醫(yī)療IC技術(shù)為“家庭出診”做好準(zhǔn)備

半導(dǎo)體IC技術(shù)正在為便攜式和價格實惠的醫(yī)療設(shè)備奠定堅實基礎(chǔ)，目前這些產(chǎn)品中的大部分面向家庭、社區(qū)診所甚至旅行時的個人使用。這一趨勢背后的推動力包括人口的老齡化、更長的壽命以及對不斷上升的醫(yī)療保健費用的控制需求。另外，越來越多的人要求將醫(yī)療保健診斷和治療服務(wù)更快地直達(dá)病患，要遠(yuǎn)離醫(yī)療中心，更加貼近家庭。

主要的電子公司當(dāng)前都渴望能夠好好利用這一充滿吸引力的市場機會。據(jù)IMS Reasearch旗下的InMedia公司預(yù)測，到2013年，用于醫(yī)療診斷的家用數(shù)字血糖儀、血壓計、體重計、脈搏血氧儀和尖峰呼氣流量計的總計交貨量，將超過150萬臺。InMedia還預(yù)測，健康管理中心的數(shù)量也會增加，屆時與遠(yuǎn)程醫(yī)療相關(guān)的設(shè)備總數(shù)量將超過200萬臺。

Intel和GE聯(lián)合成立的Care Innovations公司，目的在于開發(fā)各種能夠支持家庭和高級住宅社區(qū)中健康自主生活的技術(shù)。該公司整合了GE Healthcare家庭健康事業(yè)部和Intel數(shù)字健康部門的資產(chǎn)、專家隊伍和業(yè)務(wù)，致力于解決人口老齡化、慢性病人數(shù)的逐漸增長以及日益提高的健康護理成本等帶來的挑戰(zhàn)。

“我們的愿景，是通過提供那些能夠?qū)崿F(xiàn)新型護理模式的創(chuàng)新型產(chǎn)品和服務(wù)，積極影響數(shù)以百萬的消費者。”Care Innovations公司CEO Louis Burns表示。

技術(shù)隨時待命

許多半導(dǎo)體IC都可用來促進便攜式家用醫(yī)療保健產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)，其中包括傳感器、MCU、微處理器、DSP、FPGA、內(nèi)存芯片以及SoC器件。

微電機系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)以傳感器、微流體器件和微激勵器等形式，在家用醫(yī)療保健中發(fā)揮著重要作用。至于醫(yī)療保健微系統(tǒng)器件的市場規(guī)模，一些人估計到2015年將達(dá)到約45億美元，其中大部分用于體外診斷和家用醫(yī)療保健。

高靈敏度的MEMS加速度計無疑將用于更近更精確地監(jiān)視和測量藥物向人體內(nèi)的滲透情況，這只是時間問題。無線傳感收發(fā)器制造商當(dāng)前正在與藥物制造商展開緊密合作，以期實現(xiàn)對藥物進入人體的監(jiān)視和測量。

SoC正變得越來越強大和靈活。賽普拉斯半導(dǎo)體公司提供的一款可編程SoC(PSoC)由可配置的模擬和數(shù)字模塊、CPU子系統(tǒng)和可編程布線與互連組成。這種PSoC允許設(shè)計師插入來自PSoC函數(shù)庫的預(yù)定義和經(jīng)過測試的IP，或他們自己的代碼，從而開發(fā)出像脈搏血氧儀那樣的醫(yī)療設(shè)備(圖1)。

FPGA也使得便攜式低功耗醫(yī)療應(yīng)用的設(shè)計變得更加容易和快速。例如，設(shè)計師可以使用被Microsemi公司收購的Actel公司的智能混合信號SmartFusion系列FPGA開發(fā)胰島素泵。

這些現(xiàn)貨FPGA是唯一集成有FPGA架構(gòu)、ARM Cortex M3微控制器、可配置模擬電路、大容量閃存和靜態(tài)RAM(SRAM)存儲器以及復(fù)雜時鐘發(fā)生和管理電路的器件(圖2)。

ADI公司的ADXL322 iMEMS數(shù)字加速度計被用于Zoll Medical公司的PocketCPR——一種手掌大小的心肺復(fù)蘇儀(CPR)，這種儀器可以精確地測量由救助者施行的胸部按壓的頻率和深度。PocketCPR可以通過音頻以及視頻指令指導(dǎo)人們施行人工呼吸，從而及時展開搶救心臟驟停(SCA)病人所需的關(guān)鍵施救步驟，所有操作都符合美國心臟病協(xié)會提出的建議。

