為穿戴在人體或連接到衣物上所設計的穿戴式電子裝置，整合了可以探測到生理標記的生物感測器。在醫療和健身領域中，被用作保健工具的穿戴式裝置有如雨後春筍般在市場上湧現，可用來監測配載者的運動、營養情況、心率和其他生命徵象，以及糖尿病病患的血糖、心臟病狀況、睡眠呼吸暫停，以及許多其他健康參數與健康狀況(圖1)。
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| 圖1 具有三條引線的穿戴式防水心電醫療監測裝置 |
消費性穿戴式市場急速拓展
據2018年全球穿戴式技術市場研究報告，預計全球穿戴式技術市場將在2018年達到58億美元的規模，其中北美的市場規模最大，是所有市場中的佼佼者。在美國，大約有75%網路消費者都擁有健身技術產品，其中最受歡迎的產品包括計步器、健身視訊遊戲以及可攜式血壓監護儀等。
美國消費電子協會2014年報告指出，約有10%的網路消費者計畫在下一年購買智慧手表。而2015年的透明度市場研究則顯示，市場上大約有65%以上的行動裝置都是佩戴在手腕上，而其他產品則可佩戴在手臂、軀幹或腰部。
消費者要求穿戴式裝置具備具體的有形特性，例如富有美感的外觀、符合人體工學的設計、防水以及耐衝擊等。儘管使用者對提高資料速率、延長電池壽命和加快充電速度的要求日益提高，但裝置的設計卻是越來越薄。醫療裝置製造商將會在智慧手機和其他消費性行動裝置的成功基礎上，繼續改善可攜式與穿戴式監控裝置。
醫療/健身用穿戴式裝置正夯
醫療產業的許多業內人士都認為穿戴式裝置是病患救治和疾病預防的顛覆性產品。行動設備和穿戴式裝置都具有緩和醫療領域效率不足以及成本日益上升等問題的潛力。合適的技術可以為醫療保健服務供應商帶來前所未有的機會，讓他們可以即時獲得所需的準確資料，再利用這些資料以更具成本效益的方式預防、診斷和治療各種慢性病痛。
攜帶式監護設備可在日常活動中佩戴，讓許多須要對生命徵象進行持續監測的病人可以擺脫醫院或其他臨床環境的束縛。穿戴式技術可減少不必要的急診和降低再次入院率，同時還可幫助病患遵從治療計畫的要求，是功能強大的工具。
與此同時，穿戴式健身裝置也正贏得運動員和希望保持健康的其他人士的青睞。相關裝置已經從基本的心率監測裝置發展為整合有感測器的各種多功能精密監測儀器，可以追蹤心率、體溫、脈搏、血壓和多種其他健康指標。據CEA最近的調查顯示，消費者最感興趣的應用是減肥，這類應用可以追蹤心率、消耗的卡路里以及已走步數之類的健身統計資料。
超微型電子元件帶來契機
感測器技術和超微型電子元件上的技術突破，正在推動穿戴式醫療和健身裝置在設計上的創新。除了進一步縮小形狀係數外，許多新型的醫療裝置都整合了電容和機械觸控板、色彩鮮明的發光二極體(LED)顯示器，以及其他先前已應用在電子消費性產品領域的先進技術。相較於消費性裝置，設計實用、高效並且具有極高安全性的可攜式和穿戴式醫療裝置是更加複雜的。
醫療裝置首重安全性/可靠性
在醫療裝置體積縮小的同時，對可靠性和安全性的需求並沒有隨之降低。消費性裝置發生故障可能只會使人感到厭惡，但醫療裝置的故障卻可能危及病患的生命安全。對於用來監測關鍵性生命徵象或者救護生命的裝置來說，伴隨著設計決策而來的便是形形色色的各種固有安全性問題。
與消費性裝置相比，為確保可靠的操作以及病患的安全，攜帶式醫療裝置需要更高的機械性能。由於須要縮小材料的物理尺寸來實現設備的可攜性並提高病患的舒適度，因此較難設計出足夠堅固並且具有極長使用壽命的高性能纜線元件。與較大元件相比，連接器和線規的尺寸越小，其固有強度就越低(圖2)。
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| 圖2 可攜式醫療電子裝置的纜線設計挑戰極大。 |
此外，攜帶式病患監護設備中所使用的感測器和纜線元件須要滿足美國食品和藥物管理局(FDA)和國際標準化組織(ISO)對安全性和生物相容性的要求。在推出產品之前，醫療裝置製造商在產品開發過程中也需要面對合規(Compliance)、驗證和臨床試驗等額外的開發問題。
雖然無線裝置日益受到青睞，但大多數醫療監護裝置仍是採取有線連接的方式。有線醫療監護儀器依然是產業的標準。電訊或資訊娛樂領域中的個人電子裝置所使用的連接器和纜線元件不一定適合應用在醫療裝置內。每種設計決策都必須考慮到法規要求和固有的安全性問題(圖3)。縮小纜線尺寸和減少使用數量必須審慎進行，以避免影響機械性能或電氣性能。
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| 圖3 醫療監護裝置所使用的纜線須符合法規與安全規範要求。 |
微型電子元件使得可攜式設備可設計成手機般的尺寸，讓病患在完全自由活動的情況下同時執行病患監護與心電圖診斷功能。這類小型裝置一般都會配備極薄的柔性纜線元件來提供電源和訊號連接。
柔性電路創造更大可能
穿戴式醫療裝置從縮小消費性裝置尺寸中獲得經驗，從而可以整合極薄的柔性電路。對於那些不適合安裝剛性印刷電路板(PCB)的醫療應用，一些互連系統製造商可提供客製化的柔性印刷電路。柔性印刷電路可包含多達二十層的層數，實現數百萬次的撓曲操作，設計上具有可處理高達10Gb/s(每秒10億位元)高速資料傳輸的能力。
在醫療裝置中使用的纜線尺寸和數量逐漸降低，其設計必須能夠良好的預防機械性能和電氣性能的損耗。纜線元件必須具有與其所連接裝置一致的使用壽命。構造上的進步實現了極薄的羽量級柔性醫療纜線元件，並可最佳化性能與耐久性。
纜線元件的撓曲壽命和纜線材料的柔性是兩種不同的特性(圖4)。在設計纜線組件時，必須深入了解每種特性所發揮的作用，以及這些特性如何對設計用途產生影響。較長的撓曲壽命意味著失效前可實現較多的撓曲週期次數，對於設計時要延長使用時間的纜線來說是極為重要的；高柔性可使纜線以較小的半徑彎曲，而不會出現性能下降或者造成纜線損壞。對於某些應用來說，這兩種特性都是有利，甚至是必要的。
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| 圖4 具有高撓曲壽命與柔性的纜線是醫療應用的理想選擇。 |
柔性電路可以在確保成本經濟性的條件下提供更多的設計選項。在穿戴式醫療裝置普及或者提高使用程度的過程中，任何相關電線、纜線和連接器的設計都可能會帶來工程和製造上的挑戰。由於裝置製造商往往未具備充分的連接器與纜線元件之設計與製造經驗，因此最經濟、快捷的方法可能就是與專業從事醫療裝置電子解決方案的公司合作，建立夥伴關係。
(本文作者為Molex旗下子公司Affinity Medical行銷經理)