醫(yī)療IC技術(shù)為“家庭出診”做好準(zhǔn)備

 半導(dǎo)體IC技術(shù)正在為便攜式和價(jià)格實(shí)惠的醫(yī)療設(shè)備奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，目前這些產(chǎn)品中的大部分面向家庭、社區(qū)診所甚至旅行時(shí)的個(gè)人使用。這一趨勢(shì)背后的推動(dòng)力包括人口的老齡化、更長(zhǎng)的壽命以及對(duì)不斷上升的醫(yī)療保健費(fèi)用的控制需求。另外，越來越多的人要求將醫(yī)療保健診斷和治療服務(wù)更快地直達(dá)病患，要遠(yuǎn)離醫(yī)療中心，更加貼近家庭。

主要的電子公司當(dāng)前都渴望能夠好好利用這一充滿吸引力的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。據(jù)IMS Reasearch旗下的InMedia公司預(yù)測(cè)，到2013年，用于醫(yī)療診斷的家用數(shù)字血糖儀、血壓計(jì)、體重計(jì)、脈搏血氧儀和尖峰呼氣流量計(jì)的總計(jì)交貨量，將超過150萬臺(tái)。InMedia還預(yù)測(cè)，健康管理中心的數(shù)量也會(huì)增加，屆時(shí)與遠(yuǎn)程醫(yī)療相關(guān)的設(shè)備總數(shù)量將超過200萬臺(tái)。

Intel和GE聯(lián)合成立的Care Innovations公司，目的在于開發(fā)各種能夠支持家庭和高級(jí)住宅社區(qū)中健康自主生活的技術(shù)。該公司整合了GE Healthcare家庭健康事業(yè)部和Intel數(shù)字健康部門的資產(chǎn)、專家隊(duì)伍和業(yè)務(wù)，致力于解決人口老齡化、慢性病人數(shù)的逐漸增長(zhǎng)以及日益提高的健康護(hù)理成本等帶來的挑戰(zhàn)。

“我們的愿景，是通過提供那些能夠?qū)崿F(xiàn)新型護(hù)理模式的創(chuàng)新型產(chǎn)品和服務(wù)，積極影響數(shù)以百萬的消費(fèi)者。”Care Innovations公司CEO Louis Burns表示。

技術(shù)隨時(shí)待命

許多半導(dǎo)體IC都可用來促進(jìn)便攜式家用醫(yī)療保健產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)，其中包括傳感器、MCU、微處理器、DSP、FPGA、內(nèi)存芯片以及SoC器件。

微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)以傳感器、微流體器件和微激勵(lì)器等形式，在家用醫(yī)療保健中發(fā)揮著重要作用。至于醫(yī)療保健微系統(tǒng)器件的市場(chǎng)規(guī)模，一些人估計(jì)到2015年將達(dá)到約45億美元，其中大部分用于體外診斷和家用醫(yī)療保健。

高靈敏度的MEMS加速度計(jì)無疑將用于更近更精確地監(jiān)視和測(cè)量藥物向人體內(nèi)的滲透情況，這只是時(shí)間問題。無線傳感收發(fā)器制造商當(dāng)前正在與藥物制造商展開緊密合作，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物進(jìn)入人體的監(jiān)視和測(cè)量。

SoC正變得越來越強(qiáng)大和靈活。賽普拉斯半導(dǎo)體公司提供的一款可編程SoC(PSoC)由可配置的模擬和數(shù)字模塊、CPU子系統(tǒng)和可編程布線與互連組成。這種PSoC允許設(shè)計(jì)師插入來自PSoC函數(shù)庫(kù)的預(yù)定義和經(jīng)過測(cè)試的IP，或他們自己的代碼，從而開發(fā)出像脈搏血氧儀那樣的醫(yī)療設(shè)備(圖1)。

FPGA也使得便攜式低功耗醫(yī)療應(yīng)用的設(shè)計(jì)變得更加容易和快速。例如，設(shè)計(jì)師可以使用被Microsemi公司收購(gòu)的Actel公司的智能混合信號(hào)SmartFusion系列FPGA開發(fā)胰島素泵。

