פתרונות שבבים ליישומי שירותי בריאות ומכשור רפואי
התכנון הנדרש לתכנון שבבים עבור יישומים רפואיים שונה בתכלית מתחומים אחרים, ואף שונה מאוד משווקים קריטיים למשימה כמו מכוניות בנהיגה עצמית.עם זאת, ללא קשר לסוג המכשיר הרפואי, תכנון השבבים הרפואיים יתמודד עם שלושה אתגרים עיקריים: צריכת חשמל, בטיחות ואמינות.
בפיתוח של מוליכים למחצה המשמשים בתחום הבריאות, מפתחים חייבים קודם כל להבטיח שצריכת החשמל הנמוכה של מכשירים רפואיים, מכשירים מושתלים הם דרישות מחמירות יותר לכך, מכיוון שמכשירים כאלה צריכים להיות ממוקמים בניתוח בגוף ולהסיר אותם, צריכת החשמל צריכה להיות נמוכה יותר , באופן כללי, רופאים ומטופלים רוצים שמכשירים רפואיים מושתלים יכולים להחזיק מעמד 10 עד 20 שנים, ולא כל כמה שנים כדי להחליף סוללה.
רוב המכשירים הרפואיים שאינם מושתלים דורשים גם עיצובים בעלי הספק נמוך במיוחד, מכיוון שמכשירים כאלה מופעלים בעיקר על ידי סוללה (כגון עוקבי כושר על פרק כף היד).מפתחים צריכים לשקול טכנולוגיות כמו תהליכי דליפה נמוכים, תחומי מתח ותחומי מתח הניתנים להחלפה כדי להפחית את צריכת החשמל הפעילה והמתנה.
אמינות היא ההסתברות שהשבב יבצע את התפקוד הנדרש היטב בסביבה נתונה (בתוך גוף האדם, על פרק כף היד וכו') למשך פרק זמן מוגדר, שישתנה בהתאם לשימוש במכשיר הרפואי.רוב התקלות מתרחשות בשלב הייצור או לקראת סוף החיים, והסיבה המדויקת תשתנה בהתאם לפרטי המוצר.לדוגמה, אורך החיים של מחשב נייד או מכשיר נייד הוא כ-3 שנים.
כשלים בסוף החיים נובעים בעיקר מהזדקנות טרנזיסטור ומהגירה אלקטרו.ההזדקנות מתייחסת לירידה הדרגתית בביצועי הטרנזיסטור לאורך זמן, מה שמוביל בסופו של דבר לכשל של המכשיר כולו.אלקטרומיגרציה, או תנועה לא רצויה של אטומים עקב צפיפות הזרם, היא גורם חשוב לכשל בחיבור בין טרנזיסטורים.ככל שצפיפות הזרם דרך הקו גבוהה יותר, כך גדל הסיכוי לכשל בטווח הקצר.
פעולה תקינה של מכשור רפואי היא קריטית, ולכן יש להבטיח אמינות כבר בתחילת שלב התכנון ולאורך כל התהליך.יחד עם זאת, צמצום השונות בשלב הייצור הוא גם חיוני.Synopsys מציעה פתרון מלא לניתוח מהימנות, המכונה בדרך כלל PrimeSim Reliability Analysis, הכולל בדיקת כללים חשמליים, הדמיית תקלות, ניתוח שונות, ניתוח אלקטרומיגרציה וניתוח הזדקנות טרנזיסטור.
יש לאבטח את הנתונים הרפואיים הסודיים שנאספו על ידי מכשירים רפואיים כך שצוות לא מורשה לא יוכל לגשת למידע רפואי פרטי.מפתחים צריכים להבטיח שמכשירים רפואיים אינם רגישים לכל צורה של שיבוש, כגון האפשרות של אנשים חסרי מצפון לפרוץ לקוצב לב כדי לפגוע בחולה.בשל מגיפת דלקת הריאות החדשה, התחום הרפואי משתמש יותר ויותר במכשירים מחוברים כדי להפחית את הסיכון למגע עם חולים ולצורך נוחות.ככל שיהיו יותר חיבורים מרוחקים, כך גדל הפוטנציאל לפרצות נתונים והתקפות סייבר אחרות.
