便携医疗电子市场的发展趋势与现实挑战

常言道，“百善孝为先”， 人年龄越大，就越需要医疗照顾。随着世界人口走向高龄化，人们的医疗保健意识高涨，医疗保健基础设施的需求不断增长，越来越多的人需要高质量的医疗保健。全世界大部分地区均是如此，在中国尤其重要,这为各种各样的医疗设备提供了更为广阔的市场。

根据IHS 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。中国人口老龄化进程也在加快，根据2010年第六次全国人口普查结果，目前逾13%的人口年龄在60岁以上。这使得国人对医疗、健康、生活质量、疾病护理等方面提出了越来越高的要求，医疗和健康领域正在渐渐从关注疾病治疗向保健方向转变。这些都将为医疗电子带来非常广阔的增长空间。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%。就便携医疗电子领域，有数据显示，中国便携医疗电子市场增长势头非常迅猛，中国市场的年复合增长率已连续5年保持在20~30%的增长。

图1：至2016年，中国的医疗电子市场产值将达到74亿美元，source：IHS iSuppli Research

中国医疗设备市场发展趋势

便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。德州仪器MCU市场拓展经理吴翔表示：“诸如血糖监测仪、心率检测仪、可吞咽胃肠(GI)道检测仪以及止痛植入物等众多设备都在不断提升慢性或急性疾病患者的生活质量。再比如便携式自动除颤器可以挽救急病患者的生命、运动手表不仅能够无线记录用户的心率、测量距离、进行脚步计数，而且还可实现能最大限度发挥有氧训练优势的其它功能。”未来几年中，还会出现更多能显著改善医疗实施及其效果的创新型医疗应用产品。

在中国的电子医疗设备市场中，最具发展前景的领域是各种家用设备，包括诊断设备、给药设备和健康管理设备。那些支持家庭医疗保健的便携设备尤为重要，因为老年人及患者可以利用这些设备来监视和管理自己的健康状况。这样，减轻了医疗保健专业人员的工作负担，从而使他们有时间专注于可能在社区医疗中心中遇到的更为严重的医疗问题。面向老年人的主要诊断设备包括血糖仪、血压计、数字体温计和体重秤等。

Microchip医疗产品部技术营销经理Marten L. Smith

家庭给药具有广泛的应用范围。简单来说，给药设备可以提醒人们按时吃药。更复杂的给药系统例如自动胰岛素输液泵，可确保全天的剂量得到控制。健康管理系统可以是从基于智能手机的应用程序到专用的家庭健康终端的任何系统。借助这些系统，人们可以监视和跟踪许多健康参数，以警惕任何可能预示出现问题的变化。

“对于任何医疗设备来说，最重要的要求之一是能够让老年人安全方便地使用。”Microchip医疗产品部技术营销经理Marten L. Smith表示,“例如，改进很多老年人便携式医疗电子设备，使之具有更加友好的用户界面。无位移触摸按钮、接近检测器和触摸屏使医疗设备更容易被老年人使用，同时降低了出现用户错误和安全问题的可能性, 用Microchip的mTouch技术可以实现这些功能。”由于这些优势越来越广为人知，医疗设备设计人员越来越关注这类人性化因素的工程设计。

图2：Microchip的接近式触摸传感解决方案

便携医疗给半导体行业带来的设计挑战

虽然工程设计无外乎是在相对立的功能、规范以及空间限制条件之间进行取舍，但是这种平衡取舍在便携式医疗领域往往非常棘手，也给传统半导体企业带来了挑战。

医疗市场的相关需求往往很难协调，如小尺寸与高功能性、低功耗与高性能模拟，以及超长电池使用寿命与高处理能力等。其次，个人保健医疗用品正朝着多功能化方向发展，未来集多种功能于一体的医疗电子产品将越来越受到市场青睐。“客户都希望芯片供应商能提供更高集成度、更高性价比、低功耗的解决方案和产品。”对此德州仪器的吴翔说到，“TI的MSP430F4、F6系列因具备上述特点而大量应用于便携式医疗电子产品，目前已有的应用包括便携式血糖仪、便携式血氧测量仪器、便携式心电仪器、便携式血压仪以及便携式数字温度计等多种应用。”

