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智慧医疗时代的挑战和突破

随着全球人口老龄化的不断加剧和医疗资源的日益紧张,各国政府和民众都越来越重视智慧医疗产业。智慧科技能够赋能医疗打破地域、空域、时域与资源的限制,极大提升医疗服务的效能、效率和效益,智慧医疗是医疗未来发展的重要方向。

目前,全球智慧医疗产业正处于稳步发展阶段,市场规模不断扩大。据相关数据显示,2016 至 2018 年全球智慧医疗服务支出年复合增长率约为 60%,预计 2019 年全球智慧医疗服务产业规模有望达到 4000 亿美元。

巨大的市场情势下,产业链相关企业开始积极抢占市场,全球智慧医疗产业的春天正在到来。

ADI 在智慧医疗领域布局如何?

ADI 亚太区医疗业务系统应用经理俞毅刚在接受笔者采访时表示,目前医疗设备产业整体步入高速增长阶段,智能诊疗,智能影像识别,智能可穿戴设备相关的智能健康管理,医疗机器人等几个方面将是医疗设备领域的应用的主要发展方向。将人工智能应用于的医学影像的识别、诊断;以及具有医疗等级的智能可穿戴设备结合远程医疗的使用将会是下一个热点。

ADI 亚太区医疗业务系统应用经理俞毅刚

针对 ADI 在医疗领域的布局,俞毅刚做了详细的介绍。ADI 的技术与产品贯穿了大健康全产业链,包括预防、诊断、治疗以及疾病管理阶段。在医疗电子监测和监测方面的重点关注应用主要有两大类:医疗影像检测类和体征信号监测类。


·医疗影像检测类

ADI 在光电、生理电势、生理阻抗、运动,体温等各类高精度,高性能,高可靠性的传感器、信号处理前端和集成模块都在为体征信号监测的智能医疗设备和可穿戴设备提供可靠易用的方案。同时,COF(Chip-On-Flex),高精度、高集成度的模拟前端,也在为数字平板 X- 光机,CT,高端彩色超声设备的高质量医学图像的智能诊断提供了可靠保证。另外 ADI 在电源管理,信号处理及数据通信方面突出的技术和产品也为现在和未来的智能医疗设备所需的更低功耗、更小体积,远程互联提供了完整系统级解决方案。

目前,ADI 最新一代 ADAS1135 为 256 通道、24 位电流数字转换器模块适于多通道、小电流采集数据的医疗 CT(计算机断层)、工业和安检扫描仪,及光电二极管传感器应用。该模块主要技术特性包括:无电荷损失、无死区时间的同步采样;超低噪声;可配置电流输入范围;集成了 2 个可配置采样速率的高速 ADC、内部缓冲器、用于数据采集的去耦和旁路电容;LVDS/CMOS 串行接口;片上温度传感器。

ADAS1135 采用 15x15mm 的 324 引脚扁型 SiP BGA 封装,内部包含了电源和基准电压的去耦电容。球栅阵列为 18x18 全阵列,焊球间距为 0.8mm,焊球直径 0.45mm。0.8mm 的焊球间距可使引脚间多布线,从而减少很多激光孔和埋孔,提高 PCB 的成品率、可靠性,进而降低成本。同时推出 128 通道版本 ADAS1134。

此外,ADI 还推出了 ADAS1256 COF(Chip-On-Flex)256 通道集成前端模块,适用于数字 X 射线。除了单芯片集成 256 通道、16 位分辨率、22us 线路扫描速度等性能外,ADAS1256 COF 解决方案还提供了 9 种功耗模式。众所周知,功耗与噪声不能同时达到最低的要求,所以功耗模式的切换功能就能使得用户自行选择适应当时需求的最佳功耗、噪声模式。

同时,对于病人来最关心的 X 射线等辐射剂量问题,ADAS1256 COF 解决方案降低探测器本身的噪声,所以在 X 射线剂量很少时,低噪声的探测器也能够接收并清晰呈现图像。

ADI 的最新一代产品 ADAS1258 也已经推出,进一步优化速度和功耗,集成更多系统级功能,并已在行业重要客户中实际测试和最终产品开发。

另外在超声的模拟前端芯片解决方案方面,ADI 的相关产品一直引领着行业内类似产品和方案的趋势,如下图所示对此类产品衍生过及代表产品的总结,从中不难看出 ADI 在此领域的领先地位。

