可穿戴医疗设备面临工程挑战  

包装很关键;机械和电气要求同样重要,必须加以保护。  

包装很关键;机械和电气要求同样重要,必须加以保护。  

图片由DassaultSystèmes提供。


从健身监护仪到高级助听器,传感器和可穿戴式葡萄糖监护仪,比以往任何时候都更多地依赖可穿戴医疗设备。设计这些设备提出了将各种元素集成到一个设备中的挑战—然后该设备必须适合各种用户且不显眼。

可穿戴的医疗环境通常很恶劣。因此,包装起着关键作用。机械和电气/电子要求同等重要,必须加以保护。  

信息流也是一个关键问题,因为此类设备需要双向数据流。

“这种类型的设备在设计上极具挑战性,并且在本质上具有极大的迭代性, ”SolidWorks产品组合管理总监Stephen Endersby说, 达索系统èmes. “ECAD的人正在与工业设计师作斗争,而可怜的机械人陷于中间,试图让所有人高兴。”

这些项目的工程师“hold the whip,” adds Endersby. “If it isn’t functional it won’t sell.”尽管如此,恩德斯比说,“在可穿戴医疗设备中,绝大多数设计问题都归结为包装。”

四种类型的设备

工程文献显示,可穿戴医疗设备有四种主要类型。第一个是仅记录数据的被动监视器。其次是监视设备,可以按计划或实时记录和报告数据。第三种是诊断设备,它们能够做出决策,例如何时提醒用户或“call home”给医疗专业人员。第四是治疗仪—四个中最复杂的—治疗病情。

诊断和治疗设备具有更高的法律风险和更长的监管审查周期。

穿戴式医疗设备的设计是“一个巨大的迭代过程” notes Endersby. “工业设计和ECAD被打包到一个版本中,然后您就可以在仿真方面对其进行锤击以提高产品性能。 EMC [电磁兼容性],电磁学和天线设计以及热量/冲击/热量都是其中的一部分。”

设计五原则

辛贝克斯 是一家专门从事可穿戴医疗设备的工程咨询公司。该公司遵循五个关键原则:

为所有收集的数据建立上下文: 确保使用尽可能多的随时可用的信息,包括外部资源,例如日历集成,邻近性跟踪和位置服务。

使用现有解决方案进行初始原型制作: 在指定自定义传感器之前,请使用现有的传感器解决方案创建早期的概念验证原型。它有助于预算并更好地了解传感器要求。

算法开发应描述系统动力学: “要准确地预测行为并根据传感器的测量结果得出观测结果,就需要能够描述潜在系统动态的算法,”注意到公司的原则声明’s website. “功耗预算和用户体验是促使用户参与的关键驱动力。”

电池寿命和传感器优化齐头并进: 消费者对电池寿命有很高的期望,而这两个是设备的关键’s power budget.

可制造性设计: Simbex表示,它将制造过程从开始,新过程和既定过程整合到产品设计中。

海星医疗 是另一家专注于可穿戴医疗设备的工程公司。在初始设计中它遵循五个规则。

  1. 首先研究用户群体。定义与当前协议匹配的使用场景和工作流程。
  2. 确保工业设计与电气/电子工程师之间的通信畅通无阻。
  3. 尽早确定该设备是一次性的还是可重复使用的。
  4. 使用粘合设备时要小心;没有适合所有皮肤工作设备的粘合剂。
  5. 彻底测试所有外部组件的生物相容性。

恩德斯比说,保健设备和医疗设备之间是有区别的。

“拿一个胰岛素泵” he says. “It’并不是真正的高科技,但它必须在设定的时间和设定的速率下交付一定量的药物。药物输送设备出现问题对医疗的影响要比健康设备丢失您的慢跑数据要严重一个数量级。”

医疗设备对可追溯性,批准,测试等的要求“使协作平台的重要性更加严格,” he adds.

建立论文线索

“与在实际产品设计上花费的时间相比,该领域的工程团队通常在纸质记录和文档上花费的时间更多,”注意到Fusion 360 Electronics高级产品经理Benjamin Jordan 欧特克. “因此,任何有助于缩短繁琐的设计审查和合规周期的事情都会带来巨大的价值。”

欧特克正在基于其Fusion 360产品组合构建协作平台。该公司将这种协作平台视为医疗设备设计成功的关键,这需要多个工程学科,产品经理,规范作者,标准合规性测试工程师以及执行官和政府官员的投入。

“这是一个强大的产品管理系统的回报。通过将所有这些解决方案集中在一起,设计过程变得更加高效,避免了昂贵的设计,”Autodesk电子技术Fusion 360技术专家Jorge Garcia说。 

Garcia描述了一个典型的工作流程,其中设计团队从可穿戴设备开始’的外形尺寸。机械设计人员和工业设计人员协作,对机械环境中的形状因素进行建模。电子工程师从此处得出印刷电路板(PCB)的轮廓,并开始进行布局工作。

如果机械团队后来意识到需要更改机箱的某些内容,则该团队可以进行所需的更改,然后电子工程师可以向下游拉动该更改。随着设计的发展,工程师可以在外壳内的PCB上进行应力和热仿真,并发现需要针对冷却或耐用性进行调整和优化的设计方面。

“赢得市场竞争的团队是具有快速迭代能力的团队,当对项目的一项更改要求轻松进行其他适应性更改时,它们仍保持敏捷和灵活。” says Garcia.

