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醫療電子:大愛無疆

作者:李健時間:2008-11-12來源:電子產品世界收藏

  世界上最大的應用市場領域在哪里?這個答案需要在與每個人日常生活休戚相關的應用中去尋找,無疑具有這樣的潛質。健康,是人們除了生存之外最重要的需求,因此與健康相關的產品一直是市場熱捧的焦點,與那些效果模糊的保健品相比,嚴謹的醫療器械更容易獲得消費者的認可。伴隨著傳感器技術的突飛猛進和價格的大幅下降,以傳感器采集人體健康數據并加以分析的設備正逐漸成為家用電器采購的新寵。

本文引用地址:http://www.tsejo.com.cn/article/89443.htm

  市場正在升溫,并且廣受半導體廠商關注,甚至有潛質成為超越通信和PC成為半導體最大的應用領域。全球醫療電子市場的熱鬧,一方面得益于電子技術的進步,另一方面受到以下趨勢所影響:(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的對健康的關注度提升,人們對于增進健康照顧的期望持續增加。(3)保險公司和雇主在醫療開銷的支付和保險范圍逐漸消減,但受保人或病患需繳納的醫療保健費用卻日益增加。(4)科技的進步讓一些輕微的疾病可在家庭內部進行早期分析、預防與治療,遠比去醫院便捷廉價。

  從全球范圍來看,市場對醫療電子產品的需求越來越大,尤其是對計算機斷層掃描儀、磁共振儀、高檔超聲波診斷儀器等高端產品需求的快速增長,有力帶動了全球醫療電子市場規模的擴大。與此同時,市場需求的增長大大刺激了各國在醫療電子領域的投入力度,醫療電子設備制造商不斷提高技術水平,擴大創新應用,促進了全球醫療電子產業的平穩發展,有力支持了醫療電子市場需求的增長。根據市場研究機構Databeans預測,至2012年醫療電子用半導體產值將接近50億美元,其中家用和便攜市場成長速度最快,年復合成長率高達12%。BCCResearch的最新調查報告也指出,全球家用醫療設備市場規模將從2007年的146億美元,至2012年時成長到210億美元,年復合成長率(CAGR)將達到6.8%。輔助復健、治療裝置、監視/傳感器與遙測裝置等,成為家用電子醫療市場的大頭,光以血糖測量儀來看在2007年就有70億美元商機,而到了2012年將成長到89億美元;而有益健康的家用醫療裝置,預估更將大舉成長25%。

  就目前全球醫療電子市場的區域結構而言,美國、歐洲和日本仍是醫療電子的主力市場,但隨著這些地區醫療電子體系日趨完善和市場規模的持續擴大,其增長空間和潛力已十分有限,而一些新興的區域市場,如以中國、印度等為代表的亞太地區,一方面由于其人口優勢,另一方面在經濟快速成長的帶動下,醫療電子市場近幾年一直保持著較高的增長速度,成為帶動全球市場增長的重要區域,也是國際大企業競相爭奪的新市場目標。從中國市場來看,在經濟加速發展、醫院信息化進程加快及國家相關政策變化等幾方面有利因素的影響下,2006年中國醫療電子市場規模繼續加速增長,銷售額突破200億元,達到210.8億元,同比增長15.6%,明顯高于全球同類市場增長水平。未來幾年,中國醫療電子市場將持續平穩增長,年均復合增長率達18.2%,2011年中國醫療電子市場規模有望接近500億元。


圖1  中國醫療電子市場增長率高于全球水平,所占市場份額逐年擴大

  從生病了才看醫生的治療,到預防疾病的預防,在電子科技的推波助瀾之下,保健醫學將是未來的顯學。不但大型的醫院用治療儀也逐漸朝便攜式、經濟型家用康復治療器的方向發展,例如,全自動體外電擊器(AutomatedExternalDefibrillator,AED)、生育監測儀(FertilityMonitoringDevice)等;每個家庭也會將家庭醫療與保健視為必要的投資,選購家用醫療電子設備就像選購電視與冰箱等家電般平常。基于此,讓家用醫療電子設備被美國《財富》雜志預測為21世紀前十年最具發展潛力的產業的第一名,也成為半導體廠商搶進的重點市場。

  醫療電子由于醫療電子產品的生命周期較普通消費型電子產品長,因此產品更新換代過程相對較長,從而導致醫療電子市場規模難以實現更高速度的增長,不過至少在最近的5年之內,由于醫療電子產品的普及率起點非常低,因此整個市場還會保持一個健康旺盛的增長勢頭。更為重要的是,在龐大的用戶群體支持下,醫療電子市場不會像其它產業那樣容易形成泡沫并破滅。隨著時間的推移,醫療電子市場規模將逐步趨于未定,能夠提供給參與者比其它商業領域更穩定和更持久的回報。

