加速針對COVID-19的醫(yī)療器械開發(fā)

Ramping up medical device development against COVID-19

COVID-19流感大流行正在全球范圍內(nèi)造成毀滅性的破壞，這可能是對未來傳染病前景的一瞥。對于一線的醫(yī)護人員來說，擁有合適的醫(yī)療工具是幫助治療患者的武器庫的一部分。從傳統(tǒng)的呼吸機和超聲波設(shè)備到生物傳感可穿戴設(shè)備等更新的工具，每一個都依賴于一個共同的基礎(chǔ)技術(shù)：半導(dǎo)體。

設(shè)計和開發(fā)醫(yī)療設(shè)備的公司正在加緊生產(chǎn)產(chǎn)品，特別是面對這一流行病。依靠一系列半導(dǎo)體器件來實現(xiàn)一系列復(fù)雜的功能。反過來，半導(dǎo)體制造商也在保持供應(yīng)鏈的運轉(zhuǎn)，以幫助客戶滿足這些迫切的需求。

雖然由于醫(yī)療技術(shù)而實現(xiàn)的功能令人印象深刻，但也突顯了這些解決方案如何能夠?qū)崿F(xiàn)更個性化的醫(yī)療保健模式。在這篇文章中，將討論五種關(guān)鍵的方法，在這些方法中，包括以半導(dǎo)體為核心的當(dāng)今技術(shù)可以改變提供醫(yī)療保健的方式，以促進更好的結(jié)果：

加強預(yù)測和預(yù)防保健

精確測試

遠程病人監(jiān)護

治療

后續(xù)監(jiān)測

Catching Symptoms Before They Snowball

在雪崩之前發(fā)現(xiàn)癥狀

通過檢查生命體征發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)長期以來為疾病的存在提供了線索。然而，在許多情況下，在醫(yī)生就診期間進行定期檢查并不像有連續(xù)的數(shù)據(jù)記錄那樣具有揭示性。以高血壓為例。臨床上公認(rèn)的方法是在休息時測量血壓，最好是每天在同一時間測量。但是，諸如隱性高血壓（在診所血壓正常，但在家里血壓升高）等因素會削弱準(zhǔn)確診斷病情的能力。這就是為什么連續(xù)的，實時的血壓監(jiān)測提供了一個更深刻的圖像病人。評估無癥狀COVID-19患者也可以受益于持續(xù)監(jiān)測。新冠狀病毒感染者的癥狀包括：

在或高于4華氏度的溫度

每分鐘呼吸30次以上的呼吸頻率

心率每分鐘超過100次

血氧水平（SpO2）低于93%

生物傳感可穿戴設(shè)備提供了一種方便、無創(chuàng)的手段來監(jiān)測這些指標(biāo)，并提醒患者和醫(yī)療保健提供者，病情是否可以在家里或醫(yī)院得到管理。對于高傳染性呼吸道病毒如COVID-19，遠程評估患者病情嚴(yán)重程度的能力可以幫助醫(yī)療提供者在護理點對其病例進行分類。

圖1. 監(jiān)測血氧水平等健康參數(shù)的生物傳感可穿戴設(shè)備可幫助評估呼吸道病毒患者。
今天的傳感器解決方案測量各種生命體征，包括體溫、心率、心率變異性、SpO2和呼吸。復(fù)雜的算法將這些信號轉(zhuǎn)化為醫(yī)學(xué)專業(yè)人士的寶貴見解。低功耗運行的傳感器、電源管理和電池管理IC有助于延長終端產(chǎn)品的電池壽命，而高度集成的集成電路則符合可穿戴設(shè)備的空間限制。

Testing Holds the Key

測試是關(guān)鍵

一旦根據(jù)指標(biāo)懷疑病情，篩查測試就可以驗證疾病是否存在。對于COVID-19，目前可用的檢測方法是檢查通過鼻拭子和咽喉拭子采集的樣本，而血液檢測是為了檢測抗體的存在。半導(dǎo)體在諸如病毒檢測設(shè)備和分析/實驗室設(shè)備等診斷設(shè)備中發(fā)揮作用。電化學(xué)傳感器模擬前端（AFE）集成電路正在集成到可穿戴貼片中，用于連續(xù)血糖監(jiān)測。也許將開始評估這些電化學(xué)設(shè)備，以檢測新冠狀病毒的存在。

還看到人工智能（AI）算法在分析COVID-19患者的CT掃描和胸部x光片中的應(yīng)用，以確定肺炎風(fēng)險，并檢查新冠狀病毒的跡象。由于準(zhǔn)確度的原因，研究結(jié)果褒貶不一，但這方面的更多進展正在進行中，包括芝加哥大學(xué)和阿貢國家實驗室最近發(fā)起的合作。

