醫療電子:從治病向保健延伸,便攜產(chǎn)品領(lǐng)風(fēng)騷

　　同時(shí)，醫療模式在轉變，過(guò)去關(guān)注疾病，現在關(guān)注健康。理想的醫院是比我還關(guān)心自己的健康。

　　現在，醫保對醫療電子產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)巨大。

　　我國的問(wèn)題是交易成本過(guò)高。很多企業(yè)重復研發(fā)，缺少誠信和知識管理。同時(shí)，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

　　家用醫療并不意味著(zhù)低性能

　　ADI公司亞太區醫療行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理王勝稱(chēng)，家庭或個(gè)人應用的便攜式醫療設備并不意味著(zhù)低性能，相當一部分應用只是應用場(chǎng)地和應用方式的轉化，已不再局限于傳統的專(zhuān)業(yè)醫療機構場(chǎng)所使用。家用醫療監護設備在技術(shù)上的發(fā)展趨勢概括起來(lái)就是“更便攜、更安全、更低耗、更智能，以及更高診斷級的性能”。

　　家用醫療設備的主要針對用戶(hù)群并不具有嚴格的限定界限，可以包括慢性疾病患者、術(shù)后康復以及中老年人。未來(lái)，家用醫療設備，尤其是以預防監測為主的家用醫療設備將面向所有的用戶(hù)群，成為人們生活中的必需品。另外，隨著(zhù)醫療基礎的不斷成熟，診斷級的家庭醫療設備亦將得到快速發(fā)展。除了傳統的個(gè)人醫療電子設備如血壓計、血糖儀等因其技術(shù)和市場(chǎng)都已很成熟，其他新的技術(shù)和應用也將帶動(dòng)未來(lái)的便攜式醫療電子設備市場(chǎng)的發(fā)展，例如針對個(gè)人和家庭應用的生命體征信號測量等。ADI預計未來(lái)個(gè)人監護、診斷以及運動(dòng)狀態(tài)監測等設備也會(huì )走入家庭和個(gè)人應用場(chǎng)合。此外，隨著(zhù)醫療事業(yè)的發(fā)展，很多原來(lái)被認為是醫療行業(yè)邊緣產(chǎn)業(yè)的，如與家用保健系統相關(guān)的保險業(yè)也將越來(lái)越多地參與到醫療事業(yè)的建設中來(lái)，同樣會(huì )帶動(dòng)醫療電子的發(fā)展。這些都必然要求醫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據傳輸和管理方式。

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

　　降低ADC功耗

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

　　對元器件制造商來(lái)說(shuō)，醫療級IC制造商需要設計極低能耗的半導體產(chǎn)品以滿(mǎn)足便攜設備的電池限制，但性能還必須滿(mǎn)足居家嚴格應用(通常是靜態(tài)醫療設備)的性能規范要求。例如，臨床使用的ECG監測儀通常要求24位模數轉換器(ADC)來(lái)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)轉換器。

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

　　降低ADC及驅動(dòng)器功耗

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

　　為此，凌力爾特開(kāi)發(fā)了可用于降低整個(gè)信號鏈路之功耗的新穎技術(shù)。例如：延長(cháng) SAR(逐次逼近寄存器型)ADC的采集時(shí)間將允許使用穩定速度慢得多的較低功率驅動(dòng)器。另一種僅有凌力爾特SAR ADC運用的技術(shù)是數字增益壓縮 (DGC)，其免除了驅動(dòng)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(jiǎn)化設計。比如：當采用功耗僅為18mW的18位1.6Msps SAR ADC LTC2379-18 時(shí)，在啟用數字增益壓縮功能的情況下，允許我們使用單電源LTC6362 ADC驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng) LTC2379-18，在功耗僅5mW情況下，仍然實(shí)現了高達100dB的SNR(信噪比)性能。

　　有些醫療測量要求模擬電路連續運行，每秒獲取數千甚至數百萬(wàn)個(gè)讀數。而其他一些應用則只要求每天獲取單個(gè)讀數。對于此類(lèi)偶然的測試，模擬電路僅需上電一次并進(jìn)行測量，而在一天的其余時(shí)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(dòng)斷電特性，功耗隨采樣速率線(xiàn)性調節，因此采樣速率越慢消耗的功率就越少。借助一款沒(méi)有最小采樣速率要求的無(wú)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(cháng)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A(yíng)DC中實(shí)現較高的SNR性能，但這未必能獲得更好的輸入參考噪聲，而在諸如X射線(xiàn)成像和細胞分選儀等低功率、高精度應用中，輸入參考噪聲是一項很重要的性能指標。之所以希望擁有低輸入參考噪聲，是因為它能為應用提供明顯改善的有效分辨率或無(wú)噪聲代碼分辨率。有趣的是，當把一個(gè)具有8Vp-p輸入范圍的16位10Msps SAR ADC的輸入參考噪聲與凌力爾特具2.1Vp-p輸入范圍的16位20Msps流水線(xiàn)型ADC LTC2270進(jìn)行對比時(shí)，我們發(fā)現后者的輸入參考噪聲僅為46µVrms(前者則為75µVrms)，而功耗卻幾乎是SAR ADC的一半?！　?/p>