醫(yī)者仁“芯”，醫(yī)療電子元器件的歷史性機(jī)遇

伴隨技術(shù)發(fā)展，便攜式醫(yī)護(hù)設(shè)備的價(jià)格越來越便宜，健康理念全民普及程度越來越高，疾病的防治工作從以治為主，將逐漸過渡到防治平衡，甚至以后會(huì)形成防勝于治的局面，在這種情況下，部分醫(yī)療設(shè)備由小眾應(yīng)用變成普及應(yīng)用的可能性出現(xiàn)了。尤其是一次性診斷設(shè)備與個(gè)人醫(yī)護(hù)設(shè)備。

蔓延全球的新型冠狀肺炎，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)影響深遠(yuǎn)，針對(duì)新冠肺炎的斗爭(zhēng)，已成為“全民”斗爭(zhēng)。防疫抗疫物資生產(chǎn)與運(yùn)輸是當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)工作中的重中之重，其中，電子行業(yè)為確?？挂呶镔Y正常生產(chǎn)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，尤其是醫(yī)學(xué)影像、呼吸機(jī)與紅外測(cè)溫槍等醫(yī)用電子設(shè)備，已成為社會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)。

新冠肺炎疫情的持續(xù)對(duì)電子行業(yè)發(fā)展帶來極大不確定性，但同時(shí)也為醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來歷史性機(jī)遇，快速診斷與遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)設(shè)備等應(yīng)用有望加速落地，智慧醫(yī)療在疫情防護(hù)中的作用也備受重視，把握好歷史性機(jī)遇，醫(yī)療應(yīng)用也許會(huì)成為電子元器件廠商的一級(jí)應(yīng)用，而不只是在疫情興盛時(shí)期的一波流行情。

醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)很大，根據(jù)Fortune Business Insights的數(shù)據(jù)，2019年全球醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約5000億美元，醫(yī)學(xué)影像、患者監(jiān)護(hù)、患者體征測(cè)量、醫(yī)療機(jī)器人、血糖、心臟診療設(shè)備等多個(gè)方向都是熱門領(lǐng)域。醫(yī)療電子元器件規(guī)模并不大，全球只有約50億美元，但這50億美元醫(yī)療級(jí)電子元器件卻對(duì)醫(yī)療設(shè)備的生產(chǎn)供應(yīng)起到?jīng)Q定性作用。疫情發(fā)生以來，包括傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路、MCU、FPGA等多個(gè)在測(cè)溫槍、呼吸機(jī)等應(yīng)用中的關(guān)鍵部件供應(yīng)吃緊，也讓更多人關(guān)注起醫(yī)療級(jí)電子元器件。

醫(yī)療電子元器件特殊在哪里？

那么，相對(duì)于一般的電子元器件，醫(yī)療電子元器件特殊在哪里？

ADI中國區(qū)醫(yī)療行業(yè)市場(chǎng)總監(jiān)彭智峰表示，作為涉及生命安全的產(chǎn)品，醫(yī)療設(shè)備對(duì)電子元器件的精度、效率、可靠性、安全性要求顯著高于消費(fèi)電子等其他應(yīng)用領(lǐng)域。就性能而言，不同醫(yī)療設(shè)備對(duì)核心器件的性能要求并不一樣。

ADI中國區(qū)醫(yī)療行業(yè)市場(chǎng)總監(jiān)彭智峰

意法半導(dǎo)體MEMS傳感器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理倪明認(rèn)為，與一般電子元器件相比，醫(yī)療級(jí)器件使用壽命更長，可靠性和精確度更高。對(duì)于特殊醫(yī)療要求，例如植入式設(shè)備，還需要通過專門的醫(yī)療認(rèn)證。

安森美半導(dǎo)體醫(yī)療分部亞太區(qū)市場(chǎng)部經(jīng)理?xiàng)钫堃矎?qiáng)調(diào)，針對(duì)不同醫(yī)療應(yīng)用，對(duì)元器件的要求也有差異。植入式設(shè)備對(duì)元器件的穩(wěn)定性與安全性要求特別高，而連續(xù)血糖儀對(duì)功耗和體積有極致要求?？傮w而言，醫(yī)療級(jí)器件比消費(fèi)級(jí)器件在安全性與穩(wěn)定性上要求高很多。

ADI彭智峰以當(dāng)前疫情中作為關(guān)鍵確診設(shè)備的CT系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了醫(yī)療級(jí)應(yīng)用對(duì)電子元器件的特殊要求。他指出，從CT探測(cè)器到多通道模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(ADAS)的信號(hào)鏈中，必須考慮如下要求：