“許多人不愿意施行人工呼吸，因為他們沒有得到過正規(guī)培訓(xùn)，或者缺少執(zhí)行這種生命拯救行動的信心。PocketCPR可以給他們提供在緊急情況下實施CPR的信心。”Zoll Medical全資子公司Bio-Teck公司總裁mark Totman表示。PocketCPR的直接交易已經(jīng)得到美國食品與藥物管理局(FDA)的批準(zhǔn)。

更低功耗/更高運算能力

家庭醫(yī)療保健設(shè)備通常要求更低的功耗和更高的運算能力。“對便攜式家庭醫(yī)療保健產(chǎn)品來說，低功耗是一個關(guān)鍵要求，我們已經(jīng)通過我們的全系列16位和32位MCU證實了這點。”瑞薩公司MCU營銷經(jīng)理Bobby Wong指出。

“2007年，我們率先推出了低功耗、100MHz、90nm節(jié)點的嵌入式閃存，當(dāng)處理器在喚醒和睡眠狀態(tài)之間切換時，這種閃存可以提供最低的功耗。我們還在研究具有更低功耗的120MHz、40nm節(jié)點閃存。”瑞薩公司負(fù)責(zé)32位MCU的高級營銷經(jīng)理Mark Rootz表示。

微處理器芯片正在成為種類繁多的個人醫(yī)療保健設(shè)備的核心。LifeNexus公司推出的個人健康卡只有信用卡大小，里面保護并保存著每個人的個人健康記錄。醫(yī)護人員和藥劑師可以通過LifeNexus健康信息平臺訪問保存在iChip芯片(ST公司產(chǎn)品)中的這些數(shù)據(jù)。LifeNexus健康信息平臺使用嵌入在一張芯片卡中的移動服務(wù)器技術(shù)，該卡同時受加密和口令的保護。

“這無疑是一種意義深遠(yuǎn)的、高度安全的技術(shù)，可以提供卓越的消費者解決方案——集醫(yī)療保健與金融卡于一身。”ST公司安全微處理器事業(yè)部總經(jīng)理Marie-France Florentin表示，“這種解決方案進一步提升了醫(yī)療保健方面的移動性、安全性和便利性標(biāo)桿。”

LifeNexus公司最近向藥房、醫(yī)師診所和醫(yī)院等健康護理機構(gòu)提供了1萬個專業(yè)的卡片閱讀器，其中加載有免費的iChip接受軟件。這使得個人健康記錄能夠像支付卡那樣方便和安全地加以使用。

MCU及其它器件催生了多種藥物輸送方法，這是電子技術(shù)對醫(yī)療健康具有重大影響的更有前途的領(lǐng)域之一。像加速度計等MEMS傳感器、MCU及無線收發(fā)器制造商，都在積極地與一些大型制藥公司合作研究藥物輸送方法，不管是通過注射、藥片、經(jīng)皮貼片還是吸入器，新的方法都將更加自動化和更加容易使用，并且能產(chǎn)生更快更精確的效果。

Microchip Technology公司正在檢查其PC12F MCU在最新活性藥物貼片中的使用效果。這種藥物貼片使用離子導(dǎo)入原理進行工作，通過施加一個直流電流來增加藥物分子透過皮膚的擴散速度。MCU與升壓轉(zhuǎn)換器一起工作，來提升由鋰鈕扣電池供電的貼片所需的電壓水平，因為這種電池通常無法提供離子電滲療法正常工作所需的足夠高電壓。

使用16位還是32位MCU，很大程度上取決于具體的應(yīng)用。“像自動體外除顫儀(AED)等處于本地數(shù)據(jù)采集點的設(shè)備需要做大量的預(yù)處理，而32位MCU能以更低的功耗水平加快數(shù)據(jù)傳輸?shù)街魈幚砥鞯乃俣取?rdquo;瑞薩公司的Mark Rootz解釋，“在這種應(yīng)用場合下你需要32位的MCU，比如我們的SH7216，該處理器工作頻率為200MHz，集成了一個硬件浮點單元，處理速度可達(dá)400-Dhrystone MIPS。”

無線無所不在

通過蜂窩電話實現(xiàn)的無線通信，正在徹底改變個人醫(yī)療保健的診斷、管理以及治療方式，同時也在促進醫(yī)療設(shè)備創(chuàng)新。市場上已經(jīng)推出了許多針對智能手機的醫(yī)療應(yīng)用。

ADI公司策略營銷經(jīng)理Paul Errico警告道：“市場上有上千種移動手機應(yīng)用，重要的是用戶要理解哪種應(yīng)用能夠真正降低家庭醫(yī)療保健的成本。”他強調(diào)：“從現(xiàn)在開始的幾年中，這些便攜式醫(yī)療保健產(chǎn)品的贏家，將是能向市場提供真正臨床價值的那些個人醫(yī)療設(shè)備。”

