生物醫學電子學領域的醫療傳感器（二）

模擬前端的選項

對于便攜ECG而言，優化模擬前端的功耗以及PCB區非常關鍵。由于技術的進步，現在有幾種前端的選擇：

- 采用低分辨率ADC（需要所有的濾波器）；

- 采用高分辨率ADC（需要少量濾波器）；

- 采用Σ-Δ ADC（不需要濾波器，除INA外不需要放大器，無DC偏移）；

- 采用順序或同步采樣方案。

當使用低分辨率（ 16位）ADC時，信號需要顯著地提高增益（通常是100x~200x），才能達到所需分辨率。當使用高分辨率（24位）ADC時，信號需要4x~5x的適度增益。這樣就可以省掉第二個增益級，以及用于消除DC偏移的電路。這樣就從整體上減少了面積和成本。另外，Δ-Σ方案還保留了信號的全部頻率分量，從而為數字后處理帶來了極大的靈活性。

當采用順序采樣方案時， 每個通道都將ECG的導線復用到一個ADC上。此時，相鄰通道之間有一個確定的扭曲。當采用同步采樣方案時， 每個通道都有一個專用ADC,因此通道之間沒有扭曲。

飛思卡爾有大量低成本的開發板，叫做MED-EKG模塊，這是一種極其萬能的系統，設計者可以快速地建立一個心電系統的原型。當用作飛思卡爾Tower系統的一部分時，設計者可獲得一個全功能的系統，通過一個定制設計的電路板，只要更換套件中的任何單個模塊，就可以方便地修改、更換或升級成一個定制的設計。

另外， 采用Monebo Kinetic ECG算法也使設計者能夠為用戶提供對ECG波形的信號處理與解析，從而幫助保健專家獲取心臟的參數。它提供高度精確的QRS（在一個典型心電圖上能看到的一組三個相連波-通常為心電圖軌跡中最重要、目視最明顯的部分）檢測，并能對多達16線的ECG捕捉數據做特征提取、心拍分類、間隔測量及節律分析等。

無觸點ECG不再是科學幻想。Plessey半導體公司與英國蘇塞克斯大學開發了電勢集成電路（EPIC）傳感器，這是一種電勢檢測（EPS）技術，這種傳感器的陣列只要裝在病人的胸口，就可以獲得相當于12線ECG的讀數，而沒有一堆導線、導電膠和容易脫落的電極。

肺

醫用呼吸機（也叫輔助呼吸機，或機械式呼吸機（MV））能將空氣推入病人的肺內。呼吸機可以在重癥監護治療中用作人工呼吸，或家庭中治療呼吸暫停疾病。現代設備采用了智能電路，能夠混合氣體，或根據傳感器的數據確定一個固定或受控的風扇速度。意法半導體公司的解決方案包括所需要的全部半導體器件，以及通過批準的軟件，能夠實現安靜且可靠的運行。

自從機械式呼吸機發明并在醫院和保健機構中使用以來，它已經拯救了很多人的生命。但重癥監護病房（ICU）中用MV存活時間超過一周的病人會增加患醫療并發癥如呼吸機相關肺炎（VAP）及院內感染的風險，在ICU中的死亡率高6倍。見圖6.

圖6,典型的輔助呼吸機框圖

使用MV病人的橫隔膜肌會快速萎縮，隨著時間推移而越來越難以脫離呼吸機。

Avery Biomedical開發了一種呼吸起搏系統，它采用射頻（RF）耦合的接收器，能同時發送電源和信號。其重要性源于以下兩點：

1. 不存在植入的電池，因此沒有內部損耗問題。除非機械損壞，否則對任何病人，植入體都可望終生使用，而與年齡無關。

2. 植入部件和外置部件之間沒有經皮的連接。由于病人的皮膚沒有損傷，因此沒有對皮膚損傷的長期保護問題，也沒有慢性感染風險。