李　健

摘要：本文通過匯集各方信息，對醫(yī)療半導體的技術需求和市場發(fā)展空間進行了深入的探討，并提出未來醫(yī)療電子市場對半導體產品的發(fā)展需求。

關鍵詞：醫(yī)療電子；半導體；信息采集；信息處理

區(qū)別于任何一項電子技術，醫(yī)療電子是一個全社會共同關注的話題。IBM最新的廣告宣傳稱，未來30％的數(shù)據容量來自于醫(yī)療信息。而IDC預計，到2011年世界上將產生1800,000,000TB數(shù)據，也就是1.8ZB，這其中的30％意味著每年產生的醫(yī)療信息將超過5ZB的容量，如何搜集和處理這些數(shù)據，無疑是未來醫(yī)療電子產品必須考慮的問題。

關愛如何延伸

如此大的醫(yī)療信息規(guī)模無疑催生著醫(yī)療電子市場的升溫，并且在這個經濟危機影響整個行業(yè)的特殊時期廣受半導體廠商關注，如果IBM的預言屬實，醫(yī)療電子甚至有潛質超越通信和PC成為半導體最大的應用領域。全球醫(yī)療電子市場的熱鬧，一方面得益于電子技術的進步，另一方面受到以下一些社會變革所影響：(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注度提升，人們對于增進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)科技的進步讓一些輕微的疾病可在家庭內部進行早期分析、預防與治療，遠比去醫(yī)院便捷廉價。

隨著客觀環(huán)境的演變與人們保健觀念的變革，醫(yī)療電子將呈現(xiàn)以下幾種發(fā)展趨勢。

首先，原來只有在大醫(yī)院使用的大型醫(yī)療設備將呈現(xiàn)小型化、低成本化以及更便于使用等發(fā)展趨勢，以適應基層醫(yī)療機構建設的需求。另一方面，大型設備正在向更高的性能發(fā)展，通道密度和速度更高，這不僅有助于更好地進行診斷，還能提高設備的使用效率，既給醫(yī)院帶來經濟效益又樹立了良好的形象。由于消費者對醫(yī)療保健服務有了更高的需求，對于替代2D單色圖像設備的高分辨率和3D成像應用的需要將更為強烈。

其次、為了適應醫(yī)療體系的網絡化建設，從長遠發(fā)展來看，互聯(lián)的數(shù)據平臺變得非常重要。數(shù)據平臺涉及對兩項技術的要求：通信和數(shù)據格式。只有建立相應的標準，醫(yī)療設備之間以及與其他信息源之間才能實現(xiàn)互操作。在這方面，業(yè)界成立了一個名為Continua Health Alliance的產業(yè)組織，進行標準選擇、互用性指南的編寫等工作。此外，隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，很多原來被認為是醫(yī)療行業(yè)邊緣產業(yè)的例如與家用保健系統(tǒng)相關的保險業(yè)也將越來越多的參與到醫(yī)療事業(yè)的建設中來。但是，由于目前尚未實現(xiàn)廣泛的互操作性，因此對于醫(yī)療體系及信息技術行業(yè)而言，這是一項新興的發(fā)展目標。

再次，隨著人口老齡化問題的加劇，家用監(jiān)護式的應用也是一個發(fā)展趨勢。除了現(xiàn)在已經有較多應用的家用血糖、血壓檢測外，預計未來心電圖等設備也將走入家庭，這會有更多的參與者進來，也會開拓出不同的業(yè)務模式。特別是測量血糖、血壓等的便攜式設備，能夠在家中方便地提供健康監(jiān)測并提供預防性措施。這將會導致對低功耗低成本便攜醫(yī)療電子設備的強勁需求。

最后，在全球市場，科學家和商業(yè)企業(yè)近年來在生物醫(yī)療領域投入巨資，這也是高性能高可靠性醫(yī)療電子設備增長的另一個應用領域。Maxim醫(yī)療電子市場總監(jiān)Tohn Di Cristina強調，醫(yī)療設備研發(fā)的趨勢是逐步“接近”病人，主要表現(xiàn)在兩個方面：一個是診斷測試設備從臨床實驗室進入醫(yī)生辦公室或病床邊；另一方面是家庭監(jiān)護設備的普及。這一發(fā)展趨勢能夠為病人帶來諸多好處，不僅改善醫(yī)院的服務質量、減少病人花費；而且，醫(yī)療監(jiān)護儀器進入家庭，病人足不出戶即可了解自己的健康狀況，無需頻繁地出入醫(yī)院。為了滿足這些需求，需要減小設備尺寸，有些情況下還要求設備具有便攜性，此外，還需要具備連接或數(shù)據傳輸功能，將患者的數(shù)據發(fā)送到衛(wèi)生保健中心。

