以前的大型醫(yī)療設備已經(jīng)被重新設計成如今的便攜式設備，有些設備大小如同手機，甚至更小。而像超聲波系統(tǒng)這類醫(yī)療設備，過去只能用在大醫(yī)院以及大城市的醫(yī)療診所，而如今已經(jīng)普及到農(nóng)村的小型醫(yī)療診所以及救護車上。隨著醫(yī)療設備的小型化以及便攜需求的發(fā)展，為了支持包括重量越來越輕和體積更小的便攜式系統(tǒng)等下一代的醫(yī)療設備，半導體廠商面臨著巨大挑戰(zhàn)，他們必須開發(fā)集成度更高的芯片。

半導體公司所開發(fā)的前沿技術使得工程師能設計出可以改善人類醫(yī)療保健條件的設備。飛速高漲的醫(yī)療保健護理成本、肥胖癥和各種慢性病的流行，以及老齡人口的大量增加，所有這些因素對那些用戶可承受的價格且可靠的各種醫(yī)療設備的需求逐步提高，包括病人監(jiān)護設備、醫(yī)療成像設備以及各種檢查儀器。在現(xiàn)代歷史上從來沒有像今天這樣，半導體行業(yè)正在為各種醫(yī)療設備的發(fā)展鋪路，挽救了無數(shù)的生命，同時還大大降低醫(yī)療保健的成本。

病人監(jiān)護系統(tǒng)

不管病人位于醫(yī)院的什么地方，監(jiān)護設備都能夠?qū)崿F(xiàn)對危重病人的連續(xù)觀察，而且成本還要低于傳統(tǒng)的病床邊監(jiān)護系統(tǒng)。通常的病人監(jiān)護系統(tǒng)包括EKG(心電圖)、血壓、體溫、血氧飽和度以及呼吸監(jiān)控系統(tǒng)，有時候還包括AED(自動電擊除顫器)功能，而在這些系統(tǒng)中常常包含高分辨率ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、低噪聲放大器、儀器放大器，以及在該領域已經(jīng)采用很多年的各種模擬功能的組合。上述這些都是成熟的、高性能系統(tǒng)，主要的半導體廠商都為其投入了大量的研發(fā)資金并開發(fā)了許多創(chuàng)新性的芯片。

在這些系統(tǒng)被配備到病房的同時，它們也正變得越來越小，甚至能夠懸掛到病人的皮帶上。在不久的將來，EKG、血壓以及活動監(jiān)控將會與無線通信技術相結(jié)合，允許病人呆在自己的家中，并實現(xiàn)病人關鍵體征的安全和可靠的實時監(jiān)控，這也將在實質(zhì)上降低總護理成本。

隨著嬰兒潮時期出生的人逐漸進入老齡化，需要特別護理的老人數(shù)量不斷增加，家用監(jiān)控設備的需求正在快速增加。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的資料，2006年全球60歲以上的老齡人口已經(jīng)達到6.5億。而到2025年，該數(shù)字預期將會激增至12億。在美國，65歲以上的老齡人口在總?cè)丝谥幸呀?jīng)占據(jù)前所未有的較大比重，而且在整個21世紀中還將穩(wěn)定增長。

“由于不斷增長的老齡人口，對慢性病人的護理成本將飛快增長，”ADI公司醫(yī)療保健分部的全球戰(zhàn)略行銷經(jīng)理Paul Errico表示，“如今為家用所設計的醫(yī)療設備能夠監(jiān)控血壓、血糖水平以及心率，出現(xiàn)狀況時設備將會向醫(yī)生告警。這將省掉或者減少病人頻繁地去診所或醫(yī)院看醫(yī)生的費用，從而為距離醫(yī)生或醫(yī)院比較遠的病人帶來福音。”

要成為醫(yī)療保健管理的主要組成部分，病人監(jiān)控系統(tǒng)必須與其他設備以及其他必須的病人信息資源實現(xiàn)充分的互操作性。盡管目前廣泛的互操作性還沒有實現(xiàn)，但這已經(jīng)成為醫(yī)療和信息技術行業(yè)需優(yōu)先解決的問題。例如，一家名為Continua Health Alliance的組織目前正在與技術行業(yè)、醫(yī)療設備行業(yè)以及醫(yī)療保健行業(yè)的領導企業(yè)合作，以建立一個互操作性解決方案系統(tǒng)。

