无处不智能，下一代医疗电子的新趋势

文章来源：东方医疗器械网

关键词：医疗电子

      老龄化的快速发展，对医疗行业形成巨大压力。中国正进入老龄化社会，预计2013年老年人口数量将突破2亿大关，达到2.02亿，老龄化水平达到 14.8%。根据全国老龄工作委员会预测，2010年到2050年，中国老年人就诊次数将由12.4亿人次增到33.5亿人次。然而面对人们与日俱增的医疗需求，国内医疗资源分布不均，资源不足的矛盾短期内难以改变。如何在现有资源配置下，尽量满足人们医疗需求，成为重要问题。

       医疗信息化建设，成为改革的重要手段和支撑。在医疗需求带动和政策扶持下，随着信息技术的发展，物联网、云计算及移动互联网等新一代信息技术在医疗领域的应用逐渐由幕后走到台前，越来越多医疗机构开始关注部署新一代信息技术。2013年，在甘肃定西市安定区的香泉镇中庄村，由甘肃省卫生厅、甘肃省人民医院和GE医疗集团共同建立的基础医疗范畴内的远程医疗试点项目正式开通。

       移动医疗、个人保健、远程监护等新兴医疗照护需求驱动着医疗电子市场快速发展。在2013年9月英特尔信息技术峰会(Intel Developer Forum，简称IDF)开幕式上，英特尔公司新任CEO科再奇(Brian Krzanich)指出，从数据中心到平板电脑、手机和可穿戴等超移动设备，计算产业各领域正在经历一场激动人心、甚至改变游戏规则的变革。

       英特尔公司总裁詹睿妮也表示：“我们为数十亿智能设备提供计算能力，与之相比，我们所做的其他工作难度更大：即开发能将数据转化为智慧的强大计算解决方案，并寻找解决类似癌症等世界上最复杂问题的答案。我们迄今所看到的只是冰山一角，英特尔技术将在助力医疗、教育以及世界的可持续发展方面，找到广阔用武之地。”

       詹睿妮还举例说明了计算力如何改变医疗这一全球最大的经济部门。英特尔与俄勒冈医科大学奈特癌症研究所正展开项目合作，旨在降低分析人类基因图谱以及创建可多维搜索的DNA地图所需的成本和时间。“在现代医学中，关于医疗的计算技术第一次变得同生物学一样重要，”詹睿妮指出。“在一个可以接受的价格点上，我们所提供的计算力越强，所拯救的生命就会越多!”

       技术进步驱动医疗电子智能化

       随着整体科技水平的不断进步，尤其是电子科技的发展，使得电子医疗产品的智能化已不再是梦想。从技术层面而言，传感器技术，模拟及混合信号处理技术，无线传输以及数据处理技术必将是智能医疗的重要核心技术。

       ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜认为，从某种意义上来讲，医疗设备尤其是电子医疗设备其主要解决的是两个主要方面的问题，即医生(或操作者)和患者(或使用者)问题。如果某一设备能简化或自动完成某些使用过程中的环节，即可理解为智能化的体现。当然，至于智能化到什么程度就要依赖于技术的发展和具体的应用场景。

       王胜表示，就其前景而言，智能化必然是医疗电子领域的发展方向之一。例如，随着传感技术及电子芯片元器件技术和产品的发展，使得对生命体征信号的采集质量越来高，这也使得在某些条件满足的情况下，医疗设备本身可以智能化地判断或初步诊断以及给出预警的结果或提示，甚至对于治疗，作息以及饮食等给出具体建议等。

       在Exar高性能模拟产品应用工程副总裁Craig Swing看来，诸如智能医疗类的电子系统，简单来说，需要两类电子元件：模拟以及数字。当然，这一趋势总将整个系统放在单一芯片上(SoC)，但事实是从定义上医疗系统必须是人类接口。Craig Swing认为，人类接口从本质上是模拟的，因此有一个大问题是：“在成本约束下，单一芯片上放置系统，数字处理技术和电路结构与人类接口的联接是否足够精确?”答案当然不是唯一的。当答案为肯定时，SoC就简单地变成一项应用特定标准产品和提供低性能、小尺寸、商品级的产品。这类产品的问题是他们拥有相对较短的使用期限，所以鉴于投资回报风险，SoC开发比较困难。

       针对更高性能医疗电子系统，人们能看到一些对联接人类和计算数字/智能设备的高精度(低频率)、高频率(低精度)和低噪音模拟元件的需求。通常，在传感器输出、医疗设备输出以及针对系统创建适当的电源形式时会需要模拟元件，该类模拟元件最终与人类经验接口，成为对系统运作非常必要的 “关键任务”和“必须拥有”的器件。

