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全球新冠疫情影響之下,呼吸機的制造是大問題

2020-05-25
來源:電子發燒友
關鍵詞: 醫療設備 呼吸機

  在疫情下的世界,關鍵醫療設備呼吸機資源嚴重短缺,其中從疫情中快速恢復的中國有望在此融入國產關鍵元器件,與其相關的關鍵器件成長潛力巨大,另外,未來醫療健康設備需求也會越來越大,其對元器件的需求也會呈高速增長之勢。

  在全球范圍內,新冠肺炎(Covid-19)可分輕癥或重癥,對于目前輕癥患者來說,大概率是用不到呼吸機,而對于重癥患者來說,呼吸機很大程度上決定了生死,也是現階段主要支持治療的方法,呼吸機能輔助或替代患者的呼吸功能,將氧氣泵送到血液中,再循環到所有的重要器官。是不是聽起來很簡單,但實際上,呼吸機需要與患者生命體征相配合,比如,呼吸機要時刻監測患者的氣道壓力,然而由于每個患者的肺部容積不同,對呼吸機的功能要求也不同。

  根據世界衛生組織WHO信息顯示,每六個新冠肺炎患者中,會出現一個重癥患者并需要呼吸器,在疫情爆發的全球,所有醫療機構的呼吸機遠遠不足給所有病人使用,在意大利甚至發生醫生需要選擇呼吸機給救治機率較高的病人使用的狀況,英國也正在經歷這樣的過程,而在美國,根據美國醫院協會的預測模型顯示,最糟糕的情況下,可能需要約有96萬人需要使用呼吸機。

  目前中國是全球最先從疫情中恢復的國家,而且讓各行各業有序地復工復產,所以各國政府只能將希望的目光投向中國,并根據多家中國呼吸機制造商表示,近期來自國外的訂單一直猛增。但由于國內醫療行業起步較晚,呼吸機制造業中的高端技術和零部件仍掌握在國外廠商手中,而且一臺呼吸機是由數百個零部件組裝而成的,供應鏈常常需橫跨天南地北,所以呼吸機資源緊張的問題仍然很嚴重。

  首先在呼吸器主控模塊需要與周邊模塊溝通以及需要高速計算,可使用靈動微MM32F103系列產品,使用32位 Arm? Cotex -M3處理器內核,最高工作頻率可達96MH,存儲器高達128K字節,閃存程序存儲器高達20K字節的SRAM,并且有豐富的通信接口,包括UART、I2C、SPI、CAN、USB等。其次在電機驅動模塊,可使用靈動微專為電機驅動打造的SPIN系列,SPIN系列使用了32位 Arm? Cotex -M0處理器內核,最高工作頻率可達72MH鈥,電機驅動方案可支持了無感方波、有霍方波、無感FOC與有霍FOC驅動。

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  最后在無線藍牙模塊,可使用MM32W0系列,支持藍牙協議: Bluetooth Specification V4.2 BLE,并具備超低功耗控制器:支持 SLEEP、STOP 和 STANDBY 低功耗模式,下載模式支持了Bootloader 支持片內 Flash、UART 在線用戶編程(IAP)/空中在線升級(OTA),相關的產品靈動微都提供了豐富的參考例程。由此可見,這些技術在國產呼吸機中能夠基本滿足市場需求,雖然不同等級的呼吸機在基礎模式與監測上差距不大,但高端呼吸機其他特色功能還會有很多,因此我們要對中國呼吸機行業的發展潛力保持樂觀,并要對國產關鍵元器件自主研發有信心。

  特別是高端MCU、各類傳感器等主要器件的缺乏是我們需要面對的現實問題,靈動微電子電機技術經理黃中雋認為,在MCU市場方面,至少八成的的份額都在前十大供應商手上,十大供應商都為歐美日的半導體公司。特別是在MCU高端領域幾乎是為零,國內只在中低端領域佔了5%左右,本身MCU就要主張注重高效能、低功耗、高穩定性、高整合性與生態體系,這一過程也不是一蹴而就的事情,因此增加國內廠商的份額是需要時間與技術的精進才可能達成。

  可想而知,差距讓“國產替代”已經不是一句簡單的口號了,現實情況就是原本一個處于垂直細分的小眾醫療器械,被推到國產制造的風口浪尖上,即使大部分芯片領域能夠實現國產替代,但在具體關鍵應用的性能指標、產品種類仍需努力。因此未來持續的資本與人才投入,結合國內獨特的市場優勢與成本優勢,連接上下游廠商打造國內的生態鏈,才是一條突破“依賴”的必經之路。

  不可否認的是,現階段呼吸機的需求和疫情趨勢呈正比,并且會維持相當長一段時間,直到全球疫情得到控制。根據Research and Markets數據顯示,由于對呼吸機的需求激增,全球呼吸機市場預計將從2019年的24億美元增長到2020年的約121億美元,因為這些對治療關鍵的新冠肺炎(Covid-19)患者至關重要。預計到2023年,市場將穩定下來,達到42億美元,復合年增長率為14.7%。

  因此,站在ams的角度來看,與其相關的關鍵器件成長潛力巨大,并從中短期時間內來看,智能化要求更多的高性能元器件進入醫療設備,相對應呈現高集成度,低功耗的技術方向的高端元器件的占比也會顯著提高,而從長期來看的話,會加速下一代技術的迭代。具體來看,精度的提高有賴于醫療相關的傳感器和半導體元器件的高精度設計,例如內置的ADC的bit數,信號調理電路的整體設計等。

  而減少設備的體積有兩個方向的考量,“第一個是新技術的替代。例如超聲設備,傳統的換能器要實現設備的便攜,犧牲的精度又允許通過醫療認證,目前業內在研究壓電式MEMS超聲波換能器(PMUT)或者電容式MEMS超聲波換能器(CMUT)的技術和商用可行性。第二個就是現有技術的器件集成,例如把光電二極管PD和信號調理,數模轉換集成為模擬前端器件,提高性能的同時降低成本,實現更小的設備體積。”方楊最后補充道。


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