医疗智能化热潮下的回归,实现高性能诊断信号检测才是王道

来源:ADI

发布时间:2019年5月31日下午 08:05:13

将人工智能技术用于医学影像的识别、诊断,以及结合远程医疗的、具有医疗等级的智能可穿戴设备将是下一个热点。高性能诊断信息的采集是使其实现的基础所在。

《全球大健康产业发展研究报告》指出,“2020年健康产业全球总产值将达到13.393万亿美元,为2011年的1.9倍左右。全球人均健康支出持续快速增长,到2020年将达到1882.188美元。”此外,在福布斯发布名为《2019八大医疗保健预测》的报告中亦透露,“到2019年底,人工智能在医疗保健IT应用市场上的价值将超过17亿美元。”可以预见,医疗的各个细分领域,正在从诊断、监护、治疗、给药等各方面开启全新的健康管理智能化时代。
 

医疗设备的作用愈加明显,市场增长的空间愈为可观,这也带动了与医疗设备相关芯片的需求。现阶段,人工智能技术在医疗设备领域的应用主要集中于智能诊疗、智能可穿戴设备相关的智能健康管理以及医疗机器人等方面。将人工智能技术用于医学影像的识别、诊断,以及结合远程医疗的、具有医疗等级的智能可穿戴设备将是下一个热点。然而,人工智能实现的基础是高性能诊断信息的采集。

本文将从业界领先的信号链解决方案提供商ADI在医学成像以及可穿戴应用中的数据采集解决方案谈起,在医疗智能化的热潮下,或许回归实现高性能诊断信号检测才是王道。

影像识别,高分辨率是王道
 
 
 

ADI公司在光电、生理电势、生理阻抗、运动,体温等各类高精度、高性能、高可靠性的传感器、信号处理前端以及集成模块方向,都为体征信号监测的智能医疗设备和可穿戴设备提供了可靠易用的方案。同时,COF(Chip-On-Flex)高精度、高集成度的模拟前端,也在为数字平板X-光机、CT和高端彩色超声设备的高质量医学图像的智能诊断提供可靠保证。

例如,ADI推出的最新一代ADAS1135为256通道、24位电流数字转换器模块,作为业内首款 256 通道、24 位电流数字转换器模块适于多通道、小电流采集数据的医疗CT(计算机断层)、工业和安检扫描仪,及光电二极管传感器应用。ADAS1135不存在电荷损失,能够执行无死区时间的同步采样;超低噪声,可配置电流输入范围;集成2个可配置采样速率的高速ADC、内部缓冲器、用于数据采集的去耦和旁路电容;以及可配置采样速率和最高24位分辨率的两个高速ADC可实现出色的线性度,可最大限度地提高CT应用的图像质量。同时,ADI还推出了可用于医疗、工业和安保CT扫描仪数据采集的128通道多版本ADAS1134。

▲ADAS1256 COF前端模块数字X光机应用

单芯片集成256通道、16位分辨率、22us线路扫描速度等性的ADAS1256 COF解决方案也必须一提。由于功耗与噪声不能同时达到最低的要求,所以功耗模式的切换功能就能使得用户自行选择适应当时需求的最佳功耗、噪声模式,为此该芯片还提供了9种功耗模式。

对于病人来说,最关心的是辐射剂量。因为在做各种检查时,X射线对病人本身也会造成伤害。对于这点,ADAS1256 COF解决方案降低探测器本身的噪声,所以在X射线剂量很少时,低噪声的探测器也能够接收并清晰呈现图像。

功耗模式切换功能这样的设计方案,可以打消病人的顾虑。毕竟对于病人来说,他们会担心辐射剂量问题。例如,我们在机房内进行全身检查时,X射线对人体自身的健康细胞会造成伤害。

▲ADI超声检测领域模拟前端芯片

多维度技术升级,
智能可穿戴设备需要这样的信号监测
 
 
 

除了在医疗影像检测应用中的主打技术和产品,ADI在体征信号监测方面的产品技术方案也在便携穿戴式健康监测设备中受业界广泛关注,ADI还在光电技术、生理阻抗测量、生理电势采集、温度、运动状态监测以及环境相关(如气体,CO2以及紫外线监测等)等领域有持续投资,其产品方案在市场上也获得了极大认可。

尤其值得一提的是专门应用于光电法的各类生理体征信号的监测的具有独特优势的产品ADPD系列产品。例如ADPD142、APD153、ADPD144以及ADPD174等是目前市面上集成最高、体积最小、功耗最低、性能最好,以及非常成熟的解决方案。可应用于诊断级产品也可适用于消费级的产品相关体征信号的采集,例如心率,血氧含量等。

如下图所示,ADPD174GGI可以通过大大简化系统级光学结构设计的挑战,解决内部环境光干扰问题等,进而保证最终产品的一致性和生产环节的成本和效率,目前此模块产品已被全球知名的可穿戴厂商采纳,并已大量出货。

此外,ADI为满足新兴的健身设备、便携式/佩戴式监控设备和远程健康监护设备的ECG信号调理要求专门设计了AD8233。与当前很多集成解决方案中采用的拓扑结构不同,AD8233拥有着采用双极高通滤波器的高度灵活的模拟滤波配置,通过结合芯片内部的仪表放大器架构和无使用约束运算(增益)放大器,能支持用户采用多极低通滤波技术来消除线路噪声和其他干扰,并可提供在关断模式下的导联脱落监测功能。这为系统设计人员提供了较强的灵活性,并将健身和医疗监护的价值和性能提升到一个新水平。

除了以上几项技术,ADI在运动检测的相关领域、尤其医院及家用便携式医疗电子电子领域都拥有一系列创新产品和解决方案。包括突破性的超低功耗3轴数字MEMS产品ADXL362在运动检测唤醒模式下功耗仅为300 nA;还有支持多种便携式医疗保健领域的高精度、低功耗片上计量仪ADuCM350已在国内和国外的几家有代表性的大客户中都取得里程碑式的进展。

结    语
 
 
 

ADI中国区总裁Jerry Fan指出,医疗保健将是AI应用在中国最有可能发展起来的领域,特别是国内的医疗资源的分配不平衡,另外中国庞大的人口基数以及老龄化的社会现状,对医疗保健资源有着迫切需求。事实上,当前在“大数据+AI”的带动下,大医院纷纷引进AI技术,用于影像辅助诊断、医疗大数据等智能化医疗技术。基于高性能模拟前端解决方案的先进智能诊疗、医疗影像识别检测、智能可穿戴设备等相关的智能健康管理方案正迎来属于自己的春天。

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