便攜醫(yī)療電子市場的發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)

常言道，“百善孝為先”， 人年齡越大，就越需要醫(yī)療照顧。隨著世界人口走向高齡化，人們的醫(yī)療保健意識(shí)高漲，醫(yī)療保健基礎(chǔ)設(shè)施的需求不斷增長，越來越多的人需要高質(zhì)量的醫(yī)療保健。全世界大部分地區(qū)均是如此，在中國尤其重要,這為各種各樣的醫(yī)療設(shè)備提供了更為廣闊的市場。

根據(jù)IHS iSuppli的預(yù)測(cè)，我國醫(yī)療電子在“十二五”計(jì)劃等一系列的政策推動(dòng)下，內(nèi)需規(guī)模將逐年擴(kuò)大。中國人口老齡化進(jìn)程也在加快，根據(jù)2010年第六次全國人口普查結(jié)果，目前逾13%的人口年齡在60歲以上。這使得國人對(duì)醫(yī)療、健康、生活質(zhì)量、疾病護(hù)理等方面提出了越來越高的要求，醫(yī)療和健康領(lǐng)域正在漸漸從關(guān)注疾病治療向保健方向轉(zhuǎn)變。這些都將為醫(yī)療電子帶來非常廣闊的增長空間。至2016年，中國的醫(yī)療電子市場產(chǎn)值將達(dá)到74億美元，平均年復(fù)合率為13%。就便攜醫(yī)療電子領(lǐng)域，有數(shù)據(jù)顯示，中國便攜醫(yī)療電子市場增長勢(shì)頭非常迅猛，中國市場的年復(fù)合增長率已連續(xù)5年保持在20~30%的增長。

圖1：至2016年，中國的醫(yī)療電子市場產(chǎn)值將達(dá)到74億美元，source：IHS iSuppli Research

中國醫(yī)療設(shè)備市場發(fā)展趨勢(shì)

便攜式醫(yī)療設(shè)備正不斷改進(jìn)數(shù)以百萬計(jì)患者的醫(yī)療保健條件。德州儀器MCU市場拓展經(jīng)理吳翔表示：“諸如血糖監(jiān)測(cè)儀、心率檢測(cè)儀、可吞咽胃腸(GI)道檢測(cè)儀以及止痛植入物等眾多設(shè)備都在不斷提升慢性或急性疾病患者的生活質(zhì)量。再比如便攜式自動(dòng)除顫器可以挽救急病患者的生命、運(yùn)動(dòng)手表不僅能夠無線記錄用戶的心率、測(cè)量距離、進(jìn)行腳步計(jì)數(shù)，而且還可實(shí)現(xiàn)能最大限度發(fā)揮有氧訓(xùn)練優(yōu)勢(shì)的其它功能?！蔽磥韼啄曛校€會(huì)出現(xiàn)更多能顯著改善醫(yī)療實(shí)施及其效果的創(chuàng)新型醫(yī)療應(yīng)用產(chǎn)品。

在中國的電子醫(yī)療設(shè)備市場中，最具發(fā)展前景的領(lǐng)域是各種家用設(shè)備，包括診斷設(shè)備、給藥設(shè)備和健康管理設(shè)備。那些支持家庭醫(yī)療保健的便攜設(shè)備尤為重要，因?yàn)槔夏耆思盎颊呖梢岳眠@些設(shè)備來監(jiān)視和管理自己的健康狀況。這樣，減輕了醫(yī)療保健專業(yè)人員的工作負(fù)擔(dān)，從而使他們有時(shí)間專注于可能在社區(qū)醫(yī)療中心中遇到的更為嚴(yán)重的醫(yī)療問題。面向老年人的主要診斷設(shè)備包括血糖儀、血壓計(jì)、數(shù)字體溫計(jì)和體重秤等。

Microchip醫(yī)療產(chǎn)品部技術(shù)營銷經(jīng)理Marten L. Smith

家庭給藥具有廣泛的應(yīng)用范圍。簡單來說，給藥設(shè)備可以提醒人們按時(shí)吃藥。更復(fù)雜的給藥系統(tǒng)例如自動(dòng)胰島素輸液泵，可確保全天的劑量得到控制。健康管理系統(tǒng)可以是從基于智能手機(jī)的應(yīng)用程序到專用的家庭健康終端的任何系統(tǒng)。借助這些系統(tǒng)，人們可以監(jiān)視和跟蹤許多健康參數(shù)，以警惕任何可能預(yù)示出現(xiàn)問題的變化。

