醫(yī)療半導(dǎo)體技術(shù)和市場的發(fā)展趨勢分析

　　在在未來的10年中，借助于醫(yī)療電子設(shè)備，將有可能使傳統(tǒng)的醫(yī)療保健方式向早期診斷和預(yù)防疾病方向發(fā)展上。從2008年中國國際醫(yī)療電子技術(shù)大會的有關(guān)專家了解到，隨著中國GDP規(guī)模的逐年增長，用于個(gè)人醫(yī)療電子設(shè)備的投資有望以10%以上的速度增長。在這次大會上，德州儀器、模擬器件、賽靈思、Altera、NI、 Actel等公司分別介紹了它們用于醫(yī)療電子設(shè)備的最新半導(dǎo)體解決方案。

　　展望未來，電子技術(shù)的發(fā)展為“無紙化”醫(yī)院的實(shí)現(xiàn)提供了可能。在醫(yī)院中，數(shù)字化的病人信息可以通過各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方便地調(diào)閱，借助于專家系統(tǒng)的“整體治療解決方案”將成為促使醫(yī)療保健電子設(shè)備市場增長的主要趨勢之一。

　　在數(shù)字化醫(yī)院中，數(shù)字化病歷將使醫(yī)生能夠隨處查閱病人的信息，醫(yī)療保健提供商不需要等待幾天才能從實(shí)驗(yàn)室獲得X光片，因?yàn)橐呀?jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的X射線機(jī)的圖像可以即時(shí)被獲取并進(jìn)行分析。為此，通過網(wǎng)絡(luò)把所有診斷設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，就可以把所有的病人信息(CT片、X光片等圖片)傳輸至數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器供即時(shí)調(diào)閱。這個(gè)趨勢將驅(qū)使醫(yī)療電子設(shè)備供應(yīng)商開發(fā)具有一致用戶接口的、可互操作的成像設(shè)備。實(shí)際上，各個(gè)供應(yīng)商不僅僅正在提供診斷設(shè)備，而且提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器以及服務(wù)軟件。

　　這些新趨勢將引領(lǐng)醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也意味著可以利用更好、更快的診斷設(shè)備把病人與醫(yī)療保健系統(tǒng)連接起來，以利于早期的疾病診斷和治療。這就是醫(yī)療電子技術(shù)發(fā)展的遠(yuǎn)景以及它存在巨大發(fā)展?jié)摿Φ脑蛩凇?/p>

　　在2008年中國國際醫(yī)療器械博覽會上可以看到，醫(yī)療電子設(shè)備主要分為檢測、診斷、治療、監(jiān)護(hù)和預(yù)防保健等幾大類，市場呈現(xiàn)超聲/成像設(shè)備、個(gè)人醫(yī)療設(shè)備、自動外部除顫設(shè)備、生物醫(yī)療電子設(shè)備、醫(yī)療保健電子設(shè)備等等百花齊放的局面，三維和四維顯示及其設(shè)備以斑斕奪目的色彩成為了博覽會上令人矚目的亮點(diǎn),各類采用光電探測技術(shù)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)窺鏡令人感嘆微觀世界的神奇。

　　在觀看了眼花繚亂的新產(chǎn)品之后，人們想了解的是哪些半導(dǎo)體技術(shù)支撐著醫(yī)療電子設(shè)備的技術(shù)和市場的發(fā)展。這也是2008年中國國際醫(yī)療電子技術(shù)大會讀者關(guān)注的熱點(diǎn)，表1所示為Databeans給出的全球醫(yī)療半導(dǎo)體器件供應(yīng)商的市場份額及其排名情況。

表1  全球醫(yī)療半導(dǎo)體器件主要供應(yīng)商及其市場占有率
來源:databeans，2008年3月

醫(yī)療成像推動對高性能信號處理器件及技術(shù)的持續(xù)需求

　　高端成像和監(jiān)控技術(shù)使得精確、快速和實(shí)時(shí)的診斷成為可能，可以減少不必要的手術(shù)或誤診導(dǎo)致的手術(shù)的數(shù)量，并支持預(yù)防性治療。例如，實(shí)時(shí)X射線成像使得醫(yī)生有更大的可能選擇手術(shù)之外的其它治療方案。隨著對醫(yī)療成像設(shè)備計(jì)算性能要求的持續(xù)提高，對高端信號處理器(DSP)以及現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的需求與日俱增，IMS Research給出了表2所示的全球主要醫(yī)療電子設(shè)備年復(fù)合增長率及其對關(guān)鍵半導(dǎo)體器件的需求預(yù)測。另一方面，據(jù)Frost & Sullivan的最新預(yù)測，全球醫(yī)療成像設(shè)備市場對FPGA、DSP以及ASIC的需求將從2006年的602.87百萬美元增加至2011年的917.15百萬美元的規(guī)模。

表2  全球主要醫(yī)療設(shè)備年復(fù)合增長率及其對半導(dǎo)體器件的需求預(yù)測
來源：IMS Research

　　醫(yī)療成像設(shè)備對處理提出了各種要求，涉及數(shù)據(jù)采集、高性能計(jì)算、圖像處理算法、數(shù)學(xué)、以及大容量、高效的存儲媒介以及對存儲器的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問所需要的高帶寬的醫(yī)療IT基礎(chǔ)設(shè)施等等。在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，光纖傳輸和千兆以太網(wǎng)無線鏈路傳輸將是有發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q方案，因?yàn)槌上裨O(shè)備所處理的數(shù)據(jù)不是連續(xù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，而是組成圖像所需要的大數(shù)據(jù)塊。另一方面，隨著高清晰度醫(yī)用顯示器器件和技術(shù)的發(fā)展，特別是醫(yī)用三維和四維顯示技術(shù)的發(fā)展，對圖像處理器件、傳輸媒介、存儲以及設(shè)備等等一系列的帶寬指標(biāo)將提出更高的要求，因此，這將是今后競爭的制高點(diǎn)之一。其中，多核處理器、FPGA和DSP的競爭無疑是值得繼續(xù)關(guān)注的亮點(diǎn)。此外，隨著便攜式超聲/成像設(shè)備的發(fā)展，對光電傳感器、超低功耗多通道A/D轉(zhuǎn)換器、處理器、算法以及提高顯示分辨率的模擬前端(AFE)器件將存在巨大的需求。

