后疫情時代家庭健康醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)分析

過去一年多以來，全球飽受新冠疫情之累，相關(guān)診療配套和個人健康護理意識的高漲，推動了家庭健康醫(yī)療和設(shè)備市場需求的增長。除了資本市場的熱捧——目前A股醫(yī)療相關(guān)行業(yè)基金的收益率保持在2位數(shù)上下——一些原本已經(jīng)顯現(xiàn)的趨勢今年將以更快的速度發(fā)展，包括數(shù)字化、智能化、可移動性等，這些既有賴于醫(yī)療電子技術(shù)的進步，同時也推動了醫(yī)療電子技術(shù)的發(fā)展。

一些市場研究機構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示出醫(yī)療電子和技術(shù)進步正在相互作用，為這一行業(yè)帶來多元化的增長預(yù)期。例如IDTechEx的多個報告顯示，全球可穿戴醫(yī)療設(shè)備中的電子皮膚貼片在2021年的市場營收將超過100億美元，預(yù)計到2031年，這一數(shù)字將超過300億美元；醫(yī)療壓電傳感系統(tǒng)市場到2029年預(yù)計將達到10.4億美元。而在藥物研究的投資中，過去3年里，利用機器學習和深度學習算法來改進藥物發(fā)現(xiàn)過程的AI的應(yīng)用籌集到80%以上的資金，在新冠疫情高峰期的2020年，相關(guān)投資超過了2018年和2019年的總和。此外，全球基于AI圖像的醫(yī)療診斷技術(shù)到2030年的市場規(guī)模將超過30億美元，同期，醫(yī)療柔性電子產(chǎn)品的市場規(guī)模將超過83億美元。

在本期與非網(wǎng)<家庭健康醫(yī)療電子>專題中，我們將和來自Melexis、ADI、艾邁斯歐司朗、安森美、德州儀器（TI）的專家們一起來梳理和分析這一市場的熱點和趨勢，并通過這些公司最具代表的相關(guān)產(chǎn)品來了解應(yīng)用需求對技術(shù)的驅(qū)動。

市場熱點和趨勢

家庭健康醫(yī)療市場的迅速增長，新冠疫情是一個推手。新冠疫情對人們看待健康醫(yī)療的方式產(chǎn)生了持久和不可逆轉(zhuǎn)的影響，Melexis溫度傳感器市場經(jīng)理Joris Roels認為，傳統(tǒng)系統(tǒng)的諸多弱點已經(jīng)暴露出來。人們將比以往任何時候都更在意空氣質(zhì)量。預(yù)防性和前瞻性的醫(yī)療保健將有利于反應(yīng)性治療。早期診斷(感染和其他醫(yī)療問題)是關(guān)鍵。通過可穿戴設(shè)備進行持續(xù)的健康監(jiān)測很可能會改變游戲規(guī)則，并能在家中進行早期診斷。

新冠疫情暴露了醫(yī)療健康系統(tǒng)的脆弱性，ADI醫(yī)療、消費與新興業(yè)務(wù)總監(jiān)趙延輝認為，如何讓普通人能負擔并容易獲得醫(yī)療資源、保持健康生活，將成為全球醫(yī)療健康行業(yè)新的重心和需求所在。信息技術(shù)能夠幫助醫(yī)療系統(tǒng)將重心從治療轉(zhuǎn)向預(yù)防，從院內(nèi)轉(zhuǎn)向家庭，隨時監(jiān)測和傳輸臨床級數(shù)據(jù)成為可能，讓醫(yī)生無論在哪里都可以掌握這些數(shù)據(jù)，而無需患者住院。

與此同時，隨著我國老齡化社會的發(fā)展，從院內(nèi)臨床設(shè)備發(fā)展而來的遠程監(jiān)護（RPM）服務(wù)的需求隨著對老齡化人群和慢病人群進行家居健康管理的需求發(fā)展變得越來越強烈，開始向院外擴展，院外監(jiān)護市場是一個新興的市場。而隨著技術(shù)的進步，家庭健康醫(yī)療產(chǎn)品也是從有創(chuàng)、有感、單點測量朝著無創(chuàng)、無感和連續(xù)測量的方向發(fā)展。

