微型传感器医疗应用提供大量设计选择

来设计在一个日益缩小的空间的限制范围内可靠，精确的传感器功能的能力是在广泛的应用是关键性的 - 与一个困难的要求。然而，在其他好处，小型化，其中包括裁员模块系统，可以释放宝贵的电路板空间，并为设计人员提供更大的灵活性来定位组件在印刷电路板(PCB)，减少干扰。

医疗行业仍然是传感器小型化的主要驱动力，以及超可靠性极小，准确的传感器所需的人体，在那里它们在医疗过程如关节置换术(力传感器在联合采用具有很大的希望内部应用更换)和脊柱融合。在外用，传感器供应商必须提供灵活的安装选择，以确保传感器被定位为靠近患者和/或流体(例如，药品，血液或水)作为可能的准确和精确的测量。

小型，便携式医疗设备的开发，以适应在医院狭小的空间内也可以让服务提供者能够快速，轻松地将设备从一个病人到下一个。传感器的小型化正在帮助使这成为可能在这样的设计中移动的医疗设备，可佩戴的技术，和手持式仪器。

许多因素必须收敛，使这一裁员。例如，除了配件的物理和包装要求到最终产品，本身就是体积小巧，有预算和技术问题，比如需要不断通过集成多种传感器的功能集成到一个单一的，更小的封装，降低BOM成本。

把医疗传感器的演变为背景，让我们简要介绍一下心脏起搏器的历史。

阿尔贝托Vejarano Laverde，哥伦比亚的医生，联手哥伦比亚电气工程师乔治·雷诺兹庞博建设的第一个心脏起搏器。这其中重达45千克或99.2磅。并且是由一个12伏的汽车电池连接到心脏电极，并用于保持赫拉尔多·弗洛雷斯，一个70岁的牧师，活着。一旦硅晶体管走进画面，事情变得更容易一些。第一个完全植入式心脏起搏器是在1958年在瑞典。它被连接到附连到心脏的心肌电极。它持续了高达三个小时。第二植入装置使其两天。第一个植入式心脏起搏器的收件人，阿恩·拉尔森，实际共收到26的设备，并在86岁去世。

与大多数电子产品的创新，起搏器越来越有更大的能力较小。例如，最近的进展包括执行以及它们的常规竞争者无引线起搏器设备，并与一个大小，传统的设备的10%，该微型装置内的病人的心脏直接放置。这是不用手术，通过导管进行。一体化是高，即使是在它的小的状态，因为它安置活动传感器，代谢传感器，和双传感器，其能够测量温度，姿势，和心律失常的后果。

起搏器和其他心脏相关的技术已被被不断发展，因为心脏疾病是死亡在发达国家和早期诊断，治疗，和维护的主要原因是至关重要的。生物医学工程师已经成功开发微观手段来开栓和治疗心血管疾病。然而，这些工具仍然容易引起感染。小型化的纳米传感器就能感测和监视生物信号，如蛋白质或抗体的响应于心脏或炎性事件的释放。

除了心脏起搏器，其他医疗针对性的通告经常打这个消息的电线，这些天。近日，特文特大学为例，揭示了用于测量康复运动功能的患者是世界上最小的手工力传感器1的原型。小于指尖，它可以衡量你的手施加的力。的传感器一样小，因为这可以被构建到手套和假肢装置，以及设计成自行车踏板，鞋底，或触摸屏。除了测量总力，该传感器能够测量在其中施加力的方向，而这是一个广泛的应用是重要的。参与体力劳动和运动员或康复的病人，以提高技能的装置的性能的装置测量负载，并且它解决了具有足够小单元来测量的力和手指被夹住的物体之间施加的挑战。

在传感器微型化目前的发展为医疗应用正在快速移动走出实验室，进入工作一个今天的世界上。考虑人类呼吸，这就要求空气流中和/或离开人肺的呼吸时测量。监测和评估患者呼吸功能是在清醒镇静重要的药理学诱导的松弛的状态，其中患者保持清醒和合作过程中，例如，牙科治疗。知识的呼吸周期的也是在睡眠呼吸暂停的检测是有用的。通常情况下，这些技术测量流量在呼吸管间接地通过感测流动引起的压力差在一个分流结构中，在沿管子的侧上的两个端口。

