与人体“无缝衔接”

据Statista预计，可穿戴设备市场2024年收入将达到 180 亿美元，并已迅速成为健康医疗行业的主流趋势。在医疗应用中，可穿戴设备可以诊断多种疾病，如阿兹海默症和脑震荡等。新冠疫情期间，医院系统不堪重负，医院必须使用替代性的远程解决方案为慢性病患者测量和监控健康状况，其中包括脑电图（EEG）、心电图（ECG）、眼动电图（EOG）以及肌电图（EMG）。

上述功能都必须通过传感器来实现，比如电极。医疗器械中的电极将人体内的离子电流能量转化为电流，电流则能被放大和测量，从而用于诊断，甚至于治疗。对患者来说，不同的电极设计会带来不同等级的性能、舒适度和耐久度，这能在很大程度上影响读数是否精确。为了更好地护理患者，工程师在设计带有电极的可穿戴医疗设备时，应尽可能从以下四点来考虑电极如何才能与人体更好地连接。

1. 材料特性
可穿戴设备材料的舒适度在很大程度上决定了患者的医疗体验，从而影响测量的准确性。如果佩戴不舒适，患者对于正确佩戴和使用可穿戴设备的意愿就会降低，造成对读数结果的干扰或影响患者对治疗的积极性。比如，当入耳传感器产生戳刺感时，患者很有可能会频繁移动耳机。

为了应对这种问题，我们在设计可穿戴设备的一开始就要特别注意材料的选择。这是因为与金属或硬质塑料相比，高弹性材料（橡胶）能提供更柔软的触感，在连续佩戴数小时甚至数天的情况下依旧能让用户体感舒适。高弹性电极也不需要使用凝胶，在提升舒适感的同时尽可能地缩短了准备时间和清理时间，减少了部分患者长期使用时可能产生的皮肤过敏。

2. 灵活定制
为了向患者提供更多价值以及充分考虑患者的个体差异，健康医疗产业正在转向定制化产品。在为特定应用设计可穿戴设备时，充分考虑硬件的形状、尺寸和可调节性就显得十分重要。

比如，入耳电极必须适应患者的耳腔形状；头部的电极则更需注重信号接收，使用带插针的刷状电极以协助插入头发，建立更稳定的信号。我们甚至可以更进一步，根据患者头发的厚度、质地以及其他特性来定制插针，达到最优的性能。

根据具体需求，不同的技术解决方案有助于设计工程师研发出更加有利于患者和看护人的设备。比如，卡扣式电极可以与设备断开并重连，而有线电极或金属板电极则适用于永久性连接。在设计与线缆或设备有接触的电极时，工程师可以考虑包塑无弹性的材料，比如铜线或铜片，用这种方法将电极嵌入防护带或贴片。在一些EMG和ECG应用中，患者会在监控过程中移动，如此设计可以让电极与测量部位的贴合度更高，防止因为患者频繁移动而造成电极移位。

3. 涂层性能
由于家用可穿戴设备脱离了医疗机构的专业环境，其性能就必须能经受住患者的长时间佩戴与频繁使用。电极与皮肤接触的区域必须能耐受人体变化，如出汗、刮擦、头发摩擦等，最重要的就是确保电极具有优质的涂层，能缓解上述因素造成的影响和损害。电极涂料可以提高整体产品的耐受性，保证不同环境下的优越性能。
除此之外，电极也必须能够耐受供应链中的严苛环境和条件。比如，不同的清洁环境和储存环境都有不同的温度和干湿度，这些因素会影响电极是否能在其生命周期一直保持可靠的性能。

4. 质量测试
一直以来，电极设计的一大挑战在于如何在不牺牲信号质量的同时，实现更高的舒适度。在原型设计阶段，定制解决方案相对而言会更加有效。视用途不一，优质电极一般可以使用数百次。通过严格的质量管理方法，制造商可以显著提高使用次数且不影响信号质量。比如，通过严苛的磨损测试来确保电极涂层保持长久不脱落。

来源：荣格-《医疗设备商情》

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