相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)已反映出家庭健康醫(yī)療市場的巨大潛力——中國家用醫(yī)療設(shè)備增速超過整體醫(yī)療設(shè)備，且占比逐年增高，市場規(guī)模從2015年的480億元，發(fā)展至2019年的1189億元，年均復(fù)合增長率為18.6%。據(jù)預(yù)測，到2021年中國家用醫(yī)療器械市場規(guī)模將達到1560億元。艾邁斯歐司朗現(xiàn)場應(yīng)用工程師李銘豪認為，目前的家庭醫(yī)療市場的需求熱點主要集中在以下幾個方面：

智能化：家用醫(yī)療器械產(chǎn)品將逐步具備數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)儲存及數(shù)據(jù)分析功能，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至健康云平臺。

多功能化：賦予一個家用醫(yī)療器械產(chǎn)品多種功能，比如一個設(shè)備可以完成測量心率、血壓、血氧等多項功能。另外，產(chǎn)品的多功能，還可以節(jié)約用戶的購買成本。
可穿戴：可穿戴主要是指進行長時間的動態(tài)健康數(shù)據(jù)監(jiān)測，以提供更全面的健康數(shù)據(jù)信息，提高診療水平。同時，在長時間的數(shù)據(jù)監(jiān)測中，一旦發(fā)現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)信息便可發(fā)出預(yù)警。

遠程醫(yī)療：遠程醫(yī)療是建立在智能化的家用醫(yī)療器械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，個人健康數(shù)據(jù)傳送至健康云平臺后，健康云平臺再將數(shù)據(jù)傳送至相應(yīng)的醫(yī)院或醫(yī)生，由醫(yī)生出具初步的診斷或直接在線交流回答患者的緊急咨詢，從而達到遠程醫(yī)療目的。

安森美半導(dǎo)體醫(yī)療分部應(yīng)用工程師田世帥認為，隨著老齡化趨勢，后疫情時代，以及消費觀念升級，家庭健康及護理產(chǎn)品消費的增長，都在促使家庭醫(yī)療器械行業(yè)快速發(fā)展。特別是近年來，由于技術(shù)方面的突破，很多產(chǎn)品在便攜式，智能化，精細化方面大力提升，如電子體溫計，電子血壓計，非處方(OTC) 助聽器/輔聽器，骨傳導(dǎo)輔聽器，家用連續(xù)性血糖儀等市場都有很大的增長。

除了市場規(guī)模的增長，家庭健康醫(yī)療的一個發(fā)展趨勢是多元化。TI醫(yī)療部門總經(jīng)理Ajinder Singh認為，針對不同的群體開發(fā)專門的健康監(jiān)測設(shè)備，理療康復(fù)器械等正在逐漸普及和蓬勃發(fā)展，例如家用呼吸機、制氧機在睡眠呼吸暫停治療中的應(yīng)用。而通過醫(yī)療級家用設(shè)備，家用監(jiān)護儀，高精度血氧儀，連續(xù)心電監(jiān)測的穿戴設(shè)備，以及帶有無線連接的無創(chuàng)血糖連續(xù)監(jiān)測，和各種加上無線功能的傳統(tǒng)家用醫(yī)療設(shè)備，可以共同構(gòu)建起個人健康數(shù)據(jù)中心。

關(guān)鍵技術(shù)和升級

后疫情市場推動了需求，而包括數(shù)字、模擬和傳感在內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)進步也在推進家庭健康醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展。Joris Roels舉例，實現(xiàn)家庭醫(yī)療保健系統(tǒng)需要可測量生命體征的可穿戴設(shè)備，其普遍傳感系統(tǒng)是PPG(光體積描記法)和溫度。小型化和低功耗是關(guān)鍵。

“特別是對于紅外溫度傳感器芯片，小型化需要更復(fù)雜的策略。傳感器越小，在熱動態(tài)環(huán)境中越容易變得不穩(wěn)定。”Roels說，“這種傳感器的每一個小尺寸都需要仔細的熱工程，特別注意有害的熱梯度。自熱需要通過仔細的CMOS設(shè)計來限制，避免不必要的功耗。”

實現(xiàn)家庭醫(yī)療保健相當于實現(xiàn)院外監(jiān)護，趙延輝強調(diào)，這需要將院內(nèi)監(jiān)護的精準度“復(fù)制”到院外。這使得原本的院外偏消費電子的智能可穿戴產(chǎn)品開始具備更多的健康體征信號的監(jiān)測功能（如：血氧監(jiān)測、心電心率監(jiān)測、睡眠監(jiān)測等），并具有或接近臨床精準度的醫(yī)療健康監(jiān)測功能。

