Глава 9. Компьютерные технологии расчета и проектирования узлов медицинской техники.

Основу компьютерного расчета и проектирования узлов и элементов медицинской техники составляют системы автоматизированного проектирования (САПР) электронных систем, позволяющие синтезировать и рассчитывать схемы электрические принципиальные аналоговых и цифровых элементов, узлов и систем, проектировать соответствующие печатные платы и другие конструктивные элементы медицинских приборов, систем и комплексов и т.д.

Подробно принципы построения и использования САПР в медицинском приборостроении изучаются в курсе «Конструирование и технология производства приборов и аппаратов». Здесь же остановимся на некоторых особенностях использования САПР для проектирования узлов медицинской техники и о тенденциях развития этой области медицинских технологий.

9.1. Особенности технологического процесса проектирования средств медицинской техники с использованием сапр

Общим вопросам автоматизированного проектирования биомедицинских электронных схем посвящена работа [16], опубликованная в журнале «Биомедицинские технологии и радиоэлектроника»

Основываясь на материалах этой статьи, рассмотрим особенности проектирования и разработки медицинских электронных систем с общих позиций развития автоматизированного проектирования.

Процесс проектирования принято подразделять на несколько последовательных стадий:

• формулировка концепции системы, технических спецификаций;

• выбор архитектуры, разделение на подсистемы, выбор базовых технологий;

• проектирование аппаратных и программных электронных систем, схем коммутации;

• проектирование неэлектронных подсистем, в том числе механических подсистем, корпусов;

• интеграция, сборка, верификация;

• создание прототипа производства.

Исходя из концепции системы и ее соответствующих спецификаций, системный проектировщик принимает решение о том, какие функции системы будут реализованы в аппаратных электронных подсистемах, а какие – в программных подсистемах, в том числе во встроенных программах. Среда проектирования должна обеспечивать автоматизированную симуляцию аналоговых, цифровых, радиочастотных трактов, их электромагнитной совместимости на всех этапах проектирования. Кроме того эта среда должна обеспечивать возможностями разработки интерфейсов как на аппаратном, так и на информационном уровнях. Дополнительно среда проектирования должна позволять разрабатывать неэлектронные подсистемы, в том числе механические подсистемы в соответствии с принятыми техническими стандартами.

Основными позициями в разработке типичных электронных систем являются проектирование печатных плат на основе коммерчески доступной элементной базы, использование электрически программируемых логических интегральных схем (field programmable gate array (FPGA)) и микроконтроллеров, проектирование заказных (специализированных) интегральных схем (application specific integrated circuit (ASIC)), проектирование интегрированных микросхем (mechano-electrical microsystem (MEMS)), проектирование систем на чипе (system-on-a-chip (SoC)).

На каждой позиции ключевым этапом проектирования является моделирование и симуляция отдельных частей, блоков, подсистем и системы в целом на системном уровне. Результатом такого моделирования являются спецификации для проектирования на более низких уровнях абстракции описания разрабатываемой системы. Таким образом, современные средства автоматизированного проектирования позволяют реализовать процесс проектирования сверху вниз, что особенно важно при проектировании биомедицинских электронных систем.