我們生活在一個(gè)以數(shù)字方式整合在一起的互聯(lián)世界上。從我們使用的智能手機(jī)、智能手表及其他智能設(shè)備看來，這一趨勢(shì)的發(fā)展永不會(huì)止步。這個(gè)道理也同樣適用于眾多的行業(yè)與應(yīng)用，但在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域尤為明顯——預(yù)計(jì)該市場(chǎng)到2025年將達(dá)到4326億美元的規(guī)模。1

隨著互聯(lián)健康這一概念的興起，傳感器以越來越快速的步伐來使能各種可穿戴設(shè)備之類的醫(yī)療設(shè)備，這在很大程度上是由新冠病毒病引起的全球性危機(jī)以及醫(yī)療服務(wù)提供商在遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)方面不斷加大投入所促成的。2不僅可穿戴醫(yī)療技術(shù)的采用量出現(xiàn)了上升，經(jīng)過了微型化、人工智能優(yōu)化并且整合了3D打印的設(shè)備的使用量也有所增長(zhǎng)。1

醫(yī)療設(shè)備制造商面臨著顯著縮小設(shè)備尺寸并減輕設(shè)備重量的挑戰(zhàn)，與此同時(shí)仍然需要為其提供最大的功率，并將延遲降到最低程度。在診斷、治療及患者監(jiān)護(hù)的技術(shù)形態(tài)方面，他們必須分外的認(rèn)真考慮下一代醫(yī)療設(shè)備中日益縮小的空間，與此同時(shí)還要將患者的舒適度、便利性及易用性作為優(yōu)先考慮。

互聯(lián)設(shè)備形態(tài)上新興的技術(shù)進(jìn)步

診斷、治療和醫(yī)療監(jiān)護(hù)的形態(tài)為互聯(lián)式可穿戴醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展搭建起了舞臺(tái)。我們來分別了解一下這三個(gè)主要的互聯(lián)設(shè)備形態(tài)中新興的技術(shù)進(jìn)步，然后探索設(shè)備制造商們需要加以整合、從而不斷向前發(fā)展的主要設(shè)計(jì)考慮。

診斷——連續(xù)并主動(dòng)

患者的醫(yī)療之旅始自準(zhǔn)確的診斷，因?yàn)檫@會(huì)為后續(xù)的醫(yī)療決策提供相關(guān)的信息。常見的診斷形態(tài)包括血管造影術(shù)、超聲波檢查法、常規(guī)放射線攝影術(shù)、計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）、骨骼掃描，以及核磁共振成像（MRI）。這些診斷模式都需要規(guī)模龐大、無比復(fù)雜而且價(jià)格高昂的系統(tǒng)，往往需要幾天的時(shí)間才能獲得結(jié)果，因此要求患者進(jìn)入到醫(yī)療設(shè)施當(dāng)中，而且，與病人通常居住的地方相比，醫(yī)院環(huán)境下的出錯(cuò)率也要高得多。2

醫(yī)療診斷技術(shù)正在演變，從反應(yīng)式治療轉(zhuǎn)向疾病與障礙的預(yù)防和主動(dòng)診斷。由于醫(yī)療系統(tǒng)正從按服務(wù)收費(fèi)的模式轉(zhuǎn)向受管理提供商的模式，目前的關(guān)注點(diǎn)愈發(fā)從數(shù)量轉(zhuǎn)移到了質(zhì)量上去。此外，患者本身也希望在自己的健康管理方面獲得更多的掌控與洞見。對(duì)于這些轉(zhuǎn)型來說，下一代的醫(yī)療診斷是一個(gè)關(guān)鍵的使能因素。然而，為了使診斷在醫(yī)療過程中發(fā)揮更重要的作用，那就必須首先做到更加連續(xù)的診斷。促成了智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備的各式創(chuàng)新成果，同樣使這種走向“連續(xù)診斷”的趨勢(shì)成為了可能。從可以取代聽診器或者監(jiān)控帕金森病患者步態(tài)的應(yīng)用，到連續(xù)監(jiān)測(cè)血糖水平（CGM）的附加設(shè)備，技術(shù)在實(shí)現(xiàn)醫(yī)療診斷革命的過程中已經(jīng)被證明具有不可或缺的作用。