“10年前，生命體征監(jiān)測（VSM）主要應(yīng)用于醫(yī)院以及救護車和直升機等專業(yè)救助設(shè)備，最大的市場是床邊監(jiān)視器和重癥監(jiān)護病房的監(jiān)視器，這些高端系統(tǒng)支持多導(dǎo)聯(lián)ECG測量、氧飽和度、體溫和二氧化碳以及其他若干參數(shù)測量。”趙延輝說，“現(xiàn)在，VSM正逐漸融入我們的日常生活，可穿戴式VSM系統(tǒng)使醫(yī)生能夠遠程監(jiān)控病人。”

趙延輝認為，家庭健康醫(yī)療系統(tǒng)的升級和演進離不開軟件上人工智能和大數(shù)據(jù)的助力，以及硬件上各種傳感器和模擬前端的精度提升。以呼之欲出的連續(xù)血壓監(jiān)測為例，其精度標準是院內(nèi)有創(chuàng)的監(jiān)測。但通過比對院內(nèi)的有創(chuàng)連續(xù)血壓監(jiān)測和光電容積脈搏波（PPG）發(fā)現(xiàn)，兩者的波形相似度極高?；诖耍ㄟ^人工智能算法和大數(shù)據(jù)的助力，可以將二者的關(guān)系有機的聯(lián)系到一起，用無創(chuàng)的光電容積脈搏波來反推個體的連續(xù)血壓變化。不過，僅是軟件的進步還不夠，如果硬件PPG的精度不夠，就無法捕捉到完整的波形信息進行算法比對。例如連續(xù)血壓監(jiān)測中的降中峽信息，以及針對不同膚色和毛發(fā)情況下的信號幅度等。所以，ADI在設(shè)計相應(yīng)芯片時，都會充分考慮這些因素。

田世帥認為，便攜性，智能化，人性化是推動家庭醫(yī)療升級的關(guān)鍵技術(shù)。以連續(xù)性血糖儀CGM為例，糖尿病人群或患者在做血糖檢測時候，不再需要每次都扎破手指采集血樣，而是可以直接佩戴便攜性的連續(xù)性血糖儀在腹部和手臂上，實現(xiàn)每天24小時不停的監(jiān)控血糖數(shù)值。再比如，隨著關(guān)注聽力健康人群的逐步增加，很多傳統(tǒng)的助聽器驗配方法需要患者親自到驗配門店去驗配，流程繁瑣，滿足不了人們的日常需要。更多人群希望能夠?qū)崿F(xiàn)在家就能夠做聽力檢測和實現(xiàn)助聽器的驗配。

高精度、便攜性已經(jīng)是家庭健康醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展方向。李銘豪認為，診療功能可以通過醫(yī)療級別的認證來得到保證，精度的提高有賴于醫(yī)療相關(guān)的傳感器和半導(dǎo)體元器件的高精度設(shè)計，例如內(nèi)置的ADC的bit數(shù)，信號調(diào)理電路的整體設(shè)計等。而在減少設(shè)備的體積提高便攜性上，主要是兩個方向的考量：第一個是新技術(shù)的替代。例如超聲設(shè)備，傳統(tǒng)的換能器transducer要實現(xiàn)超聲設(shè)備的便攜，犧牲的精度又允許通過醫(yī)療認證，目前業(yè)內(nèi)在研究PMUT（壓電式MEMS超聲波換能器）或者CMUT（電容式MEMS超聲波換能器）的技術(shù)和商用可行性。第二個就是現(xiàn)有技術(shù)的器件集成，例如把光電二極管PD和信號調(diào)理，數(shù)模轉(zhuǎn)換集成為模擬前端器件，提高性能的同時降低成本，實現(xiàn)更小的設(shè)備體積。

關(guān)鍵應(yīng)用驅(qū)動的典型產(chǎn)品

通過對市場的熱點、趨勢，以及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和升級方向的討論，我們可以看到，高精度、小型化、智能化和便攜性是家庭健康醫(yī)療設(shè)備驅(qū)動數(shù)模和傳感技術(shù)的應(yīng)用方向?，F(xiàn)在我們把參加本期專題的5家企業(yè)的典型產(chǎn)品進行梳理，看看這些產(chǎn)品是如何滿足這些應(yīng)用特性的。

Melexis的MLX90362

這是一款業(yè)界最小的醫(yī)用紅外溫度傳感器。非接觸式溫度計克服了接觸式溫度計所遇到的典型問題——即無法保證與被測物體的熱接觸時，其精度較差。MLX90362具有高精度、小尺寸(3x3x1 mm)和熱穩(wěn)定性(非接觸解決方案的典型弱點)的組合特性。該顆料的詳細信息可參考《可消除非接觸式溫度測量中熱擾動的智能解決方案》。

