醫(yī)療電子:從治病向保健延伸,便攜產(chǎn)品領風騷

　　同時，醫(yī)療模式在轉(zhuǎn)變，過去關注疾病，現(xiàn)在關注健康。理想的醫(yī)院是比我還關心自己的健康。

　　現(xiàn)在，醫(yī)保對醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的拉動巨大。

　　我國的問題是交易成本過高。很多企業(yè)重復研發(fā)，缺少誠信和知識管理。同時，高校和企業(yè)的研發(fā)需要密切協(xié)作。

　　低功耗、高效率是芯片研發(fā)主流

　　家用醫(yī)療并不意味著低性能

　　ADI公司亞太區(qū)醫(yī)療行業(yè)市場經(jīng)理王勝稱，家庭或個人應用的便攜式醫(yī)療設備并不意味著低性能，相當一部分應用只是應用場地和應用方式的轉(zhuǎn)化，已不再局限于傳統(tǒng)的專業(yè)醫(yī)療機構場所使用。家用醫(yī)療監(jiān)護設備在技術上的發(fā)展趨勢概括起來就是“更便攜、更安全、更低耗、更智能，以及更高診斷級的性能”。

　　家用醫(yī)療設備的主要針對用戶群并不具有嚴格的限定界限，可以包括慢性疾病患者、術后康復以及中老年人。未來，家用醫(yī)療設備，尤其是以預防監(jiān)測為主的家用醫(yī)療設備將面向所有的用戶群，成為人們生活中的必需品。另外，隨著醫(yī)療基礎的不斷成熟，診斷級的家庭醫(yī)療設備亦將得到快速發(fā)展。除了傳統(tǒng)的個人醫(yī)療電子設備如血壓計、血糖儀等因其技術和市場都已很成熟，其他新的技術和應用也將帶動未來的便攜式醫(yī)療電子設備市場的發(fā)展，例如針對個人和家庭應用的生命體征信號測量等。ADI預計未來個人監(jiān)護、診斷以及運動狀態(tài)監(jiān)測等設備也會走入家庭和個人應用場合。此外，隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，很多原來被認為是醫(yī)療行業(yè)邊緣產(chǎn)業(yè)的，如與家用保健系統(tǒng)相關的保險業(yè)也將越來越多地參與到醫(yī)療事業(yè)的建設中來，同樣會帶動醫(yī)療電子的發(fā)展。這些都必然要求醫(yī)療電子設備的小體積、便攜式、低功耗、易使用、低成本以及有效的數(shù)據(jù)傳輸和管理方式。

　　ADI已經(jīng)在醫(yī)療行業(yè)專注多年，積累豐富的經(jīng)驗，技術以及方案。近期，公司針對各類生命體征監(jiān)護應用推出了一款低功耗、單導聯(lián)、心率監(jiān)護儀模擬前端(AFE)AD8232，專為滿足新興的健身設備、便攜式/佩戴式監(jiān)控設備和遠程健康監(jiān)護設備的ECG信號調(diào)理要求而設計。

　　降低ADC功耗

　　安森美半導體消費類健康產(chǎn)品線高級經(jīng)理Jakob Nielsen認為降低ADC功耗勢在必行。因為 醫(yī)療設備行業(yè)正在出現(xiàn)新趨勢。由于醫(yī)療成本上升及醫(yī)療法規(guī)變化，使醫(yī)療設備開發(fā)人員需要充分利用他們的設計生產(chǎn)醫(yī)療設備系列，而非采用一次一個設備的開發(fā)途徑。例如，某個工程團隊如今必須同時開一個發(fā)心電圖(ECG)監(jiān)測儀及一個自動體外除顫儀(AED)設備。這就為選擇元器件帶來挑戰(zhàn)，因為醫(yī)院用的ECG監(jiān)測儀通常采用墻式插座供電，而AED設備采用電池供電。換言之，一個設備需大功率電能按需要用電，而另一個設備受電池電量約束;然而，為了將開發(fā)周期縮至最短及將成本降至最低，需要為兩類設備建造共用硬件工具。其次，一個設備通常靜止不動(在病床邊)，而另一個設備則需移動，配合就地治療。