  大愛無疆,親屬的健康是人們心中永恒的牽絆,因此與健康密切相關的醫療電子產業的應用范圍同樣不會存在界限。

醫療電子發展趨勢

  本刊專門采訪了多家半導體公司,就醫療電子技術和市場的發展趨勢進行了深入地探討。

  談到醫療電子技術的發展趨勢和未來市場重點,ADI大中國區資深業務經理周文勝先生認為醫療設備一方面將繼續追求更高性能,如CT,MRI;而便攜和保健化/家用化將是該領域增長的另一個強勁動力。兩個方向有一個共同性,那就是在單位體積的設備內需要具有越來越強大的功能:更精確地處理更多更復雜的模擬和數字信號。這自然也帶來功耗和散熱,以及可靠性,設計復雜度等的挑戰。因此電子元器件的技術進步是至關重要的。醫療市場和技術的快速發展對系統的性能和成本都提出了挑戰。ADI擁有世界領先的模擬和數字技術,發展戰略是結合市場需求,通過不懈的技術創新,提供高性價比的產品和方案。圍繞ADI的核心技術優勢產品的三個主要方向是:增加通用器件的產品系列;開發新的替代技術產品;根據醫療設備的特殊需求開發專用的高集成芯片。

  特別的,周先生還介紹了全球醫療設備的幾個趨勢:(1)更精密,例如超聲的通道數的增加和分辨率的提高;(2)數字化,例如X光機的數字化既提高了分辨率又方便了醫案網絡化以及醫療資源的共享;(3)便攜化,如便攜超聲和監護儀使各種場合的及時診斷和治療都成為可能;(4)家用化和保健化(HEALTHCARE),使連續健康監測變得簡單舒適。對于開發者來說,醫療設備關系到人民的健康和生命,需要開發醫療電子的工程師本著關愛生命的原則進行開發。醫療設備的性能和可靠來自好的解決方案的系統設計。模擬和數字都是重要的技術,而在高性能的醫療設備中模擬技術更具挑戰性。

  NI公司則認為,隨著醫學的發展、治療手段的多樣化和相關工程領域技術的不斷進步,醫療電子設備正變得日益復雜化,事實上很多大型醫療電子設備都由多個子系統組成,需要集成多種傳感器、機械部件、電子元件比如FPGA或者微處理器等,還會涉及到多種專業總線和協議,其研發周期也是相當長,可能需要2-3年甚至更長的時間。在這種情況下,技術上的挑戰往往并不在于單個技術領域所遭遇的瓶頸,而在于如何快速整合多種技術、縮短整個醫療電子設備系統的開發時間、提高創新程度。

  由于其通用性,NI產品在多種生物醫學領域都有相關應用,比如胎心信號分離、腦磁信號提取、視網膜激光治療、腫瘤冷凍治療、心臟起博器設計等等。主要涉及醫療設備的控制、分析和處理部分。NI LabVIEW為開發人員提供了上千種信號處理和數學運算的函數,包括小波分析、聯合時頻分析、時間序列分析、聲音和圖像分析處理等多種信號處理工具,設計人員可以通過調用現成的函數,快速完成例如移除基線漂移、噪聲消除、QRS檢測、胎心信號提取等應用。與此同時,開發人員也可以通過LabVIEW內置的文本數學工具重用已有的算法。另一方面,NI提供了商業化嵌入式硬件平臺NI CompactRIO,集成了一個嵌入式實時處理器、高性能的FPGA,并具有多種I/O模塊及內置的信號調理功能。開發人員可以通過LabVIEW FPGA模塊對CompactRIO內置的FPGA進行編程,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境,生物醫學專家們不需要掌握VHDL就可以直接參與到編程工作中,從而快速實現設計與算法的原型化。

  Actel 公司高級產品市場經理Shabnam Zarrinkhameh把醫療應用成為半導體增長最迅速的領域之一的原因劃分為三個主要領域的應用:家庭測試、監控和診斷,成像以及臨床設備,并將繼續成為半導體器件的重要應用領域。在這些領域中,可以看到兩個重要的發展趨勢——小型化和低功率的需求。


Shabnam Zarrinkhameh   Actel 公司高級產品市場經理

  小型化:對于大部分醫療應用來說,所需要的是將足夠的處理能力集成到給定空間中。當然,醫療設備的尺寸大小可能與某些重要約束條件有關。比如,便攜式血糖儀的外形和形狀類似于PDA。對植入式設備,如心臟起搏器、用于治療中樞神經系統失調的神經刺激設備和助聽器等,考慮到它們所要植入的部位,尺寸是相當重要的。

  低功耗:除小型化之外,低功耗是另一個發展趨勢。對植入式設備而言,功耗最小化和電池壽命延長的好處不言而喻。外用醫療設備對功耗也很敏感。隨著電子元件日趨小型化,以往的固定式醫療設備正在變為便攜式。過去在醫院必須動用推車來運輸的超聲波成像儀,現在的外形尺寸就像一部筆記本電腦。自動外用電震發生器 (defibrillator) 現正廣泛采用。從空氣中提取氧氣對病患進行氧氣治療的便攜式制氧機,現在可以像錢包一樣挎在肩上。所有這些設備都是依靠低功耗和小外形尺寸來實現的。

