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隨著科技的進(jìn)步和人們對于醫(yī)療保健的意識不斷增強(qiáng)，全球醫(yī)療電子特別是中國這一巨大市場正爆發(fā)出誘人的發(fā)展前景，不少領(lǐng)先半導(dǎo)體廠商正積極將其納入重點關(guān)注的領(lǐng)域。市場調(diào)研公司Databeans指出，2005年用于醫(yī)療電子的半導(dǎo)體市場超過20億美元，預(yù)計未來五年里該市場將以11%的復(fù)合年增率增長，2010年將超過35億美元。 醫(yī)療電子產(chǎn)品已從醫(yī)院檢驗科步入家庭 而傳統(tǒng)的醫(yī)療手段和診斷設(shè)備已不能滿足市場需求，醫(yī)療逐漸走出醫(yī)院走向家庭，一些便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品已經(jīng)興起，常常出現(xiàn)于電影、科幻小說里的手持或便攜式醫(yī)療設(shè)備已經(jīng)開始真真切切地走進(jìn)我們的生活。虛擬醫(yī)院和遠(yuǎn)程醫(yī)療等的建立亦不再是構(gòu)想，健康監(jiān)護(hù)設(shè)備使病人在家中就可完成日常檢查或監(jiān)測，而不必專門跑到醫(yī)院或醫(yī)療診所。 便攜醫(yī)療電子設(shè)備市場目前已經(jīng)在以兩位數(shù)的速度增長，這一趨勢今后還將繼續(xù)。便攜式醫(yī)療電子設(shè)備主要分為診斷設(shè)備、給藥設(shè)備、個人護(hù)理產(chǎn)品和影像系統(tǒng)這四大應(yīng)用部分，包括膽固醇、血液情況、血壓檢測、葡萄糖計、脈沖血氧量儀、AED、胰島素注射筆、數(shù)字助聽器、CT掃描儀以及X射線探測儀等產(chǎn)品。其中，預(yù)計家庭診斷市場將占50%左右，在剩下的50%中，影像產(chǎn)品占25%，其它診斷或治療電子產(chǎn)品占25%。“目前半導(dǎo)體銷售額較大的醫(yī)療電子產(chǎn)品領(lǐng)域包括血糖計、超聲設(shè)備和數(shù)字溫度計。”Databeans公司表示，“這些應(yīng)用帶動了市場對于精密放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、模擬電源管理和ASIC的需求。” 將手機(jī)設(shè)計思想融入便攜醫(yī)療電子 小型化成為便攜醫(yī)療電子的首要要求。同時，高集成度以及低功耗也是產(chǎn)品的關(guān)鍵，精度和一致性也是這類產(chǎn)品獲得市場的重要因素。為了滿足上述要求，半導(dǎo)體供應(yīng)商開始應(yīng)用技術(shù)上日新月異手機(jī)設(shè)計思想，通過創(chuàng)建相對統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和外形尺寸，使便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品的可用性及易用性大大提高。可供借鑒的設(shè)計思想包括I/O標(biāo)準(zhǔn)、USB端口的優(yōu)點、ESD保護(hù)的耐久性、使用高集成度的FPGA和ASIC來提高功能性并減少周邊元件以及簡易的芯片組平臺解決方案等。 飛兆半導(dǎo)體公司技術(shù)行銷部總監(jiān)黃廣賢十分倡導(dǎo)這一思想，他說：“集成化是未來便攜式醫(yī)療設(shè)備的關(guān)鍵特性，希望手機(jī)的突破性進(jìn)展能夠?qū)嵤┰诒銛y式醫(yī)療設(shè)備中，比如采用帶有多個附件插頭的核心手持式設(shè)備以監(jiān)控血糖、溫度和血壓等。”他表示，飛兆帶有USB功能的所有產(chǎn)品均適用于便攜式醫(yī)療設(shè)備，包括從USB收發(fā)器到USB模擬開關(guān)產(chǎn)品，并具有低功耗和超小型封裝體積的優(yōu)勢。全新超便攜式視頻濾波器能夠?qū)⑹殖衷O(shè)備的視頻內(nèi)容輸出到TV屏幕，可用于重播醫(yī)療報告和說明。