除了采用可生物降解材料制成的植入式傳感器以外，制造工藝上的突破現(xiàn)在還可以實(shí)現(xiàn)價(jià)格低廉、甚至是一次性使用的傳感器。這類傳感器的厚度可以達(dá)到近乎一張貼紙的程度，附著到患者的皮膚上，通過腦電圖（EEG）、心電圖（ECG）、脈搏血氧飽和度監(jiān)測(cè)法和皮膚電反應(yīng)來連續(xù)監(jiān)測(cè)生物信號(hào)。這些傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可通過近場(chǎng)通信（NFC）之類功率極低的技術(shù)傳輸?shù)竭B接在患者衣服上或者作為智能手表而佩戴的接收器上，藉此把數(shù)據(jù)傳送到醫(yī)師的數(shù)據(jù)門戶，或者利用藍(lán)牙或WiFi之類功率更大的無線技術(shù)直接上傳到云。

診斷設(shè)備與新型的柔性傳感器、能量采集硬件和人工智能結(jié)合到一起后，可以凝聚成堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使連續(xù)的醫(yī)療診斷成為現(xiàn)實(shí)。這一趨勢(shì)很快就會(huì)使患者能夠全天候的監(jiān)測(cè)自身的健康狀況，可實(shí)現(xiàn)之前只有昂貴的醫(yī)院級(jí)設(shè)備才能達(dá)到的精度與細(xì)節(jié)水平。

治療——按需治療

人們對(duì)于家用醫(yī)療監(jiān)護(hù)技術(shù)的接受，正在促使著這類設(shè)備不斷拓展，同時(shí)提供醫(yī)療救助的功能，使療法從醫(yī)院臨床環(huán)境逐步轉(zhuǎn)移到患者一方的生態(tài)體系中去。

正是由于智能手機(jī)、價(jià)格低廉而又對(duì)消費(fèi)者友好的硬件以及下一代軟件算法上的進(jìn)步，現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提供的治療方法，而無需醫(yī)療專業(yè)人員在場(chǎng)。隨著“互聯(lián)健康”這一運(yùn)動(dòng)的到來，未來的患者將能夠不論何時(shí)何地，在需要時(shí)即可立即獲得醫(yī)療救助。治療和監(jiān)護(hù)形態(tài)的融合，使得患者重拾生活時(shí)光，以自己的方式好好地生活下去，而不再需要圍繞著治療而生存。

治療學(xué)包含了一大組形形色色的技術(shù)與方法。值得注意的一些治療形態(tài)包括了電刺激，例如經(jīng)皮電神經(jīng)刺激、干擾電以及深部腦刺激（DBS），對(duì)于帕金森病患者、甚至是老年癡呆癥患者的治療來說，電刺激本質(zhì)上就是一種“腦部起搏器”。多項(xiàng)頂尖的技術(shù)也在穩(wěn)步發(fā)展之中。例如，溫?zé)岑煼ê屠鋬霪煼ㄖ惖臒岑熢谥委熫浗M織和肌肉骨骼損傷方面會(huì)發(fā)揮一定的效果。藥物釋放系統(tǒng)預(yù)計(jì)會(huì)極大的擴(kuò)展已有數(shù)十年歷史的胰島素泵和霧化器之類的技術(shù)。舉例來說，對(duì)于深受睡眠呼吸暫停困擾的人群，CPAP（持續(xù)氣道正壓通氣）設(shè)備一直以來都是醫(yī)囑的治療方法。然而，由于技術(shù)微型化和材料科學(xué)上的進(jìn)步，這類笨重的機(jī)器正在讓路給可植入技術(shù)。這些技術(shù)進(jìn)步同樣會(huì)促成新的植入式治療方法，適合下一代的起搏器和神經(jīng)調(diào)節(jié)療法使用。進(jìn)入榜單的有基于超聲、激光、甚至是機(jī)器人硬件的療法，適合外科手術(shù)、物理治療及家庭老人看護(hù)使用。

