电子产品世界

作者/ADI公司亚太区医疗行业市场经理 王胜

可穿戴近几年发展如火如荼，但就目前的发展现实而言，可穿戴产品处在基本的运动监测以及少量的健康数据的采集和处理阶段。ADI认为可穿戴设备产品形态的发展趋势和演变，有三个重要阶段：目前的阶段，设备有基本的健康和运动监测功能。通过这几年的发展，这已经不能满足用户对设备的更多功能需求。例如，人们会进一步希望知道跑步从一公里到五公里身体出现了哪些变化？经过一段时间的运动锻炼，除了步数的变化，比如心率、血压、体脂等其他更综合的身体指标发生了哪些变化呢？这将是下一阶段要完善的。阶段二：用户自身健康数据更全面的采集处理处理和环境的数据附加。环境数据和生理体征数据融合在一起，可以生成更多的有用的数据反馈给消费者，这将是接下来一个可以说是必然的趋势，其实很多企业已经开始预研这些产品和技术。阶段三：人工智能的重要介入和数据端口。

从功能角度，我们认为智能可穿戴设备应该是疾病预防、生活方式（如运动健康，环境监测等）的量化指导、健康监测及护理在医院内外的互相延伸和互补，以及各类智能设备互联互通的接入和桥梁（如智能家居等）。

ADI认为智能可穿戴设备一会持续发展，包括技术的提升和商业模式及规模的不多扩展。尤其是可穿戴形态的健康类产品，将进一步覆盖医院内外，甚至会有来越多的OTC类穿戴产品出现。初期阶段可能是针对某些特点的疾病的监测或预防，例如心脏类疾病。

除此以外，在传统的专业医疗电子领域，医疗电子的发展趋势将会有如下特征：中国的医疗电子设备公司的产品将向中高端产品系列延伸，例如数字DR，多层CT, 高端彩超以及其他大型医疗影像设备，增加全球的医疗电子市场份额；政府会持续加大力度扶持中国本土企业，包括直接引进核心的海外人才以及资金投入，渠道支持等；越来越多的医疗功能设备会从医疗机构延伸到社区，家庭以及个人，远程传输及实时健康数据采集会进一步普及。远程医疗以及以及某些医疗服务中心，例如医疗影像中心等会陆续出现，专门提供患者检测服务，这样通过共享信息，以提供医疗资源的使用效率，并同时解决医疗资源分布不均的问题。

从具体的市场应用来看，X射线数字影像包括CT和DR在2015年开始就有越来越多新的自主研发的产品及品牌面世，打破国外品牌在这一相对高端产品中的垄断地位；专业医疗的可移动的穿戴设备，也必将实质性的增长，也就意味着技术方案的成熟、产品形态在市场中的接受度、业务的运营模式等都将取得大的突破。从专业的医疗结构向社区、家庭及个人延伸必将是趋势所在。而且，我可以预测到，将来随着技术的成熟，以及行业生态系统及商业模式的完善，可穿戴产品将统一覆盖消费领域的相关产品也会覆盖医疗级的编写可穿戴产品，二者差异将逐渐缩小。

除此以外，硬件端的数据采集和云端处理能力和服务模式的并行发展也是这一领域在技术、使用体验和业务模式创新和提升的必然趋势。

可穿戴产品面临的挑战

便携式、可移动式以及可穿戴式以及远程化的应用对设备端的传感器的信号采集及多芯片融合提出更高的要求，尤其是在性能，功耗，体积以及方案的完整性方面都与传统的稍大型设备有很大不同，其整体要求更苛刻。同时，由此也带来新的市场机会，例如高性能及低功耗的先进传感器产品备受市场青睐，模拟混合信号处理，无线传输等方面都在催生新的而且庞大的市场机会。同时，技术和方案的服务同样重要，尤其对新的医疗设备提供商，数据的深入分析和反馈到最终用户，也将成为新的业务模式。

