医疗半导体技术和市场的发展趋势分析

　在在未来的10年中，借助于医疗电子设备，将有可能使传统的医疗保健方式向早期诊断和预防疾病方向发展上。从2008年中国国际医疗电子技术大会的有关专家了解到，随着中国GDP规模的逐年增长，用于个人医疗电子设备的投资有望以10%以上的速度增长。在这次大会上，德州仪器、模拟器件、赛灵思、Altera、NI、 Actel等公司分别介绍了它们用于医疗电子设备的最新半导体解决方案。 

　　展望未来，电子技术的发展为“无纸化”医院的实现提供了可能。在医院中，数字化的病人信息可以通过各种网络设备方便地调阅，借助于专家系统的“整体治疗解决方案”将成为促使医疗保健电子设备市场增长的主要趋势之一。 

　　在数字化医院中，数字化病历将使医生能够随处查阅病人的信息，医疗保健提供商不需要等待几天才能从实验室获得X光片，因为已经实现数字化的X射线机的图像可以即时被获取并进行分析。为此，通过网络把所有诊断设备联网，就可以把所有的病人信息(CT片、X光片等图片)传输至数据存储服务器供即时调阅。这个趋势将驱使医疗电子设备供应商开发具有一致用户接口的、可互操作的成像设备。实际上，各个供应商不仅仅正在提供诊断设备，而且提供数据存储服务器以及服务软件。 

　　这些新趋势将引领医疗电子产业的发展，也意味着可以利用更好、更快的诊断设备把病人与医疗保健系统连接起来，以利于早期的疾病诊断和治疗。这就是医疗电子技术发展的远景以及它存在巨大发展潜力的原因所在。 

　　在2008年中国国际医疗器械博览会上可以看到，医疗电子设备主要分为检测、诊断、治疗、监护和预防保健等几大类，市场呈现超声/成像设备、个人医疗设备、自动外部除颤设备、生物医疗电子设备、医疗保健电子设备等等百花齐放的局面，三维和四维显示及其设备以斑斓夺目的色彩成为了博览会上令人瞩目的亮点,各类采用光电探测技术实现的内窥镜令人感叹微观世界的神奇。 

　　在观看了眼花缭乱的新产品之后，人们想了解的是哪些半导体技术支撑着医疗电子设备的技术和市场的发展。这也是2008年中国国际医疗电子技术大会读者关注的热点，表1所示为Databeans给出的全球医疗半导体器件供应商的市场份额及其排名情况。 

表1  全球医疗半导体器件主要供应商及其市场占有率 
来源:databeans，2008年3月 

医疗成像推动对高性能信号处理器件及技术的持续需求 

　　高端成像和监控技术使得精确、快速和实时的诊断成为可能，可以减少不必要的手术或误诊导致的手术的数量，并支持预防性治疗。例如，实时X射线成像使得医生有更大的可能选择手术之外的其它治疗方案。随着对医疗成像设备计算性能要求的持续提高，对高端信号处理器(DSP)以及现场可编程门阵列(FPGA)的需求与日俱增，IMS Research给出了表2所示的全球主要医疗电子设备年复合增长率及其对关键半导体器件的需求预测。另一方面，据Frost & Sullivan的最新预测，全球医疗成像设备市场对FPGA、DSP以及ASIC的需求将从2006年的602.87百万美元增加至2011年的917.15百万美元的规模。 

表2  全球主要医疗设备年复合增长率及其对半导体器件的需求预测 
来源：IMS Research 


　　医疗成像设备对处理提出了各种要求，涉及数据采集、高性能计算、图像处理算法、数学、以及大容量、高效的存储媒介以及对存储器的数据进行访问所需要的高带宽的医疗IT基础设施等等。在数据传输领域，光纤传输和千兆以太网无线链路传输将是有发展潜力的解决方案，因为成像设备所处理的数据不是连续的实时数据流，而是组成图像所需要的大数据块。另一方面，随着高清晰度医用显示器器件和技术的发展，特别是医用三维和四维显示技术的发展，对图像处理器件、传输媒介、存储以及设备等等一系列的带宽指标将提出更高的要求，因此，这将是今后竞争的制高点之一。其中，多核处理器、FPGA和DSP的竞争无疑是值得继续关注的亮点。此外，随着便携式超声/成像设备的发展，对光电传感器、超低功耗多通道A/D转换器、处理器、算法以及提高显示分辨率的模拟前端(AFE)器件将存在巨大的需求。 

