淺析醫療電子領(lǐng)域應用四大趨勢

當前醫療電子領(lǐng)域有四大趨勢——安全，便攜，互聯(lián)，以及低功耗。

安全包含兩方面，一是醫療設備品質(zhì)安全，會(huì )否對人的健康造成負面影響，二是指醫療設備內數據的安全性。由于醫療設備直接與人體健康相關(guān)的特殊性，因此在研發(fā)一款新產(chǎn)品時(shí)，設備的品質(zhì)必須放在首位。

互聯(lián)技術(shù)和產(chǎn)品小型化的普及，能大幅度降低患者和醫院的交通成本和時(shí)間成本，提高診治效率，使醫療機構有限的資源得到更好的利用，從而更好地保障人們的生命健康。因此，醫療設備的便攜化和互聯(lián)化已成為必然趨勢，移動(dòng)醫療已開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)爆炸式大發(fā)展的階段。

對于醫療設備而言，尤其是便攜式設備，更低的功耗意味著(zhù)更高的能效和更長(cháng)的使用壽命。追求低功耗，是醫療電子的必然趨勢，也是所有醫療電子相關(guān)公司的重要技術(shù)目標之一。

針對以上，本刊采訪(fǎng)了一些國內外知名企業(yè)和行業(yè)專(zhuān)家，探討醫療電子的現狀與未來(lái)。

便攜式領(lǐng)域本土實(shí)力漸強

近年來(lái)，中國便攜醫療電子市場(chǎng)在需求增長(cháng)的帶動(dòng)下發(fā)展迅速。2007—2010年，市場(chǎng)規模增長(cháng)率保持在23%以上。特別是2010年，中國便攜醫療電子市場(chǎng)規模達到208.7億元，同比增長(cháng)28.5%。其中家用便攜醫療電子產(chǎn)品以絕對領(lǐng)先優(yōu)勢占據整體市場(chǎng)大半江山。2010年，隨著(zhù)醫改的逐漸推行，醫用便攜電子產(chǎn)品增速及增幅均已超越家用醫療電子產(chǎn)品，從而成為整體市場(chǎng)發(fā)展的重要推動(dòng)力量。2010年，中國醫用便攜醫療電子設備實(shí)現銷(xiāo)售額71.9億元，市場(chǎng)份額達34.4%。

隨著(zhù)中國居民健康意識的提高和醫療支出能力的不斷增強，中國市場(chǎng)巨大的人口數量對家用便攜醫療電子產(chǎn)品的需求進(jìn)一步釋放。由于家用便攜產(chǎn)品消費性特點(diǎn)，用戶(hù)對品牌粘度較高，以歐姆龍、強生、西門(mén)子、羅氏等為代表的國外廠(chǎng)商在這一市場(chǎng)具有領(lǐng)先優(yōu)勢。但不容忽視的是，深圳邁瑞憑借其多參數監護儀、便攜式超聲診斷儀等產(chǎn)品的領(lǐng)先優(yōu)勢，已經(jīng)占據中國醫用便攜醫療電子市場(chǎng)超過(guò)30%的市場(chǎng)份額。而在其良好示范作用下，越來(lái)越多的本土廠(chǎng)商在自身研發(fā)實(shí)力不斷增強、產(chǎn)品性能不斷提高以及良好的渠道和地緣優(yōu)勢的助推下，市場(chǎng)地位也正逐步確立。另外，隨著(zhù)農村市場(chǎng)的興起，產(chǎn)品性?xún)r(jià)比更符合這一細分市場(chǎng)需求的本土企業(yè)的競爭優(yōu)勢更加突出。

圖1 2007-2010年中國便攜醫療電子市場(chǎng)規模與增長(cháng)

找準定位才是出路

醫療設備制造商要想進(jìn)入市場(chǎng)并保持長(cháng)期增長(cháng)，進(jìn)而不斷增加市場(chǎng)份額，通常有兩個(gè)方面需要注意：其一是要有核心技術(shù)，其二是要有良好的市場(chǎng)策略和營(yíng)銷(xiāo)渠道。而兩者都要與時(shí)俱進(jìn)，不斷地進(jìn)行創(chuàng )新。隨著(zhù)中國中小型醫療設備供應商的技術(shù)進(jìn)步，它們將與國內領(lǐng)先的設備供應商一起從國外的競爭對手那里爭得更多的全球市場(chǎng)份額。與此同時(shí)， 醫療設備制造商更需要提高市場(chǎng)前瞻性判斷能力，并且能夠提早投入、提早儲備。對本土企業(yè)而言，如果進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)而未能抓住細分潛力市場(chǎng)，恰當定位自己的產(chǎn)品，則將很難在市場(chǎng)上處于不敗之地。

