家用醫(yī)療電子設(shè)備的差異化設(shè)計(jì)

家用醫(yī)療電子設(shè)備的差異化設(shè)計(jì)2023.05.26全球人口的老齡化和醫(yī)療成本的飚升推動了對家用醫(yī)療保健解決方案的巨大市場需求。隨著更小、更便宜的便攜式家用護(hù)理技術(shù)替代大型昂貴的設(shè)備，市場上的醫(yī)療保健產(chǎn)品數(shù)量不斷增加，而半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展推動了家用醫(yī)療保健的普及和成本的降低。這個數(shù)字非常驚人。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)，2006年全球50歲以上的人口數(shù)量是6.5億，并且預(yù)計(jì)到2025年這個數(shù)字將達(dá)到12億。僅在美國，65歲以上的老人在人口中的比例就在不斷上升，并且有望在未來持續(xù)上升。醫(yī)療保健市場非常大。據(jù)美國政府透露，美國在醫(yī)療保健領(lǐng)域支出了2.5萬億美元，占整個國家GDP的18%。ABIResearch公司預(yù)測，到2023年將有5,900萬臺可佩戴的家用醫(yī)療保健設(shè)備投入使用，屆時可佩戴設(shè)備的總數(shù)將達(dá)到4.2億臺，其中包括體育和健身用設(shè)備。FreedoniaGroup公司認(rèn)為目前家用醫(yī)療保健設(shè)備的市值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過70億美元，其中涉及的技術(shù)包括呼吸治療、靜脈(IV)注射、透析、病人監(jiān)護(hù)、輪椅、輔助步行、醫(yī)療設(shè)備和安全設(shè)備。今天的醫(yī)療設(shè)備能給病人提供更低成本和更加安全的監(jiān)護(hù)方式，在某些情況下甚至可以在自己家里處理他們的健康狀況，減少了去醫(yī)院、診所或醫(yī)生辦公室的需要。醫(yī)療保健正變得越來越分散化。便攜式家用醫(yī)療保健設(shè)備包括血糖儀、血壓計(jì)、心率監(jiān)視器、數(shù)字體溫計(jì)、脈搏血氧飽和儀、用于治療哮喘和其它呼吸疾病的哮喘儀、用于老人和殘疾人的跌落與運(yùn)動檢測設(shè)備以及用于體重監(jiān)視和管理的數(shù)字秤，還有用于治療睡眠呼吸暫停的設(shè)備。許多家用健身設(shè)備也通過升級增加了保健測量和管理功能。用于醫(yī)療設(shè)備的半導(dǎo)體技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)連接的推動下，半導(dǎo)體IC性能和集成度得到了極大提升，進(jìn)而推動著家用醫(yī)療保健設(shè)備的創(chuàng)新。有趣的是，這些半導(dǎo)體IC的發(fā)展拯救了上千條生命，并使許多人的壽命更長，這進(jìn)一步提高了對保健醫(yī)療的要求，并增加了對更多醫(yī)療創(chuàng)新的需求。設(shè)計(jì)師可以充分發(fā)揮傳感器、微控制器單元(MCU)、微處理器、DSP、模擬前端、存儲器、電源IC和發(fā)送器與接收器的功能。FPGA也能實(shí)現(xiàn)許多功能。這些解決方案都能達(dá)到很高的功能集成度。許多IC功能正在推動家用保健醫(yī)療趨勢，特別是處理器和先進(jìn)的傳感器。例如，DSP具有高運(yùn)算能力，可用來實(shí)現(xiàn)新一代監(jiān)護(hù)產(chǎn)品。先進(jìn)的加速度計(jì)，比如ADI公司的ADXL345iMEMS三軸數(shù)字加速度計(jì)，被廣泛用于上百萬臺游戲機(jī)、導(dǎo)航設(shè)備、蜂窩、汽車應(yīng)用和其它消費(fèi)產(chǎn)品。這些加速度計(jì)可確保家用數(shù)字血壓計(jì)的精度。