利用图形化系统快速设计并搭建医疗电子设备

NI 技术市场工程师         倪斌

快速构建医疗电子设备的挑战

    近年来， 生命科学以及医疗电子的飞速进步带动了医学技术的不断的创新，新的医疗方法使人们对于自身健康的认识以及对战胜疾病的渴望不断提高，为求达到更好的治疗效果，如何开发创新型的医疗电子设备也成为了研究的热点之一。但因为医疗电子设备的研究内容涉及众多工程学研究领域，如电子学、计算机、信息处理、光学、精密机械学等。其独特的跨领域特性在治疗手段的不断多样化、治疗效果的高指标要求下，使得医疗电子设备的设计正变得日益复杂，也不断的要求研发人员能够通晓从医学理论、电子设计、计算机编程等跨学科领域，当然，这样的人才可谓是凤毛麟角。而事实上，更多的情况是要求大学、研究所或者公司的研发机构能够真正着眼于未来的、有一定前瞻性和创新性的医疗技术，而非底层的电子设计工艺与代码编程技术。在这种情况下，如何采用商业软件的来降低设计的复杂性，从而更专注于医疗技术上的创新性研究则显得尤为重要。

   另外，不仅仅是设计阶段需要简化开发的复杂性，在产品实施与验证阶段，也同样存在这方面的需求。研发人员需要关注的是，如何快速地对一些算法或理论上的研究成果进行验证、并进一步搭建出实际的系统直至产品化，从而将自己的科研项目或专利产业化，所以，快速连接设计与产品原型化这两个阶段，使得设计阶段的成果能够直接为产品原型化所应用，从而不需要进行任何的转换；如何将原型化所发现的问题反馈至设计部门，快速调整设计并重新原型化等等，这些方面都成为目前医疗电子产品设计的壁障所在。

   事实上很多大型医疗电子设备都由多个子系统组成，需要集成多种传感器、机械部件、电子元件比如FPGA或者微处理器等，还会涉及到多种专业总线和协议，其研发周期也是相当长，可能需要2-3年甚至更长的时间。于是，从商业的需求出发，如何缩短整个医疗电子设备系统的开发时间、提高创新程度也成为了占领市场的要素。

    基于以上商业上与技术上的需求，例如，对于一些小型公司来说，如何从激烈的市场竞争中站稳脚跟并脱颖而出是非常困难的事情。他们的核心技术人员也许是生物医学领域的专家，掌握了一定的专利或研究成果，但如何在团队人员非常有限的情况下，快速的将专利或研究成果转化成产品、并保证产品的可靠性和稳定性是很大的难点。

    综上所述，对于医疗电子设备的开发人员来说，系统本身在电子、机械、传感器等方面的复杂性以及市场竞争的需求，使得如何实现便捷的产品设计与开发模式、快速的原型验证并产品化成为领先于市场的关键。

通过统一的平台进行方案设计并构建原型系统

    一般来说，医学电子的系统开发一般可以分为三个阶段：算法设计，原型验证、以及产品发布。设计主要是对产品本身以及其中牵涉到的算法、概念进行设计，原型验证是对设计的可行性进行验证或评估，发布是产品的最终实现。

    设计阶段的主要任务是由开发团队中生物医学、信号处理、图像处理方面的专家或研发人员通过编程语言或电路设计的平台进行算法开发或系统设计，这一阶段的成果是指特定的、达到一定目的的算法和软件系统。

    原型阶段的主要任务是在一定的硬件平台上实现所设计的算法并对系统进行验证和评估，从而进一步调整算法，这部分任务通常由具有电子工程背景的嵌入式系统开发人员，在VxWorks、QNX、Linux等嵌入式操作系统上加以完成，他们所使用的软件工具是和硬件平台直接相关的，比如CCS, VHDL, VDSP++等。

    所以，从这里可以发现，一般情况下这两个阶段的开发人员和开发平台都是不同的，原型阶段的开发者必须耗费一定的时间和精力将将设计阶段的成果加以转换，比如将原先的文本数学算法在嵌入式环境下用C重写一遍，或者根据硬件平台的选择将浮点算法改写成定点算法。如果系统需求需要修正或者算法设计有些错误，就会导致原型阶段的大量修正工作甚至返工。 因此，整个系统开发是一个循环递进的过程。

    如何减少这个环节的反复循环并提高研发效率呢？最直接的解决方案就是利用成熟的商业软件降低算法开发的复杂性，让不熟悉编程技术的医学领域专家也能够直接进行算法的开发，同时将设计与原型化这两个阶段的工作移植到统一的开发平台之中。即在一个开发平台下集成从算法设计、软件开发、硬件实现这一整套的流程。

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