醫(yī)療電子市場兩大趨勢：便攜化與低功耗

全球人口老齡化、人們生活水平提高和偏遠地區(qū)對醫(yī)療服務(wù)需求增加等因素正促使傳統(tǒng)醫(yī)療方式的變革，移動性和便攜性逐步成為影響醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。另一方面，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展推動醫(yī)療創(chuàng)新的步伐以前所未有的速度向前邁進，在快速處理計算、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進步的帶動下，醫(yī)療電子產(chǎn)品走向便攜式和小型化成為現(xiàn)實。

醫(yī)療電子市場是一個穩(wěn)定的市場，它不像消費類電子產(chǎn)品那樣容易形成泡沫并快速破滅，雖然該產(chǎn)業(yè)的投資回報期較長，但它可能為參與者提供比其它商業(yè)領(lǐng)域更穩(wěn)定和更持久的回報。據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)Espicom預(yù)計，2010年全球醫(yī)療器材市場將突破2，000億美元，其中，醫(yī)療電子將占45%，達到900億美元的規(guī)模。巨大的市場前景和穩(wěn)定的回報吸引了眾多廠商的投入，從半導(dǎo)體廠商到EMS、OEM公司，他們期待能從醫(yī)療電子市場中挖掘出金礦。

便攜醫(yī)療電子市場的熱點應(yīng)用

SteveKennelly：便攜醫(yī)療電子產(chǎn)品對于芯片方案的要求是具備更強大計算能力的同時擁有低功耗的特性。

便攜醫(yī)療電子產(chǎn)品的出現(xiàn)緣起家庭醫(yī)療護理趨勢的興起和消費者對自身健康關(guān)注度的增加。“越來越多的人開始主動關(guān)心他們身體健康的狀態(tài)，這導(dǎo)致了個人消費者對醫(yī)療保健和簡單診斷產(chǎn)品的需求。”Microchip公司醫(yī)療產(chǎn)品事業(yè)部高級戰(zhàn)略和產(chǎn)品市場經(jīng)理SteveKennelly舉例說，比如血糖儀、血氧計、疾病控制和診斷監(jiān)視系統(tǒng)等設(shè)備開始走向便攜化，這正是應(yīng)對了目前這些產(chǎn)品開始進入家庭的趨勢。

TI公司MSP430資深市場拓展工程師鮑震表示，目前在便攜醫(yī)療電子領(lǐng)域比較熱的應(yīng)用主要是帶液晶顯示的體溫計（溫槍）、血糖儀、血氧計、生化分析儀、胰島素注射和心臟除顫儀等產(chǎn)品，“其中，血壓計是便攜醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用最廣的一個市場。”鮑震主要負責(zé)MSP43016位超低功耗MCU在中國區(qū)醫(yī)療市場的推廣。

鮑震指出，便攜醫(yī)療設(shè)備進入家庭與人們生活水平的提高密切相關(guān)，“目前在歐美地區(qū)，血壓計和血糖儀等檢測產(chǎn)品已經(jīng)成為家庭必備的一種醫(yī)療設(shè)備，而中國目前還有形成這樣的環(huán)境，預(yù)計隨著沿海城市和內(nèi)地大城市逐步開始消費這些產(chǎn)品，這個市場會慢慢起來，這與生活的富裕程度有關(guān)。”他補充說，目前在中國便攜醫(yī)療電子市場比較熱的應(yīng)用是手持式溫槍，“這是S RS之后興起來的需求，市場用量非常大。”

除了基本檢測醫(yī)療設(shè)備之外，“健康產(chǎn)品”是家用便攜醫(yī)療設(shè)備的另一個主要發(fā)展方向。“隨著亞健康人群越來越多，國內(nèi)許多醫(yī)療設(shè)備制造商正在走健康產(chǎn)品路線，比如一些廠商用我們的MCU做一些低頻理療儀，通過產(chǎn)生一些脈沖信號對相關(guān)穴位進行放松和保健。目前市場上的消費者對這類產(chǎn)品很感興趣，未來市場前景不錯。”

