可穿戴医疗设备的趋势和设计注意事项

　　我们生活在一个数字集成和互联的世界中。通过使用智能手机，智能手表和其他智能设备可以证明，这一趋势没有终结。这在许多行业和应用中都适用，但在医疗技术设备中尤为普遍-预计到2025.1年该市场将达到4，326亿美元。

　　诸如Molex的PremoFlex之类的扁平电缆设计可以折叠和弯曲，以用于空间受限的可穿戴应用。

　　随着互联医疗的兴起，可穿戴设备等医疗设备正越来越多地由传感器提供动力，这在很大程度上是受COVID-19全球大流行和医疗保健提供商对远程监控投资不断增长的影响。不仅可穿戴医疗技术的采用呈上升趋势，而且小型化，AI优化并结合了3D打印的设备也呈上升趋势。

　　医疗设备制造商面临着体积更小，重量更轻的设备的挑战，但仍需要以最大的功率和最小的延迟来武装它们。他们比以往任何时候都更必须考虑在诊断，治疗和患者监测方式方面不断缩小的下一代医疗设备的性能，同时将患者的舒适性，便利性和易用性作为首要任务。

　　新兴技术在连接设备形式上的进步

　　诊断，治疗和医疗监视方式已为连接可穿戴医疗设备奠定了基础。让我们看一下这三个关键的连接设备模式中每一个的新兴技术进步，然后探讨设备制造商向前整合所需的主要设计注意事项。

　　诊断-连续和主动。病人的医疗历程始于准确的诊断，因为它可以告知后续的医疗保健决定。常见的诊断方式包括血管造影，超声检查，常规放射线照相，计算机断层扫描（CT）扫描，骨扫描和磁共振成像（MRI）。所有这些模式都要求大型，复杂且昂贵的系统，这些系统要求患者进入医疗机构，其结果通常可能需要几天才能收到，并且在医院环境中与患者通常所处的位置相比，错误率更高。

　　医学诊断技术正在从被动治疗发展到疾病的预防和主动诊断。随着医疗保健系统从按服务付费模式转变为有管理的提供者模式，人们越来越关注医疗质量与数量。此外，患者自己希望对自己的健康管理有更多的控制和洞察力。下一代医学诊断是这些转型的关键推动力。

　　但是，要使诊断在医疗保健过程中发挥更重要的作用，它必须首先变得更加连续。通过启用智能手机和可穿戴设备的相同创新，可以朝“连续诊断”迈进。从可以替换听诊器或监视帕金森患者步态的应用程序，到可以连续监测血糖水平（CGM）的附加设备，事实证明，在革新医学诊断技术方面，技术必不可少。

　　除了由生物相容性材料制成的可植入传感器以外，制造工艺的突破现在还允许使用廉价甚至是一次性的传感器。它们几乎像贴纸一样薄，贴在患者的皮肤上，可通过脑电图（EEG），心电图（ECG），脉搏血氧饱和度和皮肤电反应来连续监测生物信号。来自这些传感器的数据可以使用低功率技术（例如近场通信（NFC））传输到接收器，患者可以将其附着在衣服上或作为智能手表佩戴。从那里，可以使用更强大的无线技术（例如蓝牙或Wi-Fi）将数据中继到医师门户或直接中继到云。

　　诊断设备，连同新型的柔性传感器，人工智能和能量收集硬件，正在紧密结合在一起，从而使连续医学诊断成为现实。这种趋势很快将使患者能够以与以往只有昂贵的医院级设备才能实现的精度和细节相同的精度和细节来全天候监控自己的健康状况。

　　治疗学-按需治疗。家用医疗监控技术的接受正在推动这些设备的扩展，以提供治疗缓解，将治疗从临床环境转移到患者生态系统。

　　图1-诊断，治疗和医疗监控方式为连接可穿戴医疗设备奠定了基础。

　　得益于智能手机，价格低廉但对消费者友好的硬件以及下一代软件算法的发展，现在无需医疗专业人员的干预即可自动提供治疗方法。随着“互联健康”运动的到来，未来的患者将能够在需要缓解的任何时间和地点自动接受治疗（见图1）。治疗和监测方式的融合将使患者有时间按照自己的方式生活，而不是依靠治疗来生活。

　　治疗学包含大量的技术和方法论。一些值得注意的治疗方式包括电刺激，例如经皮电神经刺激，干扰电流和深部脑部刺激（DBS），这实际上是治疗帕金森氏症甚至阿尔茨海默氏症患者的“大脑起搏器”。

　　几项最先进的技术正在发展。例如，诸如热疗法和冷冻疗法的热疗法可用于治疗软组织和肌肉骨骼损伤。药物输送系统有望大大超越胰岛素泵和雾化器等数十年历史的技术。例如，对于那些患有睡眠呼吸暂停的人，CPAP（连续气道正压通气）机长期以来一直是处方疗法。然而，由于技术小型化和材料科学的进步，这种笨重的机械正在让位于可植入技术。这些相同的进步将为下一代起搏器和神经调节疗法带来新的可植入治疗。排在最后的是基于超声波，激光的疗法，甚至是用于外科手术，物理疗法。

