醫(yī)療電子：大愛無(wú)疆

　　世界上最大的應(yīng)用市場(chǎng)領(lǐng)域在哪里？這個(gè)答案需要在與每個(gè)人日常生活休戚相關(guān)的應(yīng)用中去尋找，醫(yī)療電子無(wú)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(chǎng)熱捧的焦點(diǎn)，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(fèi)者的認(rèn)可。伴隨著傳感器技術(shù)的突飛猛進(jìn)和價(jià)格的大幅下降，以傳感器采集人體健康數(shù)據(jù)并加以分析的醫(yī)療電子設(shè)備正逐漸成為家用電器采購(gòu)的新寵。

　　醫(yī)療電子市場(chǎng)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(chǎng)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(shì)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(lái)的對(duì)健康的關(guān)注度提升，人們對(duì)于增進(jìn)健康照顧的期望持續(xù)增加。(3)保險(xiǎn)公司和雇主在醫(yī)療開銷的支付和保險(xiǎn)范圍逐漸消減，但受保人或病患需繳納的醫(yī)療保健費(fèi)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(jià)。

　　從全球范圍來(lái)看，市場(chǎng)對(duì)醫(yī)療電子產(chǎn)品的需求越來(lái)越大，尤其是對(duì)計(jì)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(zhǎng)，有力帶動(dòng)了全球醫(yī)療電子市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大。與此同時(shí)，市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)大大刺激了各國(guó)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(chǎng)需求的增長(zhǎng)。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Databeans預(yù)測(cè)，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(chǎng)成長(zhǎng)速度最快，年復(fù)合成長(zhǎng)率高達(dá)12%。BCCResearch的最新調(diào)查報(bào)告也指出，全球家用醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將從2007年的146億美元，至2012年時(shí)成長(zhǎng)到210億美元，年復(fù)合成長(zhǎng)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(cè)裝置等，成為家用電子醫(yī)療市場(chǎng)的大頭，光以血糖測(cè)量?jī)x來(lái)看在2007年就有70億美元商機(jī)，而到了2012年將成長(zhǎng)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(zhǎng)25%。

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

圖1  中國(guó)醫(yī)療電子市場(chǎng)增長(zhǎng)率高于全球水平，所占市場(chǎng)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(lái)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(dòng)體外電擊器(AutomatedExternalDefibrillator,AED)、生育監(jiān)測(cè)儀(FertilityMonitoringDevice)等；每個(gè)家庭也會(huì)將家庭醫(yī)療與保健視為必要的投資，選購(gòu)家用醫(yī)療電子設(shè)備就像選購(gòu)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(guó)《財(cái)富》雜志預(yù)測(cè)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(diǎn)市場(chǎng)。

　　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(fèi)型電子產(chǎn)品長(zhǎng)，因此產(chǎn)品更新?lián)Q代過程相對(duì)較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致醫(yī)療電子市場(chǎng)規(guī)模難以實(shí)現(xiàn)更高速度的增長(zhǎng)，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(diǎn)非常低，因此整個(gè)市場(chǎng)還會(huì)保持一個(gè)健康旺盛的增長(zhǎng)勢(shì)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(chǎng)不會(huì)像其它產(chǎn)業(yè)那樣容易形成泡沫并破滅。隨著時(shí)間的推移，醫(yī)療電子市場(chǎng)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(bào)。

　　大愛無(wú)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(huì)存在界限。

醫(yī)療電子發(fā)展趨勢(shì)

　　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(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)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(shì)和未來(lái)市場(chǎng)重點(diǎn)，ADI大中國(guó)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(zhǎng)的另一個(gè)強(qiáng)勁動(dòng)力。兩個(gè)方向有一個(gè)共同性，那就是在單位體積的設(shè)備內(nèi)需要具有越來(lái)越強(qiáng)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(hào)。這自然也帶來(lái)功耗和散熱，以及可靠性，設(shè)計(jì)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(chǎng)和技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)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(chǎng)需求，通過不懈的技術(shù)創(chuàng)新，提供高性價(jià)比的產(chǎn)品和方案。圍繞ADI的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品的三個(gè)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(gè)趨勢(shì)：（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(chǎng)合的及時(shí)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(cè)變得簡(jiǎn)單舒適。對(duì)于開發(fā)者來(lái)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(lái)自好的解決方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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(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FPGA或者微處理器等，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(zhǎng)，可能需要2-3年甚至更長(zhǎng)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。

