醫(yī)療創(chuàng)新趨于個(gè)性化-由半導(dǎo)體技術(shù)推動(dòng)

半導(dǎo)體是日常使用的眾多創(chuàng)新電子設(shè)備的核心。尤其在醫(yī)療健康技術(shù)領(lǐng)域更是如此，它們結(jié)合先進(jìn)的低功耗(甚或無電源)傳感器和聯(lián)接方案。把這些技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的便利和普及相結(jié)合，促成醫(yī)療市場(chǎng)領(lǐng)域迅速上升的趨勢(shì)。

市場(chǎng)估計(jì)，未來五年，醫(yī)療應(yīng)用的增長(zhǎng)將近10%，部分由對(duì)醫(yī)療成像和醫(yī)院設(shè)備的需求推動(dòng)。但增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域是便攜式設(shè)備，包括可穿戴技術(shù)和非處方藥方案，如“助聽器(hearables’)”。在人口老齡化、移動(dòng)化、更注重健康的背景下，能夠在家中和工作中監(jiān)測(cè)健康的便利正推動(dòng)著越來越大的需求。

醫(yī)療市場(chǎng)推動(dòng)力和應(yīng)用

隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，新的測(cè)試被開發(fā)出來，通常由新的設(shè)備所支持甚或促成。超聲波和CAT掃描儀等設(shè)備支持對(duì)病人進(jìn)行非侵入性評(píng)估，從而降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。在有必要進(jìn)入病人體內(nèi)處，有新一代可植入設(shè)備，包括心臟除顫器和起搏器，以及可注射的監(jiān)測(cè)器，乃至可以無線傳輸數(shù)據(jù)或圖像的可吸收電子設(shè)備。

在市場(chǎng)的“非處方藥”端，可穿戴健身追蹤器讓用戶更加了解其基本功能和活動(dòng)水平，并采用更好的生活方式。測(cè)量和傳達(dá)臨床數(shù)據(jù)而不是活動(dòng)數(shù)據(jù)的可穿戴設(shè)備，在市場(chǎng)上不斷涌現(xiàn)，以支持對(duì)各種常見疾病的監(jiān)測(cè)和治療。同時(shí)，稱為“助聽器”的設(shè)備正在進(jìn)入可直接訪問的在線或?qū)嶓w零售市場(chǎng)，帶來了前所未有的功能水平。

推動(dòng)醫(yī)療市場(chǎng)的因素有很多；在大多數(shù)地區(qū)，人們的壽命通常更長(zhǎng)，因此，總體人口在老齡化。這只是導(dǎo)致發(fā)病率上升的一個(gè)因素，而心臟病、糖尿病和哮喘等慢性病，需要對(duì)患者進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)趨于在醫(yī)院和醫(yī)生辦公室以外進(jìn)行，部分原因是我們繁忙的現(xiàn)代生活，需要將必要的監(jiān)測(cè)納入我們的工作和旅行日程。這也是由成本驅(qū)動(dòng)的；病人使用創(chuàng)新的電子設(shè)備，在家自己就可以監(jiān)測(cè)，這費(fèi)用比在醫(yī)院花錢請(qǐng)醫(yī)療專業(yè)人員監(jiān)測(cè)要便宜得多。

技術(shù)推動(dòng)的醫(yī)療方案

尤其是在新的、增長(zhǎng)更快的便攜式醫(yī)療領(lǐng)域，包括可穿戴設(shè)備和助聽器，成功的方案有賴于功能、便攜性和低功耗運(yùn)行的結(jié)合。無線通信的能力是另一個(gè)關(guān)鍵特性，因?yàn)檫@些超小型設(shè)備尺寸小，又沒有電力資源來添加觸覺接口或顯示器。藍(lán)牙低功耗等短距離通信技術(shù)支持醫(yī)療設(shè)備利用移動(dòng)設(shè)備(如智能手機(jī)和平板電腦)的屏幕作為接口及接收數(shù)據(jù)，并通過IoT向更廣泛的世界提供極重要的聯(lián)接。

器件技術(shù)特別是半導(dǎo)體的最新進(jìn)展，已反映出這些趨勢(shì)，及增加的功能、減小的尺寸和更低的功耗是重要和常見的主題。雖然醫(yī)療行業(yè)在推動(dòng)這些變革的說法具有爭(zhēng)議性，但這些變革在推動(dòng)醫(yī)療行業(yè)確是事實(shí)。器件和半導(dǎo)體技術(shù)的最新創(chuàng)新使得能夠開發(fā)現(xiàn)代消費(fèi)者需要的醫(yī)療設(shè)備，并使消費(fèi)者能夠從中獲得巨大益處。其實(shí)在很大程度上，半導(dǎo)體創(chuàng)新的步伐正在推動(dòng)醫(yī)療設(shè)備創(chuàng)新的步伐。

