家用医疗电子设备的差异化设计

家用医疗电子设备的差异化设计2023.05.26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%。ABIResearch公司预测，到2023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。FreedoniaGroup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(MCU)、微处理器、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ADXL345iMEMS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、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。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PaulErrico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。见“我父们正钟在开姜发能臣够满等足当药前和蒸未来烦家用矩医疗红保健继应用矮需求支的解谈决方警案，哪这不钱仅包烈括信绒号链卧中的踩数据哑测量调部分兄，还目包括则家用腰病人颈及其到医疗亦服务丘提供域者之览间的演连接漏部分纠。”啦TI的公司伞医疗潜营销慎总监戒St匆ev凭e烛De偏an泳表示鸽。匠设计庄挑战圾家用期医疗凯保健际设备呼市场豆给设凶计工君程师剂提出碗了许顺多艰皮巨的呈挑战趋，包渡括低棉功耗艘进而扔更长谨的电弦池寿仿命、愿鲁棒始和强决大的结数据鞋处理述能力贯、更漠加友辅好和探简单筹的用工户操核作、境无线岔连接巩以及抖更低喜的最恐终用泡户成绝本。吼半导躬体I野C制艳造商站也越估来越渴多地远面临疮这些恰挑战职。域TI厕公司伤的C端C4危30覆平台刮(图可3)烂包含厌了M佛SP鸣43挤0屯MC陕U、斑CC逢11灯01教射频乏收发抱器系集统级纹芯片悲(S坛oC馒)和恼智能幸外设辆，整还个平团台采学用9敬.1暑x诊9.嚼1m楼m尼的6罚4引捎脚四菊方扁就平无染引线宣(Q跃FN渗)封汁装。牌CC凡43唱0采蚀用1屯28定位安呆全加邮密算雕法和刺43木3、从86悟5、统91双5M漠Hz打频率陶通信颠，后讯两种既频率嫂是用珍户可冒选的同。T赤I公主司还牢表示捏，M晶SP海43牌0是秀业界栗功耗半最低服的M鸭CU陈，电街源电朋压从傻2.厕2V吓至5驼.5述V，每耗电雀仅3屑30戴μA放(3苹V和那1M美Hz与时)菊，待磁机模放式时驳的漏焦电流魂仅0赌.1在μA础。义图3岁：T视I的斩CC役43捎0平鸟台包虹含了尾MS毁P4瓶30俊M敏CU严、C模C1浓10杂1射状频收掀发器乞、S饮oC筹和智亏能外耐设。茫滩基于熊CC悠43析0的鉴最新粱开发家成果精是T杜I公剖司的幻eZ络43蓄0-专Ch弓ro质no裂s运始动手港表(染图4塔)，偏这种尽手表栽支持储运动舅以外政的许李多应双用。粮“我尼们已喂经交顿付了龙11狠万个羡eZ矿43吉0开于发套欢件。玉”M狼SP获43伶0营汪销经佣理A性dr猎ia领n征Va顽le龄nz瑞ue凶la汉表示学，“裁通过劝这些栋开发睛平台它，我斜们正匪在尝等试支慎持更斩多应禽用，卵像医密疗剪(比敢如心畅率、尿脉搏推、血真糖值鉴和体达温监糊视)脏、家饮用自隐动化误、业踪余爱胳好等略。钥图4筛:基膛于C苹C4捎30委的e首Z4感30墓-C巧hr敏on挡os迷运动沈手表秒支持规运动展以外绩的许勿多应草用。巨司Mi依cr盼oc被hi酸p科炊技公执司在册其P虹IC移微控口制器挎中采订用了宋na腿no饲Wa慕tt罪X宿LP宏超低塞功耗找技术滩(图哥5)括，这权种控片制器筒可用碎于血靠糖仪狱等家悼用医磁疗保安健设千备。牢Mi纵cr诚oc牌hi学p公机司的宿PI丈C1尿6、浇18在和本24例F换微控态制器式在电茎源关庸断模施式仅予消耗幼10调0n森A电央流，盗并集焦成了吼80骗0n哈A的弓看门恰狗定捆时器耳、实请时时背钟和率日历少电路批。菌图5揭：家咱用血喇糖仪添电路思需要匠超低第功耗育的微榜控制侵器,熄比如宾Mi愤cr登oc悲hi底p的骡na著no赛Wa苗tt骑X虾LP伏P舒IC藏微控哭制器督。啄一些娃公司视使用汇专门隙针对列低功驻耗优躁化了挥的闪杨存微愧控制贪器单近元实以现手寿持式目家用切医疗姜保健班设备译，如累血糖昼监视绕仪。秤NE芬C电粮子公泄司的亲16晶位全虾闪存堵MC象U基乡于公随司的邻78士kO淘R蜂CP廉U内吸核，答工作基电压输从3童.3誓V至猛5V械。这节种M蛇CU预集成木了L时CD巩驱动鹿器、饱12镜位模娇数和血数模激转换剪器(弟AD吵C和培DA拔C)幻、运惊放和发电压墨基准再。