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从治疗到保健便携医疗设备将大行其道

http://cn.newmaker.com 11/9/2009 9:18:00 AM 电子工程专辑

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展厅 4	医疗设备/医疗器械展厅 B超诊断仪, 心电图仪, CT机, 眼科设备, 裂隙灯, ...

得益于中国政府新医改的推动和人民大众对健康保健的重视，以及家用与医用市场的不同特性成就了中国便携/家庭医疗电子市场快速平稳的成长趋势。未来3年，中国便携/家庭医疗电子市场年复合增长率将大大提高。据权威市场调研数据显示：其市场规模将从2006年的80亿元迅速扩大到2011年的280亿元。“而且市场检验证明，中国便携式医疗电子产品市场的抗风险能力比较强，因为目前整个便携式医疗电子市场需要面对的是中国内需市场，基本上没有受到金融危机的影响。此外中国市场处于普及的初级阶段，市场需求强劲，并且中国民众健康意识正在不断提升。”ADI公司亚太医疗事业资深业务经理周文胜指出。

与ADI公司一样，全世界半导体厂商都对中国的便携/家庭医疗电子市场投来最关注的目光。未来的远景是人手几个，而不是人手一个便携医疗设备，是一个比手机市场更诱人的市场。在众多欧美公司丢失掉中国手机这一巨大市场后，便携/家庭医疗电子将是他们要极力守住的最大战场之一。“中国和全球市场对便携式医疗设备的需求巨大，中国必将成为最大的医疗电子生产者和市场之一。”Microchip医疗产品部首席产品市场工程师范徐进说道。

即将走热的几种便携医疗设备

中国医疗产业的模式正在发生改变，这也催生了更庞大的便携医疗设备市场。“最近几年，医疗产业的模式已经从治病向保健转变。所以，我们预测血压监测计、血糖计、低成本心率监测计等将是未来的热门医疗产品，也将是所有家庭中最常见的设备。”飞思卡尔半导体工业部市场经理何英伟预测道。而周文胜则补充道：“除此之外，一些可以在家庭或小型社康医院中使用的呼吸机、心电监护仪必然会有越来越大的市场需求。一些原来只在医院应用的产品，例如心电图也会走入家庭。此外，还有一些前瞻性的家用产品也会陆续被开发出来。”他举例说，今天心血管疾病对人类的杀伤力非常大，这样，心电图（ECG）可能就变成了一个我们日常就需要监护的指标。而且，在心电图设备上加入到一些前瞻性的技术，例如采用加速度传感器来对患者的动作进行监护，以帮助医生判断，在某种运动状态下患者的心电图状况。有时，在心电图（ECG）中加入MEMS，还会监控病人不正常情况的发生，例如患者跌倒等状况，从而让医生和患者的监护人能够及时发现这些突发状况。

便携医疗设备中正在加入更多的功能，其中最重要的就是通信功能。何英伟说道：“比如可以把心率监测计等设备当作远程监测设备，能将数据从病人的手机等RF设备发送到医院或者医生办公室的数据库服务器之中，用于自动诊断。”

除上面的设备外，Altera市场经理Paul Chan认为便携式超声设备、外部除颤器、起博系统和遥测设备等也将是便携/家庭医疗设备市场的热门产品。Lattice低密度及混合信号方案市场总监Gordon Hands补充道：“另一个人们经常使用的保健设备是助听器。在这方面，数码电子可以通过信号处理带来重大的创新。更先进的产品还可以更好地与蓝牙手机等普通电子设备集成在一起。”

Atmel市场推广副总裁Alf-Egil Bogen也补充道：“我们看到预防、早期诊断和治疗的创新技术正在不断涌现。主要应用包括小型化的自主式便携监视设备或可植入式监视设备，用于快速医疗样本原位分析的芯片实验室 (labs-on-chip)，以及用于家庭，诊所和成像医疗设备的通信系统。”

赛灵思公司亚太地区市场及应用总监张宇清则认为，中国的新医改方案更加注重电子信息技术的应用，提出了通过信息化手段，建立医院间的资源共享，在全国范围内建立起实用共享的医药卫生信息系统，从而实现医疗服务资源的最优整合和最大协同效应。这将对医疗电子起到重大推动作用。此外，在新医改的推动下，农村以及二、三级城市和社区医疗电子配备需求将快速释放，而家用与医用市场的不同特性也将成就中国便携医疗电子市场“快、稳”的成长趋势，便携式医疗电子生产企业面临着巨大的机遇。