雖然可穿戴設(shè)備和助聽器很小，但它們?nèi)匀皇峭暾南到y(tǒng)，結(jié)合處理能力、內(nèi)存、外設(shè)、傳感器和通信以及使系統(tǒng)正常運(yùn)行所必需的分立器件。這些常被忽視的小器件通常也提供電路保護(hù)，而且在許多方面，與更精密的器件一樣重要。

安森美半導(dǎo)體是專注于便攜式醫(yī)療設(shè)備之器件和技術(shù)的典范，提供廣泛的產(chǎn)品和支援服務(wù)，如專門針對(duì)這一市場(chǎng)的開發(fā)環(huán)境和工具，包括提供高度集成、高能效方案的極其緊湊的系統(tǒng)單芯片(SoC)。

如安森美半導(dǎo)體的藍(lán)牙5認(rèn)證的無線電RSL10系列。RSL10提供超低功耗互聯(lián)，接收功耗僅7 mW，在睡眠模式下功耗可忽略不計(jì)，僅62.5 nW。

圖1：RSL10 為微型醫(yī)療設(shè)備提供超低功耗互聯(lián)

這些數(shù)字意味著兩次充電之間間隔的時(shí)間更長(zhǎng)，即使在使用非常小的電池時(shí)也是如此。

RSL 10只需要約10個(gè)外部器件來支持一個(gè)完整的方案，且占位僅5.50mm2，易于納入最小的醫(yī)療設(shè)備如助聽器中。

圖2：精密的可穿戴設(shè)備將大量技術(shù)打包到非常小的空間中

為更易于導(dǎo)入設(shè)計(jì)，RSL10可作為一個(gè)完整的、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)方案，把天線、RSL10無線電SoC和所有無源器件集成在一個(gè)微型方案中。

通過智能手機(jī)和平板電腦等設(shè)備聯(lián)接到互聯(lián)網(wǎng)，可以使用應(yīng)用程序配置如助聽器之類的超小型設(shè)備，以及為這些設(shè)備提供基于云的管理和臨床支持。它還提供接入重要的空中固件(FOTA)更新，以便于添加額外的特性和功能到已在使用的設(shè)備。

如果確保微型醫(yī)療設(shè)備是高能效的和聯(lián)接是重要的，那么確保它們不受外部電干擾的損害至關(guān)重要，尤其是對(duì)于如心電圖(ECG)、自動(dòng)體外除顫器(AED)和起搏器等設(shè)備。在便攜式/可穿戴設(shè)備中，由于電干擾導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)被提高，因?yàn)樗鼈兛赡苡糜谖粗筒粩嘧兓墓箔h(huán)境中。這里，如多通道瞬態(tài)浪涌抑制器(TSS)之類的器件具有重要的作用。

圖3：簡(jiǎn)單的器件（如TSS）為關(guān)鍵設(shè)備（如起搏器）提供必要的保護(hù)

這些微型器件安裝在醫(yī)療設(shè)備的輸入信號(hào)線上，并提供多達(dá)10個(gè)通道的電氣保護(hù)，確保該設(shè)備最可靠地發(fā)揮預(yù)期的功能。

總結(jié)

隨著人口老齡化，壽命比前幾代人長(zhǎng)很多年甚至幾十年，創(chuàng)新的聯(lián)接的便攜式或可穿戴保健產(chǎn)品變得更加重要。適合忙碌的、移動(dòng)的現(xiàn)代生活方式的醫(yī)療監(jiān)控可以在極小的封裝中提供更多的功能，同時(shí)僅消耗毫瓦甚至納米瓦級(jí)的功率。

這些現(xiàn)代設(shè)備需要能夠測(cè)量、處理和通信，挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)人員在僅僅幾平方毫米的PCB占位提供全集成的系統(tǒng)。至關(guān)重要的是，這些器件不僅要可靠，還要提供消費(fèi)者所需的功能和使用壽命。最近在器件技術(shù)方面，特別是在先進(jìn)的小型化和高度集成的半導(dǎo)體領(lǐng)域的創(chuàng)新，正在推動(dòng)這一快速發(fā)展市場(chǎng)領(lǐng)域的步伐。簡(jiǎn)而言之，技術(shù)進(jìn)步正在把病人需要的設(shè)備變成他們想要的設(shè)備。