       Craig Swing表示，人们也可以将核心“关键任务”模拟电子元件视为两类：高精度(低频率)和高频率(低精度)。例如，一个便携式电有氧运动图机通常需要极低的偏移、可变增益((1<增益值<10,000)、精度高(低频率)仪表放大器(如Exar的CLC1200)与传感垫相连。此外，对于一个便携式超声机，高频率极低噪声放大器(如Exar的CLC1001)需要放大的信号探针。因此，便携式心电图和超声是快速增长的新业务机会。

       尽管医疗电子市场对不同类型的元件有不同的要求，但元件通常应符合以下几项基本要求：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) 可在不同环境中使用，如高温差环境、不同气压地区如高海拔地区。TDK集团成员爱普科斯有限公司医疗及光电电子应用销售经理廖伟?指出，核心电子元件领域中的新商机包括与手机和互联网联系的相关元件，例如各类传感器以及各类无线元件如Wi-Fi、蓝牙模块等无线元件。

       新型医疗带来新的商业机会

       医疗电子的进步，本质上是电子技术随着人们对于健康需求的提高而产生的。随着个体对于医疗保健需求的差异化，对医疗设备的设计工作以及配套电子元器件提出了新的要求，但同时也是新的机遇。诸如要求更高的可靠性、非侵入式设计、无线遥测等。村田(中国)投资有限公司技术市场部市场经理邓绍能表示，对于提供核心电子元器件的村田来说，这些高可靠性的需求将会是未来新的商业机会。

       随着用于移动医疗、个人保健、远程监护的便携式医疗设备的越发普及，电源管理变得尤为重要。邓绍能介绍，村田密切关注医疗电子技术的无线化趋势，并积极推出针对性的方案与服务。除了传统的无线通信模块等优势产品，村田还向客户介绍诸如小型化的电源管理模块，可以更好的帮助设备节约功耗。利用村田独有的传感器技术，可以实现对环境的感知从而对电源的开关自动控制。

       此外，村田还同时提供极具竞争力的传感器技术与无线技术组合的方案。邓绍能表示，村田的传感器技术不仅仅指传统的陶瓷压电传感器，更涵盖了MEMS传感器和半导体传感器等新兴传感器技术。而与无线技术的结合，将极大提升移动医疗设备的智能化水平。

       来自TDK的廖伟?就分析，根据其他国家和地区的应用来看，遥距、移动医疗主要包括两种应用：一是采集患者生命体征信息以实施监控; 二是用于遥距互动式的医疗咨询或会议。“相对而言，我们更偏重于前者，尤其是便携设备。”廖伟?介绍，TDK集团提供适合该市场的爱普科斯(EPCOS) 测温微型NTC、用于静电防护的SMD多层压敏电阻、压力传感器 (如C33 芯片 ) 和低功耗蓝牙模块。

       爱普科斯(EPCOS)产品以优质和高可靠性闻名，而且绝大多数都通过了汽车生产行业要求的认证，同时也是无线通信的主要供应商。廖伟?强调，与竞争对手产品相比，其MEMS压力传感器更精确、更坚固稳健、温度特性也更加稳定。TDK的新型低功耗蓝牙模块PAN-CC2541F256 采用SESUB技术嵌入“德州仪器”芯片CC2541，其大小仅为4.6mm x 5.6mm，迎合了要求轻质和小尺寸的市场趋势。据介绍，这款先进产品专用于安装空间极为有限的便携设备。作为领先的无源元件制造商，EPCOS还提供极其广泛的标准元件及定制解决方案产品，为绝大多数医疗客户提供一站式采购服务，满足其对产品的小批量、多元化要求。

       作为专注于工业、通信和数据中心应用的企业，Exar提供在系统内围绕数字计算设备的“关键任务”模拟和数字元件。Craig Swing表示，模拟方面，Exar提供独一无二的模拟高精度解决方案，其中专利生产激光技术可以减少抵消错误达到最佳水平(如CLC1200);关于超低噪音，芯片CLC1001(超声应用所需)理论噪音水平相当于27个欧姆电阻的热噪声;在关于PCB实现上，使用和部署极高性能模拟元件还需要专业的技术支持，现场应用工程支持在布局，系统内元件性能评估以及其如何影响整个成品的性能方面至为关键。此外，Exar还提供宽泛的电源产品，简单的和编程的，让用户扩展PCB电路能力，最终为成品性能提供更多的特性。

       Exar也提供医疗设备需要的全方位的联接UART(通用异步接收发送器)产品，用于传输和接收数字信息到各种来源(如PCI总线,USB、以太网、GPIO等)。Craig Swing表示，针对模拟接口元件，设计师必须锁定影响成品的最终设定性能水平的一些基本参数。Exar的目标是与设计者合作，帮助他们确定几个关键模拟元件性能参数，以设定成品性能，从而为满足这些需求匹配最优的元件。进一步在PCB级别上部署该元件，其中可能包括各种解耦和过滤/增益选项，为设计者提供最大性能。

