可穿戴醫(yī)療設(shè)備的趨勢和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　　我們生活在一個(gè)數(shù)字集成和互聯(lián)的世界中。通過使用智能手機(jī)，智能手表和其他智能設(shè)備可以證明，這一趨勢沒有終結(jié)。這在許多行業(yè)和應(yīng)用中都適用，但在醫(yī)療技術(shù)設(shè)備中尤為普遍-預(yù)計(jì)到2025.1年該市場將達(dá)到4，326億美元。

　　諸如Molex的PremoFlex之類的扁平電纜設(shè)計(jì)可以折疊和彎曲，以用于空間受限的可穿戴應(yīng)用。

　　隨著互聯(lián)醫(yī)療的興起，可穿戴設(shè)備等醫(yī)療設(shè)備正越來越多地由傳感器提供動(dòng)力，這在很大程度上是受COVID-19全球大流行和醫(yī)療保健提供商對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控投資不斷增長的影響。不僅可穿戴醫(yī)療技術(shù)的采用呈上升趨勢，而且小型化，AI優(yōu)化并結(jié)合了3D打印的設(shè)備也呈上升趨勢。

　　醫(yī)療設(shè)備制造商面臨著體積更小，重量更輕的設(shè)備的挑戰(zhàn)，但仍需要以最大的功率和最小的延遲來武裝它們。他們比以往任何時(shí)候都更必須考慮在診斷，治療和患者監(jiān)測方式方面不斷縮小的下一代醫(yī)療設(shè)備的性能，同時(shí)將患者的舒適性，便利性和易用性作為首要任務(wù)。

　　新興技術(shù)在連接設(shè)備形式上的進(jìn)步

　　診斷，治療和醫(yī)療監(jiān)視方式已為連接可穿戴醫(yī)療設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。讓我們看一下這三個(gè)關(guān)鍵的連接設(shè)備模式中每一個(gè)的新興技術(shù)進(jìn)步，然后探討設(shè)備制造商向前整合所需的主要設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

　　診斷-連續(xù)和主動(dòng)。病人的醫(yī)療歷程始于準(zhǔn)確的診斷，因?yàn)樗梢愿嬷罄m(xù)的醫(yī)療保健決定。常見的診斷方式包括血管造影，超聲檢查，常規(guī)放射線照相，計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）掃描，骨掃描和磁共振成像（MRI）。所有這些模式都要求大型，復(fù)雜且昂貴的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)要求患者進(jìn)入醫(yī)療機(jī)構(gòu)，其結(jié)果通?？赡苄枰獛滋觳拍苁盏剑⑶以卺t(yī)院環(huán)境中與患者通常所處的位置相比，錯(cuò)誤率更高。

　　醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)正在從被動(dòng)治療發(fā)展到疾病的預(yù)防和主動(dòng)診斷。隨著醫(yī)療保健系統(tǒng)從按服務(wù)付費(fèi)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄芾淼奶峁┱吣Ｊ?，人們?cè)絹碓疥P(guān)注醫(yī)療質(zhì)量與數(shù)量。此外，患者自己希望對(duì)自己的健康管理有更多的控制和洞察力。下一代醫(yī)學(xué)診斷是這些轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵推動(dòng)力。

　　但是，要使診斷在醫(yī)療保健過程中發(fā)揮更重要的作用，它必須首先變得更加連續(xù)。通過啟用智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備的相同創(chuàng)新，可以朝“連續(xù)診斷”邁進(jìn)。從可以替換聽診器或監(jiān)視帕金森患者步態(tài)的應(yīng)用程序，到可以連續(xù)監(jiān)測血糖水平（CGM）的附加設(shè)備，事實(shí)證明，在革新醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)方面，技術(shù)必不可少。

　　除了由生物相容性材料制成的可植入傳感器以外，制造工藝的突破現(xiàn)在還允許使用廉價(jià)甚至是一次性的傳感器。它們幾乎像貼紙一樣薄，貼在患者的皮膚上，可通過腦電圖（EEG），心電圖（ECG），脈搏血氧飽和度和皮膚電反應(yīng)來連續(xù)監(jiān)測生物信號(hào)。來自這些傳感器的數(shù)據(jù)可以使用低功率技術(shù)（例如近場通信（NFC））傳輸?shù)?a target="_blank">接收器，患者可以將其附著在衣服上或作為智能手表佩戴。從那里，可以使用更強(qiáng)大的無線技術(shù)（例如藍(lán)牙或Wi-Fi）將數(shù)據(jù)中繼到醫(yī)師門戶或直接中繼到云。

