IoT 의료 제품 및 응용 프로그램 디자인: 과제 및 고려 사항

이상적으로, 모든 기술은 사람들과 사람들이 필요한 작업을 수행할 수 있는 능력에 큰 영향을 미칠 것입니다. 그러나 새로운 기술이 의료 분야에 도입될 때, 항상 위험도가 조금 더 높습니다: 어떤 결함, 오류, 또는 고장이 즉시 누군가의 건강에 영향을 미칠 것임을 인식해야 합니다. 물론, 모든 의료 기기가 생사를 결정짓는 것은 아니지만, 여전히 신중하게 고려되어야 합니다.

IoT를 위한 설계는 항상 도전적이지만, 의료 IoT 응용 프로그램은 추가적인 복잡성 수준을 가지고 있어 보다 많은 주의가 필요합니다. 구성 요소 선택 과정이 더 엄격해야 할 뿐만 아니라, 디자인은 또한 기기가 무거운 마모와 다양한 환경 조건에 노출될 것을 고려해야 합니다. 더욱이, 안전성과 신뢰성은 최우선 순위가 되어야 합니다. 어디서부터 시작해야 할까요?

기기 및 웨어러블의 유형

일반적으로, 의료 IoT 기기를 공학적 관점 또는 의료적 관점 중 하나에서 고려할 수 있습니다. 공학적 관점에서, 의료 IoT 기기는 주로 두 가지 범주로 나뉩니다: 이식형 센서 및 모니터, 또는 웨어러블.

• 이식형 센서 및 모니터: 이러한 유형의 장치는 공학적 관점에서, 신체 움직임에 의해 재료, 구성 요소 및 신호의 상호 작용이 어떻게 영향을 받는지에 특별한 주의를 기울여 제작되어야 합니다. 또한, 이식형 센서나 모니터를 설계할 때는 대부분의 경우 배터리가 소모되면 장치에 전력을 공급하기 위해 어떤 형태의 침습적 절차가 필요할 것임을 알고 전원 공급 계획을 세우고 싶을 것입니다.
• 웨어러블: 이 장치들은 이식형 센서 및 모니터와 유사한 성격을 가지고 있지만, 이식품보다 습기 저항성과 더 큰 유연성과 같은 다른 환경적 요구 사항을 가질 것입니다. 그리고 일관된 전력 공급이 항상 바람직하지만, 웨어러블은 이식 장치보다 전력 수요에 더 적응할 수 있을 것입니다.

의료적 관점에서 이러한 장치는 그 영향에 따라 더 많이 분류됩니다: 생명 관리에 필수적인 장치, 건강 추적 및 생명 관리를 위한 비필수 장치, 그리고 건강 또는 피트니스 추적기.

• 생명 유지 및 관리 추적: 이러한 전자 장치는 심장 박동기 및 인공호흡기와 같은 것들을 추적하는 데 사용됩니다. 이들은 생명 유지에 필수적인 기관 및 시스템에 대해 수집된 데이터를 전송하는 역할을 담당합니다. 이러한 장치에 대한 주의는 그들이 중요한 신체 기능에서의 역할에 대해 경계해야 합니다.
• 비필수 생명 관리: 비필수 생명 관리 분류는 이러한 유형의 장치가 덜 중요하다는 것을 의미하는 것이 아니라, 이러한 장치가 실패했을 때 필요한 반응의 시간 창이 상당히 높다는 것을 진단하기 위한 것입니다. 이러한 유형의 장치는 혈압이나 혈당 모니터와 같은 것일 수 있습니다.
• 건강 또는 피트니스 추적기: 말 그대로, 건강 또는 피트니스 추적기는 걸음 수, 식단, 칼로리 소비 등의 데이터를 추적하여 개인의 건강과 피트니스 유지에 사용됩니다.

장치를 분류하는 방법에 상관없이, 의료 IoT 전자 장치는 환자와 개인 관리를 위한 데이터 관리의 관계를 극적으로 변화시킬 수 있습니다.

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레이아웃 및 시스템 요구사항

의료 IoT는 환자가 장비를 사용하는 다양하고 가혹한 환경을 견딜 수 있는 매우 견고한 하드웨어를 요구합니다. 그것은 샤워, 스포츠 이벤트 또는 그저 일상적인 앉아있기일 수 있습니다. 견고함과 동시에, 하드웨어는 고품질의 신호를 수집하고 모든 환경적 잡음을 필터링하여 신뢰할 수 있는 데이터를 제공할 수 있을 만큼 민감해야 합니다.

또한, 수집된 신호는 신호 처리가 필요하며, 이는 마이크로프로세서가 신뢰할 수 있는 성능을 위해 필요한 데이터 처리를 관리할 수 있을 만큼 충분한 속도와 능력을 갖추고 있어야 합니다. 이는 아날로그 입력을 해석하는 것에서부터 입력에서 운동 아티팩트를 제거하는 것과 같은 더 복잡한 작업을 포함할 수 있습니다. 그런 다음, 그 프로세서는 웨어러블 애플리케이션에 적합한 배터리로 기능할 수 있을 만큼 낮은 전력 요구 사항을 가져야 합니다.

