刚性柔性电路在医疗和医疗设备领域的应用

2018年9月6日

CC A 3.0作者:Steven Fruitsmaak

什么是刚性挠性电路?

今天的技术创新需要一种不同的电路。

传统的刚性电路板因其简单的制造设计和易于切割的角度而受到重视，这使得它们的大规模生产成本更低。然而，今天的设计技术往往要求更灵活的电路，能够适应不同的形式因素。更小、更不显眼的设备需要更紧凑的处理解决方案，正因为如此，第一代电路板无法满足要求。

然而，柔性电路由于其形状自适应特性，能够弯曲、折叠和扭曲。正因为如此，柔性电路也可以做得更小;这使他们能够适应的地方，更突出和更重的重量刚性板将是不切实际的。此外，柔性电路可以减少高达75%的布线需求，也可以减少70%的电气连接成本。考虑到这种重量、成本和柔韧性的整体降低，柔性电路在医疗设备技术中具有广泛的应用吸引力，如假肢、植入和外部医疗设备和实验室设备。

虽然从设计、生产和使用的角度来看，柔性电路的好处是显而易见的，但传统的刚性板仍然在耐用性和经济性方面有价值。对于某些用例，设计人员选择使用刚性flex技术，它将两种类型的电路以混合形式结合在一起。刚性柔性电路利用这两种主要类型的电路板的有利属性，在特定设计需要时提供更多的支持(刚性)，以及在首选时提供灵活性的选项(例如绕过拐角或角度)。

有两个主要结构组件用于刚性挠性电路。第一种是静态，也被称为flexto fit或flexto install，其中柔性电路只需要安装和安装电路本身。第二类结构化应用程序称为动态伸缩应用程序;这是当柔性电路区域动态弯曲超出传统的安装。

假肢中的刚性柔性电路

斯坦福大学的工程师们发明了一种能够检测压力和其他感觉的皮肤传真机。研究人员希望这种“塑料皮肤”最终能用于义肢，使使用者能够区分不同的质地、压力程度和温度。表面区域使用了一种混合系统，顶层用于感知(或感觉)，底层容纳了一个传输电信号的电路，该电路将电信号转换为模拟生物反应的刺激。虽然该项目仍处于实验阶段，但研究人员希望将这种概念验证应用到现实世界中，从而最终可以作为一种人工皮肤形式，用于义肢和其他因严重烧伤或受伤而需要植皮的人。

植入式医疗设备中的刚性柔性电路

更先进的医疗设备，如耳蜗植入物或损伤视网膜植入物，都要求在灵活的外形因子中包含强大的处理功能。韩国先进科学技术研究院的研究人员现在已经开发出一种方法，将强大的硅电路放在柔性材料上，然后将它们包裹在与假肢生理环境生物相容的耐用聚合物中。

对于像耳蜗、视网膜植入物或起搏器这样的可植入设备，可靠性和生物相容性是必不可少的，这些混合电路可以利用紧凑和轻量化的优点，同时利用刚性板结构的耐用性和寿命来封装强大的计算。

外科设备和病人监护设备中的刚性柔性电路

除了在手术设备中使用刚性柔性电路，如烧灼剪或电子锯，刚性柔性技术也用于可穿戴技术，用于患者监测。这些产品包括监测血压、心率、脉搏和其他生命体征的设备。刚性柔性电路还可以为其他外部患者设备提供处理解决方案，如胰岛素泵、便携式除颤器、用于睡眠呼吸暂停患者的CPAP机。将刚性和柔性元件结合在一个结构中，可以使器件的电路更小，但仍然保持耐用性。此外，刚性柔性技术的结构允许数字和模拟电路分离。