醫療電子:大愛(ài)無(wú)疆
世界上最大的應用市場(chǎng)領(lǐng)域在哪里?這個(gè)答案需要在與每個(gè)人日常生活休戚相關(guān)的應用中去尋找,醫療電子無(wú)疑具有這樣的潛質(zhì)。健康,是人們除了生存之外最重要的需求,因此與健康相關(guān)的產(chǎn)品一直是市場(chǎng)熱捧的焦點(diǎn),與那些效果模糊的保健品相比,嚴謹的醫療器械更容易獲得消費者的認可。伴隨著(zhù)傳感器技術(shù)的突飛猛進(jìn)和價(jià)格的大幅下降,以傳感器采集人體健康數據并加以分析的醫療電子設備正逐漸成為家用電器采購的新寵。
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/89443.htm醫療電子市場(chǎng)正在升溫,并且廣受半導體廠(chǎng)商關(guān)注,甚至有潛質(zhì)成為超越通信和PC成為半導體最大的應用領(lǐng)域。全球醫療電子市場(chǎng)的熱鬧,一方面得益于電子技術(shù)的進(jìn)步,另一方面受到以下趨勢所影響:(1)人口老齡化,世界老年人口比例從20年前的11%增加到2007年的20%。(2) 人們生活水平提高帶來(lái)的對健康的關(guān)注度提升,人們對于增進(jìn)健康照顧的期望持續增加。(3)保險公司和雇主在醫療開(kāi)銷(xiāo)的支付和保險范圍逐漸消減,但受保人或病患需繳納的醫療保健費用卻日益增加。(4)科技的進(jìn)步讓一些輕微的疾病可在家庭內部進(jìn)行早期分析、預防與治療,遠比去醫院便捷廉價(jià)。
從全球范圍來(lái)看,市場(chǎng)對醫療電子產(chǎn)品的需求越來(lái)越大,尤其是對計算機斷層掃描儀、磁共振儀、高檔超聲波診斷儀器等高端產(chǎn)品需求的快速增長(cháng),有力帶動(dòng)了全球醫療電子市場(chǎng)規模的擴大。與此同時(shí),市場(chǎng)需求的增長(cháng)大大刺激了各國在醫療電子領(lǐng)域的投入力度,醫療電子設備制造商不斷提高技術(shù)水平,擴大創(chuàng )新應用,促進(jìn)了全球醫療電子產(chǎn)業(yè)的平穩發(fā)展,有力支持了醫療電子市場(chǎng)需求的增長(cháng)。根據市場(chǎng)研究機構Databeans預測,至2012年醫療電子用半導體產(chǎn)值將接近50億美元,其中家用和便攜市場(chǎng)成長(cháng)速度最快,年復合成長(cháng)率高達12%。BCCResearch的最新調查報告也指出,全球家用醫療設備市場(chǎng)規模將從2007年的146億美元,至2012年時(shí)成長(cháng)到210億美元,年復合成長(cháng)率(CAGR)將達到6.8%。輔助復健、治療裝置、監視/傳感器與遙測裝置等,成為家用電子醫療市場(chǎng)的大頭,光以血糖測量?jì)x來(lái)看在2007年就有70億美元商機,而到了2012年將成長(cháng)到89億美元;而有益健康的家用醫療裝置,預估更將大舉成長(cháng)25%。
就目前全球醫療電子市場(chǎng)的區域結構而言,美國、歐洲和日本仍是醫療電子的主力市場(chǎng),但隨著(zhù)這些地區醫療電子體系日趨完善和市場(chǎng)規模的持續擴大,其增長(cháng)空間和潛力已十分有限,而一些新興的區域市場(chǎng),如以中國、印度等為代表的亞太地區,一方面由于其人口優(yōu)勢,另一方面在經(jīng)濟快速成長(cháng)的帶動(dòng)下,醫療電子市場(chǎng)近幾年一直保持著(zhù)較高的增長(cháng)速度,成為帶動(dòng)全球市場(chǎng)增長(cháng)的重要區域,也是國際大企業(yè)競相爭奪的新市場(chǎng)目標。從中國市場(chǎng)來(lái)看,在經(jīng)濟加速發(fā)展、醫院信息化進(jìn)程加快及國家相關(guān)政策變化等幾方面有利因素的影響下,2006年中國醫療電子市場(chǎng)規模繼續加速增長(cháng),銷(xiāo)售額突破200億元,達到210.8億元,同比增長(cháng)15.6%,明顯高于全球同類(lèi)市場(chǎng)增長(cháng)水平。未來(lái)幾年,中國醫療電子市場(chǎng)將持續平穩增長(cháng),年均復合增長(cháng)率達18.2%,2011年中國醫療電子市場(chǎng)規模有望接近500億元。