元器件如何满足新一代便携/家庭医疗设备的需求？

便携化的趋势，要求医疗电子设备必须具备小体积、低功耗、低价格和易于使用的特点。这对元器件供应商提出了新的要求。“总的说来，对便携式医疗设计而言，最关键的两大因素就是低功耗和高集成度。当然，便携式心电图/血糖测量仪或血压计等不同的便携式医疗电子应用根据功耗和集成度的不同，其具体规格也会产生差异。但不管怎么说，功耗和集成度还是设计时的关键所在。”TI中国MSP430业务部经理刁勇指出。

集成众多数字功能与模拟功能的SoC是便携式医疗设备中将会优先选择的平台。各厂商均在进行高度的集成趋势。“在某些中低端医疗产品中，目前的趋势是使用专用SoC产品，以最大限度地缩小产品尺寸和降低成本。因此，ADC、运算放大器和调节器等现有的模拟器件，有些将被嵌入到MCU之中，而飞思卡尔拥有开发此类产品的技术实力。” 何英伟表示。

“通常来说，这类设备需要很高的集成度，以便实现多种功能如分析、数据记录和传输。”Alf-Egil Bogen分析道，“从技术角度来看，爱特梅尔面临的挑战是提高性能、降低功耗，并通过大批量生产来降低单位产品的成本。”

但是，Microchip的徐进指出，并不是所有的模拟器件均适合集成。他分析道：“医疗电子产品具有不同类型传感器、控制和需要信号调节的接口，都需要模拟器件，如ADC和运算放大器。几乎所有Microchip的PIC 微控制器，从8位到32位系列，都具有集成了作为标准功能的ADC。然而，由于更高的性能要求，并不是所有的应用都可以采用集成解决方案。独立高分辨率ADC和高精度运算放大器对于便携式医疗设备仍然很重要。”

Lattice的Gordon Hands也表示：“我们预期ADC、DAC和放大器，以及时钟生成和电源管理功能，这些基本的模拟功能将继续发挥作用。这些模拟功能在任何系统中都非常重要，无论它的数字内容是什么。在这方面，莱迪思的ispClock5400D和我们的ProcessorPM电源管理IC被用作多个设计的标准。”

他还从成本方面强调了便携医疗设备的需求：对于便携式/家庭医疗市场的主要要求，与我们在消费电子市场看到的一样。把器件价格降到1美元以下，把功耗降到10uW左右，是至关重要的。可以带来灵活性以及有助于产品快速上市的解决方案也非常重要。很少有便携式/家庭医疗设备设计师能够象设计ASIC那样，可以享有12个月以上的设计周期。

“此外，中国市场对于医疗电子产品的零缺陷可靠性和连接性要求也很重视。”飞思卡尔的何英伟补充道。

徐进还对各种便携设备之间的差异提出如下观点：“医疗设备之间的差异在于处理器速度、内存大小和外设功能，这些特征因设计要求而不同。例如，血糖仪对图形和计算能力的要求低于便携式心电图机。”此外，他指出，由于便携医疗设备将走向消费市场，所以厂商对于外观设计越来越重视，芯片厂商也要考虑这方面的要求。

张宇清从另外一个层面阐述了客户的新需求：“面对以更低成本提供更高性能的压力，医疗设备生产商希望供应商能够充分理解其要求并提供支持IP重利用的平台。这将可以降低开发风险和投资成本并缩短开发周期，从而加快产品开发过程。”此外，他还分析道：“医疗设备的图像质量随着设备更新不断提高，需要以更快的速度处理更多的数据。设备间的连接需要以更低的成本运行更高的带宽。低成本Spartan-6 LXT 系列中采用了3.2Gbps收发器以支持更高带宽的传输。”

山寨医疗产品已诞生，如何杨长避短？

“家用便携医疗电子产品因其需求范围广、需求量大且价格逐步下降而实现高速增长，从而占据了大部分中国便携医疗电子市场。也因此使得 “山寨”产品油然而生，如血糖仪、血压仪、血氧仪等家用便携医疗设备成为最有可能出现的“山寨”产品领域。”周文胜说道，“在中国一些地区因其产业链分工非常细致，产业链的配套非常完善，从而诞生了庞大的山寨机产业，所以很多电子企业凭借它在产业和技术方面的储备和积累，未来有机会进入到家用便携医疗电子产品的领域。?”

