柔性可穿戴醫(yī)療傳感器，可以幫助醫(yī)生輕松、無痛地收集患者數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的診斷和有效治療。

　　過去10年來，曾經(jīng)只有醫(yī)院和專業(yè)醫(yī)療人員才能使用的醫(yī)療器械，在消費(fèi)類醫(yī)療保健市場急劇增長，例如脈搏血氧儀、紅外溫度計(jì)、自動(dòng)心率監(jiān)測儀，甚至自動(dòng)體外除顫器（AED）等主動(dòng)干預(yù)設(shè)備。這些裝置大大解放了患者，可幫助醫(yī)生對患者進(jìn)行遠(yuǎn)程診療，從而無需專門跑去診所或醫(yī)院。

　　為了滿足日益增長的門診監(jiān)測和家庭診斷需求，研究人員一直在改進(jìn)柔性混合電子元件（FHE）和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，并將這些技術(shù)融入可穿戴設(shè)備。他們還在開發(fā)彈性接口來連接病人和設(shè)備，以改善數(shù)據(jù)收集并提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

　　四個(gè)等待組裝的無線EKG心電圖傳感器（圖片源自GE Global Research）

　　什么是柔性混合電子元件（FHE）？

　　柔性混合電子元件（FHE）結(jié)構(gòu)示意圖

　　FHE通過將獨(dú)特的新印刷工藝和新材料相結(jié)合，為日常生活中的產(chǎn)品提供硅集成電路的強(qiáng)大功能。其結(jié)果是：輕量化、低成本、柔性、舒適、可拉伸和高效的智能產(chǎn)品，在消費(fèi)類、商業(yè)和軍事應(yīng)用中具有無線前景。

　　更頻繁地定期收集患者數(shù)據(jù)，比如過去可能一年或半年才會(huì)做一次回訪收集患者數(shù)據(jù)，可以為患者創(chuàng)建一個(gè)“個(gè)人基線”。例如，一個(gè)病人的心率或血壓，與混合了許多因素的全球平均值相比，并沒有與病人今天早上、昨天、上個(gè)星期或上個(gè)月的數(shù)據(jù)相比那么重要。后者的數(shù)據(jù)比較，通?？梢员砻鞑∪耸欠裥枰歪t(yī)或者采取其它干預(yù)手段。

　　不客氣地說，現(xiàn)在我們的汽車都會(huì)定期保養(yǎng)，汽車檢測診斷的歷史數(shù)據(jù)，甚至做的比我們?nèi)艘?。根?jù)內(nèi)科醫(yī)生協(xié)會(huì)的一項(xiàng)研究，如今，美國的醫(yī)生問診時(shí)間平均長度不到20分鐘，而在英國，這一數(shù)字甚至要少于8分鐘。

　　在這種情況下，醫(yī)生可能只能引用相隔3到18個(gè)月的數(shù)據(jù)信息，然后根據(jù)他們看到的其他病例，對病患個(gè)人病史的模糊記憶，以及醫(yī)療帳戶檔案，結(jié)合他們的訓(xùn)練和直覺，給出診斷結(jié)論和治療建議。這顯然不是一個(gè)科學(xué)的過程。因此，改善的個(gè)人基線數(shù)據(jù)，是提高未來診斷準(zhǔn)確性的好方法。

　　美國柔性混合電子制造創(chuàng)新中心NextFlex

　　據(jù)麥姆斯咨詢介紹，NextFlex是一支美國制造業(yè)研究網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)導(dǎo)力量。NextFlex是由美國國防部（DoD）和FlexTech聯(lián)盟合作組成，是由企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、非營利組織以及美國州、地方和聯(lián)邦政府組成的聯(lián)盟，其共同目標(biāo)是進(jìn)一步推進(jìn)美國FHE的制造。自2015年成立以來，NextFlex由思想領(lǐng)袖、教育工作者、問題解決者和制造商精英團(tuán)隊(duì)齊聚一堂，共同推動(dòng)創(chuàng)新，加速美國FHE生態(tài)系統(tǒng)的形成，通過投資超薄型設(shè)備加工、傳感器集成打印和封裝、系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具以及可靠性測試和建模，來促進(jìn)FHE技術(shù)商業(yè)化。

　　NextFlex專注的其中一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是可穿戴醫(yī)療傳感器和診斷設(shè)備。該組織的第一批項(xiàng)目涉及個(gè)人傳感器系統(tǒng)的開發(fā)工作，包括氧傳感和類皮膚醫(yī)藥繃帶（由普渡大學(xué)、Integra LifeSciences和西密歇根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)）；電刺激傳感器和愈合器械（由加州大學(xué)伯克利分校和捷普集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)）；無線EKG設(shè)備（由GE Global Research和賓厄姆頓大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)）；口服生物標(biāo)志物傳感器（由PARC和UCSD領(lǐng)導(dǎo)）。這些傳感器都在其設(shè)計(jì)中融入了FHE，通過對人體的持續(xù)監(jiān)控提供了改善的病患數(shù)據(jù)采集。

　　如今，電子元件的組裝可以在100?C以下進(jìn)行，因此新開發(fā)的傳感器可以包含那些必須保持在相對較低溫度下的組件。這意味著在新型傳感器中可以使用生物材料，例如噬菌體和某些蛋白質(zhì)，這為打造一類全新的傳感器打開了大門。