• ADAS必須具有極低的噪聲性能，以保持良好的空間分辨率，降低X射線劑量，并具有極低的電流輸出以實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍性能；

  
  

• 為了避免圖像偽影并確保良好的對(duì)比度，轉(zhuǎn)換器前端必須具有出色的線性度性能并可提供低功耗工作模式，以降低熱敏型探測(cè)器的冷卻要求；

  
  

• ADC必須具有至少24位的高分辨率才能獲得更優(yōu)質(zhì)、更清晰的圖像，同時(shí)還要具有快速采樣速率（短至100μs），以便數(shù)字化探測(cè)器讀數(shù)；

  
  

• 此外，ADC采樣速率還必須支持多路復(fù)用，這樣就可以使用較少數(shù)量的轉(zhuǎn)換器，并且減小整個(gè)系統(tǒng)的尺寸和功耗。

  
  

ADI的典型解決方案主要有兩款芯片構(gòu)成，即ADAS1135電路數(shù)字轉(zhuǎn)換器與ADAS1256 COF（Chip-On-Flex）256通道集成前端模塊。ADAS1135具備24位精度，有256個(gè)通道，適于多通道、小電流采集數(shù)據(jù)的醫(yī)療CT(計(jì)算機(jī)斷層)、工業(yè)和安檢掃描儀，及光電二極管傳感器應(yīng)用。其主要技術(shù)特性包括：無電荷損失、無死區(qū)時(shí)間的同步采樣；超低噪聲；可配置電流輸入范圍；集成了2個(gè)可配置采樣速率的高速ADC、內(nèi)部緩沖器、用于數(shù)據(jù)采集的去耦和旁路電容；LVDS/CMOS串行接口；片上溫度傳感器。ADAS1256適用于數(shù)字X射線。除了單芯片集成256通道、16位分辨率、22us線路掃描速度等性能外，ADAS1256 COF解決方案還提供了9種功耗模式，功耗模式的切換功能便于用戶自行選擇適應(yīng)當(dāng)時(shí)需求的最佳功耗、噪聲模式。

對(duì)于病人來說，輻射劑量是最為關(guān)心的問題之一。X射線對(duì)病人本身也會(huì)造成傷害，對(duì)于這點(diǎn)，ADAS1256 COF解決方案能降低探測(cè)器本身的噪聲，因此在X射線劑量很少時(shí)，低噪聲的探測(cè)器也能夠接收并清晰呈現(xiàn)圖像。

如何打造醫(yī)療級(jí)電子元器件？

意法半導(dǎo)體通用微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理于引告訴探索科技（techsugar），我國醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模巨大，同時(shí)也面臨醫(yī)療保健資源緊張問題，因此催生了大量的遠(yuǎn)程醫(yī)療與居家檢測(cè)設(shè)備需求，這就對(duì)芯片提出更多的要求。

意法半導(dǎo)體通用微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理于引

高集成度就是其中之一，于引表示，相比一味追求縮小晶體管體積的傳統(tǒng)摩爾定律，在醫(yī)療應(yīng)用中，綜合考慮包括封裝技術(shù)與異質(zhì)集成技術(shù)在內(nèi)的“超越摩爾定律”更具生命力。“意法半導(dǎo)體的MCU在集成度和性能上一直在不斷增強(qiáng)。去年我們已經(jīng)陸續(xù)推出了主頻可以運(yùn)行在480MHz的雙核MCU產(chǎn)品STM32H7系列，更高性能的基于ARM Cortex-A7內(nèi)核的MPU產(chǎn)品STM32MP1系列，以及同時(shí)集成了基于BLE等2.4G多協(xié)議無線連接方案的SoC產(chǎn)品STM32WB，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療、監(jiān)控便攜化，提供了可靠、可行的解決方案?！?

倪明也表示，意法半導(dǎo)體在滿足醫(yī)療級(jí)應(yīng)用需求和質(zhì)量管控上有豐富的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)醫(yī)療應(yīng)用具體需求的不同，意法半導(dǎo)體的MEMS產(chǎn)品線分別有不同的產(chǎn)品對(duì)應(yīng)，并依靠世界一流的工廠質(zhì)量管控體系，來保障每一顆器件的高可靠性。

