無處不智能下一代醫(yī)療電子的新趨勢

時間：2013-11-13 01:48:34

關(guān)鍵字：醫(yī)療電子 BSP 醫(yī)療設(shè)備 EXAR

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[導(dǎo)讀]　　21ic電子網(wǎng)訊：齡化的快速發(fā)展，對醫(yī)療行業(yè)形成巨大壓力。中國正進(jìn)入老齡化社會，預(yù)計2013年老年人口數(shù)量將突破2億大關(guān)，達(dá)到2.02億，老齡化水平達(dá)到14.8%。根據(jù)全國老齡工作委員會預(yù)測，2010年到2050年，中國老

　　21ic電子網(wǎng)訊：齡化的快速發(fā)展，對醫(yī)療行業(yè)形成巨大壓力。中國正進(jìn)入老齡化社會，預(yù)計2013年老年人口數(shù)量將突破2億大關(guān)，達(dá)到2.02億，老齡化水平達(dá)到14.8%。根據(jù)全國老齡工作委員會預(yù)測，2010年到2050年，中國老年人就診次數(shù)將由12.4億人次增到33.5億人次。然而面對人們與日俱增的醫(yī)療需求，國內(nèi)醫(yī)療資源分布不均，資源不足的矛盾短期內(nèi)難以改變。如何在現(xiàn)有資源配置下，盡量滿足人們醫(yī)療需求，成為重要問題。

　　醫(yī)療信息化建設(shè)，成為改革的重要手段和支撐。在醫(yī)療需求帶動和政策扶持下，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、云計算及移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸由幕后走到臺前，越來越多醫(yī)療機(jī)構(gòu)開始關(guān)注部署新一代信息技術(shù)。2013年，在甘肅定西市安定區(qū)的香泉鎮(zhèn)中莊村，由甘肅省衛(wèi)生廳、甘肅省人民醫(yī)院和GE醫(yī)療集團(tuán)共同建立的基礎(chǔ)醫(yī)療范疇內(nèi)的遠(yuǎn)程醫(yī)療試點項目正式開通。

　　移動醫(yī)療、個人保健、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)等新興醫(yī)療照護(hù)需求驅(qū)動著醫(yī)療電子市場快速發(fā)展。在2013年9月英特爾信息技術(shù)峰會（Intel Developer Forum，簡稱IDF）開幕式上，英特爾公司新任CEO科再奇（Brian Krzanich）指出，從數(shù)據(jù)中心到平板電腦、手機(jī)和可穿戴等超移動設(shè)備，計算產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域正在經(jīng)歷一場激動人心、甚至改變游戲規(guī)則的變革。

　　英特爾公司總裁詹睿妮也表示：“我們?yōu)閿?shù)十億智能設(shè)備提供計算能力，與之相比，我們所做的其他工作難度更大：即開發(fā)能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為智慧的強(qiáng)大計算解決方案，并尋找解決類似癌癥等世界上最復(fù)雜問題的答案。我們迄今所看到的只是冰山一角，英特爾技術(shù)將在助力醫(yī)療、教育以及世界的可持續(xù)發(fā)展方面，找到廣闊用武之地。”

　　詹睿妮還舉例說明了計算力如何改變醫(yī)療這一全球最大的經(jīng)濟(jì)部門。英特爾與俄勒岡醫(yī)科大學(xué)奈特癌癥研究所正展開項目合作，旨在降低分析人類基因圖譜以及創(chuàng)建可多維搜索的DNA地圖所需的成本和時間。“在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，關(guān)于醫(yī)療的計算技術(shù)第一次變得同生物學(xué)一樣重要，”詹睿妮指出。“在一個可以接受的價格點上，我們所提供的計算力越強(qiáng)，所拯救的生命就會越多！”

　　隨著整體科技水平的不斷進(jìn)步，尤其是電子科技的發(fā)展，使得電子醫(yī)療產(chǎn)品的智能化已不再是夢想。從技術(shù)層面而言，傳感器技術(shù)，模擬及混合信號處理技術(shù)，無線傳輸以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)必將是智能醫(yī)療的重要核心技術(shù)。

