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醫(yī)療電子:大愛無疆

作者:李健 時間:2008-11-12 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  世界上最大的應(yīng)用市場領(lǐng)域在哪里?這個答案需要在與每個人日常生活休戚相關(guān)的應(yīng)用中去尋找,無疑具有這樣的潛質(zhì)。健康,是人們除了生存之外最重要的需求,因此與健康相關(guān)的產(chǎn)品一直是市場熱捧的焦點,與那些效果模糊的保健品相比,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尼t(yī)療器械更容易獲得消費者的認(rèn)可。伴隨著傳感器技術(shù)的突飛猛進(jìn)和價格的大幅下降,以傳感器采集人體健康數(shù)據(jù)并加以分析的設(shè)備正逐漸成為家用電器采購的新寵。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/89443.htm

  市場正在升溫,并且廣受半導(dǎo)體廠商關(guān)注,甚至有潛質(zhì)成為超越通信和PC成為半導(dǎo)體最大的應(yīng)用領(lǐng)域。全球醫(yī)療電子市場的熱鬧,一方面得益于電子技術(shù)的進(jìn)步,另一方面受到以下趨勢所影響:(1)人口老齡化,世界老年人口比例從20年前的11%增加到2007年的20%。(2) 人們生活水平提高帶來的對健康的關(guān)注度提升,人們對于增進(jìn)健康照顧的期望持續(xù)增加。(3)保險公司和雇主在醫(yī)療開銷的支付和保險范圍逐漸消減,但受保人或病患需繳納的醫(yī)療保健費用卻日益增加。(4)科技的進(jìn)步讓一些輕微的疾病可在家庭內(nèi)部進(jìn)行早期分析、預(yù)防與治療,遠(yuǎn)比去醫(yī)院便捷廉價。

  從全球范圍來看,市場對醫(yī)療電子產(chǎn)品的需求越來越大,尤其是對計算機(jī)斷層掃描儀、磁共振儀、高檔超聲波診斷儀器等高端產(chǎn)品需求的快速增長,有力帶動了全球醫(yī)療電子市場規(guī)模的擴(kuò)大。與此同時,市場需求的增長大大刺激了各國在醫(yī)療電子領(lǐng)域的投入力度,醫(yī)療電子設(shè)備制造商不斷提高技術(shù)水平,擴(kuò)大創(chuàng)新應(yīng)用,促進(jìn)了全球醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展,有力支持了醫(yī)療電子市場需求的增長。根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)Databeans預(yù)測,至2012年醫(yī)療電子用半導(dǎo)體產(chǎn)值將接近50億美元,其中家用和便攜市場成長速度最快,年復(fù)合成長率高達(dá)12%。BCCResearch的最新調(diào)查報告也指出,全球家用醫(yī)療設(shè)備市場規(guī)模將從2007年的146億美元,至2012年時成長到210億美元,年復(fù)合成長率(CAGR)將達(dá)到6.8%。輔助復(fù)健、治療裝置、監(jiān)視/傳感器與遙測裝置等,成為家用電子醫(yī)療市場的大頭,光以血糖測量儀來看在2007年就有70億美元商機(jī),而到了2012年將成長到89億美元;而有益健康的家用醫(yī)療裝置,預(yù)估更將大舉成長25%。

  就目前全球醫(yī)療電子市場的區(qū)域結(jié)構(gòu)而言,美國、歐洲和日本仍是醫(yī)療電子的主力市場,但隨著這些地區(qū)醫(yī)療電子體系日趨完善和市場規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大,其增長空間和潛力已十分有限,而一些新興的區(qū)域市場,如以中國、印度等為代表的亞太地區(qū),一方面由于其人口優(yōu)勢,另一方面在經(jīng)濟(jì)快速成長的帶動下,醫(yī)療電子市場近幾年一直保持著較高的增長速度,成為帶動全球市場增長的重要區(qū)域,也是國際大企業(yè)競相爭奪的新市場目標(biāo)。從中國市場來看,在經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展、醫(yī)院信息化進(jìn)程加快及國家相關(guān)政策變化等幾方面有利因素的影響下,2006年中國醫(yī)療電子市場規(guī)模繼續(xù)加速增長,銷售額突破200億元,達(dá)到210.8億元,同比增長15.6%,明顯高于全球同類市場增長水平。未來幾年,中國醫(yī)療電子市場將持續(xù)平穩(wěn)增長,年均復(fù)合增長率達(dá)18.2%,2011年中國醫(yī)療電子市場規(guī)模有望接近500億元。


