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可穿戴式醫療設備成趨勢 以電離子滲入貼片為例 解決您設計上的挑戰

  • 周維棻
電離子在直流電流作用下滲入皮膚的過程。

醫療保健不再是醫院的專利,爾後與人們的日常生活將愈來愈緊密。醫療設備正逐漸從“可攜式”發展為“可穿戴式”,這意味著醫療設備能被長期、連續使用;然而,可攜式設備為設計人員帶來許多新的挑戰,本文將探討設計上所面臨的挑戰並進一步提供解決之道。

電離子滲入療法   針對局部治療   提高療效並減少副作用

尼古丁貼片、防暈貼片是被大眾所熟悉的可穿戴式產品,這類產品為新一代電子產品奠定了基礎。其中,電離子滲入貼片是新一代電子產品中新興的應用。電離子滲入療法藉由電流讓藥物透過皮膚完成注入。滲入皮膚的藥物電離後溶解在水溶液中,隨後敷在貼片中的電極上;這種經過特殊配製的電離混合物可在直流電流的作用下滲入皮膚。取決於藥物和所治療的病症,大多數貼片可在任何部位使用數分鐘至數小時。電離子滲入療法具有多種優勢。譬如,注射器注射會使藥物分布在全身,而電離子滲入療法可讓藥物在局部達到極高的劑量水準;這種局部用藥治療法,能提高療效並減少副作用。

隨著電子技術及低價、高效能微控制器(MCU)的發展,生產低成本的一次性藥物分配器已成為可能;許多消費者已在使用自助式電離子滲入產品,針對多種病症(包括頭痛、唇泡疹和皺紋)進行給藥。

價格低、體積小   電離子滲入貼片設備設計上的最大挑戰

設計人員在設計電離子滲入貼片設備時面臨了許多挑戰,其中,最大的挑戰在於將關鍵電子元件製成可穿戴式組件,該組件在使用1次後就可能被丟棄,於是,貼片電子元件必須相當低價。由於貼片元件屬於小型的一次性產品,在設計上受到許多限制,例如電池的成本與容量;此外,設計方案應便於修改,以實現其他功能,如更改藥物劑量、灌注持續的時間。

設備必須產生足夠的電壓,並在規定的一段時間內維持特定注入劑量所需的電流,才能使藥物透過皮膚完成注入。升壓穩壓器用於將電池的低電壓升高到足夠的準位,進而讓所需電流通過皮膚。可使用成本低廉的鈕扣式鋰電池或者鹼性電池為電子貼片元件供電。要同時滿足成本和功能要求,則需要小巧又高度整合的MCU。Microchip的8接腳8位元PIC12F1822 MCU就可用於這種設備,其具有內部10位元ADC、固定參考電壓、比較器、PWM、硬體計時器和EEPROM,可滿足設計的整合要求。固定參考電壓可消除對穩壓器或外部參考電壓源的需求,並使設計保持在8接腳MCU範疇內,以降低成本並縮小電路板尺寸。

電子技術的創新正在推動穿戴式醫療設備的發展,患者可長期將設備穿戴在身上,從而提高生活品質與醫療保健品質;下周我們將介紹具監測功能的可穿戴式設備,以排卵預測設備為案例,分享生育監測領域的全新應用,並進一步探討設計人員所面臨的挑戰及解決之道。(本文作者Microchip Technology Inc.醫療產品部技術顧問Marten L. Smith,周維棻整理)