醫(yī)療電子：半導(dǎo)體市場發(fā)展的新熱點

　　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行氧氣治療的便攜式制氧機，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。

　　其他的挑戰(zhàn)包括: 半導(dǎo)體行業(yè)的變化速率遠遠超過醫(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)，以便滿足嚴苛的醫(yī)療設(shè)備指導(dǎo)條例。

　　另一個方面，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、機械部件、電子元件比如微處理器，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。

　　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)體會更好地推進醫(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小的解剖結(jié)構(gòu)和病變，如乳癌細胞。在大多數(shù)醫(yī)療電子產(chǎn)品如血壓計、心率監(jiān)控儀和脈沖式血氧飽和度儀 (pulse oximeter)中，實際的生理學(xué)信號都是低振幅的模擬信號，在這些信號在被測量、監(jiān)控或顯示之前，需要使用放大和濾波等信號調(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，通過使用與低功耗MCU相集成的嵌入式高性能外設(shè)如運算放大器、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。

　　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)的運動狀況，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，對各種狀態(tài)的判斷和計算所需要的原理的認識也是很大的挑戰(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)備中會使用許多通用半導(dǎo)體部件。醫(yī)療設(shè)備制造商通常會對他們的供應(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，制造商會對他們的供應(yīng)商提出一些特殊要求。各個制造商提出的要求各不相同，因為這些要求是基于每個制造商自己的質(zhì)量管理體系。例如，對于可追溯性，不同制造商會執(zhí)行不同的管理體系來滿足這一共同要求。即使面對的法規(guī)是相同的，兩個不同制造商也可能會使用不同的體系來達成目標。這意味著半導(dǎo)體制造商必須擁有自己嚴格的質(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。

　　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)備制造商面對數(shù)項挑戰(zhàn)。

　　對于家用醫(yī)療設(shè)備，主要的挑戰(zhàn)包括：尺寸(便于攜帶)、功耗(電池使用時間更長)、易用性(智能設(shè)備)、網(wǎng)絡(luò)(由專科醫(yī)生進行數(shù)據(jù)分析等)和成本(對于終端用戶來說價格可接受)。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)需要在幾個方面幫助他們解決這些挑戰(zhàn)：信號處理產(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(藍牙、SIM收發(fā)器等)，這些非常關(guān)鍵。另一個技術(shù)難點是通信的穩(wěn)定性和可靠性。隨著相關(guān)標準的逐漸確定，無線和有線通信技術(shù)會得到更成熟的應(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)生的初級治療和一些緊急情況的初期處理，圖2 為一個基本的遠程醫(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)備進行身體各項數(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)中心可以儲存長時間的身體數(shù)據(jù)便于醫(yī)生進行分析，同時監(jiān)控中心也可以隨時發(fā)現(xiàn)某個受監(jiān)控者的健康異常狀況，并及時通知患者和醫(yī)生，從而確保及時發(fā)現(xiàn)病情進行處理。

　　醫(yī)療電子設(shè)備的家用化和遠程化對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，帶來對無線連接能力的需求。在收發(fā)患者記錄時需要注意數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。便攜設(shè)備的數(shù)據(jù)速率不高，有些情況下在遠郊可能無法使用，連接能力、RF干擾，以及遠程故障排除因而成為主要的難題。而對于實現(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)標準。為了應(yīng)對不斷增加的挑戰(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)引進顯示器時，僅僅展示芯片如何工作已經(jīng)不再被接受;而使用一個開發(fā)工具套件或演示套件來展示如何實現(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視頻卡、LCD控制器、LCD面板、IP、參考設(shè)計，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，以及視頻定時生成等功能。