醫(yī)療成像

隨著技術的不斷改進，包括CT(計算機X光斷層掃描)掃描儀和超聲波系統(tǒng)在內(nèi)的醫(yī)療成像應用持續(xù)增長，從而為醫(yī)生的分析和診斷提供更清晰和更精細的人體圖像。在醫(yī)療成像領域，單個系統(tǒng)的通道數(shù)量呈現(xiàn)快速增加，半導體公司也集中精力提高集成度和降低功耗，并降低每通道的成本。超聲波、CT、MRI(核磁共振成像)以及PET(正電子發(fā)射斷層掃描儀)等，所有這些高性能系統(tǒng)都在推動著標準器件在功耗、速度、精度以及動態(tài)范圍等性能上的進步。

早在幾年前，超聲系統(tǒng)就已經(jīng)縮小到如筆記本電腦一般的大小。而如今，這些系統(tǒng)的尺寸正向PDA(個人數(shù)字助理)和手機看齊，小到足以讓醫(yī)生可以將它們裝在口袋里，做到隨時隨意使用。這大大地改變了超聲系統(tǒng)在病人護理上的應用。無疑，便攜式超聲系統(tǒng)的功耗和電路板面積也與目前的系統(tǒng)有極大的差別。

“這些應用要求醫(yī)療設備設計師在幾乎比手掌還小的設備中實現(xiàn)更高的圖像質(zhì)量和可靠的性能，而且還不能犧牲功率，”ADI公司醫(yī)療保健分部的全球戰(zhàn)略行銷經(jīng)理Scott Pavlik解釋說，“為了實現(xiàn)這一點，設計師們正在充分利用基礎技術方面的巨大改善，特別是半導體器件的高度集成。超聲應用方面的IC創(chuàng)新不僅簡化了設計師的設計工作，還使超聲系統(tǒng)的性能、體積以及功耗方面取得顯著的改善，從而增大了產(chǎn)品應用的潛力，擴大了市場機會。”　　

實現(xiàn)一個超聲系統(tǒng)需要四個主要部件：LNA(低噪聲放大器)、VGA(可變增益放大器)、AAF(抗混疊濾波器)，以及一個高速ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)。2007年，ADI公司發(fā)布了首款超聲設備用集成模擬前端芯片—AD9271。該芯片利用單個IC取代了從前的分立式解決方案，芯片中集成了8個通道，每個通道都包括一個LNA、VGA、AAF以及一個12位ADC，其前所未有的集成度使得醫(yī)療設備設計師將移動超聲系統(tǒng)中信號路徑的尺寸減小了50%，功耗降低了25%，所有這些都是在關鍵護理設置所需的噪聲電平以及其它性能參數(shù)得到保證的條件下實現(xiàn)的。

高集成度在如今的便攜式超聲系統(tǒng)設計中并非唯一必須實現(xiàn)的關鍵要素。系統(tǒng)還需要足夠的靈活度，并能夠通過調(diào)整來滿足各種不同類型的超聲檢查需求，還要在可編程增益、濾波器截止頻率以及系統(tǒng)端接方面具有易用性。對于半導體廠商來說，僅僅是定義這些極為復雜的內(nèi)容并為客戶提供樣片、評估板以及數(shù)據(jù)手冊是不夠的，還需要能輕松地實現(xiàn)對這些產(chǎn)品進行評估的軟件工具。所有這些都表明，半導體廠商與系統(tǒng)設計師之間的距離正在不斷拉近。

在美國，估計每年需要做6200萬次CT掃描。CT掃描成像設備將專用的X光設備與復雜的計算機相結(jié)合，產(chǎn)生人體的2維和3維圖像，來診斷包括癌癥在內(nèi)的各種病癥。CT掃描儀能夠以更快的速度提供更精細的圖像，病人承受的X射線劑量也較少。

目前或者下一代的CT掃描儀都要求大幅增加通道數(shù)量，然而無論是系統(tǒng)的體積還是成本都不能與通道數(shù)量同比率增加。系統(tǒng)中最復雜的部分，即模擬前端，是保證系統(tǒng)性能的關鍵。于是，為實現(xiàn)更多的通道數(shù)，半導體設計師必須尋找途徑來集成更多的功能，同時還要降低功耗和成本。