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　　ADI公司亞太區(qū)醫(yī)療行業(yè)市場經(jīng)理王勝認(rèn)為，從某種意義上來講，醫(yī)療設(shè)備尤其是電子醫(yī)療設(shè)備其主要解決的是兩個主要方面的問題，即醫(yī)生（或操作者）和患者（或使用者）問題。如果某一設(shè)備能簡化或自動完成某些使用過程中的環(huán)節(jié)，即可理解為智能化的體現(xiàn)。當(dāng)然，至于智能化到什么程度就要依賴于技術(shù)的發(fā)展和具體的應(yīng)用場景。

　　王勝表示，就其前景而言，智能化必然是醫(yī)療電子領(lǐng)域的發(fā)展方向之一。例如，隨著傳感技術(shù)及電子芯片元器件技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，使得對生命體征信號的采集質(zhì)量越來高，這也使得在某些條件滿足的情況下，醫(yī)療設(shè)備本身可以智能化地判斷或初步診斷以及給出預(yù)警的結(jié)果或提示，甚至對于治療，作息以及飲食等給出具體建議等。

　　在Exar高性能模擬產(chǎn)品應(yīng)用工程副總裁Craig Swing看來，諸如智能醫(yī)療類的電子系統(tǒng)，簡單來說，需要兩類電子元件：模擬以及數(shù)字。當(dāng)然，這一趨勢總將整個系統(tǒng)放在單一芯片上（SoC），但事實是從定義上醫(yī)療系統(tǒng)必須是人類接口。Craig Swing認(rèn)為，人類接口從本質(zhì)上是模擬的，因此有一個大問題是：“在成本約束下，單一芯片上放置系統(tǒng)，數(shù)字處理技術(shù)和電路結(jié)構(gòu)與人類接口的聯(lián)接是否足夠精確？”答案當(dāng)然不是唯一的。當(dāng)答案為肯定時，SoC就簡單地變成一項應(yīng)用特定標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和提供低性能、小尺寸、商品級的產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的問題是他們擁有相對較短的使用期限，所以鑒于投資回報風(fēng)險，SoC開發(fā)比較困難。

　　針對更高性能醫(yī)療電子系統(tǒng)，人們能看到一些對聯(lián)接人類和計算數(shù)字/智能設(shè)備的高精度（低頻率）、高頻率（低精度）和低噪音模擬元件的需求。通常，在傳感器輸出、醫(yī)療設(shè)備輸出以及針對系統(tǒng)創(chuàng)建適當(dāng)?shù)碾娫葱问綍r會需要模擬元件，該類模擬元件最終與人類經(jīng)驗接口，成為對系統(tǒng)運(yùn)作非常必要的“關(guān)鍵任務(wù)”和“必須擁有”的器件。

　　Craig Swing表示，人們也可以將核心“關(guān)鍵任務(wù)”模擬電子元件視為兩類：高精度（低頻率）和高頻率（低精度）。例如，一個便攜式電有氧運(yùn)動圖機(jī)通常需要極低的偏移、可變增益（(1<增益值<10,000)、精度高（低頻率）儀表放大器（如Exar的CLC1200）與傳感墊相連。此外，對于一個便攜式超聲機(jī)，高頻率極低噪聲放大器（如Exar的CLC1001）需要放大的信號探針。因此，便攜式心電圖和超聲是快速增長的新業(yè)務(wù)機(jī)會。

　　盡管醫(yī)療電子市場對不同類型的元件有不同的要求，但元件通常應(yīng)符合以下幾項基本要求：1) 低功耗，2) 高速，3) 微型尺寸，4) 高可靠性，5) 低成本，6) 高精度，7) 可在不同環(huán)境中使用，如高溫差環(huán)境、不同氣壓地區(qū)如高海拔地區(qū)。TDK集團(tuán)成員愛普科斯有限公司醫(yī)療及光電電子應(yīng)用銷售經(jīng)理廖偉粦指出，核心電子元件領(lǐng)域中的新商機(jī)包括與手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系的相關(guān)元件，例如各類傳感器以及各類無線元件如Wi-Fi、藍(lán)牙模塊等無線元件。

