，所以需要在老龄时期得到更好的医疗护理，这样，我们就要为此提供副作用更少的低创伤技术。”

随着越来越多地转向国家监管式的医疗服务，人口增长和人口老龄化对于全世界的医学界以及政府来说是很大的挑战。同时，人口增长对于医疗电子和其他医疗领域而言也代表了极大的创新机遇。因此，Khan说，医疗市场预计到2019年将增长至2120亿美元，在半导体上花费预计将达到60亿美元。

Khan指出：“医疗电子行业过去非常集中，因此，西门子和通用电气这样的公司可以按照自己的节奏开发新产品。现如今，X光和超声设备已经变成商品。现在，人们意识到即便有监管问题，进入这些成熟的低风险应用领域也并不是很难。我们看到医疗设备小企业正如雨后春笋般蓬勃发展，而且这是全球化的，有很多来自中国和南美的新公司进入市场。一些国家，例如中国和巴西，特别青睐家用产品，因此出现了很多新公司来服务这些新市场。”

Khan说，新的竞争肯定会增大各方面的产品上市时间压力和定价压力。同时，这样也会更快地为医疗界带来更大价值和创新，让所有人受益。

Khan说：“市场要求产品具有更多集成功能和更高的便携性。医疗设备以前都是用一台机器专门完成一项特定任务。每台机器都很大，如果需要多台不同机器，就会在医院中占用很大空间。”

另外，Khan还说，这些系统可能无法相互通信或者兼容，会产生其他问题。因此，现在需要用单个设备执行多种任务。还有，用户偏爱更小的尺寸，这样设备所占空间更小而且容易在不同房间移动。如果设备能用电池供电更好，这样在没有电源的地方或急救车上也可以使用。同时，越来越需要每个系统都能与其他设备实时进行交互，这样的好处是，例如根据患者的生命特征变化改变用药剂量。

Khan说：“举例来说，病人监护仪过去非常简单，但现在不是这样了。过去它们采集几路模拟的生物遥测信号，做一些非常简单的处理，并在监视器上显示信息。这种设备非常简单，因此很多都采用TI或Freescale等公司的嵌入式处理器。不过现在的医疗设备必须更加综合与智能。系统必须能够进行通信和协同工作。”

例如，他说，病人监护仪必须能与呼吸机和输液泵对话。如果病人的生命体征开始出现尖峰，两种系统必须做出相应的响应：呼吸泵应调整氧气混合，输液泵应调整药物剂量。Khan说：“它们还要与医院的主网络进行通信，以使员工获悉紧急情况。”另外，该信息必须作为患者长期医疗记录的一部分进行保存。

Khan说，医疗行业也使用物联网、云计算和现代网络基础设施。这些技术发展使医院能够监测门诊患者的健康并远程记录健康模式，以及对紧急情况做出实时响应。实时监测患者健康是一个蓬勃发展的新兴行业，其操作方式与家居安防公司监控财产的方式十分相似。

“如今，医疗设备必须更加综合与智能。系统必须能进行通信和协调工作。”


图1–Zynq SoC平台使医疗设备公司能够快速制作创新的最优化系统，并将产品引入市场。