醫(yī)療原始設(shè)備制造商（OEM）在其產(chǎn)品生命周期內(nèi)面臨著從性能、可靠性要求及通過認(rèn)證，到確保技術(shù)和產(chǎn)品滿足不斷演進(jìn)的需求等眾多挑戰(zhàn)。處理器的持續(xù)演進(jìn)和全新高速串行差分接口的出現(xiàn)促使醫(yī)療嵌入式計算機(jī)模塊(COM)推出新功能。與此同時，醫(yī)療原始設(shè)備制造商（OEM）還可以持續(xù)專注于核心業(yè)務(wù)，并遵守產(chǎn)品發(fā)布期限。
醫(yī)療設(shè)備設(shè)計人員擁有多種嵌入式計算選件，如商業(yè)化現(xiàn)成（COTS主板）、使用壽命較長的工業(yè)主板和大容量專用定制解決方案。具有CPU模塊和專用基板的嵌入式計算機(jī)模塊（COM）、半定制解決方案可提供一些獨(dú)特的優(yōu)勢，這些解決方案在緊湊的外形中提供了高水平的處理性能和I/O寬帶。更為重要的是，嵌入式計算機(jī)模塊（COM）解決方案是固有的模塊化解決方案，這有助于設(shè)計人員加快上市速度、降低開發(fā)成本、最大限度地減少設(shè)計風(fēng)險、簡化未來的升級路徑、實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)充性并延長應(yīng)用壽命。所有這些優(yōu)勢都有助于增加潛在的市場份額。
提供新的應(yīng)用以改進(jìn)醫(yī)學(xué)成像和診斷是醫(yī)療設(shè)備設(shè)計人員面臨的最大挑戰(zhàn)之一。與此同時，處理器技術(shù)的最新進(jìn)展正不斷將更多的性能和更高的能效集成到超小封裝中。在最新的小外形工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)嵌入式計算機(jī)模塊（COM）中，就可以找到這樣一個性能/能效范例。這些解決方案均基于最新的45納米英特爾® 處理器技術(shù)。
醫(yī)療設(shè)備設(shè)計挑戰(zhàn)
醫(yī)療電子設(shè)備旨在改善各種醫(yī)療?？频幕颊咦o(hù)理服務(wù)質(zhì)量并降低成本，最終目的是挽救生命。開發(fā)醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用的在最新的小外形工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)嵌入式計算機(jī)模塊（COM）面臨著嚴(yán)峻的設(shè)計挑戰(zhàn)，包括功耗、可擴(kuò)充性、處理能力和應(yīng)用支持等。隨著市場上對移動護(hù)理點(diǎn)設(shè)備需求的增長，這些嵌入式計算機(jī)模塊（COM）還將面臨尺寸和重量問題以及更多的功耗限制。對于醫(yī)療專業(yè)人員而言，采用這種便攜式診斷工具對患者進(jìn)行徹底檢查并迅速診斷其病情，高分辨率圖像是必不可少的。這就暗含了一種期望，即希望設(shè)備在處理、視頻和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及通信方面具有卓越的能力，且所有這一切都集成在一個小型封裝中。
與消費(fèi)類市場不同的是某些醫(yī)療設(shè)備必須符合10至15年的使用壽命要求。隨著醫(yī)療行業(yè)、計算標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的不斷發(fā)展，既定設(shè)備的要求可能會在其生命周期內(nèi)發(fā)生多次變更。因此，設(shè)備必須能夠進(jìn)行擴(kuò)充和升級，以便在無需完全重新設(shè)計設(shè)備的前提下更新應(yīng)用。考慮到FDA(美國食品和藥物管理局)和其它管制機(jī)構(gòu)進(jìn)行測試和批準(zhǔn)所需的時間，嵌入式醫(yī)療應(yīng)用的上市時間成為了一個讓情況變得更加復(fù)雜的問題。對于任何設(shè)備來說，測試都需要巨大的財政開支。而醫(yī)療 OEM 面臨的嚴(yán)格要求則意味著必須密切監(jiān)控設(shè)計和開發(fā)預(yù)算，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。
嵌入式計算機(jī)模塊(COM)的優(yōu)勢
硬件設(shè)計、固件和驅(qū)動程序開發(fā)以及接口測試只是嵌入式設(shè)計的幾個方面。產(chǎn)品升級可能包括修改上述部分或所有的這些方面。設(shè)計定制的整套主板及其外殼（enclosure）需要更長的開發(fā)時間,還會導(dǎo)致不標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備尺寸和接口。由于每次修改時，為每個接口開發(fā)特定的驅(qū)動程序都會發(fā)生相應(yīng)的成本，因此基于FPGA完全定制的小型設(shè)計也同樣沒有吸引力。所需進(jìn)行的測試也是一個問題。針對每個新的處理器和總線去設(shè)計、調(diào)試和支持單板計算機(jī)顯然是行不通的。畢竟，定制設(shè)計的程序一般就需要24周。
