医疗电子势不可挡 无线技术推动便携式发展
大比特讯:根据著名市场研究公司HIS iSuppli的预测,我国$医疗电子在“十二五”计划等一系列的政策推动下,内需规模将逐年扩大。至2016年,中国的医疗电子市场产值将达到74亿美元,平均年复合率为13%。
半导体厂商纷纷投身智能医疗领域
据不完全统计,我国2010年$物联网市场规模接近2000亿元。《物联网“十二五”发展计划》要求重点支持医疗卫生的物联网应用即智能医疗领域。何为智能医疗?智能医疗是通过打造健康档案区域医疗信息平台,利用最先进的$物联网技术,实现患者于医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动,逐步达到信息化。在中国新医改的大背景下,智能医疗正日益走进寻常百姓家。目前,我国智能医疗市场发展规模超过100亿。
目前我们已经拥有了智能家居、智能汽车、智能楼宇和智能道路。随着时间的推移,医疗行业也会遵循同样的发展过程,变得更为智能化和网络化。奥地利微电子消费电子市场总监Paul Wilmarth认为,医疗市场的智能化是一个必然的结果。但同时,他也指出,目前我们所使用的大部分医疗技术都尚未发展到能够满足网络化的需求。
奥地利微电子消费电子市场总监Paul Wilmarth
美国迪进(Digi)的嵌入式产品业务发展经理张斌表示,$智能医疗市场的巨大需求是毋庸置疑的,问题的关键在于是否能建立起可靠的解决方案去满足需求。张斌说到:“先撇开医疗技术本身不谈,智能医疗解决方案中常常第一个需要解决的问题就是医疗基础数据的采集和传输。传统方案采用有线形式,技术成熟,简单,但基建成本高昂,灵活性差,维护管理难度高,可扩展性差。”针对这种弊端,Digi已经推出了相关的解决方案——有线与无线结合的通讯解决方案。据他介绍,这种方案具有更高的可实施性、灵活性和可靠性,“特别是无线方案的加入,支持wifi, zigbee和Digimesh协议,可以满足多种应用的需求,配合上强大的Etherios云平台,让客户实现快速的设备接入和管理。”同时,他还透露,未来Digi还将持续发展无线产品线,针对医疗应用,推出支持5.8GHz产品,支持WMTS协议,对6LowPAN的支持也将大大增强无线技术在医疗行业的深入应用。
美国迪进(Digi)的嵌入式产品业务发展经理张斌
关于智能医疗的发展,罗姆半导体集团表示,中国将逐步进入老龄化,医疗和护理市场的发展势在必行。而罗姆作为半导体综合厂商,将半个多世纪积累起来的半导体开发、制造技术也发挥到医疗领域,为人类打在舒适生活。以 “更加便利、舒适”为开发理念,不断挑战卫生保健领域。
罗姆将其作为综合性$半导体厂商所积累起来的设计技术、微细加工技术、光学元器件的丰富经验与微流体技术相融合,成就了“生物芯片”。基于生物芯片的开发积累起来的的μTAS(微型全化学分析系统Micro Total Analysis System的简称)技术,开发了高精度的微量血液检测系统 “Banalyst”。
这种系统的主要特点有:1.微量血液采集(只需一滴血,约4~10毫升)2.快速测量,耗时仅7分30秒,3. 简单操作,精确测量,方便医学使用。
“Banalyst”于2008年在日本国内开始销售。其高精度的分析结果能够与大型血液检测设备相媲美,受到以诊所为主的客户的高度评价,销售额不断增长。2013年1月开始在欧洲销售。罗姆方面表示,今后将逐步拓展包括中国在内的亚洲、北美市场的销售渠道,在世界范围内扩大业务规模。