       凭借在模拟和混合信处理方面的专长，在医疗电子领域中，ADI一直致力于提供具有差异化及竞争优势的IC产品。穿戴式的应用产品已不再是停留在“被谈及”的层面，目前在例如监护类产品，运动类装备(如腕表，鞋类)以及助听类产品等领域已经有越来越多的实际商用产品出现。而在这些热门领域，ADI均积极参与其中，推出了一系列适合穿戴式医疗需求的半导体产品。

       在监护类产品领域，ADI近期针对各类生命体征监护应用推出了一款低功耗、单导联、心率监护仪模拟前端(AFE) AD8232，专为满足新兴的健身设备、便携式/佩戴式监控设备和远程健康监护设备的ECG信号调理要求而设计。王胜介绍，与竞争解决方案相比，AD8232 AFE的尺寸缩小50%，功耗降低多达20%。通过模拟输出，AD8232可与分立式ADC配对，或与具有嵌入式ADC的微控制器配对，为系统设计人员提供了灵活性，将健身和医疗监护的价值和性能提升到一个新的水平。

       跌倒检测器是典型的运动监测设备，在人口老龄化现象越来越凸显的今天获得了广泛的应用。对于目前市场上常见的老人手机或其他穿戴医疗电子设备，多数带有监测老人跌倒状况的功能，如果监测到跌倒会自动发送信息通知急救中心或老人的儿女。对于这种产品，总是希望产品的工作时间越长越好。这就需要一颗极低功耗的运动监测产品来解决这个问题。王胜介绍，ADI突破性的超低功耗3轴数字MEMS产品ADXL362，在运动检测唤醒模式下功耗仅为 300 nA，与最接近的竞争传感器相比，相同模式下的功耗低60%。在全速测量模式下，数据速率为100 Hz时，ADXL362的功耗为2 μA，比相同频率下工作的竞争MEMS加速度计低80%。当配备唤醒状态输出引脚时，运动传感器可绕过处理器即时触发启动系统功能的开关，从而进一步降低系统功耗。这些超低功耗的特征是此类运动监测设备的理想解决方案。

       此外，ADI将继续对MEMS技术和产品的投入，推出更高性能更高集成度及更低功耗的产品，希望在助听类产品市场占领更高的市场份额。在高集成度的小体积低功耗的微处理器方案方面，ADI新近推出的基于M3核的ADuCM360/1 系列产品，也将在此类佩戴健康保健类产品中大有作为。

       庞大市场培育本土创新能力

       随着中国本土设计能力的提升，以及国际医疗设备巨头加快向中国迁移设计团队，越来越多的高端医疗设备打上了“Design in China”的标签。但不得不承认，代表着技术前沿的高端大功率设备如医疗影像设备等，国外医疗设备巨头依旧掌控着市场主导权，国内企业依旧有很大的提升空间。但在中端的临床设备，国内企业已经逐渐成长为市场的主流力量，不论技术还是可靠性都可以媲美传统海外医疗设备供应商。而在低端的个人保健类消费类产品领域，本土企业已经占据明显的市场优势。

       按照约定俗成，目前中国国内的医疗设备市场被分为三类：1) 高端大功率设备，2) 各类医院或临床设备，3) 个人医疗保健设备。邓绍能指出，中国有着世界上最大的人口基数和新兴的受教育人群，对于医疗保健的需求是日益高涨，因此这三类设备在中国市场总体上依然是高速发展以满足市场的需求。

       但这三个类别却有着显著不同的价格和性能要求。大功率设备的运行速度远远低于个人医疗保健产品，它们主要关心高性能，真正的功率需求和价格在这不是问题。在此情况下，最终产品性能是最重要的，因此通常由传感器来设置，模拟信号路径解析，实际信号路径元件则只占成品总BOM中极小的一部分。但这仅仅适用于大功率设备、中档医院和临床设备产品，相对来讲，低端个人医疗保健产品的需求则是恰恰相反。

       Craig Swing表示，电子元件不仅设定最终产品性能，它们还是总BOM成本的重要组成部分。鉴于此，低端个人医疗保健消费品更多依赖于通过低成本、较低性能的数字流程下生产的SoC解决方案;而大功率、中档设备通常在同一PCB BOM上使用多个高性能模拟和数字技术和流程。

       廖伟?分析指出：目前CT和MRI等高端大功率产品并非中国本地研发机构的优势所在，即使那些在中国设立了大型生产设施的大型跨国企业也只是开始了一些非关键性部件的本地研发和应用支持，大多数国内制造商仍然依靠国外提供关键技术和元件;而中端的各类医院的临床设备，包括患者监视器、超声分析仪、生化分析仪和X光机等，本地制造商能够运用自有技术开发和生产设备，甚至远销海外;本土化最成功的是个人医疗保健设备，包括血压计和血糖仪等。本地市场焦点主要集中于个人消费者产品，大部分的产品都是已经实现完全本地设计。由于进入门槛低，低成本的国内产品占据了大部分市场份额。