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)，從而實現(xiàn)更精準的診斷和有效治療,。
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，在消費類醫(yī)療保健市場急劇增長,，例如脈搏血氧儀、紅外溫度計,、自動心率監(jiān)測儀,，甚至自動體外除顫器（AED）等主動干預設備。這些裝置大大解放了患者,，可幫助醫(yī)生對患者進行遠程診療,，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柔性混合電子元件（FHE）和數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù),，并將這些技術(shù)融入可穿戴設備。他們還在開發(fā)彈性接口來連接病人和設備,，以改善數(shù)據(jù)收集并提高數(shù)據(jù)的準確性,。
四個等待組裝的無線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,，在消費類,、商業(yè)和軍事應用中具有無線前景。
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做一次回訪收集患者數(shù)據(jù),，可以為患者創(chuàng)建一個“個人基線”。例如,，一個病人的心率或血壓,，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,、上個星期或上個月的數(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)或者采取其它干預手段,。
不客氣地說，現(xiàn)在我們的汽車都會定期保養(yǎng),，汽車檢測診斷的歷史數(shù)據(jù),，甚至做的比我們?nèi)艘谩８鶕?jù)內(nèi)科醫(yī)生協(xié)會的一項研究,，如今,，美國的醫(yī)生問診時間平均長度不到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,，對病患個人病史的模糊記憶，以及醫(yī)療帳戶檔案,，結(jié)合他們的訓練和直覺,，給出診斷結(jié)論和治療建議。這顯然不是一個科學的過程,。因此,，改善的個人基線數(shù)據(jù)，是提高未來診斷準確性的好方法,。
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)絡的領(lǐng)導力量。NextFlex是由美國國防部（DoD）和FlexTech聯(lián)盟合作組成,，是由企業(yè),、學術(shù)機構(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,，其共同目標是進一步推進美國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隊齊聚一堂,，共同推動創(chuàng)新,，加速美國FHE生態(tài)系統(tǒng)的形成，通過投資超薄型設備加工、傳感器集成打印和封裝,、系統(tǒng)設計工具以及可靠性測試和建模,，來促進FHE技術(shù)商業(yè)化。
NextFlex專注的其中一個重點領(lǐng)域是可穿戴醫(yī)療傳感器和診斷設備,。該組織的第一批項目涉及個人傳感器系統(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,、Integra LifeSciences和西密歇根大學領(lǐng)導）,；電刺激傳感器和愈合器械（由加州大學伯克利分校和捷普集團領(lǐng)導）；無線EKG設備（由GE Global Research和賓厄姆頓大學領(lǐng)導）,；口服生物標志物傳感器（由PARC和UCSD領(lǐng)導）,。這些傳感器都在其設計中融入了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)臏蚀_性,。在許多情況下,，適應不同患者的能力，也改善了應用傳感器的過程,，這也會提高診斷準確性,。
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性，最薄的薄膜貼合度最好（圖片源自UT Austin）
除了改善的適應能力之外,，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，更準確地預測某類病毒的暴露,。
目前,，很多公司正在開發(fā)多傳感器可穿戴設備。例如,，有一家公司的多傳感器設備可以測量患者汗液的化學成分,。
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)療護理供應商分別通過控制中心監(jiān)控三名或更多的患者。
該計劃非常成功,，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),，并在整個康復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,，而且利用基礎研究證明了這些設備是可以實現(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,。獲資助項目將包括柔性混合電子器件工藝,、電子紡織、3D電子設計和電源集成等方面的創(chuàng)新,。
NextFlex近日發(fā)布了新一輪項目征集Project Call 4.0（PC 4.0）,，旨在尋求進一步開發(fā)和應用FHE的項目，為它們提供資金支持。前三次項目征集計劃的反響令人震驚,，共收到178份初始提案,，投資額超過5900萬美元。PC 4.0的總項目資金預計將超過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)域涵蓋了可穿戴設備封裝技術(shù),、高性能和高層數(shù)FHE,、3D電子設計、電子紡織領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性解決方案,、生化監(jiān)控平臺以及無人機輕型電子設備等,。
“NextFlex的項目征集計劃已經(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計劃正在進行中的31個項目,，我們預計這將引起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)的基礎之上,，并將學習利用我們之前的項目成果,。”
為了驗證這些制造能力,，項目提案將專注于以下方向：
- 無人機輕型柔性電子平臺
- 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)測流體生物標記物的微創(chuàng)可穿戴柔性裝置