高集成低功耗—便攜式醫(yī)療產(chǎn)品方向
便攜性是近年來醫(yī)械開發(fā)的主攻方向之一,除了在體積、價(jià)格等層面取得優(yōu)勢之外,還擴(kuò)大了許多診療技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用范圍。
2010年,中國便攜醫(yī)療電子市場規(guī)模達(dá)208.7億元,同比增長28.5%,其中家用便攜醫(yī)療電子市場的份額達(dá)到65.0%,是中國便攜醫(yī)療電子市場最具影響力的組成部分
全球人口老齡化、人們生活水平提高和偏遠(yuǎn)地區(qū)對醫(yī)療服務(wù)需求增加等因素正促使傳統(tǒng)醫(yī)療方式的變革,移動性和便攜性逐步成為影響醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。據(jù)管理咨詢機(jī)構(gòu)貝恩公司(bain&co)預(yù)測,中國醫(yī)療行業(yè)將以每年平均15%的速度增長,到2015年將達(dá)到6000億美元左右。貝恩公司指出,在2007~2009年之間,中國醫(yī)療市場增幅比全球市場高出4倍多。
近年來,中國便攜醫(yī)療電子市場增長勢頭非常迅猛。有數(shù)據(jù)顯示,中國便攜醫(yī)療電子市場的年復(fù)合增長率已連續(xù)5年保持在20%~30%的增長。據(jù)賽迪顧問《中國醫(yī)療電子行業(yè)戰(zhàn)略研究》報(bào)告指出:2009年,中國便攜式醫(yī)療電子市場規(guī)模達(dá)到167億元左右,較2006年增長106%;2010年,中國便攜醫(yī)療電子市場規(guī)模達(dá)208.7億元,同比增長28.5%,其中家用便攜醫(yī)療電子市場的份額達(dá)到65.0%,是中國便攜醫(yī)療電子市場最具影響力的組成部分。
便攜醫(yī)療電子設(shè)備正不斷改進(jìn)數(shù)以百萬計(jì)患者的醫(yī)療保健條件。諸如血糖監(jiān)測儀、心率檢測儀、可吞咽胃腸(GI)道檢測儀以及止痛植入物等眾多設(shè)備都在不斷提升慢性或急性疾病患者的生活質(zhì)量。再比如,便攜式自動除顫器可以挽救急病患者的生命、運(yùn)動手表不僅能夠無線記錄用戶的心率、測量距離、進(jìn)行腳步計(jì)數(shù),而且還可實(shí)現(xiàn)能最大限度發(fā)揮有氧訓(xùn)練優(yōu)勢的其它功能。德州儀器(TI)中國區(qū)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理宋浩然認(rèn)為,未來幾年中,還會出現(xiàn)更多能顯著改善醫(yī)療實(shí)施及其效果的創(chuàng)新型醫(yī)療應(yīng)用產(chǎn)品。
高集成設(shè)計(jì)興于多功能潮流
受益于中國醫(yī)療保健體系的不斷完善和居民醫(yī)療健康需求的持續(xù)增加,家用便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品因價(jià)格低廉、操作方便等優(yōu)點(diǎn)備受市場青睞,其中,電子血壓計(jì)、電子血糖儀、數(shù)字助聽器三大產(chǎn)品的市場份額已超過90%。
而中國醫(yī)用便攜醫(yī)療電子市場規(guī)模整體的增長速度比家用產(chǎn)品的增長速度要慢一些,包括便攜心臟除顫器、動態(tài)腦電圖、多參數(shù)便攜監(jiān)護(hù)儀、便攜式超聲診斷儀等醫(yī)用便攜產(chǎn)品,從已有的數(shù)據(jù)來看,多參數(shù)便攜式監(jiān)護(hù)儀和智能輸液棒的增長速度非???,增速在10%~15%之間。在這個市場中,便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀、便攜式超聲診斷儀占據(jù)了50%以上的市場。
隨著中國人口老齡化、居民財(cái)富的增長以及醫(yī)療條件的改善,中國高端醫(yī)療電子市場的需求大幅提升。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展推動醫(yī)療創(chuàng)新的步伐以前所未有的速度向前邁進(jìn),在快速處理計(jì)算、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步的帶動下,醫(yī)療電子產(chǎn)品走向便攜式和小型化成為現(xiàn)實(shí)。
