微型傳感器醫(yī)療應(yīng)用提供大量設(shè)計選擇

來設(shè)計在一個日益縮小的空間的限制范圍內(nèi)可靠，精確的傳感器功能的能力是在廣泛的應(yīng)用是關(guān)鍵性的 - 與一個困難的要求。然而，在其他好處，小型化，其中包括裁員模塊系統(tǒng)，可以釋放寶貴的電路板空間，并為設(shè)計人員提供更大的靈活性來定位組件在印刷電路板(PCB)，減少干擾。

醫(yī)療行業(yè)仍然是傳感器小型化的主要驅(qū)動力，以及超可靠性極小，準(zhǔn)確的傳感器所需的人體，在那里它們在醫(yī)療過程如關(guān)節(jié)置換術(shù)(力傳感器在聯(lián)合采用具有很大的希望內(nèi)部應(yīng)用更換)和脊柱融合。在外用，傳感器供應(yīng)商必須提供靈活的安裝選擇，以確保傳感器被定位為靠近患者和/或流體(例如，藥品，血液或水)作為可能的準(zhǔn)確和精確的測量。

小型，便攜式醫(yī)療設(shè)備的開發(fā)，以適應(yīng)在醫(yī)院狹小的空間內(nèi)也可以讓服務(wù)提供者能夠快速，輕松地將設(shè)備從一個病人到下一個。傳感器的小型化正在幫助使這成為可能在這樣的設(shè)計中移動的醫(yī)療設(shè)備，可佩戴的技術(shù)，和手持式儀器。

許多因素必須收斂，使這一裁員。例如，除了配件的物理和包裝要求到最終產(chǎn)品，本身就是體積小巧，有預(yù)算和技術(shù)問題，比如需要不斷通過集成多種傳感器的功能集成到一個單一的，更小的封裝，降低BOM成本。

把醫(yī)療傳感器的演變?yōu)楸尘埃屛覀兒喴榻B一下心臟起搏器的歷史。

阿爾貝托Vejarano Laverde，哥倫比亞的醫(yī)生，聯(lián)手哥倫比亞電氣工程師喬治·雷諾茲龐博建設(shè)的第一個心臟起搏器。這其中重達(dá)45千克或99.2磅。并且是由一個12伏的汽車電池連接到心臟電極，并用于保持赫拉爾多·弗洛雷斯，一個70歲的牧師，活著。一旦硅晶體管走進(jìn)畫面，事情變得更容易一些。第一個完全植入式心臟起搏器是在1958年在瑞典。它被連接到附連到心臟的心肌電極。它持續(xù)了高達(dá)三個小時。第二植入裝置使其兩天。第一個植入式心臟起搏器的收件人，阿恩·拉爾森，實(shí)際共收到26的設(shè)備，并在86歲去世。

與大多數(shù)電子產(chǎn)品的創(chuàng)新，起搏器越來越有更大的能力較小。例如，最近的進(jìn)展包括執(zhí)行以及它們的常規(guī)競爭者無引線起搏器設(shè)備，并與一個大小，傳統(tǒng)的設(shè)備的10%，該微型裝置內(nèi)的病人的心臟直接放置。這是不用手術(shù)，通過導(dǎo)管進(jìn)行。一體化是高，即使是在它的小的狀態(tài)，因為它安置活動傳感器，代謝傳感器，和雙傳感器，其能夠測量溫度，姿勢，和心律失常的后果。

起搏器和其他心臟相關(guān)的技術(shù)已被被不斷發(fā)展，因為心臟疾病是死亡在發(fā)達(dá)國家和早期診斷，治療，和維護(hù)的主要原因是至關(guān)重要的。生物醫(yī)學(xué)工程師已經(jīng)成功開發(fā)微觀手段來開栓和治療心血管疾病。然而，這些工具仍然容易引起感染。小型化的納米傳感器就能感測和監(jiān)視生物信號，如蛋白質(zhì)或抗體的響應(yīng)于心臟或炎性事件的釋放。

除了心臟起搏器，其他醫(yī)療針對性的通告經(jīng)常打這個消息的電線，這些天。近日，特文特大學(xué)為例，揭示了用于測量康復(fù)運(yùn)動功能的患者是世界上最小的手工力傳感器1的原型。小于指尖，它可以衡量你的手施加的力。的傳感器一樣小，因為這可以被構(gòu)建到手套和假肢裝置，以及設(shè)計成自行車踏板，鞋底，或觸摸屏。除了測量總力，該傳感器能夠測量在其中施加力的方向，而這是一個廣泛的應(yīng)用是重要的。參與體力勞動和運(yùn)動員或康復(fù)的病人，以提高技能的裝置的性能的裝置測量負(fù)載，并且它解決了具有足夠小單元來測量的力和手指被夾住的物體之間施加的挑戰(zhàn)。

在傳感器微型化目前的發(fā)展為醫(yī)療應(yīng)用正在快速移動走出實(shí)驗室，進(jìn)入工作一個今天的世界上。考慮人類呼吸，這就要求空氣流中和/或離開人肺的呼吸時測量。監(jiān)測和評估患者呼吸功能是在清醒鎮(zhèn)靜重要的藥理學(xué)誘導(dǎo)的松弛的狀態(tài)，其中患者保持清醒和合作過程中，例如，牙科治療。知識的呼吸周期的也是在睡眠呼吸暫停的檢測是有用的。通常情況下，這些技術(shù)測量流量在呼吸管間接地通過感測流動引起的壓力差在一個分流結(jié)構(gòu)中，在沿管子的側(cè)上的兩個端口。

