隨著醫(yī)療設備走入家庭,醫(yī)療電子也開始有了轉變,便宜、小型化的個人醫(yī)療設備正改變醫(yī)療電子產業(yè)。根據(jù)Gartner研究指出,可攜式醫(yī)療設備如血糖計、血壓計、心率監(jiān)測器等,是醫(yī)療設備市場當中成長最快的部分。而這些消費型可攜式醫(yī)療設備除了對于價格極為敏感之外,在可靠性、準確性、低功耗、小尺寸、穩(wěn)定電壓等要求更為嚴格。
為了提供更低價格、更高需求的設備,醫(yī)療設備開發(fā)商必須在系統(tǒng)設計上降低成本,大多會選擇高整合度、且快速精準運算能力的微控制器。NXP技術行銷經理劉俊宏指出,微控制器已廣泛運用于醫(yī)療電子設備市場,尤其32位元ARM微控制器的TFT-LCD介面適合于醫(yī)用監(jiān)護設備中的LCD顯示應用,且可支援浮點運算,其低功耗更適合可攜式醫(yī)療產品應用。
此外,隨著可攜式醫(yī)療設備的功能日益復雜,越來越多的嵌入式控制應用如濾波、插值、降噪、頻譜、解調等需要訊號處理,8或16位元微控制器通常需要消耗很多運算資源來處理這些工作。相較之下,ARM的32位元Cortex M0、M0+或M4以更強的運算能力來實現(xiàn)更多功能,且內置浮點運算的強大微控制器開始出現(xiàn)。而盡管強調高效能,低功耗對于可攜式設備也相當重要,Cortex M0、M0+的技術有益于醫(yī)療設備達到更低功耗的需求。
在同樣的任務中,M0、M0+可以達到更低能耗。劉俊宏解釋,Cortex M0與M0+和8/16位元的性能相當,使其運作能夠顯著減少,動態(tài)功耗則與16位元處理器當;并且,可以透過喚醒中斷控制器輕鬆整合電源管理單元。同時,32位元微控制器對于可攜式醫(yī)療設備的其他功能如即時時脈、電機控制、SD/MMC Card interface等也都能夠支援,因此劉俊宏指出,已有越來越多的醫(yī)療設備開發(fā)商選擇更高效能的ARM 32位元Cortex M0、M0+或M4來設計產品。
為什么說MCU是移動醫(yī)療的關鍵
隨著行動裝置的快速普及,近幾年行動醫(yī)療成為熱門話題,市場成長迅速,也引發(fā)了不少新的商業(yè)模式。根據(jù)美通社一份市場調查報告指出,行動醫(yī)療市場在2018年將達到234.9億美元的規(guī)模,2013至2018年期間復合年增長率達到30.5%。
醫(yī)療電子從功能導向已逐漸朝向應用導向發(fā)展,而微型化、差異化及可攜式是發(fā)展的趨勢。
此外,據(jù)BCC Research預測,全球家用醫(yī)療設備規(guī)模將從2011年190億美金成長到2016年262億美金,其中輔助復健設備、監(jiān)控裝置等都會是成長的主要動力,可攜式醫(yī)療設備也將會有大幅度的成長。經濟部技術處科技專家賴建勛表示:「整個醫(yī)療趨勢正在轉變,未來會賣、會賺錢的都是微小化的醫(yī)療設備。」
當醫(yī)療設備走入家庭,醫(yī)療電子也有了不一樣的發(fā)展趨勢。有別于傳統(tǒng)醫(yī)療設備大型、移動性低,發(fā)揮空間有限,居家型醫(yī)療走向小型化、微型化發(fā)展,在加入無線通訊技術后,更增加其應用的多元化。NXP技術行銷經理劉俊宏表示,醫(yī)療電子從功能導向已逐漸朝向應用導向發(fā)展,而微型化、差異化及可攜式是發(fā)展的趨勢。
盡管這些居家型、可攜式醫(yī)療設備相較于醫(yī)院中的臨床設備門檻較低,但其設計需求和傳統(tǒng)醫(yī)療設備大不相同。劉俊宏表示,高整合度、快速精準的運算能力、持久的電池續(xù)航力、安全穩(wěn)定的電源供應、便攜、小尺寸、無線連結等特性,對于傳統(tǒng)醫(yī)療設來來說不是必要條件,在可攜式醫(yī)療設備中卻是極為重要的設計需求。
其中,尤其以低功耗對可攜式醫(yī)療設備來說極為重要。然而,當這些設備必須具備高效能的運算能力、且又多了無線傳輸?shù)冉槊?,還必須保持低功耗的特性,是廠商在設計產品經常會遇到的兩難。除了醫(yī)療市場之外,在運動監(jiān)控市場中,越來越多設備也有低功耗的需求。劉俊宏表示,以MCU的設計角度來看,針對這樣的設計挑戰(zhàn),ARM所推出的Cortex M0及M8都能夠滿足高效能、低功耗需求,且軟體設計簡單。
事實上,MCU已經廣泛應用于醫(yī)療電子設備市場,從高階的病患監(jiān)護儀、醫(yī)用影像系統(tǒng)等,到低階市場的血壓計、血糖計、心率監(jiān)測器等都可看到,超低功耗則適合可攜式醫(yī)療設備的應用,而32 bit MCU更已經被大多廠商接受。劉俊宏指出,相較于8bit或16 bitMCU操作設計上,32 bit效能明顯較高,可以更快速的執(zhí)行完任務,進入省電模式。而為了達到更省電的效果,NXP也提供了Cortex M4及M0高低階整合的雙核心MCU,藉由兩者的互相搭配,來達到更低功耗的設計。