隨著醫(yī)療設(shè)備變得更加智能和互聯(lián)，嵌入式人工智能（Embedded AI）正在成為醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的變革力量。它將智能直接帶入到設(shè)備端，使醫(yī)療系統(tǒng)能夠在本地完成數(shù)據(jù)分析，做出實(shí)時(shí)決策，并在沒有持續(xù)云連接的情況下有效運(yùn)行。對于設(shè)備制造商來說，這一轉(zhuǎn)變不僅僅代表著技術(shù)升級(jí)，更是一條改善患者安全、加快響應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)安全的有效途徑。

嵌入式AI對數(shù)字化醫(yī)療至關(guān)重要

對于醫(yī)療設(shè)備而言，其精度的高低與診斷結(jié)果密切相關(guān)，MRI掃描儀甚至數(shù)字溫度計(jì)等醫(yī)療設(shè)備現(xiàn)在主要依賴嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高準(zhǔn)確性。在嵌入式系統(tǒng)的幫助下，MRI掃描儀或超聲波設(shè)備可快速處理圖像并提供輔助診斷。內(nèi)置了嵌入式系統(tǒng)控制的起搏器、胰島素泵和血壓監(jiān)測儀，能有效調(diào)節(jié)或改善患者的健康狀況。在可穿戴監(jiān)護(hù)儀和相關(guān)智能設(shè)備應(yīng)用中，從智能手表到血糖監(jiān)測儀，所有可穿戴醫(yī)療設(shè)備同樣需要借助嵌入式系統(tǒng)來監(jiān)測心率、步數(shù)和睡眠模式等健康指標(biāo)，并通過云平臺(tái)將健康數(shù)據(jù)發(fā)送給醫(yī)療保健提供商，以便及時(shí)地進(jìn)行醫(yī)療干預(yù)。

在醫(yī)療行業(yè)，人工智能（AI）正在獲得廣泛的應(yīng)用。人工智能系統(tǒng)可幫助醫(yī)療機(jī)構(gòu)分析復(fù)雜的醫(yī)療數(shù)據(jù)、既提高了診斷的準(zhǔn)確性，還能通過大數(shù)據(jù)分析及早發(fā)現(xiàn)潛在的疾病，并預(yù)測患者的預(yù)后。

然而，傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備常常依賴集中式方案進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，診斷的實(shí)時(shí)性較差。相比之下，嵌入式人工智能可將智能分布到更接近傳感器、設(shè)備或網(wǎng)關(guān)級(jí)別。這種架構(gòu)在數(shù)字化醫(yī)療領(lǐng)域特別有價(jià)值，因?yàn)楹撩氲牡R就能影響甚至改變患者的預(yù)后?；谶吘壍那度胧饺斯ぶ悄芫哂忻艚莸臎Q策能力和嚴(yán)密的安全性，它讓設(shè)備具備了在本地處理數(shù)據(jù)的能力，在緊急情況下生成快速?zèng)Q策和關(guān)鍵行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)邊緣人工智能（Edge AI），讓傳統(tǒng)的醫(yī)療診斷行為和流程走進(jìn)數(shù)字化和智能化時(shí)代。

下面就是我們可預(yù)見的嵌入式人工智能對現(xiàn)代醫(yī)療產(chǎn)生影響的幾種情形。

將邊緣人工智能用于遠(yuǎn)程患者監(jiān)測

可穿戴設(shè)備是用于遠(yuǎn)程患者監(jiān)測的常用的嵌入式設(shè)備之一，醫(yī)療保健專業(yè)人員通過它可以遠(yuǎn)程監(jiān)測患者健康。內(nèi)置了人工智能的心電圖貼片和血糖監(jiān)測儀能夠持續(xù)監(jiān)測人類的多項(xiàng)生命體征，當(dāng)檢測到心律失常或低血糖等異常模式，即刻就會(huì)將關(guān)鍵的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供給醫(yī)療單位。

將邊緣人工智能集成到醫(yī)療機(jī)器人中

醫(yī)療機(jī)器人正在越來越多地被用于手術(shù)、診斷和患者的護(hù)理過程。機(jī)器人設(shè)備中的嵌入式人工智能大幅提高了這些醫(yī)療機(jī)器人的能力，例如:手術(shù)機(jī)器人可以利用嵌入式人工智能來解釋實(shí)時(shí)成像數(shù)據(jù)，在復(fù)雜的手術(shù)過程中為醫(yī)生提供更好的可見性和支持。非常重要的是，具有嵌入式人工智能的醫(yī)療機(jī)器人能夠?qū)W習(xí)和適應(yīng)不斷變化的患者情況，從而產(chǎn)生定制化和有效的治療方法。人工智能和機(jī)器人之間的這種協(xié)作方法在改善醫(yī)療程序和患者結(jié)果方面具有巨大的潛力。

