使い捨て医療回路

ヘルスケアの未来は、病気または怪我の予防・診断・非外科的治療・早期回復を通じて、個人の心身の健康を維持あるいは改善することに焦点が当てられています。科学に基づいた分野であるため、成果を上げるには患者の身体の状態を理解することが重要です。患者から有用で、しばしば、リアルタイムのデータを収集・凝縮・合成する能力は、データ収集・分析・自動意思決定の有効性を改善するための飛躍的な機会を医療業界に提供します。使い捨てで短期間使用可能なウェアラブル医療機器は、データ主導型の患者中心の医療というこのビジョンを実現するための重要な手段であることが証明されています。

エレクトロニクスを医療機器や健康中心機器に組み込むことは、複数の医療モダリティにまたがるケアの質を向上させる上で有利です。センサーは、さまざまな生体シグナルやバイオマーカーを電気シグナル用に変換し、デジタルサンプリングして記録することで、患者のバイタルサインの診断およびモニタリングに役立ちます。さらに、電極または微小電気機械システム（MEMS）装置などの電子制御送達システムを介して人体に治療薬を投与することもできます。そして近年、無線アクセスおよび安価な組み込み無線周波数（同軸）トランシーバー ハードウェアのユビキタス化が進み、遠隔ケアおよび遠隔医療が、大規模に実現可能な「コネクテッドヘルス」の概念が広まっています。

製造プロセス・材料科学・バッテリー技術・同軸通信・センサーにおける最近の進歩は、妥協のないパフォーマンスを提供しながらも、使い捨てまたは1人の患者用のデバイスに使用するのに十分なコスト効率を備えた医療用ハードウェアの新時代の到来を告げています。使い捨て医療機器、特に電子機器を組み込んだ医療機器の導入における主な制約要因の1つは、歴史的にコストでした。しかし、医学界のコンセンサスでは、ほぼ継続的にモニタリングと治療が行われることは、患者にとって大きな利点であるということです。その結果、研究者たちは、可能なテクノロジーの限界に挑戦するようになりました。

使い捨てまたは1人の患者用のデバイスには、独自の利点がいくつかあります。患者は、病院レベルの医療診断を院外でも受けられるようになりました。かつては病院に行く必要があった医療機器も、今では診察室で手に入るか、あるいは小型化され、患者が身に付けられるようになっています（例：スマートウォッチに心電図）。そのため、患者は事実上、いつでもどこでも診察を受けられるのです。これにより、患者に一定の自由を与えるだけではなく、治療計画をより確実に守ることもできます。その結果、長期的にはより良い転帰が得られるのです。病院のように常時医師の監視下に置かれていない場合、患者が、アドヒアランスを守らないために医療従事者が何度も同じ問題に対処することがないため、全体的に治療費が安くなる傾向があります。さらに、使い捨て医療器具は、汚染リスク、および他の患者への再利用を目的とした設備の汚染除去・滅菌・メンテナンスに伴う多大なコスト削減にも役立ちます。

潜在的な最終アプリケーションの量を考慮すると、フレキシブルなPET（ポリエチレンテレフタレート）基板に印刷された銀回路は、メーカーに経済的で環境に優しいソリューションを提供します。銀のフレキシブル回路の構築は添加プロセスであるため、トレースに必要な正確な量の銀インクのみを使用します。さらに、製造工程では、有害な化学物質および廃棄物処理を最小限に抑え、環境に配慮した生産と軽負荷を実現しています。

褥瘡などの慢性創傷は、創傷が治癒しないために他の感染症および痛みを引き起こしやすい病状です。使い捨て医療用電子機器が、患者の治療法の一部として対処できる可能性がある症状です。包帯は傷口を覆い、細菌やその他の感染の可能性のある物質が傷口から侵入しないようにします。包帯は頻繁にチェックし、交換しなければなりませんが、包帯が創傷に近接しているため、患者をモニタリングできる可能性があります。研究者たちは、インクジェットテクノロジーを利用して、通常の包帯にセンサーを印刷し、治癒プロセスを強化するテクノロジーを開発しました。使い捨てのセンサーと包帯は、再利用可能で、電源および無線通信回路などの他のコンポーネントを含む制御モジュールにアップリンクされます。

センサーを患者の体内に挿入しなければ効果がないこともあります。医療用モニタリング装置を埋め込むには、より深刻で敏感な部位の1つが頭蓋骨です。脳が患者の身体や生活の質全体をどれほど支配しているかを考えると、頭蓋腔内で手術を行うという決断は、慎重な熟慮なしに下されるものではありません。それでも、外傷性脳損傷に苦しむ患者の治療には、頭蓋骨内の温度と圧力をモニタリングする機能が非常に重要です。現在のモニタリングテクノロジーは煩雑で、患者のQOLを大きく低下させる可能性があります。 Nature誌2016年1月号に掲載された論文によると、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の研究者らは、生体吸収性（体内で溶解可能という意味）のセンサーを開発しました。センサーを挿入し、モニタリングに使用した後、時間の経過とともに自然に溶解します。そのため、センサーを取り外すための二次手術の必要がなく、感染や出血の可能性も低くなります。

使い捨て回路の使用は、患者本人が関わるアプリケーションに限定されません。 欧州連合（EU）の偽造医薬品指令 （FMD）や米国の 医薬品供給連鎖安全法 （DSCSA）の制定を受け、医薬品に対するコンプライアンス要件はここ数年で厳しくなっています。これらの新たな規制は、物流ライフサイクル全体を通して医薬品を追跡できることをメーカーに求めています。多くの薬剤は、温度変化や光に非常に敏感です。さらに、改ざんや薬物の密売は、製薬業界にとって重大な安全性とビジネス上のリスクです。医薬品包装自体に埋め込まれたセンサーや近距離無線通信（NFC）機器は、管理システムに組み込むことができ、製造業者が規制要件を満たすのを支援します。

次世代の組込みエレクトロニクスは、これまで不可能だった方法で医療機器をインテリジェントにします。使い捨て回路は、医療機器だけでなく、ヘルスケアの提供方法にも変革をもたらします。すでに人員不足の医療施設に負担をかけることなく、患者を常時モニタリングできます。また、遠隔モニタリングにより、患者は、自宅療養でき、回復の転帰や期間が改善されると多くの人が信じています。さらに、これらの器具は使い捨てであるため、再利用の必要がなく、患者間で感染が広がるリスクを減らすことができます。いつでも、どこでも、継続的に、患者に優しく、費用対効果に優れ、安全な使い捨て医療回路は、さまざまな健康障害に苦しむ人々に対して、病状の診断・患者のモニタリング・治療法の提供を行う方法に革命をもたらし、医療従事者が、患者の最適なケアのためにデータに基づいた意思決定を行うことを可能にします。