可攜式醫療電子將科幻場景搬進生活
隨著科技的進步和人們對於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，2023年用於醫療電子的半導體市場超過20億美元，預計未來五年裡該市場將以11%的復合年增率增長，2023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裝置已不能滿足市場需求，醫療逐漸走出醫院走向家庭，一些可攜式醫療電子產品已經興起，常常出現於電影、科幻**裡的手持或可攜式醫療裝置已經開始真真切切地走進我們的生活。虛擬醫院和遠端醫療等的建立亦不再是構想，健康監護裝置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。
便攜醫療電子裝置市場目前已經在以兩位數的速度增長，這一趨勢今後還將繼續。可攜式醫療電子裝置主要分為診斷裝置、給藥裝置、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、脈衝血氧量儀、aed、胰島素注射筆、數字助聽器、ct掃瞄器以及x射線探測儀等產品。其中，預計家庭診斷市場將佔50%左右，在剩下的50%中，影像產品佔25%，其它診斷或**電子產品佔25%。「目前半導體銷售額較大的醫療電子產品領域包括血糖計、超聲裝置和數字溫度計。」databeans公司表示，「這些應用帶動了市場對於精密放大器、資料轉換器、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，高整合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**商開始應用技術上日新月異手機設計思想，通過建立相對統一的標準和外形尺寸，使可攜式醫療電子產品的可用性及易用性大大提高。可供借鑑的設計思想包括i/o標準、usb埠的優點、esd保護的耐久性、使用高整合度的fpga和asic來提高功能性並減少周邊元件以及簡易的晶元組平台解決方案等。
同樣，美信新推出的系列產品max1358/1359/1360、max1329/1330/1331都是高度整合的資料採集系統，內部包含了訊號調理、資料轉換、實時時鐘、使用者介面、電源管理以及系統支援。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。」該公司負責醫療應用的戰略計畫及產品定義經理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，包括資料轉換器、介面積體電路、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℃的整個工業溫度範圍內提供多種卓越特性，如16位無丟失碼效能、600ksps 資料速率，小於0.75lsb(最大值)的積分非線性(inl)和小於0.5lsb(最大值)的差分非線性度(dnl)。該器件適用於各種先進的實時應用，如醫療影像、高精度資料採集系統等。
而opa365是一款高精度運算放大器，該器件採用創新的零交越、單輸入架構，從而實現無跳變軌至軌效能。opa365具有超低失真(僅為0.0006%thd+n)、極低雜訊(4.5nv/rthz)、50mhz增益頻寬，因而適用於多種的單電源應用，包括資料採集、測試測量及可攜式醫療系統等。
隨著醫療裝置繼續向小型化方向發展，低功耗也變得越來越重要。老牌asic**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。該公司全球高階銷售副總裁carlo rebughini聲稱：「我們的戰略重點在於向便攜醫療保健和醫療影像市場提供定製低功率ic解決方案。同時，由於擁有15年以上為醫療裝置設計與製造混合訊號asic的專門經驗，我們獲得了世界級的質量標準認證，並能夠提供大批量生產和可靠的長期**。」
rebughini：預計對病人健康狀況的遠端監控將顯著增長。
舉例來說，該公司面向心率監視儀產品推出5.6khz接收器asic，帶有低雜訊輸入放大器(60nv/sqrt-hz)和6位flash adc，32ks/s @ 15ra電流，內建32khz晶體振盪器，工作電流為0.5μa。同時，對於葡萄糖計產品提供精確的血糖監控asic的解決方案，由於整合了感測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℃溫度範圍內的溫度漂移為±25ppm/k。此外，該公司還推出吸入器劑量計數器asic，採取超低功耗設計，待機消耗電流為0.33μa，工作電流消耗為1.0ra。
他同時指出，植入式醫療器件對於器件/晶元**商也提出了幾個關鍵需求。第一，要使醫療裝置/器件體積不斷變小，並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。這對於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，並且隨著整合的功能越來越強，這種挑戰性也越來越大。例如，起搏器中整合的無線功能模組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晶元消耗的功率對電池工作時間的影響小於1%(或約乙個月)。