中國醫療電子增長(cháng)速度已經(jīng)遠遠高于世界的平均水平。在未來(lái)，其必將繼續保持高速增長(cháng)，相關(guān)的醫療政策及越來(lái)越被重視的個(gè)人/家庭醫療市場(chǎng)都將繼續推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。新的醫療設備制造商也將陸續出現，其推動(dòng)力之一是某些新興醫療電子應用的技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)的硬性需求。當然相對于跨國巨頭，中國的本土企業(yè)仍然有很長(cháng)的路要走，其中包括技術(shù)的儲備和提升、品牌的建立以及市場(chǎng)拓展等。而目前，本土醫療設備制造商已經(jīng)逐步向中高端的方向開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，如高端彩超、多層CT以及高端監護類(lèi)產(chǎn)品等。我們都看到了接近同行業(yè)最高技術(shù)水平和產(chǎn)品性能的本土品牌。但這些成功絕不是技術(shù)盲目效仿的結果，而是這些企業(yè)能夠找到自身的技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)，針對特定的細分市場(chǎng)而開(kāi)發(fā)出具有技術(shù)和性能競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品。尤其對于低端市場(chǎng)，在技術(shù)、產(chǎn)品定位和市場(chǎng)策略方面的創(chuàng )新同樣至關(guān)重要，單一的低成本已不再是贏(yíng)得市場(chǎng)的唯一法寶。

日漸提高的性能與便攜要求

醫療電子設備需要具極高分辨率的模數轉換器(ADC)。這些器件必須具有非常低的噪聲——通過(guò)其信噪比(SNR)和總諧波失真(THD) 指標反映出來(lái)。而且，醫療專(zhuān)業(yè)人員還希望快速獲得檢測結果并提高醫用儀器的便攜性，這就要求此類(lèi)ADC具備較高的速度、較小的封裝和大幅降低的功耗。例如，LTC2379-18 就是這種新型ADC的一個(gè)實(shí)例，它是一款18位分辨率、1.6Msps、低功耗ADC。該器件實(shí)現了101dB SNR和-120dB THD，而僅消耗18mW功率。
當然，在儀器中實(shí)現如此之高的性能是很困難的，這是因為受到了用于連接傳感器與ADC的放大器限制。為使總體設計更加容易，凌力爾特開(kāi)發(fā)了一種被稱(chēng)為“數字增益壓縮(DGC)”的創(chuàng )新技術(shù)。此項功能用于將零標度代碼從0V變換至0.1 • VREF，以及將全標度代碼從VREF 變換至0.9 • VREF。對于一個(gè)5V的典型基準電壓，輸入范圍將為0.5V至4.5V，這就為從單 5 V 電源給驅動(dòng)放大器供電提供了足夠的空間。DGC功能允許ADC 產(chǎn)生包括零標度和全標度在內的所有代碼。這些設計解決了傳統高分辨率SAR ADC信號鏈路的一些固有問(wèn)題，降低了功耗，同時(shí)降低對ADC驅動(dòng)器放大器的輸出擺幅要求。

本土醫療設備商的創(chuàng )新與阻礙

醫療電子是個(gè)復雜且分散的市場(chǎng)。雖然這一領(lǐng)域具有巨大的增長(cháng)和創(chuàng )新潛力，但是資金、法規和供應鏈優(yōu)化方面日益增多的全球挑戰，卻使得市場(chǎng)持續受到抑制。

盡管存在種種問(wèn)題，且中國市場(chǎng)進(jìn)入此行業(yè)相對較晚，但是隨著(zhù)國民健康意識的增強，出現了新的增長(cháng)。根據預測，在未來(lái)五年內，世界醫療電子市場(chǎng)將以平均每年9%的速率增長(cháng)，到2016將達到2432億美元，而中國市場(chǎng)的發(fā)展和增長(cháng)將會(huì )翻倍，年均復合增長(cháng)率將達到15%。

中國醫療電子制造商進(jìn)入高端醫療設備市場(chǎng)的關(guān)鍵因素是技術(shù)創(chuàng )新(如醫學(xué)影像設備)和高度可靠的產(chǎn)品設計。

