醫(yī)療電子:從治病向保健延伸,便攜產(chǎn)品領(lǐng)風(fēng)騷

　　同時(shí)，醫(yī)療模式在轉(zhuǎn)變，過去關(guān)注疾病，現(xiàn)在關(guān)注健康。理想的醫(yī)院是比我還關(guān)心自己的健康。

　　現(xiàn)在，醫(yī)保對(duì)醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)巨大。

　　我國(guó)的問題是交易成本過高。很多企業(yè)重復(fù)研發(fā)，缺少誠(chéng)信和知識(shí)管理。同時(shí)，高校和企業(yè)的研發(fā)需要密切協(xié)作。

　　低功耗、高效率是芯片研發(fā)主流

　　家用醫(yī)療并不意味著低性能

　　ADI公司亞太區(qū)醫(yī)療行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理王勝稱，家庭或個(gè)人應(yīng)用的便攜式醫(yī)療設(shè)備并不意味著低性能，相當(dāng)一部分應(yīng)用只是應(yīng)用場(chǎng)地和應(yīng)用方式的轉(zhuǎn)化，已不再局限于傳統(tǒng)的專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)場(chǎng)所使用。家用醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備在技術(shù)上的發(fā)展趨勢(shì)概括起來(lái)就是“更便攜、更安全、更低耗、更智能，以及更高診斷級(jí)的性能”。

　　家用醫(yī)療設(shè)備的主要針對(duì)用戶群并不具有嚴(yán)格的限定界限，可以包括慢性疾病患者、術(shù)后康復(fù)以及中老年人。未來(lái)，家用醫(yī)療設(shè)備，尤其是以預(yù)防監(jiān)測(cè)為主的家用醫(yī)療設(shè)備將面向所有的用戶群，成為人們生活中的必需品。另外，隨著醫(yī)療基礎(chǔ)的不斷成熟，診斷級(jí)的家庭醫(yī)療設(shè)備亦將得到快速發(fā)展。除了傳統(tǒng)的個(gè)人醫(yī)療電子設(shè)備如血壓計(jì)、血糖儀等因其技術(shù)和市場(chǎng)都已很成熟，其他新的技術(shù)和應(yīng)用也將帶動(dòng)未來(lái)的便攜式醫(yī)療電子設(shè)備市場(chǎng)的發(fā)展，例如針對(duì)個(gè)人和家庭應(yīng)用的生命體征信號(hào)測(cè)量等。ADI預(yù)計(jì)未來(lái)個(gè)人監(jiān)護(hù)、診斷以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)等設(shè)備也會(huì)走入家庭和個(gè)人應(yīng)用場(chǎng)合。此外，隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，很多原來(lái)被認(rèn)為是醫(yī)療行業(yè)邊緣產(chǎn)業(yè)的，如與家用保健系統(tǒng)相關(guān)的保險(xiǎn)業(yè)也將越來(lái)越多地參與到醫(yī)療事業(yè)的建設(shè)中來(lái)，同樣會(huì)帶動(dòng)醫(yī)療電子的發(fā)展。這些都必然要求醫(yī)療電子設(shè)備的小體積、便攜式、低功耗、易使用、低成本以及有效的數(shù)據(jù)傳輸和管理方式。

　　ADI已經(jīng)在醫(yī)療行業(yè)專注多年，積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)以及方案。近期，公司針對(duì)各類生命體征監(jiān)護(hù)應(yīng)用推出了一款低功耗、單導(dǎo)聯(lián)、心率監(jiān)護(hù)儀模擬前端(AFE)AD8232，專為滿足新興的健身設(shè)備、便攜式/佩戴式監(jiān)控設(shè)備和遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)設(shè)備的ECG信號(hào)調(diào)理要求而設(shè)計(jì)。

　　降低ADC功耗

　　安森美半導(dǎo)體消費(fèi)類健康產(chǎn)品線高級(jí)經(jīng)理Jakob Nielsen認(rèn)為降低ADC功耗勢(shì)在必行。因?yàn)?醫(yī)療設(shè)備行業(yè)正在出現(xiàn)新趨勢(shì)。由于醫(yī)療成本上升及醫(yī)療法規(guī)變化，使醫(yī)療設(shè)備開發(fā)人員需要充分利用他們的設(shè)計(jì)生產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備系列，而非采用一次一個(gè)設(shè)備的開發(fā)途徑。例如，某個(gè)工程團(tuán)隊(duì)如今必須同時(shí)開一個(gè)發(fā)心電圖(ECG)監(jiān)測(cè)儀及一個(gè)自動(dòng)體外除顫儀(AED)設(shè)備。這就為選擇元器件帶來(lái)挑戰(zhàn)，因?yàn)獒t(yī)院用的ECG監(jiān)測(cè)儀通常采用墻式插座供電，而AED設(shè)備采用電池供電。換言之，一個(gè)設(shè)備需大功率電能按需要用電，而另一個(gè)設(shè)備受電池電量約束;然而，為了將開發(fā)周期縮至最短及將成本降至最低，需要為兩類設(shè)備建造共用硬件工具。其次，一個(gè)設(shè)備通常靜止不動(dòng)(在病床邊)，而另一個(gè)設(shè)備則需移動(dòng)，配合就地治療。

