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过去一年多以来，全球饱受新冠疫情之累，相关诊疗配套和个人健康护理意识的高涨，推动了家庭健康医疗和设备市场需求的增长。除了资本市场的热捧——目前A股医疗相关行业基金的收益率保持在2位数上下——一些原本已经显现的趋势今年将以更快的速度发展，包括数字化、智能化、可移动性等，这些既有赖于医疗电子技术的进步，同时也推动了医疗电子技术的发展。
一些市场研究机构的数据显示出医疗电子和技术进步正在相互作用，为这一行业带来多元化的增长预期。例如IDTechEx的多个报告显示，全球可穿戴医疗设备中的电子皮肤贴片在2021年的市场营收将超过100亿美元，预计到2031年，这一数字将超过300亿美元；医疗压电传感系统市场到2029年预计将达到10.4亿美元。而在药物研究的投资中，过去3年里，利用机器学习和深度学习算法来改进药物发现过程的AI的应用筹集到80%以上的资金，在新冠疫情高峰期的2020年，相关投资超过了2018年和2019年的总和。此外，全球基于AI图像的医疗诊断技术到2030年的市场规模将超过30亿美元，同期，医疗柔性电子产品的市场规模将超过83亿美元。
在本期与非网<家庭健康医疗电子>专题中，我们将和来自Melexis、ADI、艾迈斯欧司朗、安森美、德州仪器（TI）的专家们一起来梳理和分析这一市场的热点和趋势，并通过这些公司最具代表的相关产品来了解应用需求对技术的驱动。
市场热点和趋势
家庭健康医疗市场的迅速增长，新冠疫情是一个推手。新冠疫情对人们看待健康医疗的方式产生了持久和不可逆转的影响，Melexis温度传感器市场经理Joris Roels认为，传统系统的诸多弱点已经暴露出来。人们将比以往任何时候都更在意空气质量。预防性和前瞻性的医疗保健将有利于反应性治疗。早期诊断(感染和其他医疗问题)是关键。通过可穿戴设备进行持续的健康监测很可能会改变游戏规则，并能在家中进行早期诊断。
新冠疫情暴露了医疗健康系统的脆弱性，ADI医疗、消费与新兴业务总监赵延辉认为，如何让普通人能负担并容易获得医疗资源、保持健康生活，将成为全球医疗健康行业新的重心和需求所在。信息技术能够帮助医疗系统将重心从治疗转向预防，从院内转向家庭，随时监测和传输临床级数据成为可能，让医生无论在哪里都可以掌握这些数据，而无需患者住院。
与此同时，随着我国老龄化社会的发展，从院内临床设备发展而来的远程监护（RPM）服务的需求随着对老龄化人群和慢病人群进行家居健康管理的需求发展变得越来越强烈，开始向院外扩展，院外监护市场是一个新兴的市场。而随着技术的进步，家庭健康医疗产品也是从有创、有感、单点测量朝着无创、无感和连续测量的方向发展。
相关调研数据已反映出家庭健康医疗市场的巨大潜力——中国家用医疗设备增速超过整体医疗设备，且占比逐年增高，市场规模从2015年的480亿元，发展至2019年的1189亿元，年均复合增长率为18.6%。据预测，到2021年中国家用医疗器械市场规模将达到1560亿元。艾迈斯欧司朗现场应用工程师李铭豪认为，目前的家庭医疗市场的需求热点主要集中在以下几个方面：
智能化：家用医疗器械产品将逐步具备数据传输、数据储存及数据分析功能，并将监测数据上传至健康云平台。
多功能化：赋予一个家用医疗器械产品多种功能，比如一个设备可以完成测量心率、血压、血氧等多项功能。另外，产品的多功能，还可以节约用户的购买成本。
可穿戴：可穿戴主要是指进行长时间的动态健康数据监测，以提供更全面的健康数据信息，提高诊疗水平。同时，在长时间的数据监测中，一旦发现异常的数据信息便可发出预警。
远程医疗：远程医疗是建立在智能化的家用医疗器械产品的基础上，个人健康数据传送至健康云平台后，健康云平台再将数据传送至相应的医院或医生，由医生出具初步的诊断或直接在线交流回答患者的紧急咨询，从而达到远程医疗目的。
安森美半导体医疗分部应用工程师田世帅认为，随着老龄化趋势，后疫情时代，以及消费观念升级，家庭健康及护理产品消费的增长，都在促使家庭医疗器械行业快速发展。特别是近年来，由于技术方面的突破，很多产品在便携式，智能化，精细化方面大力提升，如电子体温计，电子血压计，非处方(OTC) 助听器/辅听器，骨传导辅听器，家用连续性血糖仪等市场都有很大的增长。
除了市场规模的增长，家庭健康医疗的一个发展趋势是多元化。TI医疗部门总经理Ajinder Singh认为，针对不同的群体开发专门的健康监测设备，理疗康复器械等正在逐渐普及和蓬勃发展，例如家用呼吸机、制氧机在睡眠呼吸暂停治疗中的应用。而通过医疗级家用设备，家用监护仪，高精度血氧仪，连续心电监测的穿戴设备，以及带有无线连接的无创血糖连续监测，和各种加上无线功能的传统家用医疗设备，可以共同构建起个人健康数据中心。
关键技术和升级