圖1 中國醫療電子市場(chǎng)增長(cháng)率高于全球水平,所占市場(chǎng)份額逐年擴大
從生病了才看醫生的治療,到預防疾病的預防,在電子科技的推波助瀾之下,保健醫學(xué)將是未來(lái)的顯學(xué)。不但大型的醫院用治療儀也逐漸朝便攜式、經(jīng)濟型家用康復治療器的方向發(fā)展,例如,全自動(dòng)體外電擊器(AutomatedExternalDefibrillator,AED)、生育監測儀(FertilityMonitoringDevice)等;每個(gè)家庭也會(huì )將家庭醫療與保健視為必要的投資,選購家用醫療電子設備就像選購電視與冰箱等家電般平常?;诖?,讓家用醫療電子設備被美國《財富》雜志預測為21世紀前十年最具發(fā)展潛力的產(chǎn)業(yè)的第一名,也成為半導體廠(chǎng)商搶進(jìn)的重點(diǎn)市場(chǎng)。
醫療電子由于醫療電子產(chǎn)品的生命周期較普通消費型電子產(chǎn)品長(cháng),因此產(chǎn)品更新?lián)Q代過(guò)程相對較長(cháng),從而導致醫療電子市場(chǎng)規模難以實(shí)現更高速度的增長(cháng),不過(guò)至少在最近的5年之內,由于醫療電子產(chǎn)品的普及率起點(diǎn)非常低,因此整個(gè)市場(chǎng)還會(huì )保持一個(gè)健康旺盛的增長(cháng)勢頭。更為重要的是,在龐大的用戶(hù)群體支持下,醫療電子市場(chǎng)不會(huì )像其它產(chǎn)業(yè)那樣容易形成泡沫并破滅。隨著(zhù)時(shí)間的推移,醫療電子市場(chǎng)規模將逐步趨于未定,能夠提供給參與者比其它商業(yè)領(lǐng)域更穩定和更持久的回報。
大愛(ài)無(wú)疆,親屬的健康是人們心中永恒的牽絆,因此與健康密切相關(guān)的醫療電子產(chǎn)業(yè)的應用范圍同樣不會(huì )存在界限。
醫療電子發(fā)展趨勢
本刊專(zhuān)門(mén)采訪(fǎng)了多家半導體公司,就醫療電子技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了深入地探討。
談到醫療電子技術(shù)的發(fā)展趨勢和未來(lái)市場(chǎng)重點(diǎn),ADI大中國區資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝先生認為醫療設備一方面將繼續追求更高性能,如CT,MRI;而便攜和保健化/家用化將是該領(lǐng)域增長(cháng)的另一個(gè)強勁動(dòng)力。兩個(gè)方向有一個(gè)共同性,那就是在單位體積的設備內需要具有越來(lái)越強大的功能:更精確地處理更多更復雜的模擬和數字信號。這自然也帶來(lái)功耗和散熱,以及可靠性,設計復雜度等的挑戰。因此電子元器件的技術(shù)進(jìn)步是至關(guān)重要的。醫療市場(chǎng)和技術(shù)的快速發(fā)展對系統的性能和成本都提出了挑戰。ADI擁有世界領(lǐng)先的模擬和數字技術(shù),發(fā)展戰略是結合市場(chǎng)需求,通過(guò)不懈的技術(shù)創(chuàng )新,提供高性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品和方案。圍繞ADI的核心技術(shù)優(yōu)勢產(chǎn)品的三個(gè)主要方向是:增加通用器件的產(chǎn)品系列;開(kāi)發(fā)新的替代技術(shù)產(chǎn)品;根據醫療設備的特殊需求開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的高集成芯片。
