大约300名参与者出席了“AI & Electronics for Medicine”会议。【图片版权：EKFZ】医疗技术是否需要特定的半导体？如果需要，需要多少？在2024年AIEFM会议（Dresden）的芯片分会场上，展示了医疗数字化如何改变潜力和要求，并预测了一个类似汽车行业的快速增长销售市场。
“医疗技术在芯片技术上落后10到20年。”这是来自德累斯顿工业大学的医学博士Jochen Hampe教授在他的演讲《医疗对专用医疗半导体的需求》中提出的苦涩事实。然而，数字化的压力很大，许多带有人工智能的数字健康产品已经上市：Hampe表示，进一步的医疗网络化迫切需要结合传感器、AI数据处理、医学安全连接和专用医疗功能于一身的专用医疗微系统。如果市场规模小和要求过于严格曾是昂贵开发的障碍，这些障碍已不再存在，根据Hampe教授的说法。
“数字医疗电子正在蓬勃发展。医疗专用半导体可以在不同制造商的各种设备中使用，”Hampe说，他将医疗技术比作汽车半导体和车辆数字化的初期。“可以从汽车行业转移流程和程序，我们看到一个大而快速增长的市场潜力。”作为未来集群Semeco（安全医疗微系统和通信）的联合项目协调员，该集群由联邦经济事务和能源部资助，Hampe还强调了医疗技术中的小型化趋势和一次性设备的趋势。
目前，每年仅使用多用途内窥镜进行的微创手术就有2.2亿次，新兴国家的增长率高达每年10%。即使所有卫生措施都正确执行，仍存在一定的无菌风险。世界需要一次性内窥镜，预计到2030年市场将增长四倍，达到104亿美元（图1）。所需的嵌入式视觉系统的数量，包括必要的芯片，将呈指数级增长，并提供技术提升，实现新的辅助功能。
【图1：对永不无菌的医疗设备的担忧推动了一次性趋势，这将导致医学专用半导体芯片的繁荣。版权：Semeco / WFM】
Hampe引用了为医疗液体消耗品逐步配备电子测量和监测功能作为进一步的市场驱动因素。未来，数百万甚至数十亿的输液袋、注射器、透析或呼吸管将能够在患者身上直接检测流体及其属性，感染风险低且更可靠（图2）。
【图2：现有的传感器技术可以立即将医疗消耗品智能化。版权：Semeco / WFM】
目前，医疗技术制造商主要从单一来源开发急需的医学安全芯片，并根据其个别要求生产，Hampe的目标是从技术和监管的角度来看，必须实现模块化医疗技术开发和认证：由医疗技术制造商领导，然后依赖供应商提供模块化子系统、复杂组件，以及标准组件用于个别组装。
Biotronik：起搏器的专有ASIC
其中一个单片发展的医疗技术公司是Biotronik——有充分的理由。在题为《植入式医疗设备的小型化需要定制半导体》的演讲中，领先的起搏器和心脏植入物制造商Biotronik的研发主管Thomas Dörr展示了心内植入物的技术发展如何依赖于专用的、在柏林生产的专有芯片组。
自20世纪80年代初以来，Biotronik一直在内部开发和制造关键组件和ASIC。虽然20世纪60年代的起搏器还放在床边，但Dörr表示，最重要的标准仍然是设备的小型化、硬件加速、最新的网络安全、始终在线的连接和由于可靠的电池寿命而延长的使用寿命。过去，每天读取一次数据记录，现在则是永久设备监控和远程设备管理，包括固件更新。此外，临床工作流程不断需要新功能。通过比较2006年的起搏器和2026年的当前型号，Dörr展示了摩尔定律在医学中仍然适用。
| 2006: Lumax 340 DR-T | 2026: Acticor 7 VR-T DX
| --- | --- | | 体积（立方厘米） | 35 | 30
| 电击能量（焦耳） | 28 | 40
| 使用年限 | 7.5 | 15
| 连接 | 远程监控 | 远程编程
| 模拟 | 180nm | 55nm 模拟/数字/780kB, 2个32位CPU
| 数字 | 130nm, 8位CPU | 130nm
| 无线 | 130nm MICS频段 | 130nm MICS + 网络安全
| 内存 | 512kB SRAM | 128MB EEPROM
先进的小型化现在甚至允许无导线起搏器直接植入心脏，具有更高的电压。尽管无传输的小型设备不提供监控，但数据可以读取。研发主管认为，设备内的AI功能是下一步，FDA已经发布了指南。“内存处理将导致植入物特定的AI加速器，以进一步降低功耗，”Dörr说。除了小型化，集成广泛的嵌入式AI功能是为医疗植入物定制半导体的另一个紧迫原因。
NXP：低延迟、低功耗
NXP Semiconductors的Henning Möller在其演讲《医疗芯片组合的必要性》中也将小型化列为针对医疗技术要求定制半导体开发的第一个原因。他以助听器为例，展示了始终在线操作、新的连接模式如耳对耳、电视流媒体和通过智能手机应用控制，结合AI支持的实时处理，如何成为游戏规则的改变者。另一方面，正是这些功能对硬件开发提出了最高要求，延迟低于5毫秒，功耗极低。
