醫療電子市場當前局勢及未來趨勢分析

發布時間:2010-11-3 16:55:18

推動醫療電子市場向前發展的主要趨勢是全球人口老齡化、醫療保健成本日益增加以及在遠程和新興地區或者家庭實施醫療診斷和治療的需求。在未來幾年內,不同的世界經濟體將繼續推動這些領域以及其他領域的發展趨勢。因此,當前醫療電子設備廠商所面臨的一些主要問題包括:便攜性和小型化、連接性、安全、數據安全性和質量,以及可靠性。

電源管理
在未來十年內,一個重要的發展趨勢就是便攜式醫療電子設備將會大量涌現。在設計早期做出電源管理決策,將有助于系統層面的取舍,對于滿足便攜性和運行時間目標而言,這可能是必要的。小型便攜式醫療產品可能會采用一次性電池,而與之相反,大型系統則會充分利用各種充電電池的化學性質和電池組大小。諸如動態電源路徑管理(DPPM)等特性,允許系統獨立從電池充電路徑中吸取能量。這樣一來,當裝配有完全放電電池的器件一旦插入后即可立即發揮作用,而不必等待電池充電完畢。這在緊急情況下能夠起到救生作用。
由于電池電壓不是以線性方式下降,因此僅僅利用電壓跟蹤無法獲悉電池真正的使用壽命。特別是有這樣的情況:電壓量程表中間的三分之一處的電壓,卻需要60~70%的放電循環時間。庫侖計數不會對電池老化進行補償,因此隨著時間推移其便會“假定”電池狀態。然而,阻抗跟蹤技術允許醫療設備在電池整個壽命周期內都可以計算剩余運行時間,且誤差小于1%。這通常通過集成電壓轉換以便抽取單節電池電壓和充/放電電流來實現。便攜式電源解決方案中的其他保護功能還包括電池過壓、欠壓、過電流和短路保護。
在醫療電子領域,系統可靠性至關重要,因此電池認證是一個關鍵要求。在某些電池管理產品中,單線、雙向通信系統可用于鏈接96位器件ID、每個器件獨有的 16位種子以及隨器件而不同的16位循環冗余校驗(CRC)碼來提供安全性能。這是一種驗證當前使用的電池能否滿足OEM要求的有效方法。采用不合適的電池組不僅會影響系統運行時間,而且還會損壞系統甚至導致人身傷害。適當的電源管理方法既能使產品具有良好的便攜性,又能夠通過提高電池壽命和安全性而使其變得經濟實惠。

小型化與集成
超聲是醫學成像領域的一個細分市場,在便攜式設備領域歷經了高水平創新。今天制造商所生產的先進便攜式或手持超聲系統要求高度集成的可擴展解決方案,這使得醫療專家能夠突破實驗室或辦公室局限,連接到處于邊遠位置或全球各地處于緊急情況中的客戶。
集成會不斷推動便攜及成本節約趨勢,超聲成像領域就是個不錯的例子。在最大化內存使用和節能的同時,嵌入式處理器在平衡醫學成像設備的計算能力、靈活性、電池使用壽命和系統尺寸方面起到了至關重要的作用。例如,目前的高性能DSP馬力強勁,足以在超聲系統內進行后臺數字處理。同時,DSP的可編程性使其能夠在不更改系統硬件的情況下實施最新的軟件算法。得益于DSP SoC的高度系統集成,OEM廠商開發團隊不僅能夠提高系統性能,還可以縮短產品上市時間。通過將DSP處理、通用控制、專用外設以及最佳的圖像和視頻壓縮很好地組合,這些SoC提供了高性價比、低功耗且單封裝的解決方案。這樣就允許開發人員節省板卡空間并縮短設計時間,并促使他們將更多的精力放在開發特色產品方面。
除了不斷集成可實現超聲便攜性的嵌入式處理技術之外,集成模擬信號鏈也很關鍵。在信號鏈的模擬接收端,單個集成的模擬前端(AFE)可以取代離散的多通道LNA、VCA、PGA、低通濾波器和高速ADC功能,從而提供LVDS數據輸出。通過減少系統的器件數目,集成的AFE可降低高達20%的功耗,將噪聲系數減少40%,同時節省40%的電路板空間。這樣一來,極大節省了系統成本。集成的 AFE能夠獲得不同級別的圖像性能,適合從手持設備到高端設備所有尺寸的超聲系統。

