"Social Device" Special Interview - 1-1

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社會元器件 Special對談

醫療器械挑戰世界性課題
新一代半導體為技術革新做貢獻

世界最大規模的綜合性企業通用電氣(GE)正在推進"健康創想" (Healthymagination)計劃,目標是實現"讓任何人都能過上健康生活的光明未來"。在通用電氣旗下從事醫療器械等業務的GE醫療日本公司擔任執行董事兼技術本部長的星野和哉,與半導體廠商羅姆公司SiC功率器件制造部副部長、負責采用SiC(碳化硅) 新材料制造電子元器件業務的伊野和英,就半導體器件為醫療器械的革新做貢獻的可能性展開了討論。

星野和哉 GE醫療日本 執行董事 技術本部長
星野和哉
GE醫療日本
執行董事 技術本長部

伊野: 近來,以發達國家為中心,與醫療有關的很多社會問題浮出水面。對此,在許多行業都有越來越多的企業開始致力于醫療相關的新舉措。長期從事醫療業務的GE也提出了"健康創想"口號,開始推進新項目。

星野: 2009年5月我們公布了GE的成長戰略,計劃在2009年至2015年的6年間投資60億美元,用于實現各種技術革新,以解決醫療領域全球面臨的重大課題。并由此推動GE的整體增長。

其中,將向實現該戰略的關鍵環節——研究開發投資30億美元,實現超過100項的創新。在研究開發方面有三個重點。一是"通行",即在全世界消除享受醫療服務時的各種差距。二是"成本",降低以發達國家為中心不斷上升的醫療成本,把醫療器械的低價格化和醫療過程的合理化等多種方法納入視野。三是"品質",從多個方面提高醫療的質量,比如提高醫療器械的性能,開發防止醫療事故的技術等。

伊野: 負責醫療領域的GE醫療在與健康創想有關的各項活動中,發揮著主要作用。雖然統稱醫療器械,但其種類和使用的核心技術各不相同。能否請您介紹一下GE醫療公司經營的醫療器械?

星野: 我們經營的有X射線攝影儀、MRI(磁共振成像儀)、CT(計算機斷層掃描儀)、PET(正電子發射斷層顯像儀)、超聲波診斷儀等圖像診斷儀,以麻醉機、監護儀等為首的醫療器械,以及用于醫療設施的IT系統、用于圖像診斷的放射性藥物、用于生命科學和新藥等最尖端研發的器械等(圖1)。

GE醫療日本的主要產品
圖1:GE醫療日本的主要產品

GE醫療日本作為日本法人,負責CT、MRI及超聲波診斷儀用探針的開發和制造,這些產品從日本出口到世界各地,都是以需求最多的中端機型為主。即便是相同的裝置,追求性能的高端機型和價格比較低的產品由海外的其他基地負責。

在日本國內從事醫療圖像診斷儀業務的外資企業中,我們應該是唯一一家從開發到制造全盤負責的企業。日本是全球老齡化發展最快的國家,因此,GE醫療日本積極致力于技術和產品的開發,以解決伴隨老齡化而產生的問題。

加速開發醫療器械用元器件

伊野和英 羅姆 SiC功率器件制造部 副部長
伊野和英
羅姆
SiC功率器件制造部
副部長

伊野: 羅姆也在逐步深入醫療市場。羅姆1958年作為電阻器企業創立,如今半導體器件占了銷售額的80%。除此之外,羅姆還提供電阻器和鉭電容器等無源元件和多種模塊。以前羅姆主要面向信息通信領域銷售產品,為進一步實現增長,目前正積極開拓新市場。為此所采取的戰略性措施是,將長期從事的半導體技術與對羅姆而言屬于新領域的生物技術等相結合,開發革新性元器件和解決方案。其中的一個目標就是"醫療"領域。

