半導體技術推動醫(yī)療創(chuàng)新 尤其在醫(yī)療健康技術領域

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

市場估計，未來五年，醫(yī)療應用的增長將近10%，部分由對醫(yī)療成像和醫(yī)院設備的需求推動。但增長最快的領域是便攜式設備，包括可穿戴技術和非處方藥方案，如“助聽器（hearables’）”。在人口老齡化、移動化、更注重健康的背景下，能夠在家中和工作中監(jiān)測健康的便利正推動著越來越大的需求。

醫(yī)療市場推動力和應用

隨著醫(yī)學的進步，新的測試被開發(fā)出來，通常由新的設備所支持甚或促成。超聲波和CAT掃描儀等設備支持對病人進行非侵入性評估，從而降低風險和成本。在有必要進入病人體內(nèi)處，有新一代可植入設備，包括心臟除顫器和起搏器，以及可注射的監(jiān)測器，乃至可以無線傳輸數(shù)據(jù)或圖像的可吸收電子設備。

在市場的“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水平，并采用更好的生活方式。測量和傳達臨床數(shù)據(jù)而不是活動數(shù)據(jù)的可穿戴設備，在市場上不斷涌現(xiàn)，以支持對各種常見疾病的監(jiān)測和治療。同時，稱為“助聽器”的設備正在進入可直接訪問的在線或實體零售市場，帶來了前所未有的功能水平。

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

技術推動的醫(yī)療方案

尤其是在新的、增長更快的便攜式醫(yī)療領域，包括可穿戴設備和助聽器，成功的方案有賴于功能、便攜性和低功耗運行的結合。無線通信的能力是另一個關鍵特性，因為這些超小型設備尺寸小，又沒有電力資源來添加觸覺接口或顯示器。藍牙低功耗等短距離通信技術支持醫(yī)療設備利用移動設備（如智能手機和平板電腦）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。

器件技術特別是半導體的最新進展，已反映出這些趨勢，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)在推動這些變革的說法具有爭議性，但這些變革在推動醫(yī)療行業(yè)確是事實。器件和半導體技術的最新創(chuàng)新使得能夠開發(fā)現(xiàn)代消費者需要的醫(yī)療設備，并使消費者能夠從中獲得巨大益處。其實在很大程度上，半導體創(chuàng)新的步伐正在推動醫(yī)療設備創(chuàng)新的步伐。

雖然可穿戴設備和助聽器很小，但它們?nèi)匀皇峭暾南到y(tǒng)，結合處理能力、內(nèi)存、外設、傳感器和通信以及使系統(tǒng)正常運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，而且在許多方面，與更精密的器件一樣重要。

安森美半導體是專注于便攜式醫(yī)療設備之器件和技術的典范，提供廣泛的產(chǎn)品和支援服務，如專門針對這一市場的開發(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）。

如安森美半導體的藍牙5認證的無線電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，僅62.5 nW。

圖1：RSL10 為微型醫(yī)療設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間更長，即使在使用非常小的電池時也是如此。

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

圖2：精密的可穿戴設備將大量技術打包到非常小的空間中

為更易于導入設計，RSL10可作為一個完整的、系統(tǒng)級封裝（SiP）方案，把天線、RSL10無線電SoC和所有無源器件集成在一個微型方案中。

通過智能手機和平板電腦等設備聯(lián)接到互聯(lián)網(wǎng)，可以使用應用程序配置如助聽器之類的超小型設備，以及為這些設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備。

如果確保微型醫(yī)療設備是高能效的和聯(lián)接是重要的，那么確保它們不受外部電干擾的損害至關重要，尤其是對于如心電圖（ECG）、自動體外除顫器（AED）和起搏器等設備。在便攜式/可穿戴設備中，由于電干擾導致的故障風險被提高，因為它們可能用于未知和不斷變化的公共環(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：簡單的器件（如TSS）為關鍵設備（如起搏器）提供必要的保護

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

總結

隨著人口老齡化，壽命比前幾代人長很多年甚至幾十年，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，同時僅消耗毫瓦甚至納米瓦級的功率。

這些現(xiàn)代設備需要能夠測量、處理和通信，挑戰(zhàn)設計人員在僅僅幾平方毫米的PCB占位提供全集成的系統(tǒng)。至關重要的是，這些器件不僅要可靠，還要提供消費者所需的功能和使用壽命。最近在器件技術方面，特別是在先進的小型化和高度集成的半導體領域的創(chuàng)新，正在推動這一快速發(fā)展市場領域的步伐。簡而言之，技術進步正在把病人需要的設備變成他們想要的設備。