近幾年來，中國在建和將建的公立醫(yī)院數(shù)量巨大，同時私立醫(yī)院數(shù)量也在快速增長中。業(yè)內通常會用“患者藥品和醫(yī)療設備的消費比”指標來衡量一個地區(qū)的醫(yī)療保健水平和服務，這個數(shù)值在發(fā)達國家中一般是1：1，即醫(yī)生給患者開藥的錢和應用設備來檢查監(jiān)測預防的費用大致相當；而中國是4：1到5：1之間，這就意味著國內患者大部分的支出都在買藥。這也從一個方面說明國內醫(yī)療設備增長還有很大的空間。
健康及醫(yī)療產業(yè)是各國政府長期支持和投入的產業(yè)，隨著人們生活水平的提高，健康及醫(yī)療服務成為中國的一個風口，越來越多的資本開始關注這個行業(yè)。在加上中國人口老齡化趨勢越來越明顯，醫(yī)療電子設備的市場規(guī)模將會進一步放大。但醫(yī)療設備行業(yè)給人的感覺是醫(yī)療設備采購費用貴，高端產品基本被GE、飛利浦等國外廠商所壟斷，國內廠商自主研發(fā)的醫(yī)療設備很難進入到高端市場。那中國企業(yè)要如何利用科技的進步和技術的創(chuàng)新，來設計出更低成本、更高精度，可滿足更多需求的醫(yī)療電子設備呢？
本文采訪了幾家半導體和傳感器技術廠商，為工程師讀者們帶來了這方面的最新技術。
更集成的傳感器解決方案
據(jù)ADI公司醫(yī)療健康事業(yè)部亞太區(qū)市場總監(jiān)王勝介紹，在體征信號監(jiān)測方面，ADI的產品和方案解決了用戶最核心的問題，并獲得了十分可觀的市場回報，其中包括多用于醫(yī)院的專業(yè)監(jiān)護類產品和個人消費的可穿戴產品。具體來說，ADI在光電技術、生理阻抗測量、生理電勢采集、溫度、運動狀態(tài)監(jiān)測以及環(huán)境相關（如氣體，CO2以及紫外線監(jiān)測等）等領域都有持續(xù)投資以及產品方案在市場上的認可。
圖1：ADI公司醫(yī)療健康事業(yè)部亞太區(qū)市場總監(jiān)王勝。
他拿ADI的光電法測量生理體征信號舉例說，ADI的ADPD系列傳感器及信號處理方案，正在被幾乎所有的大品牌客戶設計使用。例如ADPD142，APD153, ADPD144以及ADPD174等是目前市面上(可以看到的)集成最高（Photodiode + LED + 模擬前端采集AFE +LED driver + 環(huán)境光抑制等，輸出就是I2C的數(shù)字量），也是體積最小、功耗最低（十分靈活的配置）、性能最好（在體積，功耗都很有優(yōu)勢的同時），以及非常成熟的方案（早已有大量出貨）解決方案。可用于診斷級產品也可適用于消費級的產品相關體征信號的采集，例如心率， 血氧含量等。ADPD174GGI，可以大大簡化系統(tǒng)級光學結構設計的挑戰(zhàn)，解決內部環(huán)境光干擾問題等，進而保證最終產品的一致性和生產環(huán)節(jié)的成本和效率，目前此模塊產品已被全球知名的可穿戴廠商采納， 并已經(jīng)大量出貨。
王勝特意提到ADI在6月份剛剛量產的最新一代光電測量模塊產品ADPD188，可讓該類應用在功耗、性能、設計簡易度、簡化客戶的產線流程，以及成本等方面更加優(yōu)化。
專注于傳感器的半導體設計和制造公司ams(艾邁斯半導體)在醫(yī)療電子設備領域，覆蓋了從大型CT設備上的圖像傳感器，到小至比螞蟻頭更小的、可用于內窺鏡的圖像傳感器。艾邁斯半導體AIM（汽車、工業(yè)與醫(yī)療）領域高級應用工程師李銘豪特別介紹了該公司一款超小型、數(shù)字化的CMOS圖像傳感器Naneye 2D/3D。
