医疗和健身用可穿戴设备的互连技术

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在智能手机和其他消费类移动设备的成功基础上，医疗器械制造商继续致力于便携式与可穿戴式监控设备的改进。对于互连系统的设计这意味着什么？

可穿戴式电子设备的设计可供穿戴在人体或连接到衣物上，也称为可穿戴设备，其中集成的生物传感器可以探测到生理特征。医疗和健身领域的可穿戴设备作为一种非常流行的工具正在快速发展，可以监测运动、营养情况、心率和其他生命体征、糖尿病患者的血糖、心脏病状况、睡眠呼吸暂停，以及许多其他的健康参数与健康状况。

消费市场

全球可穿戴技术市场预计将在2018年达到58亿美元的规模，其中北美将占据主导地位，创造出最高的营收（来源：2018年全球可穿戴技术市场研究报告）。在美国，大约75%的网上消费者都拥有健身技术产品，其中位居前列的包括计步器、健身视频游戏，以及便携式血压监护仪。约有10%的网上消费者计划在下一年购买智能手表（来源：美国消费电子协会，2014年）。市场上65%以上的移动设备都可以佩戴在手腕上，而其他产品则可佩戴在胳膊、躯干和腰部（来源：透明度市场研究，2015年）。

消费者希望可穿戴设备提供切切实实的功能，例如美观效果、人体工程学设计、防水，以及耐冲击。尽管对提高数据速率、延长电池寿命和加快充电速度的要求日益提高，设备的设计也一直越来越薄。鉴于智能手机和其他移动式消费品已经获得了巨大的成功，医疗器械的制造商们也在不断对便携式和可穿戴式监护设备做出改进。

医疗和健身用可穿戴设备应用

医疗行业的许多业内人士都已认为，可穿戴设备可以改变患者救治和疾病预防领域的游戏规则。移动设备和可穿戴设备都具有帮助解决医疗领域效率不足，以及成本日益上升之类问题的潜力。合适的技术可以为医疗保健服务提供者带来无与伦比的机会，实时获得所需的准确数据，从而更加经济节省的预防、诊断和治疗各种慢性病痛。

携带式监护设备可在日常活动中佩戴，从而可使许多需要对生命体征进行连续监测的病人摆脱医院或其他临床环境的束缚。可穿戴技术可以作为一种强大的工具来减少不必要的急诊就诊、降低再次入院率，同时还可使病患满足治疗计划的要求。

与此同时，可穿戴式健身器械也在赢得运动员和希望保持健康的其他人士的青睐。有关器械已经从基本的心率监测发展为集成了传感器的各种多功能精密监测仪器，可以跟踪心率、体温、脉搏、血压和多种其他健康指标。最近的调查显示，消费者最感兴趣的应用是减肥应用，这类应用可以追踪心率、消耗的卡路里，以及已走步数之类的健身统计数据（来源：CEA）。

电子组件

传感器技术和超微型电子元件上的突破正在推动着可穿戴式医疗及健身器械的设计创新。除了进一步减小形状系数外，许多新型的医疗器械都整合了电容和机械触控板、带触觉反馈的LED显示器，以及其他已事先在电子消费品领域登场的先进技术。与消费类设备相比，设计出实用高效并且具有极高安全性的便携式和可穿戴式医疗器械是一个更加复杂的过程。

安全性与可靠性是关键

在医疗器械体积缩小的同时，对可靠性和安全性的需求并没有随之降低。消费类设备发生故障可能会使人感到厌恶，而医疗器械的故障则可能危及患者的生命安全。对于用于监测关键性生命体征或者救护生命的器械来说，伴随着设计决策而来的便是形形的各种固有的安全性问题。

与消费类设备相比，携带式医疗器械需要更高的机械性能，用于确保可靠的操作及患者的安全。由于需要减小材料的物理尺寸来实现设备的便携性并提高患者的舒适度，设计出足够坚固并且具有极长使用寿命的高性能线缆组件变得愈发困难。连接器和线规的尺寸越小，与较大组件相比，其固有强度就越低。携带式病患监护设备中使用的传感器和线缆组件需要满足FDA和ISO有关安全性和生物相容性的要求。在最终产品前，医疗器械制造商在产品开发过程中也需要面对合规、验证和临床试验这些额外的开发问题。

随着无线设备的逐渐流行，大多数医疗监护设备还在采取有线的方式。有线医疗监护仪器依然是行业标准。电信或信息娱乐领域的个人电子设备中使用的连接器和线缆组件并不是总适合医疗器械使用。每种设计决策都必须考虑到法规要求和固有的安全性问题。减小线缆尺寸和使用数量必须审慎进行，避免力学性能或电气性能发生损失。

微型电子元件使得便携式设备达到手机的尺寸成为了可能，以在患者可以完全自由活动的情况下同时执行患者监护与心电图诊断功能。这类小型设备一般配有极薄的柔性线缆组件来提供电源和信号连接。

柔性电路

通过充分利用从缩小消费类设备尺寸中获得的经验，可穿戴式医疗器械可以整合极薄的柔性电路。对于在其中不适于安装刚性印刷电路板（PCB）的医疗应用，一些互连系统的制造商可以提供定制柔性印刷电路。柔性印刷电路可以包含多达20层，实现数百万次的挠曲操作，其设计可处理高达10千兆每秒级的高速数据。

在医疗器械中使用的线缆尺寸和数量逐渐降低的过程中，其设计必须能够良好的预防力学性能和电气性能的损失。线缆组件必须具有与所连接的设备相一致的使用寿命。构造上的进步使得可以实现极薄的轻量级柔性医疗线缆组件，进而优化性能与耐久性。

与线缆组件的挠曲寿命相比，线缆材料的柔性是一种不同的特性。在设计线缆组件中，重要的一点在于需要了解每种特性所发挥的作用，以及是如何对设计用途产生影响的。较长的挠曲寿命，也就是失效前较多的挠曲循环次数，对于设计时要延长使用时间的线缆来说是一种极为重要的特性。高柔性这种特性可使线缆以较小的半径弯曲而不会发生性能降低或者造成线缆损坏。对于某些应用来说，这两种特性都是所需的，或者甚至是非常必要的。

柔性电路可以在保证成本经济性的条件下提供更多的设计选项。在普及可穿戴式医疗器械、或者使其得到更高程度利用的过程中，任何相关电线、线缆和连接器的设计都会在工程和制造上提出挑战。设备制造商在连接器与线缆组件的设计与制造方面往往不具备充分的经验，因此，最为经济、快速的方法可能就是与专业从事医疗器械电子解决方案的企业达成合作伙伴关系。