　　對(duì)元器件制造商來(lái)說(shuō)，醫(yī)療級(jí)IC制造商需要設(shè)計(jì)極低能耗的半導(dǎo)體產(chǎn)品以滿足便攜設(shè)備的電池限制，但性能還必須滿足居家嚴(yán)格應(yīng)用(通常是靜態(tài)醫(yī)療設(shè)備)的性能規(guī)范要求。例如，臨床使用的ECG監(jiān)測(cè)儀通常要求24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)提供低至足以檢測(cè)心率及心律不齊癥狀(此狀態(tài)可能導(dǎo)致心臟病或死亡)的噪聲等級(jí)。然而，這樣的轉(zhuǎn)換器通常能耗大，遠(yuǎn)高于便攜設(shè)備中通常使用的16位(或更低)轉(zhuǎn)換器。

　　安森美半導(dǎo)體已開發(fā)出專有的高精度ADC及其它知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)，其電流消耗低于常見16位轉(zhuǎn)換器，而且沒有折衷性能。此外，該IP的占位面積極小，結(jié)合業(yè)界最低的能耗，使設(shè)備開發(fā)人員能夠在多種醫(yī)療設(shè)備中充分利用相同的元器件，因而縮減一個(gè)產(chǎn)品系列的總體物料單，同時(shí)在同一系列的不同設(shè)備提供類似、一致的性能。

　　降低ADC及驅(qū)動(dòng)器功耗

　　凌力爾特公司混合信號(hào)產(chǎn)品組產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Alison Steer稱，在便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品中，ADC 用于監(jiān)視生命體征 (例如：血壓、血氧含量、血糖和體溫等)。隨著便攜式醫(yī)療設(shè)備傳感器的發(fā)展，就非侵入式護(hù)理保健來(lái)說(shuō)，對(duì)于延長(zhǎng)電池壽命和小型化的需求變得愈發(fā)至關(guān)緊要。工作期間的低功耗對(duì)延長(zhǎng)電池壽命很重要，而打盹和停機(jī)模式則能更進(jìn)一步降低功耗。在某種情況下，降低 ADC 中的功耗帶來(lái)的收效日益減少，而 ADC 驅(qū)動(dòng)器的功耗卻超過了ADC本身。

　　為此，凌力爾特開發(fā)了可用于降低整個(gè)信號(hào)鏈路之功耗的新穎技術(shù)。例如：延長(zhǎng) SAR(逐次逼近寄存器型)ADC的采集時(shí)間將允許使用穩(wěn)定速度慢得多的較低功率驅(qū)動(dòng)器。另一種僅有凌力爾特SAR ADC運(yùn)用的技術(shù)是數(shù)字增益壓縮 (DGC)，其免除了驅(qū)動(dòng)器放大器的負(fù)電源，并可保持 ADC 的完整分辨率。負(fù)電源軌的免除可降低信號(hào)鏈路的總功耗并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。比如：當(dāng)采用功耗僅為18mW的18位1.6Msps SAR ADC LTC2379-18 時(shí)，在啟用數(shù)字增益壓縮功能的情況下，允許我們使用單電源LTC6362 ADC驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng) LTC2379-18，在功耗僅5mW情況下，仍然實(shí)現(xiàn)了高達(dá)100dB的SNR(信噪比)性能。

　　有些醫(yī)療測(cè)量要求模擬電路連續(xù)運(yùn)行，每秒獲取數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)個(gè)讀數(shù)。而其他一些應(yīng)用則只要求每天獲取單個(gè)讀數(shù)。對(duì)于此類偶然的測(cè)試，模擬電路僅需上電一次并進(jìn)行測(cè)量，而在一天的其余時(shí)間里則處于以低功率“睡眠”模式運(yùn)行的“空閑”狀態(tài)。由于凌力爾特 SAR ADC 架構(gòu)具有自動(dòng)斷電特性，功耗隨采樣速率線性調(diào)節(jié)，因此采樣速率越慢消耗的功率就越少。借助一款沒有最小采樣速率要求的無(wú)延遲SAR ADC，即可采用單觸發(fā)采樣操作以降低功率耗散，從而使ADC即使在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的空閑周期之后也能完成準(zhǔn)確的測(cè)量。

　　人們采用較寬的輸入范圍，以在ADC中實(shí)現(xiàn)較高的SNR性能，但這未必能獲得更好的輸入?yún)⒖荚肼暎谥T如X射線成像和細(xì)胞分選儀等低功率、高精度應(yīng)用中，輸入?yún)⒖荚肼暿且豁?xiàng)很重要的性能指標(biāo)。之所以希望擁有低輸入?yún)⒖荚肼?，是因?yàn)樗転閼?yīng)用提供明顯改善的有效分辨率或無(wú)噪聲代碼分辨率。有趣的是，當(dāng)把一個(gè)具有8Vp-p輸入范圍的16位10Msps SAR ADC的輸入?yún)⒖荚肼暸c凌力爾特具2.1Vp-p輸入范圍的16位20Msps流水線型ADC LTC2270進(jìn)行對(duì)比時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)后者的輸入?yún)⒖荚肼晝H為46µVrms(前者則為75µVrms)，而功耗卻幾乎是SAR ADC的一半?！　?/p>