這些現(xiàn)貨FPGA是唯一集成有FPGA架構(gòu)、ARM Cortex M3微控制器、可配置模擬電路、大容量閃存和靜態(tài)RAM(SRAM)存儲(chǔ)器以及復(fù)雜時(shí)鐘發(fā)生和管理電路的器件(圖2)。

ADI公司的ADXL322 iMEMS數(shù)字加速度計(jì)被用于Zoll Medical公司的PocketCPR——一種手掌大小的心肺復(fù)蘇儀(CPR)，這種儀器可以精確地測(cè)量由救助者施行的胸部按壓的頻率和深度。PocketCPR可以通過音頻以及視頻指令指導(dǎo)人們施行人工呼吸，從而及時(shí)展開搶救心臟驟停(SCA)病人所需的關(guān)鍵施救步驟，所有操作都符合美國(guó)心臟病協(xié)會(huì)提出的建議。

“許多人不愿意施行人工呼吸，因?yàn)樗麄儧]有得到過正規(guī)培訓(xùn)，或者缺少執(zhí)行這種生命拯救行動(dòng)的信心。PocketCPR可以給他們提供在緊急情況下實(shí)施CPR的信心。”Zoll Medical全資子公司Bio-Teck公司總裁mark Totman表示。PocketCPR的直接交易已經(jīng)得到美國(guó)食品與藥物管理局(FDA)的批準(zhǔn)。

更低功耗/更高運(yùn)算能力

家庭醫(yī)療保健設(shè)備通常要求更低的功耗和更高的運(yùn)算能力。“對(duì)便攜式家庭醫(yī)療保健產(chǎn)品來說，低功耗是一個(gè)關(guān)鍵要求，我們已經(jīng)通過我們的全系列16位和32位MCU證實(shí)了這點(diǎn)。”瑞薩公司MCU營(yíng)銷經(jīng)理Bobby Wong指出。

“2007年，我們率先推出了低功耗、100MHz、90nm節(jié)點(diǎn)的嵌入式閃存，當(dāng)處理器在喚醒和睡眠狀態(tài)之間切換時(shí)，這種閃存可以提供最低的功耗。我們還在研究具有更低功耗的120MHz、40nm節(jié)點(diǎn)閃存。”瑞薩公司負(fù)責(zé)32位MCU的高級(jí)營(yíng)銷經(jīng)理Mark Rootz表示。

微處理器芯片正在成為種類繁多的個(gè)人醫(yī)療保健設(shè)備的核心。LifeNexus公司推出的個(gè)人健康卡只有信用卡大小，里面保護(hù)并保存著每個(gè)人的個(gè)人健康記錄。醫(yī)護(hù)人員和藥劑師可以通過LifeNexus健康信息平臺(tái)訪問保存在iChip芯片(ST公司產(chǎn)品)中的這些數(shù)據(jù)。LifeNexus健康信息平臺(tái)使用嵌入在一張芯片卡中的移動(dòng)服務(wù)器技術(shù)，該卡同時(shí)受加密和口令的保護(hù)。

“這無疑是一種意義深遠(yuǎn)的、高度安全的技術(shù)，可以提供卓越的消費(fèi)者解決方案——集醫(yī)療保健與金融卡于一身。”ST公司安全微處理器事業(yè)部總經(jīng)理Marie-France Florentin表示，“這種解決方案進(jìn)一步提升了醫(yī)療保健方面的移動(dòng)性、安全性和便利性標(biāo)桿。”

LifeNexus公司最近向藥房、醫(yī)師診所和醫(yī)院等健康護(hù)理機(jī)構(gòu)提供了1萬個(gè)專業(yè)的卡片閱讀器，其中加載有免費(fèi)的iChip接受軟件。這使得個(gè)人健康記錄能夠像支付卡那樣方便和安全地加以使用。

MCU及其它器件催生了多種藥物輸送方法，這是電子技術(shù)對(duì)醫(yī)療健康具有重大影響的更有前途的領(lǐng)域之一。像加速度計(jì)等MEMS傳感器、MCU及無線收發(fā)器制造商，都在積極地與一些大型制藥公司合作研究藥物輸送方法，不管是通過注射、藥片、經(jīng)皮貼片還是吸入器，新的方法都將更加自動(dòng)化和更加容易使用，并且能產(chǎn)生更快更精確的效果。