    

在Dassault Syst中进行的可穿戴医疗设备(未公开公司)的仿真序列èmes Simulia. 图片由Dassault Syst提供èmes.
 

那么模拟呢?

加西亚指出,从历史上看,模拟是一个两极分化的话题。“一些工程师完全不理会它,而另一些则将其视为工程学的圣杯。和往常一样,现实位于中间。”

为了有效地利用仿真,加西亚确定了两个典型的先决条件。首先,研究必须正确设置,包括准确的模型和适当的边界条件。其次,工程师或设计师必须对结果有一个期望。

“最后一点很重要,” says Garcia. “If there’对模拟应该产生什么没有初步的期望’无法确保满足第一点。”

Garcia说,正确设置仿真并非易事,因此,如果用户希望仿真器能够综合解决方案,“在工程界,它常常导致失望和对仿真的两极分化态度。”

然而,仿真是医疗设备设计的重要工具。

“任何需要与人体接触的东西都必须安全,” Garcia notes.

热仿真可以帮助验证设备是否成功’烧毁使用它的人。具有集成电路重点(SPICE)分析的仿真程序可以验证设计的可靠性,并确保所有电压和电流水平均在安全范围内。

“仿真可以显着增加文档中提供的标准合规性和认证证据,” says Jordan.

达索系统èmes’Endersby认为,用于产品设计的协作平台方法对于仿真特别有用。

“需要开发这些工具的公司都面临着相同的挑战—包装,功耗,EMC等。如果出现问题,糟糕!”

Endersby指出,传统的孤立方法效率太低。

“如果机械人员正在一个系统中工作,并且他们将中性格式传递给电气,然后电气对模拟进行相同的操作,则不会’t work.”

需要通用的数据语言。“天线需要通用的数据模型和通用的语言,” says Endersby. “因此,在设置机械和电气时,它们可以用于仿真。”

主要目标是在硬件,软件,机械,设计和原型制作之间实现无痛信息交换。

“所有这些信息必须尽可能无摩擦。哪里有摩擦,哪里就有出错的地方。我们相信平台方法是公司将开始取胜的地方,” Endersby says.  

兰德尔·牛顿 是Consilia Vektor的首席分析师,涉及工程技术。自1985年以来,他一直担任计算机图形行业的一员,并担任过各种职务。 [电子邮件 protected].

更多Autodesk覆盖范围

生成设计改变业务的三种方式
生成设计是一种探索工具,它使用人工智能和机器学习来根据实际设计目标,产品性能要求和制造约束条件同时生成多个解决方案。了解它如何改变您的公司。
生成设计有助于创建重量减轻35%的新车轮
通过使用生成设计技术,布里格斯汽车公司(BAC)能够再减掉4.8千克(10.5磅)的重量,以进行最新的汽车迭代。虽然已经对汽车的约40个零件进行了3D打印,但车轮仍在...
现代汽车通过创新设计推动交通创新
现代汽车集团(Hyundai Motor Group)突破了汽车开发的界限,并重新构想了汽车如何穿越世界。在与产品创新工作室Sundberg-Ferar的合作中,该团队试图回答以下问题:“如果汽车可以行走,该怎么办?”
如何开始生成式设计
生成设计使您可以根据实际制造限制和产品性能要求同时生成多个可用于CAD的选项。立即尝试生成式设计,看看制造商如何开发更轻,更坚固,更具创新性的产品。
民主化模拟:工作做得好还是未完成的任务?
便于设计人员使用的工具正在增加,但是有些使建立起来不容易。
Autodesk公司简介

更多DassaultSystèmes报道

达索系统公司简介

Share This Article

订阅我们的免费杂志, 免费的电子邮件通讯或两者兼而有之!

加入超过90,000名工程专业人员的行列,他们将在新闻发布后立即获得最新的工程新闻。


About the Author

Randall Newton的头像
兰德尔·牛顿

兰德尔·牛顿是Consilia Vektor的首席分析师,涉及工程技术。自1985年以来,他以各种角色进入计算机图形行业。

  Follow DE
#24775