2011年度國際固態電路會議(International Solid State Circuits Conference,ISSCC)於美國時間2月20日在舊金山登場;在開幕演說中,與會專家表示,電子技術將協助推動醫療照護體系由醫院擴大至居家,降低相關成本並提升民眾生活品質,但要達到這樣的轉變需要新一代處理器、無線技術、電池技術與資料採集技術的結合。
醫療電子大廠美敦力 (Medtronic)技術院士暨神經調控業務(Neuromodulation)工程總監Tim Denison,在ISSCC專題演說會場對台下近3,000位工程師聽眾表示:「目前醫療照護體系正進行一場以連網裝置為基礎的革命,而這需要眾多廠商的共同合作,包括今日在座的各位。」
他在演說中描述了一種尺寸只有阿斯匹靈膠囊大小、卻能監控並分析各種疾病的無線植入裝置,以及可能為大眾生活帶來的改變;此技術是根植於Medtronic等廠商所開發的各類心律調整器(cardiac pacemaker)。他並舉出一系列目前或未來的植入裝置可以治療的症狀。
在另一場專題演說中,歐洲研究機構IMEC的資深副總裁Jo de Boeck則是介紹一種穿戴式的、可監測多種症狀的貼片(patch):「我們正試圖將醫療照護體系由醫院擴大至居家,並期望因此降低民眾就醫成本、改善病患的生活品質。」
兩位講者都認為,如何進一步分析那些藉由未來的植入裝置或是貼片所收集的即時資料流,將會是一大挑戰。「我們必須思考該如何將那些原始數據轉化成有意義的臨床診斷。」Denison表示。
de Boeck則指出,未來的醫療感測裝置將可監測患者的飲食、藥物攝取、睡眠、活動、步伐甚至是呼出的氣體:「以工程的角度來看,那些是大量的訊息 (information),還不完全是資料(data)。」
為了啟動這類裝置,電子工程師們也需要開發新的電池或能量採集技術;de Boeck表示,一個在兩年前需要消耗1瓦(watt)功率的無線貼片,若採用今日的最新零組件,耗電量可能僅需100毫瓦(milliwatts,千分之一瓦),但若要適用於6mm見方的印刷電池,該耗電量數字還需要降低到至少50毫瓦。
此外de Boeck認為,工程師也需要開發出新一代的低功耗技術,才能因應感測裝置所收集的大量資料分析,以及越來越複雜的演算法;他呼籲業界針對醫療感測裝置等一列新應用,開發新一代的超低功耗指令集架構。
要催生新一代的醫療科技裝置,還需要封裝技術的加持;Denison舉例指出,在只有膠囊大小的植入裝置中,就需要用到晶圓級(wafer-scale)封裝技術來做出3D堆疊的晶片或是電池元件。
IMEC已經開發出一種採用軟性導線的電極零件,好讓醫療用貼片在使用者活動時跟著伸展;該機構也正在研發將感測器與衣物纖維整合的技術。IMEC在今年度的ISSCC發表了一篇採用有機塑膠基板的8位元處理器技術論文,de Boeck表示:「我們預見在20年內,採用塑膠與矽材料的IC設計工程師會各佔一半。」
Denison表示,醫療電子工程師也能利用目前的消費性電子技術;例如有一家公司所開發的、已核准在歐洲上市的脊髓刺激植入裝置(spinal stimulation implant),就內建三軸加速度計以隨著病患改變姿勢自動切換刺激電流的幅度。
「任天堂(Nintendo)的 Wii 遊戲與蘋果(Apple)的 iPhone 手機已經有可用的技術,因此我們可以把它們結合在醫療植入裝置中。」Denison表示,新一代的植入裝置是可以救命的,例如心室壓力的變化是心臟衰弱的訊號,或是在幾天前對心臟病發提出預警。
電子工程專輯 2011/02/23 Judith Cheng 譯
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