راه حل های تراشه برای برنامه های مراقبت های بهداشتی و دستگاه های پزشکی
برنامه‌ریزی مورد نیاز برای طراحی تراشه‌ها برای کاربردهای پزشکی کاملاً متفاوت از سایر حوزه‌ها است و حتی با بازارهای حیاتی مانند خودروهای خودران بسیار متفاوت است.با این حال، صرف نظر از نوع دستگاه پزشکی، طراحی تراشه پزشکی با سه چالش عمده روبرو خواهد بود: مصرف برق، ایمنی و قابلیت اطمینان.
در توسعه نیمه هادی های مورد استفاده در مراقبت های بهداشتی، توسعه دهندگان ابتدا باید اطمینان حاصل کنند که مصرف انرژی کم دستگاه های پزشکی، دستگاه های کاشتنی الزامات سخت گیرانه تری برای این کار است، زیرا چنین دستگاه هایی باید با جراحی در بدن قرار داده شوند و خارج شوند، مصرف برق باید کمتر باشد. به طور کلی، پزشکان و بیماران می‌خواهند که دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت 10 تا 20 سال عمر کنند، نه اینکه هر چند سال یکبار باتری را تعویض کنند.
اکثر دستگاه‌های پزشکی غیرقابل کاشت نیز به طراحی‌های بسیار کم مصرف نیاز دارند، زیرا این دستگاه‌ها عمدتاً با باتری کار می‌کنند (مانند ردیاب‌های تناسب اندام روی مچ دست).توسعه دهندگان باید فناوری هایی مانند فرآیندهای کم نشتی، حوزه های ولتاژ و حوزه های برق قابل تعویض را در نظر بگیرند تا مصرف برق فعال و آماده به کار را کاهش دهند.
قابلیت اطمینان احتمال این است که تراشه عملکرد مورد نیاز را در یک محیط معین (داخل بدن انسان، روی مچ دست و غیره) برای مدت زمان مشخصی انجام دهد که بسته به استفاده از دستگاه پزشکی متفاوت است.اکثر خرابی ها در مرحله تولید یا نزدیک به پایان عمر رخ می دهد و علت دقیق بسته به ویژگی های محصول متفاوت خواهد بود.به عنوان مثال، طول عمر یک لپ تاپ یا دستگاه تلفن همراه تقریباً 3 سال است.
خرابی های پایان عمر در درجه اول به دلیل پیری ترانزیستور و مهاجرت الکتریکی است.پیری به کاهش تدریجی عملکرد ترانزیستور در طول زمان اشاره دارد که در نهایت منجر به از کار افتادن کل دستگاه می شود.مهاجرت الکتریکی یا حرکت ناخواسته اتم ها به دلیل چگالی جریان، یکی از دلایل مهم شکست اتصال بین ترانزیستورها است.هر چه چگالی جریان از طریق خط بیشتر باشد، احتمال خرابی در کوتاه مدت بیشتر است.
عملکرد صحیح دستگاه‌های پزشکی بسیار مهم است، بنابراین باید از قابلیت اطمینان در همان ابتدای مرحله طراحی و در طول فرآیند اطمینان حاصل شود.در عین حال، کاهش تنوع در مرحله تولید نیز ضروری است.Synopsys یک راه حل تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان کامل را ارائه می دهد که معمولاً به آن تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان PrimeSim گفته می شود که شامل بررسی قوانین الکتریکی، شبیه سازی خطا، تجزیه و تحلیل تغییرپذیری، تجزیه و تحلیل مهاجرت الکتریکی و تجزیه و تحلیل پیری ترانزیستور است.
داده های پزشکی محرمانه جمع آوری شده توسط دستگاه های پزشکی باید ایمن شوند تا پرسنل غیرمجاز نتوانند به اطلاعات پزشکی خصوصی دسترسی داشته باشند.توسعه دهندگان باید اطمینان حاصل کنند که دستگاه های پزشکی مستعد هیچ گونه دستکاری نیستند، مانند احتمال هک کردن یک ضربان ساز توسط افراد بی پروا برای آسیب رساندن به بیمار.با توجه به اپیدمی جدید پنومونی، حوزه پزشکی به طور فزاینده ای از دستگاه های متصل برای کاهش خطر تماس با بیماران و برای راحتی استفاده می کند.هرچه ارتباطات از راه دور بیشتری برقرار شود، احتمال نقض داده ها و سایر حملات سایبری بیشتر می شود.
