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医疗穿戴装置不看淡 植入式医材前景尤佳

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为简化外科手术之复杂性,医界严格要求诸如心律调节器等植入式医疗器材,尺寸必须大幅缩减,电池寿命亦应延长为3年。来源:Duke University Health System
为简化外科手术之复杂性,医界严格要求诸如心律调节器等植入式医疗器材,尺寸必须大幅缩减,电池寿命亦应延长为3年。来源:Duke University Health System

据内政部统计,截至2016上半年,台湾的老化指数高达95.36,比起10年前的55.17几乎翻倍;伴随高龄化社会成形,对于整体医疗资源的耗用负担,可谓日益沈重,因而驱使穿戴式装置朝向健康照护发展,逐渐跃为健康生活与医疗服务的必需品。

从过往到如今,论及移动医疗与健康照护议题,未曾有一刻像现在如此蓄势待发、刻不容缓,只因为所有的主客观条件,几乎都在此刻趋于成熟。首先就需求面来看,众所皆知,举世多数国家都不约而同进入少子化与高龄化社会,倘若不善加节制使用医疗资源,定将形成重大社会问题,遂使得事前预防胜于事后治疗之照护概念崛起,对于移动医疗科技的倚赖程度,自然水涨船高。

其次从技术面来看,举凡穿戴式装置、大数据、物联网(IoT)、人工智能(AI)等技术渐趋蓬勃兴盛,乃至无线通讯技术大行其道,都在潜移默化之中,迫使医疗相关产业一步步迈向数码化,从而不断为移动医疗与健康照护挹注活水。

具体而言,藉由物联网,能够让医生与病患之间,得以突破时间与空间的藩篱,产生全新的数码化连结,由「数据」来维系彼此连结关系;在此前提下,随着物联网、穿戴式装置等应用触角的拓展,连带致使医疗设备不仅局限在医疗院所内部的大型仪器或操作面板,如今穿戴式装置逐渐成为医疗设备的一环,更已成为专业医护人力资源的延伸。

各方条件水到渠成  助长穿戴式医疗装置商机

除此之外,藉由医、护、病、仪器设备等多方交互作用,日复一日迅速生成大量且多样化的数据,也拜大数据分析、人工智能,甚或机器学习、认知运算等技术不断演进所赐,俾使医学研究领域专家,得以突破过往种种阻碍,因而快速获得更多更深的洞察,也开辟出更宽广的加值服务应用想像空间,使得前端的穿戴式装置不再只是孤军奋战,而与后端中心相辅相成,意即在传递生理监测数据之余,可透过后台的大数据演算法,藉由这些数据细节来探究病患的健康指数,便于医生适时采取正确诊疗措施,恒常确保能为病患提供最完善的服务。

合理推论,尽管现在不管从哪个角度来看,已经问市的穿戴式医疗或健康管理装置,似乎都还有很大的进步与成熟空间,但不久之后,人们必然可以看到相关技术的快速成长茁壮,举凡智能眼镜、智能手表、智能跑鞋、智能手环、智能腰带、智能钮扣、智能头盔等更趋实用的装置,定将持续应运而生,汇聚成为庞大商机。

调查机构ABI Research提供的数据显示,2015年移动医疗保健装置总出货量为1.19亿台,预期尔后每年都可望以至少38%幅度递增,时至2019年,即有机会冲高至4.27亿台水准,其中主要功能环绕在心律、体脂、血压等生理数值量测的穿戴式装置部分,其出货量有望在2018年时突破1.1亿台大关。

截至目前,剖析穿戴式装置的采购意向,以体适能手环占绝对大宗,按尼尔森(Nielsen)调查数据,美国曾购买穿戴式设备的消费者,超过6成都选择手环,紧追在后则是智能手表,有将近四成五消费者曾采购此类产品。

发展植入式装置  有诸多挑战待克服

然而展望未来,多数业者一致认为穿戴式装置的发展格局,肯定不会拘泥在现在触目可及的手表、手环或眼镜等型态,现在常见的类型,主要都不脱人体外围应用,但后续装置设计的走向,已逐渐转口人体内部应用,也就是植入式可穿戴装置,届时不论发展潜力与市场需求,都会比当前大上许多,对于许多病患的生活改善幅度也更加辽阔,不仅有助于延长生命,亦可促进生活品质的提升,乃至协助回复病患原本失去的身体机能,相当值得期待。

不可讳言,针对植入式可穿戴装置,对人体而言毕竟是异源物体,故亟需克服几个重大问题,其间尤以外型、尺寸、重量、可靠性与寿命等环节最为重要。

以用来检测心跳的植入式心脏监测器为例,该装置系植入于病患的胸腔皮肤下方,持续记录每一次的心律,然后藉由无线通讯将其所汇集的信息传送到线上医疗中心,由医疗中心监测病患的心脏的活动状形,借此评估该病患是否出现事前难以预料的心血管异状,如果有,便需要另外植入心脏起搏器。

尔后医疗界发现,倘若此类型装置尺寸过大、或电池续航力不彰,都将徒增外科手术的困难性,于是促使装置制造商产出明确定义,新一代心脏监测器的尺寸必须较前一代产品缩小10倍,至于电池寿命,则必须延长到3年之久。

为克服务尺寸缩小、电池寿命延长等重大挑战,制造产业因而苦思突破之道,比较受到瞩目的发展成果,乃是利用矽晶整合式被动元件(Integrated Passive Devices;IPD),用以取代一些中大型的分离式元件,特别是针对电容部分,巧妙运用创新的3D结构,不仅营造高可靠性,并确保电容内部的最小漏电流,从而产出电容值足以达到几个μF水准的微型矽晶电容。

意即是藉由微小的尺寸封装,便可实现很大的电容值,让厚度得以降低至100μm之薄,接着透过高隔离设计,针对与阵列耦合的二极管善加控制,确保一个节点到另一节点的漏电流绝不超过10nA,使得最终系统的总电容高于7μF,成功搭建起「体积缩小10倍」的最后一里路。

更有甚者,一般预期在今后的10年内,电池技术还会再精进,也就是植入式装置可望透过其内部的零组件,或者是病患身体的运动而产生电能,顺势对植入式电池进行充电,进而大幅延长装置设备的使用寿命。

提早实施风险控管  避免出现任何不测

此外同样值得留意的重要一环,则是生物兼容性。因此作为医用植入式穿戴装置的设计者,必须审慎考量医疗器材材料的化学特性,以及与人体接触的性质、程度、频率与时间,为确保生物兼容性而严加把关;甚至按理说不会接触到人体的电路基板、电池或天线等等所有零组件,纵使已经被紧密包覆在外壳之内,亦有必要比照植入等级而从严设计,严格杜绝风险发生。

只不过,即使智能穿戴装置,对于医疗健康照护应用确实大有可为,从而致使众家厂商趋之若鹜,但制造商所需克服的难题,可不仅落在电池待机时间、材料、无线通讯、传感器等几个重要项目而已,比起这些事情,包括设备安全、数据防护,无疑是更值得留意的议题。

专家认为,穿戴式装置的制造商,不宜等到产品原型完成之后,才来寻求第三方公正单位依各国法规进行符合性测试与认证,而必须在产品设计初期,便预先启动风险管控机制,不妨考量提前接受认证单位的辅导与协助,针对如何遵循各国所规范的电磁兼容性(EMC)、射频(RF)、特定吸收比率(SAR),采取更为严谨的做法。

此外更需要对于数据安全防护一事严阵以待,不厌其烦地针对软件、硬件与韧体执行反覆测试,务求不断发现漏洞、旋即加以修复,借此垫高黑客或内贼可缝插针的困难性。