压力传感器可以被集成到许多设计，因为他们提供了许多配合的连接和封装(表面贴装，DIP，SIP)，以及输出一个选择(模拟或数字)。用于医疗仪器和呼吸呼吸的所有传感器微型系列压力传感器提供节省空间的结合高性能。 H级是一个高精度的版本，该公司的毫伏输出压力传感器(图1)。它们提供了一种校准毫伏输出具有优异的输出特性，从而减少输出偏移错误由于因素如温度变化​​。产商还注意到，传感器提供预热期间和稳定性在长时间内稳定。此外，该传感器采用了硅，微机械，应力集中增强结构，以提供一个线性输出到测得的压力。

这一系列的传感器是用于非腐蚀性，非离子的工作流体，如空气，干燥气体，等用途。该装置的输出成比例于电源电压和操作从任何DC电源电压上升到16 V是可以接受的。功能包括0〜4“H 2 O至0至100 PSI的压力范围，0.5%的线性，温度补偿，校准和零点和量程。

所有传感器压力传感器图像

图1：用于医疗应用程序中，所有传感器压力传感器，尽管其规模保持高精度。

传感器常见的医疗应用程序足够小的另一个例子是MLX90615SSG-DAA-000-TU超小型化，智能化的非接触式红外来自Melexis的技术(图2)温度计。用在耳和体温计，以及用于连续监测体温，该装置被认为是最微小的“智能”红外线在世界温度计，用直径为2.7毫米的只有4.7毫米(0.185“)和高度( 0.106“)。

Melexis的MLX90615的功能图

图2：MLX90615的功能框图。根据它的低噪声放大器，16位ADC，和强大的DSP单元，高精确度和分辨率得以实现。

信号处理芯片集成在晶体管外形封装，提供插件和播放的优势，为完全校准的温度计。由于其低噪声放大器，16位ADC，其DSP单元，一个高精度和实现的温度计分辨率;更好的±0.1?C的精度在30〜40?C中的重点范围，例如。

在医疗领域中的加速计被用于运动的监控。是，用于在运动和健康装置的微型传感器的一个实例是3轴ADXL 335加速计来自Analog Devices(图3)。

ADI公司的ADXL335的功能框图

图3：ADXL335是住在一个小，薄型封装(采用4 mm×采用4 mm×1.45毫米LFCSP)，并具有低功耗为350μA(典型值)和优异的温度稳定性。

该ADXL335是一个完整的3轴加速度测量系统。它具有±3克的最小的测量范围，并包含构建在硅晶片和信号调节电路的顶部上以实现开环加速度测量架构的多晶硅表面微加工传感器。的输出信号是模拟电压成比例的加速度。

多晶硅弹簧悬挂于晶片的表面的结构，并提供对加速力阻力。结构的偏转测量

使用差电容器，它由附接到移动质量独立的固定板和板。固定板由180°异相方波驱动。加速度偏转移动质量和差分电容失衡导致的传感器输出，其幅度正比于加速度。然后相位敏感解调技术被用于确定加速度的大小和方向。

解调器输出被放大，并通过一个32千欧姆的电阻带来的片。用户通过将电容器设置设备的信号的带宽。这种过滤提高了测量的分辨率，并有助于防止混淆。该装置可以测量重力的静态加速度在倾斜检测应用程序，以及动态加速度运动，冲击或振动产生的。

综上所述

正如我们所看到的，传感器在许多医疗应用中发挥重要的作用，更是基于向着小型化正在发生趋势的到来。移动从心脏起搏器，这是令人难以置信的大，那些符合心脏内部是一个了不起的壮举，结合医药和传感器技术的进步。

而小并不总能转化为成本有效，但它通常是转化为无损耗的性能，这是在医疗应用中的尺寸，易用性，便携性，可靠性，准确性和成本是最重要的重要的高度集成。