特別的,周先生還介紹了全球醫療設備的幾個(gè)趨勢:(1)更精密,例如超聲的通道數的增加和分辨率的提高;(2)數字化,例如X光機的數字化既提高了分辨率又方便了醫案網(wǎng)絡(luò )化以及醫療資源的共享;(3)便攜化,如便攜超聲和監護儀使各種場(chǎng)合的及時(shí)診斷和治療都成為可能;(4)家用化和保健化(HEALTHCARE),使連續健康監測變得簡(jiǎn)單舒適。對于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō),醫療設備關(guān)系到人民的健康和生命,需要開(kāi)發(fā)醫療電子的工程師本著(zhù)關(guān)愛(ài)生命的原則進(jìn)行開(kāi)發(fā)。醫療設備的性能和可靠來(lái)自好的解決方案的系統設計。模擬和數字都是重要的技術(shù),而在高性能的醫療設備中模擬技術(shù)更具挑戰性。
NI公司則認為,隨著(zhù)醫學(xué)的發(fā)展、治療手段的多樣化和相關(guān)工程領(lǐng)域技術(shù)的不斷進(jìn)步,醫療電子設備正變得日益復雜化,事實(shí)上很多大型醫療電子設備都由多個(gè)子系統組成,需要集成多種傳感器、機械部件、電子元件比如FPGA或者微處理器等,還會(huì )涉及到多種專(zhuān)業(yè)總線(xiàn)和協(xié)議,其研發(fā)周期也是相當長(cháng),可能需要2-3年甚至更長(cháng)的時(shí)間。在這種情況下,技術(shù)上的挑戰往往并不在于單個(gè)技術(shù)領(lǐng)域所遭遇的瓶頸,而在于如何快速整合多種技術(shù)、縮短整個(gè)醫療電子設備系統的開(kāi)發(fā)時(shí)間、提高創(chuàng )新程度。
由于其通用性,NI產(chǎn)品在多種生物醫學(xué)領(lǐng)域都有相關(guān)應用,比如胎心信號分離、腦磁信號提取、視網(wǎng)膜激光治療、腫瘤冷凍治療、心臟起博器設計等等。主要涉及醫療設備的控制、分析和處理部分。NI LabVIEW為開(kāi)發(fā)人員提供了上千種信號處理和數學(xué)運算的函數,包括小波分析、聯(lián)合時(shí)頻分析、時(shí)間序列分析、聲音和圖像分析處理等多種信號處理工具,設計人員可以通過(guò)調用現成的函數,快速完成例如移除基線(xiàn)漂移、噪聲消除、QRS檢測、胎心信號提取等應用。與此同時(shí),開(kāi)發(fā)人員也可以通過(guò)LabVIEW內置的文本數學(xué)工具重用已有的算法。另一方面,NI提供了商業(yè)化嵌入式硬件平臺NI CompactRIO,集成了一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)處理器、高性能的FPGA,并具有多種I/O模塊及內置的信號調理功能。開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)LabVIEW FPGA模塊對CompactRIO內置的FPGA進(jìn)行編程,從而自定義I/O和板載處理功能,由于LabVIEW FPGA是一種圖形化的編程環(huán)境,生物醫學(xué)專(zhuān)家們不需要掌握VHDL就可以直接參與到編程工作中,從而快速實(shí)現設計與算法的原型化。
Actel 公司高級產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Shabnam Zarrinkhameh把醫療應用成為半導體增長(cháng)最迅速的領(lǐng)域之一的原因劃分為三個(gè)主要領(lǐng)域的應用:家庭測試、監控和診斷,成像以及臨床設備,并將繼續成為半導體器件的重要應用領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中,可以看到兩個(gè)重要的發(fā)展趨勢——小型化和低功率的需求。