圖1  中國醫(yī)療電子市場增長率高于全球水平,所占市場份額逐年擴(kuò)大

  從生病了才看醫(yī)生的治療,到預(yù)防疾病的預(yù)防,在電子科技的推波助瀾之下,保健醫(yī)學(xué)將是未來的顯學(xué)。不但大型的醫(yī)院用治療儀也逐漸朝便攜式、經(jīng)濟(jì)型家用康復(fù)治療器的方向發(fā)展,例如,全自動體外電擊器(AutomatedExternalDefibrillator,AED)、生育監(jiān)測儀(FertilityMonitoringDevice)等;每個家庭也會將家庭醫(yī)療與保健視為必要的投資,選購家用醫(yī)療電子設(shè)備就像選購電視與冰箱等家電般平常?;诖?,讓家用醫(yī)療電子設(shè)備被美國《財富》雜志預(yù)測為21世紀(jì)前十年最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)的第一名,也成為半導(dǎo)體廠商搶進(jìn)的重點市場。

  醫(yī)療電子由于醫(yī)療電子產(chǎn)品的生命周期較普通消費型電子產(chǎn)品長,因此產(chǎn)品更新?lián)Q代過程相對較長,從而導(dǎo)致醫(yī)療電子市場規(guī)模難以實現(xiàn)更高速度的增長,不過至少在最近的5年之內(nèi),由于醫(yī)療電子產(chǎn)品的普及率起點非常低,因此整個市場還會保持一個健康旺盛的增長勢頭。更為重要的是,在龐大的用戶群體支持下,醫(yī)療電子市場不會像其它產(chǎn)業(yè)那樣容易形成泡沫并破滅。隨著時間的推移,醫(yī)療電子市場規(guī)模將逐步趨于未定,能夠提供給參與者比其它商業(yè)領(lǐng)域更穩(wěn)定和更持久的回報。

  大愛無疆,親屬的健康是人們心中永恒的牽絆,因此與健康密切相關(guān)的醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用范圍同樣不會存在界限。

醫(yī)療電子發(fā)展趨勢

  本刊專門采訪了多家半導(dǎo)體公司,就醫(yī)療電子技術(shù)和市場的發(fā)展趨勢進(jìn)行了深入地探討。

  談到醫(yī)療電子技術(shù)的發(fā)展趨勢和未來市場重點,ADI大中國區(qū)資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝先生認(rèn)為醫(yī)療設(shè)備一方面將繼續(xù)追求更高性能,如CT,MRI;而便攜和保健化/家用化將是該領(lǐng)域增長的另一個強勁動力。兩個方向有一個共同性,那就是在單位體積的設(shè)備內(nèi)需要具有越來越強大的功能:更精確地處理更多更復(fù)雜的模擬和數(shù)字信號。這自然也帶來功耗和散熱,以及可靠性,設(shè)計復(fù)雜度等的挑戰(zhàn)。因此電子元器件的技術(shù)進(jìn)步是至關(guān)重要的。醫(yī)療市場和技術(shù)的快速發(fā)展對系統(tǒng)的性能和成本都提出了挑戰(zhàn)。ADI擁有世界領(lǐng)先的模擬和數(shù)字技術(shù),發(fā)展戰(zhàn)略是結(jié)合市場需求,通過不懈的技術(shù)創(chuàng)新,提供高性價比的產(chǎn)品和方案。圍繞ADI的核心技術(shù)優(yōu)勢產(chǎn)品的三個主要方向是:增加通用器件的產(chǎn)品系列;開發(fā)新的替代技術(shù)產(chǎn)品;根據(jù)醫(yī)療設(shè)備的特殊需求開發(fā)專用的高集成芯片。

  特別的,周先生還介紹了全球醫(yī)療設(shè)備的幾個趨勢:(1)更精密,例如超聲的通道數(shù)的增加和分辨率的提高;(2)數(shù)字化,例如X光機(jī)的數(shù)字化既提高了分辨率又方便了醫(yī)案網(wǎng)絡(luò)化以及醫(yī)療資源的共享;(3)便攜化,如便攜超聲和監(jiān)護(hù)儀使各種場合的及時診斷和治療都成為可能;(4)家用化和保健化(HEALTHCARE),使連續(xù)健康監(jiān)測變得簡單舒適。對于開發(fā)者來說,醫(yī)療設(shè)備關(guān)系到人民的健康和生命,需要開發(fā)醫(yī)療電子的工程師本著關(guān)愛生命的原則進(jìn)行開發(fā)。醫(yī)療設(shè)備的性能和可靠來自好的解決方案的系統(tǒng)設(shè)計。模擬和數(shù)字都是重要的技術(shù),而在高性能的醫(yī)療設(shè)備中模擬技術(shù)更具挑戰(zhàn)性。

