MEMS技术在医疗保健产业的应用与发展

2013-11-19 13:28:10来源: 互联网

前言

  医疗保健已成为全球增长最快、规模最大的产业之一。越来越多的人意识到生命的宝贵和重要,同时个人可支配收入的增加和疾病防范意识增强,让医疗保健产业保持高速增长。MEMS是最具革命性的半导体元件之一,MEMS的问世为医疗保健产业开创一个全新的时代。本文将探讨如何利用MEMS芯片重新定义医疗保健市场的需求,为医疗保健应用开启新的增长空间。

  MEMS 概述

  MEMS(微机电系统)是拥有硅的电子和机械双重特性的半导体IC,MEMS传感器结构由可动物体、弹簧、腔体、阻尼器等器件构成,能够探测动作(例如:加速度)、重力、角速度、磁场以及压力。标准的MEMS传感器是一个双芯片器件,采用SIP系统级封装,其中一颗芯片负责检测有效参数,并将其转换成等效电容,另一颗芯片负责把电容转换成等效电压,如果是数位输出,则把电容转换成数位信号并发送到I2C汇流排。

MEMS传感器结构

  MEMS在医疗保健应用中的发展

  现在终于有了一种新的产品可以替代体积庞大的中央控制式医疗设备,这就是便携式个人医疗设备。随着第一批医疗设备从医院商用转向个人私用,微型化、经济性、可靠性以及电池寿命便成为医疗保健市场的新需求。在消费电子和手机市场引爆一轮应用革命后,MEMS势必会在医疗保健产业开创一个全新的时代。在医疗保健市场,MEMS主要用于计步器、血压表、心电仪(ECG)、助听器等个人诊疗与便携式保健产品中。此外,MEMS还可以在复杂的医疗化验如DNA分析中发挥重要作用。

  在医疗保健市场上,很多半导体公司在大力推广医用半导体产品。作为全球最大的消费电子和便携式设备MEMS供应商,意法半导体非常看好医疗保健设备市场,先后推出了实验室芯片和人体闸道等创新产品。

  MEMS的目标应用

  1. 计步器

  计步器是最简单最实用的MEMS应用之一。在练习跑步过程中,我们每迈出一步,身体都会上下颤动,而MEMS能够检测我们每跑出一步时的身体上下颤动,这个功能可用于精确计算步数。MEMS还可用于计算行走或跑步的速度、距离和运动所消耗的热量。在校准MEMS时,可能需要步长、高度和重量等参数。为保证测量结果更精确,在开发产品时,计步器厂商需要考虑使用者配戴计步器的位置(系在腰带还是放在衬衫/裤子的口袋里)。三轴加速度计的问世让开发人员无需再考虑使用者的使用方式,因为3轴加速度计能够检测三个轴向的加速度,只使用一个3轴加速度计即可检测全部的动作变化。此外,MEMS还能检测一个人的重心变化,这个资料能够让医生向病患提议正确的姿势,甚至给病患配戴正确的矫正装备。

2. 助听器

  MEMS麦克风可以让小巧精致的助听器变得更可靠、更经济,还能提高助听器的音质。MEMS麦克风拥有传统驻极体电容式麦克风(Electret Condenser Microphone,ECM)的价位,同时具有极其出色的可靠性和稳健性。意法半导体的新产品MP45DT具有很强的稳健性,机械振动、温度变化和电磁干扰对该产品的影响非常小。传感单元具有声波检测能力,音频传感器采用特殊的硅加工制造过程。MEMS助听器可以采用隐蔽设计,让人们无法从外部发现助听器的存在,从而能够避免常见的社交问题。

  3. 及早诊断青光眼

  当把MEMS麦克风与发射天线安装在一个硅透镜上时,这种一次性24小时隐形眼镜可用于诊断早期青光眼。MEMS传感器尺寸非常小,可以安装在透镜的周边,检测眼压(IOP)引起的角膜变形现象,而不会影响配戴者的正常视野;微型天线向接收站发射相关资料。眼压传感器是一种起到换能和天线作用的无线传感器,并为附加的资料读取器件提供机械支撑。医院可利用这些信息采取必要的监护措施,在青光眼发病早期诊断病患。

及早诊断青光眼

  4. 血压计

  与微型生物相容的BioMEMS可以测量人体血液循环系统产生的血压。人体血压的产生过程十分复杂,在不同的身体条件下,人体血压数值变化很大,因此,检测血压需要非常特殊的MEMS。BioMEMS可以插入人体,并移到距离心脏最近的位置,测量心脏瓣膜上的压力梯度,让医生可以检查心脏瓣膜类疾病,诊断和监视心脏衰竭,测量心脏排血量。

  5. 人体闸道 (Body gateway)

  人体闸道是一个可以随身配戴的可携式设备,能够测量重要的生理参数,例如心电图(ECG)、心率、呼吸频率等。此外,人体闸道还能检测人体不正常动作变化,例如摔倒。测量资料或警报讯号可透过蓝牙发送到网络闸道,再转发到医院控制中心。MEMS是实现远端医疗的关键技术,能够检测人体动作和血压变化,测量呼吸频率。小尺寸和超低功耗的特性使其特别适用于这类应用。MEMS将会引发远端医疗革命,让医生能够即时监控病患,远端采取必要的护理措施。由于病患无需住院观察,从而可以大幅降低医疗费用。

  实验室芯片(Lab on Chip)

  实验室芯片可以在几秒内对少量体液进行检测,所有的化学反应都发生在这款生物芯片的内嵌通道内或芯片表面。因为载片器皿是独立的一次性耗材,所以这种系统可大幅降低常规多步检验的交叉污染风险。凭借MEMS喷墨印表机芯片的微射流技术,意法半导体的实验室芯片能够处理微流体。实验室芯片能够在大约15分钟内把DNA样品数量放大几倍,因此化验需要非常少的流体,从而能够节省时间,降低化验费用。

实验室芯片可以在几秒内对少量体液进行检测

  结论

  MEMS为医疗保健产业开启很多新的成长空间,能够让更多的人享受到医疗保健服务。MEMS能够监控多种重要的生理参数,让偏远地区的病患能够以更低医疗费用享受最高水准的医疗服务,还为即时监护病患且不住院护理提供了可能。MEMS正在推动医疗保健产业高速发展,而意法半导体则是一个重要的MEMS厂商。意法半导体在MEMS市场的领导地位和策略侧重将让MEMS在医疗保健产业的应用更广泛,实现更好的医疗保健服务品质、更低廉的价格、更短的耗时以及更容易被人们接受的产品。

关键字:MEMS  医疗保健

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1119/article_20935.html
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