微型傳感器醫療應用提供大量設計選擇

來(lái)設計在一個(gè)日益縮小的空間的限制范圍內可靠，精確的傳感器功能的能力是在廣泛的應用是關(guān)鍵性的 - 與一個(gè)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，可以釋放寶貴的電路板空間，并為設計人員提供更大的靈活性來(lái)定位組件在印刷電路板(PCB)，減少干擾。

醫療行業(yè)仍然是傳感器小型化的主要驅動(dòng)力，以及超可靠性極小，準確的傳感器所需的人體，在那里它們在醫療過(guò)程如關(guān)節置換術(shù)(力傳感器在聯(lián)合采用具有很大的希望內部應用更換)和脊柱融合。在外用，傳感器供應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)作為可能的準確和精確的測量。

小型，便攜式醫療設備的開(kāi)發(fā)，以適應在醫院狹小的空間內也可以讓服務(wù)提供者能夠快速，輕松地將設備從一個(gè)病人到下一個(gè)。傳感器的小型化正在幫助使這成為可能在這樣的設計中移動(dòng)的醫療設備，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，有預算和技術(shù)問(wèn)題，比如需要不斷通過(guò)集成多種傳感器的功能集成到一個(gè)單一的，更小的封裝，降低BOM成本。

把醫療傳感器的演變?yōu)楸尘?，讓我們?jiǎn)要介紹一下心臟起搏器的歷史。

阿爾貝托Vejarano Laverde，哥倫比亞的醫生，聯(lián)手哥倫比亞電氣工程師喬治·雷諾茲龐博建設的第一個(gè)心臟起搏器。這其中重達45千克或99.2磅。并且是由一個(gè)12伏的汽車(chē)電池連接到心臟電極，并用于保持赫拉爾多·弗洛雷斯，一個(gè)70歲的牧師，活著(zhù)。一旦硅晶體管走進(jìn)畫(huà)面，事情變得更容易一些。第一個(gè)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。它持續了高達三個(gè)小時(shí)。第二植入裝置使其兩天。第一個(gè)植入式心臟起搏器的收件人，阿恩·拉爾森，實(shí)際共收到26的設備，并在86歲去世。

與大多數電子產(chǎn)品的創(chuàng )新，起搏器越來(lái)越有更大的能力較小。例如，最近的進(jìn)展包括執行以及它們的常規競爭者無(wú)引線(xiàn)起搏器設備，并與一個(gè)大小，傳統的設備的10%，該微型裝置內的病人的心臟直接放置。這是不用手術(shù)，通過(guò)導管進(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(dòng)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)達國家和早期診斷，治療，和維護的主要原因是至關(guān)重要的。生物醫學(xué)工程師已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)微觀(guān)手段來(lái)開(kāi)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視生物信號，如蛋白質(zhì)或抗體的響應于心臟或炎性事件的釋放。

除了心臟起搏器，其他醫療針對性的通告經(jīng)常打這個(gè)消息的電線(xiàn)，這些天。近日，特文特大學(xué)為例，揭示了用于測量康復運動(dòng)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，因為這可以被構建到手套和假肢裝置，以及設計成自行車(chē)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(gè)廣泛的應用是重要的。參與體力勞動(dòng)和運動(dòng)員或康復的病人，以提高技能的裝置的性能的裝置測量負載，并且它解決了具有足夠小單元來(lái)測量的力和手指被夾住的物體之間施加的挑戰。

在傳感器微型化目前的發(fā)展為醫療應用正在快速移動(dòng)走出實(shí)驗室，進(jìn)入工作一個(gè)今天的世界上?？紤]人類(lèi)呼吸，這就要求空氣流中和/或離開(kāi)人肺的呼吸時(shí)測量。監測和評估患者呼吸功能是在清醒鎮靜重要的藥理學(xué)誘導的松弛的狀態(tài)，其中患者保持清醒和合作過(guò)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(guò)感測流動(dòng)引起的壓力差在一個(gè)分流結構中，在沿管子的側上的兩個(gè)端口。

壓力傳感器可以被集成到許多設計，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(gè)選擇(模擬或數字)。用于醫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省空間的結合高性能。 H級是一個(gè)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，傳感器提供預熱期間和穩定性在長(cháng)時(shí)間內穩定。此外，該傳感器采用了硅，微機械，應力集中增強結構，以提供一個(gè)線(xiàn)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(xiàn)性，溫度補償，校準和零點(diǎn)和量程。

所有傳感器壓力傳感器圖像

圖1：用于醫療應用程序中，所有傳感器壓力傳感器，盡管其規模保持高精度。

傳感器常見(jiàn)的醫療應用程序足夠小的另一個(gè)例子是MLX90615SSG-DAA-000-TU超小型化，智能化的非接觸式紅外來(lái)自Melexis的技術(shù)(圖2)溫度計。用在耳和體溫計，以及用于連續監測體溫，該裝置被認為是最微小的“智能”紅外線(xiàn)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。根據它的低噪聲放大器，16位ADC，和強大的DSP單元，高精確度和分辨率得以實(shí)現。

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，為完全校準的溫度計。由于其低噪聲放大器，16位ADC，其DSP單元，一個(gè)高精度和實(shí)現的溫度計分辨率;更好的±0.1?C的精度在3040?C中的重點(diǎn)范圍，例如。

在醫療領(lǐng)域中的加速計被用于運動(dòng)的監控。是，用于在運動(dòng)和健康裝置的微型傳感器的一個(gè)實(shí)例是3軸ADXL 335加速計來(lái)自Analog Devices(圖3)。

ADI公司的ADXL335的功能框圖

圖3：ADXL335是住在一個(gè)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)異的溫度穩定性。

該ADXL335是一個(gè)完整的3軸加速度測量系統。它具有±3克的最小的測量范圍，并包含構建在硅晶片和信號調節電路的頂部上以實(shí)現開(kāi)環(huán)加速度測量架構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構，并提供對加速力阻力。結構的偏轉測量

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

解調器輸出被放大，并通過(guò)一個(gè)32千歐姆的電阻帶來(lái)的片。用戶(hù)通過(guò)將電容器設置設備的信號的帶寬。這種過(guò)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用程序，以及動(dòng)態(tài)加速度運動(dòng)，沖擊或振動(dòng)產(chǎn)生的。

綜上所述

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

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