Elektronika medyczna w centrum zainteresowania producentów

Poniedziałek, 29 października 2007 | Gospodarka Artykuły

Medical Device Group to nowo otwarty oddział Texas Instruments, którego zadaniem jest konstrukcja urządzeń przeznaczonych dla zastosowań medycznych. Zwiększone obroty na tym polu skłoniły firmę do większego zainteresowania tego typu układami. Według przedstawicieli firmy, w nowym zespole znajdzie się od 50 do 100 osób, z czego ok. 80% będzie zajmowało się rozwojem nowych technologii w zakresie elektroniki medycznej. Texas Instruments nie jest jednak jedyną firmą zainteresowaną tym rynkiem. Intel stworzył już oddział Digital Health, natomiast Microchip Technology utworzyło podobny zespół w zeszłym roku. Innymi firmami planującymi większe zaangażowanie w ten rynek są Analog Devices, Maxim Integrated Products oraz Qualcomm.

Elektronika medyczna w centrum zainteresowania producentów

Co na rynku?

Zyski z elektroniki medycznej mogą ulec dziesięciokrotnemu zwiększeniu na przestrzeni najbliższych 10 lat. Według prognoz sporządzonych przez Databeans, rynek elektroniki przeznaczonej do celów medycznych wyniesie w tym roku ponad 2,5 mld dol. i wartość ta powinna stale rosnąć w najbliższych latach. W 2011 roku obroty powinny wynieść ponad 4 mld dol. Największym wzrostem cieszą się urządzenia monitorujące, diagnostyczne, telemetryczne oraz obrazujące. Zwiększy się znacznie udział domowych urządzeń medycznych, osiągając wartość ponad 1,5 mld dol. Największym jednak powodzeniem będą nadal się cieszyć instrumenty przeznaczone do diagnostyki oraz terapii. Nie będzie to co prawda spowodowane znacznym zwiększeniem liczby tych urządzeń, jednak ogólna wartość rynku znacznie wzrośnie.

Nowoczesna elektronika medyczna sprawi, że przyrządy te będą w przyszłości mniejsze, bardziej wydajne oraz łatwiejsze w obsłudze. W parze z miniaturyzacją idzie także trend w kierunku zmniejszenia poboru mocy. Jest to szczególnie ważne przy urządzeniach wszczepianych do ciała pacjenta. W tym wypadku technologią przyszłości mogą okazać się piezoelektryki oraz termoelektryki, które mogą zastąpić baterie w niektórych implantach. Jednak urządzenia zewnętrzne także zyskają na tym polu. Przyrządy, które kiedyś zajmowały dużą przestrzeń, dziś mają często postać przenośną. W tym wypadku dłuższy czas działania na jednej baterii zwiększa komfort, oraz zmniejsza koszt użytkowania. Przykładem mogą być defibrylatory. Pierwsze modele charakteryzowały się dużymi wymiarami oraz obsługiwane były tylko przez przeszkolony personel. Dziś urządzenia te w wersji przenośnej są spotykane na lotniskach czy dużych centrach handlowych. Podobnie dzieje się z koncentratorami tlenu. Urządzenia te mogą być noszone swobodnie przez pacjentów dzięki niedużej wadze oraz małemu zużyciu energii.

