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全球新冠疫情影响之下,呼吸机的制造是大问题

2020-05-25
来源:电子发烧友
关键词: 医疗设备 呼吸机

  在疫情下的世界,关键医疗设备呼吸机资源严重短缺,其中从疫情中快速恢复的中国有望在此融入国产关键元器件,与其相关的关键器件成长潜力巨大,另外,未来医疗健康设备需求也会越来越大,其对元器件的需求也会呈高速增长之势。

  在全球范围内,新冠肺炎(Covid-19)可分轻症或重症,对于目前轻症患者来说,大概率是用不到呼吸机,而对于重症患者来说,呼吸机很大程度上决定了生死,也是现阶段主要支持治疗的方法,呼吸机能辅助或替代患者的呼吸功能,将氧气泵送到血液中,再循环到所有的重要器官。是不是听起来很简单,但实际上,呼吸机需要与患者生命体征相配合,比如,呼吸机要时刻监测患者的气道压力,然而由于每个患者的肺部容积不同,对呼吸机的功能要求也不同。

  根据世界卫生组织WHO信息显示,每六个新冠肺炎患者中,会出现一个重症患者并需要呼吸器,在疫情爆发的全球,所有医疗机构的呼吸机远远不足给所有病人使用,在意大利甚至发生医生需要选择呼吸机给救治机率较高的病人使用的状况,英国也正在经历这样的过程,而在美国,根据美国医院协会的预测模型显示,最糟糕的情况下,可能需要约有96万人需要使用呼吸机。

  目前中国是全球最先从疫情中恢复的国家,而且让各行各业有序地复工复产,所以各国政府只能将希望的目光投向中国,并根据多家中国呼吸机制造商表示,近期来自国外的订单一直猛增。但由于国内医疗行业起步较晚,呼吸机制造业中的高端技术和零部件仍掌握在国外厂商手中,而且一台呼吸机是由数百个零部件组装而成的,供应链常常需横跨天南地北,所以呼吸机资源紧张的问题仍然很严重。

  首先在呼吸器主控模块需要与周边模块沟通以及需要高速计算,可使用灵动微MM32F103系列产品,使用32位 Arm? Cotex -M3处理器内核,最高工作频率可达96MH,存储器高达128K字节,闪存程序存储器高达20K字节的SRAM,并且有丰富的通信接口,包括UART、I2C、SPI、CAN、USB等。其次在电机驱动模块,可使用灵动微专为电机驱动打造的SPIN系列,SPIN系列使用了32位 Arm? Cotex -M0处理器内核,最高工作频率可达72MH钬,电机驱动方案可支持了无感方波、有霍方波、无感FOC与有霍FOC驱动。

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  最后在无线蓝牙模块,可使用MM32W0系列,支持蓝牙协议: Bluetooth Specification V4.2 BLE,并具备超低功耗控制器:支持 SLEEP、STOP 和 STANDBY 低功耗模式,下载模式支持了Bootloader 支持片内 Flash、UART 在线用户编程(IAP)/空中在线升级(OTA),相关的产品灵动微都提供了丰富的参考例程。由此可见,这些技术在国产呼吸机中能够基本满足市场需求,虽然不同等级的呼吸机在基础模式与监测上差距不大,但高端呼吸机其他特色功能还会有很多,因此我们要对中国呼吸机行业的发展潜力保持乐观,并要对国产关键元器件自主研发有信心。

  特别是高端MCU、各类传感器等主要器件的缺乏是我们需要面对的现实问题,灵动微电子电机技术经理黄中隽认为,在MCU市场方面,至少八成的的份额都在前十大供应商手上,十大供应商都为欧美日的半导体公司。特别是在MCU高端领域几乎是为零,国内只在中低端领域佔了5%左右,本身MCU就要主张注重高效能、低功耗、高稳定性、高整合性与生态体系,这一过程也不是一蹴而就的事情,因此增加国内厂商的份额是需要时间与技术的精进才可能达成。

  可想而知,差距让“国产替代”已经不是一句简单的口号了,现实情况就是原本一个处于垂直细分的小众医疗器械,被推到国产制造的风口浪尖上,即使大部分芯片领域能够实现国产替代,但在具体关键应用的性能指标、产品种类仍需努力。因此未来持续的资本与人才投入,结合国内独特的市场优势与成本优势,连接上下游厂商打造国内的生态链,才是一条突破“依赖”的必经之路。

  不可否认的是,现阶段呼吸机的需求和疫情趋势呈正比,并且会维持相当长一段时间,直到全球疫情得到控制。根据Research and Markets数据显示,由于对呼吸机的需求激增,全球呼吸机市场预计将从2019年的24亿美元增长到2020年的约121亿美元,因为这些对治疗关键的新冠肺炎(Covid-19)患者至关重要。预计到2023年,市场将稳定下来,达到42亿美元,复合年增长率为14。7%。

  因此,站在ams的角度来看,与其相关的关键器件成长潜力巨大,并从中短期时间内来看,智能化要求更多的高性能元器件进入医疗设备,相对应呈现高集成度,低功耗的技术方向的高端元器件的占比也会显著提高,而从长期来看的话,会加速下一代技术的迭代。具体来看,精度的提高有赖于医疗相关的传感器和半导体元器件的高精度设计,例如内置的ADC的bit数,信号调理电路的整体设计等。

  而减少设备的体积有两个方向的考量,“第一个是新技术的替代。例如超声设备,传统的换能器要实现设备的便携,牺牲的精度又允许通过医疗认证,目前业内在研究压电式MEMS超声波换能器(PMUT)或者电容式MEMS超声波换能器(CMUT)的技术和商用可行性。第二个就是现有技术的器件集成,例如把光电二极管PD和信号调理,数模转换集成为模拟前端器件,提高性能的同时降低成本,实现更小的设备体积。”方杨最后补充道。


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