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医疗物联网正在改变现代医疗保健

2020-12-30 14:18:12 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平 作者:Wayne Shockloss

先进的传感器和互连解决方案正在推动可穿戴、无线和互连医疗设备市场的创新和发展。5G的实施将进一步增强医疗物联网(IoMT),使医疗技术更加强大。

在互联网普及之前,医疗行业依靠图表纸、视频纸、X光胶片和其它老式的文档和通信媒体等。基于互联网的通信大大加快了通信速度,以及传输和存储语音、文本和视觉的医疗文件。 今天,通过物联网的先进数字互连正在通过医疗设备生态系统(通常称为医疗物联网(IoMT)来改变医疗和保健。IoMT应用包括健康应用、远程病人监测、远程医疗接口、诊断工具、机器人、糖尿病护理、药物输送和许多其它新兴医疗技术。

在2019年,IoMT市场预计达到240亿美金,到2028年,CAGR为29%,预计将超过2400亿美金,这主要是由于将传感器集成到更多的医疗技术和5G技术的充分实施。

对速度、存储和网络安全的关注对所有连接系统都提出了真正的挑战,但它们只是沿IoMT高速传输速度的一部分,这将加速医院环境和远程医疗中医疗保健的速度、质量和效率。传感器、天线和高速互连领域的快速进步将使医疗设备能够充分利用5G技术,简单、监管较少的医疗设备将演变为更复杂、高度监管的设备,能够为用户和医疗提供移动性、便利性和增强的医疗通信。

远程病人监测扩展到心电图技术

在过去十年中,规模更小、更紧凑和移动性更强的系统已经到来。 远程病人监测(RPM)设备是可穿戴或无线解决方案,可以增强病人的移动性,能够收集生命体征和其他数据,并通过IoMT向医疗保健提供者和分析软件传递实时信息。

这些产品可以在医院或诊所内使用,也可以由护士使用,还可以由病人远程操作。 例如,收集心脏数据的系统可以使用AI创建心电图(EKG),并给出结论,帮助心脏病专家制定病人诊断和治疗计划。

远程Holter监视器是可穿戴的EKG技术,通过智能手机、平板电脑和IoMT与病人或医疗保健提供者相连。与传统的Holter和心脏事件记录器不同,这些产品比较廉价、通常是一次性的,只是简单地应用在病人的胸部上。

iRhythm Zio XT是一种智能Holter可穿戴设备,它提供不间断的心电图数据,用于创建心律的综合诊断报告。

IoMT设备在COVID-19大流行时期的作用

Fitbit智能手表是一款可穿戴腕带,可以追踪和传输健康习惯和数据,包括运动、心率、睡眠、营养、体重、月经周期等。 Fitbit Sense最近在美国获得了FDA510(k)医疗器械监管许可,CE标志着欧洲的医疗监管批准,因为它的ECG功能可以检测和监测心房颤动,测量血氧饱和度水平,这一功能在COVID-19的导向设备中具有新的突出地位。

Fitbit和AppleWatch是可穿戴远程监控的产品案例,这些产品使消费者能够跟踪和传输健康数据。

在2020年秋季的Apple活动中,Apple宣布其6系列苹果手表将包括SpO2监控功能。 通过监测心率、心电图和SpO2,苹果手表可以为用户提供与COVID-19或肺炎相关的呼吸问题的预警系统。 虽然它不是COVID-19测试的替代品,也不是FDA批准的医疗设备,但它是另一个消费者监测自己健康的产品。

远程病人监测产品,如AliveCor的KardiaMobile6L,消费者通过应用程序跟踪自己的健康状况。

在COVID-19大流行期间,便携式和可穿戴的医疗产品和连接到IoMT的远程病人监测设备使医疗提供者能够在没有直接接触的情况下监测病人,使病情较轻的病人不需要去医院,并防止病毒的传播。

为IoMT市场开发无线可穿戴产品需要先进的传感器技术来捕获生命体征数据和其它关键诊断信息。在这些产品中使用了许多传感器,如测量体力活动和突然移动的压电薄膜传感器、测量血压和吸入的压力传感器、测量体温的温度传感器、测量相对湿度水平的湿度/湿度传感器、测量脉搏血氧仪(SpO2)的光电传感器、红外(IR)传感器、超声波传感器、压电加速度计以及电容式、感应式、磁性和触觉传感器等。 越来越多的连接器供应商正在为IoMT市场开发这些产品。

TE Connectivity的数字温度传感器被嵌入到家庭医疗和个人温度跟踪产品中,这些产品可以通过 IoMT传输数据。这些传感器提供了精确的温度测量与数字输出信号,和小电路板封装的医疗产品,可以监测温度。 TE Connectivity的数字温度传感器提供了0.1°C的精度,可在专门为紧密空间设计的微型封装中使用,并能快速响应温度的变化。