邊緣人工智能助力診斷成像中的實(shí)時(shí)決策

配備邊緣AI/ML模型的手持式超聲波儀器和便攜式X光機(jī)均可在本地完成實(shí)時(shí)圖像分析，檢查和發(fā)現(xiàn)腫瘤或骨折等異常情況，無需將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。對于應(yīng)急響應(yīng)（ER）情況以及地處偏遠(yuǎn)的治療單位而言將是非常重要的應(yīng)用。

邊緣人工智能有助于強(qiáng)化醫(yī)療數(shù)據(jù)安全

隨著智能化的深入，醫(yī)療行業(yè)每天都會(huì)產(chǎn)生大量的醫(yī)療數(shù)據(jù)，有效維護(hù)患者的信息安全和隱私變得越來越重要。一方面，隨著邊緣人工智能的應(yīng)用，絕大多數(shù)診斷和分析數(shù)據(jù)在本地即可完成處理任務(wù)，無需上傳至云端，降低了潛在的數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，邊緣人工智能通過結(jié)合先進(jìn)的加密方法、訪問限制和威脅檢測等技術(shù)手段全方位地提高了這些數(shù)據(jù)的安全性，保護(hù)敏感醫(yī)療數(shù)據(jù)免受非法訪問和網(wǎng)絡(luò)攻擊。

具有AI能力的MCU：智能醫(yī)療的“芯”動(dòng)力

進(jìn)入Edge AI時(shí)代，微控制器（MCU）正在超越簡單的控制任務(wù)，直接在邊緣運(yùn)行AI算法以及機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

MCU設(shè)計(jì)的新創(chuàng)新包括添加了NPU（神經(jīng)處理單元）等AI加速器，使MCU能夠處理復(fù)雜的AI任務(wù)。這些進(jìn)步大幅提高了芯片的推理性能，將運(yùn)行人工智能模型所需的時(shí)間從超過一秒減少到幾毫秒。例如，帶有MCU的可穿戴設(shè)備通過運(yùn)行人工智能模型已經(jīng)可以用來檢測心律失常等疾病。

STMicroelectronics在其新推出的STM32 AIModel Zoo中提供了針對STM32微控制器（包括STM32H747）優(yōu)化的預(yù)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，這些模型可嵌入到可穿戴設(shè)備、智能相機(jī)和傳感器、安全和安保設(shè)備以及機(jī)器人等設(shè)備中。以STM32H747xI/G為例，該器件基于高性能Arm Cortex-M7和Cortex-M4 32位RISC內(nèi)核，其中的Cortex-M7內(nèi)核工作頻率高達(dá)480 MHz，Cortex M4內(nèi)核的工作速度高達(dá)240MHz。這兩個(gè)內(nèi)核均具有浮點(diǎn)單元（FPU），支持Arm單精度和雙精度操作和轉(zhuǎn)換，符合IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)，包括全套DSP指令和內(nèi)存保護(hù)單元（MPU），以增強(qiáng)應(yīng)用程序的安全性。

STM32H747I-DISCO探索套件是面向STM32H747XIH6微控制器的完整演示和開發(fā)平臺(tái)，借助該平臺(tái)，工程師可快速部署STM32 AIModel Zoo模型，縮短相關(guān)醫(yī)療設(shè)備上市的時(shí)間。

圖：STM32H747I-DISCO探索套件可簡化并加速STM32H747XIH6微控制器的開發(fā)進(jìn)程（圖源：Mouser）

面向醫(yī)療市場可，NXP選擇將其微型超低功耗MCU NHS52Sx4系列用于諸多醫(yī)療可穿戴應(yīng)用。由于集成了超低功耗無線通信和閃存，NHS52S04能夠有效延長電池的壽命。對于醫(yī)療設(shè)備而言，NHS52S04是一款經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，可將其用于智能皮膚貼片、智能感應(yīng)吸入器和生命體征監(jiān)測等穿戴式應(yīng)用解決方案。NHS52S04即可直接由鋰電池供電，也可由外部PMIC驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品架構(gòu)供電。由于主要面向醫(yī)療行業(yè)，因此NHS52S04在設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮了安全性，其安全方案是恩智浦EdgeLock Assurance保障計(jì)劃的一部分。

