Penyelesaian cip untuk penjagaan kesihatan dan aplikasi peranti perubatan
Perancangan yang diperlukan untuk mereka bentuk cip untuk aplikasi perubatan agak berbeza daripada kawasan lain, malah sangat berbeza daripada pasaran kritikal misi seperti kereta pandu sendiri.Walau bagaimanapun, tidak kira jenis peranti perubatan, reka bentuk cip perubatan akan menghadapi tiga cabaran utama: penggunaan kuasa, keselamatan dan kebolehpercayaan.
Dalam pembangunan semikonduktor yang digunakan dalam penjagaan kesihatan, pemaju mesti terlebih dahulu memastikan bahawa penggunaan kuasa rendah peranti perubatan, peranti implan adalah keperluan yang lebih ketat untuk ini, kerana peranti sedemikian perlu diletakkan secara pembedahan di dalam badan dan dikeluarkan, penggunaan kuasa harus lebih rendah. , secara amnya, doktor dan pesakit mahu peranti perubatan yang boleh ditanam boleh bertahan 10 hingga 20 tahun, dan bukannya setiap beberapa tahun untuk menggantikan bateri.
Kebanyakan peranti perubatan yang tidak boleh ditanam juga memerlukan reka bentuk kuasa ultra rendah, kerana peranti sedemikian kebanyakannya berkuasa bateri (seperti penjejak kecergasan pada pergelangan tangan).Pemaju perlu mempertimbangkan teknologi seperti proses kebocoran rendah, domain voltan dan domain kuasa boleh tukar untuk mengurangkan penggunaan kuasa aktif dan siap sedia.
Kebolehpercayaan ialah kebarangkalian bahawa cip akan melaksanakan fungsi yang diperlukan dengan baik dalam persekitaran tertentu (di dalam badan manusia, pada pergelangan tangan, dsb.) untuk tempoh masa tertentu, yang akan berbeza-beza bergantung pada penggunaan peranti perubatan.Kebanyakan kegagalan berlaku pada peringkat pembuatan atau hampir akhir hayat, dan punca sebenar akan berbeza-beza bergantung pada spesifik produk.Sebagai contoh, jangka hayat komputer riba atau peranti mudah alih adalah lebih kurang 3 tahun.
Kegagalan akhir hayat adalah terutamanya disebabkan oleh penuaan transistor dan migrasi elektro.Penuaan merujuk kepada kemerosotan prestasi transistor secara beransur-ansur dari semasa ke semasa, akhirnya membawa kepada kegagalan keseluruhan peranti.Elektromigrasi, atau pergerakan atom yang tidak diingini disebabkan oleh ketumpatan arus, adalah punca penting kegagalan sambungan antara transistor.Semakin tinggi ketumpatan arus melalui talian, semakin besar kemungkinan kegagalan dalam jangka pendek.
Pengendalian peranti perubatan yang betul adalah kritikal, jadi kebolehpercayaan perlu dipastikan pada awal fasa reka bentuk dan sepanjang proses.Pada masa yang sama, mengurangkan kebolehubahan dalam fasa pengeluaran juga penting.Synopsys menawarkan penyelesaian analisis kebolehpercayaan yang lengkap, biasanya dirujuk sebagai Analisis Kebolehpercayaan PrimeSim, yang merangkumi pemeriksaan peraturan elektrik, simulasi kerosakan, analisis kebolehubahan, analisis elektromigrasi dan analisis penuaan transistor.
Data perubatan sulit yang dikumpul oleh peranti perubatan perlu dilindungi supaya kakitangan yang tidak dibenarkan tidak boleh mengakses maklumat perubatan peribadi.Pembangun perlu memastikan bahawa peranti perubatan tidak terdedah kepada sebarang bentuk gangguan, seperti kemungkinan individu yang tidak bertanggungjawab menggodam perentak jantung untuk membahayakan pesakit.Disebabkan oleh wabak radang paru-paru baharu, bidang perubatan semakin menggunakan peranti bersambung untuk mengurangkan risiko hubungan dengan pesakit dan untuk kemudahan.Lebih banyak sambungan jauh yang diwujudkan, lebih besar potensi untuk pelanggaran data dan serangan siber lain.