TE的数字温度传感器(左)和热堆红外传感器(右)

TE热堆红外(IR)传感器是通过检测物体的红外能量来进行距离非接触温度测量。 温度越高,发射的红外能量越多。热堆传感元件由硅片上的小热电偶组成,吸收能量并产生输出信号。 红外温度传感器能够从耳朵、额头或皮肤进行精确的非接触温度测量。 TE的离散负温度系数(NTC)热敏电阻体积小,精度高,精度高,具有良好的长期稳定性。

Amphenol高级传感器设计和制造了一系列广泛的热敏电阻和用于生命体征监测的非接触式红外温度传感器。 Amphenol生产可互换的热敏电阻和红外传感器,用于口腔、直肠、鼓室和辅助温度测量,用于预测、临床或家庭使用。 Amphenol还生产用于透析过程中液体温度的微小热敏电阻,这种热敏电阻越来越多地在病人家中进行。

马克西姆集成MAX30205人体温度传感器,电源电压范围从2.7V至3.3V,电流为600µA,使它们成为连接到IoMT的可穿戴健身和医疗应用的理想选择。

5G有望成为医疗互连IoMT 技术的加速器

5G技术最终将能够提供比传统的医院无线网络快100倍的速度,使多用户平台容量更大、下载速度更快和移动设备上更接近实时通信。这将给医疗环境带来多种好处,包括远程病人监测、诊断,甚至远程治疗。

5G潜力预计将使远程和机器人辅助手术更容易。 Intuitive Surgical是外科机器人的先驱者。Medtronic,、Johnson 、Siemens和其它公司已经加倍投资机器人辅助外科技术。 InTouch为 Intuitive Surgical全球用户创建一个物联网MT网络连接平台。InTouch 现在是Teladoc Health的一部分,它提供Solo远程医疗平台,包括COVID-19传染病应急解决方案。这项技术为世界各地的偏远地区带来了远程、机器人辅助的外科手术。

Trans Enterix已经获得了FDA510k森汉斯外科机器人系统,该系统执行腹腔镜疝修补术、胆囊切除、结直肠和妇科手术等。5G速度,再加上触觉力反馈传感器,创造了力、振动、阻力和运动感觉的组合,提高外科医生的触觉反应。主要的触觉传感器包括偏心旋转质量振动(ERMV)电机、线性谐振执行器(上帝军)和压电触觉传感器(PHS)等。 在这些变革性的IoMT 技术中使用的各种连接器产品包括卡边和射频连接器以及电缆组件等。

TE连接的Sliver内部连接产品系列

TE连接的Sliver内部连接产品系列,具有0.6mm间距,卡边配置,和坚固的金属外壳。设计灵活和稳健的,提供最佳的信号完整性,同时也节省空间和降低设计成本。TE的Sliver驾驶室互连系统有助于承受电缆拉力,并有一个主动锁存器,提供额外的连接安全。这种连接技术简化了设计,当与高速同轴电缆集成时,速度可达56GB/s。

TE的ERFV射频同轴连接器是高度可定制的,提供一系列的板间高度和配置。这些低成本、高性能的解决方案非常适合用于移动应用,包括远程医疗,以及无线宽带通信设备,包括天线、小电池和5G基础设施。

TE的ERFV射频同轴连接器

TE的ERFV射频同轴连接器具有板到板(BTB),螺丝型板到过滤器,推板到过滤器,和测试适配器配置等。可以支持盲配BTB连接与有源集成天线设计,具备多达500个垂直BTB接触点。与两片连接器相比,ERVF系列还具有单件设计,使天线到无线电、BTB和板到滤波器的连接成本更低,并且具有5.2-20mm的最小BTB距离和从DC到10GHz的频率。

Telegartner开发了2.2-5连接器系列,由Kathrein(现为爱立信的一部分)和SPINNER共同开发和现场验证。该解决方案由Molex、AmphenolRF、CommScope、JMA、Gigalane和其他射频制造商和分销商共同推出,包括TTI公司和Mouser。2.2-5射频互连系统是为高频和低无源互调(PIM)设计的,其外形尺寸比4.3-10小53%,频率为6GHz。

针对无线和5G网络基础设施的需求,这些连接器提供了最佳的性能和承受极端环境的能力,其较小的外形尺寸使工程师能够在面临空间限制时使用它们,这在物联网便携式和可穿戴医疗产品中尤为常见。 一些供应商还提供这些连接器作为定制的集成电缆组装解决方案,这些连接器在5G网络和其它应用的关键信号上提供优越的带宽和低插入损耗。

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