不过，他接着分析，在医用便携医疗电子产品方面，由于专业性高且操作复杂、价格较高且应用领域固定，购买者更注重产品测量稳定性和精确性，目前本土厂商还不能在短期内解决这些难题，这就有待于国际厂商研发并引进新的技术来满足市场的需求。

Gordon Hands也认为，多年来山寨产品在消费电子产品市场一直屡见不鲜，这种现象在医疗产品市场也会趋于增多。“莱迪思通过允许设计人员把其设计封在莱迪思的可编程芯片之内，来对抗这一趋势。一旦封装起来，这些芯片就无法复制，而且由于这些芯片是独一无二的，因此也不能在公开市场上买到。这就给试图复制产品设计的人造成了巨大障碍。”

Microchip更认为部分山寨产品还可以满足用户对中低市场的需求。“由于中国市场需求日益增长，以及依赖进口医疗设备，我认为必然出现模仿现象。”徐进说道，“虽然某些仿冒产品可以满足市场对于中低端医疗设备需求，但其他仿冒品可能给用户带来危险甚至潜在的生命威胁，尤其是涉及一次性部件的设备。通过微控制器进行数字认证是确保医疗设备用于其原定用途的一个办法。凭借其跳码算法，Microchip的Keeloq技术适用于验证医疗设备和提供最高的安全性。

而Atmel的Alf-Egil Bogen则是坚决反对对山寨产品。他表示：“假冒产品不仅窃取了OEM 厂商的收益，而且如果产品读数或分析结果错误，还会给病患带来生命威胁，导致对处于可预防或可控状况的病人采取不适当的治疗处理，更严重的是会导致病人死亡。因此，制造商必须强制实施比条形码或全息图更稳健的认证方法。”他接着说：“就以我们提供用于血糖仪的器件为例，通常这些仪器使用某种可替代或耗费性试纸或化学试剂。这类设备的关键要素之一，是必须有方法确保测试条都是来自OEM厂商的可靠产品，并可正确读取与特定试纸组群相关的校准信息。我们的芯片经专门设计以集成进这些设备中，能防止电脑黑客或克隆者复制仪表，或提供质量较差的耗材。”

优秀产品先知

针对便携医疗设备连接性与高集成度需求，TI将分别在2009年第四季度和2010年一季度推出MSP430F552X和MSP430F550X，这两个系列均提供了USB接口，将进一步强化MSP430在便携式医疗领域的地位。同时，TI集成了MSP430微处理器和RF收发器的CC430可为便携式医疗设备提供优异的RF连接性和更高的集成度。

Microchip的最新系列8位和16位PIC ?微控制器采用XLP技术，具有业内最低的睡眠电流(低至20 nA)、USB等集成外设，LCD、RTCC和mTouchTM电容式触摸传感。低功率和集成度相结合，消除了外部元件，降低了设计的复杂性，并使其能够以最低的功耗运行，从而延长电池寿命，这对于便携式医疗应用至关重要。

MC13224 Platform in Package是飞思卡尔的最新低功耗802.15.4 IC。MC13224显著降低了功耗，同时提高了集成度，降低了总体解决方案成本。802.15.4收发器与一个32位MCU组合在一起，具有足够的内存用于运行包括ZigBee和WirelessHARTTM在内的比较复杂的协议堆叠。

Atmel是最早推出集成超宽带(UWB)技术的MCU厂商之一。其CAP可定制微控制器具有独特的性能，配备一个金属可编程数字逻辑模块，通过快速定制就可承载一个UWB接口。Atmel首款ARM Cortex-M3闪存微控制器SAM3器件，集成了高速 (480 Mbps) USB设备兼接发器 (Device-and-Transceiver)、4位192 Mbps 的SDIO/SDCard 2.0、8位384 Mbps MMC 4.3主机和片上48 Mpbs SPI接口。

赛灵思最新的Spartan-6 FPGA对性能和灵活性进行了理想的结合，可满足标准和高分辨率图像处理、视频分析、多通道视频编码等方面的要求，实现更快速更高效的视频传输。利用基于嵌入式DSP逻辑片实现的高度并行架构，基于Spartan-6 FPGA开发的系统能够以全帧速率处理原始分辨率的图像数据。同时还可利用经济的可定制MicroBlaze 软处理器实现领先的视频分析功能。

Altera低成本、低功耗Cyclone III FPGA的逻辑密度在5K至120K LE之间；为DSP功能提供4Mbits嵌入式RAM，以及288个18x18乘法器。这样，工程师在设计中挑选合适的SOC解决方案时能够有较多的选择余地。Altera的MAX II CPLD器件设计用于低成本、低功耗应用，非常适合实现家庭/便携式医疗应用的简单集成功能。

莱迪思的ispMACH4000ZE系列提供从1000到大约7500门的可编程逻辑。功耗最低只有18uW ，最小封装尺寸为4mmx4mm。ispMACH4000经常充当微处理器的辅助芯片，执行GPIO扩展和减少中断请求等功能。

ADI很快会推出采用新技术的具备超低功耗和同样高性能前端的SOC解决方案，这个也值得期待。

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