醫(yī)療電子：半導(dǎo)體市場發(fā)展的新熱點(diǎn)

　　小型化：對(duì)于大部分醫(yī)療應(yīng)用來說，所需要的是將足夠的處理能力集成到給定空間中。當(dāng)然，醫(yī)療設(shè)備的尺寸大小可能與某些重要約束條件有關(guān)。比如，便攜式血糖儀的外形和形狀類似于PDA。對(duì)植入式設(shè)備，如心臟起搏器、用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)的神經(jīng)刺激設(shè)備和助聽器等，考慮到它們所要植入的部位，尺寸是相當(dāng)重要的。

　　低功耗：除小型化之外，低功耗是另一個(gè)發(fā)展趨勢。對(duì)植入式設(shè)備而言，功耗最小化和電池壽命延長的好處不言而喻。外用醫(yī)療設(shè)備對(duì)功耗也很敏感。隨著電子元件日趨小型化，以往的固定式醫(yī)療設(shè)備正在變?yōu)楸銛y式。過去在醫(yī)院必須動(dòng)用推車來運(yùn)輸?shù)某暡ǔ上駜x，現(xiàn)在的外形尺寸就像一部筆記本電腦。自動(dòng)外用電震發(fā)生器 (defibrillator) 現(xiàn)正廣泛采用。從空氣中提取氧氣對(duì)病患進(jìn)行氧氣治療的便攜式制氧機(jī)，現(xiàn)在可以像錢包一樣挎在肩上。所有這些設(shè)備都是依靠低功耗和小外形尺寸來實(shí)現(xiàn)的。

　　其他的挑戰(zhàn)包括: 半導(dǎo)體行業(yè)的變化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過醫(yī)療設(shè)備 (銷售采用最新工藝的最新產(chǎn)品較為困難);醫(yī)療設(shè)備客戶需要經(jīng)過現(xiàn)場證明不會(huì)廢棄的技術(shù)，以便滿足嚴(yán)苛的醫(yī)療設(shè)備指導(dǎo)條例。

　　另一個(gè)方面，隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展、治療手段的多樣化和相關(guān)工程領(lǐng)域技術(shù)的不斷進(jìn)步，醫(yī)療電子設(shè)備正變得日益復(fù)雜化，事實(shí)上很多大型醫(yī)療電子設(shè)備都由多個(gè)子系統(tǒng)組成，需要集成多種傳感器、機(jī)械部件、電子元件比如微處理器，還會(huì)涉及到多種專業(yè)總線和協(xié)議，其研發(fā)周期也是相當(dāng)長，可能需要2-3年甚至更長的時(shí)間。在這種情況下，技術(shù)上的挑戰(zhàn)往往并不在于單個(gè)技術(shù)領(lǐng)域所遭遇的瓶頸，而在于如何快速整合多種技術(shù)、縮短整個(gè)醫(yī)療電子設(shè)備系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間、提高創(chuàng)新程度。

　　特別的，過去幾十年，能夠幫助醫(yī)療設(shè)備提高精度的半導(dǎo)體會(huì)更好地推進(jìn)醫(yī)療電子的推廣和普及，高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，有助于為臨床醫(yī)生和放射科醫(yī)生提供超清晰的圖像，幫助他們看清比以前更細(xì)小的解剖結(jié)構(gòu)和病變，如乳癌細(xì)胞。在大多數(shù)醫(yī)療電子產(chǎn)品如血壓計(jì)、心率監(jiān)控儀和脈沖式血氧飽和度儀 (pulse oximeter)中，實(shí)際的生理學(xué)信號(hào)都是低振幅的模擬信號(hào)，在這些信號(hào)在被測量、監(jiān)控或顯示之前，需要使用放大和濾波等信號(hào)調(diào)整技術(shù)。如果微控制器 (MCU) 能夠提供超低功耗特性并帶有嵌入式高性能模擬外設(shè)，就不僅可以提供數(shù)字濾波和處理功能，還能夠支持生理學(xué)模擬數(shù)據(jù)的參數(shù)結(jié)果顯示，而其市場接受度將會(huì)大大增加?，F(xiàn)代化工藝技術(shù)已能夠?qū)崿F(xiàn)以單一SoC器件的形式將上述要求轉(zhuǎn)為現(xiàn)實(shí)，通過使用與低功耗MCU相集成的嵌入式高性能外設(shè)如運(yùn)算放大器、ADC和DAC，能夠簡化以電池供電的便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品的模擬前端設(shè)計(jì)。

　　MEMS作為前沿技術(shù)，在醫(yī)療電子設(shè)備中將得到越來越多的應(yīng)用。如采用MEMS加速度傳感器，結(jié)合心電圖(ECG)，可綜合判斷患者的心電圖及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀況，并可以監(jiān)控病人不正常情況(如老人跌到)的發(fā)生。除了芯片本身性能和功耗、尺寸的要求，由于這些應(yīng)用都是在前期研究中，對(duì)各種狀態(tài)的判斷和計(jì)算所需要的原理的認(rèn)識(shí)也是很大的挑戰(zhàn)。