所有便携式产品都需要采用低功耗微处理器来接收用户或操作员的指令，并提供读数与状态更新。由于几乎所有此类产品都依靠电池运行，因而不断延长电池使用寿命成为需要重点考虑的事项。尽管这些产品在电池使用寿命需求方面各有不同，不过一般电池更换间隔在2~10年之间。另外，这些受空间限制的产品通常需要采用高度集成的模拟组件，以便将信号调节和转换至能够对其进行处理和译码的数字域。例如合适的系统侧电量监测计，就能准确报告剩余电池容量、充电状态以及电池电压，从而可将便携式医疗设备(如可穿戴健康监控设备)的电池使用寿命延长50%甚至更长。

“医疗超声系统对模拟前端的接收电路也提出了更高的要求。如何根据系统对模拟前端的要求，从系统层面对相关的参数进行优化，集成LNA、VCA、PGA，降低外界信号干扰，提高系统性能，从而更好的满足系统需求，”吴翔表示：“这也是芯片制造商一直面对的挑战。在超声波系统领域，TI全面集成的模拟前端AFE58xx系列便解决了上述问题，帮助制造商节省系统成本，促进新技术的形成。”

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图3：用于超声波的8通道模拟前端TI AFE5804

NFC在一些便携式的医疗设备上也有越来越多的应用，其中一个最大的用处就是它可以把便携式设备医疗的一些数据记录通过NFC传递给手机。因为手机本身处理能力非常强大，可以帮助便携式医疗设备做更复杂的数据处理。NFC在这种应用上也提供了一个非常低成本、无线数据传输通道。

便携医疗方案与移动终端结合

规划和发展中国的社会医疗基础设施必须十分谨慎，因为医疗保健的需求和开销在不断增长。对社区医疗中心以及农村医疗机构的医疗设备需求进行规划是关注重点。

例如，中国农村的卫生所和小型医疗中心可能需要将患者的诊断数据发送到附近城市的大型医疗中心。合作专家随后可评审这些数据以进行准确诊断和及时治疗。这种情况下所使用的医疗设备应该能利用现有技术，如智能手机和平板电脑。能够与基于Apple iOS或Android智能手机的设备连接的血压监测仪或便携式心电图机等设备会非常实用且具有成本效益。数据可通过现有移动网络发送，这只需要对农村医疗中心或小型卫生所的网络基础设施进行极少的投资。

对于上述情形，Smith觉得便携式医疗设备设计人员所面临的挑战是：“快速方便地开发能与Apple iOS或Android智能手机技术正确配合的设计，所需的硬件开发系统还应具有稳定和成熟的软件库，以设计基于iPhone或Android的设备。”Microchip可为中国的医疗设备设计人员提供这些稳定的开发工具和技术支持。这样，中国制造商便能够快速方便地将基于智能手机的新型医疗设备设计投入生产，使得他们有机会为中国正在致力于实现的国家医疗基础设施做出贡献。

在大型社区医疗中心，便携式医疗设备通过点对点或网络方式相互通信或与其他设备进行通信正变得越来越普遍。只要存在通信链路，数据就有可能被未授权的第三方拦截。如果传输的数据是敏感的医疗信息，上述情况显然是不可接受的。另一个问题是医疗专业人员和患者所共有的顾虑，即未授权的人员是否会通过“黑客”的方式来控制能拯救生命的医疗设备。在繁忙的大型城市医疗中心，这类事件可能是灾难性的。

Smith表示，可以通过KEELOQ高级跳码技术等加密算法保障数据在传输过程中无法被未授权的接收者读取，从而保护数据。当所连接的医疗设备的MCU编程中包含安全加密时，数据链中的每条链路都可得到保护。这种安全性可增加用户对系统的信任。对系统的信任增加后，医疗专业人员可专注于治疗患者，而不必担心发生灾难性情形。