生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)領(lǐng)域的醫(yī)療傳感器（一）

科幻劇《無敵金剛》（The Six MillionDollar Man）搬上電視熒屏距今已差不多有40年時(shí)間，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)與納米技術(shù)、高級(jí)植入技術(shù)、太陽(yáng)能與光能設(shè)備，以及醫(yī)學(xué)與生物學(xué)領(lǐng)域傳感器重要發(fā)展的融合，科學(xué)幻想正在成為現(xiàn)實(shí)?？茖W(xué)創(chuàng)新催生了增強(qiáng)和代替人體器官的基于傳感器的電子設(shè)備。這些電子設(shè)備包括WBAN（無線體域網(wǎng)）以及增強(qiáng)或代替眼睛和耳朵的設(shè)備。本文第一部分描述了創(chuàng)新的傳感器技術(shù)，以及從傳感器直到微控制器的微型化、可植入以及無線電子接口方式。第二部分將討論肺、心臟和大腦。

傳感器與無線通信設(shè)備的發(fā)展使我們能夠設(shè)計(jì)出微型、高成本效益以及智能的生理傳感器結(jié)點(diǎn)。一個(gè)創(chuàng)新是可穿戴的健康監(jiān)控系統(tǒng)，如WBAN.針對(duì)這一技術(shù)的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個(gè)與醫(yī)療傳感器體域網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的小功率低數(shù)據(jù)速率無線方案。2011年，意法半導(dǎo)體公司推出了自己的未來cyborg技術(shù)，包括傳感器和MEMS,以及iNEMO（慣性模塊評(píng)估板）結(jié)點(diǎn)（圖1）。

圖1,意法半導(dǎo)體公司開發(fā)了一些用于個(gè)人與診斷的傳感器應(yīng)用

在這一領(lǐng)域的其它供應(yīng)商中，Analog Devices也提供了一些先進(jìn)的活動(dòng)監(jiān)控解決方案，以及傳感器接口元件，而德州儀器公司提供了一個(gè)帶Tmote Sky的開發(fā)套件，這是下一代的mote平臺(tái)，即針對(duì)極低功耗、高數(shù)據(jù)速率傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的遠(yuǎn)程平臺(tái)，有容錯(cuò)和易于開發(fā)的雙重設(shè)計(jì)目標(biāo)。TI公司的Tmote Sky套件號(hào)稱有10KB的片上RAM（所有mote中的最大容量），IEEE 802.15.4射頻，以及一個(gè)125m作用范圍的集成板載天線。

幫助盲人重見光明

視網(wǎng)膜修復(fù)技術(shù)可以幫助患視網(wǎng)膜退化疾病，如可能致盲的黃斑變性的人群恢復(fù)視力（參考文獻(xiàn)1）。研究人員做了臨床植入研究，證明植入假體最終可彌補(bǔ)眼睛失去的功能，研究采用了一種植入物，包含一個(gè)15通道的激勵(lì)芯片、分立的電源元件，以及與眼睛外壁吻合的電源與數(shù)據(jù)接收線圈。波士頓視網(wǎng)膜植入項(xiàng)目的研究人員在一只豬的視網(wǎng)膜下區(qū)域植入了一個(gè)陣列，而大部分假體（一個(gè)鈦制的密封電子組件盒）則附著在鞏膜的外表面，或眼白部分。盒中伸出一個(gè)螺旋狀電極陣列，延伸至眼的顳上象限（圖2）。系統(tǒng)有一個(gè)外接的視頻捕捉單元，以及一個(gè)能向設(shè)備植入部分發(fā)送影像數(shù)據(jù)的發(fā)射機(jī)（圖3）。一只定制ASIC將圖像轉(zhuǎn)換為兩相的電流脈沖，其送至電極陣列的強(qiáng)度、周期以及頻率都是可編程的（圖4）。Minco公司也提供了針對(duì)植入體的先進(jìn)柔性電路，有助于實(shí)現(xiàn)這一面向170萬遭受此類眼疾痛苦的人們的項(xiàng)目。

圖2,波士頓視網(wǎng)膜植入項(xiàng)目的研究人員在一頭豬的視網(wǎng)膜下區(qū)域植入了一個(gè)陣列，但把假體的大部分（一個(gè)鈦制的密封電子組件）裝在鞏膜的表面。

電極陣列從盒中蜿蜒而出，延伸到眼睛的顳上象限

圖3,此系統(tǒng)有外置的視頻捕捉單元，還有一個(gè)發(fā)射器，它以無線方式將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給植入的裝置

圖4,定制ASIC將圖像轉(zhuǎn)換為兩相的電流脈沖，對(duì)一個(gè)電極陣列其強(qiáng)度、周期與頻率都是可以編程設(shè)定的