無疑，家用醫(yī)療市場是推動醫(yī)療電子設(shè)備便攜化的主要動力之一。而與此同時，在醫(yī)療護理方式改變和偏遠地區(qū)對醫(yī)療服務(wù)需求增加等因素的驅(qū)動下，醫(yī)院用的大型專業(yè)級醫(yī)療設(shè)備也開始走向便攜化。“最為明顯的是監(jiān)護儀和超聲設(shè)備，以前這兩類設(shè)備都以臺式為主，不能斷電，而現(xiàn)在市場上可以看到類似筆記本外觀的便攜超聲設(shè)備和監(jiān)護儀。”TI公司HPA業(yè)務(wù)發(fā)展工程師馬凱認為，醫(yī)院用的專業(yè)醫(yī)療設(shè)備開始走向便攜化主要應(yīng)對兩類需求：一是對于不能移動的病人，便攜醫(yī)療設(shè)備可帶來醫(yī)護和診療的方便；二是對于偏遠的農(nóng)村地區(qū)，醫(yī)生可以攜帶專業(yè)設(shè)備進行上門診療，提高了偏遠地區(qū)的醫(yī)療水平。

深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司的一位資深產(chǎn)品經(jīng)理也表示，便攜化是目前醫(yī)療電子產(chǎn)品發(fā)展的大趨勢，它不僅實現(xiàn)了移動醫(yī)護和診療，還使移動手術(shù)成為可能。“比如應(yīng)用在軍隊中，便攜醫(yī)療設(shè)備可以讓醫(yī)生在野外很快搭建起專業(yè)的手術(shù)室，對傷員進行及時的治療。”此外他還指出，便攜發(fā)展趨勢讓互連性成為醫(yī)療電子設(shè)備的必備功能，“醫(yī)療體系正在出現(xiàn)一個新的動向，便攜醫(yī)療產(chǎn)品中獲得的數(shù)據(jù)通過連網(wǎng)的方式發(fā)到醫(yī)院的電子醫(yī)療記錄系統(tǒng)中，及時獲得醫(yī)生的診斷和建議。”

新興方案瞄準醫(yī)療電子市場

便攜化趨勢給醫(yī)療電子產(chǎn)品的設(shè)計提出了低功耗、小型化和簡單易用等方面的要求。應(yīng)對這些要求，各領(lǐng)先半導(dǎo)體廠商紛紛推出高集成度的芯片方案，以幫助醫(yī)療電子設(shè)備廠商快速推出產(chǎn)品。

MSP430系列是TI專門針對醫(yī)療市場推出的超低功耗MCU方案，共包括三大產(chǎn)品系列：FG43X、FG461X和FG42X0。據(jù)鮑震介紹，最早推出的FG439是全球首顆針對醫(yī)療電子市場推出的單芯片方案，“這個產(chǎn)品當時是專門為國外血糖儀市場設(shè)計，目前已經(jīng)應(yīng)用到許多新的領(lǐng)域，比如生化分析儀等。”他說，在這顆芯片中集成了前端運算放大器、12位雙通道高精度ADC、DAC和DMA以及內(nèi)置參考源等。“這是一個高集成度的方案，采用我們這顆芯片所做的血壓計和血糖儀，無需使用任何外部組件，體積非常小，功耗也很低。”

鮑震表示，MCU應(yīng)用于醫(yī)療電子的特殊需求主要表現(xiàn)在三個方面：一是高集成度；二是超低功耗；三是簡單易用。“這也是我們產(chǎn)品的三大特點。”他介紹說，繼FG439系列之后，TI還推出了升級版本FG461X系列，進一步降低了產(chǎn)品的功耗，同時它還包含最高達120KB閃存和8KBRAM，由于它在單芯片上提供高集成度的智能外設(shè)與較大的存儲選項，可滿足脈搏血氧飽和度測試計與無線心電圖機等便攜醫(yī)療設(shè)備的要求。在此基礎(chǔ)上，TI還推出了FG42X0系列，將ADC的精度提高到16位。

