加速针对COVID-19的医疗器械开发
Ramping up medical device development against COVID-19
COVID-19流感大流行正在全球范围内造成毁灭性的破坏，这可能是对未来传染病前景的一瞥。对于一线的医护人员来说，拥有合适的医疗工具是帮助治疗患者的武器库的一部分。从传统的呼吸机和超声波设备到生物传感可穿戴设备等更新的工具，每一个都依赖于一个共同的基础技术：半导体。
设计和开发医疗设备的公司正在加紧生产产品，特别是面对这一流行病。依靠一系列半导体器件来实现一系列复杂的功能。反过来，半导体制造商也在保持供应链的运转，以帮助客户满足这些迫切的需求。
虽然由于医疗技术而实现的功能令人印象深刻，但也突显了这些解决方案如何能够实现更个性化的医疗保健模式。在这篇文章中，将讨论五种关键的方法，在这些方法中，包括以半导体为核心的当今技术可以改变提供医疗保健的方式，以促进更好的结果：
加强预测和预防保健
精确测试
远程病人监护
治疗
后续监测
Catching Symptoms Before They Snowball
在雪崩之前发现症状
通过检查生命体征发现的关键指标长期以来为疾病的存在提供了线索。然而，在许多情况下，在医生就诊期间进行定期检查并不像有连续的数据记录那样具有揭示性。以高血压为例。临床上公认的方法是在休息时测量血压，最好是每天在同一时间测量。但是，诸如隐性高血压（在诊所血压正常，但在家里血压升高）等因素会削弱准确诊断病情的能力。这就是为什么连续的，实时的血压监测提供了一个更深刻的图像病人。评估无症状COVID-19患者也可以受益于持续监测。新冠状病毒感染者的症状包括：
在或高于4华氏度的温度
每分钟呼吸30次以上的呼吸频率
心率每分钟超过100次
血氧水平（SpO2）低于93%
生物传感可穿戴设备提供了一种方便、无创的手段来监测这些指标，并提醒患者和医疗保健提供者，病情是否可以在家里或医院得到管理。对于高传染性呼吸道病毒如COVID-19，远程评估患者病情严重程度的能力可以帮助医疗提供者在护理点对其病例进行分类。
图1. 监测血氧水平等健康参数的生物传感可穿戴设备可帮助评估呼吸道病毒患者。
今天的传感器解决方案测量各种生命体征，包括体温、心率、心率变异性、SpO2和呼吸。复杂的算法将这些信号转化为医学专业人士的宝贵见解。低功耗运行的传感器、电源管理和电池管理IC有助于延长终端产品的电池寿命，而高度集成的集成电路则符合可穿戴设备的空间限制。
Testing Holds the Key
测试是关键
一旦根据指标怀疑病情，筛查测试就可以验证疾病是否存在。对于COVID-19，目前可用的检测方法是检查通过鼻拭子和咽喉拭子采集的样本，而血液检测是为了检测抗体的存在。半导体在诸如病毒检测设备和分析/实验室设备等诊断设备中发挥作用。电化学传感器模拟前端（AFE）集成电路正在集成到可穿戴贴片中，用于连续血糖监测。也许将开始评估这些电化学设备，以检测新冠状病毒的存在。
还看到人工智能（AI）算法在分析COVID-19患者的CT扫描和胸部x光片中的应用，以确定肺炎风险，并检查新冠状病毒的迹象。由于准确度的原因，研究结果褒贬不一，但这方面的更多进展正在进行中，包括芝加哥大学和阿贡国家实验室最近发起的合作。
Remote Monitoring to Assess Disease Severity
远程监测以评估疾病严重程度
在被诊断出患有某种疾病或状况后，患者进入治疗模式。COVID-19患者要么被隔离，要么在更严重的情况下住院治疗。对于那些在家中隔离的人来说，持续监测生命体征是有益的。这种新的冠状病毒在不同的病人身上表现出不同，甚至是不可预测的。通过可穿戴设备远程密切关注体温、呼吸和心率以及血氧水平的变化，可以作为确定患者何时需要去医院的一种手段。
Producing Components for Treatment Tools
生产治疗工具组件
虽然目前还没有治愈COVID-19的方法，但医生和护士正在采取感染预防和控制措施，并对呼吸困难的患者使用呼吸工具。在极其严重的情况下使用呼吸机，承担部分或全部的呼吸努力，提供一种机械手段，将氧气输送到肺部，将二氧化碳排出体外。在这场大流行期间，这些设备的需求激增。作为回应，半导体制造商正加紧努力生产在呼吸机中起着不可或缺作用的部件，例如：
电池和电源管理集成电路
放大器
模数转换器
数模转换器（DAC）
热电偶到数字转换器
音频编解码器
实时时钟
微控制器
监控集成电路
安全身份验证器
图2. 在COVID-19流感大流行期间，呼吸机和温度监测器一直是急需的医疗设备之一。
Continuous Monitoring for Chronic Conditions
慢性病持续监测
对于许多慢性疾病，尤其是后续计划涉及后续监测。这为部署生物传感可穿戴设备提供了另一个好机会。如今的健身跟踪器和可穿戴设备已经可以监测心率、心率变异性和呼吸频率。这些标记物的变化可能表明病毒载量，因此一种可穿戴设备能够在一段时间内被动、连续地获取这些数据，这就证明了洞察力。
在一些COVID-19病例中，患者表现出心律失常。不规则心跳的存在可以通过心电图（ECG）来检测。一些医院正在实施连续的心电图监测，以及自动血压读数和血氧饱和度监测，以取代通常由护理人员进行的标准生命体征检查。这种方法的目的是降低将新冠状病毒传播给医护人员的风险，同时也保护个人防护设备（PPE）。生物电位传感器提供心电波形和生物阻抗（BioZ）测量的临床级精度。这种集成电路足够小，可以集成到医疗贴片、腕带式设备和胸带式心率监测器中，这些设备可以为患者评估提供连续、实时的数据。
Toward a More Personalized Model of Healthcare
走向更个性化的医疗模式
控制COVID-19传播的策略包括增加检测和接触追踪，以确定那些可能接触过感染者的人。毫无疑问，技术将在这一艰难的过程中发挥不可或缺的作用。谷歌和苹果已经联手开发了一个可以在Android设备和iphone上运行的大型合同追踪平台。该软件使用蓝牙来检测和提醒那些与COVID-19检测呈阳性的人接近的人。为了查明COVID-19的爆发，Scripps研究转化研究所正在使用可穿戴设备进行一项研究。DETECT（用于早期控制和治疗的数字参与和跟踪）监测可穿戴用户的心率，并使能够记录咳嗽和发烧等症状。通过分析某一特定区域的模式，研究人员可以确定该特定区域是否正遭受疫情爆发之苦。
毫无疑问，这一流行病促使所有人的生活发生了巨大的变化。此外，医疗保健行业提供医疗服务的方式可能也无法幸免，希望有所好转。例如，通过更多地使用远程患者监控工具，医疗保健提供者（和患者一样）可以密切关注病情，而不需要不必要的门诊就诊。一个更加个性化、分散的护理模式可能由此产生。半导体设备将继续发挥不可或缺的作用，使医疗工具和设备能够应用于整个患者护理领域。