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隨著科技的進步和人們對于醫療保健的意識不斷增強，全球醫療電子特別是中國這一巨大市場正爆發出誘人的發展前景，不少領先半導體廠商正積極將其納入重點關注的領域。市場調研公司Databeans指出，2005年用于醫療電子的半導體市場超過20億美元，預計未來五年里該市場將以11%的復合年增率增長，2010年將超過35億美元。 醫療電子產品已從醫院檢驗科步入家庭 而傳統的醫療手段和診斷設備已不能滿足市場需求，醫療逐漸走出醫院走向家庭，一些便攜式醫療電子產品已經興起，常常出現于電影、科幻小說里的手持或便攜式醫療設備已經開始真真切切地走進我們的生活。虛擬醫院和遠程醫療等的建立亦不再是構想，健康監護設備使病人在家中就可完成日常檢查或監測，而不必專門跑到醫院或醫療診所。 便攜醫療電子設備市場目前已經在以兩位數的速度增長，這一趨勢今后還將繼續。便攜式醫療電子設備主要分為診斷設備、給藥設備、個人護理產品和影像系統這四大應用部分，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、數字助聽器、CT掃描儀以及X射線探測儀等產品。其中，預計家庭診斷市場將占50%左右，在剩下的50%中，影像產品占25%，其它診斷或治療電子產品占25%�！澳壳鞍雽w銷售額較大的醫療電子產品領域包括血糖計、超聲設備和數字溫度計�！盌atabeans公司表示，“這些應用帶動了市場對于精密放大器、數據轉換器、模擬電源管理和ASIC的需求。” 將手機設計思想融入便攜醫療電子 小型化成為便攜醫療電子的首要要求。同時，高集成度以及低功耗也是產品的關鍵，精度和一致性也是這類產品獲得市場的重要因素。為了滿足上述要求，半導體供應商開始應用技術上日新月異手機設計思想，通過創建相對統一的標準和外形尺寸，使便攜式醫療電子產品的可用性及易用性大大提高�？晒┙梃b的設計思想包括I/O標準、USB端口的優點、ESD保護的耐久性、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。 飛兆半導體公司技術行銷部總監黃廣賢十分倡導這一思想，他說：“集成化是未來便攜式醫療設備的關鍵特性，希望手機的突破性進展能夠實施在便攜式醫療設備中，比如采用帶有多個附件插頭的核心手持式設備以監控血糖、溫度和血壓等�！彼硎�，飛兆帶有USB功能的所有產品均適用于便攜式醫療設備，包括從USB收發器到USB模擬開關產品，并具有低功耗和超小型封裝體積的優勢。全新超便攜式視頻濾波器能夠將手持設備的視頻內容輸出到TV屏幕，可用于重播醫療報告和說明。另外，該公司uSerDes產品系列是適合類似于手機的翻蓋顯示功能應用的理想選擇，LVDS中繼器和收發器經常用于差分傳感器和高速計時。 “在未來，便攜式醫療設備很可能會借助成功的I/O標準優勢，比如USB和可能應用于信息下載的WiFi和/或藍牙標準�！秉S廣賢繼續表示。 同樣，美信新推出的系列產品MAX1358/1359/1360、MAX1329/1330/1331都是高度集成的數據采集系統，內部包含了信號調理、數據轉換、實時時鐘、用戶接口、電源管理以及系統支持。這些器件與MAXQ2000等微控制器配合使用，可構成完整的解決方案，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用之一�！痹摴矩撠熱t療應用的戰略計劃及產品定義經理John Di Cristina表示。 為了滿足醫療應用對高精度器件的需求，TI也推出了一系列的模擬產品，包括數據轉換器、接口集成電路、運算放大器和電源等。其中，ADS8372是業界最高線性度的16位逐次逼近ADC。該器件能夠在-40℃至+85℃的整個工業溫度范圍內提供多種卓越特性，如16位無丟失碼性能、600kSPS 數據速率，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的實時應用，如醫療影像、高精度數據采集系統等。 而OPA365是一款高精度運算放大器，該器件采用創新的零交越、單輸入架構，從而實現無跳變軌至軌性能。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用，包括數據采集、測試測量及便攜式醫療系統等。 隨著醫療設備繼續向小型化方向發展，低功耗也變得越來越重要。老牌ASIC供應商奧地利微電子(Austria Microsystems)強調其在超低功耗和低電壓設計的專業技術以及低成本方面的優勢。該公司全球高級銷售副總裁Carlo Rebughini聲稱：“我們的戰略重點在于向便攜醫療保健和醫療影像市場提供定制低功率IC解決方案。同時，由于擁有15年以上為醫療設備設計與制造混合信號ASIC的專門經驗，我們獲得了世界級的質量標準認證，并能夠提供大批量生產和可靠的長期供應。” Rebughini：預計對病人健康狀況的遠程監控將顯著增長。 舉例來說，該公司面向心率監視儀產品推出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，內置32kHz晶體振蕩器，工作電流為0.5μA。同時，對于葡萄糖計產品提供精確的血糖監控ASIC的解決方案，由于集成了傳感器前端和電源管理部分，外部元件數量大幅減少，待機電流為0.8μA，0-40℃溫度范圍內的溫度漂移為±25ppm/K。此外，該公司還推出吸入器劑量計數器ASIC，采取超低功耗設計，待機消耗電流為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射線探測儀這類醫療影像產品提供了高性能的ASIC解決方案。