看德州儀器醫(yī)療產(chǎn)品新星 掌握醫(yī)療電子未來發(fā)展前沿

-------記德州儀器ADS1298產(chǎn)品說明會

德州儀器于2010年3月24日推出面向 ECG 與 EEG 應用的全面集成的模擬前端 (AFE) 系列的首款產(chǎn)品，以充分滿足便攜式與高端心電圖 (ECG) 、腦電圖 (EEG)設備、患者監(jiān)護以及消費醫(yī)療應用等需求。4月1日，TI在北京國際大廈召開媒體說明會，模擬器件事業(yè)部業(yè)務拓展工程師王勝為媒體詳細講述了該款產(chǎn)品的特點及在醫(yī)療半導體上的應用。

市場機遇與需求

全球醫(yī)療保健市場正從傳統(tǒng)的醫(yī)療保健系統(tǒng)向現(xiàn)代電子醫(yī)療健康系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，隨著世界人口老齡化的出現(xiàn)，它已導致全球醫(yī)療保健支出增加。而在欠發(fā)達的國家醫(yī)療保健缺失尤為嚴重。日趨嚴重的人口老齡化造成的醫(yī)療服務需求增加，已呈現(xiàn)高壓狀態(tài)。

在世界范圍內(nèi)，日新月異的醫(yī)療電子市場連續(xù)25年增長，很有可能成為未來半導體市場的主要驅(qū)動力。在美國，美國國會眾議院剛剛通過了奧巴馬政府提議的醫(yī)療改革議案和“預算協(xié)調(diào)”議案。根據(jù)參眾兩院較終版本醫(yī)改案，美國政府今后10年將投入9400億美元，把3200萬人納入醫(yī)保體系。將覆蓋率從85%提升至95%，接近全民醫(yī)保，美國醫(yī)療保健支出占GDP的15%以上。歐洲緊隨其后，到2010年保健支出有望從20年的2萬億美元增長到31萬億美元。而在印度這樣的發(fā)展中國家，也計劃將公共保健支出所占GDP的比例，由過去的1%提高到了3%。

而在我國，從2008年中國國際醫(yī)療電子技術大會了解到，隨著中國GDP規(guī)模的逐年增長，中國的醫(yī)療保健支出所占GDP的比例由1995年的3.7%提高到了2007年的5.6%。2008年33%的醫(yī)療半導體收入來自消費類醫(yī)療設備，用于個人醫(yī)療電子設備的投資有望以10%以上的速度增長。

ECG與EEG的市場概述

隨著醫(yī)療保健市場的發(fā)展，醫(yī)療設備對便攜式的要求越來越高，越來越多的 ECG 產(chǎn)品要求具備更多的功能和更低的功耗，例如通過便攜式媒體存儲電子病歷、無線/有線傳輸?shù)�。而對于高�?A >心電圖 (ECG) 和腦電圖 (EEG)設備來說，由于以前高功耗的大型設計方案限制了 ECG 與 EEG 設備的便攜性。

ECG與EEG設備對模擬信號的需求也是相對比較苛刻的，心電信號是很微弱的，如果它傳到體表，通過體表采集，這個信號就更加微弱了。而且我們還會有各種動作，身體除了心臟還有其它器官，身體會有經(jīng)典值、極化電壓、外界干擾等等，在采集信號時都會被認為是干擾，大的直流偏移和多種干擾信號的出現(xiàn)會導致 ECG 信號的測量面臨挑戰(zhàn)。

由于信號的微弱，ECG設備的功耗級別又是納瓦級的，因此對芯片級的噪聲要求越來越嚴格，功耗反而越來越放寬。這是可以理解的，植入式設備在體內(nèi)要供電的，所以對功耗要求很高很高。但醫(yī)院的大型設備是有電源的，所以對功耗要求低一些。

ADS1298特性

TI所推出的ADS1298產(chǎn)品，由于其低功耗與高集成度的特性，可開發(fā)出低成本的緊湊型便攜式設備，幾乎可以應用于所有醫(yī)療設備中，例如：消費類醫(yī)療設備、醫(yī)療器械、醫(yī)療成像設備以及診斷、病人監(jiān)控與治療設備。