它們可以檢測并確保測量時手臂相對于病人心臟的正確位置，從而實(shí)現(xiàn)最大的測量精度。脈搏血氧儀是最近加入家用醫(yī)療保健監(jiān)護(hù)陣營的設(shè)備之一，而血氧飽和度是繼血壓、心率、呼吸率和體溫之后的第5個重要體癥。血氧儀可以用來測量血色素?cái)y帶的氧氣含量。血色素是紅細(xì)胞的重要部分，用來將氧氣從肺部輸出到人體各處組織。脈搏血氧儀(圖1)可以采用許多傳統(tǒng)的IC來設(shè)計(jì)，安森美公司表示。安森美在三年前收購了高級定制IC領(lǐng)先制造商AMI半導(dǎo)體公司。一些半導(dǎo)體IC制造商可以提供家用保健醫(yī)療應(yīng)用所需的完整信號鏈功能。圖1：脈搏血氧儀可以采用傳統(tǒng)的IC來設(shè)計(jì)，安森美為脈搏血氧儀方案提供棕色框圖中的IC?！拔覀冮_發(fā)的AD5933阻抗分析芯片可以用來測量諸如人體脂肪和血液凝固度等參數(shù)，輸出可以鏈接到與醫(yī)生通信的家用保健終端。”ADI公司醫(yī)療保健部全球策略營銷經(jīng)理PaulErrico介紹，“這只是我們能夠提供的便攜式家用醫(yī)療保健產(chǎn)品中完整信號鏈(圖2)所需的IC之一?！眻D2：便攜式家用醫(yī)療保健產(chǎn)品中信號鏈的主要功能塊。見“我父們正鐘在開姜發(fā)能臣夠滿等足當(dāng)藥前和蒸未來煩家用矩醫(yī)療紅保健繼應(yīng)用矮需求支的解談決方警案，哪這不錢僅包烈括信絨號鏈臥中的踩數(shù)據(jù)啞測量調(diào)部分兄，還目包括則家用腰病人頸及其到醫(yī)療亦服務(wù)丘提供域者之覽間的演連接漏部分糾?！崩睺I的公司傘醫(yī)療潛營銷慎總監(jiān)戒St匆ev憑e燭De偏an泳表示鴿。匠設(shè)計(jì)莊挑戰(zhàn)圾家用期醫(yī)療凱保健際設(shè)備呼市場豆給設(shè)兇計(jì)工君程師劑提出碗了許順多艱皮巨的呈挑戰(zhàn)趨，包渡括低棉功耗艘進(jìn)而扔更長謹(jǐn)?shù)碾娤页貕鄯旅⒃隔敯羰己蛷?qiáng)決大的結(jié)數(shù)據(jù)鞋處理述能力貫、更漠加友輔好和探簡單籌的用工戶操核作、境無線岔連接鞏以及抖更低喜的最恐終用泡戶成絕本。吼半導(dǎo)躬體I野C制艷造商站也越估來越渴多地遠(yuǎn)面臨瘡這些恰挑戰(zhàn)職。域TI廁公司傷的C端C4危30覆平臺刮(圖可3)爛包含厭了M佛SP鳴43擠0屯MC陜U、斑CC逢11燈01教射頻乏收發(fā)抱器系集統(tǒng)級紋芯片悲(S壇oC饅)和惱智能幸外設(shè)輛，整還個平團(tuán)臺采學(xué)用9敬.1暑x診9.嚼1m樓m尼的6罰4引捎腳四菊方扁就平無染引線宣(Q躍FN滲)封汁裝。牌CC凡43唱0采蝕用1屯28定位安呆全加郵密算雕法和刺43木3、從86悟5、統(tǒng)91雙5M漠Hz打頻率陶通信顛，后訊兩種既頻率嫂是用珍戶可冒選的同。T赤I公主司還牢表示捏，M晶SP海43牌0是秀業(yè)界栗功耗半最低服的M鴨CU陳，電街源電朋壓從傻2.廁2V嚇至5駝.5述V，每耗電雀僅3屑30戴μA放(3蘋V和那1M美Hz與時)菊，待磁機(jī)模放式時駁的漏焦電流魂僅0賭.1在μA礎(chǔ)。義圖3歲：T視I的斬CC役43捎0平鳥臺包虹含了尾MS毀P4瓶30俊M敏CU嚴(yán)、C模C1濃10雜1射狀頻收掀發(fā)器乞、S飲oC籌和智虧能外耐設(shè)。茫灘基于熊CC悠43析0的鑒最新粱開發(fā)家成果精是T杜I公剖司的幻eZ絡(luò)43蓄0-專Ch弓ro質(zhì)no裂s運(yùn)始動手港表(染圖4塔)，偏這種盡手表栽支持儲運(yùn)動舅以外政的許李多應(yīng)雙用。糧“我尼們已喂經(jīng)交頓付了龍11狠萬個羨eZ礦43吉0開于發(fā)套歡件。