意法半導(dǎo)體MEMS傳感器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理倪明

安森美的楊正龍以個(gè)人聽力與連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備為例進(jìn)行說明。他表示，針對(duì)醫(yī)療設(shè)備廠商設(shè)計(jì)能力參差不齊的現(xiàn)象，安森美半導(dǎo)體推出集成度高的系統(tǒng)單芯片(SoC)方案，讓客戶擁有標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)平臺(tái)，縮短研發(fā)周期；另一方面，針對(duì)有研發(fā)能力的國內(nèi)客戶，安森美半導(dǎo)體也提供開放平臺(tái)，客戶可以根據(jù)自身特點(diǎn)與對(duì)市場(chǎng)需求的獨(dú)特判斷研發(fā)差異化的產(chǎn)品。同時(shí)，安森美半導(dǎo)體也在努力建立生態(tài)系統(tǒng)，以解決助聽器客戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)和后續(xù)驗(yàn)配工作。針對(duì)連續(xù)血糖儀市場(chǎng)，安森美半導(dǎo)體則會(huì)整合生態(tài)系統(tǒng)，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)血糖儀硬件方案，彌補(bǔ)國內(nèi)客戶在血糖傳感器上的技術(shù)缺失，為更多的廠家提供 “交鑰匙” 方案。

在聽力健康領(lǐng)域，安森美半導(dǎo)體的DSP芯片制造工藝已從最初的180納米升級(jí)為目前正在量產(chǎn)的65納米，隨著市場(chǎng)需求發(fā)展，安森美也在持續(xù)進(jìn)行新工藝研究。如今，安森美聽覺應(yīng)用CPU的處理能力，從25MIPS（百萬條指令每秒）達(dá)到了750MIPS，性能升級(jí)的處理器為助聽器產(chǎn)品提供了更好的性能，和更優(yōu)化的處理方式，也為助聽器在更復(fù)雜應(yīng)用中的發(fā)展帶來可能性。

彭智峰則表示，ADI在醫(yī)療健康領(lǐng)域能夠取得現(xiàn)在的成績，不是靠一兩款撞大運(yùn)產(chǎn)品或方案撞大運(yùn)的“一代拳王”，而是幾十年的持續(xù)積累，才形成當(dāng)前的領(lǐng)先局面。在醫(yī)療應(yīng)用上，ADI還有足夠深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略規(guī)劃技術(shù)與產(chǎn)品，持續(xù)投入的目的，是持續(xù)深挖電子技術(shù)在醫(yī)療應(yīng)用上的能力，引領(lǐng)醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，為用戶（患者）和醫(yī)生解決他們?cè)卺t(yī)護(hù)過程中面臨的實(shí)際問題。“ADI希望與客戶共同努力，在產(chǎn)品應(yīng)用與業(yè)務(wù)模式等方面大膽創(chuàng)新，突破已有產(chǎn)品形態(tài)的邊界，讓醫(yī)療電子為解決我們面臨的‘看病難’、‘看病貴’和 ‘醫(yī)療資源分布不均’等難題做出做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)?！?

“從總體性能提升的角度來看，ADI新產(chǎn)品通常至少能比前代產(chǎn)品提高1/3，多數(shù)情況下我們都能更大幅度提升性能。而且ADI提升性能，往往并不會(huì)增加用戶的總成本?！迸碇欠逭J(rèn)為，提質(zhì)不提價(jià)是ADI的醫(yī)療方案的特點(diǎn)，而且每款開創(chuàng)性新品，常常給整機(jī)廠商更來創(chuàng)造革命性產(chǎn)品的機(jī)會(huì)。

防勝于治的時(shí)代，醫(yī)療電子元器件大有可為

傳統(tǒng)上，醫(yī)療設(shè)備價(jià)格昂貴，更新率低，對(duì)電子元器件的需求是性能好，價(jià)格不敏感，而且用量不大，所以并符合典型的芯片經(jīng)濟(jì)模式。典型芯片經(jīng)濟(jì)模式是依靠摩爾定律大幅提高性能以降低芯片實(shí)際應(yīng)用成本，其前提是用量巨大，傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備主要由醫(yī)院購置，因此用量有限，對(duì)元器件廠商而言，這終究是一個(gè)空間有限的市場(chǎng)，所以即便是ADI、意法半導(dǎo)體、安森美半導(dǎo)體等這樣的醫(yī)療電子元器件巨頭，在財(cái)報(bào)中都沒有單獨(dú)的醫(yī)療電子應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，而是將之歸類于工業(yè)應(yīng)用。

但伴隨技術(shù)發(fā)展，便攜式醫(yī)護(hù)設(shè)備的價(jià)格越來越便宜，健康理念全民普及程度越來越高，疾病的防治工作從以治為主，將逐漸過渡到防治平衡，甚至以后會(huì)形成防勝于治的局面，在這種情況下，部分醫(yī)療設(shè)備由小眾應(yīng)用變成普及應(yīng)用的可能性出現(xiàn)了。尤其是一次性診斷設(shè)備與個(gè)人醫(yī)護(hù)設(shè)備。