　　診斷設(shè)備，連同新型的柔性傳感器，人工智能和能量收集硬件，正在緊密結(jié)合在一起，從而使連續(xù)醫(yī)學(xué)診斷成為現(xiàn)實(shí)。這種趨勢很快將使患者能夠以與以往只有昂貴的醫(yī)院級(jí)設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)的精度和細(xì)節(jié)相同的精度和細(xì)節(jié)來全天候監(jiān)控自己的健康狀況。

　　治療學(xué)-按需治療。家用醫(yī)療監(jiān)控技術(shù)的接受正在推動(dòng)這些設(shè)備的擴(kuò)展，以提供治療緩解，將治療從臨床環(huán)境轉(zhuǎn)移到患者生態(tài)系統(tǒng)。

　　圖1-診斷，治療和醫(yī)療監(jiān)控方式為連接可穿戴醫(yī)療設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。

　　得益于智能手機(jī)，價(jià)格低廉但對(duì)消費(fèi)者友好的硬件以及下一代軟件算法的發(fā)展，現(xiàn)在無需醫(yī)療專業(yè)人員的干預(yù)即可自動(dòng)提供治療方法。隨著“互聯(lián)健康”運(yùn)動(dòng)的到來，未來的患者將能夠在需要緩解的任何時(shí)間和地點(diǎn)自動(dòng)接受治療（見圖1）。治療和監(jiān)測方式的融合將使患者有時(shí)間按照自己的方式生活，而不是依靠治療來生活。

　　治療學(xué)包含大量的技術(shù)和方法論。一些值得注意的治療方式包括電刺激，例如經(jīng)皮電神經(jīng)刺激，干擾電流和深部腦部刺激（DBS），這實(shí)際上是治療帕金森氏癥甚至阿爾茨海默氏癥患者的“大腦起搏器”。

　　幾項(xiàng)最先進(jìn)的技術(shù)正在發(fā)展。例如，諸如熱療法和冷凍療法的熱療法可用于治療軟組織和肌肉骨骼損傷。藥物輸送系統(tǒng)有望大大超越胰島素泵和霧化器等數(shù)十年歷史的技術(shù)。例如，對(duì)于那些患有睡眠呼吸暫停的人，CPAP（連續(xù)氣道正壓通氣）機(jī)長期以來一直是處方療法。然而，由于技術(shù)小型化和材料科學(xué)的進(jìn)步，這種笨重的機(jī)械正在讓位于可植入技術(shù)。這些相同的進(jìn)步將為下一代起搏器和神經(jīng)調(diào)節(jié)療法帶來新的可植入治療。排在最后的是基于超聲波，激光的療法，甚至是用于外科手術(shù)，物理療法。

　　來自患者監(jiān)視和治療設(shè)備的遙測將通過其智能手機(jī)或其他無線連接實(shí)時(shí)傳輸回其醫(yī)療保健提供者。然后，醫(yī)生將根據(jù)需要遠(yuǎn)程調(diào)整每個(gè)患者的治療方案。最后，更多的療法也將成為非侵入性的。經(jīng)皮（通過皮膚吸收來輸送活性成分），天然小孔輸送和微創(chuàng)放射療法技術(shù)已使這一夢想成為現(xiàn)實(shí)。

　　圖2-健康跟蹤設(shè)備的最新EKG功能使佩戴者能夠檢測到房顫。

　　醫(yī)療監(jiān)控—多合一設(shè)備。一旦準(zhǔn)確診斷出患者并開出了治療方法，醫(yī)學(xué)監(jiān)測對(duì)于了解人體對(duì)治療的反應(yīng)方式，維持依從性以及減輕疾病或其他身體疾病的影響至關(guān)重要。

　　從機(jī)械計(jì)步器到數(shù)字智能手表的早期，今天的技術(shù)已開始將更多功能集成到一個(gè)設(shè)備中，并且對(duì)于患有慢性病的高風(fēng)險(xiǎn)患者群特別有價(jià)值。例如，可穿戴式ECG監(jiān)護(hù)儀和血壓監(jiān)護(hù)儀現(xiàn)在也可以跟蹤一個(gè)人的生命，一次存儲(chǔ)多達(dá)100個(gè)讀數(shù)。諸如患者佩戴的貼片之類的更敏感的監(jiān)控系統(tǒng)可以收集廣泛的生命力，包括心率，體溫等?，F(xiàn)在，血糖監(jiān)測技術(shù)使糖尿病患者能夠隨時(shí)隨地監(jiān)測血糖水平。

　　生物傳感器技術(shù)的進(jìn)步使無線，無線和難以置信的輕巧性使患者擺脫了笨重的設(shè)備的困擾，所有這些都以低成本，易于使用和一次性使用的形式實(shí)現(xiàn)。靈活的電路，低功率傳感器和印刷天線可將便捷舒適的醫(yī)療監(jiān)控硬件固定到患者身上，甚至植入患者體內(nèi)。監(jiān)視硬件甚至可以利用智能手機(jī)或其他無線Internet訪問作為基于云的服務(wù)的網(wǎng)關(guān)，其中可以存儲(chǔ)來自患者健康監(jiān)視設(shè)備的數(shù)據(jù)。