از منظر ابزارهای طراحی تراشه، توسعه دهندگان تراشه تجهیزات پزشکی از ابزارهای متفاوتی با ابزارهای مورد استفاده در دیگر سناریوهای برنامه استفاده نمی کنند.EDA، هسته های IP و ابزارهای تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان همه ضروری هستند.این ابزارها به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا برنامه‌ریزی مؤثری برای دستیابی به طرح‌های تراشه‌های بسیار کم توان با قابلیت اطمینان بالا داشته باشند، در حالی که محدودیت‌های فضا و عوامل ایمنی را که برای سلامت بیمار، امنیت اطلاعات و ایمنی زندگی مهم هستند، در نظر می‌گیرند.
در سال‌های اخیر، شیوع جدید تاج نیز باعث شده است تا افراد بیشتری به اهمیت سیستم‌های پزشکی و تجهیزات پزشکی پی ببرند.در طول اپیدمی، از ونتیلاتورها برای کمک به بیماران مبتلا به آسیب شدید ریه با کمک تنفس استفاده شد.سیستم های هواکش از حسگرها و پردازنده های نیمه هادی برای نظارت بر سیگنال های حیاتی استفاده می کنند.سنسورها برای تعیین میزان، حجم و میزان اکسیژن بیمار در هر تنفس و تنظیم سطح اکسیژن دقیقاً بر اساس نیاز بیمار استفاده می شوند.پردازنده سرعت موتور را کنترل می کند تا به بیمار در تنفس کمک کند.
و دستگاه اولتراسوند قابل حمل می تواند علائم ویروسی مانند ضایعات ریوی را در بیماران تشخیص دهد و به سرعت ویژگی های ذات الریه حاد مرتبط با کروناویروس جدید را بدون انتظار برای آزمایش اسید نوکلئیک شناسایی کند.چنین دستگاه هایی قبلاً از کریستال های پیزوالکتریک به عنوان کاوشگر اولتراسوند استفاده می کردند که معمولاً بیش از 100000 دلار قیمت دارند.با جایگزینی کریستال پیزوالکتریک با یک تراشه نیمه هادی، این دستگاه تنها چند هزار دلار هزینه دارد و امکان تشخیص و ارزیابی راحت تر بدن داخلی بیمار را فراهم می کند.
ویروس کرونای جدید در حال افزایش است و هنوز به طور کامل تمام نشده است.برای مکان های عمومی مهم است که دمای تعداد زیادی از مردم را بررسی کنند.دوربین‌های تصویربرداری حرارتی فعلی یا دماسنج‌های مادون قرمز پیشانی بدون تماس دو روش متداول برای انجام این کار هستند و این دستگاه‌ها همچنین برای تبدیل داده‌هایی مانند دما به قرائت‌های دیجیتال به نیمه‌هادی‌هایی مانند سنسورها و تراشه‌های آنالوگ متکی هستند.
صنعت مراقبت های بهداشتی برای مقابله با چالش های در حال تغییر امروزی به ابزارهای پیشرفته EDA نیاز دارد.ابزارهای پیشرفته EDA می‌توانند راه‌حل‌های مختلفی مانند پیاده‌سازی قابلیت‌های پردازش داده‌های بلادرنگ در سطوح سخت‌افزاری و نرم‌افزاری، یکپارچه‌سازی سیستم (ادغام هرچه بیشتر مؤلفه‌ها در یک پلتفرم تک تراشه‌ای) و ارزیابی تأثیرات کم طرح های قدرت در اتلاف گرما و عمر باتری.نیمه هادی ها جزء مهم بسیاری از دستگاه های پزشکی فعلی هستند که عملکردهایی مانند کنترل عملیاتی، پردازش و ذخیره سازی داده ها، اتصال بی سیم و مدیریت انرژی را ارائه می دهند.دستگاه های پزشکی سنتی به نیمه هادی ها وابسته نیستند و دستگاه های پزشکی که از نیمه هادی ها استفاده می کنند نه تنها عملکرد دستگاه های پزشکی سنتی را انجام می دهند، بلکه عملکرد دستگاه های پزشکی را بهبود می بخشند و هزینه ها را کاهش می دهند.
صنعت تجهیزات پزشکی با سرعتی سریع در حال پیشرفت است و توسعه دهندگان تراشه در حال طراحی و ادامه نوآوری در نسل بعدی دستگاه های قابل کاشت، دستگاه های پزشکی بیمارستانی و پوشیدنی های بهداشتی هستند.
