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医疗创新趋于个性化-由半导体技术推动

时间:2019-04-12 作者:安森美半导体医疗及无线部业务营销Steven Dean 阅读:
未来五年,医疗应用的增长将近10%,部分由对医疗成像和医院设备的需求推动。但增长最快的领域是便携式设备,包括可穿戴技术和非处方药方案,如“助听器(hearables’)”。在人口老龄化、移动化、更注重健康的背景下,能够在家中和工作中监测健康的便利正推动着越来越大的需求。

半导体是日常使用的众多创新电子设备的核心。尤其在医疗健康技术领域更是如此,它们结合先进的低功耗(甚或无电源)传感器和联接方案。把这些技术与物联网(IoT)的便利和普及相结合,促成医疗市场领域迅速上升的趋势。

市场估计,未来五年,医疗应用的增长将近10%,部分由对医疗成像和医院设备的需求推动。但增长最快的领域是便携式设备,包括可穿戴技术和非处方药方案,如“助听器(hearables’)”。在人口老龄化、移动化、更注重健康的背景下,能够在家中和工作中监测健康的便利正推动着越来越大的需求。

医疗市场推动力和应用

随着医学的进步,新的测试被开发出来,通常由新的设备所支持甚或促成。超声波和CAT扫描仪等设备支持对病人进行非侵入性评估,从而降低风险和成本。在有必要进入病人体内处,有新一代可植入设备,包括心脏除颤器和起搏器,以及可注射的监测器,乃至可以无线传输数据或图像的可吸收电子设备。

在市场的“非处方药”端,可穿戴健身追踪器让用户更加了解其基本功能和活动水平,并采用更好的生活方式。测量和传达临床数据而不是活动数据的可穿戴设备,在市场上不断涌现,以支持对各种常见疾病的监测和治疗。同时,称为“助听器”的设备正在进入可直接访问的在线或实体零售市场,带来了前所未有的功能水平。

推动医疗市场的因素有很多;在大多数地区,人们的寿命通常更长,因此,总体人口在老龄化。这只是导致发病率上升的一个因素,而心脏病、糖尿病和哮喘等慢性病,需要对患者进行定期监测。监测趋于在医院和医生办公室以外进行,部分原因是我们繁忙的现代生活,需要将必要的监测纳入我们的工作和旅行日程。这也是由成本驱动的;病人使用创新的电子设备,在家自己就可以监测,这费用比在医院花钱请医疗专业人员监测要便宜得多。

技术推动的医疗方案

尤其是在新的、增长更快的便携式医疗领域,包括可穿戴设备和助听器,成功的方案有赖于功能、便携性和低功耗运行的结合。无线通信的能力是另一个关键特性,因为这些超小型设备尺寸小,又没有电力资源来添加触觉接口或显示器。蓝牙低功耗等短距离通信技术支持医疗设备利用移动设备(如智能手机和平板电脑)的屏幕作为接口及接收数据,并通过IoT向更广泛的世界提供极重要的联接。

器件技术特别是半导体的最新进展,已反映出这些趋势,及增加的功能、减小的尺寸和更低的功耗是重要和常见的主题。虽然医疗行业在推动这些变革的说法具有争议性,但这些变革在推动医疗行业确是事实。器件和半导体技术的最新创新使得能够开发现代消费者需要的医疗设备,并使消费者能够从中获得巨大益处。其实在很大程度上,半导体创新的步伐正在推动医疗设备创新的步伐。

虽然可穿戴设备和助听器很小,但它们仍然是完整的系统,结合处理能力、内存、外设、传感器和通信以及使系统正常运行所必需的分立器件。这些常被忽视的小器件通常也提供电路保护,而且在许多方面,与更精密的器件一样重要。

安森美半导体是专注于便携式医疗设备之器件和技术的典范,提供广泛的产品和支援服务,如专门针对这一市场的开发环境和工具,包括提供高度集成、高能效方案的极其紧凑的系统单芯片(SoC)。

如安森美半导体的蓝牙5认证的无线电RSL10系列。RSL10提供超低功耗互联,接收功耗仅7mW,在睡眠模式下功耗可忽略不计,仅62.5nW。

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图1:RSL10 为微型医疗设备提供超低功耗互联

这些数字意味着两次充电之间间隔的时间更长,即使在使用非常小的电池时也是如此。

RSL 10只需要约10个外部器件来支持一个完整的方案,且占位仅5.50mm2,易于纳入最小的医疗设备如助听器中。

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图2:精密的可穿戴设备将大量技术打包到非常小的空间中

为更易于导入设计,RSL10可作为一个完整的、系统级封装(SiP)方案,把天线、RSL10无线电SoC和所有无源器件集成在一个微型方案中。

通过智能手机和平板电脑等设备联接到互联网,可以使用应用程序配置如助听器之类的超小型设备,以及为这些设备提供基于云的管理和临床支持。它还提供接入重要的空中固件(FOTA)更新,以便于添加额外的特性和功能到已在使用的设备。

如果确保微型医疗设备是高能效的和联接是重要的,那么确保它们不受外部电干扰的损害至关重要,尤其是对于如心电图(ECG)、自动体外除颤器(AED)和起搏器等设备。在便携式/可穿戴设备中,由于电干扰导致的故障风险被提高,因为它们可能用于未知和不断变化的公共环境中。这里,如多通道瞬态浪涌抑制器(TSS)之类的器件具有重要的作用。

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图3:简单的器件(如TSS)为关键设备(如起搏器)提供必要的保护

这些微型器件安装在医疗设备的输入信号线上,并提供多达10个通道的电气保护,确保该设备最可靠地发挥预期的功能。

总结

随着人口老龄化,寿命比前几代人长很多年甚至几十年,创新的联接的便携式或可穿戴保健产品变得更加重要。适合忙碌的、移动的现代生活方式的医疗监控可以在极小的封装中提供更多的功能,同时仅消耗毫瓦甚至纳米瓦级的功率。

这些现代设备需要能够测量、处理和通信,挑战设计人员在仅仅几平方毫米的PCB占位提供全集成的系统。至关重要的是,这些器件不仅要可靠,还要提供消费者所需的功能和使用寿命。最近在器件技术方面,特别是在先进的小型化和高度集成的半导体领域的创新,正在推动这一快速发展市场领域的步伐。简而言之,技术进步正在把病人需要的设备变成他们想要的设备。

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