医疗电子及医疗保健的发展现状及未来方向

作者/ 王莹　王金旺 《电子产品世界》编辑 (北京 100038)

摘要：医疗电子及可穿戴设备是当下结合比较紧密，也是比较热门的话题，为此，本媒体邀请部分市场调查公司和元器件企业介绍了最新市场和技术发展，以及未来发展方向。

医院医疗电子

　　医疗电子业在我国是朝阳产业，本土企业发展迅速;同时，部分本土医疗企业也正从仿制向创新发展，其中一个思路是做加法，即不断提升产品的性能和质量，这就需要注入新兴技术及其元器件和算法等，包括新型传感器、高集成度芯片、低功耗技术、无线技术、连接器、先进算法等。

　　浅析中国医疗电子市场发展现状与趋势

　　随着中国医院信息化进程加速以及居民健康意识的增强，预计2016-2018年中国医疗电子市场还将继续保持增长的态势。年均复合增长率达23.7%，2018年销售额达到2380.4亿元。

　　2016-2018年，在家用医疗电子领域，随着日常医疗监护需求的增加，血压计、体温计、血糖仪等家用医疗电子产品将进一步普及，从而不断推动市场规模的增长。在医用医疗电子方面，医院信息化的加快将推动医用医疗电子市场需求进一步释放。

　　随着医疗设备在人们日常保健应用比例的提高，产品在不断降低成本的同时，最值得关注的还是安全性、可靠性、易用性等人性化要求。同时，患者的数据是极为隐私的，必须加以安全保护。另一方面，诊断精度直接影响设备诊断结果，这必然也是未来产品设计的关注重点。在智能化方面，医疗电子产品集成的功能也越来越多，如集诊断、监测、图像、通信等各功能于一体的监护设备等，实用又便于操作。另外，针对区域常见疾病、患者具体情况和医疗机构支付水平进行定向研发的产品也越来越多。具体表现为，同一种功能的产品将根据不同地区和不同医疗机构的具体情况进行元器件和功能设置上的重新组合，并进行价格的调整，以更好地适应不同采购者的实际需求。

　　国内医疗电子企业主要分为两类，其一是以迈瑞为首的大型医疗电子企业。这类企业主要面向医用医疗电子市场，一般都有其核心竞争力技术以及相关产品，目前发展的方向更多地趋向于高端医疗电子设备研发以及整体医疗电子系统建设。目前，国内医疗资源整体仍属于短缺状态，且医疗设备进口量依然巨大，故这类企业随着市场发展以及国产化替代的深入，持续成长空间较大。

　　另外则是主打家用医疗电子产品以及便携式、可穿戴式健康监测设备的中小型企业。这类企业产品大多为代工生产，主要依靠大数据、云计算等手段，主打健康监测、病历管理等外围医疗服务。由于这类企业业务竞争门槛较低，市场参与者众多，需要较长时间的积累才能形成一定的竞争壁垒，服务的附加值不高，目前，绝大部分仍处于依靠融资开拓市场积累用户的阶段。随着国民健康意识的提高，这类企业的价值将会逐步体现，但大部分中小公司将淡出市场，市场份额仍将集中于数量有限的企业手中。

　　中国的医疗电子产品将向中高端系列延伸

　　中国的医疗电子设备公司的产品将向中高端产品系列延伸，例如数字DR、多层CT、高端彩超以及其他大型医疗影像设备，增加全球的医疗电子市场份额;政府会持续加大力度扶持中国本土企业，包括直接引进核心的海外人才以及资金投入、渠道支持等;越来越多的医疗功能设备会从医疗机构延伸到社区、家庭以及个人，远程传输及实时健康数据采集会进一步普及。远程医疗以及某些医疗服务中心，例如医疗影像中心等会陆续出现，专门提供患者检测服务，通过共享信息，提供医疗资源的使用效率，并同时解决医疗资源分布不均的问题。

　　从具体的市场应用来看，X射线数字影像包括CT和DR。从2015年开始，越来越多新的自主研发产品及品牌面世，打破了国外品牌在这一相对高端产品中的垄断地位;专业医疗的可移动穿戴设备也必将实质性地增长，也就意味着技术方案的成熟、产品形态在市场中的接受度、业务的运营模式等都将取得大的突破。从专业的医疗结构向社区、家庭及个人延伸必将是趋势所在。而且，预计随着技术的成熟、行业生态系统及商业模式的完善，可穿戴产品将统一覆盖消费领域的相关产品，也会覆盖医疗级的编写可穿戴产品，二者差异将逐渐缩小。