Microchip Technology Inc.医疗产品部技术营销经理Marten L. Smith表示,智能医疗设备未来将朝着既可在家庭使用,又可由患者随身穿戴的方向发展。“借助模拟技术、MCU技术和无线技术,此类医疗设备会将大量患者数据发送到智能手机、平板电脑及个人计算机中的应用程序。”针对智能医疗市场的发展,Marten L. Smith向记者透露了Microchip的策略:为医疗保健设备制造商提供设备参考设计以及综合开发系统和库,使医疗保健设备的设计适用于Apple® iOS和Android™平台。他提到,这些解决方案均基于Microchip广泛的MCU、混合信号、模拟、无线以及闪存半导体和模块产品组合。此外,利用这些解决方案,医疗保健设备制造商能够更加轻松快速地将其设计投入生产。
Microchip Technology Inc.医疗产品部技术营销经理Marten L. Smith
来自美高美森公司通信和医疗产品部医疗产品高级副总裁/总经理Stephen J.Swift的观点与Marten L. Smith的相接近。他认为,对于医疗电子领域的信息时代,一项相比其它更可依赖的“发明”是智能手机和平板电脑,通過使用具有互联网通信能力的高度便携式互联网终端,企业正在部署先前无法想象的个人医疗设备。现在有多种使用个人手机/智能手机作为医疗保健的新兴医疗应用,“例如一位糖尿病患者可能佩戴一个以无线方式连接到他的/她的智能手机的连续血糖监测仪,从而持续地监察血糖指标,并且把数据发送给他的/她的医师。”目前,美高美森公司已经开始开发并与领先的医疗设备制造商合作,在医疗应用中部署超低功率无线电遥测技术。
美高美森公司通信和医疗产品部医疗产品高级副总裁/总经理Stephen J.Swift
随着人们健康意识的不断增强,以及生活方式的独立,一个新兴市场正迅速崛起,即能让人们在家中或在路上通过智能电话、平板电脑或个人电脑监测自身健康状况的,围绕应用软件的配件市场。Dialog半导体有限公司产品营销部经理Mark de Clercq介绍到,这些配件是通过蓝牙智能,或众所周知的蓝牙低能耗来实现的。蓝牙智能系统及芯片是Dialog半导体新推出的一款产品。该款$芯片的设计目的是通过无线方式将键盘、鼠标或遥控器与平板电脑、笔记本电脑或智能电视机相连接;让消费者能够通过智能手机和平板电脑上的各种创新应用,与手表、护腕或智能标签建立连接。这种连接方式在消费者电子产品中非常流行。“因为它无需通过Wi-Fi就可以进行手动连接。硬件的可以轻松进行配对且连接持久。从传输速度上看,蓝牙连接传输速度非常快,在十多米的范围内,应用层面上的数据传输量可以达到200 Kbps,且十分安全与节能。”
Dialog半导体有限公司产品营销部经理Mark de Clercq
[page]
蓝牙智能可以用来连接围绕应用的健康配件,藉此可通过智能电话、平板电脑和个人电脑测量用户每天的健康、体重、工作、压力水平和睡眠规律等指标。这些应用包含在糖尿病、高胆固醇、高血压、慢性阻塞性肺疾病和哮喘等慢性疾病管理中,所采用的智能体重计、血压表套袖、血糖水平测量仪和峰值测量仪等。例如,能够与现有智能电话追踪应用相兼容的数字式体重计将不久就在市场上出现。这种体重计能够存储用户的体重和身体质量指数(BMI)。用户激活智能电话应用后,这些指数将根据用户的预设目标展示趋势数据。糖尿病患者还能使用血糖测量仪轻松地追踪每日的血糖水平,并将信息直接发至他们的手机或个人电脑上,自动更新个人记录。
无线技术加入便携式医疗市场
先进的医疗设备正在发生小型化和便携性变革,推动力量是数字电子技术,包括无线和宽带网络领域的最新发展,宽带网络的支持技术是先进的光纤技术。作为一家全球领先的全套互联产品供应商,Molex一直致力于与人们的生活息息相关的产品的创新解决方案的设计、开发和经销。医疗电子是其中重要的一块。Molex亚太南/中国地区医疗业务发展经理申阳光表示,目前,Molex已经通过提供广泛的产品和倡议来响应这一发展趋势。包括专门开发的MediSpec™互连系列,同时在价格性能方面提供竞争力。