來自患者監(jiān)測(cè)和治療器械的遙測(cè)技術(shù)數(shù)據(jù)，將會(huì)通過智能手機(jī)或其他無線連接方式回傳給它們的醫(yī)療提供商。然后醫(yī)生會(huì)根據(jù)需要，通過遠(yuǎn)程方式調(diào)整每位患者的治療方案。最后，有越來越多的療法也都會(huì)成為非侵入的治療方式。經(jīng)皮注射（通過皮膚吸收來遞送有效成分）、自然孔道輸送和微創(chuàng)放射療法都已準(zhǔn)備就緒，將使這一理念成為現(xiàn)實(shí)。

醫(yī)療監(jiān)護(hù)——一體機(jī)

患者得到準(zhǔn)確的診斷、并且規(guī)定好了治療處置方式后，醫(yī)療監(jiān)護(hù)對(duì)于了解人體如何對(duì)各種療法作出響應(yīng)、保持依從性以及減輕疾病或其他身體不適產(chǎn)生的影響來說，都具有至關(guān)重要的作用。

從早期的機(jī)械式計(jì)步器到數(shù)字式的智能手表，當(dāng)今的技術(shù)已經(jīng)開始將越來越多的功能整合到一臺(tái)設(shè)備當(dāng)中，對(duì)于遭受著慢性疾病困擾的高風(fēng)險(xiǎn)患者群體來說，這類技術(shù)存在著特殊的價(jià)值。例如，可穿戴的心電圖監(jiān)測(cè)儀和血壓監(jiān)護(hù)儀現(xiàn)在還可以跟蹤人體的生命體征，一次存儲(chǔ)多達(dá)100個(gè)讀數(shù)。更加靈敏的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，比如說患者身上佩戴的貼片，可收集心率、體溫等等廣泛的生命體征。血糖監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)在使得糖尿病人能夠隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)自身的血糖水平。健康跟蹤設(shè)備上的新式心電圖功能允許佩戴者檢測(cè)心房顫動(dòng)情況，對(duì)于有心臟病史的人來說，這些設(shè)備生成的數(shù)據(jù)具有生死攸關(guān)的重要性。

生物傳感器技術(shù)的進(jìn)步可以實(shí)現(xiàn)以無線纜或者無線的方式進(jìn)行連接，而且重量輕的令人難以置信，從而將患者從笨重的設(shè)備當(dāng)中解放出來——同時(shí)保持較低的成本、簡(jiǎn)單易用，并且在使用后可丟棄。柔性電路、低功率傳感器及印刷天線使得便利而又舒適的醫(yī)療監(jiān)護(hù)硬件可固定到患者身上，甚至植入到患者體內(nèi)。這種監(jiān)測(cè)用硬件甚至可以利用智能手機(jī)或其他無線互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備作為網(wǎng)關(guān)來接入到基于云的服務(wù)，從而將患者健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云。

醫(yī)療設(shè)備3個(gè)最重要的設(shè)計(jì)考慮

在醫(yī)療設(shè)備技術(shù)方面，為診斷、治療和醫(yī)療監(jiān)護(hù)的形態(tài)提供支持的最新發(fā)展成果，明顯即將為互聯(lián)健康的生態(tài)體系帶來翻天覆地的巨大變化。

醫(yī)療設(shè)備的制造商將會(huì)越發(fā)承擔(dān)一個(gè)任務(wù)，那就是設(shè)計(jì)出小巧不起眼的設(shè)備，在保持靈活性、輕便性和舒適性的同時(shí)，還可在患者與醫(yī)療提供商之間實(shí)時(shí)的發(fā)送數(shù)據(jù)。為了克服可能妨礙到傳輸拯救生命的數(shù)據(jù)的種種障礙，在進(jìn)一步對(duì)設(shè)備進(jìn)行微型化的同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還必須考慮優(yōu)化各組件占用的空間。他們必須解決如何在印刷電路板容量有限的情況下為這類設(shè)備供電的問題，與此同時(shí)還要提升信號(hào)的完整性。這里有三個(gè)不容忽視的最重要設(shè)計(jì)考慮：

圖1：透明電導(dǎo)傳感器，例如莫仕的PEDOT，具有極高的靈活性并含有半透明的電路，可在曲面上實(shí)現(xiàn)鍵盤的背光功能，適合電容式的用戶接口面板使用。