瑞薩公司的Bobby Wong對此表示同意。“質(zhì)量和長壽命是便攜式家庭醫(yī)療保健產(chǎn)品成功的關(guān)鍵要素。那些能夠利用多年豐富經(jīng)驗做到這一點的公司，將處于市場主導(dǎo)的最佳位置。”他解釋道。

據(jù)飛思卡爾半導(dǎo)體公司微控制器解決方案部醫(yī)療產(chǎn)品營銷經(jīng)理David Niewolny介紹，無線連接可以通過減少并發(fā)癥發(fā)生的次數(shù)，而顯著降低治療慢性疾病的費用。

據(jù)Niewolny估計，慢性病病人平均每年的家庭醫(yī)療保健費用接近11,700美元，幾乎是無慢性病癥者的三倍。對于既有慢性病又有并發(fā)癥的人來說，這一費用則是令人吃驚的20,700美元。這正是利用無線連接監(jiān)視心臟和血糖數(shù)據(jù)以提高病人舒適性的主要驅(qū)動力。當(dāng)醫(yī)師能夠遠(yuǎn)程監(jiān)視這些數(shù)據(jù)時，他們就能改善病人的生活質(zhì)量。

康體佳健康聯(lián)盟至今已經(jīng)批準(zhǔn)了適用于無線醫(yī)療數(shù)據(jù)通信的ZigBee、Wi-Fi、藍(lán)牙、藍(lán)牙低能耗(BLE)、ANT、Sensium、Z-Wave和BodyLAN通信協(xié)議。該聯(lián)盟還與Wi-Fi聯(lián)盟簽署協(xié)議，致力于加快推進Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在健康網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的普及。

Fatigue Science公司采用了超低功耗RF專業(yè)公司Nordic Semiconductor ASA推出的2.4GHz ANT收發(fā)器，可實現(xiàn)對睡眠質(zhì)量、數(shù)量和時間的醫(yī)療級評估監(jiān)視，而成本只是專家睡眠診所整夜陪護費用的很少一部分。其產(chǎn)品ReadiBand是一種腕表形狀的儀器，使用一系列復(fù)雜算法從用戶手腕活動中測量睡眠數(shù)據(jù)(也稱為活動變化記錄儀)，這些數(shù)據(jù)再通過Nordic ANT收發(fā)器以無線方式下載到計算機中進行分析(圖3)。

Gentag公司推出一款一次性無線診斷測試平臺,針對使用近場通信(NFC)的消費類蜂窩電話。基于免疫測定原理，Gentag公司的這種技術(shù)可以讓消費者不管身在何處都立即測試出懷孕、生育力、病原體、愛滋病、藥物、過敏原甚至某種類型的癌。NFC是一種短距離無線通信技術(shù)，支持在間隔10厘米的設(shè)備間交換數(shù)據(jù)。

美國的三大無線運營商——Verizon Wireless、ATT Mobility和T-Mobile USA，都已接受了NFC技術(shù)。他們成立了一家名為ISIS的合資企業(yè)來開發(fā)單一NFC平臺，計劃在今后18個月內(nèi)在挑選出的一些美國地區(qū)發(fā)布手機和支付終端用軟件，并在2013年前向全國推廣。

NuPathe公司準(zhǔn)備在明年6月前以合理的價格在美國推出首個用于治療偏頭痛的拋棄型一次性藥物貼片。據(jù)該公司介紹，目前美國約有3,100萬人患有偏頭痛。

這種Zelrix貼片已經(jīng)排除了來自美國食品與藥物管理局(FDA)的首個法規(guī)性障礙，使用的是一種稱為Smart Relief的專有透皮輸送系統(tǒng)。Zelrix貼片集成了一個硬幣大小的微處理器和兩個硬幣尺寸的電池，通過電流在貼片和皮膚間產(chǎn)生離子傳送，進而管理偏頭痛藥物。Zelrix貼片可以戴在手臂或大腿上，提供近4個小時的緩釋作用(圖4)。

Zelrix貼片以高度受控和可預(yù)測的方式提供6.5mg的舒馬曲坦(使用最廣泛的偏頭痛處方藥物)。它能減輕偏頭痛癥狀，同時用藥量又不會超過通常能夠引起這類藥物副作用(如反胃和嘔吐)的血濃度。

該貼片的核心技術(shù)嵌入在軟件中，它知道用多少電流來驅(qū)動離子傳送過程可以不刺激皮膚，也知道如何編程藥物輸送過程來獲得最佳效果，中間不需要任何用戶干預(yù)。這種貼片由一家專業(yè)從事藥物貼片生產(chǎn)的德國承包商制造。

“我們發(fā)現(xiàn)這種貼片除了完成偏頭痛藥物輸送外還能讓我們做更多的事情，這是我們一直試圖占領(lǐng)的一個領(lǐng)域。”NuPathe公司首CEO Jane Hollingsworth表示，“我們還能使用這個平臺治療其它病癥，像帕金森病癥和躁郁癥等。”