科技如何應對

醫(yī)療設備正在給家庭醫(yī)療保健市場帶來一場革命，使人們不必離開住處就可以診斷各種健康狀況。對于家用醫(yī)療設備，主要的挑戰(zhàn)包括：尺寸(便于攜帶)、功耗(電池使用時間更長)、易用性(智能設備)、網絡(由?？漆t(yī)生進行數(shù)據分析等)和成本(對于終端用戶來說價格可接受)。技術進步使便攜式自助醫(yī)療保健系統(tǒng)得以實現(xiàn)，這類系統(tǒng)幫助人們監(jiān)測諸如血壓、血糖和體溫等生命體征。家庭醫(yī)療監(jiān)察和監(jiān)測系統(tǒng)使人們能夠控制自己的健康狀況，不過這些醫(yī)療設備必須在最重要的時刻快速、高效地工作。隨著便攜式醫(yī)療傳感器的發(fā)展，就非侵入式護理而言，更長的電池壽命和更小的外形尺寸變得更關鍵了。需要小的解決方案尺寸和低功耗的醫(yī)療設備的例子包括：血液分析系統(tǒng)、脈動血氧計、數(shù)字x射線和數(shù)字體溫計等。

為幫助系統(tǒng)制造商克服這些挑戰(zhàn)，半導體制造企業(yè)需要在以下方面幫助他們解決這些挑戰(zhàn)：信號調理產品，如放大器／轉換器／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(藍牙、SIM收發(fā)器等)。所有這些都非常關鍵。為提供這些解決方案，半導體制造商需要建立強的核心技術，而且還需要具有良好的系統(tǒng)理解能力，因為這有助于他們設計出滿足市場需求的產品。

半導體行業(yè)發(fā)展迅速，其工藝技術不斷更新。然而，新技術投資越來越昂貴，特別是從90nm到65nm，再到45nm／40nm。由此帶來的挑戰(zhàn)是保持成本足夠低的情況下為醫(yī)療電子行業(yè)提供新技術。面對以更低成本提供更高性能的壓力，醫(yī)療設備生產商希望供應商能夠充分理解其要求并提供支持IP重用的平臺。這將可以降低開發(fā)風險和投資成本并縮短開發(fā)周期，從而加快產品開發(fā)過程。賽靈思公司亞太區(qū)市場及應用總監(jiān)張宇清認為，內嵌處理器的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。例如賽靈思的Virtex-5 FXT平臺提供兩個業(yè)界標準的PowerPC 440處理器模塊，加上高性能DSP和高速SesDes，對于需要高分辨率圖像處理、高性能數(shù)據分析、高速數(shù)據傳輸?shù)脑O備開發(fā)非常理想，已經廣泛應用在醫(yī)療系統(tǒng)中，包括PCI express接口、SATA接口，以太網接口：高速數(shù)據緩存和高速查表：高性能濾波器、Beamforming(波束)、FFT和其他核心算法；ADC／DAC接口和各種復雜控制；圖像處理和顯示。低成本FPGA例如Spartan-3／3A／3E／3AN系列，以及CeolRunner CPLD產品更是廣泛地用在所有醫(yī)療設備領域，包含便攜式的醫(yī)療設備，例如便攜超聲設備和各種手持終端。采用賽靈思FPGA，開發(fā)人員還可以集成自己開發(fā)的專用IP。

有些醫(yī)療測量需要模擬電路連

續(xù)運行，每秒鐘有成千上萬、甚至成百萬個讀數(shù)。還有些應用每天僅需要一個讀數(shù)。就這些非經常性的測試而言，模擬電路只須加一次電，進行測量，然后在一天的其余時間里處于空閑狀態(tài)。運行在低功率“休眠”模式。IC必須提供低功率休眠或打盹模式，以在休眠時實現(xiàn)低功耗運行。