圖：超低功耗MCU NHS52Sx4系統(tǒng)框圖（圖源：NXP）

在數(shù)字化醫(yī)療的應(yīng)用中NXP于2025年還有一個(gè)大動(dòng)作：為了降低系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性，加快產(chǎn)品上市的進(jìn)程，在2025 CES上推出一個(gè)實(shí)時(shí)安全收集和分析多模態(tài)健康數(shù)據(jù)的Edge AI平臺(tái)——醫(yī)療保健AI控制器（AICHI）。

根據(jù)恩智浦提供的信息，平臺(tái)上的AI控制器使用來自環(huán)境傳感器和非侵入性健康設(shè)備的信息，如血壓監(jiān)測儀、心電圖貼片、葡萄糖貼片和/或醫(yī)療智能手表。人工智能模型被用于傳感器數(shù)據(jù)分析，以預(yù)測并向家庭外的授權(quán)護(hù)理人員提供可操作的健康建議。通過利用Edge AI和微調(diào)的大型語言模型（LLM）用于會(huì)話界面（針對i.MX 95 MPU內(nèi)的eIQ Neutron NPU進(jìn)行了優(yōu)化），AICHI安全地實(shí)時(shí)收集和分析多模態(tài)健康和傳感器數(shù)據(jù)，這使得早期異常檢測、個(gè)性化護(hù)理和積極干預(yù)成為可能，同時(shí)保持較高的安全和效率標(biāo)準(zhǔn)。雖然目前的AICHI只是一個(gè)概念驗(yàn)證，不過一旦該技術(shù)走向成熟，數(shù)字化醫(yī)療設(shè)備的開發(fā)必將從中獲益。

本文小結(jié)

隨著嵌入式人工智能與醫(yī)療設(shè)備的集成，醫(yī)療保健行業(yè)發(fā)生了巨大的變化。人工智能通過處理大量數(shù)據(jù)并提供診斷的預(yù)測性以及更加全面的智能建議，加速了醫(yī)療行業(yè)的數(shù)字化和智能化進(jìn)程，同時(shí)也帶動(dòng)了嵌入式人工智能的市場發(fā)展。

正如我們近期所看到的，對嵌入式人工智能的需求增長迅速。Markets and Markets表示，嵌入式人工智能市場在2023年約為94億美元，預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)到180億美元，復(fù)合年增長率（CAGR）為14.0%。醫(yī)療行業(yè)特別是對連接到互聯(lián)網(wǎng)并可以收集和分析患者數(shù)據(jù)的數(shù)字醫(yī)療設(shè)備的需求是嵌入式人工智能市場增長的重要推手。

全球已有數(shù)萬臺(tái)人工智能驅(qū)動(dòng)的醫(yī)療設(shè)備獲得批準(zhǔn)，美國食品和藥物管理局（FDA）報(bào)告稱，到2024年中期，約有950臺(tái)FDA批準(zhǔn)的AI/ML設(shè)備（每年約有100臺(tái)新批準(zhǔn)），涉及數(shù)百家公司和臨床專業(yè)。2024年人工智能醫(yī)療器械市場的價(jià)值約為137億美元，預(yù)計(jì)到2033年將達(dá)到或超過2,550億美元。

未來十年，嵌入式人工智能將重新定義醫(yī)療設(shè)備的感知、思考和響應(yīng)方式，從精確成像到機(jī)器人輔助手術(shù)，設(shè)備將成為能夠?qū)崟r(shí)檢測、診斷和適應(yīng)的自主系統(tǒng)。醫(yī)療設(shè)備的邊緣人工智能代表了醫(yī)療保健領(lǐng)域的關(guān)鍵進(jìn)步，提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、降低成本、增強(qiáng)隱私和減少對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的依賴等變革性好處。

具有AI能力的MCU可以在本地實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，而無需依賴云計(jì)算，從而提供更快的響應(yīng)、增強(qiáng)的數(shù)據(jù)隱私、低能耗和更大的自主權(quán)等好處，這些優(yōu)勢將為智能醫(yī)療系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的發(fā)展動(dòng)力。如今，嵌入式人工智能已經(jīng)站在醫(yī)療革命的前沿，一個(gè)技術(shù)和醫(yī)學(xué)融合的時(shí)代即將到來。