　　醫(yī)療電子的進(jìn)步，本質(zhì)上是電子技術(shù)隨著人們對于健康需求的提高而產(chǎn)生的。隨著個體對于醫(yī)療保健需求的差異化，對醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計工作以及配套電子元器件提出了新的要求，但同時也是新的機(jī)遇。諸如要求更高的可靠性、非侵入式設(shè)計、無線遙測等。村田(中國)投資有限公司技術(shù)市場部市場經(jīng)理鄧紹能表示，對于提供核心電子元器件的村田來說，這些高可靠性的需求將會是未來新的商業(yè)機(jī)會。

　　隨著用于移動醫(yī)療、個人保健、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的便攜式醫(yī)療設(shè)備的越發(fā)普及，電源管理變得尤為重要。鄧紹能介紹，村田密切關(guān)注醫(yī)療電子技術(shù)的無線化趨勢，并積極推出針對性的方案與服務(wù)。除了傳統(tǒng)的無線通信模塊等優(yōu)勢產(chǎn)品，村田還向客戶介紹諸如小型化的電源管理模塊，可以更好的幫助設(shè)備節(jié)約功耗。利用村田獨(dú)有的傳感器技術(shù)，可以實現(xiàn)對環(huán)境的感知從而對電源的開關(guān)自動控制。

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　　此外，村田還同時提供極具競爭力的傳感器技術(shù)與無線技術(shù)組合的方案。鄧紹能表示，村田的傳感器技術(shù)不僅僅指傳統(tǒng)的陶瓷壓電傳感器，更涵蓋了MEMS傳感器和半導(dǎo)體傳感器等新興傳感器技術(shù)。而與無線技術(shù)的結(jié)合，將極大提升移動醫(yī)療設(shè)備的智能化水平。

　　來自TDK的廖偉粦就分析，根據(jù)其他國家和地區(qū)的應(yīng)用來看，遙距、移動醫(yī)療主要包括兩種應(yīng)用：一是采集患者生命體征信息以實施監(jiān)控；二是用于遙距互動式的醫(yī)療咨詢或會議。“相對而言，我們更偏重于前者，尤其是便攜設(shè)備。”廖偉粦介紹，TDK集團(tuán)提供適合該市場的愛普科斯(EPCOS)測溫微型NTC、用于靜電防護(hù)的SMD多層壓敏電阻、壓力傳感器 (如C33 芯片 ) 和低功耗藍(lán)牙模塊。

　　愛普科斯(EPCOS)產(chǎn)品以優(yōu)質(zhì)和高可靠性聞名，而且絕大多數(shù)都通過了汽車生產(chǎn)行業(yè)要求的認(rèn)證，同時也是無線通信的主要供應(yīng)商。廖偉粦強(qiáng)調(diào)，與競爭對手產(chǎn)品相比，其MEMS壓力傳感器更精確、更堅固穩(wěn)健、溫度特性也更加穩(wěn)定。TDK的新型低功耗藍(lán)牙模塊PAN-CC2541F256 采用SESUB技術(shù)嵌入“德州儀器”芯片CC2541，其大小僅為4.6mm x 5.6mm，迎合了要求輕質(zhì)和小尺寸的市場趨勢。據(jù)介紹，這款先進(jìn)產(chǎn)品專用于安裝空間極為有限的便攜設(shè)備。作為領(lǐng)先的無源元件制造商，EPCOS還提供極其廣泛的標(biāo)準(zhǔn)元件及定制解決方案產(chǎn)品，為絕大多數(shù)醫(yī)療客戶提供一站式采購服務(wù)，滿足其對產(chǎn)品的小批量、多元化要求。

　　作為專注于工業(yè)、通信和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的企業(yè)，Exar提供在系統(tǒng)內(nèi)圍繞數(shù)字計算設(shè)備的“關(guān)鍵任務(wù)”模擬和數(shù)字元件。Craig Swing表示，模擬方面，Exar提供獨(dú)一無二的模擬高精度解決方案，其中專利生產(chǎn)激光技術(shù)可以減少抵消錯誤達(dá)到最佳水平（如CLC1200）；關(guān)于超低噪音，芯片CLC1001（超聲應(yīng)用所需）理論噪音水平相當(dāng)于27個歐姆電阻的熱噪聲；在關(guān)于PCB實現(xiàn)上，使用和部署極高性能模擬元件還需要專業(yè)的技術(shù)支持，現(xiàn)場應(yīng)用工程支持在布局，系統(tǒng)內(nèi)元件性能評估以及其如何影響整個成品的性能方面至為關(guān)鍵。此外，Exar還提供寬泛的電源產(chǎn)品，簡單的和編程的，讓用戶擴(kuò)展PCB電路能力，最終為成品性能提供更多的特性。