  NI公司則認(rèn)為,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,事實上很多大型醫(yī)療電子設(shè)備都由多個子系統(tǒng)組成,需要集成多種傳感器、機(jī)械部件、電子元件比如FPGA或者微處理器等,還會涉及到多種專業(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年甚至更長的時間。在這種情況下,技術(shù)上的挑戰(zhàn)往往并不在于單個技術(shù)領(lǐng)域所遭遇的瓶頸,而在于如何快速整合多種技術(shù)、縮短整個醫(yī)療電子設(shè)備系統(tǒng)的開發(fā)時間、提高創(chuàng)新程度。

  由于其通用性,NI產(chǎn)品在多種生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有相關(guān)應(yīng)用,比如胎心信號分離、腦磁信號提取、視網(wǎng)膜激光治療、腫瘤冷凍治療、心臟起博器設(shè)計等等。主要涉及醫(yī)療設(shè)備的控制、分析和處理部分。NI LabVIEW為開發(fā)人員提供了上千種信號處理和數(shù)學(xué)運算的函數(shù),包括小波分析、聯(lián)合時頻分析、時間序列分析、聲音和圖像分析處理等多種信號處理工具,設(shè)計人員可以通過調(diào)用現(xiàn)成的函數(shù),快速完成例如移除基線漂移、噪聲消除、QRS檢測、胎心信號提取等應(yīng)用。與此同時,開發(fā)人員也可以通過LabVIEW內(nèi)置的文本數(shù)學(xué)工具重用已有的算法。另一方面,NI提供了商業(yè)化嵌入式硬件平臺NI CompactRIO,集成了一個嵌入式實時處理器、高性能的FPGA,并具有多種I/O模塊及內(nèi)置的信號調(diào)理功能。開發(fā)人員可以通過LabVIEW FPGA模塊對CompactRIO內(nèi)置的FPGA進(jìn)行編程,從而自定義I/O和板載處理功能,由于LabVIEW FPGA是一種圖形化的編程環(huán)境,生物醫(yī)學(xué)專家們不需要掌握VHDL就可以直接參與到編程工作中,從而快速實現(xiàn)設(shè)計與算法的原型化。

  Actel 公司高級產(chǎn)品市場經(jīng)理Shabnam Zarrinkhameh把醫(yī)療應(yīng)用成為半導(dǎo)體增長最迅速的領(lǐng)域之一的原因劃分為三個主要領(lǐng)域的應(yīng)用:家庭測試、監(jiān)控和診斷,成像以及臨床設(shè)備,并將繼續(xù)成為半導(dǎo)體器件的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中,可以看到兩個重要的發(fā)展趨勢——小型化和低功率的需求。


Shabnam Zarrinkhameh   Actel 公司高級產(chǎn)品市場經(jīng)理

  小型化:對于大部分醫(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,低功耗是另一個發(fā)展趨勢。對植入式設(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)院必須動用推車來運輸?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現(xiàn)的。

  其它的挑戰(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。

  賽靈思亞太區(qū)高端產(chǎn)品市場經(jīng)理梁曉明先生將醫(yī)療電子未來發(fā)展趨勢和面對的挑戰(zhàn)歸納為兩個方面:

  產(chǎn)品:隨著生活水平的提高,消費者對醫(yī)療保健服務(wù)的期望也在提升。對于醫(yī)療電子設(shè)備生產(chǎn)商來說,要生產(chǎn)性能更高但成本更低的產(chǎn)品,給他們帶來了更大的壓力。 潛力最大的市場之一是面向家庭和醫(yī)院使用的便攜式醫(yī)療設(shè)備。另一大挑戰(zhàn)是市場需要高性能、低功耗,而且工作時間持久的便攜式醫(yī)療設(shè)備。這些挑戰(zhàn)也給半導(dǎo)體供應(yīng)商帶來了壓力,迫使他們提供滿足最終用戶期望的解決方案。


梁曉明   賽靈思亞太區(qū)高端產(chǎn)品市場經(jīng)理

  財務(wù):盡管醫(yī)療電子設(shè)備將會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,但醫(yī)療設(shè)備的產(chǎn)品開發(fā)周期通常比較長,產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證過程非常嚴(yán)格并且需要更長的時間。因此,醫(yī)療電子設(shè)備的投資回報時間相對較長,因此涉足醫(yī)療電子行業(yè)的企業(yè)需要有較強的經(jīng)濟(jì)實力,并且有合理的戰(zhàn)略規(guī)劃來維持產(chǎn)品開發(fā)。 面對以更低成本提供更高性能的壓力,醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)商希望供應(yīng)商能夠充分理解其要求并提供支持IP重利用的平臺。這將可以降低開發(fā)風(fēng)險和投資成本并縮短開發(fā)周期,從而加快產(chǎn)品開發(fā)過程。