폼 팩터

장치의 디자인은 최종 제품의 폼 팩터에 의해 크게 결정됩니다. 휴대용 스탠드에 모니터를 둘 것인가요? 환자가 몸에 착용할 것인가요? 환자의 환경에서 독립적으로 설치될 것인가요?

의료 또는 피트니스 IoT 제품의 폼 팩터는 환자와 의사가 그것을 어떻게 사용하는지에 영향을 미칩니다.

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신체 착용 응용 프로그램은 주로 팔찌나 시계 형태로 자주 제공됩니다. 환자들이 손목에 무언가를 착용하는 것에 익숙하기 때문에, 모니터를 지속적으로 착용하게 하는 것이 훨씬 쉽습니다. 더 심미적인 옵션으로, 장신구도 하나의 옵션으로, 장치가 목걸이나 브로치에 통합되어 있습니다. 의류도 또 다른 인기 있는 옵션으로, 안테나나 센서가 직물에 통합되어 있습니다. 그러나 의류를 사용하는 것은 일반적으로 연결된 처리 하드웨어를 필요로 하며, 이는 의류 사용의 매력을 줄입니다. 그러나 개선된 전자 직물은 통합 전자 장치에 대한 요구를 줄일 것으로 보입니다.

일부 제품은 환자를 지속적으로 모니터링할 필요가 없으며 휴대용 장치나 가정용 물건의 형태를 취할 수 있습니다. 대부분의 가정용 예는 의료 응용 프로그램보다는 피트니스에 초점을 맞추고 있지만, 비슷한 원칙을 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 추적 앱에 연결되는 체중계는 체중 관리와 BMI에 대한 장기적인 피드백을 제공합니다. 또 다른 접근 방식은 수면의 질에 대한 자세한 정보를 받기 위해 매트리스에 센서를 부착하는 것입니다.

신호 무결성

IoT 장치의 신호 무결성 관리를 위한 PCB 설계 고려 사항은 매우 중요합니다. 연결된 장치가 예상 시간 내에 올바른 신호를 전송할 수 있다는 것을 신뢰하고 싶을 것입니다. 연결성을 통해 작동하는 IoT 장치는 트레이스 라우팅과 트레이스 폭 관리, EMI 및 노이즈 감소, 필요한 출력 신호 강도를 염두에 두는 것과 같은 보드 설계 원칙에 의존할 것입니다.

전력과 전력 소비는 또한 설계의 신호 무결성과 경쟁할 회로 보드의 측면입니다. IoT 장치는 전력 소비 요구 사항이 까다로운 것으로 악명이 높습니다. 강력한 라우팅 도구를 활용하고 설계 규칙 검사를 직접 인터페이스에 통합하는 보드 레이아웃 소프트웨어는 신호 무결성 관리에서 안전한 보드를 설계하는 데 매우 도움이 될 것입니다.

설계 과제 및 고려 사항: 시스템, 신호 무결성 및 데이터 처리

제품의 형태가 어떻든, 의료 및 피트니스 데이터는 매우 개인적이며 윤리적 및 법적 이유로 적절히 보호되어야 합니다. 물론 사용자가 자신의 데이터에 대한 개인 정보 보호와 통제권을 가지기를 원하지만, 국가에 따라 의료 데이터는 HIPAA와 같은 다양한 법률에 의해 보호됩니다. 이는 장치의 데이터 보안, 전송 중 보안, 정보가 집계되는 모든 곳의 보안이 소프트웨어와 하드웨어의 관점에서 모두 고려되어야 함을 의미합니다.

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전송 및 처리 중 모든 단계에서 데이터를 보호해야 합니다.

또한 제품의 상호 운용성을 계획하고 싶을 것입니다. 데이터 호환성은 하드웨어로서 귀하의 관할 하에 있지 않을 수 있지만, 이를 해결하지 않으면 모든 설계 작업이 예상대로 수행할 수 없는 제품에 낭비됩니다. 하드웨어에 대해서도 책임에서 벗어날 수 없습니다. 완전히 신뢰할 수 있고 사용할 수 있으려면, 귀하의 시스템은 여러 무선 스펙트럼과 인터페이스하거나 다른 의료 기기와 복잡한 상황 없이 상호 작용할 수 있어야 합니다.

의료 IoT는 압도적으로 느껴질 수 있지만, 환자를 돌보고 생명을 구하는 훌륭한 기회입니다. 이처럼 중대한 일에는 Altium Designer^® 와 같이 작업에 부합할 수 있는 신뢰할 수 있는 도구를 사용하는 것이 도움이 됩니다.PCB 설계에 있어서요.

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