Debiotech公司推出的Jewel胰島素泵是更著名的藥物輸送機制之一，該產(chǎn)品由Debiotech公司與ST公司共同開發(fā)，所使用的是ST的微流體MEMS技術(shù)。目前該產(chǎn)品正在等待FDA的批準(zhǔn)。Jewel泵可以安裝在一次性皮膚貼片上，提供連續(xù)的胰島素注射，從根本上改善糖尿病病人的治療效果和生活質(zhì)量。

FDA正在評估一種快速、價格可承受、高靈敏度的最新電子診斷測試系統(tǒng)，名為CliniHub。這種系統(tǒng)有望在醫(yī)生辦公室、其它病人護理場所、最終家庭中推廣使用。目前，CliniHub可以通過化驗篩選出乳腺癌、抗藥性金黃 色葡萄球菌(MRSA)和心臟病。

Xen Biosciences公司與Cambridge Consultants簽約，準(zhǔn)備開發(fā)類似調(diào)制解調(diào)器大小的緊湊型設(shè)備，售價有望不超過100美元。這種設(shè)計采用時間分辨式熒光(TRF)光譜分析技術(shù)，通過處理沉積在低價、拋棄型電子化驗卡上的流體樣本顯示發(fā)現(xiàn)結(jié)果。

這家公司為他們的數(shù)字診斷化驗卡開發(fā)了測試物質(zhì)，可檢測乳腺癌和心臟生物標(biāo)志物以及其它尚未被公布的物質(zhì)的存在。Xen Biosciences相信不用多久就能測試多達(dá)20種疾病。熒光標(biāo)簽配合TRF光譜分析技術(shù)的高靈敏檢測電子可以將人體絨毛膜促性腺激素(hCG)懷孕測試的靈敏度成功提高4個數(shù)量級。

Xen Biosciences公司暗示它的TRF現(xiàn)場護理測試可以幫助醫(yī)師在他們的辦公室中執(zhí)行以前只能在臨床實驗室中完成的高靈敏數(shù)字光譜分析。例如，可以使用同樣正在開發(fā)中的消費版CliniHub來分析咽拭子，從而判斷炎癥是由于細(xì)菌還是病毒引起的，讓用戶知道他們是否要使用抗生素。

Bayer HealthCare公司發(fā)布的FactorTrack是第一種可定制的交互式移動搜索應(yīng)用，適用于A型血友病病人(圖5)。這種免費應(yīng)用能使跟蹤和記錄血友病因子VIII注射變得更加方便。

FactorTrack可捕獲用藥量歷史、頻率和出血位置。它可以幫助A型血友病病人根據(jù)處方定制自己的注射計劃、瀏覽他們的注射歷史，并且在有互聯(lián)網(wǎng)連接的情況下顯示下一次注射時間到時提醒。如果在設(shè)備上配置了電子郵件，F(xiàn)actorTrack還允許病人將注射和出血歷史通過電子郵件發(fā)送給自己或他們的健康護理團隊。另外，F(xiàn)actorTrack可以將A型血友病病人與相關(guān)教育工具和在線資源聯(lián)系起來。

前身為T-Ray Science的Verisante Technology公司正在開發(fā)一種令人興奮的非侵入式黑素瘤皮膚癌檢測設(shè)備。在英國哥倫比亞癌癥機構(gòu)的幫助下，這種Aura探測器的開發(fā)歷史已經(jīng)有6年多了(圖6)。這種設(shè)備在范庫弗峰總醫(yī)院(Vancouver General Hospital)的皮膚護理中心接受了1,000位病人病理皮膚的測試。公開的初步臨床結(jié)果表明檢測惡性黑素瘤具有100%的有效性。

在對1,000塊病理皮膚的測試中，這種探測器可以在274位患這種疾病的病人中捕捉到每種黑素瘤。黑素瘤是最常見的一種癌癥，發(fā)生率正在迅速提高?？焖僭\斷黑素瘤非常重要，如果能盡早檢測出來，存活率可達(dá)98%，而發(fā)展到皮膚癌的病人的存活率只有15%。

Aura基于Versant公司的專利Core平臺，這種平臺使用內(nèi)窺鏡附屬裝置幫助早期的癌癥檢測。Aura在掃描痣或病理皮膚時使用多模式成像和光譜分析技術(shù)測量21種生物標(biāo)志物，能在不到2秒的時間內(nèi)通過快速檢查皮膚化學(xué)成分判斷出皮膚癌，不需要做活組織切片檢查。這種Core技術(shù)具有高度可擴展性，還可用于肺、結(jié)腸、子宮頸和其它癌癥的檢測。