除此以外，TI還計劃在明年推出MSP的新一代產(chǎn)品，根據(jù)目前便攜醫(yī)療電子產(chǎn)品的需求，內(nèi)置USB接口和RF無線傳輸功能。“這是未來一種趨勢，越來越多的便攜醫(yī)療產(chǎn)品會要求將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中。”鮑震表示，“針對醫(yī)療市場，TI今后的產(chǎn)品將不斷考慮市場發(fā)展的需求，一方面利用TI龐大的資源庫，將更多的器件集成到整體方案中，進一步提高產(chǎn)品的集成度，同時滿足產(chǎn)品低功耗的要求，另一方面會考慮進行一些總線外擴，增加一些接口，提高產(chǎn)品設(shè)計的靈活性。”

Microchip是另一家積極投身于醫(yī)療電子市場的半導(dǎo)體公司。它于去年專門成立了醫(yī)療產(chǎn)品部，以專門滿足醫(yī)療電子設(shè)備市場的特殊需求。配合該部門的成立，該公司還開設(shè)了一個基于Web的醫(yī)療設(shè)計中心。“便攜醫(yī)療電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是小型化、智能化和更好的連接性，對于芯片方案的要求是在具備更強大計算能力的同時，具有低功耗特性。應(yīng)對這一需求，我們推出的8位和16位MCU產(chǎn)品集成低功耗高精度模擬器件和串行EEPROM，除了超低靜態(tài)電流之外，它能幫助設(shè)計者實現(xiàn)低功耗下的高性能控制，這對于需要高壽命電池的便攜式產(chǎn)品來說非常重要。”Kennelly表示，今年Microchip還將針對醫(yī)療市場推出新的8位和16位產(chǎn)品，集成高精度的模擬放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和電源管理芯片。

Kennelly進一步補充說，醫(yī)療電子產(chǎn)品開發(fā)始于化學(xué)、生物和傳感技術(shù)，設(shè)計工程師對電子部分的設(shè)計經(jīng)驗相對比較少，為此，Microchip推出了易學(xué)易用的開發(fā)工具，兼容Microchip所有的8位和16位MCU產(chǎn)品，幫助設(shè)計工程師降低開發(fā)難度和風(fēng)險。

對于醫(yī)療電子設(shè)備來說，高精度的模擬器件也是非常重要的器件。專注于模擬器件的半導(dǎo)體公司也在積極應(yīng)對便攜醫(yī)療設(shè)備對低功耗和高集成度的要求，比如ADI最近推出了完整的8通道單芯片模擬前端AD9271，在單芯片上集成了完整的8通道超聲接收器，主要瞄準便攜式超聲設(shè)備。與此前的多芯片方案相比，系統(tǒng)尺寸和功耗分別降低了50%和25%，同時，噪聲水平及其他性能均達到急重癥護理的要求。

應(yīng)對移動性的需求，ADI還在去年年底發(fā)布了使用其最新的精密PulSAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7980，該產(chǎn)品的小封裝尺寸和低功耗特性使其適合于穿戴式心電圖儀（EKG）、血壓監(jiān)視器、氧氣傳感器以及其它便攜醫(yī)療產(chǎn)品，可將病人信息無線傳送到數(shù)據(jù)中心或護士辦公室。這種移動性允許病人在醫(yī)院里走動時只穿戴像PDA一樣大小的監(jiān)視器而無需增加體積很大的醫(yī)用設(shè)備，從而提高了病人的舒適度。

在模擬器件方面，TI已經(jīng)將高精度的ADC、運算放大器和傳感器集成到其SoC方案中。此外，針對中高端專業(yè)級大型醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用場合，TI還提供專門的模擬器件方案，比如24位6通道或8通道的ADC和高精度放大器等。“人體的信號非常微弱，通常會產(chǎn)生很多混模的干擾，因此，對于模擬器件來說，高精度模擬信號的采集和抗噪能力非常重要。”馬凱表示，“隨著醫(yī)療產(chǎn)品走向便攜化，模擬信號采集部分的集成度要求越來越高，以前是3通道，現(xiàn)在都是8通道了，此外便攜產(chǎn)品需要進行充電，因此還增加了對電源管理部分的要求。”