2008年羅姆投產的微量血液檢查系統"生物分析芯片"(Banalyst)可以說是開拓新市場的成果之一。只要把從指尖等處采集的微量血液注入檢查芯片,然后放入測量儀,就能了解到受檢者的健康狀態。檢查時間僅7分鐘左右,而且是可以設置在桌上的儀器,小規模醫療機構也能引進,有助于實現在床邊和診療所等就近實施的'即時檢查(Point of Care Testing,POCT)'。

羅姆的SiC功率器件
圖2:羅姆的SiC功率器件

該裝置的檢查芯片采用了羅姆在半導體領域培育的微細加工技術。此外,本公司還擁有從紅外到紫外等大范圍波長的傳感器技術,這其中應該有很多都能應用于醫療領域。

我負責的SiC功率器件業務也能在醫療領域讓客戶獲得很多優勢(圖2)。功率器件是用于電源和電動汽車驅動系統等大電力電路的電子元器件。采用SiC的功率器件與以往采用硅(Si)的功率器件相比,具有損耗低、耗電量小的特點。因此,還具備可減少冷卻扇和散熱片等散熱部件數量或尺寸的優點。利用這些優點,功率器件系統可以推進小型化和節能化。

低功耗和小型化變為醫療器械開發的焦點

星野: 我認為,開發醫療器械,其小型化和節能化是重要課題。一般情況下,追求高性能和高功能,裝置整體就容易變大,耗電量也會增加。但并不是所有的醫療機構都能確保設置醫療器械的空間,而且現有的電源設備也可能無法供給充足的電力。推進小型化和節能化不但可以避免這類問題,而且可以讓更多的醫療設施引進這些高性能的設備。

節能化作為強化災害對策的手段之一也十分有效。為防止災害發生時停電,很多醫院都設置了應急電源。不過,應急電源能提供的電力有限,因此目前只能供應給有限的醫療器械。如果醫療器械本事實現節能化,應急電源就可以驅動更多的醫療器械。

功率器件的品種在增多

伊野: 現在羅姆投產的SiC功率器件有肖特基勢壘二極管、MOSFET、功率模塊等。都是額定電壓最大為1200V,額定電流最大為180A的品種,主要用于發電設備和電源裝置等。預計從2013年開始,汽車也將開始配備上述元器件。2016年以后,汽車的基礎系統——動力傳動系統也將采用SiC功率器件,到2020年前后,預計以汽車為中心,SiC功率器件的市場將全面擴大。

SiC功率器件的開發藍圖
圖3:SiC功率器件的開發藍圖

今后羅姆計劃開發額定電壓和額定電流更大的元件,開拓用途以滿足更大范圍的需求。目前正以2014年內量產供貨額定電壓為1200V或1700V、額定電流為600A的全SiC功率模塊為目標在推進開發(圖3)。

便攜式超聲波診斷儀Vscan
圖4:便攜式超聲波診斷儀"Vscan"

星野: 普及SiC功率器件,如何降低成本至關重要。GE從事的中端醫療器械,市場競爭非常激烈,對成本的要求很嚴格,很難采用會導致成本增加的部件。

如果在汽車領域普及應用,就有望一舉推進SiC功率器件的低價化。用于汽車的SiC功率器件要求的標準條件與醫療器械要求的條件比較接近。反過來,針對要求高可靠性的車載用途開發的器件,或許可以直接用于醫療器械。

某一個領域培育的技術為其他領域的產品進步做出貢獻的例子有很多。比如我們2010年發布的便攜式超聲波診斷儀"Vscan"就是一例。Vscan的尺寸只有135mm×73mm×28mm,小到改變了以前對超聲波診斷儀的即成觀念,可輕松操作,具備出色的性能,在業界備受關注(圖4)。其實該裝置就采用了面向手機等移動產品開發的低功耗微處理器,可以說是融合了GE核心技術和其他領域技術而開發出來的產品代表。

伊野: 通過采用其他領域的技術大幅提高了開發劃時代產品和技術的可能性。在目前社會面臨的各種課題中,有很多問題無法憑借現有技術的延伸來解決。挑戰這些問題時,超越以往框架將會是很重要的。

非常感謝您今天前來參加座談。

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