　　来自患者监视和治疗设备的遥测将通过其智能手机或其他无线连接实时传输回其医疗保健提供者。然后，医生将根据需要远程调整每个患者的治疗方案。最后，更多的疗法也将成为非侵入性的。经皮（通过皮肤吸收来输送活性成分），天然小孔输送和微创放射疗法技术已使这一梦想成为现实。

　　图2-健康跟踪设备的最新EKG功能使佩戴者能够检测到房颤。

　　医疗监控—多合一设备。一旦准确诊断出患者并开出了治疗方法，医学监测对于了解人体对治疗的反应方式，维持依从性以及减轻疾病或其他身体疾病的影响至关重要。

　　从机械计步器到数字智能手表的早期，今天的技术已开始将更多功能集成到一个设备中，并且对于患有慢性病的高风险患者群特别有价值。例如，可穿戴式ECG监护仪和血压监护仪现在也可以跟踪一个人的生命，一次存储多达100个读数。诸如患者佩戴的贴片之类的更敏感的监控系统可以收集广泛的生命力，包括心率，体温等。现在，血糖监测技术使糖尿病患者能够随时随地监测血糖水平。

　　生物传感器技术的进步使无线，无线和难以置信的轻巧性使患者摆脱了笨重的设备的困扰，所有这些都以低成本，易于使用和一次性使用的形式实现。灵活的电路，低功率传感器和印刷天线可将便捷舒适的医疗监控硬件固定到患者身上，甚至植入患者体内。监视硬件甚至可以利用智能手机或其他无线Internet访问作为基于云的服务的网关，其中可以存储来自患者健康监视设备的数据。

　　医疗设备的三大设计注意事项

　　支持诊断，治疗和医疗监控模式的医疗设备技术的新发展显然将成为连接健康生态系统的颠覆者。

　　医疗设备制造商将越来越多的任务是设计低调设备，这些设备应灵活，轻巧和舒适，同时在患者和医疗保健提供者之间传输实时数据。为了解决可能阻碍救生数据传输的障碍，设计人员必须考虑在日益小型化的设备中优化组件的空间。他们必须解决如何在有限的印刷电路板容量下为那些设备供电，同时提高信号完整性。以下是要考虑的三个主要设计注意事项：

　　清晰的导电传感器（例如MolexPEDOT）提供了灵活性和半透明的电路，可在弧形表面上为电容性用户界面面板提供键盘背光。

　　组件和空间优化。

　　在医院环境之外监视患者数据时，与大型，笨重的医疗设备相比，患者可穿戴设备应更紧凑。由于这些可穿戴设备较小，因此必须使用更小的组件来维持功率传输并允许将诸如传感器之类的技术集成到设备中。鉴于减少的占位面积，设计人员必须考虑随着电路板空间的日益受限来优化空间。鉴于当前市场上有较新的微型连接器以及可以定制的其他微型连接器，设计人员能够解决这些空间限制。绕过空间限制的模块化的另一种方式是通过利用灵活的电路来允许用于提高设备功能的小型化组件。

　　灵活的电路集成。

　　尽管设备尺寸和占地面积不断缩小，但它们的功能越来越丰富。医疗设备功能所需的复杂电子系统还需要容纳增加的组件，这些组件将患者友好的接口与与医疗保健提供者的实时数据连接相链接。此类技术包括连接患者身体的电路，以捕获更深，更好的监测结果。设计人员要考虑的一种可选设备是柔性印刷电路（FPC）以及相关的电缆和连接器。事实证明，这是一个巨大的优势，因为它们的轻巧，灵活和较小的设计符合可穿戴医疗设备的严格标准。另外，可以将天线印刷到柔性电路的基板上，以非侵入性，连续且廉价的方式传输生命信号或生物特征。

　　最大功率和高信号完整性。

　　医疗设备设计人员在为医疗设备供电时，应考虑采用扁平式线对板和柔性对板选项。由于启用医疗监控设备的目的是将患者数据快速中继到医疗保健提供者，因此电源和信号对于确保无缝交付至关重要。电源到板的解决方案可以通过承载高达15A的电流来实现设备的功能。现在提供的电路板连接具有60、80和100个电路，电路数量越来越多，随着连接之间传输数据的日益普及外形小巧。具有多个接地点的高性能板对板和FPC连接器有助于确保连接器内信号的最高可靠性，从而提供最新的信息和数据中继。

　　结论

　　在过去的十年中，医疗技术设备已经变得越来越小，并且互联技术的进步才刚刚开始。医疗保健提供者一直在寻求以最少的停机时间和最大的舒适度以无创方式为患者提供支持，医疗设备制造商也是如此。他们通过设计不仅体积小，重量轻而且还智能，安全和可靠的新设备，实现了这些目标。这个领域还有更多的东西，并且设计方面的考虑将继续被推向不断的创新和改进。
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