家用医疗电子设备的差异化设计.doc

家用医疗电子设备的差异化设计 2010.05.26 全球人口的老龄化和医疗成本的飚升推动了对家用医疗保健解决方案的巨大市场需求。随着更小、更便宜的便携式家用护理技术替代大型昂贵的设备，市场上的医疗保健产品数量不断增加，而半导体技术的发展推动了家用医疗保健的普及和成本的降低。 这个数字非常惊人。据世界卫生组织(WHO)统计，2006年全球50岁以上的人口数量是6.5亿，并且预计到2025年这个数字将达到12亿。仅在美国，65岁以上的老人在人口中的比例就在不断上升，并且有望在未来持续上升。 医疗保健市场非常大。据美国政府透露，美国在医疗保健领域支出了2.5万亿美元，占整个国家GDP的18%。ABI Research公司预测，到2014年将有5,900万台可佩戴的家用医疗保健设备投入使用，届时可佩戴设备的总数将达到4.2亿台，其中包括体育和健身用设备。 Freedonia Group公司认为目前家用医疗保健设备的市值已远远超过70亿美元，其中涉及的技术包括呼吸治疗、静脉(IV)注射、透析、病人监护、轮椅、辅助步行、医疗设备和安全设备。 今天的医疗设备能给病人提供更低成本和更加安全的监护方式，在某些情况下甚至可以在自己家里处理他们的健康状况，减少了去医院、诊所或医生办公室的需要。医疗保健正变得越来越分散化。 便携式家用医疗保健设备包括 HYPERLINK /SEARCH/ART/%D1%AA%CC%C7%D2%C7.HTM 血糖仪、血压计、心率监视器、数字体温计、脉搏血氧饱和仪、用于治疗哮喘和其它呼吸疾病的哮喘仪、用于老人和残疾人的跌落与运动检测设备以及用于体重监视和管理的数字秤，还有用于治疗睡眠呼吸暂停的设备。许多家用健身设备也通过升级增加了保健测量和管理功能。 用于医疗设备的半导体技术 在互联网连接的推动下，半导体IC性能和集成度得到了极大提升，进而推动着家用医疗保健设备的创新。有趣的是，这些半导体IC的发展拯救了上千条生命，并使许多人的寿命更长，这进一步提高了对保健医疗的要求，并增加了对更多医疗创新的需求。 设计师可以充分发挥传感器、微控制器单元( HYPERLINK /SEARCH/ART/MCU.HTM MCU)、微处理器、 HYPERLINK /STATICS/SITE/KW-DSP.HTM \o DSP技术应用必威体育精装版参考设计、应用笔记、设计指南、业界动态 DSP、模拟前端、存储器、电源IC和发送器与接收器的功能。FPGA也能实现许多功能。这些解决方案都能达到很高的功能集成度。 许多IC功能正在推动家用保健医疗趋势，特别是处理器和先进的传感器。例如，DSP具有高运算能力，可用来实现新一代监护产品。 先进的加速度计，比如ADI公司的ADXL345 iMEMS三轴数字加速度计，被广泛用于上百万台游戏机、导航设备、蜂窝电话、汽车应用和其它消费产品。这些加速度计可确保家用数字血压计的精度。它们可以检测并确保测量时手臂相对于病人心脏的正确位置，从而实现最大的测量精度。 HYPERLINK /SEARCH/ART/%C2%F6%B2%AB%D1%AA%D1%F5%D2%C7.HTM 脉搏血氧仪是最近加入家用医疗保健监护阵营的设备之一，而血氧饱和度是继血压、心率、呼吸率和体温之后的第5个重要体症。血氧仪可以用来测量血色素携带的氧气含量。血色素是红细胞的重要部分，用来将氧气从肺部输出到人体各处组织。 脉搏血氧仪(图1)可以采用许多传统的IC来设计，安森美公司表示。安森美在三年前收购了高级定制IC领先制造商AMI半导体公司。一些半导体IC制造商可以提供家用保健医疗应用所需的完整信号链功能。 图1：脉搏血氧仪可以采用传统的IC来设计，安森美为脉搏血氧仪方案提供棕色框图中的IC。 “我们开发的AD5933阻抗分析芯片可以用来测量诸如人体脂肪和血液凝固度等参数，输出可以链接到与医生通信的家用保健终端。”ADI公司医疗保健部全球策略营销经理Paul Errico介绍，“这只是我们能够提供的便携式家用医疗保健产品中完整信号链(图2)所需的IC之一。” 图2：便携式家用医疗保健产品中信号链的主要功能块。 “我们正在开发能够满足当前和未来家用医疗保健应用需求的解决方案，这不仅包括信号链中的数据测量部分，还包括家用病人及其医疗服务提供者之间的连接部分。”TI公司医疗营销总监Steve Dean表示。 设计挑战 家用医疗保健设备市场给设计工程师提出了许多艰巨的挑战，包括低功耗进而更长的电池寿命、鲁棒和强大的数据处理能力、更加友好和简单的用户操作、无线连接以及更低的最终用户成本。半导体IC制造商也越来越多地面临这些挑战。 TI公司的CC430平台(图3)包含了MSP430 MCU、CC1101射频收发器系统级芯片(SoC