Plany Texas Instruments

Texas Instruments pracuje nad cyfrowym procesorem sygnałowym DSP pracującym z prędkością 20 do 30Mips, który charakteryzuje się mniejszym zapotrzebowaniem na energię niż obecnie stosowane rozwiązania. Układ ten opracowywany jest głównie z myślą o urządzeniach medycznych wszczepianych do ciała pacjenta, jednak może znaleźć zastosowanie również w telefonii komórkowej czy w odtwarzaczach MP3. Szczególnie atrakcyjne wydaje się zastosowanie w aparatach słuchowych. Sprzedaż tego typu urządzeń sięga ok. 5 milionów sztuk rocznie, a szacuje się, że potrzebuje ich ok. 12% społeczeństwa. Obecnie są one zbyt drogie, mają zbyt duże wymiary oraz nie pozwalają na odpowiednie dostosowanie do potrzeb klienta indywidualnego. Firma przewiduje wzrost zapotrzebowania na nowe układy DSP, komunikacyjne oraz analogowe dla zastosowań w przyszłych urządzeniach medycznych, szczególnie w przypadku aparatury przenośnej ze stałym dostępem do sieci. Nawet tak proste przyrządy jak termometry będą w przyszłości wyposażone w nadajniki Bluetooth w celu przesyłania komunikatów ostrzegawczych do personelu medycznego w przypadku niepokojących wyników. Już teraz używane technologie przesyłu danych obejmują Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi oraz dedykowane protokoły. TI współpracuje również z Zorane Medical Systems, twórcy ważącego 5kg ultradźwiękowego skanera o wymiarach laptopa. Współpraca przewiduje opracowanie mniejszej, kieszonkowej wersji tego urządzenia.

Firma Texas Intruments została członkiem Continua Health Alliance (CHA), stowarzyszenia pracującego nad standardami dla sieciowych urządzeń medycznych. W skład tego przedsięwzięcia wchodzi ponad 100 firm pracujących nad skuteczniejszymi rozwiązaniami technicznymi oraz wydajniejszym modelem biznesowym odnośnie tego typu przyrządów. Wśród pozostałych członków są m.in. takie firmy jak Dell, LG Electronics, Cisco, IBM, Motorola, Panasonic, Philips, Samsung, Sharp czy STMicroelectronics. Grupa ta pracuje m.in. nad wykorzystaniem standardu Bluetooth w urządzeniach medycznych. Innym rozpatrywanym zagadnieniem było opracowanie zmian protokołu USB tak, aby dostosować go do wymagań medycznych. Wytyczne CHA obejmą urządzenia elektroniki medycznej, jednak wiele z zainicjowanych rozwiązań opiera się na standardach znanych z elektroniki konsumenckiej. Głównym zadaniem jest więc przeniesienie metod transportu danych oraz kodowania na pole zastosowań medycznych.

Analog Devices dla elektroniki medycznej

Rys. 1. Światowy rynek półprzewodników dla elektroniki medycznej. Źródło: Databeans

Według przedstawicieli Analog Devices, zyski firmy z działalności w sektorze elektroniki medycznej wynoszą 100 mln dol., co stanowi 5% zysków z całkowitej sprzedaży. Zachęcającym faktem jest 24% wzrost obrotów w tym sektorze odnotowany w 2006 r. Firma przedstawiła w tym roku układ scalony o nazwie AD9271, przeznaczony do zastosowań w mobilnych systemach ultradźwiękowych. Analiza przeprowadzona przez Frost & Sullivan przewiduje, że w USA rynek przenośnych urządzeń ultradźwiękowych wyniesie 330 mln dol. w przeciągu najbliższych 3 lat. Stanowi to wzrost na poziomie 19,2% rocznie. Według przedstawicieli firmy, to co jest główną zaletą AD9271 to mniejsze wymiary niż w przypadku dotychczas stosowanych rozwiązań oraz mniejsze o 25% zużycie energii. 8-kanałowy odbiornik składa się ze wzmacniacza słabych sygnałów (LNA – Low Noise Amplifier), wzmacniacza VGA (Variable Gain Amplifier), filtru antyaliasingowego oraz 12-bitowego przetwornika A/C. Działanie tego układu zmniejsza o połowę drogę, jaką musi przebyć sygnał w systemie. Firma chwali się, że jest obecnie jedynym producentem oferującym jeden układ scalony dla systemów ultradźwiękowych, podczas gdy konkurencyjne rozwiązania pracują na przynajmniej dwóch układach.