　　Exar也提供醫(yī)療設(shè)備需要的全方位的聯(lián)接UART(通用異步接收發(fā)送器)產(chǎn)品，用于傳輸和接收數(shù)字信息到各種來源（如PCI總線,USB、以太網(wǎng)、GPIO等）。Craig Swing表示，針對模擬接口元件，設(shè)計師必須鎖定影響成品的最終設(shè)定性能水平的一些基本參數(shù)。Exar的目標(biāo)是與設(shè)計者合作，幫助他們確定幾個關(guān)鍵模擬元件性能參數(shù)，以設(shè)定成品性能，從而為滿足這些需求匹配最優(yōu)的元件。進(jìn)一步在PCB級別上部署該元件，其中可能包括各種解耦和過濾/增益選項，為設(shè)計者提供最大性能。

　　憑借在模擬和混合信處理方面的專長，在醫(yī)療電子領(lǐng)域中，ADI一直致力于提供具有差異化及競爭優(yōu)勢的IC產(chǎn)品。穿戴式的應(yīng)用產(chǎn)品已不再是停留在“被談及”的層面，目前在例如監(jiān)護(hù)類產(chǎn)品，運(yùn)動類裝備（如腕表，鞋類）以及助聽類產(chǎn)品等領(lǐng)域已經(jīng)有越來越多的實際商用產(chǎn)品出現(xiàn)。而在這些熱門領(lǐng)域，ADI均積極參與其中，推出了一系列適合穿戴式醫(yī)療需求的半導(dǎo)體產(chǎn)品。

　　在監(jiān)護(hù)類產(chǎn)品領(lǐng)域，ADI近期針對各類生命體征監(jiān)護(hù)應(yīng)用推出了一款低功耗、單導(dǎo)聯(lián)、心率監(jiān)護(hù)儀模擬前端(AFE) AD8232，專為滿足新興的健身設(shè)備、便攜式/佩戴式監(jiān)控設(shè)備和遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)設(shè)備的ECG信號調(diào)理要求而設(shè)計。王勝介紹，與競爭解決方案相比，AD8232 AFE的尺寸縮小50%，功耗降低多達(dá)20%。通過模擬輸出，AD8232可與分立式ADC配對，或與具有嵌入式ADC的微控制器配對，為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了靈活性，將健身和醫(yī)療監(jiān)護(hù)的價值和性能提升到一個新的水平。

　　跌倒檢測器是典型的運(yùn)動監(jiān)測設(shè)備，在人口老齡化現(xiàn)象越來越凸顯的今天獲得了廣泛的應(yīng)用。對于目前市場上常見的老人手機(jī)或其他穿戴醫(yī)療電子設(shè)備，多數(shù)帶有監(jiān)測老人跌倒?fàn)顩r的功能，如果監(jiān)測到跌倒會自動發(fā)送信息通知急救中心或老人的兒女。對于這種產(chǎn)品，總是希望產(chǎn)品的工作時間越長越好。這就需要一顆極低功耗的運(yùn)動監(jiān)測產(chǎn)品來解決這個問題。王勝介紹，ADI突破性的超低功耗3軸數(shù)字MEMS產(chǎn)品ADXL362，在運(yùn)動檢測喚醒模式下功耗僅為300 nA，與最接近的競爭傳感器相比，相同模式下的功耗低60%。在全速測量模式下，數(shù)據(jù)速率為100 Hz時，ADXL362的功耗為2 μA，比相同頻率下工作的競爭MEMS加速度計低80%。當(dāng)配備喚醒狀態(tài)輸出引腳時，運(yùn)動傳感器可繞過處理器即時觸發(fā)啟動系統(tǒng)功能的開關(guān)，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗。這些超低功耗的特征是此類運(yùn)動監(jiān)測設(shè)備的理想解決方案。