為前者推出的CT光學接口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)設計，以及特殊pad結構，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個像素對應的電荷以及120個模擬存儲電壓的復雜多路利用，是高線性度、超低噪聲產品的典范。 為滿足便攜醫療電子類似于手機或消費電子一樣對于超低功耗的需求，卓聯(Zarlink)公司在去年就推出了ZL70100超低功耗無線收發器芯片。該器件完全滿足FCC和ETSI制定的MICS標準。該公司超低功耗通信部市場營銷總監Peter Putnam稱：“至今仍然沒有其它同類商業化芯片能夠達到ZL70100收發器所提供的高數據速率、超低功耗性能以及高集成度水平�！� Putnam：未來醫療設備將會進一步集成無線通信功能。 他解釋說，卓聯公司的超低功耗射頻技術能夠支持兩米范圍內高速500kb/s數據傳輸。與此相比，先前的植入式通信系統需要依賴體內設備線圈和基站間的磁場耦合，工作距離僅有10厘米范圍，數據傳輸速率僅幾十kb/s�！安痪�，我們還將推出性能更高的第二代器件。該技術的應用范圍包括植入式起搏器、除顫器、神經刺激器、血糖傳感器和埋植式藥泵�！彼^續說。 飛思卡爾則將便攜式醫療電子產品面臨的需求歸納為：需要符合食品及藥物管理局監管要求；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收發器以改善便攜性和簡化操作，以滿足醫療設備的要求。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的任何數量8位通用微控制器，然后把信息發送到低功耗收發器，而所需內存是由無線收發器網絡標準決定的。另外，微控制器和收發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，傳感器是用于監測病人狀況的接觸點。飛思卡爾還擁有基于半導體的多種壓力和加速度傳感器，為醫療保健病人提供關鍵的診斷、保健和監控。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品，可以使系統設計具有很大的靈活性。典型應用包括無創和有創血壓監測、醫院和重癥病房、病人監測系統、肺活量計和呼吸治療設備、理療設備、透析系統和給藥等。 無線通信技術將引領下一代應用浪潮 未來，人們對于新型的介入少而且對患者更加友好的監測和治療方式的需求將更為迫切，從而提高患者生活質量，遠程醫療將日益普及。例如，帶有無線功能的起搏器能夠同時將患者和設備信息數據傳回醫生的辦公室。同樣的無線技術還可用于體外以及體內傳感器和植入式醫療器件，構成一個體域網(BAN)，并且可以通過刺激肌肉和神經讓中風患者重新獲得一定的運動能力。 供應商們一致認為，實現這些理想模式的途徑是無線通信技術。飛兆的黃廣賢表示：“無線技術將為醫療設備的發展開拓新天地，以實現患者和醫生之間不間斷的重要數據通信交流，如溫度、心跳等。不論患者是在家中還是醫院，醫生只需查看網站，即可了解患者的狀況�！� 卓聯的Putnam也持同樣看法：“未來醫療設備將會進一步集成無線通信功能，既可作為監測工具，還可支持新的治療形式。現在，植入大腦中的醫療器件/芯片已經用于治療某些病癥，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，植入式醫療器件對于器件/芯片供應商也提出了幾個關鍵需求。第一，要使醫療設備/器件體積不斷變小，并且介入程度越少越好。在助聽器設計中，這一點體現得特別明顯，無論是耳道內還是掛耳式助聽器都幾乎小得看不到。這對于植入式醫療器件也同樣適用。第二，保持電池工作時間是關鍵，并且隨著集成的功能越來越強，這種挑戰性也越來越大。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。據估計，典型起搏器的電池壽命平均為10年，卓聯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)。 “超低功耗設計對此非常關鍵。”Putnam強調說，“與此同時，醫療植入式通信服務(MICS)402～405MHz頻段也在全球范圍內被廣泛接受。這些都為高級遠程醫療應用打開了大門，可以將患者健康監測服務擴展到傳統診所以外。這兩點對于設計新設備和治療方法非常關鍵�！� 而對于未來便攜式醫療電子的技術發展，Putnam坦承：“做出預測是非常困難的。僅僅數年前，穿過體內的藥丸式相機在通過體內時將圖像傳給醫生還完全是科幻小說的主題。今天，這一技術已經成為現實并投入了實際應用。如果一定要預測的話，我相信用于家庭監護的帶無線功能的植入式醫療器件將會變得非常普遍，而且這些技術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通信網絡(如電話或因特網)，并定期將起搏器性能和患者健康數據傳輸到醫護中心。盡管目前已經有類似的網絡，但未來家庭中的基站可能會變成某種更為便攜的設備，可以由患者方便地攜帶，甚至穿在身上。 今天，一些醫療設備設計人員已經在考慮將緊急反應系統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，將通過無線連接發送緊急救助信號，救護車可快速趕到。通過在起搏器中集成GPS或其它類型的定位服務，緊急救助人員可以確定患者的準確位置，并在到達前了解患者的實際狀況。 |