Intel wkracza na rynek

Także Intel przejawia zainteresowanie rynkiem elektroniki medycznej. Firma przeszła gruntowną reorganizację i wśród pięciu nowoutworzonych działów znajduje się także Digital Health Group, której zadaniem jest opracowanie możliwości zastosowania produktów firmy na polu medycznym. Oprócz przedstawienia nowych rozwiązań, grupa ma także na celu określenie możliwości zastosowania standardowych układów i oprogramowania firmy oraz technologii komunikacji sieciowej (w tym RFID) w tego typu rozwiązaniach. Grupa ta pracuje m.in. nad urządzeniem o wymiarach laptopa, które przeznaczone by było do monitorowania stanu zdrowia osób z chorobą Parkinsona. Przeprowadzałoby ono szereg badań obrazujących stan zdrowia pacjenta, a następnie przechowywałoby wyniki dla wglądu lekarza. Architektura tego urządzenia opiera się na komponentach oryginalnie przeznaczonych dla PDA oraz komputerów przenośnych. Innym projektem jest wykorzystanie znaczników RFID do śledzenia osób starszych oraz wymagających stałej opieki. Miałby on opierać się na zbieraniu danych z oznakowanych przy pomocy tagów RFID urządzeń domowych w celu monitorowania zachowania pacjenta. Może to pomóc ocenić, które z codziennych zadań dana osoba jest w stanie wykonać samodzielnie oraz czy np. regularnie zażywa przepisane lekarstwa.

W połowie tego roku Intel zdradził plany odnośnie układu typu lab-on-chip przeznaczonego do zastosowań w medycynie. BioElectronic, gdyż tak brzmi nazwa tego układu, będzie umożliwiał diagnostykę typu point-of-care oraz wspomagał pracę laboratorium. Opierając się na urządzeniach wykorzystujących zjawisko polowe oraz oddziaływanie biologicznych molekuł, możliwe jest wykrywanie określonych biomarkerów. Układ nie wszedł jeszcze na rynek. Według przedstawicieli firmy, jest on nadal w fazie rozwoju.

Microchip Technology też działa

Także firma Microchip Technology widzi duże perspektywy w wejściu na rynek elektroniki medycznej, o czym świadczy utworzenie Medical Products Group (MPG). Zadaniem tego oddziału będzie współpraca z producentami sprzętu medycznego w celu wprowadzenia na rynek układów spełniających wymagania tego typu aplikacji. Przykładem odpowiedzi na specyficzne zapotrzebowanie energetyczne elektroniki medycznej jest rodzina układów dcPIC33F firmy Microchip Technology. Może on pracować w trzech różnych stanach ograniczonego poboru mocy: bezczynności, uśpienia oraz jałowym, charakteryzujących się innym stopniem poboru energii. Dodatkowo, każdy z tych stanów możliwy jest do dalszego skonfigurowania, umożliwiając projektantowi układu na dostosowanie pracy mikrokontrolera do potrzeb urządzenia.

Ważnym wydarzeniem dla firm produkujących elektronikę medyczną było opracowanie protokołu IEEE 1073, określającego zasady przesyłu danych w tych systemach - zarówno poprzez kable jak i bezprzewodowo. Jest to o tyle ważne, że obecnie systemy te wykorzystują protokoły opracowane przez poszczególnych producentów, które są często niekompatybilne ze sobą. Dodatkowo, są one obecnie niedostatecznie zabezpieczone przed atakami z zewnątrz. Rozwinięciem standardu jest IEEE/ISO 11073, który omawia szczegółowo zasady wymiany informacji pomiędzy urządzeniami medycznymi.

Podsumowanie

Analitycy są zgodni, że przez najbliższe lata będziemy świadkami wzrostu rynku elektroniki medycznej. Przez ten czas powstanie wiele nowatorskich urządzeń, a wymagania dotyczące ich działania mogą znacznie się zmienić. W przyszłości będą one mniejsze, tańsze, możliwe do stosowania w domu oraz zawierać będą więcej funkcji - w tym nieprzerwane monitorowanie stanu pacjenta poprzez sieci bezprzewodowe. Powoduje to, że coraz więcej tego typu przyrządów ma w sobie układy półprzewodnikowe.

Jacek Dębowski