「超低功耗設計對此非常關鍵。」putnam強調說，「與此同時，醫療植入式通訊服務(mics)402～405mhz頻段也在全球範圍內被廣泛接受。這些都為高階遠端醫療應用開啟了大門，可以將患者健康監測服務擴充套件到傳統診所以外。這兩點對於設計新裝置和**方法非常關鍵。」
而對於未來可攜式醫療電子的技術發展，putnam坦承：「做出**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影象傳給醫生還完全是科幻**的主題。今天，這一技術已經成為現實並投入了實際應用。如果一定要**的話，我相信用於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慧型化。」
例如，植入起搏器的患者將通過家庭中的基站連線到常規通訊網路(如**或網際網路)，並定期將起搏器效能和患者健康資料傳輸到醫護中心。儘管目前已經有類似的網路，但未來家庭中的基站可能會變成某種更為便攜的裝置，可以由患者方便地攜帶，甚至穿在身上。
今天，一些醫療裝置設計人員已經在考慮將緊急反應系統整合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，將通過無線連線傳送緊急救助訊號，救護車可快速趕到。通過在起搏器中整合gps或其它型別的定位服務，緊急救助人員可以確定患者的準確位置，並在到達前了解患者的實際狀況。
值得一提的是，奧地利微電子為ct掃瞄器和x射線探測儀這類醫療影像產品提供了高效能的asic解決方案。為前者推出的ct光學介面asic每個通道的功耗是8mw，也採用超低溫度漂移(典型漂移為4ppm/k)設計，以及特殊pad結構，從而可以探測小於200fa@50℃(esd
得到驗證)的光電二極體電流。為後者推出電荷敏感的讀出放大器，能夠同時(並行)讀出與面板線的120個畫素對應的電荷以及120個模擬儲存電壓的複雜多路利用，是高線性度、超低雜訊產品的典範。
為滿足便攜醫療電子類似於手機或消費電子一樣對於超低功耗的需求，卓聯(zarlink)公司在去年就推出了zl70100超低功耗無線收發器晶元。該器件完全滿足fcc和etsi制定的mics標準。該公司超低功耗通訊部市場營銷總監peter putnam稱：「至今仍然沒有其它同類商業化晶元能夠達到zl70100收發器所提供的高資料速率、超低功耗效能以及高整合度水平。」
putnam：未來醫療裝置將會進一步整合無線通訊功能。
他解釋說，卓聯公司的超低功耗射頻技術能夠支援兩公尺範圍內高速500kb/s資料傳輸。與此相比，先前的植入式通訊系統需要依賴體內裝置線圈和基站間的磁場耦合，工作距離僅有10厘公尺範圍，資料傳輸速率僅幾十kb/s。「不久，我們還將推出效能更高的第二代器件。該技術的應用範圍包括植入式起搏器、除顫器、神經刺激器、血糖感測器和埋植式藥幫浦。」他繼續說。
飛思卡爾則將可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；更簡單的使用者介面；重量輕、功耗低；以及長壽命週期。該公司的解決方案是提供具備感測、控制和通訊能力的簡單平台，通訊部分可以包括rf收發器以改善便攜性和簡化操作，以滿足醫療裝置的要求。其簡單晶元組能夠以合理的成本處理來自感測器的資訊，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，然後把資訊傳送到低功耗收發器，而所需記憶體是由無線收發器網路標準決定的。另外，微控制器和收發器可以組合成乙個單一的封裝，以形成更緊湊和更有效率的解決方案。
此外，感測器是用於監測病人狀況的接觸點。飛思卡爾還擁有基於半導體的多種壓力和加速度感測器，為醫療保健病人提供關鍵的診斷、保健和監控。其中微型壓力感測器封裝適合於子模組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、醫院和重症病房、病人監測系統、肺活量計和呼吸**裝置、理療裝置、透析系統和給藥等。
無線通訊技術將引領下一代應用浪潮
未來，人們對於新型的介入少而且對患者更加友好的監測和**方式的需求將更為迫切，從而提高患者生活質量，遠端醫療將日益普及。例如，帶有無線功能的起搏器能夠同時將患者和裝置資訊資料傳回醫生的辦公室。同樣的無線技術還可用於體外以及體內感測器和植入式醫療器件，構成乙個體域網(ban)，並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。
**商們一致認為，實現這些理想模式的途徑是無線通訊技術。飛兆的黃廣賢表示：「無線技術將為醫療裝置的發展開拓新天地，以實現患者和醫生之間不間斷的重要資料通訊交流，如溫度、心跳等。不論患者是在家中還是醫院，醫生只需檢視**，即可了解患者的狀況。」
卓聯的putnam也持同樣看法：「未來醫療裝置將會進一步整合無線通訊功能，既可作為監測工具，還可支援新的**形式。現在，植入大腦中的醫療器件/晶元已經用於**某些病症，如帕金森氏症。目前正在研究採用同樣的技術來**其它疾病，如憂鬱、肥胖甚至成癮性疾病。」
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