Molex亚太南/中国地区医疗业务发展经理申阳光
针对医疗市场的发展,Molex已经做好了业务战略。申阳光表示,Molex用于医疗设备领域的众多产品来源于Molex的子公司,例如,MediSpec系列产品就是由子公司Temp-Flex LLC开发的。MediSpec系列产品包括具有一系列线规(36-52 AWG)的微挤出原线(Micro Extrusion Primary Wires),具有多种材料选择。这些产品设计用于创伤性手术,包括插入可植入设备,要求达到终极的可靠性和精度。同样地,Molex的MediSpec微小型线卷(MMC)设计用于心律管理和可植入神经疼痛管理和刺激应用,MMC技术实现了微线规(50-26 AWG class)线缆的持续挤出。“我们收购采用生物学医学涂层和医疗级基底金属的微小型电线、电缆和连续式线圈制造商Temp-Flex,以支持公司的技术开发目标,为医疗设备制造商提供最高的产品效率、可靠性和灵活性,为病患提供最佳的护理。”
飞兆半导体的封装技术是业界尺寸最小的技术之一,借助近期在这些MLP无引脚封装内放置多个芯片的技术进步,终端系统具有极大的小型化潜力。来自飞兆半导体医疗部门的应用工程师Edmund Suckow提到:“我们正在开发具有极低功率水平的创新传感器产品,也可以放置在这些封装中。”
飞兆半导体医疗部门应用工程师Edmund Suckow
SmartBond™是Dialog开发的全球功率最低、体积最小的蓝牙智能系统级芯片。据Mark de Clercq介绍,SmartBond独特的低功率架构的无线收发电流仅消耗3.8 mA,比市场上现有的蓝牙智能解决方案低50%,而且其深度睡眠模式的电流低于600nA。也就是说,在一个每秒发送20字节的产品中,一颗 225mAh纽扣电池可以让其持续运行4年零5个月。
此外,Dialog带有一个片上功率管理块,内含一个DC-DC转换器以及所有必要的LDO,从而将对外部组件的需求减到最低,同时降低了系统上总的物料清单的需求。通过准确的开关每个芯片上功率管理块上的功率传输器,Dialog能够突破新界限,实现耗能最小化。而由SmartBond的运行电压降低至此前无法想象的0.9V,从而实现使用一块碱性电池或镍锰电池就能运行电脑或智能电视外设,而此前则需要两块。这为设计人员敞开了通向无数新设计思路的大门,让他们能够开发出超紧凑和新规格的产品,同时降低系统的总成本。或者,也通过能量采集技术收集太阳能和动能,将收集的能量用于系统或者给电池充电。SmartBond提供三种封装规格,其中最小的晶圆级芯片尺寸(WL-CSP)仅为2.5 X 2.5 X 0.5 mm,可以让设计人员在最受空间限制的无线配件中使用蓝牙技术。
针对便携式医疗设备小型化以及低功耗的要求,Digi公司选用了飞思卡尔的i.MX28和i.MX53芯片制成ConnectCard i.MX28和ConnectCore i.MX53核心模块,体积比竞争对手同类产品要小20%到30%,功耗也更低。据张斌介绍,ConnectCard i.MX28面向多接口应用,支持双以太网、USB、UART、SPI、CANBus、I2C、Wi-fi、蓝牙、ADC、PWM等。
2012年,飞思卡尔获得更多客户的设计。飞思卡尔市场营销及业务发展经理刘聪雄表示,飞思卡尔将继续利用其专业知识在微控制器、传感器、模拟和无线产品提供各种各样适合家用便携式医疗应用,“如诊断和治疗设备和医疗成像设备中使用的嵌入式技术。”
飞思卡尔市场营销及业务发展经理刘聪雄
