医疗电子的发展方向：高性能、便携化和互联

　　引言

　　由于行业的特殊性，医疗电子产品给半导体器件提出了高精度、高性能的要求，医疗电子在往便携化、家用化和互联化方向发展的同时也给国内芯片公司提供了更多机会。

　　近年来，在政府出台的相关医疗政策和越来越多的个人、家庭医疗产品需求的推动下，中国医疗电子市场规模正在不断高速地增长。据赛迪顾问2011年8月份发布的中国医疗电子行业研究报告称，中国医疗电子的市场规模将从2011年的499.5亿元增加到2013年的692.5亿元，年均复合增长率为19.8%。

　　随着生活水平和科技水平的提高，人们对医疗设备的性能、品质要求也越来越高。在医疗技术的进步和医疗信息化的推动下，医疗电子产品逐渐往更高性能以及便携、互联方向延伸。一方面，医疗电子设备往更高诊断精准度、更高通道密度以及更快诊断速度的方向发展；另一方面，医疗设备也正由过去的专业应用逐步向家用延伸，便携和互联成为医疗电子的一个重要发展趋势。

　　医疗电子产品对半导体器件提出新要求

　　和简单医用护理用具不同的是，医疗电子产品研发难度大，除了需要设备厂商对生物信号模型有相当丰富的积累外，对使用到的半导体器件也提出很高的要求。ADI亚太区医疗行业市场经理王胜认为，医疗电子对半导体产品的要求越来越广泛而多样，除了包括高速度、高精度、高集成度、低功耗、合理的成本控制等要求外，还要具有高可靠性、高稳定性、安全性以及满足某些特定的医疗行业规范等。

　　王胜指出，在医疗电子技术中，模拟和混合信号处理尤其重要，对医疗电子设备的精度和可靠性起着决定性的作用。他表示，ADI一直在积极应对医疗电子设备对高精度和高可靠性的需求，例如该公司推出的ADAS1128是目前在公开市场上唯一一个128通道的全集成医疗CT核心数据采集子系统模拟前端芯片，可使高层数CT系统能够以高精度和丰富信息量捕获实时移动图像，符合产品高精度、高性能设计需求。

　　由于不同医疗系统关注的重点并不相同，其选择的半导体器件方案也会各有侧重，设备厂商必须明确产品的设计目标和产品定位来决定最终方案的选择。例如医用超声机对于便携式和台式机都有不同的设计侧重。前者对功耗、集成度以及系统级的复杂度需要重点考虑；对于后者，多数情况下是更高的系统性能，如更高的图像质量和更丰富的功能选择等。当然无论如何，重要的是要使元器件级及系统级需满足行业规范。“我们公司的数字隔离芯片ADuM系列中的很多产品就是都是针对医疗行业规范定义和设计的，其中USB数据线隔离芯片ADuM4160可以实现USB数据通信的隔离保护，符合USB 2.0标准，并达到5KV隔离能力， 是目前市场上唯一的可以满足医疗相关规范的USB隔离芯片级方案。”王胜说道。

　　“ADI不仅仅提供半导体芯片，也提供系统级解决方案和软件算法等来帮助用户快速实现产品设计和缩短产品开发周期。作为全球主要的医疗电子产品半导体供应商，ADI在高性能模拟和混合信号处理领域有着长期的技术积累和领先优势，我们希望通过提供符合市场需求的高性能解决方案和完善的技术支持服务来帮助医疗设备厂商完成产品开发，提升产品竞争力和推动医疗电子的发展。”王胜说道。

　　便携化、家用化、互联化是趋势

　　深圳市医疗器械行业协会高级工程师张晓华指出，医疗器械设备正逐渐往健康保健领域拓展，医疗电子设备从面向专业医疗机构如医院、健康中心等的使用向着家庭和个人的使用发展。随着人们健康意识的提高和人口老龄化的加剧，家用监护式和便携式医疗电子设备将有很大的发展空间。

　　王胜认为，家用医疗设备的主要针对用户群并不具有严格的限定界限，可以包括慢性疾病患者、术后康复者和中老年人，但随着健康教育的普及与健康意识的推广，以及家用医疗设备技术的不断革新和制造成本的不断减低，家用医疗设备特别是以预测、监测为主的将面向所有用户群，成为人们生活中的必需品。另外，随着医疗基础的不断成熟，诊断级的家庭医疗设备亦将得到快速发展。除了传统的个人医疗电子设备如血压计、血糖仪等因其技术和市场都已很成熟而受到全球消费者的认可外， 其他新的技术和应用也将带动未来便携式医疗电子设备市场的发展，例如针对个人和家庭应用的生命体征信号测量等。他预计未来个人监护、诊断以及运动状态监测等设备也会走入家庭和个人应用场合。

　　值得一提的是，家庭或个人应用的便携式医疗设备并不意味着低性能，只是应用场地和应用方式的转换，医疗设备已不再局限于传统的专业医疗机构场所使用。“家用医疗监护设备在技术上的发展趋势概括起来就是：更便携、更安全、更低耗、更智能，以及更高诊断级的性能。”王胜说道。他指出，便携性的提高要求设备元件拥有更高的集成度和更小的尺寸；安全性的提高要求设备具有判断误操作的能力，以及患者与设备、网络之间的电气隔离等；功耗的降低、互联能力的提高将使家用医疗监护设备更适合家庭使用环境，减少使用成本并使医患沟通更加便捷，治疗效果更加显著。