　　对于原器件的要求已不再是单一芯片层面，而是更高集成度及子系统级的模块化方案，同时要求体积、功耗以及成本都能满足市场的需要，尤其是在性能和可靠性方面，不能因为集成度的提升有任何的降低。除此以外，本地化系统级的技术服务以及快速的新产品迭代也是芯片厂商面临的挑战。

　　在医院用便携式医疗电子领域，ADI拥有一系列创新产品和解决方案，例如支持多种便携式医疗保健领域的高精度、低功耗片上计量仪ADuCM350，该产品在国内和国外的几家代表性大客户中已经取得一定进展。ADI的低功耗、单导联心率监护仪模拟前端 (AFE) AD8232以及最新的AD8233，专为满足新兴的健身设备、便携式/佩戴式监控设备和远程健康监护设备的ECG信号调理要求而设计。

　　除此以外，在迎合便携式设备中电源管理特定的低功耗，小体积及低成本的要求，例如ADP150、ADP160等，在可穿戴市场都有很好的表现。尤其是在光电法测量生理体征信号方面，ADI的ADPD系列传感器及信号处理方案，正在被很多有大的品牌客户设计使用。

　　安全性和续航能力仍是未来高集成度可穿戴设备的挑战

　　高集成度及大数据的应用

　　未来几年，我们将会看到可穿戴设备集成越来越多的运动和环境传感器，以及新兴的生物传感器。生物传感器现已应用于独立的可穿戴医学监护仪，而且许多消费类设备现在都提供心率测量功能。但在接下来的几年内，消费设备将集成更广泛的生物传感器，如测量血氧量、血压和血糖水平的光谱传感器，以及确定出汗水平和pH值的皮肤电阻感应传感器。

　　随着生物传感器使用数量的增加，以及其所收集数据的准确性和可靠性的提高，我们将看到消费与医疗应用领域的融合。健身和生活方式设备将从消费装置发展到提供医疗级数据。因此，你所收集的跟踪健康和运动水平的信息，可与你的医生或自动医疗监护系统共享，以便在症状出现前给出预警。这样，人们就能在情况还不太严重、更易于实施和更有可能成功的时候，提早寻求治疗或适当改变生活方式。

　　目前，许多公司都在开发用于医疗服务的数据共享云基础设施，可穿戴设备是这些基础设施的天然伙伴。随着可穿戴设备变得越来越常见和先进，我们将有可能整理和分析来自数百万人积累多年的健康、健身及生活方式匿名信息。除了揭示深层的健康趋势，这些巨大的数据集还能揭示疾病是如何发生的(所谓“超早期医疗”)。这有助于实现早期干预，以最大限度减小疾病所带来的财务、社会及个人影响。

　　安全及续航能力的挑战

　　随着可穿戴设备收集越来越多的敏感信息，隐私和数据安全将变得至关重要，这将成为影响购买决定的关键因素。因此，数据的存储和传输都必须有安全保障。第一代联网可穿戴设备大多依靠其所选择连接技术的内在安全协议，比如蓝牙低功耗(Bluetooth® low energy / BLE)。最新版本的蓝牙标准(蓝牙4.2)提供更高的安全性，但由于蓝牙设备的数量巨大，安全算法被黑客攻破的风险始终存在。

　　可穿戴设备制造商必须考虑独立的数据加密措施。Dialog针对可穿戴设备的解决方案，采用专用硬件加密引擎提供银行级安全性(包括苹果HomeKit支持)，利用端到端加密来保证个人数据的安全。即使蓝牙安全协议被破解，所传输的数据仍然是加密的。

　　IDC和GMI的研究一再表明，电池续航时间已成为消费者购买电池供电式便携产品的第一考虑因素。典型锂聚合物充电电池的容量只有40～100 mAh。在此情况下，要为包含多个传感器的可穿戴设备供电几天时间，意味着需要降低系统所有部件的功耗，包括传感器、系统、通信硬件和软件。传感器技术在不断进步并降低功率需求。Dialog通过集应用与通信硬件于一体的蓝牙低功耗SoC(例如新的SmartBond DA14680和DA14681)，在系统总功耗方面不断取得进步。由于采用创新的电源管理和RF技术，这些产品在典型蓝牙事件下的电流消耗仅为1 mA左右。

