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IC性能对医疗诊断精度影响分析

迄今为止在医疗电子设备中仍然难觅中国本土芯片的身影,貌似高深莫测的医疗电子领域对芯片有哪些特殊要求?本土芯片厂商又如何才能有机会切入这一利润巨大的合肥安防监控市场呢?

  医疗电子设备主要可以分为三大类,包括医学影像类(如彩超、核磁、黑白超声、X光机等);生理特征类(如监护仪、心电仪、血压计、血糖仪等);临床检验类(如生化分析仪等)。其中医学影像诊断设备的市场规模最大,由于全球人口老龄化的加剧和人们越来越重视对慢性疾病的预防,透过超声波检查的初期诊断需求不断高涨,使得该市场规模还在持续扩大中。据市场研究机构Transparency Market Research预测,2012年全球超声诊断设备市场将达到48.178亿美元,到2017年将达到61.148亿美元,以4.9%的年均复合增长率在成长。

  在过去很长一段时间里,超声诊断设备市场被GE、西门子、飞利浦等为数不多的几家国际大厂垄断,品牌优势过度放大,致使产品价格居高不下。直到近几年,随着中国企业杀入这一市场,才将价格拉到一个较为合理的水平(市场均价大约是5年前的三分之一)。目前国内有多家超声诊断设备制造商,仅在深圳地区就云集了迈瑞、开立科技、蓝韵、理邦、恩普、威尔德、京柏等厂商,其中迈瑞生产的全数字超声诊断系统技术先进、成像质量高,占国内市场较大的份额,并且已经出口参与国际竞争。

  从市场销售情况来看,中国厂商产品出口和内销的比例大约是6:4。造成这一现象的主要原因有二:一是因为海外市场的容量更大;二是因为和中国医疗器械市场过于严苛的管理政策相比,海外市场的准入门槛更低,产品推出市场的周期更短。

  IC性能对医疗诊断精度有决定性影响

  深圳市蓝韵实业有限公司成立于1994年,合肥门禁系统专注于医疗设备的研发与制造,目前已向市场推出了数字超声、放射影像、临床检验、血液透析、呼吸麻醉、医疗IT六大系列产品,现有员工1,100余人,产值及销售额逐年按40%的速度递增。该公司副总裁孟国海表示:“超声诊断设备是所有医疗电子设备中设计最复杂的一类产品,线位控制技术水平的高低直接决定了检测精度。”

  从工作原理来说,超声诊断设备的工作过程可以分为信号采集和信号处理两大部分。其设计难点在于,当超声波在人体内传播时,其能量将被人体组织吸收,随着探测深度的增加,超声波的能量会出现大幅衰减,信号动态范围极大,增加了检测难度。为了提高设备的准确度,就需要使用TGC深度时间增益补偿电路,即用一定的电压曲线来控制放大器的增益,以使得不同深度下的超声回波能够获得不同的放大倍数,从而起到补偿作用。

  与此有关的IC包括运算放大器、单路/双路及八进制的数据转换系统ADC、数字信号处理器以及可变增益型放大器、高压模拟开关等。没有性能可靠的芯片根本就无法设计出可靠的医疗设备,而且芯片互相之间需要完全兼容,即将多款不同芯片搭配在一起也不会因兼容问题而产生系统错误。

  由于医疗电子设备IC用量少,对产品质量与稳定性的要求又极高,因此该领域的芯片供应被德州仪器、ADI、日立、美信等为数不多的国际大厂垄断,几乎看不到本土供应商的身影。德州仪器在数字方面的实力更强,可以针对具体应用如血液分析提供现成的算法;ADI在模拟方面有更强的技术积累,在高集成度方面做得最好,例如927x系列将低噪声放大器(LNA)、可变增益放大器(VGA)、抗锯齿滤波器(AAF)以及多通道模拟数字转换器(ADC)集成在一颗单芯片里;而美信的方案选择了模拟集成、ADC独立的思路。

  深圳市开立科技有限公司2011年彩超出货量达到4,000台,仅次于迈瑞,位居全国第二。该公司研发中心副总裁周文平也证实,开立科技的核心IC基本上以欧美供应商为主,连日韩企业都鲜有跻身其中,即便是周边通用型阻容器件也全部选择台湾地区供应商。对此他解释道:“经过逐年发展深圳超声产业已形成集聚效应,因此上游IC供应商的服务支持很充分,并不会因为是国际供应商而感到不便。虽然本土产品单价较低,但由于产品质量稳定性的不确定,如果设备后期返修率过高,综合成本实际上更高,因此整机企业不敢轻易尝试。”