　　醫(yī)療設(shè)備的三大設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　　支持診斷，治療和醫(yī)療監(jiān)控模式的醫(yī)療設(shè)備技術(shù)的新發(fā)展顯然將成為連接健康生態(tài)系統(tǒng)的顛覆者。

　　醫(yī)療設(shè)備制造商將越來越多的任務(wù)是設(shè)計(jì)低調(diào)設(shè)備，這些設(shè)備應(yīng)靈活，輕巧和舒適，同時(shí)在患者和醫(yī)療保健提供者之間傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。為了解決可能阻礙救生數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼系K，設(shè)計(jì)人員必須考慮在日益小型化的設(shè)備中優(yōu)化組件的空間。他們必須解決如何在有限的印刷電路板容量下為那些設(shè)備供電，同時(shí)提高信號(hào)完整性。以下是要考慮的三個(gè)主要設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：

　　清晰的導(dǎo)電傳感器（例如MolexPEDOT）提供了靈活性和半透明的電路，可在弧形表面上為電容性用戶界面面板提供鍵盤背光。

　　組件和空間優(yōu)化。

　　在醫(yī)院環(huán)境之外監(jiān)視患者數(shù)據(jù)時(shí)，與大型，笨重的醫(yī)療設(shè)備相比，患者可穿戴設(shè)備應(yīng)更緊湊。由于這些可穿戴設(shè)備較小，因此必須使用更小的組件來維持功率傳輸并允許將諸如傳感器之類的技術(shù)集成到設(shè)備中。鑒于減少的占位面積，設(shè)計(jì)人員必須考慮隨著電路板空間的日益受限來優(yōu)化空間。鑒于當(dāng)前市場上有較新的微型連接器以及可以定制的其他微型連接器，設(shè)計(jì)人員能夠解決這些空間限制。繞過空間限制的模塊化的另一種方式是通過利用靈活的電路來允許用于提高設(shè)備功能的小型化組件。

　　靈活的電路集成。

　　盡管設(shè)備尺寸和占地面積不斷縮小，但它們的功能越來越豐富。醫(yī)療設(shè)備功能所需的復(fù)雜電子系統(tǒng)還需要容納增加的組件，這些組件將患者友好的接口與與醫(yī)療保健提供者的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連接相鏈接。此類技術(shù)包括連接患者身體的電路，以捕獲更深，更好的監(jiān)測結(jié)果。設(shè)計(jì)人員要考慮的一種可選設(shè)備是柔性印刷電路（FPC）以及相關(guān)的電纜和連接器。事實(shí)證明，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈兊妮p巧，靈活和較小的設(shè)計(jì)符合可穿戴醫(yī)療設(shè)備的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。另外，可以將天線印刷到柔性電路的基板上，以非侵入性，連續(xù)且廉價(jià)的方式傳輸生命信號(hào)或生物特征。

　　最大功率和高信號(hào)完整性。

　　醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員在為醫(yī)療設(shè)備供電時(shí)，應(yīng)考慮采用扁平式線對(duì)板和柔性對(duì)板選項(xiàng)。由于啟用醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備的目的是將患者數(shù)據(jù)快速中繼到醫(yī)療保健提供者，因此電源和信號(hào)對(duì)于確保無縫交付至關(guān)重要。電源到板的解決方案可以通過承載高達(dá)15A的電流來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能?，F(xiàn)在提供的電路板連接具有60、80和100個(gè)電路，電路數(shù)量越來越多，隨著連接之間傳輸數(shù)據(jù)的日益普及外形小巧。具有多個(gè)接地點(diǎn)的高性能板對(duì)板和FPC連接器有助于確保連接器內(nèi)信號(hào)的最高可靠性，從而提供最新的信息和數(shù)據(jù)中繼。

　　結(jié)論

　　在過去的十年中，醫(yī)療技術(shù)設(shè)備已經(jīng)變得越來越小，并且互聯(lián)技術(shù)的進(jìn)步才剛剛開始。醫(yī)療保健提供者一直在尋求以最少的停機(jī)時(shí)間和最大的舒適度以無創(chuàng)方式為患者提供支持，醫(yī)療設(shè)備制造商也是如此。他們通過設(shè)計(jì)不僅體積小，重量輕而且還智能，安全和可靠的新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)。這個(gè)領(lǐng)域還有更多的東西，并且設(shè)計(jì)方面的考慮將繼續(xù)被推向不斷的創(chuàng)新和改進(jìn)。
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