Microchip Technology公司正在檢查其PC12F MCU在最新活性藥物貼片中的使用效果。這種藥物貼片使用離子導(dǎo)入原理進(jìn)行工作，通過施加一個(gè)直流電流來增加藥物分子透過皮膚的擴(kuò)散速度。MCU與升壓轉(zhuǎn)換器一起工作，來提升由鋰鈕扣電池供電的貼片所需的電壓水平，因?yàn)檫@種電池通常無法提供離子電滲療法正常工作所需的足夠高電壓。

使用16位還是32位MCU，很大程度上取決于具體的應(yīng)用。“像自動(dòng)體外除顫儀(AED)等處于本地?cái)?shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)備需要做大量的預(yù)處理，而32位MCU能以更低的功耗水平加快數(shù)據(jù)傳輸?shù)街魈幚砥鞯乃俣取?rdquo;瑞薩公司的Mark Rootz解釋，“在這種應(yīng)用場(chǎng)合下你需要32位的MCU，比如我們的SH7216，該處理器工作頻率為200MHz，集成了一個(gè)硬件浮點(diǎn)單元，處理速度可達(dá)400-Dhrystone MIPS。”

無線無所不在

通過蜂窩電話實(shí)現(xiàn)的無線通信，正在徹底改變個(gè)人醫(yī)療保健的診斷、管理以及治療方式，同時(shí)也在促進(jìn)醫(yī)療設(shè)備創(chuàng)新。市場(chǎng)上已經(jīng)推出了許多針對(duì)智能手機(jī)的醫(yī)療應(yīng)用。

ADI公司策略營(yíng)銷經(jīng)理Paul Errico警告道：“市場(chǎng)上有上千種移動(dòng)手機(jī)應(yīng)用，重要的是用戶要理解哪種應(yīng)用能夠真正降低家庭醫(yī)療保健的成本。”他強(qiáng)調(diào)：“從現(xiàn)在開始的幾年中，這些便攜式醫(yī)療保健產(chǎn)品的贏家，將是能向市場(chǎng)提供真正臨床價(jià)值的那些個(gè)人醫(yī)療設(shè)備。”

瑞薩公司的Bobby Wong對(duì)此表示同意。“質(zhì)量和長(zhǎng)壽命是便攜式家庭醫(yī)療保健產(chǎn)品成功的關(guān)鍵要素。那些能夠利用多年豐富經(jīng)驗(yàn)做到這一點(diǎn)的公司，將處于市場(chǎng)主導(dǎo)的最佳位置。”他解釋道。

據(jù)飛思卡爾半導(dǎo)體公司微控制器解決方案部醫(yī)療產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理David Niewolny介紹，無線連接可以通過減少并發(fā)癥發(fā)生的次數(shù)，而顯著降低治療慢性疾病的費(fèi)用。

據(jù)Niewolny估計(jì)，慢性病病人平均每年的家庭醫(yī)療保健費(fèi)用接近11,700美元，幾乎是無慢性病癥者的三倍。對(duì)于既有慢性病又有并發(fā)癥的人來說，這一費(fèi)用則是令人吃驚的20,700美元。這正是利用無線連接監(jiān)視心臟和血糖數(shù)據(jù)以提高病人舒適性的主要驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)醫(yī)師能夠遠(yuǎn)程監(jiān)視這些數(shù)據(jù)時(shí)，他們就能改善病人的生活質(zhì)量。

康體佳健康聯(lián)盟至今已經(jīng)批準(zhǔn)了適用于無線醫(yī)療數(shù)據(jù)通信的ZigBee、Wi-Fi、藍(lán)牙、藍(lán)牙低能耗(BLE)、ANT、Sensium、Z-Wave和BodyLAN通信協(xié)議。該聯(lián)盟還與Wi-Fi聯(lián)盟簽署協(xié)議，致力于加快推進(jìn)Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在健康網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的普及。

Fatigue Science公司采用了超低功耗RF專業(yè)公司Nordic Semiconductor ASA推出的2.4GHz ANT收發(fā)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)睡眠質(zhì)量、數(shù)量和時(shí)間的醫(yī)療級(jí)評(píng)估監(jiān)視，而成本只是專家睡眠診所整夜陪護(hù)費(fèi)用的很少一部分。其產(chǎn)品ReadiBand是一種腕表形狀的儀器，使用一系列復(fù)雜算法從用戶手腕活動(dòng)中測(cè)量睡眠數(shù)據(jù)(也稱為活動(dòng)變化記錄儀)，這些數(shù)據(jù)再通過Nordic ANT收發(fā)器以無線方式下載到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析(圖3)。

