Solutions de puces pour les applications de soins de santé et de dispositifs médicaux
La planification requise pour concevoir des puces destinées à des applications médicales est très différente de celle des autres domaines, et même très différente de celle des marchés critiques tels que les voitures autonomes.Cependant, quel que soit le type de dispositif médical, la conception des puces médicales sera confrontée à trois défis majeurs : la consommation électrique, la sécurité et la fiabilité.
Lors du développement de semi-conducteurs utilisés dans le domaine de la santé, les développeurs doivent d'abord s'assurer que la faible consommation d'énergie des dispositifs médicaux, les dispositifs implantables, sont des exigences plus strictes, car ces dispositifs doivent être placés chirurgicalement dans le corps et retirés, la consommation d'énergie doit être inférieure. En général, les médecins et les patients souhaitent que les dispositifs médicaux implantables puissent durer de 10 à 20 ans, plutôt que de remplacer une pile toutes les quelques années.
La plupart des dispositifs médicaux non implantables nécessitent également des conceptions à très faible consommation, car ces dispositifs sont pour la plupart alimentés par batterie (comme les trackers de fitness au poignet).Les développeurs doivent prendre en compte des technologies telles que les processus à faibles fuites, les domaines de tension et les domaines d'alimentation commutables pour réduire la consommation d'énergie active et en veille.
La fiabilité est la probabilité que la puce remplisse correctement la fonction requise dans un environnement donné (à l'intérieur du corps humain, au poignet, etc.) pendant une période de temps déterminée, qui variera en fonction de l'utilisation du dispositif médical.La plupart des pannes surviennent au stade de la fabrication ou vers la fin de vie, et la cause exacte varie en fonction des spécificités du produit.Par exemple, la durée de vie d’un ordinateur portable ou d’un appareil mobile est d’environ 3 ans.
Les défaillances en fin de vie sont principalement dues au vieillissement des transistors et à l’électromigration.Le vieillissement fait référence à la dégradation progressive des performances des transistors au fil du temps, conduisant finalement à la défaillance de l'ensemble du dispositif.L'électromigration, ou mouvement indésirable des atomes dû à la densité de courant, est une cause importante de défaillance d'interconnexion entre les transistors.Plus la densité de courant traversant la ligne est élevée, plus le risque de panne à court terme est grand.
Le bon fonctionnement des dispositifs médicaux est essentiel, leur fiabilité doit donc être assurée dès le début de la phase de conception et tout au long du processus.Dans le même temps, il est également essentiel de réduire la variabilité au cours de la phase de production.Synopsys propose une solution complète d'analyse de fiabilité, communément appelée PrimeSim Reliability Analysis, qui comprend la vérification des règles électriques, la simulation de défauts, l'analyse de variabilité, l'analyse d'électromigration et l'analyse du vieillissement des transistors.
Les données médicales confidentielles collectées par les dispositifs médicaux doivent être sécurisées afin que le personnel non autorisé ne puisse pas accéder aux informations médicales privées.Les développeurs doivent s’assurer que les dispositifs médicaux ne sont susceptibles d’aucune forme de falsification, comme la possibilité que des individus sans scrupules piratent un stimulateur cardiaque pour nuire à un patient.En raison de la nouvelle épidémie de pneumonie, le domaine médical utilise de plus en plus d’appareils connectés pour réduire le risque de contact avec les patients et par commodité.Plus les connexions à distance sont établies, plus le risque de violations de données et autres cyberattaques est grand.
Du point de vue des outils de conception de puces, les développeurs de puces pour dispositifs médicaux n'utilisent pas d'outils différents de ceux utilisés dans d'autres scénarios d'application ;L'EDA, les cœurs IP et les outils d'analyse de fiabilité sont tous essentiels.Ces outils aideront les développeurs à planifier efficacement la conception de puces à très faible consommation avec une fiabilité accrue, tout en tenant compte des contraintes d'espace et des facteurs de sécurité, qui sont importants pour la santé des patients, la sécurité des informations et la sécurité des personnes.
Ces dernières années, la nouvelle épidémie de couronne a également fait prendre de plus en plus conscience à un nombre croissant de personnes de l'importance des systèmes et des dispositifs médicaux.Pendant l’épidémie, des ventilateurs ont été utilisés pour aider les patients souffrant de lésions pulmonaires graves grâce à la respiration assistée.Les systèmes de ventilation utilisent des capteurs et des processeurs à semi-conducteurs pour surveiller les signaux vitaux.Les capteurs sont utilisés pour déterminer le débit, le volume et la quantité d'oxygène par respiration du patient et pour ajuster le niveau d'oxygène exactement aux besoins du patient.Le processeur contrôle la vitesse du moteur pour aider le patient à respirer.
Et l'appareil à ultrasons portable peut détecter des symptômes viraux tels que des lésions pulmonaires chez les patients et identifier rapidement les caractéristiques d'une pneumonie aiguë associée au nouveau coronavirus sans attendre les tests d'acide nucléique.De tels appareils utilisaient auparavant des cristaux piézoélectriques comme sondes à ultrasons, qui coûtaient généralement plus de 100 000 dollars.En remplaçant le cristal piézoélectrique par une puce semi-conductrice, l'appareil ne coûte que quelques milliers de dollars et permet une détection et une évaluation plus faciles de l'organisme interne du patient.
Le nouveau coronavirus est en hausse et n’est pas encore complètement terminé.Il est important que les lieux publics vérifient la température d’un grand nombre de personnes.Les caméras thermiques actuelles ou les thermomètres infrarouges frontaux sans contact sont deux méthodes courantes pour y parvenir, et ces appareils s'appuient également sur des semi-conducteurs tels que des capteurs et des puces analogiques pour convertir des données telles que la température en lectures numériques.
Le secteur de la santé a besoin d'outils EDA avancés pour relever les défis en constante évolution d'aujourd'hui.Les outils EDA avancés peuvent fournir une variété de solutions, telles que la mise en œuvre de capacités de traitement de données en temps réel aux niveaux matériel et logiciel, l'intégration de systèmes (intégration d'autant de composants que possible dans une plate-forme monopuce) et l'évaluation de l'impact des technologies à faible consommation d'énergie. conceptions de puissance sur la dissipation thermique et la durée de vie de la batterie.Les semi-conducteurs constituent un composant important de nombreux dispositifs médicaux actuels, fournissant des fonctions telles que le contrôle opérationnel, le traitement et le stockage des données, la connectivité sans fil et la gestion de l'alimentation.Les dispositifs médicaux traditionnels ne dépendent pas autant des semi-conducteurs, et les dispositifs médicaux utilisant des semi-conducteurs remplissent non seulement les fonctions des dispositifs médicaux traditionnels, mais améliorent également les performances des dispositifs médicaux et réduisent les coûts.
Le secteur des dispositifs médicaux évolue à un rythme rapide, et les développeurs de puces conçoivent et continuent de stimuler l'innovation dans la prochaine génération de dispositifs implantables, de dispositifs médicaux hospitaliers et de dispositifs portables de soins de santé.
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