1.組件和空間優(yōu)化。在醫(yī)院以外的環(huán)境下監(jiān)測(cè)患者數(shù)據(jù)時(shí)，與龐大而又笨重的醫(yī)療設(shè)備相比，患者身上的可穿戴設(shè)備應(yīng)當(dāng)更加的緊湊。由于這類可穿戴設(shè)備尺寸更小，因而需要更加小巧的組件才能保持功率輸出，并且實(shí)現(xiàn)將傳感器集成到設(shè)備當(dāng)中之類的技術(shù)。由于要縮小體積，隨著印刷電路板上的空間愈發(fā)的受到局限，設(shè)計(jì)人員必須考慮優(yōu)化空間的問題。考慮到目前市場(chǎng)上存在的更新型的微型連接器以及其他可以定制的傳感器，設(shè)計(jì)人員將能夠良好解決這些空間限制上的問題。繞過空間限制這一模塊化問題的另一條途徑，就是采用柔性電路，通過微型化的組件來提高設(shè)備的功能性。

2.柔性電路集成。盡管設(shè)備的尺寸和體積在不斷縮小，但其功能卻日益的豐富多樣。醫(yī)療設(shè)備發(fā)揮功能所需的復(fù)雜電子系統(tǒng)還需要容納額外的組件，從而通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)連接，將對(duì)患者友好的接口與醫(yī)療提供商連通起來。這類技術(shù)包括連接到患者身體上的電路，從而更好的捕捉更加深入的監(jiān)測(cè)結(jié)果。設(shè)計(jì)人員在設(shè)備方面可以考慮的一個(gè)選項(xiàng)，就是柔性印刷電路（FPC）以及相關(guān)的電纜和連接器。由于這些輕量級(jí)的設(shè)計(jì)非常靈活、尺寸也更小，符合可穿戴醫(yī)療設(shè)備的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求，這已經(jīng)證明是一項(xiàng)巨大的優(yōu)勢(shì)。此外，天線還可以印刷到印刷電路的基板上，以非侵入、連續(xù)且成本低廉的方式，傳送各種生命體征信號(hào)或生物統(tǒng)計(jì)學(xué)信息。

3.最大功率與高度的信號(hào)完整性。醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)醫(yī)療設(shè)備的供電時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮低外形的線對(duì)板和柔性對(duì)板的方案。由于設(shè)計(jì)醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備的目的是為了將患者數(shù)據(jù)快速的傳送到醫(yī)療提供商那里，所以，對(duì)于確保無縫傳輸來說，供電和信號(hào)具有至關(guān)重要的作用。電源對(duì)板的解決方案可承載最高15安的電流，良好實(shí)現(xiàn)設(shè)備的供電功能。現(xiàn)在提供的電路板連接方式具有更高的電路數(shù)量，分別為60、80和100電路，由于數(shù)據(jù)在各個(gè)尺寸較小的連接點(diǎn)之間傳輸，因而這種設(shè)計(jì)越發(fā)的流行起來。高性能板對(duì)板連接器和FPC連接器具有多個(gè)接地點(diǎn)，有助于確保在連接器內(nèi)部達(dá)到最高水平的信號(hào)可靠性，從而實(shí)現(xiàn)每分鐘更新的信息傳輸和數(shù)據(jù)中繼。

結(jié)論

在過去的十年間，醫(yī)療技術(shù)設(shè)備的尺寸逐步縮小，而互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展則剛剛起步。醫(yī)療服務(wù)的提供商一直都在尋求著在縮短停機(jī)時(shí)間并達(dá)到最大的舒適性的情況下，以非侵入的方式來為患者提供支持，醫(yī)療設(shè)備的制造商也在朝著同一個(gè)方向努力。他們?cè)O(shè)計(jì)出的新型設(shè)備不僅實(shí)現(xiàn)了輕量級(jí)和小尺寸，而且還做到了智能化、高度的安全可靠，從而正在使上述目標(biāo)成為現(xiàn)實(shí)。在這一領(lǐng)域還有著更多的驚喜，我們也會(huì)繼續(xù)推動(dòng)設(shè)計(jì)上的考慮，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的創(chuàng)新與改進(jìn)。

責(zé)任編輯：lq