Gentag公司推出一款一次性無線診斷測(cè)試平臺(tái),針對(duì)使用近場(chǎng)通信(NFC)的消費(fèi)類蜂窩電話。基于免疫測(cè)定原理，Gentag公司的這種技術(shù)可以讓消費(fèi)者不管身在何處都立即測(cè)試出懷孕、生育力、病原體、愛滋病、藥物、過敏原甚至某種類型的癌。NFC是一種短距離無線通信技術(shù)，支持在間隔10厘米的設(shè)備間交換數(shù)據(jù)。

美國(guó)的三大無線運(yùn)營(yíng)商——Verizon Wireless、AT&T Mobility和T-Mobile USA，都已接受了NFC技術(shù)。他們成立了一家名為ISIS的合資企業(yè)來開發(fā)單一NFC平臺(tái)，計(jì)劃在今后18個(gè)月內(nèi)在挑選出的一些美國(guó)地區(qū)發(fā)布手機(jī)和支付終端用軟件，并在2013年前向全國(guó)推廣。

NuPathe公司準(zhǔn)備在明年6月前以合理的價(jià)格在美國(guó)推出首個(gè)用于治療偏頭痛的拋棄型一次性藥物貼片。據(jù)該公司介紹，目前美國(guó)約有3,100萬人患有偏頭痛。

這種Zelrix貼片已經(jīng)排除了來自美國(guó)食品與藥物管理局(FDA)的首個(gè)法規(guī)性障礙，使用的是一種稱為Smart Relief的專有透皮輸送系統(tǒng)。Zelrix貼片集成了一個(gè)硬幣大小的微處理器和兩個(gè)硬幣尺寸的電池，通過電流在貼片和皮膚間產(chǎn)生離子傳送，進(jìn)而管理偏頭痛藥物。Zelrix貼片可以戴在手臂或大腿上，提供近4個(gè)小時(shí)的緩釋作用(圖4)。

Zelrix貼片以高度受控和可預(yù)測(cè)的方式提供6.5mg的舒馬曲坦(使用最廣泛的偏頭痛處方藥物)。它能減輕偏頭痛癥狀，同時(shí)用藥量又不會(huì)超過通常能夠引起這類藥物副作用(如反胃和嘔吐)的血濃度。

該貼片的核心技術(shù)嵌入在軟件中，它知道用多少電流來驅(qū)動(dòng)離子傳送過程可以不刺激皮膚，也知道如何編程藥物輸送過程來獲得最佳效果，中間不需要任何用戶干預(yù)。這種貼片由一家專業(yè)從事藥物貼片生產(chǎn)的德國(guó)承包商制造。

“我們發(fā)現(xiàn)這種貼片除了完成偏頭痛藥物輸送外還能讓我們做更多的事情，這是我們一直試圖占領(lǐng)的一個(gè)領(lǐng)域。”NuPathe公司首CEO Jane Hollingsworth表示，“我們還能使用這個(gè)平臺(tái)治療其它病癥，像帕金森病癥和躁郁癥等。”

Debiotech公司推出的Jewel胰島素泵是更著名的藥物輸送機(jī)制之一，該產(chǎn)品由Debiotech公司與ST公司共同開發(fā)，所使用的是ST的微流體MEMS技術(shù)。目前該產(chǎn)品正在等待FDA的批準(zhǔn)。Jewel泵可以安裝在一次性皮膚貼片上，提供連續(xù)的胰島素注射，從根本上改善糖尿病病人的治療效果和生活質(zhì)量。

FDA正在評(píng)估一種快速、價(jià)格可承受、高靈敏度的最新電子診斷測(cè)試系統(tǒng)，名為CliniHub。這種系統(tǒng)有望在醫(yī)生辦公室、其它病人護(hù)理場(chǎng)所、最終家庭中推廣使用。目前，CliniHub可以通過化驗(yàn)篩選出乳腺癌、抗藥性金黃 色葡萄球菌(MRSA)和心臟病。