家用医疗保健

　　我国乃至全世界正面临人口老龄化问题，需要慢性病防治和监控;另外，年轻人也关注自己的体育和健康，希望对生活状态进行实时监测。得益于电子元器件等技术的创新突破，使便携式，尤其是可穿戴产品成为可能，而且质量不断提升，监测手段也更加多样。

　　家用医疗保健产品的高性能和低功耗要求

　　就目前的市场应用情况及技术发展来看，对于运动的检测及计量相对成熟，但是对于在运动状态下的相关生命体征信号的快速及精确的监测，目前还有改进的空间。所以，相对应地会催生和提升传感器及信号处理方面的新技术进步和发展，例如光电法测量体征信号，如心率、血氧含量及其他健康指数等，这需要更新的光电传感器技术以及相应的系统级数据处理技术，集中包括日常运动情况下的持续准确测量以及采集到数据的后台融合及分析使用等。

　　另一方面，便携式、可移动式以及可穿戴式、远程化的应用对设备端的芯片也提出更高的要求，尤其是在性能、功耗、体积以及方案的完整性方面都与传统的医疗设备对芯片不同，其整体要求更苛刻。同时，由此也带来新的市场机会，例如高性能及低功耗的先进传感器产品备受市场青睐，模拟混合信号处理、无线传输等方面都在催生新的，而且庞大的市场机会。同时，技术和方案的服务同样重要，尤其对新的医疗设备提供商，数据的深入分析和反馈到最终用户，也将成为新的业务模式。更大的变化是单个电子元器件的需求量相对于传统医疗电子领域中的需求量大很多，而且要求的交付周期要快很多，对于供应商来说，改变原有的供应及服务模式就显得尤为重要。

　　在可移动的医疗保健可穿戴电子领域，ADI拥有一系列创新产品和解决方案。超低功耗3轴数字MEMS产品ADXL362在运动检测唤醒模式下功耗仅为300 nA，其超低功耗的特征是可穿戴运动监测设备的理想解决方案;低功耗、单导联、心率监护仪模拟前端(AFE) AD8232，专为满足新兴的健身设备、便携式/佩戴式监控设备和远程健康监护设备的ECG信号调理要求而设计。

　　医疗保健产品需要不断提升工艺

　　随着社会的进步和人口结构的改变，医疗保健电子产品的发展主要呈现出三个特点：便携化、智能化和多功能化。便携式移动医疗、大数据分析、云服务等智能医疗迎来发展热潮，并在个体群体之间不断创新。便携式移动医疗如血糖仪、血压计等为病患提供长期跟踪治疗和实时数据分析，免去必须常去医院的不便，缓解传统医疗机构的压力。甚至很多可穿戴设备也融合健康监测的功能，如智能手表、扩增实境(AR)头戴式设备、智能眼镜、智能服装等可进行体育运动和活动监测、心率监测、睡眠传感、体重指数(BMI)监测和生命体征监测等，提醒健康及亚健康人群注意预防。大数据、云服务则为世界各地的专家机构提供共同交流协作的平台。

　　为了配合智能医疗的发展趋势，对元器件，尤其是核心器件，必须具备革新的工艺提供超低功耗、高集成度、强大的芯片内核嵌入无线连接功能及优化信号处理性能，以及完善的软件算法，比如回声消除(AEC)、自动频率控制(AFC)等，以使基于这些半导体芯片方案的医疗设备产品能在智能信息采集、人性化服务、7*24小时的不间断监控、数据存储等不同应用场景进行更多的创新。

　　安森美半导体致力于健康医疗超过30年，一直与时俱进，在听力DSP系统成绩尤为突出，并从功耗、无线智能 、封装等方面不断推陈出新，如公司即将提供业界首款远距离无线程序更新软件平台;公司创新的无线智能助听器方案，具备高能效和低功耗特点，已有多家专业公司投入研究，计划借助这个方案走入高端智能助听器市场;高集成度、灵活、高能效的混合信号DSP方案无线音频处理器Ezairo 7150 SL支持蓝牙低功耗(BLE)标准和其它2.4 GHz无线协议，为助听器和人工耳蜗植入提供无线连接;同时，安森美半导体最新推出助听可穿戴充电方案HPM10，2016年年底最新的HPM20可以支持到行业内无线充电标准，有助于为患者节省电池费用以及降低地球电池污染;为帮助助听器设计人员快速选出最适合的器件/方案进行设计，安森美半导体还提供在线听力DSP系统工具。未来安森美半导体会根据市场趋势和消费者需求，利用革新的Struix™ SIP技术和丰富的IP让产品更加高能效、小型化、智能化和多功能化。

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第11期第8页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。