嵌入式計算機(jī)模塊（COM）方法可將整個計算機(jī)主機(jī)裝置置于一個小外形模塊中。該模塊可安裝在包含專用I/O和電源電路的載板上。所有標(biāo)準(zhǔn)的PC功能，如顯卡、以太網(wǎng)和總線等，可通過商業(yè)化模塊添加。然后，開發(fā)定制基板，以連接專用的外設(shè)，如存儲設(shè)備、擴(kuò)展插槽和嵌入式計算機(jī)模塊（COM）連接器。鑒于這種模塊性，醫(yī)療OEM可在擴(kuò)展產(chǎn)品組合或修改現(xiàn)有設(shè)計（尤其是必須在5至10年的生命周期內(nèi)時時保持更新的設(shè)計）時通過嵌入式計算機(jī)模塊（COM）降低成本和縮短開發(fā)時間。
無需對基板進(jìn)行單一修改就能實(shí)現(xiàn)性能升級。不用重新設(shè)計整個主板；安裝同一系列的新模塊即可。隨后，該設(shè)計即可進(jìn)入審批流程。通過此過程，原來需要多位工程師進(jìn)行幾個月的項(xiàng)目，現(xiàn)在由一位工程師用一周的時間就能完成。由于在所有更新過程中，I/O都無需修改，因此大大降低了EN 60601-1部件1、2和4測試的失敗風(fēng)險，估計可節(jié)省40%的重新測試成本。這種設(shè)計進(jìn)度和成本優(yōu)化對保持市場競爭力至關(guān)重要。
先進(jìn)的嵌入式計算機(jī)模塊(COM) 解決方案
直到最近，便攜式超聲波設(shè)備依然會為了移動性而犧牲圖像質(zhì)量，因此發(fā)揮不了多大作用。相關(guān)處理器的功耗也很高，這就削弱了無風(fēng)扇設(shè)計的優(yōu)勢并縮短了電池使用時間。此外，目前尚沒有完全符合所有設(shè)備要求的標(biāo)準(zhǔn)化嵌入式計算平臺。而融入到超小嵌入式計算機(jī)模塊（COM）外形中的先進(jìn)制程技術(shù)可緩解這些問題，并提供一個標(biāo)準(zhǔn)化、超便攜、高性能的嵌入式計算平臺。該平臺可提供千兆位以太網(wǎng)、 PCI Express x1通道等接口和兩個SATA II 端口。
COM Express Basic Form Factor
例如，COM-Express兼容模塊的nanoETXexpress家族，其占地面積僅是原始COM-Express-standard“基本”外形模塊的39%（見圖）。nanoETXexpress-SP COM基于英特爾® 凌動™處理器。與英特爾®系統(tǒng)控制器中樞US15W結(jié)合使用，英特爾®凌動™處理器Z5xx系列可實(shí)現(xiàn)比超低壓英特爾®賽揚(yáng)® M處理器更小的占地面積和更低的熱設(shè)計功耗。1.1和1.6 GHz之間的主頻可在不到5 W的熱設(shè)計功耗內(nèi)提供高性能，從而支持無風(fēng)扇設(shè)計。通過32位浮點(diǎn)運(yùn)算、硬件視頻解碼、雙獨(dú)立顯示器、超線程技術(shù)和24位彩色支持，可提供卓越的圖像質(zhì)量。低功耗前端總線的數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)533 MHz。此外，在SSE3的13條額外指令改進(jìn)多媒體指令支持的同時，C6低功耗狀態(tài)可減少功耗。USB和無線連接也有多種選擇。
隨著此模塊的發(fā)布，以前因尺寸、性能問題或功限制耗而受到阻礙的應(yīng)用，現(xiàn)在都可以使用標(biāo)準(zhǔn)嵌入式計算機(jī)模塊（ＣＯＭ）實(shí)施方法進(jìn)行開發(fā)．遵守PICMG,COM Ex-press標(biāo)準(zhǔn)可確保兼容性和可擴(kuò)展性。一個這種新型嵌入式計算機(jī)模塊(COM)可能的應(yīng)用領(lǐng)域就是便攜式超聲波設(shè)備。此類設(shè)備可通過無線方式將圖象傳輸?shù)綐?biāo)準(zhǔn)的電腦，以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。例如，EMT可在首次接觸病人時使用此設(shè)備，以便醫(yī)生能夠在親自看到病人前就開始診療流程。此應(yīng)用在改善患者護(hù)理服務(wù)質(zhì)量的同時,還提供了極大的便利性并節(jié)省了時間。對于采用信用卡大小嵌入式計算機(jī)模塊(COM)的移動醫(yī)療設(shè)備來說,存在著許多可能性。在某些情況下,它們甚至可以幫助臨床醫(yī)生挽救生命。
Christine Van De Graaf 是北加州硅谷的控創(chuàng)美國分公司嵌入式模塊部門的產(chǎn)品市場推廣經(jīng)理。她在嵌入式計算技術(shù)行業(yè)有著七年多的工作經(jīng)驗(yàn)。Van De Graaf 擁有加利福尼亞州 Hayward 州立大學(xué)頒發(fā)的市場營銷管理 MBA 學(xué)位。聯(lián)系信息：christine.vandegraaf@us.kontron.com