在CT領域，半導體設計師與系統(tǒng)設計師的合作絕對非常關鍵的。在過去的幾年里，CT的開發(fā)已經(jīng)取得了大量創(chuàng)新和巨大的進展，但在未來的幾年里仍需要更多的創(chuàng)新和發(fā)展。例如，ADI公司為醫(yī)療成像最新推出一款芯片—ADAS1128，能夠支持高層數(shù)的CT系統(tǒng)，以極高的精度和分辨率實時捕獲像跳動的心臟這樣的運動圖像。該芯片提供128個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，幫助診斷系統(tǒng)設計師開發(fā)能夠生成人體骨骼和內(nèi)部器官的清晰圖像的CT掃描儀，同時，相對于舊式的機器，還減小了接觸輻射的劑量，這在心臟病學、神經(jīng)病學以及血管造影這些關鍵領域中是極為寶貴的。另一方面，我們提供更高集成度的方案。今年4月我們針對CW（連續(xù)波）和PW（脈沖波）多普勒超聲推出了第三代八通道超聲接收器——AD9276和AD9277，是業(yè)內(nèi)首個在單個芯片中集成了CW多普勒信號處理的增益、濾波、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和解調(diào)功能的芯片，以滿足從日常產(chǎn)前保健到高級心臟成像等越來越復雜的診斷要求。與此同時，針對亞洲市場的需求，我們在中國的工程師協(xié)調(diào)設計了心電圖（ECG）、運動監(jiān)護等方案，滿足市場的需求。

醫(yī)療儀器

這部分的醫(yī)療設備包括血液分析儀、血壓計、輸液泵、透析機以及大量各種其他體外用功能設備。

除了非常成熟的檢查系統(tǒng)外，采用前沿半導體技術的一個實例就是在血壓計中采用三軸加速度計技術。最常見的血壓檢查方法通常得到的血壓數(shù)據(jù)都不準確，因為手臂與心臟沒有處于相同的平面上。而采用三軸加速度計(與當前計算機游戲中所用相同)能夠測量出手臂的傾斜，從而有助于獲得精確的血壓讀數(shù)。

診斷時所用的血液分析的常見方法是檢查其DNA特性。當存在病毒時，血液的DNA特性通常會改變，使得血樣的阻抗呈現(xiàn)復數(shù)形式。通過將病毒血樣對應到這些阻抗特性，醫(yī)療專家就能識別并檢測出血液中的病毒。這就要求系統(tǒng)設計師將頻譜分析儀設計到手持式儀器里，顯然這無法利用現(xiàn)有的分立元件來實現(xiàn)。因此，他們必須與半導體企業(yè)一道，探索是否能夠?qū)⒃摴δ芗傻絾涡酒?，就像目前已有最新的阻抗計模擬前端芯片?！　?/p>

半導體公司通常會去實現(xiàn)那些高性能系統(tǒng)所需的技術及產(chǎn)品，真正的關鍵是在保持極具競爭性的系統(tǒng)功耗預算和尺寸面積要求的同時，獲得所要求的性能，還要能夠?qū)⑵渌母邇r值功能集成到同一塊半導體芯片上，以提供最大的優(yōu)勢，這也正是半導體公司不斷努力掌握的應用知識。在這方面，我們的客戶就是我們的老師，半導體廠商、系統(tǒng)制造商以及最重要一方—病人，都能從主要技術擁有者之間的有效交流中獲益。

針對疾病控制、衛(wèi)生與健康以及給藥而設計最新系統(tǒng)的設計師正在以半導體為基礎，設計出能夠改善人們生活的新一代產(chǎn)品。醫(yī)療設備設計師與半導體設計師之間的交流是至關重要的，因為半導體公司對醫(yī)療設備設計師的需求了解得越多，全球需要醫(yī)療護理的人們獲益將越多。

Patrick O'Doherty是模擬、混合信號和數(shù)字信號處理集成電路的全球領先供應商ADI公司的醫(yī)療保健分部經(jīng)理。在這個崗位上，他領導了ADI公司在預防、檢測、診斷和護理各種病患的相關技術的業(yè)務開發(fā)和行銷工作。