后疫情市场推动了需求，而包括数字、模拟和传感在内的关键技术进步也在推进家庭健康医疗设备的发展。Joris Roels举例，实现家庭医疗保健系统需要可测量生命体征的可穿戴设备，其普遍传感系统是PPG(光体积描记法)和温度。小型化和低功耗是关键。
“特别是对于红外温度传感器芯片，小型化需要更复杂的策略。传感器越小，在热动态环境中越容易变得不稳定。”Roels说，“这种传感器的每一个小尺寸都需要仔细的热工程，特别注意有害的热梯度。自热需要通过仔细的CMOS设计来限制，避免不必要的功耗。”
实现家庭医疗保健相当于实现院外监护，赵延辉强调，这需要将院内监护的精准度“复制”到院外。这使得原本的院外偏消费电子的智能可穿戴产品开始具备更多的健康体征信号的监测功能（如：血氧监测、心电心率监测、睡眠监测等），并具有或接近临床精准度的医疗健康监测功能。
“10年前，生命体征监测（VSM）主要应用于医院以及救护车和直升机等专业救助设备，最大的市场是床边监视器和重症监护病房的监视器，这些高端系统支持多导联ECG测量、氧饱和度、体温和二氧化碳以及其他若干参数测量。”赵延辉说，“现在，VSM正逐渐融入我们的日常生活，可穿戴式VSM系统使医生能够远程监控病人。”
赵延辉认为，家庭健康医疗系统的升级和演进离不开软件上人工智能和大数据的助力，以及硬件上各种传感器和模拟前端的精度提升。以呼之欲出的连续血压监测为例，其精度标准是院内有创的监测。但通过比对院内的有创连续血压监测和光电容积脉搏波（PPG）发现，两者的波形相似度极高。基于此，通过人工智能算法和大数据的助力，可以将二者的关系有机的联系到一起，用无创的光电容积脉搏波来反推个体的连续血压变化。不过，仅是软件的进步还不够，如果硬件PPG的精度不够，就无法捕捉到完整的波形信息进行算法比对。例如连续血压监测中的降中峡信息，以及针对不同肤色和毛发情况下的信号幅度等。所以，ADI在设计相应芯片时，都会充分考虑这些因素。
田世帅认为，便携性，智能化，人性化是推动家庭医疗升级的关键技术。以连续性血糖仪CGM为例，糖尿病人群或患者在做血糖检测时候，不再需要每次都扎破手指采集血样，而是可以直接佩戴便携性的连续性血糖仪在腹部和手臂上，实现每天24小时不停的监控血糖数值。再比如，随着关注听力健康人群的逐步增加，很多传统的助听器验配方法需要患者亲自到验配门店去验配，流程繁琐，满足不了人们的日常需要。更多人群希望能够实现在家就能够做听力检测和实现助听器的验配。
高精度、便携性已经是家庭健康医疗设备的发展方向。李铭豪认为，诊疗功能可以通过医疗级别的认证来得到保证，精度的提高有赖于医疗相关的传感器和半导体元器件的高精度设计，例如内置的ADC的bit数，信号调理电路的整体设计等。而在减少设备的体积提高便携性上，主要是两个方向的考量：第一个是新技术的替代。例如超声设备，传统的换能器transducer要实现超声设备的便携，牺牲的精度又允许通过医疗认证，目前业内在研究PMUT（压电式MEMS超声波换能器）或者CMUT（电容式MEMS超声波换能器）的技术和商用可行性。第二个就是现有技术的器件集成，例如把光电二极管PD和信号调理，数模转换集成为模拟前端器件，提高性能的同时降低成本，实现更小的设备体积。
关键应用驱动的典型产品
通过对市场的热点、趋势，以及相关关键技术和升级方向的讨论，我们可以看到，高精度、小型化、智能化和便携性是家庭健康医疗设备驱动数模和传感技术的应用方向。现在我们把参加本期专题的5家企业的典型产品进行梳理，看看这些产品是如何满足这些应用特性的。
Melexis的MLX90362
这是一款业界最小的医用红外温度传感器。非接触式温度计克服了接触式温度计所遇到的典型问题——即无法保证与被测物体的热接触时，其精度较差。MLX90362具有高精度、小尺寸(3x3x1 mm)和热稳定性(非接触解决方案的典型弱点)的组合特性。该颗料的详细信息可参考《可消除非接触式温度测量中热扰动的智能解决方案》。
ADI的可穿戴健康监测方案
该方案结合了嵌入式传感器、处理能力和无线通信能力，打破了院内临床医疗设备和院外可穿戴设备的界限，加速了可穿戴医疗和远程医疗技术的进步。
VSM信号调理技术是下一代家庭健康可穿戴设备中数字医疗保健的关键技术，ADI在该领域有数十年的专业经验，结合ADI在光电、生理电势、生物阻抗、运动、体温等各类高精度、高性能、高可靠性的传感器、以及信号处理前端和集成模块的经验，使其在体征信号监测智能医疗设备和可穿戴设备方案中, 能够实现嵌入式传感器、处理能力和无线通信能力的整合。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数字化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的系统级解决方案。
