浅析医疗电子领域应用四大趋势

当前医疗电子领域有四大趋势——安全，便携，互联，以及低功耗。

安全包含两方面，一是医疗设备品质安全，会否对人的健康造成负面影响，二是指医疗设备内数据的安全性。由于医疗设备直接与人体健康相关的特殊性，因此在研发一款新产品时，设备的品质必须放在首位。

互联技术和产品小型化的普及，能大幅度降低患者和医院的交通成本和时间成本，提高诊治效率，使医疗机构有限的资源得到更好的利用，从而更好地保障人们的生命健康。因此，医疗设备的便携化和互联化已成为必然趋势，移动医疗已开始进入一个爆炸式大发展的阶段。

对于医疗设备而言，尤其是便携式设备，更低的功耗意味着更高的能效和更长的使用寿命。追求低功耗，是医疗电子的必然趋势，也是所有医疗电子相关公司的重要技术目标之一。

针对以上，本刊采访了一些国内外知名企业和行业专家，探讨医疗电子的现状与未来。

便携式领域本土实力渐强

近年来，中国便携医疗电子市场在需求增长的带动下发展迅速。2007—2010年，市场规模增长率保持在23%以上。特别是2010年，中国便携医疗电子市场规模达到208.7亿元，同比增长28.5%。其中家用便携医疗电子产品以绝对领先优势占据整体市场大半江山。2010年，随着医改的逐渐推行，医用便携电子产品增速及增幅均已超越家用医疗电子产品，从而成为整体市场发展的重要推动力量。2010年，中国医用便携医疗电子设备实现销售额71.9亿元，市场份额达34.4%。

随着中国居民健康意识的提高和医疗支出能力的不断增强，中国市场巨大的人口数量对家用便携医疗电子产品的需求进一步释放。由于家用便携产品消费性特点，用户对品牌粘度较高，以欧姆龙、强生、西门子、罗氏等为代表的国外厂商在这一市场具有领先优势。但不容忽视的是，深圳迈瑞凭借其多参数监护仪、便携式超声诊断仪等产品的领先优势，已经占据中国医用便携医疗电子市场超过30%的市场份额。而在其良好示范作用下，越来越多的本土厂商在自身研发实力不断增强、产品性能不断提高以及良好的渠道和地缘优势的助推下，市场地位也正逐步确立。另外，随着农村市场的兴起，产品性价比更符合这一细分市场需求的本土企业的竞争优势更加突出。

图1 2007-2010年中国便携医疗电子市场规模与增长

找准定位才是出路

医疗设备制造商要想进入市场并保持长期增长，进而不断增加市场份额，通常有两个方面需要注意：其一是要有核心技术，其二是要有良好的市场策略和营销渠道。而两者都要与时俱进，不断地进行创新。随着中国中小型医疗设备供应商的技术进步，它们将与国内领先的设备供应商一起从国外的竞争对手那里争得更多的全球市场份额。与此同时， 医疗设备制造商更需要提高市场前瞻性判断能力，并且能够提早投入、提早储备。对本土企业而言，如果进入这个市场而未能抓住细分潜力市场，恰当定位自己的产品，则将很难在市场上处于不败之地。

中国医疗电子增长速度已经远远高于世界的平均水平。在未来，其必将继续保持高速增长，相关的医疗政策及越来越被重视的个人/家庭医疗市场都将继续推动整个行业的发展。新的医疗设备制造商也将陆续出现，其推动力之一是某些新兴医疗电子应用的技术进步和市场的硬性需求。当然相对于跨国巨头，中国的本土企业仍然有很长的路要走，其中包括技术的储备和提升、品牌的建立以及市场拓展等。而目前，本土医疗设备制造商已经逐步向中高端的方向开发产品，如高端彩超、多层CT以及高端监护类产品等。我们都看到了接近同行业最高技术水平和产品性能的本土品牌。但这些成功绝不是技术盲目效仿的结果，而是这些企业能够找到自身的技术优势和特点，针对特定的细分市场而开发出具有技术和性能竞争优势的产品。尤其对于低端市场，在技术、产品定位和市场策略方面的创新同样至关重要，单一的低成本已不再是赢得市场的唯一法宝。