Remote Monitoring to Assess Disease
Severity

遠程監(jiān)測以評估疾病嚴(yán)重程度

在被診斷出患有某種疾病或狀況后，患者進入治療模式。COVID-19患者要么被隔離，要么在更嚴(yán)重的情況下住院治療。對于那些在家中隔離的人來說，持續(xù)監(jiān)測生命體征是有益的。這種新的冠狀病毒在不同的病人身上表現(xiàn)出不同，甚至是不可預(yù)測的。通過可穿戴設(shè)備遠程密切關(guān)注體溫、呼吸和心率以及血氧水平的變化，可以作為確定患者何時需要去醫(yī)院的一種手段。

Producing Components for Treatment Tools

生產(chǎn)治療工具組件

雖然目前還沒有治愈COVID-19的方法，但醫(yī)生和護士正在采取感染預(yù)防和控制措施，并對呼吸困難的患者使用呼吸工具。在極其嚴(yán)重的情況下使用呼吸機，承擔(dān)部分或全部的呼吸努力，提供一種機械手段，將氧氣輸送到肺部，將二氧化碳排出體外。在這場大流行期間，這些設(shè)備的需求激增。作為回應(yīng)，半導(dǎo)體制造商正加緊努力生產(chǎn)在呼吸機中起著不可或缺作用的部件，例如：

電池和電源管理集成電路

放大器

模數(shù)轉(zhuǎn)換器

數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）

熱電偶到數(shù)字轉(zhuǎn)換器

音頻編解碼器

實時時鐘

微控制器

監(jiān)控集成電路

安全身份驗證器

圖2. 在COVID-19流感大流行期間，呼吸機和溫度監(jiān)測器一直是急需的醫(yī)療設(shè)備之一。

Continuous Monitoring for Chronic Conditions

慢性病持續(xù)監(jiān)測

對于許多慢性疾病，尤其是后續(xù)計劃涉及后續(xù)監(jiān)測。這為部署生物傳感可穿戴設(shè)備提供了另一個好機會。如今的健身跟蹤器和可穿戴設(shè)備已經(jīng)可以監(jiān)測心率、心率變異性和呼吸頻率。這些標(biāo)記物的變化可能表明病毒載量，因此一種可穿戴設(shè)備能夠在一段時間內(nèi)被動、連續(xù)地獲取這些數(shù)據(jù)，這就證明了洞察力。

在一些COVID-19病例中，患者表現(xiàn)出心律失常。不規(guī)則心跳的存在可以通過心電圖（ECG）來檢測。一些醫(yī)院正在實施連續(xù)的心電圖監(jiān)測，以及自動血壓讀數(shù)和血氧飽和度監(jiān)測，以取代通常由護理人員進行的標(biāo)準(zhǔn)生命體征檢查。這種方法的目的是降低將新冠狀病毒傳播給醫(yī)護人員的風(fēng)險，同時也保護個人防護設(shè)備（PPE）。生物電位傳感器提供心電波形和生物阻抗（BioZ）測量的臨床級精度。這種集成電路足夠小，可以集成到醫(yī)療貼片、腕帶式設(shè)備和胸帶式心率監(jiān)測器中，這些設(shè)備可以為患者評估提供連續(xù)、實時的數(shù)據(jù)。

Toward a More Personalized Model of Healthcare

走向更個性化的醫(yī)療模式

控制COVID-19傳播的策略包括增加檢測和接觸追蹤，以確定那些可能接觸過感染者的人。毫無疑問，技術(shù)將在這一艱難的過程中發(fā)揮不可或缺的作用。谷歌和蘋果已經(jīng)聯(lián)手開發(fā)了一個可以在Android設(shè)備和iphone上運行的大型合同追蹤平臺。該軟件使用藍牙來檢測和提醒那些與COVID-19檢測呈陽性的人接近的人。為了查明COVID-19的爆發(fā)，Scripps研究轉(zhuǎn)化研究所正在使用可穿戴設(shè)備進行一項研究。DETECT（用于早期控制和治療的數(shù)字參與和跟蹤）監(jiān)測可穿戴用戶的心率，并使能夠記錄咳嗽和發(fā)燒等癥狀。通過分析某一特定區(qū)域的模式，研究人員可以確定該特定區(qū)域是否正遭受疫情爆發(fā)之苦。

毫無疑問，這一流行病促使所有人的生活發(fā)生了巨大的變化。此外，醫(yī)療保健行業(yè)提供醫(yī)療服務(wù)的方式可能也無法幸免，希望有所好轉(zhuǎn)。例如，通過更多地使用遠程患者監(jiān)控工具，醫(yī)療保健提供者（和患者一樣）可以密切關(guān)注病情，而不需要不必要的門診就診。一個更加個性化、分散的護理模式可能由此產(chǎn)生。半導(dǎo)體設(shè)備將繼續(xù)發(fā)揮不可或缺的作用，使醫(yī)療工具和設(shè)備能夠應(yīng)用于整個患者護理領(lǐng)域。

總結(jié)

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