  此外他还表示,在稳定性的基础之上,合肥门禁随着市场对便携式设备需求的增长,集成度将是未来选择芯片供应商的主要考虑因素。

  便携式设备扩大超声应用领域

  超声市场的下一波成长动力将是便携式超声设备的繁荣和向新兴地区/临床市场的逐步渗透。过去,超声设备由于体积庞大,大多只能集中配置在大型医疗机构的超声科;现在随着便携式超声设备的出现,急诊、麻醉科等都对其表现出了浓厚的兴趣(这类科室对仪器的功能要求不是特别全),由此扩大了市场需求;而未来随着便携式设备性能逐年大幅提高,完全可以在很多场合取代传统的大型设备。另一方面,随着亚洲和拉美等地区医疗保健措施的不断完善和扩建,以及日益增长的医疗需求,这些地区将成为未来购买新设备的主要市场。

  开立科技于2004年推出国内第一台便携式彩超仪SSI-1000,是便携式超声领域的佼佼者。周立平介绍说,最初的便携式超声的集中特性是便携性,这是以牺牲存储空间,影响图像质量为代价的,如今图像质量有了大幅改进的便携式超声开始迅速占领市场。开立最新一代便携式超声设备最高已经做到128通道,体积接近iPad的厚度,使用寿命在15年左右。

  孟国海也表示:“近几年便携式医疗电子设备的增长速度明显高于大型台式机。上游芯片集成度的提高降低了设备小型化的设计门槛,使得便携设备的性能与精度有了大幅提高,未来随着市场容量的不断扩大,相信会出现支持更多通道的SoC方案。”

  需要指出的是,便携式不等于“家用化”。由于医疗诊断设备的特殊性,便携式医疗设备目前的主要使用群体依然是医疗机构,未来要想真正实现家用则必须做到“无创”。以目前市面上的便携式血糖仪为例,由于需要扎手指集血,存在感染的风险,因此很难大范围普及。而便携式超声波设备未来的发展趋势则必须实现可量化测定,即通过大量临床数据抽取出有代表性的几类检测结果进行“组合定征”,这对于一些医疗技术薄弱的乡村卫生所将有重要意义。

  中国厂商积极抢占中低端市场

  由于目前市场上面向医疗电子应用的芯片供应商屈指可数,国内厂商和GE、飞利浦、西门子等国际一线大厂使用的芯片并没有特别大的差异,主要差异在于信号算法的复杂性,这也是短期之内中国厂商难以赶上甚至超越的。不过,http://www.ahlinbo.com中国厂商的产品价格可以做到后者的1/4,因此在中低端市场有不错的生存空间。

  另外,正因为价格几乎是唯一的优势,因此国内厂商在降低成本方面有着不小的压力。目前降低成本的主要措施是简化设计平台和提高议价能力。前者通过不断优化成熟设计平台,简化不必要的功能实现,后者则主要依靠订单量的提高向原厂要一个更优惠的供货价格。

  尽管国际厂商近几年也开始试图进入中国的中低端市场,但是周立平认为国际厂商在这一块没有立足机会,因为本土厂商服务更好,即便是价位接近的产品其性能也更有优势。

  除此之外,政策扶持也对中国医疗设备供应商的影响很大。2009~2010年期间,得益于中国政府“医疗下乡”的带动,蓝韵低端黑白B超机和X光机取得了不错的出货量,由于医疗器械产品的使用寿命普遍在5~8年,因此蓝韵预计五年内将迎来新一波换机高峰,刺激彩超类产品出货量的增长。

  本土芯片可借上下游联动切入市场

  从产品设计方面看,全球医疗设备供应商普遍没有芯片设计与开发能力,对上游芯片供应商依赖度较高,并且由于小型化发展趋势明显,医疗设备供应商迫切希望获得更多高集成度高性能的单芯片设计方案。从市场方面看,因为在价格上的明显优势,本土医疗设备供应商在中低端市场尚有一定的生存空间,但随着国际厂商向下抢食这一市场,相信未来价格战将会日益激烈。

  需要看到的是,安徽门禁目前国内医疗电子设备制造商主要还是和下游医疗机构联系比较密切,很少和上游本土芯片供应商接触。例如开立就和深圳多家三甲医院合作,听取医生对产品的性能反馈,共同开发定制化功能。未来本土芯片供应商和方案商不妨借鉴这种合作模式,主动走出去,加强与整机厂商的互动,从前期研发阶段就介入产品设计,从定制化设计服务的角度寻找市场切入点。