李銘豪認為，在醫(yī)療水平不斷進步的今天，無創(chuàng)的檢查和手術越來越得到普及，如腎臟、心、肺、喉等存在體內循環(huán)管道的器官，操作醫(yī)生利用這些體內管道，可將尿道鏡或支氣管鏡等送至疑似病灶點，通過圖像傳感器得到的信息、或通過內窺鏡中的手術裝置進行采樣分析，以判別是否存病變。這樣的檢查和手術可大減少手術時間、減少病人的痛苦及術后恢復時間?，F(xiàn)在許多的微創(chuàng)手術也開始使用內窺鏡的技術。當然，目前最通用的內窺鏡檢查是胃和腸道。但不同于胃腸檢查，腎臟等內窺鏡檢查，對于內窺鏡的尺寸，特別是直徑上有苛刻的要求。
圖2：ams公司Naneye 2D是專門針對微型內窺鏡而開發(fā)的微型圖像傳感器。
據(jù)李銘豪介紹，Naneye 2D主要特點有，尺寸只有1mm?1mm?1.6mm (包括內置鏡頭)，包含250點?250點的圖像像素；還焊接了最長至3米的連接導線，方便客戶的裝配及提高最終產品的成品率；具有5種不同可視角度和焦距的內置鏡頭可供選擇；內置了10位的ADC轉換電路及通過LVDS信號傳輸；傳感器部分無需任何外圍器，適合小型化設計的要求。
更不可思議的是，ams還提供兩個Naneye并列組合在一起的Naneye 3D產品，可實現(xiàn)立體視覺的效果。
將帶連接線束的Naneye、用導光的光纖以及微型的手術工具用一個絕緣套管封裝在一起，構成一個極細的內窺鏡探頭。通常用于拍攝物的光源，是從控制盒處發(fā)光器件由光纖導入的，這主要可減少探頭前端的直徑，同時也可降低前端的溫度，防止燙傷人體組織。當然，有些客戶想用前端直接用LED照明，ams公司也可提供帶LED的Naneye產品。
李銘豪自豪地表示，與現(xiàn)有的微型內窺鏡競爭對手相比，ams提供的集成連接線束及內置ADC采樣電路的方案，減少了外圍電路的成本，提高了生產的良率。同時數(shù)字化的產品大大提高了圖像的信噪比。
他還透露說，ams還將在近期推出更小尺寸的Naneye XS產品，尺寸只有0.65mm?0.65mm。
Naneye產品目前已經(jīng)被廣泛地應用在了yicixing 尿道內窺鏡等產品之中。
TDK集團愛普科斯大中華區(qū)溫度和壓力傳感器產品市場部經(jīng)理劉煒則介紹了TDK壓力傳感器在醫(yī)療設備中的應用，他表示，“TDK的擴散硅壓力傳感器可以大幅提高壓力測量的精度和準確度。經(jīng)過精確的溫度補償，可確保不同溫度下測量的準確性。能夠幫助客戶提高其產品的長期可靠性，減少故障發(fā)生率和維修率?！?/p>
目前已經(jīng)有歐洲和中國的主要醫(yī)療設備商采用TDK的壓力傳感器，廣泛應用于各類氣體和液體壓力測量設備。比如呼吸麻醉機用絕對壓力型和相對壓力型傳感器，可測量生化分析儀流體壓力，具有檢測精度高(偏差<0.1%)、測量范圍廣(高達40bar)、使用溫度范圍廣(0~65℃)的特點。此外，抗電磁干擾(EMI)能力強、性能穩(wěn)定可靠，因此使用壽命長達十年。
除此之外，《電子工程專輯》的編輯曾在展會上看到過京瓷展出的“血流傳感器”也非常有意思。該血流傳感器模組的尺寸非常小，只有3.2mm?1.6mm?0.9mm，看起來非常適合應用在可穿戴設備或集成到移動設備中。