  其它的挑戰包括: 半導體行業的變化速率遠遠超過醫療設備 (銷售采用最新工藝的最新產品較為困難);醫療設備客戶需要經過現場證明不會廢棄的技術,以便滿足嚴苛的醫療設備指導條例。

  賽靈思亞太區高端產品市場經理梁曉明先生將醫療電子未來發展趨勢和面對的挑戰歸納為兩個方面:

  產品:隨著生活水平的提高,消費者對醫療保健服務的期望也在提升。對于醫療電子設備生產商來說,要生產性能更高但成本更低的產品,給他們帶來了更大的壓力。 潛力最大的市場之一是面向家庭和醫院使用的便攜式醫療設備。另一大挑戰是市場需要高性能、低功耗,而且工作時間持久的便攜式醫療設備。這些挑戰也給半導體供應商帶來了壓力,迫使他們提供滿足最終用戶期望的解決方案。


梁曉明   賽靈思亞太區高端產品市場經理

  財務:盡管醫療電子設備將會持續穩定發展,但醫療設備的產品開發周期通常比較長,產品質量認證過程非常嚴格并且需要更長的時間。因此,醫療電子設備的投資回報時間相對較長,因此涉足醫療電子行業的企業需要有較強的經濟實力,并且有合理的戰略規劃來維持產品開發。 面對以更低成本提供更高性能的壓力,醫療設備生產商希望供應商能夠充分理解其要求并提供支持IP重利用的平臺。這將可以降低開發風險和投資成本并縮短開發周期,從而加快產品開發過程。

FPGA的施展舞臺

  FPGA憑借高性能和靈活開發的特點,在醫療電子中獲得許多廠商的青睞。先進的FPGA技術會促進醫療電子市場迅速發展。FPGA在醫療領域的應用已經從簡單接口擴展功能和橋接轉換功能,延伸到數字信號處理和系統內部高速互聯領域。可喜的看到更多的醫療電子產品中使用FPGA實現核心算法,復雜控制,高速接口(例如PCI express接口,SATA接口,以太網接口等)和一體化集成設計。特別指出,內嵌處理器的FPGA非常合適作為醫療電子系統中的高度整合的一體化系統核心。

  賽靈思亞太區高端產品市場經理梁曉明先生認為,醫療行業客戶需要可編程能力和售后升級功能來保護他們的資本投資。作為FPGA行業領先廠商,賽靈思(Xilinx)公司提供的所有FPGA和CPLD產品都大量的使用在的醫療電子產品上, 公司有通用的芯片產品開發團隊,也有專門的團隊和合作伙伴提供醫療相關的應用方案和IP核。醫療市場對于高分辨率、3D采用圖像處理和重構設備的需求很大。賽靈思公司在DSP和嵌入處理領域的領先技術將會補充并推動這一行業發展趨勢。設備制造商可以利用賽靈思公司的FPGA器件來縮短開發周期、降低投資和風險,并可以在產品中集成自己的專用IP。賽靈思極為重視產品質量和可靠性,并將繼續領導高性能FPGA發展的潮流。這與醫療電子行業的需求是一致的。高端FPGA的主流產品,已經廣泛應用在醫療系統中,低成本FPGA產品更是廣泛的用在所有醫療設備領域,包含便攜式的醫療設備,例如便攜超聲設備和各種手持終端。

  Actel 公司高級產品市場經理Shabnam Zarrinkhameh的觀點是高性能、具有功率意識的醫療系統設計人員都希望采用靈活的、功能豐富的器件,以獲得快速、無以倫比的低功耗、固件錯誤免疫能力和低成本等優勢。因此越來越多的設計人員將會轉向靈活及功能豐富的FPGA產品。電池供電應用 (家庭輸液泵、電震發生器、便攜式血糖及膽固醇監控器、數字血壓監控器,以及呼吸治療產品) 都需要低功耗和小外形尺寸,使到Actel以Flash為基礎的超低功耗IGLOO FPGA成為理想的選擇。對于診斷實驗室設備、病患監控設備、可植入的輸液泵、以及起搏器應用,Actel的低功耗Flash FPGA同樣適用。2007年,中國領先的醫療設備開發和制造商邁瑞醫療國際有限公司選擇了Actel以Flash為基礎的FPGA器件,用于其便攜式病患監護儀產品,包括另外的監護儀設備、診斷實驗儀器和超聲波成像系統。此外,醫療保健正在向基于家庭的應用轉移,這些通常采用電池供電的應用設備 (如家庭輸液泵、電震發生器、便攜式血糖及膽固醇監控器、數字血壓監控器,以及呼吸治療產品) 需要低功耗和小外形尺寸,Actel的超低功耗FPGA是理想的選擇。

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關鍵詞: 醫療電子

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