21世紀(jì)是生命和健康的世紀(jì)，生命科學(xué)的飛速進(jìn)步不斷推動著人類對自身健康和疾病的認(rèn)識，如何開發(fā)創(chuàng)新型的醫(yī)療電子設(shè)備也成為研究的熱點(diǎn)之一。
醫(yī)療設(shè)備研究內(nèi)容涉及眾多工程學(xué)研究領(lǐng)域，如電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息處理、光學(xué)、精密機(jī)械學(xué)等。隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展、治療手段的多樣化和相關(guān)工程領(lǐng)域技術(shù)的不斷進(jìn)步，醫(yī)療電子設(shè)備正變得日益復(fù)雜化。一般大型醫(yī)療設(shè)備由多個(gè)子系統(tǒng)組成，需要集成多種傳感器、機(jī)械部件、電子元件，如FPGA或微處理器等，還會涉及到多種專業(yè)總線和協(xié)議，其研發(fā)周期也相當(dāng)長，可能需要2年~3年甚至更長的時(shí)間。于是，如何縮短整個(gè)醫(yī)療電子設(shè)備系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間、提高創(chuàng)新程度便成為占領(lǐng)市場的要素。
對于一些小型公司來說，如何從激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟并脫穎而出是非常困難的事情。他們的核心技術(shù)人員也許是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的專家，掌握了一定的專利或研究成果，但如何在團(tuán)隊(duì)人員非常有限的情況下，快速的將專利或研究成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品、并保證產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性是很大的難點(diǎn)。因此在競爭激烈的醫(yī)療電子市場，實(shí)現(xiàn)快速原型構(gòu)建是關(guān)鍵。從另外一個(gè)角度看，對于大學(xué)、研究所或者公司的研發(fā)機(jī)構(gòu)來說，他們必須著眼于未來的、有一定前瞻性和創(chuàng)新性的設(shè)備研發(fā)，因此這部分研發(fā)人員需要關(guān)注的是，如何快速地對一些算法或理論上的研究成果進(jìn)行驗(yàn)證、并進(jìn)一步搭建出實(shí)際的系統(tǒng)直至產(chǎn)品化，從而將自己的科研項(xiàng)目或?qū)＠a(chǎn)業(yè)化，獲取更多支持以進(jìn)入良性循環(huán)。
綜上所述，對于醫(yī)療電子設(shè)備的開發(fā)人員來說，系統(tǒng)本身在電子、機(jī)械、傳感器等方面的復(fù)雜性以及市場競爭的需求，使得如何快速地對研究成果進(jìn)行原型驗(yàn)證并產(chǎn)品化成為領(lǐng)先于市場的關(guān)鍵。
通過統(tǒng)一的平臺快速構(gòu)建原型系統(tǒng)
系統(tǒng)開發(fā)一般可以分為設(shè)計(jì)、原型驗(yàn)證、發(fā)布三個(gè)階段。設(shè)計(jì)階段主要針對產(chǎn)品本身以及其中牽涉到的算法、概念;原型驗(yàn)證是對設(shè)計(jì)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證或評估;發(fā)布是產(chǎn)品的最終實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是由開發(fā)團(tuán)隊(duì)中生物醫(yī)學(xué)、信號處理、圖像處理方面的專家或研發(fā)人員使用文本和數(shù)學(xué)工具進(jìn)行算法或系統(tǒng)設(shè)計(jì)。原型驗(yàn)證階段的主要任務(wù)是在一定的硬件平臺上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)算法并進(jìn)行驗(yàn)證和評估，從而進(jìn)一步調(diào)整算法，這部分任務(wù)通常由具有電子工程背景的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員，在 VxWorks、QNX、Linux等嵌入式操作系統(tǒng)上加以完成，他們所使用的軟件工具是和硬件平臺直接相關(guān)的，如CCS, VHDL, VDSP++等。 一般情況下這兩個(gè)階段的開發(fā)人員和開發(fā)平臺都是不同的，因此原型階段的開發(fā)者必須無縫地將設(shè)計(jì)階段的成果加以吸納和轉(zhuǎn)換，如果系統(tǒng)需求需要修正或者算法設(shè)計(jì)有些錯(cuò)誤，就會導(dǎo)致原型階段的大量修正工作甚至返工。 因此，整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)是一個(gè)循環(huán)遞進(jìn)的過程。
為了減少這兩個(gè)階段之間循環(huán)往復(fù)的次數(shù)，很多開發(fā)團(tuán)隊(duì)都采取了兩邊互相靠攏的方法，要求前端的算法設(shè)計(jì)人員對硬件和底層編程有一定了解，而后端的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員也需要有一定的生物醫(yī)學(xué)背景。這種方法一定程度上能夠讓兩個(gè)階段之間更好地進(jìn)行溝通，但是對開發(fā)人員的要求較高，而且缺少系統(tǒng)性，隨著醫(yī)療電子系統(tǒng)的日益復(fù)雜化，不能從根本上解決問題。
一種更為釜底抽薪的解決方案是將這兩個(gè)階段的工作移植到統(tǒng)一開發(fā)平臺之中，即在一個(gè)開發(fā)平臺下集成算法和硬件：一方面，在算法設(shè)計(jì)階段引入硬件I/O進(jìn)行前期的驗(yàn)證，可以在更早階段發(fā)現(xiàn)并修正潛在的錯(cuò)誤;另一方面，由于使用同樣的開發(fā)環(huán)境，算法設(shè)計(jì)的代碼可以在原型驗(yàn)證的過程中被重用，從而簡化編程的復(fù)雜性，降低了對算法設(shè)計(jì)人員和嵌入式開發(fā)人員的要求，從根本上加快循環(huán)遞進(jìn)的過程，從而縮短系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。
LabVIEW：快速搭建醫(yī)療電子原型的圖形化平臺
LabVIEW 圖形化開發(fā)平臺自1986年誕生以來一直致力于簡化編程的復(fù)雜性，其圖形化編程方式也已成為標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具。對于醫(yī)療電子的開發(fā)來說，LabVIEW提供了將硬件I/O引入算法設(shè)計(jì)的快捷方式，并通過代碼重用和商業(yè)化、可發(fā)布的嵌入式原型平臺，簡化構(gòu)建原型系統(tǒng)的復(fù)雜性。