Maxim Tohn Di Cristina介紹，家庭監(jiān)護設備通常采用電池供電，用于這類醫(yī)療儀器的IC需要具備低功耗、小尺寸和高集成度。對醫(yī)學成像系統(tǒng)IC的要求是成像處理的通道數(shù)越來越多，性能的提高需要占用更寬的頻帶，而另一方面還需考慮系統(tǒng)功耗的限制，這為便攜式醫(yī)療設備的設計帶來了巨大挑戰(zhàn)。為此，Maxim根據用戶的特定要求提供小尺寸、低成本、高性能(低噪聲、寬帶等)解決方案，針對個人便攜式監(jiān)護產品提供完備的模擬前端：對于超聲成像設備，提供高度集成并具有優(yōu)異性能的低功耗模擬接收器件以及用于發(fā)送通道的高壓產品，另外，根據用戶要求，Maxim還將推出診斷、監(jiān)控IC，不斷提升用戶最終產品的使用價值。

醫(yī)療設備的一個大問題是，它們的設計和開發(fā)可能常?；ㄙM數(shù)年時間，用大量時間進行臨床試驗和辦理審批手續(xù)。醫(yī)療設備制造商必須確保他們設計中使用的產品能得到IC制造商的無限期支持，因為任何設計更改可能都需要重新取得合格證、導致產品推遲交付并極大地增加成本。IC的可靠性當然是極為重要的，但是，同樣重要的是，能夠可靠地供應產品。關于產品淘汰，凌力爾特(Linear)混合信號產品產品市場經理Alison Steer介紹，該公司有一個非常穩(wěn)定的策略，盡自己所能做每一件事情，以持續(xù)支持已投產器件。諸如核磁其振成像(MRI)和數(shù)字x射線成像等診斷成像系統(tǒng)在成像方面不斷取得顯著進步，使得放射診斷的準確度不斷改進。高速模數(shù)轉換器(ADC)位于這些接收器系統(tǒng)的核心部位，它們的性能決定了最大可實現(xiàn)的分辨率。高分辨率ADC提供更高的對比度，可為用戶產生詳細的圖像。Linear雙通道高速ADC系列提供業(yè)界最低的通道至通道串擾(-110dB)，被用來提高電動外科工具等精密醫(yī)療設備的冗余度。

另一個未來的趨勢是，就貴重的醫(yī)療設備而言，便攜性是在醫(yī)院環(huán)境中提高效率、降低庫存成本的必要條件?，F(xiàn)在，以太網供電(PoE)正在給便攜式設備帶來很多好處、因為以太網供電在單對雙絞電纜(通常為CATS)上同時傳送數(shù)據和提供電力，從而最大限度地減少了雜亂無毒的電纜，并使設備易于搬遷。因為CATS供貨穩(wěn)定，而且不需要電工安裝，配線安裝也不昂貴，因此使得搬遷設備很容易，維護和檢修也很方便。此外，PoE能夠非常容易地為遠程地點供電和管理遠程地點，同時，通過將電池放置在同一個地點集中控制，可以經濟地提供備用電源。設備電源可以遠程循環(huán)，以加載固件或復位設備。

最容易忽視的是，醫(yī)療設備具有其獨特的要求。除了更長的壽命周期和更嚴格的可靠性外，還要符合許多特殊標準，諸如IEC60601－1和IEC60601－2(如電流隔離)。據ADI公司亞太醫(yī)療事業(yè)資深業(yè)務經理周文勝介紹，ADI在滿足醫(yī)療應用的產品長壽命周期上具有長期的傳統(tǒng)和清晰的策略，采用非常嚴格的質量控制過程來實現(xiàn)產品的可靠性。對于如IEC60601－1標準要求的電流隔離這樣的醫(yī)療標準，ADI開發(fā)出了iCoupler系列產品來對數(shù)字信號或電源進行隔離。最新的產品是全球首款單封裝USB隔離器ADμM4160，它可以實現(xiàn)病人與設備之間的隔離。ADI在一年多以前成立了醫(yī)療團隊、推動醫(yī)療電子業(yè)務的發(fā)展。一方面繼續(xù)加大通用器件的投資，提高器件的精度，滿足醫(yī)療設備的發(fā)展需求：同時也對隔離芯片和MEMS等前沿技術進行投入，滿足未來醫(yī)療電子設備的需求。另一方面，提供更高集成度的方案。如針對CW(連續(xù)波)和PW(脈沖波)多普勒超聲推出了八通道超聲接收器AD9276和AD9277，在單個芯片中集成了CW多普勒信號處理的增益、濾波、數(shù)據轉換和解調功能的芯片，以滿足從日常產前保健到高級心臟成像等越來越復雜的診斷要求。