　　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(hào)分離、腦磁信號(hào)提取、視網(wǎng)膜激光治療、腫瘤冷凍治療、心臟起博器設(shè)計(jì)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(hào)處理和數(shù)學(xué)運(yùn)算的函數(shù)，包括小波分析、聯(lián)合時(shí)頻分析、時(shí)間序列分析、聲音和圖像分析處理等多種信號(hào)處理工具，設(shè)計(jì)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(cè)、胎心信號(hào)提取等應(yīng)用。與此同時(shí)，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(tái)NI CompactRIO，集成了一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)處理器、高性能的FPGA，并具有多種I/O模塊及內(nèi)置的信號(hào)調(diào)理功能。開發(fā)人員可以通過LabVIEW FPGA模塊對(duì)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與算法的原型化。

　　Actel 公司高級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Shabnam Zarrinkhameh把醫(yī)療應(yīng)用成為半導(dǎo)體增長(zhǎng)最迅速的領(lǐng)域之一的原因劃分為三個(gè)主要領(lǐng)域的應(yīng)用：家庭測(cè)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(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)——小型化和低功率的需求。

Shabnam Zarrinkhameh   Actel 公司高級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理

　　小型化：對(duì)于大部分醫(yī)療應(yīng)用來(lái)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(shì)。對(duì)植入式設(shè)備而言，功耗最小化和電池壽命延長(zhǎng)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(lái)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(lái)實(shí)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(chǎng)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。

　　賽靈思亞太區(qū)高端產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理梁曉明先生將醫(yī)療電子未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和面對(duì)的挑戰(zhàn)歸納為兩個(gè)方面：

　　產(chǎn)品：隨著生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)醫(yī)療保健服務(wù)的期望也在提升。對(duì)于醫(yī)療電子設(shè)備生產(chǎn)商來(lái)說，要生產(chǎn)性能更高但成本更低的產(chǎn)品，給他們帶來(lái)了更大的壓力。 潛力最大的市場(chǎng)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(chǎng)需要高性能、低功耗，而且工作時(shí)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(lái)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(chǎng)經(jīng)理

　　財(cái)務(wù)：盡管醫(yī)療電子設(shè)備將會(huì)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(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證過程非常嚴(yán)格并且需要更長(zhǎng)的時(shí)間。因此，醫(yī)療電子設(shè)備的投資回報(bào)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此涉足醫(yī)療電子行業(yè)的企業(yè)需要有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，并且有合理的戰(zhàn)略規(guī)劃來(lái)維持產(chǎn)品開發(fā)。 面對(duì)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(tái)。這將可以降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)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(tái)

　　FPGA憑借高性能和靈活開發(fā)的特點(diǎn)，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(huì)促進(jìn)醫(yī)療電子市場(chǎng)迅速發(fā)展。FPGA在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)從簡(jiǎn)單接口擴(kuò)展功能和橋接轉(zhuǎn)換功能，延伸到數(shù)字信號(hào)處理和系統(tǒng)內(nèi)部高速互聯(lián)領(lǐng)域。可喜的看到更多的醫(yī)療電子產(chǎn)品中使用FPGA實(shí)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(jì)。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(chǎng)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(jí)功能來(lái)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(duì)，也有專門的團(tuán)隊(duì)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(chǎng)對(duì)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(huì)補(bǔ)充并推動(dòng)這一行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。設(shè)備制造商可以利用賽靈思公司的FPGA器件來(lái)縮短開發(fā)周期、降低投資和風(fēng)險(xiǎn)，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(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Shabnam Zarrinkhameh的觀點(diǎn)是高性能、具有功率意識(shí)的醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都希望采用靈活的、功能豐富的器件，以獲得快速、無(wú)以倫比的低功耗、固件錯(cuò)誤免疫能力和低成本等優(yōu)勢(shì)。因此越來(lái)越多的設(shè)計(jì)人員將會(huì)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(duì)于診斷實(shí)驗(yàn)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(guó)領(lǐng)先的醫(yī)療設(shè)備開發(fā)和制造商邁瑞醫(yī)療國(guó)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(shí)驗(yàn)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。