日渐提高的性能与便携要求

医疗电子设备需要具极高分辨率的模数转换器(ADC)。这些器件必须具有非常低的噪声——通过其信噪比(SNR)和总谐波失真(THD) 指标反映出来。而且，医疗专业人员还希望快速获得检测结果并提高医用仪器的便携性，这就要求此类ADC具备较高的速度、较小的封装和大幅降低的功耗。例如，LTC2379-18 就是这种新型ADC的一个实例，它是一款18位分辨率、1.6Msps、低功耗ADC。该器件实现了101dB SNR和-120dB THD，而仅消耗18mW功率。
当然，在仪器中实现如此之高的性能是很困难的，这是因为受到了用于连接传感器与ADC的放大器限制。为使总体设计更加容易，凌力尔特开发了一种被称为“数字增益压缩(DGC)”的创新技术。此项功能用于将零标度代码从0V变换至0.1 • VREF，以及将全标度代码从VREF 变换至0.9 • VREF。对于一个5V的典型基准电压，输入范围将为0.5V至4.5V，这就为从单 5 V 电源给驱动放大器供电提供了足够的空间。DGC功能允许ADC 产生包括零标度和全标度在内的所有代码。这些设计解决了传统高分辨率SAR ADC信号链路的一些固有问题，降低了功耗，同时降低对ADC驱动器放大器的输出摆幅要求。

本土医疗设备商的创新与阻碍

医疗电子是个复杂且分散的市场。虽然这一领域具有巨大的增长和创新潜力，但是资金、法规和供应链优化方面日益增多的全球挑战，却使得市场持续受到抑制。

尽管存在种种问题，且中国市场进入此行业相对较晚，但是随着国民健康意识的增强，出现了新的增长。根据预测，在未来五年内，世界医疗电子市场将以平均每年9%的速率增长，到2016将达到2432亿美元，而中国市场的发展和增长将会翻倍，年均复合增长率将达到15%。

中国医疗电子制造商进入高端医疗设备市场的关键因素是技术创新(如医学影像设备)和高度可靠的产品设计。

总体来说，从硬件的角度，中国医疗电子制造商应继续争取进一步微型化(小外形尺寸)、低功耗(从而延长电池寿命)、便携性、无线功能、可靠性、定制化和个性化。从软件和服务方面来说，有两点非常关键：首先，当务之急是应对出现的安全挑战;其次，解决安全问题可以树立明显的竞争优势。

由于医疗设备对安全性的特殊要求，令人毫不吃惊的是，法规和合规性使得医疗电子工业的许多技术创新受到阻碍。虽然如此，医疗设备制造商应当重视风险管理，为市场创建安全、有效的医疗设备。拥有可靠的风险管理方法，采用在产品设计、开发和安全上消除风险的工具和训练，以降低风险，对于设备获得市场接受度是非常关键的。软件和服务提供商需要在工艺和合规性方面进行投资，帮助缓解医疗设备制造商的问题——这意味着具有可靠的软件开发工艺，并能够为其提供的软件产品提供可追溯性和加工品。总之，要成为医疗行业值得信任的厂商，必须严格遵守政府法规和保持可靠的合规性。

提高安全性与可靠性

对于医疗电子设备而言，没有比安全性和可靠性更为重要的指标。

TI最近推出针对医疗应用的新型Hercules安全MCU平台。该平台采用了双ARM Cortex-R4F核心“双核锁步”技术，通过逐周期的CPU数据对比来减少错误的产生，一方面可以消除MCU内部产生的错误，另一方面也可消除外界干扰带来的随机错误。Hercules平台还采用了Error Code Correct(ECC)功能，它可以自动检测内存中的数据错误，提高数据的可靠性。Hercules可利用硬件来实现保护功能，提高性能和可靠性，减少软件开发时在安全性方面的投入，降低开发成本，缩短开发时间，并能够进一步减少程序的CPU占用率，提高运行效率。Hercules提供的开发工具、软件和支持服务能帮助开发人员快速开展工作，简化开发过程并加速安全认证过程。