京瓷工作人員介紹，這款低功耗小尺寸血流量傳感器，是利用了光多普勒效果，來皮下組織血流量狀態(tài)的傳感器，包括可以根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，來判斷用戶是否出現(xiàn)脫水、中暑，以及檢測到血壓的變化等。不過，京瓷工作人員也表示，傳感器可以提供前端的檢測數(shù)據(jù)，但是后面數(shù)據(jù)的分析結果，則要找第三方來合作。畢竟基于數(shù)據(jù)得出結果，這個屬于醫(yī)療或保健領域的專業(yè)，半導體公司通常都會與第三方來合作。
據(jù)稱，這款血流檢測傳感器，可以用在專用的耳機里，隨時監(jiān)測人體的一些生理指標。
更低成本的醫(yī)療影像解決方案
ADI的王勝對《電子工程專輯》表示，該公司在醫(yī)療電子的檢查和監(jiān)測方面重點關注的應用主要有兩類，即醫(yī)療影像檢測類和體征信號監(jiān)測類?！拔覀兺苿拥漠a品和技術也會重點面向這兩大領域?！?/p>
圖3：ADI醫(yī)療影像主力產品及方案舉例。
據(jù)王勝介紹，ADI推出的ADAS1131是一款256 通道、24 位電流數(shù)字轉換器模塊，適于多通道、小電流采集數(shù)據(jù)的醫(yī)療CT(計算機斷層)、工業(yè)和安檢掃描儀，及光電二極管傳感器應用。ADAS1131的主要技術特性包括：無電荷損失、無死區(qū)時間的同步采樣；超低噪聲；可配置電流輸入范圍；集成了2個可配置采樣速率的高速 ADC、內部緩沖器、用于數(shù)據(jù)采集的去耦和旁路電容；每通道功耗3mW；LVDS/CMOS串行接口；片上溫度傳感器。ADAS1131采用15mm?15mm的324引腳扁型SiP BGA封裝，內部包含了電源和基準電壓的去耦電容。球柵陣列為18?18全陣列，焊球間距為0.8mm，焊球直徑0.45mm。0.8mm的焊球間距可使引腳間多布線，從而減少很多激光孔和埋孔，提高PCB的成品率、可靠性，進而降低成本。
目前最新一代ADAS1135，也已推出，在主要性能指標上都有大幅度提升，并與ADAS1131封裝兼容，用戶很容易實現(xiàn)硬件的系統(tǒng)升級，以及在新設計上最新技術采納。同時，推出128通多版本ADAS1134。
在數(shù)字X射線產品方面，其ADAS1256 COF（Chip-On-Flex）256通道集成前端模塊，除了單芯片集成256通道、16位分辨率、22us線路掃描速度等性能外，ADAS1256 COF解決方案還提供了9種功耗模式，因為功耗與噪聲不能同時達到最低的要求，所以功耗模式的切換功能就能使得用戶自行選擇適應當時需求的最佳功耗、噪聲模式。對于病人來說，最關心的是輻射劑量。因為在做各種檢查時，X射線對病人本省也會造成傷害。對于這點，ADAS1256 COF解決方案降低探測器本身的噪聲，所以在X射線劑量很少時，低噪聲的探測器也能夠接收并清晰呈現(xiàn)圖像。
“我們的最新路線圖產品的規(guī)劃中，進一步優(yōu)化速度和功耗，以及集成更多系統(tǒng)級功能的產品，也將很快面世，并已在行業(yè)重要客戶中實際測試和最終產品開發(fā)?！?/p>
“我們的最新路線圖產品的規(guī)劃中，進一步優(yōu)化速度和功耗，以及集成更多系統(tǒng)級功能的產品，也將很快面世，并已在行業(yè)重要客戶中實際測試和最終產品開發(fā)?！蓖鮿僦赋?。
在體征信號監(jiān)測方面，ADI有前面提到過的ADPD系列產品。