連接性和遠程病患監護
對大多數病患監護系統來說,數據完整性、系統靈活性和活動性都是至關重要的因素。通過諸如以太網和無線一類的接口,醫院就能將整個機構的所有設備連接到一起,甚至還能連接到病患家中。目前所使用的接口允許護理人員通過病患身上佩戴的無線身體傳感器網絡與病患遠程連接。這樣就可充分利用醫院的內部網,或者連接至病患的家庭安防系統或手機。該系統連接至以太網或呼叫中心,從而在不會干擾病患的情況下持續進行監控。據說Continua健康聯盟可能會采用藍牙技術,諸如ZigBee等其他無線接口也有望應用在消費類醫療設備和便攜式病患監護設備領域。
當選擇無線接口時,功耗、數據速率和數據范圍是其中需要考慮到的三個關鍵因素。以ZigBee為例,該協議可以在全球范圍使用;數據速率和占空比適中;支持無線網狀網絡,允許同一系統中存在多個傳感器。藍牙和藍牙低功耗(BLE)協議所提供的范圍雖有所限制,但數據速率更高。BLE在傳感器端具有更低的功耗,從而允許使用相對傳統藍牙而言外形更小的電池。
最后,解決方案選擇必須適合系統功耗預算范圍,并滿足數據傳輸要求。

數據安全性
醫療數據安全性也是另一個主要要求和關注的焦點。美國1996年的醫治保險攜帶和責任法案(HIPAA)定義了聯邦標準,并且為各種技術安全措施所支持。這些標準中包含特定的隱私和安全準則。此類準則禁止在開放的網絡上傳輸數據以及在公共計算機上下載數據,此外也要求數據加密和訪問控制。這些安全措施全球適用,因此預計不久即會看到越來越多功能豐富的硬件和軟件工具出現,來支持當前已經未來十年內的醫療數據安全。
例如,專為低功耗、低電壓便攜式應用而設計的幾個符合IEEE 802.15.4 的RF收發器,能夠提供面向數據加密和認證的硬件MAC安全操作。其中一些還提供各種加密/解密模式,例如計數器模式(CTR)和CMC-MAC驗證與加密。當然,為了利用好這些安全操作,就必須確定密匙并對其進行設置,通常將此類工作留給通信協議的最高層進行處理。例如,CC2530可與多個網絡協議兼容,其中包括 IEEE 802.15.4、Zigbee、Zigbee RF4CE、Smart Energy以及IP協議。CC2530還提供了政府標準層面的高級加密標準(AES)128位加密/解密內核。此內核支持IEEE 802.15.4 MAC安全、ZigBee網絡層和應用層所需的AES操作,從而確保了更高的安全性。
鑒于有關病患數據傳輸和對如何保護該數據方面已定義了聯邦標準,預計不久即會看到越來越多功能豐富的硬件和軟件工具。
例如,專為低功耗、低電壓便攜式應用而設計的幾個符合IEEE 802.15.4 的RF收發器,能夠提供面向數據加密和認證的硬件MAC安全操作。其中一些還提供各種加密/解密模式,例如計數器模式(CTR)和CMC-MAC驗證與加密。當然,為了利用好這些安全操作,就必須確定密匙并對其進行設置,通常將此類工作留給通信協議的最高層進行處理。例如,CC2530可與多個網絡協議兼容,其中包括 IEEE 802.15.4、Zigbee、Zigbee RF4CE、Smart Energy以及IP協議。CC2530還提供了政府標準層面的高級加密標準(AES)128位加密/解密內核。此內核支持IEEE 802.15.4 MAC安全、ZigBee網絡層和應用層所需的AES操作,從而確保了更高的安全性。
鑒于有關病患數據傳輸和對如何保護該數據方面已定義了聯邦標準,預計不久即會看到越來越多功能豐富的硬件和軟件工具。

質量和可靠性
由于全球各機構和當前法律環境中的規范及政府質量要求越來越嚴格,因此醫療設備公司所關注的重點在不斷發生改變。如今,在為醫療OEM廠商設計半導體產品時,對質量和可靠性的考慮非常重要,并且二者是眾所周知的行業門檻。通過將增強型產品(EP)流納入目錄進程(catalog process),不僅延長了產品的使用壽命,而且還明確定義并改進了變更控制流程。為了滿足醫療市場專用且受控的生產線需求,就應有效消除設施間的變化,并拓展資格實踐,同時提高產品的可追溯性或加強消費類電子產品生產測試的嚴格性。通過提供篩選(upscreening)的替代方案,增強型產品流還可為廠商節省成本并縮短產品上市時間,這在高可靠性市場司空見慣。另一種解決上述問題的方法是采用ISO13485的部分內容,當應用于半導體行業時,該質量管理標準適用于所有醫療設備。 

 

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