ADI的彭智峰表示，當(dāng)今健康管理與智慧醫(yī)療的理念已深入人心，與之相關(guān)的“幾乎每一款電子產(chǎn)品都會(huì)成為市場(chǎng)爆款”。以智能可穿戴設(shè)備為例，據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，2019年第一季度，全球可穿戴設(shè)備總出貨量4960萬臺(tái)，中國可穿戴設(shè)備出貨量為1950萬臺(tái)，年復(fù)合增長率為34.7%，已經(jīng)成為全球第一的智能可穿戴市場(chǎng)。特別是，隨著中國社會(huì)老齡化加速，多種醫(yī)療設(shè)備將有機(jī)會(huì)以“數(shù)倍于以往速度”的狀態(tài)迅猛發(fā)展，其中，遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)(RPM)、具有臨床功能的智能可穿戴、慢病管理、數(shù)字化遠(yuǎn)程診療以及體外診斷中的快速診斷（POCT），都值得重點(diǎn)關(guān)注。

彭智峰認(rèn)為，醫(yī)療設(shè)備行業(yè)將會(huì)出現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：

• 家用及可穿戴健康監(jiān)測(cè)市場(chǎng)，特別是遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)或者具有臨床監(jiān)測(cè)精度的智能可穿戴設(shè)備會(huì)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，院內(nèi)服務(wù)會(huì)更多往院外轉(zhuǎn)移。

  
  

• 要想做好院外監(jiān)護(hù)，必須將院內(nèi)監(jiān)護(hù)的精準(zhǔn)度“復(fù)制”到院外。智能可穿戴產(chǎn)品將開始具備更多的健康體征信號(hào)監(jiān)測(cè)功能（如：血氧監(jiān)測(cè)、心電心率監(jiān)測(cè)、睡眠監(jiān)測(cè)等），并具有（或接近）臨床精準(zhǔn)度的醫(yī)療健康監(jiān)測(cè)功能，可穿戴設(shè)備未來將有望變成千萬消費(fèi)者的剛需產(chǎn)品。

  
  

• 國家醫(yī)保局在2019年第三季度發(fā)文，將互聯(lián)網(wǎng)診療納入醫(yī)保，事實(shí)上，北京已于3月3日完成首單“互聯(lián)網(wǎng)+”診療報(bào)銷。我們判斷，本次疫情過后，政府政策和社會(huì)資本對(duì)互聯(lián)網(wǎng)診療服務(wù)的支持力度有望將進(jìn)一步加大。

安森美楊正龍表示，由于其獨(dú)特的市場(chǎng)空間特性，傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)一般是大型或者獨(dú)特的高性能產(chǎn)品主場(chǎng)，需求特殊，需要專業(yè)知識(shí)介入。相對(duì)而言，一次性診斷設(shè)備和個(gè)人醫(yī)護(hù)設(shè)備進(jìn)入門檻較低，隨著社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)的提升，這個(gè)領(lǐng)域的前景將被持續(xù)看好。與傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備相比，一次性診斷設(shè)備和個(gè)人醫(yī)護(hù)設(shè)備的需求量大很多，兩者“遠(yuǎn)不是一個(gè)數(shù)量級(jí)別”。在市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，越來越多的元器件供應(yīng)商會(huì)對(duì)相關(guān)元器件的性能和特性進(jìn)行升級(jí)，并提出更好的技術(shù)方案，在設(shè)備更新?lián)Q代中發(fā)揮越來越重要的作用，這是一個(gè)良性的閉環(huán)。

安森美半導(dǎo)體醫(yī)療分部亞太區(qū)市場(chǎng)部經(jīng)理?xiàng)钫?

楊正龍強(qiáng)調(diào)，無論是傳統(tǒng)醫(yī)療器械，還是新興的一次性診斷與個(gè)人醫(yī)護(hù)設(shè)備，安森美半導(dǎo)體都投入了大量資源進(jìn)行研究。一方面，對(duì)傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備，比如CT、MRI、ECG 等，提供持續(xù)的技術(shù)革新方案；同時(shí)，也對(duì)現(xiàn)有元器件方案進(jìn)行成本、體積、功耗的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使產(chǎn)品更符合個(gè)人家庭醫(yī)療設(shè)備、一次性診斷設(shè)備的需求特性，實(shí)現(xiàn)“兩手都要抓”的策略。