總體來(lái)說(shuō)，從硬件的角度，中國醫療電子制造商應繼續爭取進(jìn)一步微型化(小外形尺寸)、低功耗(從而延長(cháng)電池壽命)、便攜性、無(wú)線(xiàn)功能、可靠性、定制化和個(gè)性化。從軟件和服務(wù)方面來(lái)說(shuō)，有兩點(diǎn)非常關(guān)鍵：首先，當務(wù)之急是應對出現的安全挑戰;其次，解決安全問(wèn)題可以樹(shù)立明顯的競爭優(yōu)勢。

由于醫療設備對安全性的特殊要求，令人毫不吃驚的是，法規和合規性使得醫療電子工業(yè)的許多技術(shù)創(chuàng )新受到阻礙。雖然如此，醫療設備制造商應當重視風(fēng)險管理，為市場(chǎng)創(chuàng )建安全、有效的醫療設備。擁有可靠的風(fēng)險管理方法，采用在產(chǎn)品設計、開(kāi)發(fā)和安全上消除風(fēng)險的工具和訓練，以降低風(fēng)險，對于設備獲得市場(chǎng)接受度是非常關(guān)鍵的。軟件和服務(wù)提供商需要在工藝和合規性方面進(jìn)行投資，幫助緩解醫療設備制造商的問(wèn)題——這意味著(zhù)具有可靠的軟件開(kāi)發(fā)工藝，并能夠為其提供的軟件產(chǎn)品提供可追溯性和加工品?？傊?，要成為醫療行業(yè)值得信任的廠(chǎng)商，必須嚴格遵守政府法規和保持可靠的合規性。

提高安全性與可靠性

對于醫療電子設備而言，沒(méi)有比安全性和可靠性更為重要的指標。

TI最近推出針對醫療應用的新型Hercules安全MCU平臺。該平臺采用了雙ARM Cortex-R4F核心“雙核鎖步”技術(shù)，通過(guò)逐周期的CPU數據對比來(lái)減少錯誤的產(chǎn)生，一方面可以消除MCU內部產(chǎn)生的錯誤，另一方面也可消除外界干擾帶來(lái)的隨機錯誤。Hercules平臺還采用了Error Code Correct(ECC)功能，它可以自動(dòng)檢測內存中的數據錯誤，提高數據的可靠性。Hercules可利用硬件來(lái)實(shí)現保護功能，提高性能和可靠性，減少軟件開(kāi)發(fā)時(shí)在安全性方面的投入，降低開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，并能夠進(jìn)一步減少程序的CPU占用率，提高運行效率。Hercules提供的開(kāi)發(fā)工具、軟件和支持服務(wù)能幫助開(kāi)發(fā)人員快速開(kāi)展工作，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)過(guò)程并加速安全認證過(guò)程。

互聯(lián)性與安全性的雙贏(yíng)

目前全球醫療電子市場(chǎng)總額已超過(guò)1100億美元，其中醫學(xué)影像設備、診斷設備和治療設備各占約300億美元，生物技術(shù)設備約200億美元。在醫療市場(chǎng)中，不管是國際市場(chǎng)還是中國市場(chǎng)，設備制造商、系統提供商、硬件提供商等各層級的參與公司眾多，競爭異常激烈，外加還有許多非醫療領(lǐng)域的公司正虎視眈眈地想要入場(chǎng)。因此，在短期內，為了能從醫療電子市場(chǎng)中突圍而出，必須找尋優(yōu)秀的合作伙伴，尤其是在醫療領(lǐng)域最頂尖的公司。只有通過(guò)加強高層次的合作，將高品質(zhì)的終端產(chǎn)品更快更好地推向市場(chǎng)，才能在醫療市場(chǎng)中站穩腳跟，樹(shù)立起出眾的品牌形象，成為行業(yè)內的領(lǐng)導者。