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　　此外，ADI將繼續(xù)對MEMS技術(shù)和產(chǎn)品的投入，推出更高性能更高集成度及更低功耗的產(chǎn)品，希望在助聽類產(chǎn)品市場占領(lǐng)更高的市場份額。在高集成度的小體積低功耗的微處理器方案方面，ADI新近推出的基于M3核的ADuCM360/1 系列產(chǎn)品，也將在此類佩戴健康保健類產(chǎn)品中大有作為。

　　隨著中國本土設(shè)計能力的提升，以及國際醫(yī)療設(shè)備巨頭加快向中國遷移設(shè)計團(tuán)隊，越來越多的高端醫(yī)療設(shè)備打上了“Design in China”的標(biāo)簽。但不得不承認(rèn)，代表著技術(shù)前沿的高端大功率設(shè)備如醫(yī)療影像設(shè)備等，國外醫(yī)療設(shè)備巨頭依舊掌控著市場主導(dǎo)權(quán)，國內(nèi)企業(yè)依舊有很大的提升空間。但在中端的臨床設(shè)備，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)逐漸成長為市場的主流力量，不論技術(shù)還是可靠性都可以媲美傳統(tǒng)海外醫(yī)療設(shè)備供應(yīng)商。而在低端的個人保健類消費(fèi)類產(chǎn)品領(lǐng)域，本土企業(yè)已經(jīng)占據(jù)明顯的市場優(yōu)勢。

　　按照約定俗成，目前中國國內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備市場被分為三類：1) 高端大功率設(shè)備，2) 各類醫(yī)院或臨床設(shè)備，3) 個人醫(yī)療保健設(shè)備。鄧紹能指出，中國有著世界上最大的人口基數(shù)和新興的受教育人群，對于醫(yī)療保健的需求是日益高漲，因此這三類設(shè)備在中國市場總體上依然是高速發(fā)展以滿足市場的需求。

　　但這三個類別卻有著顯著不同的價格和性能要求。大功率設(shè)備的運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于個人醫(yī)療保健產(chǎn)品，它們主要關(guān)心高性能，真正的功率需求和價格在這不是問題。在此情況下，最終產(chǎn)品性能是最重要的，因此通常由傳感器來設(shè)置，模擬信號路徑解析，實際信號路徑元件則只占成品總BOM中極小的一部分。但這僅僅適用于大功率設(shè)備、中檔醫(yī)院和臨床設(shè)備產(chǎn)品，相對來講，低端個人醫(yī)療保健產(chǎn)品的需求則是恰恰相反。

　　Craig Swing表示，電子元件不僅設(shè)定最終產(chǎn)品性能，它們還是總BOM成本的重要組成部分。鑒于此，低端個人醫(yī)療保健消費(fèi)品更多依賴于通過低成本、較低性能的數(shù)字流程下生產(chǎn)的SoC解決方案；而大功率、中檔設(shè)備通常在同一PCB BOM上使用多個高性能模擬和數(shù)字技術(shù)和流程。

　　廖偉粦分析指出：目前CT和MRI等高端大功率產(chǎn)品并非中國本地研發(fā)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢所在，即使那些在中國設(shè)立了大型生產(chǎn)設(shè)施的大型跨國企業(yè)也只是開始了一些非關(guān)鍵性部件的本地研發(fā)和應(yīng)用支持，大多數(shù)國內(nèi)制造商仍然依靠國外提供關(guān)鍵技術(shù)和元件；而中端的各類醫(yī)院的臨床設(shè)備，包括患者監(jiān)視器、超聲分析儀、生化分析儀和X光機(jī)等，本地制造商能夠運(yùn)用自有技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)設(shè)備，甚至遠(yuǎn)銷海外；本土化最成功的是個人醫(yī)療保健設(shè)備，包括血壓計和血糖儀等。本地市場焦點主要集中于個人消費(fèi)者產(chǎn)品，大部分的產(chǎn)品都是已經(jīng)實現(xiàn)完全本地設(shè)計。由于進(jìn)入門檻低，低成本的國內(nèi)產(chǎn)品占據(jù)了大部分市場份額。

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