　　對元器件制造商來說，醫(yī)療級IC制造商需要設計極低能耗的半導體產(chǎn)品以滿足便攜設備的電池限制，但性能還必須滿足居家嚴格應用(通常是靜態(tài)醫(yī)療設備)的性能規(guī)范要求。例如，臨床使用的ECG監(jiān)測儀通常要求24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來提供低至足以檢測心率及心律不齊癥狀(此狀態(tài)可能導致心臟病或死亡)的噪聲等級。然而，這樣的轉(zhuǎn)換器通常能耗大，遠高于便攜設備中通常使用的16位(或更低)轉(zhuǎn)換器。

　　安森美半導體已開發(fā)出專有的高精度ADC及其它知識產(chǎn)權(IP)，其電流消耗低于常見16位轉(zhuǎn)換器，而且沒有折衷性能。此外，該IP的占位面積極小，結(jié)合業(yè)界最低的能耗，使設備開發(fā)人員能夠在多種醫(yī)療設備中充分利用相同的元器件，因而縮減一個產(chǎn)品系列的總體物料單，同時在同一系列的不同設備提供類似、一致的性能。

　　降低ADC及驅(qū)動器功耗

　　凌力爾特公司混合信號產(chǎn)品組產(chǎn)品市場經(jīng)理Alison Steer稱，在便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品中，ADC 用于監(jiān)視生命體征 (例如：血壓、血氧含量、血糖和體溫等)。隨著便攜式醫(yī)療設備傳感器的發(fā)展，就非侵入式護理保健來說，對于延長電池壽命和小型化的需求變得愈發(fā)至關緊要。工作期間的低功耗對延長電池壽命很重要，而打盹和停機模式則能更進一步降低功耗。在某種情況下，降低 ADC 中的功耗帶來的收效日益減少，而 ADC 驅(qū)動器的功耗卻超過了ADC本身。

　　為此，凌力爾特開發(fā)了可用于降低整個信號鏈路之功耗的新穎技術。例如：延長 SAR(逐次逼近寄存器型)ADC的采集時間將允許使用穩(wěn)定速度慢得多的較低功率驅(qū)動器。另一種僅有凌力爾特SAR ADC運用的技術是數(shù)字增益壓縮 (DGC)，其免除了驅(qū)動器放大器的負電源，并可保持 ADC 的完整分辨率。負電源軌的免除可降低信號鏈路的總功耗并簡化設計。比如：當采用功耗僅為18mW的18位1.6Msps SAR ADC LTC2379-18 時，在啟用數(shù)字增益壓縮功能的情況下，允許我們使用單電源LTC6362 ADC驅(qū)動器來驅(qū)動 LTC2379-18，在功耗僅5mW情況下，仍然實現(xiàn)了高達100dB的SNR(信噪比)性能。

　　有些醫(yī)療測量要求模擬電路連續(xù)運行，每秒獲取數(shù)千甚至數(shù)百萬個讀數(shù)。而其他一些應用則只要求每天獲取單個讀數(shù)。對于此類偶然的測試，模擬電路僅需上電一次并進行測量，而在一天的其余時間里則處于以低功率“睡眠”模式運行的“空閑”狀態(tài)。由于凌力爾特 SAR ADC 架構具有自動斷電特性，功耗隨采樣速率線性調(diào)節(jié)，因此采樣速率越慢消耗的功率就越少。借助一款沒有最小采樣速率要求的無延遲SAR ADC，即可采用單觸發(fā)采樣操作以降低功率耗散，從而使ADC即使在經(jīng)歷了漫長的空閑周期之后也能完成準確的測量。

　　人們采用較寬的輸入范圍，以在ADC中實現(xiàn)較高的SNR性能，但這未必能獲得更好的輸入?yún)⒖荚肼暎谥T如X射線成像和細胞分選儀等低功率、高精度應用中，輸入?yún)⒖荚肼暿且豁椇苤匾男阅苤笜?。之所以希望擁有低輸入?yún)⒖荚肼?，是因為它能為應用提供明顯改善的有效分辨率或無噪聲代碼分辨率。有趣的是，當把一個具有8Vp-p輸入范圍的16位10Msps SAR ADC的輸入?yún)⒖荚肼暸c凌力爾特具2.1Vp-p輸入范圍的16位20Msps流水線型ADC LTC2270進行對比時，我們發(fā)現(xiàn)后者的輸入?yún)⒖荚肼晝H為46µVrms(前者則為75µVrms)，而功耗卻幾乎是SAR ADC的一半?！　?/p>