FPGA的施展舞臺

  FPGA憑借高性能和靈活開發(fā)的特點,在醫(yī)療電子中獲得許多廠商的青睞。先進(jìn)的FPGA技術(shù)會促進(jìn)醫(yī)療電子市場迅速發(fā)展。FPGA在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)從簡單接口擴(kuò)展功能和橋接轉(zhuǎn)換功能,延伸到數(shù)字信號處理和系統(tǒng)內(nèi)部高速互聯(lián)領(lǐng)域??上驳目吹礁嗟尼t(yī)療電子產(chǎn)品中使用FPGA實現(xiàn)核心算法,復(fù)雜控制,高速接口(例如PCI express接口,SATA接口,以太網(wǎng)接口等)和一體化集成設(shè)計。特別指出,內(nèi)嵌處理器的FPGA非常合適作為醫(yī)療電子系統(tǒng)中的高度整合的一體化系統(tǒng)核心。

  賽靈思亞太區(qū)高端產(chǎn)品市場經(jīng)理梁曉明先生認(rèn)為,醫(yī)療行業(yè)客戶需要可編程能力和售后升級功能來保護(hù)他們的資本投資。作為FPGA行業(yè)領(lǐng)先廠商,賽靈思(Xilinx)公司提供的所有FPGA和CPLD產(chǎn)品都大量的使用在的醫(yī)療電子產(chǎn)品上, 公司有通用的芯片產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊,也有專門的團(tuán)隊和合作伙伴提供醫(yī)療相關(guān)的應(yīng)用方案和IP核。醫(yī)療市場對于高分辨率、3D采用圖像處理和重構(gòu)設(shè)備的需求很大。賽靈思公司在DSP和嵌入處理領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)將會補充并推動這一行業(yè)發(fā)展趨勢。設(shè)備制造商可以利用賽靈思公司的FPGA器件來縮短開發(fā)周期、降低投資和風(fēng)險,并可以在產(chǎn)品中集成自己的專用IP。賽靈思極為重視產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性,并將繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)高性能FPGA發(fā)展的潮流。這與醫(yī)療電子行業(yè)的需求是一致的。高端FPGA的主流產(chǎn)品,已經(jīng)廣泛應(yīng)用在醫(yī)療系統(tǒng)中,低成本FPGA產(chǎn)品更是廣泛的用在所有醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域,包含便攜式的醫(yī)療設(shè)備,例如便攜超聲設(shè)備和各種手持終端。

  Actel 公司高級產(chǎn)品市場經(jīng)理Shabnam Zarrinkhameh的觀點是高性能、具有功率意識的醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計人員都希望采用靈活的、功能豐富的器件,以獲得快速、無以倫比的低功耗、固件錯誤免疫能力和低成本等優(yōu)勢。因此越來越多的設(shè)計人員將會轉(zhuǎn)向靈活及功能豐富的FPGA產(chǎn)品。電池供電應(yīng)用 (家庭輸液泵、電震發(fā)生器、便攜式血糖及膽固醇監(jiān)控器、數(shù)字血壓監(jiān)控器,以及呼吸治療產(chǎn)品) 都需要低功耗和小外形尺寸,使到Actel以Flash為基礎(chǔ)的超低功耗IGLOO FPGA成為理想的選擇。對于診斷實驗室設(shè)備、病患監(jiān)控設(shè)備、可植入的輸液泵、以及起搏器應(yīng)用,Actel的低功耗Flash FPGA同樣適用。2007年,中國領(lǐng)先的醫(yī)療設(shè)備開發(fā)和制造商邁瑞醫(yī)療國際有限公司選擇了Actel以Flash為基礎(chǔ)的FPGA器件,用于其便攜式病患監(jiān)護(hù)儀產(chǎn)品,包括另外的監(jiān)護(hù)儀設(shè)備、診斷實驗儀器和超聲波成像系統(tǒng)。此外,醫(yī)療保健正在向基于家庭的應(yīng)用轉(zhuǎn)移,這些通常采用電池供電的應(yīng)用設(shè)備 (如家庭輸液泵、電震發(fā)生器、便攜式血糖及膽固醇監(jiān)控器、數(shù)字血壓監(jiān)控器,以及呼吸治療產(chǎn)品) 需要低功耗和小外形尺寸,Actel的超低功耗FPGA是理想的選擇。

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