典型的移動(dòng)醫療主要由以下三個(gè)環(huán)節構成：測量設備，計算設備和遠程設備。測量設備主要負責對醫療數據的采集工作，所獲得的數據通過(guò)各種互聯(lián)通路，如ZigBee、藍牙、USB、WiFi、以太網(wǎng)等，先傳送至中間環(huán)節的PC、手機、平板電腦等計算設備，再由計算設備傳送至服務(wù)器、數據中心等遠程設備，進(jìn)行分析、診斷、整理和存檔。通過(guò)這樣三個(gè)環(huán)節的數據傳送，能夠實(shí)現從患者到醫生再回到患者的整套醫療流程。就此，風(fēng)河將在明年推出其全新的Android平臺解決方案。
隨著(zhù)互聯(lián)性的增強，數據安全性問(wèn)題越發(fā)凸顯。根據McAfee公司的統計，近十年來(lái)各種安全威脅正以每年數倍的速度增長(cháng)。因此，確保設備的安全性成為醫療電子領(lǐng)域的首要標準，全球各地區各組織，如FDA、IEEE、Continua等均制定了自己的醫療設備安全標準。各種標準要求之高，使得約96%的新設備因不能達標而無(wú)法上市。為實(shí)現同時(shí)提高互聯(lián)性與安全性，針對醫療電子，風(fēng)河積極與各底層IC設計廠(chǎng)商合作，為從最底層入手確保安全性，推出了Atlantis Platform平臺等解決方案。在這些方案中，風(fēng)河公司采用了隔離技術(shù)——包含時(shí)間上隔離和空間上隔離。時(shí)間上隔離為物理隔離，使所要處理的任務(wù)在時(shí)序上分離、不重疊，以保證安全性;空間上隔離為系統隔離，通過(guò)虛擬化多個(gè)系統環(huán)境，如在處理數據部分使用安全性更高的VxWorks，而在處理通信部分時(shí)則采用功能更為強大的Linux。當其中某個(gè)核心(如處理通信的Linux)發(fā)生崩潰時(shí)，可單獨重啟而不影響其它核心的工作以實(shí)現不同種任務(wù)之間互相隔離、互不影響，從而保障安全性。

安全性是最大的挑戰

新技術(shù)在決定醫療設備制造商未來(lái)幾年會(huì )給客戶(hù)提供怎樣的產(chǎn)品方面有著(zhù)極大的作用。但是眾所周知，醫療設備行業(yè)擁有嚴格的法規制度，受到諸如相關(guān)機構和法律法規的監管。因此，醫療設備行業(yè)在采用新技術(shù)方面趨于保守。新技術(shù)在投入市場(chǎng)之前，必須經(jīng)過(guò)極為嚴格而充分的驗證，以證明其安全性。

QNX的微內核架構可與新的自適應分區技術(shù)進(jìn)行結合，后者幫助所有安全關(guān)鍵以及非安全關(guān)鍵型部件在同一個(gè)處理器內核上運行。QNX的自適應分區確保關(guān)鍵流程不會(huì )大量占用CPU空間，同時(shí)優(yōu)化CPU利用率。因此，可以在不降低安全性及安全關(guān)鍵型部件認證的前提下，來(lái)改變醫療設備的非安全關(guān)鍵型部件，包括采用SOUP(未知出處軟件)建造的部件。

積極應對無(wú)線(xiàn)

醫療電子設備的無(wú)線(xiàn)大潮來(lái)襲，在一定程度上減少了醫療設備的I/O數量，但實(shí)際上大部分醫療設備，尤其是大型設備，所采用的仍舊是有線(xiàn)連接方式，特別是核心部件，和過(guò)去相比并沒(méi)有發(fā)生太大改變。

醫療器材設計人員為確保每款產(chǎn)品的安全性、性能和可靠性而必須考慮的主要因素包括：產(chǎn)品操作環(huán)境、互連密封性、生物兼容性、直觀(guān)操作、耐殺菌環(huán)境和長(cháng)使用壽命等。與無(wú)線(xiàn)相比，有線(xiàn)方式仍舊擁有許多明顯的優(yōu)勢：不論是技術(shù)還是市場(chǎng)方面，有線(xiàn)方式都比無(wú)線(xiàn)更加成熟、穩定;有線(xiàn)方式抗干擾能力更強，能夠更好地滿(mǎn)足醫療電子對可靠性的高要求。

長(cháng)期以來(lái)，Molex都有不少針對醫療電子的產(chǎn)品，不管是診斷監護設備，還是治療護理設備，Molex提供了從連接器到薄膜開(kāi)關(guān)等全面的互連方案。目前，Molex正致力于光纖激光技術(shù)的研發(fā)，以給醫療設備提供更高的速率，更佳的性能和更優(yōu)的品質(zhì)。

結語(yǔ)

隨著(zhù)人們對醫療保健的要求越來(lái)越高，市場(chǎng)對醫療設備的數量和品質(zhì)要求也越來(lái)越高，同時(shí)醫療電子也正由過(guò)去的專(zhuān)業(yè)專(zhuān)用逐步向消費家用延伸。醫療保健作為人類(lèi)長(cháng)久的公益事業(yè)，對醫療電子的技術(shù)需求也是長(cháng)久的，未來(lái)的醫療電子將會(huì )朝著(zhù)更加可靠，更加便捷，更加高效的方向不斷前行。