严格的安全法规要求催生新兴的医疗电源产业 

　　目前，世界上所认定的医疗电子设备相关电性安全测试为IEC 60601-1，IEC 60601-1涵盖所有的一般规定，包括危害清单及风险性的承受限制。其中，IEC 60601-1-X并行标准系列规定主要目标为电气医疗器材系统、电磁兼容性、X光防护等，并必须与IEC 60601-1同时适用；IEC 60601-2-XX系列规定适用于特定医疗器材，并必须同时适用 IEC 60601-1，也可适用 IEC 60601-1-X标准。 

　　在医疗电子设备中，电磁辐射和电磁辐射防护是影响电源系统设计的关键因素。例如，合格的医用电源应符合EN60601-1-2；该标准必须与EMC相关的许多技术要求配合，尤其是医用电源必须满足IEC61000-4-2 ((静电防护能力，要求达到3kV)、IEC61000-4-3 (射频辐射防护能力，要求达到3V/m)、IEC61000-4-4 EFT (电压瞬变承受能力，要求达到1kV)、IEC61000-4- 5 (市电涌流承受能力，要求达到1kV和2kV)、IEC61000-3-2 (市电线路谐波要求)、IEC61000-3-3 (电力线闪变要求)，以及EN55011 (A类产品或B产品辐射限制)。 

　　从整个标准体系的构建来说，美国、加拿大、欧盟、日本、澳大利亚/新西兰这些国家以上述标准作为依据进行调整，得到的各国标准如表3所示： 

表3  以IEC 60601为蓝本演变成的各国标准 


　　据医博会上专家表示，中国颁布的用于医疗器械的EMC标准YY0505-2005《医用电气设备 第1-2部分：安全通用要求-并列标准： 

　　电磁兼容-要求和试验方法》不久将强制实施。医疗电子设备包括生命支持设备和非生命支持设备两大类，因此，医疗电源系统设计工程师只有充分了解上述相关的规定和法规，才有可能设计出保证病人安全的、达标的电源系统，这是医疗电源设计与商用电源设计的最大不同之处以及所面临的最大挑战。 

　　由于医疗电源系统设计的标准要求高，采用符合医疗安全规格的专用电源是市场上出现的重要发展趋势之一，目前，医疗电子设备专用电源制造商群体已经形成。例如，电盛兰达株式会社就推出具有医疗安全规格的SWS系列电源产品线中的SWS1000L，具有5V、12V、24V三种输出电压选择，其中SWS1000L-24V峰值功率可达1224W。SynQor则推出超小型400W医疗电源模块，它实现了在3" x 5" x 1.44"有限尺寸上提供400W的有用功率，这被认为是世界上同等功率输出的模块中体积最小的产品。 

远程医疗将是未来发展趋势 

　　除了上面介绍的内容之外，随着宽带移动无线通信和超低功耗无线电技术的发展，以及微型传感器、可植入IC和射频收发器芯片技术在医疗保健领域的应用，将来的远程医疗将使医疗保健无处不在，这将推动RFID、网络机器人、传感器网络、宽带移动通信系统、软件无线电、MIMO技术等等的发展，并进一步带动RF超低功耗放大器和LNA、软件可配置的RF器件、天线、可植入芯片以及感知机器人的研发，此外，这些新器件的应用将推动新型封装技术的发展。因此，可以预测，为了加快提升人类社会的健康水平，医疗电子技术的发展将为半导体行业注入无限的发展商机。现在一切仅仅是处于起步阶段。