互联性与安全性的双赢

目前全球医疗电子市场总额已超过1100亿美元，其中医学影像设备、诊断设备和治疗设备各占约300亿美元，生物技术设备约200亿美元。在医疗市场中，不管是国际市场还是中国市场，设备制造商、系统提供商、硬件提供商等各层级的参与公司众多，竞争异常激烈，外加还有许多非医疗领域的公司正虎视眈眈地想要入场。因此，在短期内，为了能从医疗电子市场中突围而出，必须找寻优秀的合作伙伴，尤其是在医疗领域最顶尖的公司。只有通过加强高层次的合作，将高品质的终端产品更快更好地推向市场，才能在医疗市场中站稳脚跟，树立起出众的品牌形象，成为行业内的领导者。

典型的移动医疗主要由以下三个环节构成：测量设备，计算设备和远程设备。测量设备主要负责对医疗数据的采集工作，所获得的数据通过各种互联通路，如ZigBee、蓝牙、USB、WiFi、以太网等，先传送至中间环节的PC、手机、平板电脑等计算设备，再由计算设备传送至服务器、数据中心等远程设备，进行分析、诊断、整理和存档。通过这样三个环节的数据传送，能够实现从患者到医生再回到患者的整套医疗流程。就此，风河将在明年推出其全新的Android平台解决方案。
随着互联性的增强，数据安全性问题越发凸显。根据McAfee公司的统计，近十年来各种安全威胁正以每年数倍的速度增长。因此，确保设备的安全性成为医疗电子领域的首要标准，全球各地区各组织，如FDA、IEEE、Continua等均制定了自己的医疗设备安全标准。各种标准要求之高，使得约96%的新设备因不能达标而无法上市。为实现同时提高互联性与安全性，针对医疗电子，风河积极与各底层IC设计厂商合作，为从最底层入手确保安全性，推出了Atlantis Platform平台等解决方案。在这些方案中，风河公司采用了隔离技术——包含时间上隔离和空间上隔离。时间上隔离为物理隔离，使所要处理的任务在时序上分离、不重叠，以保证安全性;空间上隔离为系统隔离，通过虚拟化多个系统环境，如在处理数据部分使用安全性更高的VxWorks，而在处理通信部分时则采用功能更为强大的Linux。当其中某个核心(如处理通信的Linux)发生崩溃时，可单独重启而不影响其它核心的工作以实现不同种任务之间互相隔离、互不影响，从而保障安全性。

安全性是最大的挑战

新技术在决定医疗设备制造商未来几年会给客户提供怎样的产品方面有着极大的作用。但是众所周知，医疗设备行业拥有严格的法规制度，受到诸如相关机构和法律法规的监管。因此，医疗设备行业在采用新技术方面趋于保守。新技术在投入市场之前，必须经过极为严格而充分的验证，以证明其安全性。

QNX的微内核架构可与新的自适应分区技术进行结合，后者帮助所有安全关键以及非安全关键型部件在同一个处理器内核上运行。QNX的自适应分区确保关键流程不会大量占用CPU空间，同时优化CPU利用率。因此，可以在不降低安全性及安全关键型部件认证的前提下，来改变医疗设备的非安全关键型部件，包括采用SOUP(未知出处软件)建造的部件。

积极应对无线

医疗电子设备的无线大潮来袭，在一定程度上减少了医疗设备的I/O数量，但实际上大部分医疗设备，尤其是大型设备，所采用的仍旧是有线连接方式，特别是核心部件，和过去相比并没有发生太大改变。

医疗器材设计人员为确保每款产品的安全性、性能和可靠性而必须考虑的主要因素包括：产品操作环境、互连密封性、生物兼容性、直观操作、耐杀菌环境和长使用寿命等。与无线相比，有线方式仍旧拥有许多明显的优势：不论是技术还是市场方面，有线方式都比无线更加成熟、稳定;有线方式抗干扰能力更强，能够更好地满足医疗电子对可靠性的高要求。

长期以来，Molex都有不少针对医疗电子的产品，不管是诊断监护设备，还是治疗护理设备，Molex提供了从连接器到薄膜开关等全面的互连方案。目前，Molex正致力于光纤激光技术的研发，以给医疗设备提供更高的速率，更佳的性能和更优的品质。

结语

随着人们对医疗保健的要求越来越高，市场对医疗设备的数量和品质要求也越来越高，同时医疗电子也正由过去的专业专用逐步向消费家用延伸。医疗保健作为人类长久的公益事业，对医疗电子的技术需求也是长久的，未来的医疗电子将会朝着更加可靠，更加便捷，更加高效的方向不断前行。