מנקודת המבט של כלי עיצוב שבבים, מפתחי שבבי מכשור רפואי אינם משתמשים בכלים שונים מאלה המשמשים בתרחישי יישומים אחרים;EDA, ליבות IP וכלי ניתוח מהימנות הם כולם חיוניים.כלים אלו יסייעו למפתחים לתכנן ביעילות להשיג תכנוני שבבים בעלי הספק נמוך במיוחד עם אמינות מוגברת, תוך התחשבות במגבלות שטח וגורמי בטיחות, החשובים לבריאות המטופל, אבטחת מידע ובטיחות חיים.
בשנים האחרונות, התפרצות הכתר החדשה גם גרמה ליותר ויותר אנשים להבין את החשיבות של מערכות רפואיות ומכשור רפואי.במהלך המגיפה נעשה שימוש במכונות הנשמה כדי לסייע לחולים עם פגיעה בריאותית קשה בסיוע נשימה.מערכות מאווררים משתמשות בחיישני מוליכים למחצה ובמעבדים כדי לנטר אותות חיוניים.החיישנים משמשים לקביעת קצב, נפח וכמות החמצן לנשימה של המטופל ולהתאמת רמת החמצן בדיוק לצרכי המטופל.המעבד שולט במהירות המנוע כדי לסייע למטופל בנשימה.
ומכשיר האולטרסאונד הנייד יכול לזהות תסמינים ויראליים כמו נגעים בריאות בחולים ולזהות במהירות מאפיינים של דלקת ריאות חריפה הקשורה לנגיף הקורונה החדש מבלי להמתין לבדיקת חומצת גרעין.מכשירים כאלה השתמשו בעבר בגבישים פיזואלקטריים בתור בדיקות אולטרסאונד, שעלותן בדרך כלל יותר מ-100,000 דולר.על ידי החלפת הגביש הפיאזואלקטרי בשבב מוליכים למחצה, המכשיר עולה אלפי דולרים בודדים בלבד ומאפשר זיהוי והערכה קלים יותר של הגוף הפנימי של המטופל.
נגיף הקורונה החדש נמצא במגמת עלייה ועדיין לא נגמר לגמרי.חשוב למקומות ציבוריים לבדוק את הטמפרטורה של מספר רב של אנשים.מצלמות הדמיה תרמיות נוכחיות או מדי חום אינפרא אדום למצח ללא מגע הן שתי דרכים נפוצות לעשות זאת, והתקנים אלה מסתמכים גם על מוליכים למחצה כגון חיישנים ושבבים אנלוגיים כדי להמיר נתונים כגון טמפרטורה לקריאות דיגיטליות.
תעשיית הבריאות זקוקה לכלי EDA מתקדמים כדי לעמוד באתגרים המשתנים ללא הרף של ימינו.כלי EDA מתקדמים יכולים לספק מגוון פתרונות, כגון הטמעת יכולות עיבוד נתונים בזמן אמת ברמות החומרה והתוכנה, שילוב מערכות (שילוב של כמה שיותר רכיבים בפלטפורמת שבב בודד), והערכת ההשפעה של עיצובי כוח על פיזור חום וחיי סוללה.מוליכים למחצה הם מרכיב חשוב של מכשירים רפואיים עכשוויים רבים, המספקים פונקציות כגון בקרה תפעולית, עיבוד נתונים ואחסון, קישוריות אלחוטית וניהול חשמל.מכשירים רפואיים מסורתיים אינם תלויים באותה מידה במוליכים למחצה, ומכשירים רפואיים המיישמים מוליכים למחצה לא רק מבצעים את הפונקציות של מכשור רפואי מסורתי, אלא גם משפרים את הביצועים של מכשור רפואי ומפחיתים עלויות.
תעשיית המכשור הרפואי מתפתחת בקצב מהיר, ומפתחי שבבים מתכננים וממשיכים להניע חדשנות בדור הבא של מכשירים מושתלים, מכשור רפואי לבתי חולים ומוצרים לבישים לבישים.