目前,医疗设备小型化主要面对两个挑战:减小电池尺寸和天线尺寸。Stephen J.Swift透露,美高森美已经提供超低功率无线收发器技术来应对第一个挑战。特定的成像Pillcam™胶囊等设备可以仅仅使用两节小型电池运作,同时在穿过消化道的八个小时过程中捕获并以无线方式传输超过五万个彩色图像。能量收集技术将取得更大的进步,因为电池尺寸得以减小,而输出通过收集的能量来补充。
在对高精度、宽动态范围、高灵敏度、超低功耗有需求的应用领域,奥地利微电子公司一直以来都享有领先的技术优势,目前,该公司的相关产品有画面成像、超声、传感器、传感器借口、无线通信和电源管理。Paul Wilmarth提到:“我们的技术被许多领先的OEM厂商所选用,广泛应用于诸如糖尿病管理、心率监测、机器人手术方案和健康监测等用途的设备中。”
半导体小型化是罗姆擅长的领域之一,罗姆半导体集团表示,通过罗姆的小型半导体,可以使卫生保健仪器或设备更加小型化。
飞兆半导体方面认为目前市场潜力较大的领域是可穿戴式产品和家庭保健领域。因为医生可以更好地了解病患的活动和总体健康状况,可以在医生和病患之间进行更多的互动。大型医疗设备将会继续进步。但是,未来数年,可穿戴式医疗产品领域将会产生令人惊讶的创新。
从厂商观点看远程医疗的优势
何谓$远程医疗?远程医疗是使用远程通信技术、全息影像技术、新电子技术和计算机多媒体技术发挥大型医学中心医疗技术和设备优势对医疗卫生条件较差的及特殊环境提供远距离医学信息和服务。随着医疗技术水平的不断提高,以及生活方式的改变,远程医疗的发展逐渐成为医疗行业一个不可逆转的趋势。在不同的厂商眼中,远程医疗的优势也不尽相同。
Dialog——实时监测
Dialog的Mark de Clercq认为,远程医疗可以让消费者在自己家中舒适的位置对他们的健康状况进行检测。在他看来,远程医疗有三大优势:首先,能促进消费者对他们健康状况进行监测的积极性;其次,让医生能实时发现潜在危险的症状;最后,保证病人病历能够得到及时更新。
美高森美、Molex、Digi——降低成本和医疗开支
目前,美高森美正在与主要的医疗设备制造合作,以部署超低功率无线电遥测技术,使得远程医疗变为现实。Stephen J.Swift认为远程医疗的优势有很多,包括病患无需親身去医師处,反之亦然。采用远程方式,可以更快速、更廉价、更经常地进行医疗随访,如果病患的监控更频繁,病患就会“更安全”,医师可以获得医疗紧急事件的“早期警报”,采取措施。通过提高廉价监控的频率和规避医疗紧急事件,可以降低总体医疗保健成本。
成本和便利性是推动“telehealth”或“telemedicine”应用使用增加的两个关键因素,这涉及了远程诊断和监控。在两位或以上医疗专业人员之间传输诊断图像和测试结果需要宽带网络资源,而在医师和家居病患之间的直接联系同样需要宽带资源。在包括数字成像的诊断应用中,光缆越来越多地取代了铜基电缆。光纤连接性提供了较高的速度,实现更快的下载速度并确保更可靠的无失真电气信号传输,从而提升图像质量。光缆可以消除接地回路和EMI/RFI,为用于MRI和X-Ray成像的视频显示提供更高的清晰度。
作为先进的光纤解决方案的领先供应商,Molex公司提供广泛的高密度产品系列,包括互连产品和适配器、组件、背板等等。这些产品包括MediSpec混合圆形(Hybrid Circular) MT电缆和插座系统,这款集成光纤和电气解决方案可以减少医疗设备和器件中所需的连接器数目,简化设计,提高可靠性并降低成本。
在Digi的张斌看来,远程医疗非常有助于解决目前国内医疗资源分布不均的问题,可以提高诊断和医疗水平,降低医疗开支。远程医疗方案的第一步是解决医疗数据的采集和传输,Digi可以为客户提供多种无线数据采集的方案,配合Etherios云平台技术,无缝的与客户应用连接起来,快速搭建稳定可靠的方案。