Shabnam Zarrinkhameh Actel 公司高級產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理
小型化:對于大部分醫療應用來(lái)說(shuō),所需要的是將足夠的處理能力集成到給定空間中。當然,醫療設備的尺寸大小可能與某些重要約束條件有關(guān)。比如,便攜式血糖儀的外形和形狀類(lèi)似于PDA。對植入式設備,如心臟起搏器、用于治療中樞神經(jīng)系統失調的神經(jīng)刺激設備和助聽(tīng)器等,考慮到它們所要植入的部位,尺寸是相當重要的。
低功耗:除小型化之外,低功耗是另一個(gè)發(fā)展趨勢。對植入式設備而言,功耗最小化和電池壽命延長(cháng)的好處不言而喻。外用醫療設備對功耗也很敏感。隨著(zhù)電子元件日趨小型化,以往的固定式醫療設備正在變?yōu)楸銛y式。過(guò)去在醫院必須動(dòng)用推車(chē)來(lái)運輸的超聲波成像儀,現在的外形尺寸就像一部筆記本電腦。自動(dòng)外用電震發(fā)生器 (defibrillator) 現正廣泛采用。從空氣中提取氧氣對病患進(jìn)行氧氣治療的便攜式制氧機,現在可以像錢(qián)包一樣挎在肩上。所有這些設備都是依靠低功耗和小外形尺寸來(lái)實(shí)現的。
其它的挑戰包括: 半導體行業(yè)的變化速率遠遠超過(guò)醫療設備 (銷(xiāo)售采用最新工藝的最新產(chǎn)品較為困難);醫療設備客戶(hù)需要經(jīng)過(guò)現場(chǎng)證明不會(huì )廢棄的技術(shù),以便滿(mǎn)足嚴苛的醫療設備指導條例。
賽靈思亞太區高端產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理梁曉明先生將醫療電子未來(lái)發(fā)展趨勢和面對的挑戰歸納為兩個(gè)方面:
產(chǎn)品:隨著(zhù)生活水平的提高,消費者對醫療保健服務(wù)的期望也在提升。對于醫療電子設備生產(chǎn)商來(lái)說(shuō),要生產(chǎn)性能更高但成本更低的產(chǎn)品,給他們帶來(lái)了更大的壓力。 潛力最大的市場(chǎng)之一是面向家庭和醫院使用的便攜式醫療設備。另一大挑戰是市場(chǎng)需要高性能、低功耗,而且工作時(shí)間持久的便攜式醫療設備。這些挑戰也給半導體供應商帶來(lái)了壓力,迫使他們提供滿(mǎn)足最終用戶(hù)期望的解決方案。
梁曉明 賽靈思亞太區高端產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理
財務(wù):盡管醫療電子設備將會(huì )持續穩定發(fā)展,但醫療設備的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期通常比較長(cháng),產(chǎn)品質(zhì)量認證過(guò)程非常嚴格并且需要更長(cháng)的時(shí)間。因此,醫療電子設備的投資回報時(shí)間相對較長(cháng),因此涉足醫療電子行業(yè)的企業(yè)需要有較強的經(jīng)濟實(shí)力,并且有合理的戰略規劃來(lái)維持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。 面對以更低成本提供更高性能的壓力,醫療設備生產(chǎn)商希望供應商能夠充分理解其要求并提供支持IP重利用的平臺。這將可以降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險和投資成本并縮短開(kāi)發(fā)周期,從而加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。
FPGA的施展舞臺