“對(duì)于任何醫(yī)療設(shè)備來說，最重要的要求之一是能夠讓老年人安全方便地使用。”Microchip醫(yī)療產(chǎn)品部技術(shù)營銷經(jīng)理Marten L. Smith表示,“例如，改進(jìn)很多老年人便攜式醫(yī)療電子設(shè)備，使之具有更加友好的用戶界面。無位移觸摸按鈕、接近檢測(cè)器和觸摸屏使醫(yī)療設(shè)備更容易被老年人使用，同時(shí)降低了出現(xiàn)用戶錯(cuò)誤和安全問題的可能性, 用Microchip的mTouch技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些功能。”由于這些優(yōu)勢(shì)越來越廣為人知，醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員越來越關(guān)注這類人性化因素的工程設(shè)計(jì)。

圖2：Microchip的接近式觸摸傳感解決方案

便攜醫(yī)療給半導(dǎo)體行業(yè)帶來的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

雖然工程設(shè)計(jì)無外乎是在相對(duì)立的功能、規(guī)范以及空間限制條件之間進(jìn)行取舍，但是這種平衡取舍在便攜式醫(yī)療領(lǐng)域往往非常棘手，也給傳統(tǒng)半導(dǎo)體企業(yè)帶來了挑戰(zhàn)。

醫(yī)療市場的相關(guān)需求往往很難協(xié)調(diào)，如小尺寸與高功能性、低功耗與高性能模擬，以及超長電池使用壽命與高處理能力等。其次，個(gè)人保健醫(yī)療用品正朝著多功能化方向發(fā)展，未來集多種功能于一體的醫(yī)療電子產(chǎn)品將越來越受到市場青睞。“客戶都希望芯片供應(yīng)商能提供更高集成度、更高性價(jià)比、低功耗的解決方案和產(chǎn)品。”對(duì)此德州儀器的吳翔說到，“TI的MSP430F4、F6系列因具備上述特點(diǎn)而大量應(yīng)用于便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品，目前已有的應(yīng)用包括便攜式血糖儀、便攜式血氧測(cè)量儀器、便攜式心電儀器、便攜式血壓儀以及便攜式數(shù)字溫度計(jì)等多種應(yīng)用。”

所有便攜式產(chǎn)品都需要采用低功耗微處理器來接收用戶或操作員的指令，并提供讀數(shù)與狀態(tài)更新。由于幾乎所有此類產(chǎn)品都依靠電池運(yùn)行，因而不斷延長電池使用壽命成為需要重點(diǎn)考慮的事項(xiàng)。盡管這些產(chǎn)品在電池使用壽命需求方面各有不同，不過一般電池更換間隔在2~10年之間。另外，這些受空間限制的產(chǎn)品通常需要采用高度集成的模擬組件，以便將信號(hào)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換至能夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理和譯碼的數(shù)字域。例如合適的系統(tǒng)側(cè)電量監(jiān)測(cè)計(jì)，就能準(zhǔn)確報(bào)告剩余電池容量、充電狀態(tài)以及電池電壓，從而可將便攜式醫(yī)療設(shè)備(如可穿戴健康監(jiān)控設(shè)備)的電池使用壽命延長50%甚至更長。

“醫(yī)療超聲系統(tǒng)對(duì)模擬前端的接收電路也提出了更高的要求。如何根據(jù)系統(tǒng)對(duì)模擬前端的要求，從系統(tǒng)層面對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，集成LNA、VCA、PGA，降低外界信號(hào)干擾，提高系統(tǒng)性能，從而更好的滿足系統(tǒng)需求，”吳翔表示：“這也是芯片制造商一直面對(duì)的挑戰(zhàn)。在超聲波系統(tǒng)領(lǐng)域，TI全面集成的模擬前端AFE58xx系列便解決了上述問題，幫助制造商節(jié)省系統(tǒng)成本，促進(jìn)新技術(shù)的形成?！?