ADPD4100/ADPD4101是ADI针对VSM应用推出的一种多模式传感器AFE，是可穿戴健康和健身设备中各种电气和光学传感器的理想枢纽，适用于心率和心率变异性(HRV)监测、血压估计、压力和睡眠跟踪以及SpO2测量。这种新型多参数VSM AFE的多种工作模式可以容纳医疗健康应用中的不同传感器测量，包括但不限于光电容积脉搏波描记(PPG)、心电图(ECG)、皮肤电活动(EDA)、身体成分、呼吸、温度和环境光测量。
AD8233是ADI的低功耗、单导联、心电图ECG模拟前端 (AFE)，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。
专门用于高精度阻抗测量的模拟前端AD5940和高精度、低功耗片上计量仪ADucM355可用于身体阻抗分析BIA,皮电活动EDA/GSR等，简单易用，一步到位。
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。
在运动检测的相关领域，ADI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，其超低功耗的特征满足可穿戴运动监测设备的应用，下一代更低功耗的产品也即将上市。
安森美的个人健康护理方案
针对每天24小时不停的监控血糖数值，安森美开发了模拟前端AFE以及配套的超低功耗蓝牙RSL10，可以为连续性血糖仪方案提供一站式支持。根据传感器，ADC，BLE的不同搭配，安森美半导体的连续血糖仪方案提供有离散型CGM方案，半定制CGM方案，全定制CGM方案。
针对居家听力检测和助听器的验配，安森美推出了Ezairo系列助听器平台，可以通过一站式OTC解决方案。不管是在手机端APP实现听力检测,助听器验配，还是电脑端GUI实现远程验配和控制，安森美半导体提供了各种高低端方案，比如高端的E7160,中低端的B300, RSL10，安森美半导体都提供有相应的交钥匙解决方案。
艾迈斯欧司朗的传感器和检测方案
艾迈斯欧司朗的生物传感器产品系列采用首款集成式光学传感器模块，包括心率测量、光电容积脉搏波图 (PPG) 和心电图 (ECG) 算法。该模块适用于众多终端产品，包括可穿戴设备、医疗设备、工业设备和移动设备。艾迈斯欧司朗的生物传感器可通过低噪声模拟光学前端及艾迈斯欧司朗的定制化软件和算法实现行业最高的精确度。我们凭借其在移动设备光学传感技术方面的专业知识，为 OEM 提供电子、机械及光学设计指南，帮助客户快速实现成功的应用。
在光学传感器领域，该公司推出的超薄血氧饱和度（SpO2）测量专用传感器 AS7038RB，可集成到耳塞、智能手表和腕带等可穿戴消费类产品以及贴片和血氧测量器等医疗设备中，提供血氧远程监测功能。
针对当前全球新冠肺炎疫情监控现况，艾迈斯欧司朗推出了数字化侧向层析检测(LFT)方案，覆盖抗原检测和抗体检测，可以快速、灵敏、高效、经济的方式进行大批量检测，在较大范围的COVID-19感染期内均可快速提供可信的检测结果。该方案整合了ams高精度多通道光谱传感器AS7341L、光学结构件和LED，以实现最高精度。AS7341L在可见范围内的8光谱通道，可实现高精度混合多颜色同时测量，全光域通道支持初始化后的自检测功能。目前，艾迈斯欧司朗已经携手多家合作伙伴基于此开发了多种COVID-19检测方案，具有高灵敏度、特异性、云连接和可提供定量结果等特性，并以手持式/一次性设备的尺寸和成本实现台式实验室级别的准确度。
TI的监测系统方案
低功耗、小型化（新的小型封装技术）、无线传感（如蓝牙低能耗BLE) 、Wi-Fi、低于1 GHz等不同技术）等是TI在家庭健康医疗系统方案中的主要技术。包括在便携可穿戴设备、高精度心电血氧测量系统中的小型化低功耗模拟前端（AFE），可对人体状态、活动及运动特征进行检测（如是否有人跌倒）的毫米波雷达传感器，结合C2000系列微控制器，可精确控制呼吸机柔顺呼吸的简单易用的高精度马达控制，以及高效率、低静态电流、小体积的可保证长电池续航时间的电源管理芯片。
结语
2万亿美元，这是2020年全球医疗保健行业的收入。而近十年来，中国的医疗器械产业总体上一直呈现出高速增长的态势。2018年中国医疗器械市场规模约为5304亿元，同比增长19.86%，到了2019年，该市场规模增加到近6259亿元。随着医疗电子设备的国产化进程加速推进，以及智慧医疗、移动医疗等新兴技术应用的落地，加上“健康中国”的国家战略化，国家对全社会医疗服务体系的重视不断加强，预计未来几年，中国的医疗电子市场将持续平稳增长。可以预见，作为其中增长最快的领域，家庭健康医疗将在创新化发展周期中迎来新一轮的机遇。
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