Роботы, нательные и встроенные устройства в эпоху бионического здоровья. Часть 1.

автор Джейсон Марш (Jason Marsh), Insulectro |

Если вы производитель электроники и вы спрашиваете своих бизнес банкиров, где их исследования рынка предполагают наибольший грядущий рост, они почти наверняка назовут ключевой зоной роста медицинскую электронику. За последние пять лет данный сегмент занял что-то близкое к 6% CAAGR с ускорением, предсказанным на краткосрочную перспективу, и остается одной из немногих областей, где США остается нетто-экспортером продуктов. Это соответствует размеру рынка в $120 млрд. только в США с более чем 6500 компаний-участников, и аналитики ожидают, что данная цифра вырастет до $133 млрд. в следующие два года. Существует несколько драйверов для такого роста: демография, продвижение технологий, и, возможно самое важное, дистанционный мониторинг.

Первая и наиболее очевидная тенденция заключается в том, что основа населения становится все более старой и более долго живущей (Рис. 1). С ростом числа перспективных пациентов для более продвинутых процедур, распространение медицинской электроники и продвижение технологий являются главным элементом паззла. Конечная цель – принести продвинутые технологии, такие как беспроводные протоколы коммуникации, анализы дынных и роботов в больницы и медицинские кабинеты, чтобы улучшить показатели успешного лечения, снизить количество осложнений и улучшить комфорт пациента.

Посещение больничного операционного зала в 2015 году предоставляет достаточные доказательства тенденций к внедрению более современной электроники в медицинской сфере. Технологии позволяют сделать больше операций с меньшим количеством разрезов, уменьшением рубцов, риска заражения и других осложнений. 3Д камеры и автоматические хирургические инструменты позволяют докторам работать как в нескольких сантиметрах, так и в тысячах километрах от пациента, избегая избыточной толчеи в операционных и давая возможность специалистам работать с пациентами, которые не могут быть доставлены в их физическое местопребывание. Система Да Винчи   (The da Vinci® system), произведенная компанией Intuitive Surgical – прекрасный пример этой роботизированной технологии (Рис. 2), где вся процедура может точно контролироваться из удаленной операционной локации и в этой хирургической зоне может использоваться одновременно множество разнообразных инструментов.

Даже традиционные операционные комнаты используют такие продукты, как навигационная система 3Д камеры Stryker, чтобы увеличить и уточнить, что происходит внутри тела. Stryker, крупнейший игрок в сегментах множества медицинских устройств и оборудования, имеет системы программного обеспечения, которые могут имитировать, отображать и даже моделировать поврежденный участок как до, так и во время операции, такие как их системы Spine Maptm и Nav3itm для спинальной и черепной хирургии соответственно (Рис. 3).

Основной электронный партнер обеих компаний и Stryker, и Intuitive - это Lenthor Engineering. Президент и собственник Лентора Марк Ленчиони (Mark Lencioni) недавно инвестировал значительные средства в новое технологическое оборудование следующего поколения, включая некоторые специализированные возможности сборки (Рис. 4). Ленчиони объясняет, как важно это партнёрство и для Lenthor, и для Stryker. «В медицинской сфере надежность – критически важна. Соответствие этим требованиям даже более строгое, чем во многих военных спецификациях, по которым работает Lenthor. Чтобы достичь этого необходим очень высокий уровень доверия с обеих сторон. Для нас это на самом деле отношения «с открытым кимоно», которые не очень удобны  для многих производителей». Хотя в отрасли нет стандартов или спецификаций, регулирующих это, каждый из потребителей имеет свою собственную очень строгую систему и методы, чтобы убедиться, что они получат надежные продукты для работы с людьми.

Рис. 1: Население США в возрасте 65 и старше, 2012–2050. (источник: U.S. Census Bureau)

Рис. 2: Da Vinci® роботизированное хирургическое оборудование.

Рис. 3: Система черепной хирургии Stryker.

Рис. 4: Отдел монтажа в Lenthor Engineering.

Рис. 5: Различные тест-полоски на глюкозу.

«Влияние сбоев в медицинском продукте на бренд может быть астрономическим», - объясняет Рич Клемент, генеральный директор Lenthor Engineering. «Страйкер отправлял своих людей на место во время переезда Lenthor на новые площади, чтобы убедиться, что все соответствует процедуре». Это очень особые и уникальные отношения между поставщиком и потребителем, но оно имеет решающее значение, если сделать простой расчет, основанный на количестве произведенных хирургических инструментов и среднем сроке службы, то будет понятно, что продукты Stryker используются почти в 10 000 операций в день.