另外，該公司uSerDes產(chǎn)品系列是適合類似于手機(jī)的翻蓋顯示功能應(yīng)用的理想選擇，LVDS中繼器和收發(fā)器經(jīng)常用于差分傳感器和高速計時。 “在未來，便攜式醫(yī)療設(shè)備很可能會借助成功的I/O標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)勢，比如USB和可能應(yīng)用于信息下載的WiFi和/或藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)。”黃廣賢繼續(xù)表示。 同樣，美信新推出的系列產(chǎn)品MAX1358/1359/1360、MAX1329/1330/1331都是高度集成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，內(nèi)部包含了信號調(diào)理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、實時時鐘、用戶接口、電源管理以及系統(tǒng)支持。這些器件與MAXQ2000等微控制器配合使用，可構(gòu)成完整的解決方案，在主電池電壓低至1.8V時仍能保持正常工作。“血糖測量是此類器件的典型應(yīng)用之一。”該公司負(fù)責(zé)醫(yī)療應(yīng)用的戰(zhàn)略計劃及產(chǎn)品定義經(jīng)理John Di Cristina表示。 為了滿足醫(yī)療應(yīng)用對高精度器件的需求，TI也推出了一系列的模擬產(chǎn)品，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口集成電路、運(yùn)算放大器和電源等。其中，ADS8372是業(yè)界最高線性度的16位逐次逼近ADC。該器件能夠在-40℃至+85℃的整個工業(yè)溫度范圍內(nèi)提供多種卓越特性，如16位無丟失碼性能、600kSPS 數(shù)據(jù)速率，小于0.75LSB(最大值)的積分非線性(INL)和小于0.5LSB(最大值)的差分非線性度(DNL)。該器件適用于各種先進(jìn)的實時應(yīng)用，如醫(yī)療影像、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。 而OPA365是一款高精度運(yùn)算放大器，該器件采用創(chuàng)新的零交越、單輸入架構(gòu)，從而實現(xiàn)無跳變軌至軌性能。OPA365具有超低失真(僅為0.0006%THD+N)、極低噪聲(4.5nV/rtHz)、50MHz增益帶寬，因而適用于多種的單電源應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)采集、測試測量及便攜式醫(yī)療系統(tǒng)等。 隨著醫(yī)療設(shè)備繼續(xù)向小型化方向發(fā)展，低功耗也變得越來越重要。老牌ASIC供應(yīng)商奧地利微電子(Austria Microsystems)強(qiáng)調(diào)其在超低功耗和低電壓設(shè)計的專業(yè)技術(shù)以及低成本方面的優(yōu)勢。該公司全球高級銷售副總裁Carlo Rebughini聲稱：“我們的戰(zhàn)略重點在于向便攜醫(yī)療保健和醫(yī)療影像市場提供定制低功率IC解決方案。同時，由于擁有15年以上為醫(yī)療設(shè)備設(shè)計與制造混合信號ASIC的專門經(jīng)驗，我們獲得了世界級的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，并能夠提供大批量生產(chǎn)和可靠的長期供應(yīng)。” Rebughini：預(yù)計對病人健康狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)控將顯著增長。 舉例來說，該公司面向心率監(jiān)視儀產(chǎn)品推出5.6kHz接收器ASIC，帶有低噪聲輸入放大器(60nV/sqrt-Hz)和6位Flash ADC，32kS/s @ 15RA電流，內(nèi)置32kHz晶體振蕩器，工作電流為0.5μA。