　　此外，許多醫(yī)療設(shè)備具有的功能與其他類型的應(yīng)用類似。因此，醫(yī)療設(shè)備中會(huì)使用許多通用半導(dǎo)體部件。醫(yī)療設(shè)備制造商通常會(huì)對(duì)他們的供應(yīng)商提出一些其他在市場中不常見的要求。例如，醫(yī)療設(shè)備制造商必須遵守其設(shè)備銷往的國家/地區(qū)政府機(jī)構(gòu)制定的法規(guī)。制造商執(zhí)行的體系需要具有不同程度的靈活性，以滿足這些法規(guī)要求。大多數(shù)情況下，為了滿足這些法規(guī)要求，制造商會(huì)對(duì)他們的供應(yīng)商提出一些特殊要求。各個(gè)制造商提出的要求各不相同，因?yàn)檫@些要求是基于每個(gè)制造商自己的質(zhì)量管理體系。例如，對(duì)于可追溯性，不同制造商會(huì)執(zhí)行不同的管理體系來滿足這一共同要求。即使面對(duì)的法規(guī)是相同的，兩個(gè)不同制造商也可能會(huì)使用不同的體系來達(dá)成目標(biāo)。這意味著半導(dǎo)體制造商必須擁有自己嚴(yán)格的質(zhì)量體系。它們必須足夠靈活，以便在許多不同客戶的質(zhì)量體系內(nèi)有效。

　　未來——家庭化與網(wǎng)絡(luò)化挑戰(zhàn)

　　醫(yī)院是醫(yī)療電子的傳統(tǒng)市場，家庭化就是醫(yī)療電子從默默無聞走向風(fēng)生水起的第一步，網(wǎng)絡(luò)化則是醫(yī)療電子徹底爆發(fā)的新起點(diǎn)。

　　隨著醫(yī)療保健從醫(yī)院轉(zhuǎn)移到了家庭，醫(yī)療電子產(chǎn)品或設(shè)備制造商面對(duì)數(shù)項(xiàng)挑戰(zhàn)。

　　對(duì)于家用醫(yī)療設(shè)備，主要的挑戰(zhàn)包括：尺寸(便于攜帶)、功耗(電池使用時(shí)間更長)、易用性(智能設(shè)備)、網(wǎng)絡(luò)(由?？漆t(yī)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等)和成本(對(duì)于終端用戶來說價(jià)格可接受)。為幫助系統(tǒng)制造商克服這些挑戰(zhàn)，半導(dǎo)體制造企業(yè)需要在幾個(gè)方面幫助他們解決這些挑戰(zhàn)：信號(hào)處理產(chǎn)品，如放大器/轉(zhuǎn)換器/處理器(包括集成解決方案);電源解決方案;有線/無線通信解決方案(藍(lán)牙、SIM收發(fā)器等)，這些非常關(guān)鍵。另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是通信的穩(wěn)定性和可靠性。隨著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸確定，無線和有線通信技術(shù)會(huì)得到更成熟的應(yīng)用，促成醫(yī)療電子行業(yè)革命性的變化。

　　當(dāng)家庭化醫(yī)療電子和保健設(shè)備逐步普及，遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)就成為可能，借助無線傳輸技術(shù)，患者已經(jīng)可以足不出戶，接受醫(yī)生的初級(jí)治療和一些緊急情況的初期處理，圖2 為一個(gè)基本的遠(yuǎn)程醫(yī)療保健監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。從圖中不難看出，借助家用設(shè)備進(jìn)行身體各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集，利用無線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心可以儲(chǔ)存長時(shí)間的身體數(shù)據(jù)便于醫(yī)生進(jìn)行分析，同時(shí)監(jiān)控中心也可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)某個(gè)受監(jiān)控者的健康異常狀況，并及時(shí)通知患者和醫(yī)生，從而確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)病情進(jìn)行處理。

　　醫(yī)療電子設(shè)備的家用化和遠(yuǎn)程化對(duì)連接性提出了很高的要求，尤其是無線技術(shù)。與之相應(yīng)，無線技術(shù)的飛速發(fā)展也推動(dòng)了無線醫(yī)療的加速興起。將數(shù)據(jù)從家庭監(jiān)控系統(tǒng)傳遞給PC或到所連網(wǎng)的醫(yī)院的需要，帶來對(duì)無線連接能力的需求。在收發(fā)患者記錄時(shí)需要注意數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。便攜設(shè)備的數(shù)據(jù)速率不高，有些情況下在遠(yuǎn)郊可能無法使用，連接能力、RF干擾，以及遠(yuǎn)程故障排除因而成為主要的難題。而對(duì)于實(shí)現(xiàn)這類功能的醫(yī)療電子設(shè)備，目前仍然缺少定義明確的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。為了應(yīng)對(duì)不斷增加的挑戰(zhàn)，半導(dǎo)體供應(yīng)商正在不斷創(chuàng)新，現(xiàn)在提供的方案是完整的方案，不僅僅是芯片。例如：當(dāng)便攜超聲波儀器已經(jīng)引進(jìn)顯示器時(shí)，僅僅展示芯片如何工作已經(jīng)不再被接受;而使用一個(gè)開發(fā)工具套件或演示套件來展示如何實(shí)現(xiàn)完整的解決方案卻變得更為重要。完整的解決方案可包括一個(gè)視頻卡、LCD控制器、LCD面板、IP、參考設(shè)計(jì)，并能夠?qū)崿F(xiàn)色彩空間轉(zhuǎn)換、縮放、Alpha混合、屏幕顯示(OSD)、幀緩存器控制，以及視頻定時(shí)生成等功能。