飞思卡尔、Microchip——方便
远程医疗集线器连接家用便携设备用于测量生命体征,如血压,心率,体温和其他测量, 然后将这些信息发送到集线器通过USB,蓝牙®或ZigBee®。集线器,发送病人的生命体征信息,病人的医生在定期的时间间隔,通常每天一次,通过以太网,Wi-Fi®技术的,POTS或蜂窝网络。飞思卡尔的刘聪雄表示,飞思卡尔提供了各种不同的32位微控制器和微处理器集成通信协议和显示驱动器,是理想的安全的远程医疗中心设备。
此外,飞思卡尔微控制器提供高处理能力和低功耗的理想组合,适宜穿戴式医疗电子设备设计。飞思卡尔提供有线和无线接口,包括USB,IEEE®802.15.4和ZigBee®技术的解决方案。刘聪雄:“飞思卡尔提供各种传感器产品,包括压力和惯性传感器可以被用来获取的物理参数;和接近传感器的触摸屏的用户界面的设计。”
同时,刘聪雄还介绍到:飞思卡尔家庭健康中心参考平台( HHHRP, Home Health Hub Reference Platform)基于i.MX28应用处理器,提供与市售的有线和无线的医疗保健设备,如血压计,脉搏血氧仪,体重秤和血糖监测, 做无缝连接。飞思卡尔HHH参考平台从医疗保健终端设备收集数据,通过各种有线和无线连接选项,包括的sub-GHz USB,蓝牙®,蓝牙低功耗,Wi-Fi®技术的ZigBee的以太网和医学类等级。飞思卡尔HHH参考平台协助客户加速开发设计, 来自客户的反应非常好。
医疗保健设备从医院专用设备到便携式与可穿戴式设备的转变,为全世界许多不方便就近就医的人们带来了健康生活的福音。Microchip的Marten L. Smith表示,随着智能手机、有线和无线通信技术的进步,远程医疗护理将逐渐变得可行。
奥地利微电子、罗姆半导体集团——信息共享
远程医疗功能是提高全球健康水平的一大进步。大多数远程访问都将通过智能手机的移动电话网络实现。手机简直成了我们掌上的超级电脑。一旦与医疗卫生设施进行整合,就可以与远在千里之外的医生实现远程连接,分享医疗信息。
Paul Wilmarth提到:“如今,奥地利微电子已经成为大部分智能手机公司的领先供应商。因此,我们在医疗和保健配材方面具有显著的优势。”
罗姆半导体集团表示,结合罗姆先进的无线通信技术、低功耗微处理和控制器技术,利用无线网络技术,实现数据的精确测量、有效处理和分析、实时传输、以及和医疗专家、家人之间的轻松互动。通过与社区网络的相互连接,可以更多地共享信息,完备支持人类健康体系。罗姆将自身的电子技术与卫生保健设备相融合,助力打造“更加便利、舒适”的卫生保健事业。
关于医疗电子设备的可靠性 厂商看法不一
医疗电子设备直接与消费者身体健康和生命安全息息相关,故而,医疗产品的可靠性是重中之重。针对医疗设备的可靠性,厂商们发表了不同的观点。
Mark de Clercq认为,为了增长消费者的信心,配件电池的长时间寿命,以及常年稳定运行十分重要。他表示,Dialog的SmartBond系统级芯片可双倍延长所支持应用程序配件的电池寿命,从而满足这一需求。
随着更多的功能组放置在单片电路或多个芯片上,发生错误的可能性减小了,因此,飞兆半导体方面认为可靠性的一种形式是高集成度。Edmund Suckow表示:“随着USB端口从移动行业转向普通消费品行业,由于广泛的应用产品可以插入这个端口中,因而需要更多的保护功能。飞兆半导体28V容差USB开关可以满足高速性能需求,同时提供更大的可靠性。”