同時，對于葡萄糖計產(chǎn)品提供精確的血糖監(jiān)控ASIC的解決方案，由于集成了傳感器前端和電源管理部分，外部元件數(shù)量大幅減少，待機(jī)電流為0.8μA，0-40℃溫度范圍內(nèi)的溫度漂移為±25ppm/K。此外，該公司還推出吸入器劑量計數(shù)器ASIC，采取超低功耗設(shè)計，待機(jī)消耗電流為0.33μA，工作電流消耗為1.0RA。 值得一提的是，奧地利微電子為CT掃描儀和X射線探測儀這類醫(yī)療影像產(chǎn)品提供了高性能的ASIC解決方案。為前者推出的CT光學(xué)接口ASIC每個通道的功耗是8mW，也采用超低溫度漂移(典型漂移為4ppm/K)設(shè)計，以及特殊pad結(jié)構(gòu)，從而可以探測小于200fA@50℃(ESD得到驗證)的光電二極管電流。為后者推出電荷敏感的讀出放大器，能夠同時(并行)讀出與面板線的120個像素對應(yīng)的電荷以及120個模擬存儲電壓的復(fù)雜多路利用，是高線性度、超低噪聲產(chǎn)品的典范。 為滿足便攜醫(yī)療電子類似于手機(jī)或消費電子一樣對于超低功耗的需求，卓聯(lián)(Zarlink)公司在去年就推出了ZL70100超低功耗無線收發(fā)器芯片。該器件完全滿足FCC和ETSI制定的MICS標(biāo)準(zhǔn)。該公司超低功耗通信部市場營銷總監(jiān)Peter Putnam稱：“至今仍然沒有其它同類商業(yè)化芯片能夠達(dá)到ZL70100收發(fā)器所提供的高數(shù)據(jù)速率、超低功耗性能以及高集成度水平。” Putnam：未來醫(yī)療設(shè)備將會進(jìn)一步集成無線通信功能。 他解釋說，卓聯(lián)公司的超低功耗射頻技術(shù)能夠支持兩米范圍內(nèi)高速500kb/s數(shù)據(jù)傳輸。與此相比，先前的植入式通信系統(tǒng)需要依賴體內(nèi)設(shè)備線圈和基站間的磁場耦合，工作距離僅有10厘米范圍，數(shù)據(jù)傳輸速率僅幾十kb/s。“不久，我們還將推出性能更高的第二代器件。該技術(shù)的應(yīng)用范圍包括植入式起搏器、除顫器、神經(jīng)刺激器、血糖傳感器和埋植式藥泵。”他繼續(xù)說。 飛思卡爾則將便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品面臨的需求歸納為：需要符合食品及藥物管理局監(jiān)管要求；更簡單的用戶界面；重量輕、功耗低；以及長壽命周期。該公司的解決方案是提供具備傳感、控制和通訊能力的簡單平臺，通訊部分可以包括RF收發(fā)器以改善便攜性和簡化操作，以滿足醫(yī)療設(shè)備的要求。其簡單芯片組能夠以合理的成本處理來自傳感器的信息，需要的微控制器可以是目前市場上具有ADC的任何數(shù)量8位通用微控制器，然后把信息發(fā)送到低功耗收發(fā)器，而所需內(nèi)存是由無線收發(fā)器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)決定的。另外，微控制器和收發(fā)器可以組合成一個單一的封裝，以形成更緊湊和更有效率的解決方案。 此外，傳感器是用于監(jiān)測病人狀況的接觸點。飛思卡爾還擁有基于半導(dǎo)體的多種壓力和加速度傳感器，為醫(yī)療保健病人提供關(guān)鍵的診斷、保健和監(jiān)控。其中微型壓力傳感器封裝適合于子模塊元件或者一次性產(chǎn)品，可以使系統(tǒng)設(shè)計具有很大的靈活性。典型應(yīng)用包括無創(chuàng)和有創(chuàng)血壓監(jiān)測、醫(yī)院和重癥病房、病人監(jiān)測系統(tǒng)、肺活量計和呼吸治療設(shè)備、理療設(shè)備、透析系統(tǒng)和給藥等。 無線通信技術(shù)將引領(lǐng)下一代應(yīng)用浪潮 未來，人們對于新型的介入少而且對患者更加友好的監(jiān)測和治療方式的需求將更為迫切，從而提高患者生活質(zhì)量，遠(yuǎn)程醫(yī)療將日益普及。