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可穿戴式医疗设备设计挑战及对策

2013-12-10 10:31
小鱼时代
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  医疗保健不再是医院的专利,它们与人们日常生活的关系日益紧密。医疗设备正逐渐从便携式设备发展为可穿戴式设备,这样就意味着设备应能够长期连续使用。这些新设备给设计人员带来了许多新的挑战。本文将探讨其中一些挑战并给出解决之策。

  药物灌注疗法

  人体可穿戴的医疗设备并不新鲜。许多人都熟悉尼古丁贴片和晕动病贴片之类的可穿戴式产品。它们为新一代电子产品奠定了基础。电离子透入贴片就是这种新生代产品的其中一员。

  电离子透入疗法通过电流使药物透过皮肤完成注入。透皮药物电离后溶解在水溶液中,并敷在贴片中的电极上。然后,这种经过特殊配制的电离混合物可在直流电流的作用下透过皮肤,如图1所示。目前使用的大多数贴片可在任何部位佩戴数分钟到数小时,具体取决于药物和所治疗的病症。

  电离子透入疗法具有多种优势。首先,药品可在局部达到极高的剂量水平,而不像注射器注射那样使药品分布在全身。这种局部用药治疗方法能提高疗效并减小副作用。

  随着电子技术(如开关电源设计)以及经济高效的高性能MCU的发展,生产低成本的一次性药物分配器已成为可能。许多消费者已经在使用自助式电离子透入产品针对多种病症(包括头痛、感冒疮和皱纹)进行给药。

  设计人员在设计电离子透入贴片之类的设备时面临众多挑战,其中最大的挑战是关键电子元件位于设备的可穿戴部分,而该部分在使用一次后就会被丢弃。这种情况迫使贴片电子元件必须小巧且廉价。同时,由于这是小型的一次性产品,电池成本和容量使设计受到了进一步限制。而且,设计方案还应便于修改以实现其他功能,例如更改药物剂量和灌注的持续时间。

  要使药物透过皮肤完成注入,设备必须产生足够的电压,以提供能在规定的一段时间内维持特定注入剂量率所需的电流。设计成本敏感的小型电离子透入设备所要完成的工作,可以像直流/直流升压转换器那样简单,它可驱动受控电流通过皮肤,并使用单片机(MCU)控制转换器。

  升压稳压器用于将电池的低电压升高到足够高的水平,从而使所需电流通过皮肤。可使用廉价的纽扣式锂电池或者碱性电池为贴片电子元件供电。

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