在醫(yī)院用及家用便攜式醫(yī)療電子領域，ADI擁有一系列創(chuàng)新產品和解決方案，例如支持多種便攜式醫(yī)療保健領域的高精度、低功耗片上計量儀ADuCM350已在國內和國外的幾家有代表性的大客戶中都取得里程碑式的進展。
除此以外， 在運動檢測的相關領域，ADI擁有一系列創(chuàng)新產品和解決方案，突破性的超低功耗3軸數(shù)字MEMS產品ADXL362在運動檢測喚醒模式下功耗僅為300 nA，其超低功耗的特征是可穿戴運動監(jiān)測設備的理想解決方案。
Indy 宜鼎國際大陸子公司總經(jīng)理游禮印則介紹了宜鼎在在醫(yī)療電子方面的布局。他指出，宜鼎的CF/SD卡和嵌入式內存模塊等方案已經(jīng)在監(jiān)護儀、超聲、血球分析儀和醫(yī)療平板等設備上被采用。目前已經(jīng)推出了一些列完整的解決方案，包括DDR4 ECC/RDIMM，M.2，NVME及各類服務器啟動盤（例如：SATADOM）等存儲方案，可配合上述各類海量存儲、邊緣運算等應用上，對于365天/24小時高速運作，低電壓節(jié)電環(huán)境，且滿足服務器超融合系統(tǒng)運作的兼容性與性能上的要求。而且還根據(jù)醫(yī)療行業(yè)客戶的特殊定制化要求，推出了各類量身定制的解決方案。
他特別提到了宜鼎集團子公司安提（Aetina），所提供醫(yī)療專業(yè)影像需求上提供的醫(yī)療專用方案，包括MXM GPU 模塊，以及近期炙手可熱的Nvidia TX1/TX2人工智能平臺，為醫(yī)療客戶的AIoT的解決方案。
最后，他還介紹了他們今年推出的iCAP智能管理軟件，可讓行業(yè)客戶在設備管理上便捷掌握現(xiàn)場設備狀況，以醫(yī)療行業(yè)應用為例，即可實現(xiàn)醫(yī)院院內不同樓層的連網(wǎng)設備，通過iCAP軟件掌握系統(tǒng)運行狀況、存儲設備壽命等的即時信息，以提前應對設備壽命到期現(xiàn)場更換的工作排期，降低設備突發(fā)狀況發(fā)生的人員及設備調度，進而降低人員成本及提高設備使用率。
圖4：Indy 宜鼎國際大陸子公司總經(jīng)理游禮印。
總結
王勝總結說，ADI非常看好醫(yī)療電子領域的技術和業(yè)務前景，將持續(xù)地戰(zhàn)略關注，并積極參與相關的研討并投資相關的技術和產品開發(fā)。ADI希望通過自己的不斷投入，和客戶一起，幫助最終的患者（或使用者）和醫(yī)生解決他們面臨的問題，例如測量精度、使用方便性、成本及可靠性等問題。更希望與我們客戶的不懈努力，能夠開創(chuàng)性地在業(yè)務模式和產品應用形態(tài)等方面，突破已有產品形態(tài)的邊界，在醫(yī)療電子應用，為解決我們共同面臨的“看病難，看病貴”、“醫(yī)療資源分布布局”、“分級診療”以及“完善基層醫(yī)療設施”等挑戰(zhàn)做出自己的行業(yè)貢獻。
在醫(yī)療電子設備中，傳統(tǒng)昂貴的醫(yī)療檢測設備既是醫(yī)療電子市場最大比重的醫(yī)療電子設備，也是形成國家醫(yī)療保險與病人治療龐大費用的重要原因。而半導體廠商不斷地在醫(yī)療檢測與健康指標監(jiān)測方面，推出新的產品來提升醫(yī)療電子產品的檢測數(shù)據(jù)的精確度和產品性能，同時最好還能降低整機設備的成本，以便更多的病人能夠享受到技術帶來的福利。這既是醫(yī)療電子廠商需要關注的熱點技術，也應該是所有從事醫(yī)療電子設備研發(fā)行業(yè)的工程師的研發(fā)使命之一。