例如，帶有無線功能的起搏器能夠同時將患者和設(shè)備信息數(shù)據(jù)傳回醫(yī)生的辦公室。同樣的無線技術(shù)還可用于體外以及體內(nèi)傳感器和植入式醫(yī)療器件，構(gòu)成一個體域網(wǎng)(BAN)，并且可以通過刺激肌肉和神經(jīng)讓中風(fēng)患者重新獲得一定的運(yùn)動能力。 供應(yīng)商們一致認(rèn)為，實現(xiàn)這些理想模式的途徑是無線通信技術(shù)。飛兆的黃廣賢表示：“無線技術(shù)將為醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展開拓新天地，以實現(xiàn)患者和醫(yī)生之間不間斷的重要數(shù)據(jù)通信交流，如溫度、心跳等。不論患者是在家中還是醫(yī)院，醫(yī)生只需查看網(wǎng)站，即可了解患者的狀況。” 卓聯(lián)的Putnam也持同樣看法：“未來醫(yī)療設(shè)備將會進(jìn)一步集成無線通信功能，既可作為監(jiān)測工具，還可支持新的治療形式。現(xiàn)在，植入大腦中的醫(yī)療器件/芯片已經(jīng)用于治療某些病癥，如帕金森氏癥。目前正在研究采用同樣的技術(shù)來治療其它疾病，如憂郁、肥胖甚至成癮性疾病。” 他同時指出，植入式醫(yī)療器件對于器件/芯片供應(yīng)商也提出了幾個關(guān)鍵需求。第一，要使醫(yī)療設(shè)備/器件體積不斷變小，并且介入程度越少越好。在助聽器設(shè)計中，這一點體現(xiàn)得特別明顯，無論是耳道內(nèi)還是掛耳式助聽器都幾乎小得看不到。這對于植入式醫(yī)療器件也同樣適用。第二，保持電池工作時間是關(guān)鍵，并且隨著集成的功能越來越強(qiáng)，這種挑戰(zhàn)性也越來越大。例如，起搏器中集成的無線功能模塊不能消耗太大的電池功率。據(jù)估計，典型起搏器的電池壽命平均為10年，卓聯(lián)MICS芯片消耗的功率對電池工作時間的影響小于1%(或約一個月)。 “超低功耗設(shè)計對此非常關(guān)鍵。”Putnam強(qiáng)調(diào)說，“與此同時，醫(yī)療植入式通信服務(wù)(MICS)402～405MHz頻段也在全球范圍內(nèi)被廣泛接受。這些都為高級遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用打開了大門，可以將患者健康監(jiān)測服務(wù)擴(kuò)展到傳統(tǒng)診所以外。這兩點對于設(shè)計新設(shè)備和治療方法非常關(guān)鍵。” 而對于未來便攜式醫(yī)療電子的技術(shù)發(fā)展，Putnam坦承：“做出預(yù)測是非常困難的。僅僅數(shù)年前，穿過體內(nèi)的藥丸式相機(jī)在通過體內(nèi)時將圖像傳給醫(yī)生還完全是科幻小說的主題。今天，這一技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)實并投入了實際應(yīng)用。如果一定要預(yù)測的話，我相信用于家庭監(jiān)護(hù)的帶無線功能的植入式醫(yī)療器件將會變得非常普遍，而且這些技術(shù)也將變得更加智能化。” 例如，植入起搏器的患者將通過家庭中的基站連接到常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)(如電話或因特網(wǎng))，并定期將起搏器性能和患者健康數(shù)據(jù)傳輸?shù)结t(yī)護(hù)中心。盡管目前已經(jīng)有類似的網(wǎng)絡(luò)，但未來家庭中的基站可能會變成某種更為便攜的設(shè)備，可以由患者方便地攜帶，甚至穿在身上。 今天，一些醫(yī)療設(shè)備設(shè)計人員已經(jīng)在考慮將緊急反應(yīng)系統(tǒng)集成到植入式起搏器中的可能性。如果起搏器檢測到患者存在健康問題，將通過無線連接發(fā)送緊急救助信號，救護(hù)車可快速趕到。通過在起搏器中集成GPS或其它類型的定位服務(wù)，緊急救助人員可以確定患者的準(zhǔn)確位置，并在到達(dá)前了解患者的實際狀況。 |