精确测量固然是重要的指标，尤其是对于健康可穿戴类产品。对于精准测量目标的达成，我们自然有克服诸多挑战和难题待。影响测量精准性的因素众多，除了用于设备的芯片的精度以外，数据处理的算法、产品的结构、生产环节误差的控制以及用户的使用方法及环境等都会严重影响最终的测量的精确性，同时也要考虑多传感器见的协同工作以及彼此避免干扰等。例如，ADI的产品在芯片设计之初就考虑以上诸多因素的，最大限度的帮助用户和使用者避免以上设计和生产及使用中的各类因素，力争达到测量精度要求。例如如我们提供出来单独的传感器和电路芯片，我们还提供给客户系统级模块，进而在体积，功耗尤其在客户的生产环节大大降低产品的可靠性，一致性及可靠性的挑战。进而提高整体性能和测量精确性。除此以外，多传感器的融合也对芯片工艺和封装技术提出更高的要求，ADI在此方面已经走在行业的前沿，并继续引领行业的发展。对于原器件的要求已不再是单一芯片层面，而是更高集成度及子系统级的模块化方案，同时要求体积，功耗以及成本都能满足市场的需要，尤其是在性能和可靠性方面，不能因为集成度的提升有任何的降低。除此以为，本地化系统级的技术服务以及快速的新产品迭代也是芯片厂商面临的挑战。

ADI新技术

实际上ADI的技术或者产品是贯穿健康领域整个链路的，包括预防、诊断、治疗以及管理阶段的，之前我们更关注在诊断和治疗，现在因为移动医疗的兴起，对预防及管理类的，就是病前和院外处置相关的检测设备包括监测设备越来越重视，同时还有慢性病管理方面需要日常增多的，在监测手段和方法上面可能都有催生了新的产品形态和相应的技术革新要求。我们的相关方案将帮助医院内的医生和院外的普通用户更加方便采集和处理各类健康数据和问题。所以，ADI在继续保持我们专业医疗电子领域的技术和产品方案的投入的同时，我们更会看重病前的预防和监测，尤其是在智能可穿戴应用领域，或者日常监护处理方面。在整个医疗的产业链里面，专业医疗机构和家庭个人的健康应用从不同的功能划分的角度，ADI都是有涉足，我们是两手抓，一个是专业的，一个是新型的。当然了，不言而喻对不同的应用领域客户面临的挑战、设计面临的挑战，和对供应商方案的要求也是不一样的。我们会区别对待，在提供先进的芯片产品的同时，专注解决客户和最终用户的系统级和使用上的痛点。

ADAS1131及ADAS1135 业内首款”的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。ADAS1131的主要技术特性包括：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；每通道功耗3mW，；LVDS/CMOS串行接口；片上温度传感器。ADAS1131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。

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，因为我们知道，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。对于病人来说，最关心的是辐射剂量。因为在做各种检查时，X射线对病人本省也会造成伤害。对于这点，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。

另外ADI的应用与超声的模拟前端芯片解决方案为例，如下图所示为对此类产品衍生过及代表产品的总结。

在迎合便携式设备中电源管理特定的低功耗，小体积及低成本的要求方面，ADI也加大投入。例如ADP150，ADP160等，在可穿戴市场都有很好的表现。尤其是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，正在被几乎所有大的品牌客户设计使用。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系列产品，例如ADPD142，APD153, ADPD144以及ADPD174等是目前市面上(可以看到的)集成最高（Photodiode +LED + 模拟前端采集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。例如支持多种便携式医疗及可穿戴健康领域的高精度、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。此芯片可以融合接入包括光电、心电、运、生理阻抗测量以及其他多种模拟和字输出的各类传感器，真正实现多传感器的有机融合。

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300 nA，其超低功耗的特征是可穿戴运动监测设备的理想解决方案；

ADI的系列低功耗、单导联、心率监护仪模拟前端 (AFE) AD8232以及最新的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。另外一款高集成度的ADAS1000完全可以用于类似的应用场合，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。

关键词： 可穿戴 医疗 ADI