作为第二个例子，Semeco项目合作伙伴展示了一种用于血糖测量的蓝牙LE芯片（Semeco工作包Q3.2），该芯片使用蓝牙低能耗从入院时起与医院网络和/或云通信，使患者的生理数据在整个住院期间通过“智能和酷的IC”（图3）永久可监控。
【图3：从入院到出院，专用传感器系统可以直接在患者身上监测诊所中的生理数据。版权：WFM / NXP】
临床监测更进一步
NXP的实用示例可以直接过渡到Dr. Nora Herzog：作为德累斯顿初创公司ConnCons的医疗总监，她在演讲《临床消耗品作为mIoT设备》中展示了将“所有花哨的技术”转化为具体的临床应用的重要性。更多的患者、更多的治疗和更长的（生存）寿命需要在医院病床旁进行基本自动化。她用通过智能Luer连接进行的数字化感染治疗展示了这一点。自1894年以来，标准化的输液和注射连接系统现在变得数字化而不失去任何功能（图4）。
【图4：Luer连接自1894年以来一直是标准化的输液和注射连接系统，现在变得数字化而不失去任何功能。版权：ConnCons / WFM】
通过在医疗袋中使用RFID芯片和集成在管中的数据和电源导线，泵知道所有设置和标准，并根据个体患者调整流体控制。使用正确的规划软件，“智能消耗品”可以创建一个肿瘤学中的闭环，例如，Herzog说。由此产生的“云到护理点”生态系统还允许AI连接，使护士和护理人员的工作更加轻松。
【图5：数字Luer连接承诺在癌症治疗中减少组织工作和成本——并且消除了患者通常的等待时间。版权：ConnCons / WFM】
目前，根据Folfox方案，药物袋需要设置、更换或检查四次，患者平均需要等待74分钟。使用智能输液袋（图5），只需一次设置，癌症患者的等待时间将降至零。总体而言，这将使管理时间减少32%，每项治疗的人力成本降低67%。Dr. Herzog认为，专用医疗芯片由于潜在应用众多，具有巨大的潜力：“量身定制的医疗芯片可以一次性解决许多医疗应用。”
【图6：小组讨论，从左至右：Prof. Jochen Hampe, Henning Möller, Nora Herzog, Uwe Gäbler 和 Thomas Dörr。版权：WFM】
可穿戴设备和消耗品推动需求
随后的小组讨论（图6）首先探讨了为什么创新医疗设备，如可穿戴技术和电子升级联网的消费产品，没有在10或15年前进入市场——技术已经可用。讨论参与者确定了几个障碍，这些障碍共同导致了与消费产品或汽车行业相比的技术滞后：Prof. Hampe强调的一个关键问题是医疗系统中的不足，特别是医生对起搏器等设备的技术细节缺乏了解。此外，监管挑战和医疗设备行业的惰性也被视为障碍。来自英飞凌的Uwe Gäbler和NXP的Henning Möller（最近加入小组）强调了医生和技术人员之间更好的网络连接的必要性，以了解实践中的实际需求。
另一个问题是市场动态。Biotronik的Thomas Dörr以起搏器为例明确指出，医疗芯片市场的规模目前较小，与其他行业如智能手机行业相比，这使得芯片制造商更难进入市场——尽管许多半导体巨头由于需求快速增长，目前正定位自己在医疗保健领域，Dörr自己的话：“需求激增”。然而，医疗技术市场因其对可靠性、低电压、长开发和生命周期以及必要过度测试和认证的非常具体的要求，仍然是一个昂贵且困难的市场环境。即使英飞凌认为资格周期因客户的需求而缩短了3到4倍。Nora Herzog补充说，医疗系统中缺乏能够实现流程优化的结构，这往往导致与项目工作不同的思维方式。
讨论揭示了消费者视角下影响和显著推动医疗技术的趋势。消费者越来越多地转向可穿戴设备和其他用于生命数据监测的医疗相关监测设备——“这些设备不一定被认证为医疗设备”，Prof. Hampe指出。Uwe Gäbler更直截了当地说：“年轻患者不会等待，知情的父母会使用所有可用的设备来帮助他们的孩子或分析自己的状况，使用出色的可穿戴设备或应用程序——他们不会等待医疗技术公司。”这目前正在导致市场颠覆，因为可穿戴设备已经广泛使用，有些甚至被医生使用，尽管它们尚未正式认证。技术现实颠覆了旧秩序，医疗技术OEM需要适应。
尽管目前缺乏统一性，所有小组成员都对长期将Io(M)T设备整合到医学中充满信心，并看到近期的巨大市场机会。特别是在消耗品领域，“一次性”将战胜自然，从而克服对死亡的恐惧。当被问及患者是否应将生命托付给技术和连接时，NXP的Henning Möller说：“汽车行业也解决了这些问题，不久之前，每个方向盘都由微控制器控制。我们可以相信这一过程在医学中也能奏效。”然而，大家一致认为，标准化接口（如符合ISO标准的手术网络）和更强的网络连接是必要的，以加快整个患者旅程中个性化医学的创新速度。（uh）
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