Xen Biosciences公司與Cambridge Consultants簽約，準(zhǔn)備開發(fā)類似調(diào)制解調(diào)器大小的緊湊型設(shè)備，售價(jià)有望不超過100美元。這種設(shè)計(jì)采用時(shí)間分辨式熒光(TRF)光譜分析技術(shù)，通過處理沉積在低價(jià)、拋棄型電子化驗(yàn)卡上的流體樣本顯示發(fā)現(xiàn)結(jié)果。

這家公司為他們的數(shù)字診斷化驗(yàn)卡開發(fā)了測(cè)試物質(zhì)，可檢測(cè)乳腺癌和心臟生物標(biāo)志物以及其它尚未被公布的物質(zhì)的存在。Xen Biosciences相信不用多久就能測(cè)試多達(dá)20種疾病。熒光標(biāo)簽配合TRF光譜分析技術(shù)的高靈敏檢測(cè)電子可以將人體絨毛膜促性腺激素(hCG)懷孕測(cè)試的靈敏度成功提高4個(gè)數(shù)量級(jí)。

Xen Biosciences公司暗示它的TRF現(xiàn)場(chǎng)護(hù)理測(cè)試可以幫助醫(yī)師在他們的辦公室中執(zhí)行以前只能在臨床實(shí)驗(yàn)室中完成的高靈敏數(shù)字光譜分析。例如，可以使用同樣正在開發(fā)中的消費(fèi)版CliniHub來分析咽拭子，從而判斷炎癥是由于細(xì)菌還是病毒引起的，讓用戶知道他們是否要使用抗生素。

Bayer HealthCare公司發(fā)布的FactorTrack是第一種可定制的交互式移動(dòng)搜索應(yīng)用，適用于A型血友病病人(圖5)。這種免費(fèi)應(yīng)用能使跟蹤和記錄血友病因子VIII注射變得更加方便。

FactorTrack可捕獲用藥量歷史、頻率和出血位置。它可以幫助A型血友病病人根據(jù)處方定制自己的注射計(jì)劃、瀏覽他們的注射歷史，并且在有互聯(lián)網(wǎng)連接的情況下顯示下一次注射時(shí)間到時(shí)提醒。如果在設(shè)備上配置了電子郵件，F(xiàn)actorTrack還允許病人將注射和出血?dú)v史通過電子郵件發(fā)送給自己或他們的健康護(hù)理團(tuán)隊(duì)。另外，F(xiàn)actorTrack可以將A型血友病病人與相關(guān)教育工具和在線資源聯(lián)系起來。

前身為T-Ray Science的Verisante Technology公司正在開發(fā)一種令人興奮的非侵入式黑素瘤皮膚癌檢測(cè)設(shè)備。在英國(guó)哥倫比亞癌癥機(jī)構(gòu)的幫助下，這種Aura探測(cè)器的開發(fā)歷史已經(jīng)有6年多了(圖6)。這種設(shè)備在范庫(kù)弗峰總醫(yī)院(Vancouver General Hospital)的皮膚護(hù)理中心接受了1,000位病人病理皮膚的測(cè)試。公開的初步臨床結(jié)果表明檢測(cè)惡性黑素瘤具有100%的有效性。

在對(duì)1,000塊病理皮膚的測(cè)試中，這種探測(cè)器可以在274位患這種疾病的病人中捕捉到每種黑素瘤。黑素瘤是最常見的一種癌癥，發(fā)生率正在迅速提高?？焖僭\斷黑素瘤非常重要，如果能盡早檢測(cè)出來，存活率可達(dá)98%，而發(fā)展到皮膚癌的病人的存活率只有15%。

Aura基于Versant公司的專利Core平臺(tái)，這種平臺(tái)使用內(nèi)窺鏡附屬裝置幫助早期的癌癥檢測(cè)。Aura在掃描痣或病理皮膚時(shí)使用多模式成像和光譜分析技術(shù)測(cè)量21種生物標(biāo)志物，能在不到2秒的時(shí)間內(nèi)通過快速檢查皮膚化學(xué)成分判斷出皮膚癌，不需要做活組織切片檢查。這種Core技術(shù)具有高度可擴(kuò)展性，還可用于肺、結(jié)腸、子宮頸和其它癌癥的檢測(cè)。