方案選擇有講究

隨著醫(yī)療電子領(lǐng)域越來越受到關(guān)注，市場上提供的半導(dǎo)體方案也越來越多。對于醫(yī)療設(shè)備制造商來說，如何進行合理的選擇呢？邁瑞公司的產(chǎn)品經(jīng)理認為，醫(yī)療產(chǎn)品便攜化給設(shè)計帶來的最大挑戰(zhàn)是產(chǎn)品功耗問題，“隨著醫(yī)療水平發(fā)展，這一行業(yè)對產(chǎn)品計算能力的要求越來越高，而與此同時，便攜化又要求產(chǎn)品的功耗越低越好。如何在產(chǎn)品具備強大計算能力的前提下保持低功耗是一個非常關(guān)鍵的問題。”

此外他指出，漏電流也是產(chǎn)品設(shè)計中需要重點考慮的問題。他解釋說，醫(yī)療電子產(chǎn)品在出口市場需要滿足當?shù)卣P(guān)于醫(yī)療衛(wèi)生監(jiān)管法規(guī)和條例的規(guī)定，接受各種各樣的認證。“在這些認證中，產(chǎn)品的安全性是首位，比如美國的FDA認證，考慮到對人體的安全性，他們對產(chǎn)品漏電流的檢測非常嚴格，這一數(shù)值甚至低于你直接用手指拿著5號電池正負極的導(dǎo)通電流。”他表示，在便攜醫(yī)療電子產(chǎn)品中，漏電流的問題主要發(fā)生在電源管理部分，因此在電源管理方案選擇時，要重點考慮器件在不同環(huán)境下的漏電流問題。

應(yīng)對許多醫(yī)療產(chǎn)品對隔離電壓的要求，TI推出了電容式數(shù)字隔離器，“傳統(tǒng)設(shè)計是采用光耦或電感方式，集成片上電容的隔離方式可實現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)傳輸和更高的信號完整性，其抗磁干擾能力比電感器件提高6倍，功耗較高性能光學(xué)耦合器降低60%。”他透露，目前TI發(fā)布的是一個2通道產(chǎn)品，接下來還將有3通道和4通道的產(chǎn)品發(fā)布。

對于醫(yī)療電子領(lǐng)域來說，產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性是重中之重。在美國FDA等認證中，甚至要求醫(yī)療設(shè)備廠商的元器件供應(yīng)商也通過相關(guān)的認證，同時保證產(chǎn)品的可追溯性，防止灰色市場的元器件混入醫(yī)療電子產(chǎn)品中。因此在方案的選擇中，設(shè)備廠商要對供應(yīng)商的質(zhì)量保證體系特別關(guān)注。Microchip的Kennelly表示：“目前我們已經(jīng)通過了ISO/TS16949的認證，可滿足醫(yī)療領(lǐng)域的客戶對質(zhì)量的嚴格要求。”

除此以外，量產(chǎn)階段的持續(xù)供應(yīng)也是器件選擇時需要仔細考慮的因素。“醫(yī)療電子的設(shè)計周期通常很長，在選用器件時要仔細考慮產(chǎn)品生命周期的問題和潛在供應(yīng)商的歷史供應(yīng)狀況，以免出現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計完成導(dǎo)入量產(chǎn)時遇到元器件停產(chǎn)的風(fēng)險。”Kennelly說。

邁瑞公司的該位產(chǎn)品經(jīng)理也指出，在產(chǎn)品設(shè)計階段選型時將供應(yīng)鏈因素考慮進去對醫(yī)療電子設(shè)備制造商來說尤其重要，“醫(yī)療設(shè)備的生產(chǎn)大部分都是小批量采購，很難讓元器件供應(yīng)商為你專門進行定制開發(fā)，采購能力不如消費和通信設(shè)備制造商強勢，同時醫(yī)療電子產(chǎn)品的生命周期很長，設(shè)計中要特別小心元器件的停產(chǎn)問題。”他建議，廠商在元器件選擇時最好依據(jù)兩個原則：一是市場的主流方案；二是容易替換，“主流的方案和供應(yīng)商在持續(xù)供應(yīng)上比較有保障，同時盡可能在設(shè)計中采用標準器件，這為日后遇到停產(chǎn)等供應(yīng)問題時能快速找到替代方案提供保證。”