　　对于面向家庭或个人应用的便携式医疗产品市场，成本是需要考虑的因素。“我们在产品定位阶段就充分考虑方案的成本因素，以确保其在成本相对敏感的个人医疗应用领域具有较强的技术和商业竞争优势。”王胜说道，“在保证功耗、体积以及成本等方面的优势下，ADI将会继续在高精度、高集成的信号链产品和适合便携式应用的电源管理产品，以及在无线射频产品方面增大投入，我们还会针对在便携式医疗领域应用比较广泛的血糖测量、运动监测及血氧饱和度测量等设备方面不断推出新的产品和解决方案。”

　　在互连网络技术的推动下，医院的信息化建设也在深入，为了让医院以及消费者能随时随地获取医疗信息，越来越多的医用医疗电子产品如多参数监护仪、超声波等关键设备加入了网络接口以配合医疗机构信息联网管理要求。另一方面，家用便携式设备无线化趋势也进一步扩大，许多产品都加入了感应元器件和无线传输芯片模块。

　　飞思卡尔半导体公司亚太区无线连接产品市场经理邝景亮认为，目前老年人和长期病患医疗护理将成为社会的重要问题，结合蓝牙、短距离射频传输、ZigBee等无线传输方式连接病房里的设备或家庭便携设备对患者进行监控既能为患者提供自由度，同时也提供给监护人员许多方便。通过在家用便携医疗电子产品中加入通讯模块或无线传输模块，病人可将电子血压计、血糖仪、体温计、血氧仪等的测量结果通过无线通讯模块发送至医院或监护中心，从而得到医护人员的远程实时健康指导和服务。这样患者可不必经常跑无谓的急诊，既省钱又有助于改善患者的身体状况。飞思卡尔的家庭保健平台即是基于这样的理念推出的。“结合我们自己的高性能MCU、传感器、模拟IC、ZigBee低功耗无线IC模块等产品，我们推出了家庭保健平台帮助病人在家里便能享受医疗护理服务，这样的方案在欧美国家应用得比较普遍，相信在中国的应用也会越来越多。”邝景亮说道。

　　王胜同样看好医疗电子网络化、互联化的发展。他认为医疗电子向网络化、远程化的发展也是解决有些地区医疗资源不足问题的可选途径之一。“我们相信这些新兴的医疗电子应用在不久的将来会给我们的生活带来深远的影响。”他表示，“我们非常看好这一技术和业务模式的前景，目前正在积极参与相关的研讨并投资相关的技术和产品开发。”

　　家用医疗保健设备为“中国芯”提供商机

　　中国是医疗仪器的需求大国，目前国内的医疗仪器设备生产厂商也不少，但产品中使用的半导体芯片都是被德州仪器、ADI、日立等国外芯片公司所垄断，国内芯片公司在这一领域很少有所作为。由于医疗行业等对产品的可靠性、安全性、精确度要求都很高，医疗设备厂商在选择半导体元器件时都会非常地谨慎；也由于成本压力较小，所以厂商一般都会选择在性能和质量方面都有保障的国际品牌芯片，而对国内芯片一般不给予考虑。另外，因为医疗行业的专业性和特殊性，对芯片的需求量并不会很大，所以向来以价低量大为盈利手段的国内芯片公司自然也很少涉足这一领域。

　　随着医疗电子设备往家用、保健领域发展，越来越多的脉搏计、血糖仪、血压计、脂肪秤等产品进入了普通大众的家庭。由于此类产品对价格还是比较敏感的，所以对上游半导体元器件的价格也会比较关注，并且对元器件的性能要求相对来说比较低。此类产品的起量为本土芯片厂商提供了一定的发展机会。深圳市芯海科技有限公司瞄准了这一发展趋势，开始涉足医疗电子芯片领域。

　　据芯海科技技术总监刘小灵介绍，该公司可用于医疗设备上的产品主要有两种，一种是整合了MCU、ADC和LCD驱动的SoC，主要应用在家用的便携式血压计、血糖仪和脂肪秤等产品中；另外一种产品则是能满足医用需求的24位ADC。目前已有两家国内较大型的医疗器械公司使用芯海的产品。

　　刘小灵指出，家用便携式医疗电子芯片产品的开发难点主要是在功耗控制和精度上。芯海通过在SoC中加入电源管理模块和MCU休眠唤醒机制来节省功耗，采用特殊的DSP算法处理来识别和去除噪声以保证测量的精度。“其实我们提供的芯片产品能充分满足血压计、血糖仪等设备的要求，给客户提供的参考方案和基本的生物信息模型也能满足一般应用需求，但是精准的模型还是需要整机厂商依靠自己的积累和技术水平来开发。生物模型的精准度也决定了设备的价格，国外品牌厂商例如欧姆龙等产品价格之所以贵，也是这个原因。”刘小灵说道。

　　当然芯海科技只是国内众多芯片公司中敢于尝试的一家，医疗电子的市场有众多的细分领域还有待更多的本土芯片公司的参与。如果本土芯片厂商能够提供更多更好的解决方案，中国医疗电子市场将会有非常大的发展与变化。