而在Marten L. Smith看来,保健设备的可靠性包括两个方面:数据的安全性以及医疗保健设备制造商的供应商所使用的质量标准。对于便携式医疗电子设备,通过有线或无线技术在彼此之间进行通信或与其他设备进行通信变得越来越普遍。一些数据加密算法(如Microchip的KEELOQ®高级跳频码技术)可以使未经授权的接收方无法读取数据,从而在传输过程中保护数据。Marten L. Smith还提到:Microchip严格遵循ISO/TS-16949质量标准,非常符合医疗设备制造商对于稳定性和高可靠性的要求。我们的质量系统的设计目标是,保证我们销售的每一个产品都为“零缺陷”。
奥地利微电子的Paul Wilmarth则认为半导体设备本身是非常可靠的,而系统中的其他组成部分如电池、机械器件以及显示器等,比设备中的芯片更容易出故障,一旦设备跌落,这些配件很容易损坏。“因此,工业设计在为医疗消费者提供实用且高质量的产品中具有十分关键的作用。” Paul Wilmarth说到。
张斌对Digi的产品充满信心,他表示,Digi的产品特别适合对可靠性有要求高的医疗行业。“无论是ConnectCard i.MX28、ConnectCore i.MX53还是无线模块,都通过多个国家相关的认证。同时,Digi提供了从核心模块、网关到后台管理的完整的系统解决方案,帮助客户快速搭建通讯通道,保证数据可靠传送。”
医疗电子行业挑战多多 厂商见招拆招
医疗电子行业正逐步发展,在前进的过程中也遇到一些困难与挑战。具体有哪些挑战呢?一起来看看业内人士的看法。
Stephen J.Swift:监管环境正在不断改变。要获得复杂医疗设备的销售批准原本已是成本昂贵的漫长过程,而世界各地的监管机构有更多的责任来了解每年部署的大量新型医疗设备的安全性和功效。一家拥有经受这个较长过程所需的承担义务和资源的企业将会获得投资回报。政府投资补助金是缩短个人投资者的漫长回报时间的一个方法。
申阳光:医疗电子领域的主要难题是极高精度和高可靠性。“由于我们的使命是开发具有最高信号和功率完整性的互连解决方案,Molex为此做出贡献。” 同时,对于智能手机等高紧凑型便携消费产品的需求大幅上涨,推动了小型化技术的开发,这些技术可以直接应用于医疗领域。同样地,在通信领域,所需的光纤和互连产品推动了带宽提升,Molex公司开发了一系列用于医疗领域的光纤互连解决方案,确保包括图像的最高质量诊断数据的传输。
Marten L. Smith 和Mark de Clercq的观点不谋而合:新开发产品的上市速度尤其重要。Marten L. Smith认为,具备将医疗或保健设计快速推向市场的能力非常重要。为了使用具有更大存储器以及更多集成功能的新款MCU,重复进行全面的重新设计会花费大量时间。因此,有必要采用可扩展的方案来使设计过程更快速和更经济高效。
Paul Wilmarth:医疗电子设备继续发展中最具挑战的领域将是传感、电源以及通信。奥地利微电子在这些领域极具优势,通过与客户的通力合作,为消费者带来卓越的解决方案。Wifi和低功率蓝牙等标准将会实现各类医疗设施和移动设备的连接。其它领域将会使用专用的无线网络以保障信息安全。未来的医疗电子将充分利用智能手机在运算及通信连接方面的优势。今后,患者将会获得更快的诊治,医疗成本将会更低,并有望取得更好的治疗效果。
Edmund Suckow:存在法律风险是进入障碍。因为这是医疗领域,要考虑如果设备失效,可能对病患造成的影响。“我们正在与医疗领域客户密切合作,最大限度地减小风险,并且更好地了解设备在可能威胁生命应用中的实际使用状况。”
技术的提升、人口的增加、人口老龄化、医疗资源的分布不均等因素将使电子医疗行业拥有一个继续增长的未来。而新技术特别是云计算、物联网、无线技术等技术的加入,将使智能医疗、便携式医疗设备以及移动医疗得到长足的发展。
本文出自大比特资讯(www.big-bit.com),转载请注明来源
暂无评论