ADI的可穿戴健康監(jiān)測方案

該方案結(jié)合了嵌入式傳感器、處理能力和無線通信能力，打破了院內(nèi)臨床醫(yī)療設(shè)備和院外可穿戴設(shè)備的界限，加速了可穿戴醫(yī)療和遠程醫(yī)療技術(shù)的進步。

VSM信號調(diào)理技術(shù)是下一代家庭健康可穿戴設(shè)備中數(shù)字醫(yī)療保健的關(guān)鍵技術(shù)，ADI在該領(lǐng)域有數(shù)十年的專業(yè)經(jīng)驗，結(jié)合ADI在光電、生理電勢、生物阻抗、運動、體溫等各類高精度、高性能、高可靠性的傳感器、以及信號處理前端和集成模塊的經(jīng)驗，使其在體征信號監(jiān)測智能醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備方案中, 能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式傳感器、處理能力和無線通信能力的整合。另外，ADI在電源管理，信號處理及數(shù)據(jù)通信方面突出的技術(shù)和產(chǎn)品也為現(xiàn)在和未來的數(shù)字化智能醫(yī)療設(shè)備所需的更低功耗、更小體積，遠程互聯(lián)提供了完整的系統(tǒng)級解決方案。

ADPD4100/ADPD4101是ADI針對VSM應(yīng)用推出的一種多模式傳感器AFE，是可穿戴健康和健身設(shè)備中各種電氣和光學傳感器的理想樞紐，適用于心率和心率變異性(HRV)監(jiān)測、血壓估計、壓力和睡眠跟蹤以及SpO2測量。這種新型多參數(shù)VSM AFE的多種工作模式可以容納醫(yī)療健康應(yīng)用中的不同傳感器測量，包括但不限于光電容積脈搏波描記(PPG)、心電圖(ECG)、皮膚電活動(EDA)、身體成分、呼吸、溫度和環(huán)境光測量。

AD8233是ADI的低功耗、單導(dǎo)聯(lián)、心電圖ECG模擬前端 (AFE)，專為滿足新興的健身設(shè)備、便攜式/佩戴式監(jiān)控設(shè)備和遠程健康監(jiān)護設(shè)備的ECG信號調(diào)理要求而設(shè)計。與當前很多集成解決方案中采用的拓撲結(jié)構(gòu)不同，AD8233的模擬濾波配置采用雙極高通濾波器，結(jié)合芯片內(nèi)部的儀表放大器架構(gòu)和無使用約束運算（增益）放大器，支持用戶采用多極低通濾波技術(shù)來消除線路噪聲和其他干擾，并可提供在關(guān)斷（shutdown）模式下的導(dǎo)聯(lián)脫落監(jiān)測功能。它為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了靈活性，將健身和醫(yī)療監(jiān)護的價值和性能提升到一個新的水平。

專門用于高精度阻抗測量的模擬前端AD5940和高精度、低功耗片上計量儀ADucM355可用于身體阻抗分析BIA,皮電活動EDA/GSR等，簡單易用，一步到位。

在體溫監(jiān)測方面，ADI的ADT7422數(shù)字溫度傳感器在體溫范圍內(nèi)達到0.1°C 的精度，4x4mm的極小封裝，數(shù)字溫度直接輸出。ADT5912模擬溫度傳感器能在-20°C to 90°C達到0.1°C 的精度。這些溫度傳感器在小尺寸，高精度，低功耗方面都能很好地滿足穿戴產(chǎn)品的設(shè)計。 

在運動檢測的相關(guān)領(lǐng)域，ADI的超低功耗3軸數(shù)字MEMS產(chǎn)品ADXL362在運動檢測喚醒模式下功耗僅為300nA，其超低功耗的特征滿足可穿戴運動監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用，下一代更低功耗的產(chǎn)品也即將上市。

安森美的個人健康護理方案

針對每天24小時不停的監(jiān)控血糖數(shù)值，安森美開發(fā)了模擬前端AFE以及配套的超低功耗藍牙RSL10，可以為連續(xù)性血糖儀方案提供一站式支持。根據(jù)傳感器，ADC，BLE的不同搭配，安森美半導(dǎo)體的連續(xù)血糖儀方案提供有離散型CGM方案，半定制CGM方案，全定制CGM方案。