過去十年來,可移植性是眾多電子設(shè)備設(shè)計(jì)的焦點(diǎn),而在較小外形的條件下,渴求結(jié)合可移植性與數(shù)量日漸增多之功能已經(jīng)成為醫(yī)療市場的趨勢。目前,便攜精密感測醫(yī)療設(shè)備市場已經(jīng)助推單個元器件集成于多功能潮流。一些受空間限制的產(chǎn)品通常需要采用高度集成的模擬組件,以便將信號調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換至能夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理和譯碼的數(shù)字域。而集成優(yōu)勢傾向于減少元器件總數(shù)量、降低印制電路板復(fù)雜度、降低系統(tǒng)總成本及減小系統(tǒng)尺寸等主要方面。
運(yùn)用先進(jìn)的混合信號技術(shù),可以令集成型微控制器設(shè)計(jì)人員在同一塊芯片上以極近的間距可靠地結(jié)合模擬與數(shù)字功能。除了中央微控制器,還有可能集成像閃存及SRAM(用于儲存用戶及程序數(shù)據(jù))、電源管理電路等元器件。集成還將為便捷醫(yī)療產(chǎn)品提供其它重要優(yōu)勢,如因要布設(shè)的元器件數(shù)量減少而簡化封裝及提升可靠性等。
低功耗需求凸顯長效綜合優(yōu)勢
事實(shí)上,由于幾乎所有此類產(chǎn)品都依靠電池運(yùn)行,因而不斷延長電池使用壽命成為便捷式醫(yī)療電子產(chǎn)品需要重點(diǎn)考慮的事項(xiàng)。
據(jù)了解,所有便攜式產(chǎn)品都需要采用低功耗微處理器來接收用戶或操作員的指令,并提供讀數(shù)與狀態(tài)更新。在電池技術(shù)沒有飛越的情形下,渴求增加功能、減小總體尺寸的同時(shí)還維持可接受及可行的電池壽命水平,已經(jīng)滋生不少挑戰(zhàn)。這導(dǎo)致便攜設(shè)備制造商耗費(fèi)相當(dāng)多時(shí)間及資源來確保他們的元器件使用具有更高能效的架構(gòu)、技術(shù)及功能。
在醫(yī)療感測應(yīng)用的微控制器案例中,多種工作模式能夠幫助實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能及延長電池充電或換電池間隔的時(shí)間。工作、待機(jī)及休眠模式下消耗的電流電頻必須依次降低,像血糖儀這樣的便攜感測設(shè)備每天僅有約5分鐘時(shí)間處在“導(dǎo)通”狀態(tài),一枚鈕扣電池可以用很多個月甚至是數(shù)年。盡管這些產(chǎn)品在電池使用壽命需求方面各有不同,不過一般電池更換間隔在2~10年之間。
如今,新開發(fā)的便捷醫(yī)療產(chǎn)品對功率的需求已降至最低。如安森美半導(dǎo)體公司專門設(shè)計(jì)用于醫(yī)療領(lǐng)域便攜精密感測操作的Q32M210精密混合信號微控制器,在處理器內(nèi)核以1MHz頻率運(yùn)行的工作狀態(tài)下僅消耗不到1mA的電流,待機(jī)模式下電流消耗約為26μA,而以實(shí)時(shí)頻率工作的休眠模式下電流消耗不到750nA。在典型的血糖儀應(yīng)用中,在處理器內(nèi)核每天以8MHz工作5分鐘的情形下,Q32M210采用單個電池可以工作超過630天。
“隨著人民生活水平的提高,社會老齡化程度加深,政府對社會醫(yī)療健康投入的加大,市場對醫(yī)療設(shè)備的需求將出現(xiàn)持續(xù)的強(qiáng)勁增長。我們有理由相信,數(shù)字化、便攜化和家用化是增長的重點(diǎn)。”亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)公司大中國區(qū)資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝認(rèn)為,全球醫(yī)療設(shè)備發(fā)展呈現(xiàn)四個趨勢:一是精度更高,例如超聲通道數(shù)的增加和分辨率的提高;二是數(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)療網(wǎng)絡(luò)化以及醫(yī)療資源的共享;三是便攜化,如便攜超聲和監(jiān)護(hù)儀使各種場合的及時(shí)診斷和治療都成為可能;四是家用化和保健化,使連續(xù)健康監(jiān)測變得簡單舒適。
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