Следующим крупнейшим сегментом в продвинутой медицинской электронике видится сфера устройств, контактирующих с кожей, контактные жидкости для тела и встраиваемые устройства. В сегменте печатной электроники долгое время фаворитами на рынке были тест-полоски для определения уровня глюкозы в крови, которые ежедневно используются миллионами пациентов. Одноразовые полоски совмещают в себе гидрофильные полиэфирные подложки с серебряными проводящими чернилами для измерения сахара в крови и производятся такими компаниями как GSI Technologies (Рис. 5). Технический директор GSI Гордон Смит также отмечает, что “GSI занимает хорошую позицию на рынке медицинских устройств, производя электроды для диагностических полосок, используемых в лабораторных условиях, для глюкозы, холестерина и других тестов».

Другим популярным устройством печатной электроники являются устройства для ЭКГ, используемые в автоматических внешних дефибрилляторах, которые обычно печатаются  углеродными чернилами на адгезивных площадках и производятся такими компаниями, как Medtronic и Vermed.

Рис. 6: Умные контактные линзы Google.

Рис. 7: Прототип Nanovivo.

Рис. 8: Электро-стимуляционное устройство управления болью St. Jude Medical.

Эти хорошо отработанные технологии уже обойдены более новыми передовыми технологиями, такими как контактные линзы, контролирующие уровень глюкозы, с возможностью беспроводной связи, разработанные командой Google X (Рис. 6), которые будет производить Novatris’ Alcon Division, по данным из интервью с Генеральным Директором Novartis Джозефом Хименесем.

Кроме этого существуют мириады новых устройств для удаленного мониторинга, охватывая все, от традиционных мониторов сердечного ритма, производящимися Polar, до даже ваших Apple или Samsung часов, или новые игроки, такие как стартап Сан Хосе NanoVivo, который производит прототип системы, которая по их заявлению может мониторить хронические заболевания, гидратацию, анализ крови, питание, цифровую косметику, мониторинг диеты, атлетические характеристики, мониторинг беременности и даже безопасность продуктов питания через устройство типа наручных часов, которое может подключаться к облаку через Wi-Fi (Рис. 7).

Следующая группа – имплантируемые и полу-имплантируемые устройства. Некоторые из наиболее прямых систем, такие как устройство Prodigytm от St. Jude Medical, обеспечивают электростимуляцию болевых зон в поясничной и спинной области пациентов (Рис. 8). KCA электроника в Anaheim очень долго была поставщиком St. Jude, и они поддерживают специальные процедуры для продуктов, регулируемых Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Классические системы, такие как кардиостимуляторы, также совершают квантовые скачки. Medtronic перенес иглу со своих ранних устройств, которые выглядели как элемент Франкенштейна (Рис.9) на более современные и элегантные системы, такие как Medtronic Micratm и St. Jude Nanostimtm (Рис. 10).

Еще одна область, переживающая быстрый рост, - это слуховые аппараты. Такие компании как Cochlear и Starkey имеют уникальные технологии, требующие особых микросхем, редко встречающихся в других продуктах (Рис.11). Еще одно устройство, которое мы часто не воспринимаем, как имплант, - это активное протезирование. Проект «Раненый воин» возлагает большие надежды на Лабораторию прикладной физики Джона Хопкинса, который создал роботизированную руку, которая может контролироваться через электроды, прикрепленные к пользователю. Она обладает ловкостью, чтобы оперировать с очень деликатными предметами, такими как яйцо, не повреждая его, и может поднять до 43 фунтов. С кривой обучения она может восстановить потрясающий объем функциональности пользователя (Рис.12). Cirexx, производитель печатных плат в Саната Клара, Калифорния, был поставщиком для этого проекта в течение нескольких лет. Фил Менгус, президент Cirexx, говорит: «Практически каждая гибкая плата в этой системе произведена нашей компанией здесь в Калифорнии».

Источник: Журнал The PCB Magazine Январь 2016

 

 

Рис. 9: Первый кардиостимулятор Medtronic.

Рис. 10: Nanostim кардиостимулятор.

Рис. 11: Cochlear схема для слухового аппарата.

Рис. 12: Роботизированная рука-протез Джона Хопкинса.

Назад