壓力傳感器可以被集成到許多設(shè)計，因為他們提供了許多配合的連接和封裝(表面貼裝，DIP，SIP)，以及輸出一個選擇(模擬或數(shù)字)。用于醫(yī)療儀器和呼吸呼吸的所有傳感器微型系列壓力傳感器提供節(jié)省空間的結(jié)合高性能。 H級是一個高精度的版本，該公司的毫伏輸出壓力傳感器(圖1)。它們提供了一種校準(zhǔn)毫伏輸出具有優(yōu)異的輸出特性，從而減少輸出偏移錯誤由于因素如溫度變化。產(chǎn)商還注意到，傳感器提供預(yù)熱期間和穩(wěn)定性在長時間內(nèi)穩(wěn)定。此外，該傳感器采用了硅，微機(jī)械，應(yīng)力集中增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，以提供一個線性輸出到測得的壓力。

這一系列的傳感器是用于非腐蝕性，非離子的工作流體，如空氣，干燥氣體，等用途。該裝置的輸出成比例于電源電壓和操作從任何DC電源電壓上升到16 V是可以接受的。功能包括04“H 2 O至0至100 PSI的壓力范圍，0.5%的線性，溫度補(bǔ)償，校準(zhǔn)和零點(diǎn)和量程。

所有傳感器壓力傳感器圖像

圖1：用于醫(yī)療應(yīng)用程序中，所有傳感器壓力傳感器，盡管其規(guī)模保持高精度。

傳感器常見的醫(yī)療應(yīng)用程序足夠小的另一個例子是MLX90615SSG-DAA-000-TU超小型化，智能化的非接觸式紅外來自Melexis的技術(shù)(圖2)溫度計。用在耳和體溫計，以及用于連續(xù)監(jiān)測體溫，該裝置被認(rèn)為是最微小的“智能”紅外線在世界溫度計，用直徑為2.7毫米的只有4.7毫米(0.185“)和高度( 0.106“)。

Melexis的MLX90615的功能圖

圖2：MLX90615的功能框圖。根據(jù)它的低噪聲放大器，16位ADC，和強(qiáng)大的DSP單元，高精確度和分辨率得以實(shí)現(xiàn)。

信號處理芯片集成在晶體管外形封裝，提供插件和播放的優(yōu)勢，為完全校準(zhǔn)的溫度計。由于其低噪聲放大器，16位ADC，其DSP單元，一個高精度和實(shí)現(xiàn)的溫度計分辨率;更好的±0.1?C的精度在3040?C中的重點(diǎn)范圍，例如。

在醫(yī)療領(lǐng)域中的加速計被用于運(yùn)動的監(jiān)控。是，用于在運(yùn)動和健康裝置的微型傳感器的一個實(shí)例是3軸ADXL 335加速計來自Analog Devices(圖3)。

ADI公司的ADXL335的功能框圖

圖3：ADXL335是住在一個小，薄型封裝(采用4 mm×采用4 mm×1.45毫米LFCSP)，并具有低功耗為350μA(典型值)和優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。

該ADXL335是一個完整的3軸加速度測量系統(tǒng)。它具有±3克的最小的測量范圍，并包含構(gòu)建在硅晶片和信號調(diào)節(jié)電路的頂部上以實(shí)現(xiàn)開環(huán)加速度測量架構(gòu)的多晶硅表面微加工傳感器。的輸出信號是模擬電壓成比例的加速度。

多晶硅彈簧懸掛于晶片的表面的結(jié)構(gòu)，并提供對加速力阻力。結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)測量

使用差電容器，它由附接到移動質(zhì)量獨(dú)立的固定板和板。固定板由180°異相方波驅(qū)動。加速度偏轉(zhuǎn)移動質(zhì)量和差分電容失衡導(dǎo)致的傳感器輸出，其幅度正比于加速度。然后相位敏感解調(diào)技術(shù)被用于確定加速度的大小和方向。

解調(diào)器輸出被放大，并通過一個32千歐姆的電阻帶來的片。用戶通過將電容器設(shè)置設(shè)備的信號的帶寬。這種過濾提高了測量的分辨率，并有助于防止混淆。該裝置可以測量重力的靜態(tài)加速度在傾斜檢測應(yīng)用程序，以及動態(tài)加速度運(yùn)動，沖擊或振動產(chǎn)生的。

綜上所述

正如我們所看到的，傳感器在許多醫(yī)療應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用，更是基于向著小型化正在發(fā)生趨勢的到來。移動從心臟起搏器，這是令人難以置信的大，那些符合心臟內(nèi)部是一個了不起的壯舉，結(jié)合醫(yī)藥和傳感器技術(shù)的進(jìn)步。

而小并不總能轉(zhuǎn)化為成本有效，但它通常是轉(zhuǎn)化為無損耗的性能，這是在醫(yī)療應(yīng)用中的尺寸，易用性，便攜性，可靠性，準(zhǔn)確性和成本是最重要的重要的高度集成。