生物醫學電子學領域的醫療傳感器（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年時間，隨著現代電子技術與納米技術、高級植入技術、太陽能與光能設備，以及醫學與生物學領域傳感器重要發展的融合，科學幻想正在成為現實。科學創新催生了增強和代替人體器官的基于傳感器的電子設備。這些電子設備包括WBAN（無線體域網）以及增強或代替眼睛和耳朵的設備。本文第一部分描述了創新的傳感器技術，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備的發展使我們能夠設計出微型、高成本效益以及智能的生理傳感器結點。一個創新是可穿戴的健康監控系統，如WBAN.針對這一技術的IEEE802.15.4標準規定了一個與醫療傳感器體域網絡相關的小功率低數據速率無線方案。2011年，意法半導體公司推出了自己的未來cyborg技術，包括傳感器和MEMS,以及iNEMO（慣性模塊評估板）結點（圖1）。

圖1,意法半導體公司開發了一些用于個人與診斷的傳感器應用

在這一領域的其它供應商中，Analog Devices也提供了一些先進的活動監控解決方案，以及傳感器接口元件，而德州儀器公司提供了一個帶Tmote Sky的開發套件，這是下一代的mote平臺，即針對極低功耗、高數據速率傳感器網絡應用的遠程平臺，有容錯和易于開發的雙重設計目標。TI公司的Tmote Sky套件號稱有10KB的片上RAM（所有mote中的最大容量），IEEE 802.15.4射頻，以及一個125m作用范圍的集成板載天線。

幫助盲人重見光明

視網膜修復技術可以幫助患視網膜退化疾病，如可能致盲的黃斑變性的人群恢復視力（參考文獻1）。研究人員做了臨床植入研究，證明植入假體最終可彌補眼睛失去的功能，研究采用了一種植入物，包含一個15通道的激勵芯片、分立的電源元件，以及與眼睛外壁吻合的電源與數據接收線圈。波士頓視網膜植入項目的研究人員在一只豬的視網膜下區域植入了一個陣列，而大部分假體（一個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。盒中伸出一個螺旋狀電極陣列，延伸至眼的顳上象限（圖2）。系統有一個外接的視頻捕捉單元，以及一個能向設備植入部分發送影像數據的發射機（圖3）。一只定制ASIC將圖像轉換為兩相的電流脈沖，其送至電極陣列的強度、周期以及頻率都是可編程的（圖4）。Minco公司也提供了針對植入體的先進柔性電路，有助于實現這一面向170萬遭受此類眼疾痛苦的人們的項目。

圖2,波士頓視網膜植入項目的研究人員在一頭豬的視網膜下區域植入了一個陣列，但把假體的大部分（一個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,此系統有外置的視頻捕捉單元，還有一個發射器，它以無線方式將圖像數據發送給植入的裝置

圖4,定制ASIC將圖像轉換為兩相的電流脈沖，對一個電極陣列其強度、周期與頻率都是可以編程設定的