　　具有可拉伸基板的柔性電路，可與患者皮膚緊密貼合，改善了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。在許多情況下，適應(yīng)不同患者的能力，也改善了應(yīng)用傳感器的過程，這也會(huì)提高診斷準(zhǔn)確性。

　　上圖展示了薄膜傳感器厚度如何影響其與皮膚表面的貼合適應(yīng)性，最薄的薄膜貼合度最好（圖片源自UT Austin）

　　除了改善的適應(yīng)能力之外，傳感器可以做得更小、更薄，因此它們可以做得不那么突出和笨重，變得更加舒適，從而在所需要的位置佩戴更久?；颊咭哺幸庠溉ヅ宕鬟@類舒適的傳感器，建立來自患者的連續(xù)數(shù)據(jù)流。

　　總體來看，它們整合了一系列可穿戴傳感器的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)聯(lián)可以產(chǎn)生真正的突破。例如，一位醫(yī)學(xué)研究人員表明，通過心率和體溫的聯(lián)合觀察，可以比觀測其中任何一種數(shù)據(jù)讀出，更準(zhǔn)確地預(yù)測某類病毒的暴露。

　　目前，很多公司正在開發(fā)多傳感器可穿戴設(shè)備。例如，有一家公司的多傳感器設(shè)備可以測量患者汗液的化學(xué)成分。

　　汗液傳感器的構(gòu)建（圖片源自Epicore Biosystems）

　　另一家公司在開發(fā)一種具有中距離無線射頻傳輸?shù)牡凸亩鄠鞲衅髻N花，可監(jiān)控并記錄任何傳感器發(fā)送給它的反饋信息。

　　第三家公司則在組合幾種臨床級醫(yī)療傳感器，以消除醫(yī)院病人身上的各種電線和導(dǎo)線，以方便在舒適的家中監(jiān)控患者。在一家醫(yī)院，有近300家醫(yī)療護(hù)理供應(yīng)商分別通過控制中心監(jiān)控三名或更多的患者。

　　該計(jì)劃非常成功，該醫(yī)院已與其他三家連鎖醫(yī)院簽訂了合同，以提供同樣的醫(yī)療監(jiān)控能力。該醫(yī)院還了解到，患者可以在家中修養(yǎng)，并在整個(gè)康復(fù)過程中得到良好的監(jiān)控。更好的結(jié)果是，他們還發(fā)現(xiàn)通過這種方式患者恢復(fù)得更快，成本也降低了。

　　在醫(yī)療保健傳感器領(lǐng)域，柔性混合電子元件可提供許多優(yōu)點(diǎn)和益處。像我們這樣的組織，不僅在開發(fā)柔性傳感器，而且利用基礎(chǔ)研究證明了這些設(shè)備是可以實(shí)現(xiàn)的，并能通過規(guī)模制造降低成本，使這些傳感器能夠在全球普及。

　　NextFlex發(fā)起新一輪1000萬美元資金，用于柔性混合電子元件在航空、數(shù)字健康以及國家安全領(lǐng)域的創(chuàng)新。獲資助項(xiàng)目將包括柔性混合電子器件工藝、電子紡織、3D電子設(shè)計(jì)和電源集成等方面的創(chuàng)新。

　　NextFlex近日發(fā)布了新一輪項(xiàng)目征集Project Call 4.0（PC 4.0），旨在尋求進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用FHE的項(xiàng)目，為它們提供資金支持。前三次項(xiàng)目征集計(jì)劃的反響令人震驚，共收到178份初始提案，投資額超過5900萬美元。PC 4.0的總項(xiàng)目資金預(yù)計(jì)將超過1000萬美元。

　　PC 4.0的需求范圍非常廣泛，代表了NextFlex在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域（從數(shù)字健康到商業(yè)航空到國家安全需求）所確定的技術(shù)和能力空白。這些領(lǐng)域涵蓋了可穿戴設(shè)備封裝技術(shù)、高性能和高層數(shù)FHE、3D電子設(shè)計(jì)、電子紡織領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性解決方案、生化監(jiān)控平臺以及無人機(jī)輕型電子設(shè)備等。

　　“NextFlex的項(xiàng)目征集計(jì)劃已經(jīng)證明是非常成功的，”NextFlex執(zhí)行董事Malcolm J. Thompson博士說，“我們不斷解決聯(lián)盟成員單位提出的FHE制造挑戰(zhàn)，憑借前三次Project Call計(jì)劃正在進(jìn)行中的31個(gè)項(xiàng)目，我們預(yù)計(jì)這將引起FHE領(lǐng)域更多的興趣和關(guān)注。Project Call 4.0中的研究主題，將建立在已成功開發(fā)的基礎(chǔ)之上，并將學(xué)習(xí)利用我們之前的項(xiàng)目成果?！?/p>

　　為了驗(yàn)證這些制造能力，項(xiàng)目提案將專注于以下方向：

　　- 無人機(jī)輕型柔性電子平臺

　　- 用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的大面積傳感器系統(tǒng)

　　- 用于監(jiān)測流體生物標(biāo)記物的微創(chuàng)可穿戴柔性裝置