FPGA憑借高性能和靈活開(kāi)發(fā)的特點(diǎn),在醫療電子中獲得許多廠(chǎng)商的青睞。先進(jìn)的FPGA技術(shù)會(huì )促進(jìn)醫療電子市場(chǎng)迅速發(fā)展。FPGA在醫療領(lǐng)域的應用已經(jīng)從簡(jiǎn)單接口擴展功能和橋接轉換功能,延伸到數字信號處理和系統內部高速互聯(lián)領(lǐng)域??上驳目吹礁嗟尼t療電子產(chǎn)品中使用FPGA實(shí)現核心算法,復雜控制,高速接口(例如PCI express接口,SATA接口,以太網(wǎng)接口等)和一體化集成設計。特別指出,內嵌處理器的FPGA非常合適作為醫療電子系統中的高度整合的一體化系統核心。
賽靈思亞太區高端產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理梁曉明先生認為,醫療行業(yè)客戶(hù)需要可編程能力和售后升級功能來(lái)保護他們的資本投資。作為FPGA行業(yè)領(lǐng)先廠(chǎng)商,賽靈思(Xilinx)公司提供的所有FPGA和CPLD產(chǎn)品都大量的使用在的醫療電子產(chǎn)品上, 公司有通用的芯片產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團隊,也有專(zhuān)門(mén)的團隊和合作伙伴提供醫療相關(guān)的應用方案和IP核。醫療市場(chǎng)對于高分辨率、3D采用圖像處理和重構設備的需求很大。賽靈思公司在DSP和嵌入處理領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)將會(huì )補充并推動(dòng)這一行業(yè)發(fā)展趨勢。設備制造商可以利用賽靈思公司的FPGA器件來(lái)縮短開(kāi)發(fā)周期、降低投資和風(fēng)險,并可以在產(chǎn)品中集成自己的專(zhuān)用IP。賽靈思極為重視產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性,并將繼續領(lǐng)導高性能FPGA發(fā)展的潮流。這與醫療電子行業(yè)的需求是一致的。高端FPGA的主流產(chǎn)品,已經(jīng)廣泛應用在醫療系統中,低成本FPGA產(chǎn)品更是廣泛的用在所有醫療設備領(lǐng)域,包含便攜式的醫療設備,例如便攜超聲設備和各種手持終端。
Actel 公司高級產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Shabnam Zarrinkhameh的觀(guān)點(diǎn)是高性能、具有功率意識的醫療系統設計人員都希望采用靈活的、功能豐富的器件,以獲得快速、無(wú)以倫比的低功耗、固件錯誤免疫能力和低成本等優(yōu)勢。因此越來(lái)越多的設計人員將會(huì )轉向靈活及功能豐富的FPGA產(chǎn)品。電池供電應用 (家庭輸液泵、電震發(fā)生器、便攜式血糖及膽固醇監控器、數字血壓監控器,以及呼吸治療產(chǎn)品) 都需要低功耗和小外形尺寸,使到Actel以Flash為基礎的超低功耗IGLOO FPGA成為理想的選擇。對于診斷實(shí)驗室設備、病患監控設備、可植入的輸液泵、以及起搏器應用,Actel的低功耗Flash FPGA同樣適用。2007年,中國領(lǐng)先的醫療設備開(kāi)發(fā)和制造商邁瑞醫療國際有限公司選擇了Actel以Flash為基礎的FPGA器件,用于其便攜式病患監護儀產(chǎn)品,包括另外的監護儀設備、診斷實(shí)驗儀器和超聲波成像系統。此外,醫療保健正在向基于家庭的應用轉移,這些通常采用電池供電的應用設備 (如家庭輸液泵、電震發(fā)生器、便攜式血糖及膽固醇監控器、數字血壓監控器,以及呼吸治療產(chǎn)品) 需要低功耗和小外形尺寸,Actel的超低功耗FPGA是理想的選擇。
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