Dari perspektif alat reka bentuk cip, pembangun cip peranti perubatan tidak menggunakan alat yang berbeza daripada yang digunakan dalam senario aplikasi lain;EDA, teras IP, dan alat analisis kebolehpercayaan semuanya penting.Alat ini akan membantu pembangun merancang dengan berkesan untuk mencapai reka bentuk cip kuasa ultra rendah dengan peningkatan kebolehpercayaan, sambil mengambil kira kekangan ruang dan faktor keselamatan, yang penting untuk kesihatan pesakit, keselamatan maklumat dan keselamatan nyawa.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, wabak mahkota baharu juga telah membuatkan semakin ramai orang menyedari kepentingan sistem perubatan dan peranti perubatan.Semasa wabak, ventilator digunakan untuk membantu pesakit yang mengalami kecederaan paru-paru yang teruk dengan bantuan pernafasan.Sistem pengudaraan menggunakan penderia dan pemproses semikonduktor untuk memantau isyarat penting.Penderia digunakan untuk menentukan kadar, isipadu dan jumlah oksigen setiap nafas pesakit dan untuk melaraskan paras oksigen tepat pada keperluan pesakit.Pemproses mengawal kelajuan motor untuk membantu pesakit bernafas.
Dan peranti ultrabunyi mudah alih boleh mengesan gejala virus seperti lesi paru-paru pada pesakit dan mengenal pasti dengan cepat ciri radang paru-paru akut yang dikaitkan dengan coronavirus baharu tanpa menunggu ujian asid nukleik.Peranti sedemikian sebelum ini menggunakan kristal piezoelektrik sebagai probe ultrasound, yang biasanya berharga lebih daripada $100,000.Dengan menggantikan kristal piezoelektrik dengan cip semikonduktor, kos peranti hanya beberapa ribu dolar dan membolehkan pengesanan dan penilaian lebih mudah terhadap badan dalaman pesakit.
Coronavirus baharu semakin meningkat dan belum berakhir sepenuhnya.Adalah penting bagi tempat awam untuk memeriksa suhu sebilangan besar orang.Kamera pengimejan terma semasa atau termometer inframerah dahi bukan sentuhan ialah dua cara biasa untuk melakukan ini, dan peranti ini juga bergantung pada semikonduktor seperti penderia dan cip analog untuk menukar data seperti suhu kepada bacaan digital.
Industri penjagaan kesihatan memerlukan alat EDA termaju untuk menghadapi cabaran yang sentiasa berubah hari ini.Alat EDA lanjutan boleh menyediakan pelbagai penyelesaian, seperti melaksanakan keupayaan pemprosesan data masa nyata pada peringkat perkakasan dan perisian, penyepaduan sistem (mengintegrasikan seberapa banyak komponen yang mungkin ke dalam platform cip tunggal), dan menilai kesan rendah- reka bentuk kuasa pada pelesapan haba dan hayat bateri.Semikonduktor ialah komponen penting bagi banyak peranti perubatan semasa, menyediakan fungsi seperti kawalan operasi, pemprosesan dan penyimpanan data, ketersambungan wayarles dan pengurusan kuasa.Peranti perubatan tradisional tidak bergantung kepada semikonduktor, dan peranti perubatan yang menggunakan semikonduktor bukan sahaja melaksanakan fungsi peranti perubatan tradisional, tetapi juga meningkatkan prestasi peranti perubatan dan mengurangkan kos.
Industri peranti perubatan berkembang dengan pantas, dan pembangun cip sedang mereka bentuk dan terus memacu inovasi dalam peranti boleh implan generasi akan datang, peranti perubatan hospital dan boleh pakai penjagaan kesihatan.
