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設(shè)計、制造和擴(kuò)展更小巧、更智能的醫(yī)療創(chuàng)新器械時，重要考量因素集中在如何為微電子系統(tǒng)提供電力上。

從機(jī)械功能到數(shù)據(jù)操作和無線通信，高效的電源管理推動了器械的持續(xù)創(chuàng)新。解決五個基本問題可以幫助多學(xué)科團(tuán)隊將全新的和下一代醫(yī)療器械按時、按預(yù)算地推向市場。

為什么：使用情況

顯然，起點應(yīng)該是記錄預(yù)期用途。為什么要制造一個產(chǎn)品，以及這種產(chǎn)品的使用方式？用于專門臨床程序的一次性器械與消費者環(huán)境中可重復(fù)使用的生物傳感器存在不同的電源要求。

此外，器械將使用多長時間（從幾分鐘到幾年）？是重點診斷方案的一部分還是持續(xù)性治療方案？所有這些因素對于高效的電源管理都很重要。

隨著市場對在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境運行的更小、更智能器械的需求加速增長，現(xiàn)在的工程設(shè)計任務(wù)是對始終在線、無故障無線通信的需求不斷增加，以確保可準(zhǔn)確、及時地安全訪問數(shù)據(jù)。在研發(fā)的最初階段明確定義數(shù)據(jù)操作的使用情況至關(guān)重要。

如何：電源和功率預(yù)算

隨著主要使用情況要求趨于集中，下一步是如何為器械供電。它將是一次性器械，還是可更換電池的多用途器械？抑或是正變得越來越普遍的可充電器械？

幾乎總是需要權(quán)衡取舍。如果器械是一次性的，則很可能需要充滿電后裝運。但如果器械是可充電的，則將需要機(jī)電充電功能（如引腳）或無線充電功能（如電感式、RF等）?？筛鼡Q電池需要電池觸點、檢修門和其他部件。電池處理的化學(xué)和環(huán)境成本是越來越重要的話題。

功能上，一個關(guān)鍵的考慮因素是了解峰值電流要求以及充電或更換電池之間的預(yù)期時間，然后將其與供電能力相匹配。這就是功率預(yù)算，通常以瓦特（W）為單位。計算是以電子表格的形式進(jìn)行的，其中記錄了每個功率級和電子負(fù)載的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、輸入功率和輸出功率。典型的電子負(fù)載組件包括電源轉(zhuǎn)換/調(diào)節(jié)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理、存儲器、無線電、傳感器以及可能的輸出換能器或顯示器。

如果將功率預(yù)算想象成一個帶排水口和補水軟管的游泳池，那么游泳池就代表了電池，補水軟管就代表了充電或更換電池，排水口則代表了所有的電子負(fù)載。設(shè)計訣竅是使游泳池足夠大，使排水時間足以超過預(yù)期的使用持續(xù)時間，并且使補水軟管足夠大，從而使游泳池永遠(yuǎn)不會被清空。就如同“平衡”的概念。

什么：元器件和電路板設(shè)計

這個階段主要關(guān)注的是控制。用戶是手動將器械置為睡眠模式以節(jié)省電力，還是使用計時器？用戶如何監(jiān)控電池壽命？抑或由軟件控制？

板載無線技術(shù)會影響元器件選擇和電路板設(shè)計，因為它從啟動直到穩(wěn)態(tài)條件，通常是功率預(yù)算的最大部分之一。電源和電源調(diào)節(jié)必須能夠提供足夠的電流，以滿足電路啟動時的浪涌電流，而且還要處理使用中的瞬態(tài)需求。

從長遠(yuǎn)來看，電源必須足夠大以持續(xù)整個預(yù)期的使用場景，但又不能過大，以至于造成物理空間限制或過高的成本（前期的材料成本、壽命結(jié)束后的環(huán)境成本、以及兩者之間的所有維護(hù)成本）。該使用要求可能從幾分鐘、幾小時到幾個月甚至幾年不等。

何時：現(xiàn)在！更多數(shù)據(jù)，更多方式

數(shù)據(jù)是驅(qū)動力。隨著醫(yī)療器械市場的不斷發(fā)展，軟件和固件是建立穩(wěn)定、安全平臺的基礎(chǔ)。高效的電源管理是確保新產(chǎn)品被接受和長期成功的幕后保障。

這里以心電圖（ECG）監(jiān)護(hù)儀為例。歷史上，它們是收集和存儲數(shù)據(jù)的離線器械，通常需要幾天才能查看結(jié)果。即便如此，由于導(dǎo)線連接問題，實驗室收到有限數(shù)據(jù)的情況也并不少見。今天，數(shù)據(jù)分析是通過無線通信實時進(jìn)行的。這種加速的時間框架對電源管理提出了新的要求，以適應(yīng)數(shù)據(jù)處理、顯示和云連接。

何處：材料供應(yīng)和處理

在可靠性方面，醫(yī)療器械沒有出錯的余地。它必須正常運行，支持大批量制造的供應(yīng)鏈也是如此。

新冠對醫(yī)療電子供應(yīng)鏈的影響仍然存在。從元器件（如電阻器和電感器）到復(fù)雜的集成電路，所有的產(chǎn)品都供不應(yīng)求，價格和交貨時間急劇上升。許多制造商不得不采取囤積過量庫存的方式。產(chǎn)品重新設(shè)計方案需要重新驗證流程并向監(jiān)管機(jī)構(gòu)提交市場許可文件。

在下游端，安全處理至關(guān)重要，因為電池可能含有有毒重金屬。循環(huán)使用是理想情況，但接受程度不一致，正確的處理也難以執(zhí)行。因此，重要的是，醫(yī)療器械的設(shè)計應(yīng)使用盡可能小的電池，以滿足使用情況的要求。

何人：伙伴關(guān)系推進(jìn)劑

當(dāng)電源管理處于最高效狀態(tài)時，就像電力本身一樣是無形的。高效能研發(fā)團(tuán)隊的運作方式也是如此，能夠有效且平穩(wěn)地引導(dǎo)能量的流動，實現(xiàn)最佳效果。

與內(nèi)部同事以及外部合作伙伴的密切合作，為開發(fā)各階段提供了動力，推動醫(yī)療器械的越來越小巧和智能，在性能方面取得新突破。