Soluciones de chips para aplicaciones de dispositivos médicos y de atención médica
La planificación necesaria para diseñar chips para aplicaciones médicas es bastante diferente de la de otras áreas, e incluso muy diferente de los mercados de misión crítica, como los automóviles autónomos.Sin embargo, independientemente del tipo de dispositivo médico, el diseño de chips médicos enfrentará tres desafíos principales: consumo de energía, seguridad y confiabilidad.
En el desarrollo de semiconductores utilizados en el sector sanitario, los desarrolladores deben asegurarse en primer lugar de que el bajo consumo de energía de los dispositivos médicos, los dispositivos implantables sean requisitos más estrictos para ello, ya que dichos dispositivos deben colocarse quirúrgicamente en el cuerpo y retirarse, el consumo de energía debe ser menor. En general, los médicos y los pacientes quieren que los dispositivos médicos implantables puedan durar de 10 a 20 años, en lugar de reemplazar una batería cada pocos años.
La mayoría de los dispositivos médicos no implantables también requieren diseños de consumo de energía ultrabaja, porque dichos dispositivos funcionan en su mayoría con baterías (como los rastreadores de actividad física en la muñeca).Los desarrolladores deben considerar tecnologías como procesos de bajas fugas, dominios de voltaje y dominios de energía conmutables para reducir el consumo de energía activa y en espera.
La confiabilidad es la probabilidad de que el chip realice bien la función requerida en un entorno determinado (dentro del cuerpo humano, en la muñeca, etc.) durante un período de tiempo específico, que variará según el uso del dispositivo médico.La mayoría de las fallas ocurren en la etapa de fabricación o cerca del final de su vida útil, y la causa exacta variará según las características específicas del producto.Por ejemplo, la vida útil de un portátil o dispositivo móvil es de aproximadamente 3 años.
Las fallas al final de su vida útil se deben principalmente al envejecimiento de los transistores y a la electromigración.El envejecimiento se refiere a la degradación gradual del rendimiento del transistor con el tiempo, lo que eventualmente conduce al fallo de todo el dispositivo.La electromigración, o movimiento no deseado de átomos debido a la densidad de corriente, es una causa importante de fallo de interconexión entre transistores.Cuanto mayor sea la densidad de corriente a través de la línea, mayores serán las posibilidades de fallo a corto plazo.
El funcionamiento adecuado de los dispositivos médicos es fundamental, por lo que es necesario garantizar la fiabilidad desde el principio de la fase de diseño y durante todo el proceso.Al mismo tiempo, también es fundamental reducir la variabilidad en la fase de producción.Synopsys ofrece una solución completa de análisis de confiabilidad, comúnmente conocida como Análisis de confiabilidad PrimeSim, que incluye verificación de reglas eléctricas, simulación de fallas, análisis de variabilidad, análisis de electromigración y análisis de envejecimiento de transistores.
Los datos médicos confidenciales recopilados por los dispositivos médicos deben protegerse para que el personal no autorizado no pueda acceder a información médica privada.Los desarrolladores deben asegurarse de que los dispositivos médicos no sean susceptibles a ningún tipo de manipulación, como la posibilidad de que personas sin escrúpulos pirateen un marcapasos para dañar a un paciente.Debido a la nueva epidemia de neumonía, el campo médico utiliza cada vez más dispositivos conectados para reducir el riesgo de contacto con los pacientes y por comodidad.Cuantas más conexiones remotas se establezcan, mayor será el potencial de violaciones de datos y otros ataques cibernéticos.
Desde la perspectiva de las herramientas de diseño de chips, los desarrolladores de chips para dispositivos médicos no utilizan herramientas diferentes a las utilizadas en otros escenarios de aplicaciones;EDA, núcleos IP y herramientas de análisis de confiabilidad son esenciales.Estas herramientas ayudarán a los desarrolladores a planificar de forma eficaz la consecución de diseños de chips de potencia ultrabaja con mayor fiabilidad, teniendo en cuenta las limitaciones de espacio y los factores de seguridad, que son importantes para la salud del paciente, la seguridad de la información y la seguridad de la vida.
En los últimos años, el nuevo brote de la corona también ha hecho que cada vez más personas se den cuenta de la importancia de los sistemas y dispositivos médicos.Durante la epidemia, se utilizaron ventiladores para ayudar a los pacientes con lesiones pulmonares graves con respiración asistida.Los sistemas de ventilación utilizan sensores y procesadores semiconductores para monitorear las señales vitales.Los sensores se utilizan para determinar la frecuencia, el volumen y la cantidad de oxígeno por respiración del paciente y para ajustar el nivel de oxígeno exactamente a las necesidades del paciente.El procesador controla la velocidad del motor para ayudar al paciente a respirar.
Y el dispositivo de ultrasonido portátil puede detectar síntomas virales como lesiones pulmonares en pacientes e identificar rápidamente características de neumonía aguda asociada con el nuevo coronavirus sin esperar pruebas de ácido nucleico.Estos dispositivos utilizaban anteriormente cristales piezoeléctricos como sondas de ultrasonido, que normalmente costaban más de 100.000 dólares.Al reemplazar el cristal piezoeléctrico con un chip semiconductor, el dispositivo cuesta sólo unos pocos miles de dólares y permite una detección y evaluación más sencilla del cuerpo interno del paciente.
El nuevo coronavirus va en aumento y aún no ha terminado del todo.Es importante que en los lugares públicos se controle la temperatura de un gran número de personas.Las cámaras termográficas actuales o los termómetros infrarrojos de frente sin contacto son dos formas comunes de hacer esto, y estos dispositivos también dependen de semiconductores como sensores y chips analógicos para convertir datos como la temperatura en lecturas digitales.
La industria de la salud necesita herramientas EDA avanzadas para enfrentar los desafíos cambiantes de hoy.Las herramientas EDA avanzadas pueden proporcionar una variedad de soluciones, como implementar capacidades de procesamiento de datos en tiempo real a nivel de hardware y software, integración de sistemas (integrar tantos componentes como sea posible en una plataforma de un solo chip) y evaluar el impacto de la baja diseños de energía sobre la disipación de calor y la duración de la batería.Los semiconductores son un componente importante de muchos dispositivos médicos actuales y proporcionan funciones como control operativo, procesamiento y almacenamiento de datos, conectividad inalámbrica y administración de energía.Los dispositivos médicos tradicionales no dependen tanto de los semiconductores, y los dispositivos médicos que utilizan semiconductores no solo realizan las funciones de los dispositivos médicos tradicionales, sino que también mejoran el rendimiento de los dispositivos médicos y reducen los costos.
La industria de dispositivos médicos está evolucionando a un ritmo rápido y los desarrolladores de chips están diseñando y continuando impulsando la innovación en la próxima generación de dispositivos implantables, dispositivos médicos hospitalarios y dispositivos portátiles para el cuidado de la salud.
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