在暮待机敢模式引下，趋该M基CU止的消兰耗电迷流仅圣1.散2μ扶A。脊竭“我殿们从趴20佣世纪礼90征年代悼初就店开始务从事叮血糖奖仪业对务，须因此旦非常尖理解修这种蛋医疗寇设备兵的低虹功耗姨要求榴。”也NE朽C公熟司首津席技锡术营殃销工府程师习Mi奸ch贱ae僵l创Cl框od布fe裙lt口er设表示扩，“月一些邻MC生U制跑造商巨宣传挤的n愈A级席低功秒耗待远机模量式指袖标杀粥伤力刮过大桂。事亭实上辨，待抽机模妥式下尾约1追μA践就能朗保证汤血糖错仪有祝足够骆长的享电池笨寿命高。焦Cl味od技fe贸lt刘er筛还发害现一余个趋乔势，懂即在保便携埋式医宅疗家剥用设呜备中欺使用裳32别位M纱CU稀来提摊供更软高的兔精度绑。事液实上细，N器EC西提供亡32袍位全狱闪存交V捧85魄0E即S(称图6高)，年在用抱于血矛糖仪掏时功澡耗仅灿90慈mW左/D尘hr燃ys民to涝ne睁。当线时钟追频率第在5亏MH酸z至母20懂MH隔z时袜，这追种微馒控制奋器的吵管线挠式架碑构执赶行速移度高肌达4棋3个滨Dh虽hr虎ys谎to支ne等M联IP轻S(呼1.泄1)泼。怨图6庙：N既EC灰提供疤32菌位全琴闪存臂V津85拍0E臂S旗呼吸食监视些用于序呼吸讨监视口的便棕携式尘测试投仪是砖最近鞠进入冲家用效的医派疗保猛健产兄品之乓一。佣一些搜较著看名的碑呼吸洪疾病冈包括顷慢性李阻塞财性肺任病(是CO液PD狮)、突哮喘描和睡礼眠呼率吸暂脆停。帜全球幕超过杜3亿厉人患锈有哮暖喘。扫烛Ka黑rm那el竟So拐ni跌x公蜜司针垫对哮窑喘病颤人推威出了吨哮喘推仪。诞这种淘个人摄哮喘并评估判设备偷采用昨AD付I公跳司的榨40祸0M济Hz蔬B高F5爷24嚷B考la写ck部fi玉n姐DS爷P，运是一吗种手舒持设岩备，事放置箭在病垂人的伤喉咙冶口。年先由甩压电忠传感挽器从寿病人补的呼慰吸中卷捕获稠空气筋流动臂的不奥规则义数据码，并垒馈送排到D划SP塞。然筑后由蔽处理冻器判秘断病刺人的仅呼吸爆速率醋，这吊个速丢率定培义为啊喘息完占用叶的呼检吸周馒期持冬续时令间。留Ka斯rm龙el稍So水ni乳x公兵司表炉示，尝喘息似速率华是哮识喘病默人的仓一种慧动态财和重挥要的塘哮喘批发作别测量宅参数覆。累Ka姻rm杯el辫So虾ni船x公类司获花得专加利的骄软件跌算法胳应用溉了严苍格的孩标准物来判辽断喘妄息的牌出现渠。该惧公司砌透露诉，这症些标旧准是倍由计钞算机况处理灶的呼败吸声废音分结析(泡CO赛RS见A)词提供登的指补南而旱确定惯的。绞荷“哮辆喘仪察还可铺以给轮家用爹以外核的场迁合带喇来方朱便。中这种菌便携宗式设泥备可征以放劫在个稳人的段背包凭里，滔哮喘智仪的携输出铺数据话可以硬通过跃笔记披本电裁脑上案的U聋SB股端口害从任搂何地念方下源载到哗医生丝或医臣疗提临供商狂那里谋。”兽AD忌I公付司策尘略营绸销经惯理T引on吼y愤Za绪ro葡la汇表示锐，“淘我们虽有望羊在E队KG端无线傍监视漠设备卧中通慈过U冬SB时端口庄使用南Bl会ac战kf胳in刊D接SP迎。”虾伍为了传推进奥便携醉式家饰用医白疗保紧健设氏备的晃开发佩，T猫I公凑司提抖供基轮于T雹MS纸32笛0V供C5堵50源5勾DS概P的宁开发疑套件酬。据挥TI岛公司汇称，虹这些壁套件固可以盛将产江品上胜市时滩间加杨快至舰8个电月。潜每个卸套件汁包含腿硬件级和软醒件设塑计工塌具，遮包括按原理闷图、船样例赠代码斤、医猫疗特蚁殊算各法和予其它狐间接拾性支冈持。呢传皇家峰菲利垃浦电但子(漠Ro民ya投l托Ph趴il巡ip崭s退El征ec娘tr足on剖ic缠s)乓公司桌为家故用医饿疗保愿健领摆域提北供智艰能的燥睡眠娱呼吸傲暂停氧治疗雪系统队。这慌种R径ep啊ri悲on剑ic索s睡喷眠治间疗系变统大远约时伯钟收盆音机琴大小淋(7章x5色.5勒x4正英寸斜)，据可以涛为中钱度至肺重度野睡眠撤呼吸出暂停截症病忆人提问供治须疗方驾案。爸这个避系统慰利用胡菲利汪浦开姥发的败正向纽气道图压力柴原理锐设计纤，通寒过一或个面雷罩提熟供柔辫和的罚压缩旨空气衣流，旷以保覆持病授人的匹气道究畅通袖。设“这家是目壤前为逆止我嗽们提蚕供的童睡眠挪呼吸洒暂停绿治疗听方面惨最复创杂的仪产品统，它毙的面钢世正声当病搏人配共合问尊题最却突出台的时但候。慧”菲舅利浦场公司遇家用祸医疗拿保健根解决静方案被首席努执行灯官D尸on吹al边d瞧Sp夏en堤ce上表示闪。枝菲利贺浦公电司还速提供互Tr枯il位og房y艘10绒0便潜携式努家用用生命腊支撑害通风暮设备夸，可乎供成茧人和浴儿童途使用维。这族种设竞计可多以帮跪助护仁士和态临床彼医生使在家搂中和环条件耐好的复护理微中心诉照看反病人吴。艇此外泡，菲狐利浦汇公司滩还在融推广原家用邻医疗酸保健醋平台咽显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