針對居家聽力檢測和助聽器的驗配，安森美推出了Ezairo系列助聽器平臺，可以通過一站式OTC解決方案。不管是在手機端APP實現(xiàn)聽力檢測,助聽器驗配，還是電腦端GUI實現(xiàn)遠程驗配和控制，安森美半導(dǎo)體提供了各種高低端方案，比如高端的E7160,中低端的B300, RSL10，安森美半導(dǎo)體都提供有相應(yīng)的交鑰匙解決方案。

艾邁斯歐司朗的傳感器和檢測方案

艾邁斯歐司朗的生物傳感器產(chǎn)品系列采用首款集成式光學傳感器模塊，包括心率測量、光電容積脈搏波圖 (PPG) 和心電圖 (ECG) 算法。該模塊適用于眾多終端產(chǎn)品，包括可穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備和移動設(shè)備。艾邁斯歐司朗的生物傳感器可通過低噪聲模擬光學前端及艾邁斯歐司朗的定制化軟件和算法實現(xiàn)行業(yè)最高的精確度。我們憑借其在移動設(shè)備光學傳感技術(shù)方面的專業(yè)知識，為 OEM 提供電子、機械及光學設(shè)計指南，幫助客戶快速實現(xiàn)成功的應(yīng)用。

在光學傳感器領(lǐng)域，該公司推出的超薄血氧飽和度（SpO2）測量專用傳感器 AS7038RB，可集成到耳塞、智能手表和腕帶等可穿戴消費類產(chǎn)品以及貼片和血氧測量器等醫(yī)療設(shè)備中，提供血氧遠程監(jiān)測功能。

針對當前全球新冠肺炎疫情監(jiān)控現(xiàn)況，艾邁斯歐司朗推出了數(shù)字化側(cè)向?qū)游鰴z測(LFT)方案，覆蓋抗原檢測和抗體檢測，可以快速、靈敏、高效、經(jīng)濟的方式進行大批量檢測，在較大范圍的COVID-19感染期內(nèi)均可快速提供可信的檢測結(jié)果。該方案整合了ams高精度多通道光譜傳感器AS7341L、光學結(jié)構(gòu)件和LED，以實現(xiàn)最高精度。AS7341L在可見范圍內(nèi)的8光譜通道，可實現(xiàn)高精度混合多顏色同時測量，全光域通道支持初始化后的自檢測功能。目前，艾邁斯歐司朗已經(jīng)攜手多家合作伙伴基于此開發(fā)了多種COVID-19檢測方案，具有高靈敏度、特異性、云連接和可提供定量結(jié)果等特性，并以手持式/一次性設(shè)備的尺寸和成本實現(xiàn)臺式實驗室級別的準確度。

TI的監(jiān)測系統(tǒng)方案

低功耗、小型化（新的小型封裝技術(shù)）、無線傳感（如藍牙低能耗BLE) 、Wi-Fi、低于1 GHz等不同技術(shù)）等是TI在家庭健康醫(yī)療系統(tǒng)方案中的主要技術(shù)。包括在便攜可穿戴設(shè)備、高精度心電血氧測量系統(tǒng)中的小型化低功耗模擬前端（AFE），可對人體狀態(tài)、活動及運動特征進行檢測（如是否有人跌倒）的毫米波雷達傳感器，結(jié)合C2000系列微控制器，可精確控制呼吸機柔順呼吸的簡單易用的高精度馬達控制，以及高效率、低靜態(tài)電流、小體積的可保證長電池續(xù)航時間的電源管理芯片。

結(jié)語

2萬億美元，這是2020年全球醫(yī)療保健行業(yè)的收入。而近十年來，中國的醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)總體上一直呈現(xiàn)出高速增長的態(tài)勢。2018年中國醫(yī)療器械市場規(guī)模約為5304億元，同比增長19.86%，到了2019年，該市場規(guī)模增加到近6259億元。隨著醫(yī)療電子設(shè)備的國產(chǎn)化進程加速推進，以及智慧醫(yī)療、移動醫(yī)療等新興技術(shù)應(yīng)用的落地，加上“健康中國”的國家戰(zhàn)略化，國家對全社會醫(yī)療服務(wù)體系的重視不斷加強，預(yù)計未來幾年，中國的醫(yī)療電子市場將持續(xù)平穩(wěn)增長?？梢灶A(yù)見，作為其中增長最快的領(lǐng)域，家庭健康醫(yī)療將在創(chuàng)新化發(fā)展周期中迎來新一輪的機遇。