·体征信号监测类

除了以上医疗影像检测应用中的主打技术和产品,在体征信号监测方面,ADI 的产品和方案,更是引领趋势,解决用户最核心的问题,并获得十分可观的市场回报, 其中包括专业的监护类产品(多用于医院内)和可穿戴产品(个人消费品或个人健康产品)。具体来说,ADI 在光电技术、生理阻抗测量、生理电势采集、温度、运动状态监测以及环境相关(如气体,CO2 以及紫外线监测等)等领域都有持续投资以及产品方案在市场上的极大认可。

a. 在光电法测量生理体征信号方面,ADI 的 ADPD 系列传感器及信号处理方案,正在被几乎所有大品牌客户设计使用。ADI 专门应用于光电法的各类生理体征信号的监测的具有独特优势的产品 ADPD 系列,例如 ADPD142,ADPD153, ADPD144 以及 ADPD174 等都是目前市面上集成度最高(Photodiode + LED + 模拟前端采 AFE +LED driver + 环境光抑制等,输出就是 I2C 的数字量),也是体积最小,功耗最低(十分灵活的配置),性能最好(在体积,功耗都很有优势的同时)以及非常成熟的方案(早已有大量出货)解决方案。可用于诊断级产品也可适用于消费级的产品相关体征信号的采集,例如心率, 血氧含量等。ADI 公司最新一代光电测量模块产品 ADPD188 更是进一步大幅度提高了进光效率和电流转化率(CTR);使得该类应用在功耗、性能、设计简易度、简化客户的产线流程以及成本等方面又获得了优化和突破进展。

b. ADI 的系列低功耗、单导联、心电图 ECG 模拟前端 (AFE) AD8233,专为满足新兴的健身设备、便携式 / 佩戴式监控设备和远程健康监护设备的 ECG 信号调理要求而设计。与当前很多集成解决方案中采用的拓扑结构不同,AD8233 高度灵活的模拟滤波配置采用双极高通滤波器,结合芯片内部的仪表放大器架构和无使用约束运算(增益)放大器,支持用户采用多极低通滤波技术来消除线路噪声和其他干扰,并可提供在关断(shutdown)模式下的导联脱落监测功能。它为系统设计人员提供了灵活性,将健身和医疗监护的价值和性能提升到一个新的水平。

c. ADI 专门用于高精度阻抗测量的模拟前端 AD5940 为身体阻抗分析 BIA,皮电活动 EDA/GSR 等提供了简单易用,一步到位的解决方案。支持多种便携式医疗保健领域的高精度、低功耗片上计量仪 ADuCM350 已在国内和国外的几家有代表性的大客户中都取得里程碑式的进展, 最新一代更高精度、更低功耗片上计量仪 ADucM355 也已量产。

d. ADI 新推出的最新一代高性能多模传感前端 ADPD4000 系列,可以同时支持 PPG,ECG 和生物阻抗(Bio-Z),并且在信噪比,功耗上进一步提升,为小体积,高性能的整体穿戴解决方案提供了更便捷设计。

e. 在体温监测方面,ADI 的 ADT7422 数字温度传感器在体温范围内达到 0.1°C 的精度,4x4mm 的极小封装,数字温度直接输出。ADT5912 模拟温度传感器能在 -20°C to 90°C 达到 0.1°C 的精度。 这些温度传感器在小尺寸,高精度,低功耗方面都能很好地满足穿戴产品的设计。

f. 在运动检测的相关领域,ADI 突破性的超低功耗 3 轴数字 MEMS 产品 ADXL362 在运动检测唤醒模式下功耗仅为 300nA,其超低功耗的特征正是可穿戴运动监测设备的理想解决方案。同样,我们看中低功耗对用户的价值,所以更高性能,以及更加合理价格的类似产品也将陆续推出。

另外一款高集成度的 ADAS1000,提供高质量高集成的多导联心电,呼吸及起搏器检测以及其他功能于一身的解决方案,是高性能诊断级 ECG 监测的首选方案。

除此以外,作为高性能信号链代表厂商,ADI 一直致力于提供领先于业界的小剂量、快速、高精度体外诊断仪器 IVD 解决方案。体外诊断仪器包含多种不同的技术,例如光谱分析、聚合酶链(PCR)、电化学、酸碱度(ISE、pH)、液面、流控和样本处理功能、自动控制以及数据处理系统等,系统集成很复杂。其中,光学系统控制和精度是系统的关键要素;为降低成本和确保一致性,试剂容量控制很重要;测量速度非常重要,且对温度波动很敏感。ADI 提供各类放大器用于 I/V 转换、滤波器设计、信号调理和 ADC 驱动,并提供数据转换、信号处理、温度监测和电源管理解决方案,使体外诊断仪器应用的产品质量和可靠性达到最佳程度。除体外诊断仪器之外,ADI 还提供包括输液泵、呼吸机、麻醉机等多种医疗和生命科学仪器解决方案。同时,为助力客户面向市场快速推出产品,ADI 提供评估板、仿真工具和应用专业技术,为客户的设计和开发工作提供支持。

新兴技术如何推动智慧医疗?