意法半導(dǎo)體于引表示，一次性診斷設(shè)備和個(gè)人醫(yī)護(hù)設(shè)備確實(shí)是醫(yī)療電子設(shè)備的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于這兩個(gè)應(yīng)用，低成本、低功耗、高精度/高可靠性是最主要的參數(shù)。意法半導(dǎo)體STM32L低功耗產(chǎn)品在這一應(yīng)用中有很多成功方案。在幾年前就有客戶用我們的STM32L在一次性早期妊娠檢驗(yàn)產(chǎn)品中。同時(shí)意法半導(dǎo)體的超值型系列，為一次性診斷和個(gè)人醫(yī)護(hù)設(shè)備的市場(chǎng)可行性提供了成本的保障。

醫(yī)療電子元器件成為“消費(fèi)級(jí)”產(chǎn)品的關(guān)鍵是價(jià)格，倪明補(bǔ)充道：“在保證產(chǎn)品性能和一致性的前提下，合適的價(jià)格也是在一次性診療設(shè)備中成功的關(guān)鍵因素。ST MEMS針對(duì)這些領(lǐng)域準(zhǔn)備了更加可靠的設(shè)計(jì)、充足的產(chǎn)能、10年供貨承諾，以及一定冗余制造能力，以保護(hù)我們的供應(yīng)鏈。比如，有客戶已經(jīng)在‘智能胃鏡膠囊’里面使用了ST的運(yùn)動(dòng)傳感器，用于監(jiān)測(cè)膠囊在病人體內(nèi)的精確姿態(tài)?！?

給中國醫(yī)療設(shè)備廠商的建議

如今的醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)，仍是美歐日等國際廠商主導(dǎo)，中國廠商起步晚、規(guī)模小，但近年來發(fā)展速度較快。而且部分嗅到商業(yè)機(jī)會(huì)的健康設(shè)備公司，也想切入到醫(yī)療領(lǐng)域，在新冠疫情誘發(fā)下，又有無數(shù)公司前赴后繼地在經(jīng)營范圍中添加了醫(yī)療設(shè)備項(xiàng)目。

“醫(yī)療健康行業(yè)獨(dú)特而又對(duì)專業(yè)性要求很高，由于醫(yī)療產(chǎn)品研發(fā)周期很長，不同醫(yī)療產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)要進(jìn)行臨床過程驗(yàn)證，并申請(qǐng)相應(yīng)的上市許可證，進(jìn)入這個(gè)行業(yè)之前，要對(duì)相應(yīng)行業(yè)市場(chǎng)和規(guī)則有足夠的了解，清楚自己產(chǎn)品特有的不可替代的價(jià)值，同時(shí)要考慮到是否有足夠的資金和時(shí)間支撐產(chǎn)品從研發(fā)、臨床到上市?！睂?duì)于有志于在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域投入的中國公司，安森美楊正龍的建議是要做好持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備，畢竟醫(yī)療設(shè)備從立項(xiàng)到上市并不像消費(fèi)類產(chǎn)品18個(gè)月就可以完成。

ADI彭智峰也表示，如果要跨越門檻進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域，首先需要去想辦法獲得行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，然后才能從具體細(xì)分領(lǐng)域切入，例如CT、X光機(jī)設(shè)備的信號(hào)采集模塊與探測(cè)器模塊等?！耙詳?shù)字平板X光機(jī)探測(cè)器為例，國內(nèi)近年來發(fā)展得如火如荼，一舉打破國外壟斷，從傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)商，到X光整機(jī)廠商，再到TFT等顯示屏生產(chǎn)廠商等，新入者紛紛以此為突破口，進(jìn)軍專業(yè)醫(yī)療電子設(shè)備?！?

彭智峰認(rèn)為，無論是智能可穿戴、醫(yī)療影像與監(jiān)護(hù)，還是體外診斷市場(chǎng)，中國醫(yī)療電子市場(chǎng)都擁有巨大潛力，ADI將在發(fā)揮最強(qiáng)項(xiàng)的信號(hào)調(diào)理和信號(hào)處理能力基礎(chǔ)上，集成電源、無線傳輸?shù)韧暾盘?hào)鏈，推出模組，乃至完整的系統(tǒng)級(jí)解決方案，同時(shí)也將戰(zhàn)略性投入，持續(xù)關(guān)注并積極參與醫(yī)療領(lǐng)域新技術(shù)研究，并重點(diǎn)投資新興技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)。彭智峰最后強(qiáng)調(diào)補(bǔ)充：“ADI將繼續(xù)以開放的心態(tài)，和診斷、治療、預(yù)防、疾病管理等全生態(tài)鏈合作伙伴一起通力合作，共同推動(dòng)中國醫(yī)療行業(yè)技術(shù)發(fā)展?！?