嚴(yán)格的安全法規(guī)要求催生新興的醫(yī)療電源產(chǎn)業(yè)

　　目前，世界上所認(rèn)定的醫(yī)療電子設(shè)備相關(guān)電性安全測試為IEC 60601-1，IEC 60601-1涵蓋所有的一般規(guī)定，包括危害清單及風(fēng)險(xiǎn)性的承受限制。其中，IEC 60601-1-X并行標(biāo)準(zhǔn)系列規(guī)定主要目標(biāo)為電氣醫(yī)療器材系統(tǒng)、電磁兼容性、X光防護(hù)等，并必須與IEC 60601-1同時(shí)適用；IEC 60601-2-XX系列規(guī)定適用于特定醫(yī)療器材，并必須同時(shí)適用 IEC 60601-1，也可適用 IEC 60601-1-X標(biāo)準(zhǔn)。

　　在醫(yī)療電子設(shè)備中，電磁輻射和電磁輻射防護(hù)是影響電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。例如，合格的醫(yī)用電源應(yīng)符合EN60601-1-2；該標(biāo)準(zhǔn)必須與EMC相關(guān)的許多技術(shù)要求配合，尤其是醫(yī)用電源必須滿足IEC61000-4-2 ((靜電防護(hù)能力，要求達(dá)到3kV)、IEC61000-4-3 (射頻輻射防護(hù)能力，要求達(dá)到3V/m)、IEC61000-4-4 EFT (電壓瞬變承受能力，要求達(dá)到1kV)、IEC61000-4- 5 (市電涌流承受能力，要求達(dá)到1kV和2kV)、IEC61000-3-2 (市電線路諧波要求)、IEC61000-3-3 (電力線閃變要求)，以及EN55011 (A類產(chǎn)品或B產(chǎn)品輻射限制)。

　　從整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建來說，美國、加拿大、歐盟、日本、澳大利亞/新西蘭這些國家以上述標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整，得到的各國標(biāo)準(zhǔn)如表3所示：

表3  以IEC 60601為藍(lán)本演變成的各國標(biāo)準(zhǔn)


　　據(jù)醫(yī)博會上專家表示，中國頒布的用于醫(yī)療器械的EMC標(biāo)準(zhǔn)YY0505-2005《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1-2部分：安全通用要求-并列標(biāo)準(zhǔn)：

　　電磁兼容-要求和試驗(yàn)方法》不久將強(qiáng)制實(shí)施。醫(yī)療電子設(shè)備包括生命支持設(shè)備和非生命支持設(shè)備兩大類，因此，醫(yī)療電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師只有充分了解上述相關(guān)的規(guī)定和法規(guī)，才有可能設(shè)計(jì)出保證病人安全的、達(dá)標(biāo)的電源系統(tǒng)，這是醫(yī)療電源設(shè)計(jì)與商用電源設(shè)計(jì)的最大不同之處以及所面臨的最大挑戰(zhàn)。

　　由于醫(yī)療電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求高，采用符合醫(yī)療安全規(guī)格的專用電源是市場上出現(xiàn)的重要發(fā)展趨勢之一，目前，醫(yī)療電子設(shè)備專用電源制造商群體已經(jīng)形成。例如，電盛蘭達(dá)株式會社就推出具有醫(yī)療安全規(guī)格的SWS系列電源產(chǎn)品線中的SWS1000L，具有5V、12V、24V三種輸出電壓選擇，其中SWS1000L-24V峰值功率可達(dá)1224W。SynQor則推出超小型400W醫(yī)療電源模塊，它實(shí)現(xiàn)了在3" x 5" x 1.44"有限尺寸上提供400W的有用功率，這被認(rèn)為是世界上同等功率輸出的模塊中體積最小的產(chǎn)品。

遠(yuǎn)程醫(yī)療將是未來發(fā)展趨勢

　　除了上面介紹的內(nèi)容之外，隨著寬帶移動無線通信和超低功耗無線電技術(shù)的發(fā)展，以及微型傳感器、可植入IC和射頻收發(fā)器芯片技術(shù)在醫(yī)療保健領(lǐng)域的應(yīng)用，將來的遠(yuǎn)程醫(yī)療將使醫(yī)療保健無處不在，這將推動RFID、網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人、傳感器網(wǎng)絡(luò)、寬帶移動通信系統(tǒng)、軟件無線電、MIMO技術(shù)等等的發(fā)展，并進(jìn)一步帶動RF超低功耗放大器和LNA、軟件可配置的RF器件、天線、可植入芯片以及感知機(jī)器人的研發(fā)，此外，這些新器件的應(yīng)用將推動新型封裝技術(shù)的發(fā)展。因此，可以預(yù)測，為了加快提升人類社會的健康水平，醫(yī)療電子技術(shù)的發(fā)展將為半導(dǎo)體行業(yè)注入無限的發(fā)展商機(jī)?，F(xiàn)在一切僅僅是處于起步階段。