玉”M狼SP獲43伶0營汪銷經(jīng)傭理A性dr獵ia領(lǐng)n征Va頑le齡nz瑞ue兇la漢表示學(xué)，“裁通過勸這些棟開發(fā)睛平臺它，我斜們正匪在嘗等試支慎持更斬多應(yīng)禽用，卵像醫(yī)密療剪(比敢如心暢率、尿脈搏推、血真糖值鑒和體達(dá)溫監(jiān)糊視)臟、家飲用自隱動化誤、業(yè)蹤余愛胳好等略。鑰圖4篩:基膛于C蘋C4捎30委的e首Z4感30墓-C巧hr敏on擋os迷運(yùn)動沈手表秒支持規(guī)運(yùn)動展以外績的許勿多應(yīng)草用。巨司Mi依cr盼oc被hi酸p科炊技公執(zhí)司在冊其P虹IC移微控口制器挎中采訂用了宋na腿no飼Wa慕tt罪X宿LP宏超低塞功耗找技術(shù)灘(圖哥5)括，這權(quán)種控片制器筒可用碎于血靠糖儀獄等家悼用醫(yī)磁療保安健設(shè)千備。牢Mi縱cr誠oc牌hi學(xué)p公機(jī)司的宿PI丈C1尿6、澆18在和本24例F換微控態(tài)制器式在電莖源關(guān)庸斷模施式僅予消耗幼10調(diào)0n森A電央流，盜并集焦成了吼80騙0n哈A的弓看門恰狗定捆時器耳、實(shí)請時時背鐘和率日歷少電路批。菌圖5揭：家咱用血喇糖儀添電路思需要匠超低第功耗育的微榜控制侵器,熄比如賓Mi憤cr登oc悲hi底p的騾na著no賽Wa苗tt騎X蝦LP伏P舒IC藏微控哭制器督。啄一些娃公司視使用匯專門隙針對列低功駐耗優(yōu)躁化了揮的閃楊存微愧控制貪器單近元實(shí)以現(xiàn)手壽持式目家用切醫(yī)療姜保健班設(shè)備譯，如累血糖晝監(jiān)視繞儀。秤NE芬C電糧子公泄司的親16晶位全蝦閃存堵MC象U基鄉(xiāng)于公隨司的鄰78士kO淘R蜂CP廉U內(nèi)吸核，答工作基電壓輸從3童.3誓V至猛5V械。這節(jié)種M蛇CU預(yù)集成木了L時CD鞏驅(qū)動鹿器、飽12鏡位模嬌數(shù)和血數(shù)模激轉(zhuǎn)換剪器(弟AD吵C和培DA拔C)幻、運(yùn)驚放和發(fā)電壓墨基準(zhǔn)再。在暮待機(jī)敢模式引下，趨該M基CU止的消蘭耗電迷流僅圣1.散2μ扶A。脊竭“我殿們從趴20傭世紀(jì)禮90征年代悼初就店開始務(wù)從事叮血糖獎儀業(yè)對務(wù)，須因此旦非常尖理解修這種蛋醫(yī)療寇設(shè)備兵的低虹功耗姨要求榴?！币睳E朽C公熟司首津席技錫術(shù)營殃銷工府程師習(xí)Mi奸ch賤ae僵l創(chuàng)Cl框od布fe裙lt口er設(shè)表示擴(kuò)，“月一些鄰MC生U制跑造商巨宣傳擠的n愈A級席低功秒耗待遠(yuǎn)機(jī)模量式指袖標(biāo)殺粥傷力刮過大桂。事亭實(shí)上辨，待抽機(jī)模妥式下尾約1追μA踐就能朗保證湯血糖錯儀有祝足夠駱長的享電池笨壽命高。焦Cl味od技fe貿(mào)lt劉er篩還發(fā)害現(xiàn)一余個趨喬勢，懂即在保便攜埋式醫(yī)宅療家剝用設(shè)嗚備中欺使用裳32別位M紗CU稀來提攤供更軟高的兔精度綁。事液實(shí)上細(xì)，N器EC西提供亡32袍位全獄閃存交V捧85魄0E即S(稱圖6高)，年在用抱于血矛糖儀掏時功澡耗僅燦90慈mW左/D塵hr燃ys民to澇ne睜。當(dāng)線時鐘追頻率第在5虧MH酸z至母20懂MH隔z時襪，這追種微饅控制奮器的吵管線撓式架碑構(gòu)執(zhí)趕行速移度高肌達(dá)4棋3個濱Dh雖hr虎ys謊to支ne等M聯(lián)IP輕S(呼1.泄1)潑。怨圖6廟：N既EC灰提供疤32菌位全琴閃存臂V津85拍0E臂S旗呼吸食監(jiān)視些用于序呼吸討監(jiān)視口的便棕?cái)y式塵測試投儀是磚最近鞠進(jìn)入沖家用效的醫(yī)派療保猛健產(chǎn)兄品之乓一。傭一些搜較著看名的碑呼吸洪疾病岡包括頃慢性李阻塞財(cái)性肺任病(是CO液PD獅)、突哮喘描和睡禮眠呼率吸暫脆停。幟全球幕超過杜3億厲人患銹有哮暖喘。掃燭Ka黑rm那el竟So拐ni跌x公蜜司針墊對哮窯喘病顫人推威出了噸哮喘推儀。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