以FPGA開發醫療IoT應用的優勢
- DIGITIMES企劃
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智慧醫療整合個人生理狀態感測與結合物聯網，是眾多IoT應用中的重點項目，因為醫療IoT應用市場的特殊性，不僅相關設備需達到高穩定性要求，同時所開發的產品受法規、產品驗證嚴格管制，選擇開發平台就成為左右成敗的重要關鍵...
發展以IoT技術為基礎的智慧應用，選用平台是否適合應用投放市場的特性就相當重要，以智慧醫療的IoT物聯網應用來說，由於醫療設備相較一般消費性電子、工業自動控制、智慧家庭等應用形是而言是相對嚴肅的應用場合，因為醫療設備稍有故障、誤動作可能就會造成醫療失誤，甚至危及用戶健康與生命，不但設備相關的驗證要求標準更高，針對應用需求設置的法規要求也相對嚴苛。
FPGA深入醫療電子設備開發應用
早在智慧醫療、IoT物聯網整合熱潮發展之前，在醫療設備、生理監控等電子裝置中，早已導入FPGA(Field-programmable gate array)核心元件進行設備的功能設計，一方面因為FPGA具備高效能、超低功耗(Ultra low-power)與開發設計彈性外，也適合特殊行業應用的客製系統整合設計需求，在過去30多年醫療設備業者多數也使用FPGA進行產品設計與整合。
加上醫療產業的系統效能與穩定性要求相對高許多，FPGA的可程式化開發功能不但可以因應系統功能擴展需求，也能提供相對穩定、高效的作業表現，常見以FPGA進行整合的醫療設備應用如呼吸輔助設備、心跳去顫器、內視鏡設備、電腦斷層掃描設備、核磁共振掃描設備、超音波設備、病人生理監控設備等，都有使用SoC的FPGA元件所整合的設備產品。
以FPGA元件特性 建構智慧醫療與IoT開發條件
以FPGA的系統元件特性，相較目前常見的SoC晶片說，FPGA的元件特性更適合用來開發醫療用IoT應用，不僅是目前常見醫療電子設備已廣泛採行FPGA進行產品整合的先行優勢外，FPGA本身可以搭配可程式化元件加速設備開發，同時又能提供設備持續維護、優化的設計彈性，加上FPGA本身的高可靠度表現，可降低醫療設備開發過程的風險，同時也能針對不同國家、地區的醫療設備管制法規進行設備微調加速審查驗證時程。
運用高效能運算核心與可程式化應用功能，醫療設備的終端功能可以利用高可靠度的系統設計透過FPGA的邏輯元件進行開發整合，加上新型FPGA高度整合多元系統元件，也能進一步簡化電路載板的設計複雜度，讓核心功能可以直接透過可程式化功能進行佈署，而不用動輒為了系統功能優化動輒修改電子電路，簡化開發流程與時間，尤其醫療用途的高度精準、高效率、高穩定要求應用可運用FPGA的邏輯元件進行功能佈署，反而非關安全與穩定性要求的子系統可透過軟體程式進行佈署，進一步增強運用FPGA設計的醫療設備運行可靠度。
醫療設備智能化聯網要求 可用進階高整合FPGA達成
而在因應醫療設備智慧化與聯網應用整合趨勢下，醫療設備智能化與聯網要求也可透過進階FPGA元件進行整合，由於FPGA本身即具備低功耗設計條件，加上整合網通應用、進階晶片的SoC產品，也能加速醫療用IoT產品的開發週期，而FPGA的高整合度特性，可將大量邏輯元件、軟體應用整合於晶片中，大幅縮小電路載板面積，也能有效縮小醫療設備的設計體積，進一步發展更小的醫療智能裝置、甚至是可穿戴式(wearable device)的小型醫療智能裝置，讓智慧醫療終端的體積更小、功能更智慧化、亦可整合智慧聯網應用，開發低侵入性的醫療設備、加快患者的恢復速度。
尤其是早期醫療設備通常以單一功能、特定應用目標進行開發，設備體積龐大，甚至需佔據一間診療室進行設備佈署，例如早期醫療檢測設備就相當程度佔用有限的醫療環境空間，加上設備本身聯網能力有限、醫療檢測資訊無法順暢在不同設備間交換，往往產生更複雜的使用流程，增加醫療程序的人工處理負荷。
新一代的智慧醫療整合方向為透過進階電子與演算科技，不僅可以提升醫療檢測設備的監控數據精確度，數位化的診療數據透過通訊協定進行傳輸，不僅提升了設備檢測資訊互通的使用便利性，運用電子科技高度整合多元檢測應用，也能進一步縮小設備的佔位空間，讓可以騰出更多寶貴醫療場域空間、進而提升患者的服務數量或醫療品質。
因應穿戴電子開發需求 FPGA滿足高整合度開發條件
尤其在醫療設備數位化、智慧化與聯網應用強化後，使用頻次較少的進階醫療檢測設備甚至可以在體積縮小、功能優化後，改採行動化的設備佈署，例如，採用可移動式的台車方式整合進階醫療檢測設備功能，如此即可減少醫療設備的使用彈性，高階醫療檢測設備還可在不同病房間移動應用，透過聯網整合進行醫療數據傳輸進一步增加檢測效能與服務品質，避免人工處理造成檢測過程冗長，提升醫護治療品質。
對於如呼吸器、自動給劑設備這類自動化設備，FPGA的高度可程式化邏輯佈署，也可因應設備應用的即時互動需求進行功能佈署，例如，針對患者的生理監控徵象進行設備運行條件的改變，如調整呼吸器運行狀態或是變更自動投藥的劑量等，加上智慧醫療已開始嘗試導入IoT應用，進一步擴展如病床床邊生理監控設備的功能應用，如透過物聯網將病人生命徵象即時透過基礎網路搭配雲端技術儲存、運算、分析，或是即時遠端記錄醫療記錄，彙整更完整全面的醫療數據，協助醫生做出更精確的診療判斷。
FPGA高度可程式化佈署 降低醫療設備審核、管制風險
透過IoT應用功能整合，進階醫療監控設備甚至可以將功能優化、成本降低，發展家用醫療遠程監控應用，透過家庭網路基礎環境進行醫療用物聯網佈署，甚至應用無線通訊技術達到醫療體徵實時、不中斷的持續監控，部分復原狀態較佳的病患也可提早返家持續監控復原狀態。基於FPGA的開發平台，可以讓家庭醫療設備終端達到醫療級的高穩定性表現，同時透過高度整合功能縮小設備體積、製造成本，加上彈性的IoT聯網佈署整合，透過智慧醫療即享受更方便的遠程醫療服務。
然而，醫療結合電子科技、雲端運算優化的各種智慧醫療應用，開發遠景雖然美好，但實際上醫療行為、醫療設備因為產業的特殊性限制，相關的服務設計、產品設計仍受到嚴苛的法規限制要求，因此醫療設備廠商為了降低產品開發風險，選擇高度可靠度、兼具可程式化功能優化的開發平台就相當重要，FPGA開發平台即可因應繁複的醫療設備審核要求、管制限制進行功能微調，甚至針對設備的不同地區、國家要求條件，進行區域差異化的功能彈性佈署，同時亦能保留開發系統的高度可靠度表現。