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圖3：用于超聲波的8通道模擬前端TI AFE5804

NFC在一些便攜式的醫(yī)療設(shè)備上也有越來越多的應(yīng)用，其中一個(gè)最大的用處就是它可以把便攜式設(shè)備醫(yī)療的一些數(shù)據(jù)記錄通過NFC傳遞給手機(jī)。因?yàn)槭謾C(jī)本身處理能力非常強(qiáng)大，可以幫助便攜式醫(yī)療設(shè)備做更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。NFC在這種應(yīng)用上也提供了一個(gè)非常低成本、無線數(shù)據(jù)傳輸通道。

便攜醫(yī)療方案與移動(dòng)終端結(jié)合

規(guī)劃和發(fā)展中國的社會(huì)醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施必須十分謹(jǐn)慎，因?yàn)獒t(yī)療保健的需求和開銷在不斷增長。對(duì)社區(qū)醫(yī)療中心以及農(nóng)村醫(yī)療機(jī)構(gòu)的醫(yī)療設(shè)備需求進(jìn)行規(guī)劃是關(guān)注重點(diǎn)。

例如，中國農(nóng)村的衛(wèi)生所和小型醫(yī)療中心可能需要將患者的診斷數(shù)據(jù)發(fā)送到附近城市的大型醫(yī)療中心。合作專家隨后可評(píng)審這些數(shù)據(jù)以進(jìn)行準(zhǔn)確診斷和及時(shí)治療。這種情況下所使用的醫(yī)療設(shè)備應(yīng)該能利用現(xiàn)有技術(shù)，如智能手機(jī)和平板電腦。能夠與基于Apple iOS或Android智能手機(jī)的設(shè)備連接的血壓監(jiān)測(cè)儀或便攜式心電圖機(jī)等設(shè)備會(huì)非常實(shí)用且具有成本效益。數(shù)據(jù)可通過現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，這只需要對(duì)農(nóng)村醫(yī)療中心或小型衛(wèi)生所的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行極少的投資。

對(duì)于上述情形，Smith覺得便攜式醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員所面臨的挑戰(zhàn)是：“快速方便地開發(fā)能與Apple iOS或Android智能手機(jī)技術(shù)正確配合的設(shè)計(jì)，所需的硬件開發(fā)系統(tǒng)還應(yīng)具有穩(wěn)定和成熟的軟件庫，以設(shè)計(jì)基于iPhone或Android的設(shè)備。”Microchip可為中國的醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員提供這些穩(wěn)定的開發(fā)工具和技術(shù)支持。這樣，中國制造商便能夠快速方便地將基于智能手機(jī)的新型醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)投入生產(chǎn)，使得他們有機(jī)會(huì)為中國正在致力于實(shí)現(xiàn)的國家醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施做出貢獻(xiàn)。

在大型社區(qū)醫(yī)療中心，便攜式醫(yī)療設(shè)備通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)方式相互通信或與其他設(shè)備進(jìn)行通信正變得越來越普遍。只要存在通信鏈路，數(shù)據(jù)就有可能被未授權(quán)的第三方攔截。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是敏感的醫(yī)療信息，上述情況顯然是不可接受的。另一個(gè)問題是醫(yī)療專業(yè)人員和患者所共有的顧慮，即未授權(quán)的人員是否會(huì)通過“黑客”的方式來控制能拯救生命的醫(yī)療設(shè)備。在繁忙的大型城市醫(yī)療中心，這類事件可能是災(zāi)難性的。

Smith表示，可以通過KEELOQ高級(jí)跳碼技術(shù)等加密算法保障數(shù)據(jù)在傳輸過程中無法被未授權(quán)的接收者讀取，從而保護(hù)數(shù)據(jù)。當(dāng)所連接的醫(yī)療設(shè)備的MCU編程中包含安全加密時(shí)，數(shù)據(jù)鏈中的每條鏈路都可得到保護(hù)。這種安全性可增加用戶對(duì)系統(tǒng)的信任。對(duì)系統(tǒng)的信任增加后，醫(yī)療專業(yè)人員可專注于治療患者，而不必?fù)?dān)心發(fā)生災(zāi)難性情形。