近几年,随着图像识别、自然语言处理等 AI 技术以及 5G、物联网、云计算等新兴技术的发展和成熟,且在国家政策的大力支持与鼓励下,智慧医疗行业迈入发展新纪元。

对此,俞毅刚表示,智能化时代,模拟技术正在扮演积极的关键角色。在福布斯发布的全球数字经济 100 强榜单(Digital 100)中,以高性能模拟技术见长的 ADI 荣登榜单。随着智能化在医疗领域需求的不断渗透,基于各种高性能传感器的模拟信号链产品在医疗智能化浪潮中发挥着越来越关键的作用,模拟技术也迎来更为广阔的发展空间。而且随着数字技术的进步,对高精度、高速度、低功耗模拟产品的需求不断扩大,而模拟产品在很大程度上决定了当今数字设备的性能。“云计算、大数据、人工智能等产业的发展正在促进医疗智能化的落地。在以计算力为核心的数字经济时代,模拟技术和器件发挥着不可或缺的作用,起到了连接真实世界与数字世界的关键桥梁作用。

ADI 深耕医疗电子领域数十载,始终将领先模拟技术与医疗产业深度融合,面对新一轮的技术革命,依托核心技术优势,坚持以创新应对产业万变。

智慧医疗的现状和挑战

谈到中国医疗电子市场的发展现状以及面临的挑战,俞毅刚认为,在体征信号监测类设备,低功耗、诊断级性能、高集成 / 小体积,设计周期短是目前面临的挑战。为此 ADI 提供了完整系统级解决方案和参考设计,专门技术团队提供系统级的专业支持和技术服务。

在医疗影像检测类,如 X 光平板探测器,设计面临的挑战有:更低 X 射线剂量,快速动态图像,便携,减少设计周期等。CT 面临的挑战有:更多层数(16 层 -> 64 层 ->128 层 -> 320 层),更低 X 射线剂量,更低系统成本,缩短上市时间等。ADI 提供的更高通道数,完整信号链、更低功耗,更快速,更低噪声的集成子系统,具竞争力的成本和连贯的路线图,配合专门的专家团队提供系统级应用支持,帮助客户克服挑战,加快设计到发布时间。

ADI 以上各产品和方案,都不是单一的一代产品,而是具有战略规划的系列产品,目的是尽量引领市场的发展趋势,解决用户系统级应用难题和最终用户使用体验的全面提升。所以在性能提升和成本优化方面不断改进,进而巩固性价双面优势的市场地位。当然,对于不同的应用场景和具体的设计目标以及用户的判别条件的差异,有不同的相对性能比较结论。通常情况下,我们的新产品在总体性能上的提升至少要在前一代产品的基础上提高 1/3 或以上,多数情况下我们都能实现更大幅度的性能。对于开创性的产品,通常可以帮助整机厂商带来的性能提升会更显著。当然,我们通常不会在整体性能提升的同时,给用户带来系统级成本上的增加。

ADI 非常看好医疗领域的技术和业务的前景,将持续的战略专注,并积极参与相关的研讨并投资相关的技术和产品开发。事实上,ADI 自己医疗业务团队已经有生物医学方面的专家,帮助整个团队提供更好的方案给客户。除此以外,我们本地还有对医疗行规有深入理解的技术专家,他们会和客户共同完成相关医疗标准中所以规范的性能及可靠性方面的设计挑战。以及相当规模的软件开发团队,以及第三方合作伙伴,会给提供软硬件及系统级应用的全方位的解决方案。

ADI 希望通过自己的不断投入,和我们的客户一起,帮助最终的患者(或使用者)和医生解决他们面临的问题,例如测量精度、使用方便性、成本及可靠性等问题。更希望与我们客户的不懈努力,能够开创性地在业务模式和产品应用形态等方面,突破已有产品形态的边界,在医疗电子应用,为解决我们共同面临的“看病难,看病贵”、“医疗资源分布布局”、“分级诊疗”以及“完善基层医疗设施”等挑战做出自己的行业贡献。

ADI 将继续以开放的心态,与从预防、诊断到治疗、疾病管理的全生态链合作伙伴一起通力合作,共同推动中国医疗行业技术发展,助力早日实现人民健康长寿的“健康中国”目标。

(来源:作者:李晨光)

2019-12-15 14:24 发布 浏览