而在心電和腦電設備上，功能實現(xiàn)上較重要的部分就是芯片層面或者板級層面的模擬前端。王勝介紹說“采集類的系統(tǒng)，不管醫(yī)療還是其它的要求都非常嚴，只要采集情況非常好，ADC和數(shù)字域的處理就會相對簡單一些�！盩I推出的ADS1298就可以滿足這些要求。心電圖基本上是多點測量，如果只測身體某一點的電勢，基本分析不出整個心臟的活動規(guī)律，而ADS1298正是一款多通道系統(tǒng)。8通道、24bit的ADS1298具有便攜性、緊湊性和經(jīng)濟性的特點，并能夠以高精度實現(xiàn)ECG和EEG的測量功能。

如上圖所示，ADC不僅有模擬前端還有模擬調(diào)節(jié)電路，ADC絕大部分情況下就是放大器，做信號的調(diào)理，這是較基本的功能模塊。ADS1298也是一樣的，它是8通道可編程增益放大器，放大倍數(shù)是3、4、6、8、12倍。除此以外，王勝還強調(diào)ADS1298還有很多其它的功能模塊在里面，這些功能模塊專門針對EEG、ECG設備特定要求里增加的功能，比如說人體會產(chǎn)生很多干擾信號，就會有些針對這些不同信號外加一個類似共模的偏置電壓，例如一個右腿驅(qū)動放大器。

這款ADS1298集成性非常強，除了8個低噪聲可編程增益放大器和右腿驅(qū)動放大器以外，還集成了8 個低噪聲ΔΣ轉(zhuǎn)換器、電極檢測、Wilson C 終端、測試信號、振蕩器、溫度傳感器和電壓參考，在功能上，它基本上能把典型的ECG、EEG所需的前端模擬電路所有功能集于一身。

如此多功能的的組件被集成在一個非常小的設計板面，正是因為它把這些東西集于一身的同時就實現(xiàn)了小體積的設計目標，正好滿足了醫(yī)療設備對便攜性的需求。目前來看放大器、振蕩器等這些都可以用分離器件來做，但這樣很難控制它的精度和功耗，更難控制把所有的分離器件集成在很小的范圍之內(nèi)。但是TI的芯片做到了，你不用特別關心分離電路如何實現(xiàn)，對用戶來說，所需要的功能都在里面，性能也能夠保證。典型的應用目標，器件數(shù)量可以降低95%。

而對于功耗來說，由于現(xiàn)在對低功耗的要求越來越高，所以TI的產(chǎn)品在功耗上也進行了研究與探索。TI的產(chǎn)品基本可以降低95%左右，因為TI的通道典型功耗是0.75mW，一般來講的產(chǎn)品是100、200mW的功耗，所以TI降低功耗是非常明顯的。

對于降低的這95%，比較的依據(jù)，王勝也特意給出了說明，“首先，統(tǒng)計不是百分之百嚴格；第二，我們通過不同區(qū)域的客戶，包括中國、歐美典型設計總結(jié)出來的。這些設計有基于TI的，當然不完全基于TI的，也有基于其它廠商功能器件，也可能是其它廠商集成在一起的，綜合這些信息，典型數(shù)量有一個范圍，尺寸空間有一個范圍，功耗有一個范圍，我們也有一個范圍，比如不同增益數(shù)，也有一個系統(tǒng)穩(wěn)定情況下的一個綜合數(shù)目。所以，我們很負責任，很保守給了這個數(shù)字�！�

ADS1298這款產(chǎn)品功能集成了，功耗降低了，體積又小了，那很多人都會疑問，這樣好的東西，肯定也會很貴吧。王勝解釋到“在成本上，同樣功能的實現(xiàn)，客戶需要花的錢是30—50美金，而我們可以降低接近一半左右。為什么呢？第一，它設計簡單了；第二，它的精度提高了；第三，客戶付出的成本代價降低了。而在可靠性方面，大家都非常熟悉TI，TI有技術層面的優(yōu)勢，工藝層面的優(yōu)勢，實際上這些功能模塊都是我們非常熟悉的，我們只管放在一起，實現(xiàn)了具體目標的應用，同時某些電路設計上的特點，把整體功耗降低，而不是各個部件簡單累加，所以，可靠性沒有問題�！�

未來的發(fā)展

ADS1298只是這系列產(chǎn)品的首款，TI不會只負載這一款產(chǎn)品，TI還會有4通道的和6通道的，這是24bit。同時TI還會推出兼容16bit的，所以這是一系列的產(chǎn)品�？蛻翎槍Σ煌�系列目標和標準進行不同的選擇，而這款專門針對ECG、EEG的模擬前端，可以給客戶節(jié)省大量的設計時間和設計成本。

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