《電子技術(shù)應(yīng)用》
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MEMS加速傳感器瞄準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用
摘要: 通過基于微電子機械系統(tǒng)(MICROELECTROMECHANICALSYSTEM,MEMS)的加速傳感器和陀螺儀的設(shè)計,MEMS技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航和游戲軟件領(lǐng)域;但是,微型電磁式感應(yīng)器技術(shù)正越來越多地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。MEMS普遍應(yīng)用于患者診斷
Abstract:
Key words :

通過基于微電子機械系統(tǒng)(MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM, MEMS)的加速傳感器和陀螺儀的設(shè)計,MEMS技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航和游戲軟件領(lǐng)域;但是,微型電磁式感應(yīng)器技術(shù)正越來越多地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。

MEMS普遍應(yīng)用于患者診斷器械中。這種診斷器械用于檢測患者心臟的功能。醫(yī)務(wù)人員通常采用的方法是通過心電圖來檢查患者心臟功能情況。在心電圖檢查過程中,醫(yī)務(wù)人員會將一套電極連接在人體上,使其與皮膚表面接觸。通過這種方法,我們可以測量復(fù)雜的向量心電圖(VCG)。向量心電圖是一種傳統(tǒng)的方法,它可以記錄患者心電P-QRS-T波的振幅和時間或者僅僅記錄R波峰值的時間。這種向量心電圖跟圖一所示的心率監(jiān)測或者運動計算機中顯示的圖像一樣。
 

 

圖一:心電圖中的P-QRS-T波。


心電圖可以為我們提供大量相關(guān)信息,這些信息包括心臟功能障礙、心臟疾病、以及心臟功能恢復(fù)情況、患者的軀體和心理壓力情況。但是,心電圖不能很好地檢查患者心臟的機械泵血功能或者心臟的機能。此外,這些電極可能會干擾患者的日常生活,尤其是干擾患者的娛樂活動和夜間的心電監(jiān)測。幸運的是,在醫(yī)療領(lǐng)域,我們可以通過其他手段來檢查心臟的功能情況,如心臟超聲監(jiān)護(hù)和心臟沖擊掃描圖(Ballistocardiology, BCG)。機械式心沖擊掃描圖記錄著心臟的電信號,但是其信號延遲30到40微秒。

利用心臟沖擊掃描圖,我們可以通過檢測胸部的動力和加速情況記錄心臟的機械活動。此外,還有一種方法,通過遙控心臟沖擊掃描圖,我們可以檢測心臟的泵血機能。運用遙控心臟沖擊掃描圖,我們可以不需要將電極或者器械接觸到患者的皮膚表面。這種方法對于檢測患者日常生活過程中的心電活動是一種很大的優(yōu)勢。由于血流通常朝一個方向流動,因此我們可以只需要記錄在一個軸的血流方向即可,例如人從頭到腳的長度軸向。

心臟沖擊掃描圖可以很好地用于預(yù)防性醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,如用于檢測身體和心理壓力情況或者用于檢測早期冠心病。圖二中顯示的波幅測量的是心臟的每搏輸出量:從時間上看,我們可以推斷出心臟的功能情況、心率、以及心率的變異情況。心率的變異情況很好地記錄了該患者的恢復(fù)情況和在檢測過程中承受的壓力情況。圖二中的振幅I和IJ可以有效地應(yīng)用于評估某些疾病的嚴(yán)重程度, 如動脈瓣膜病、冠心病、甚至可以評估患者的壽命。
 


 

圖二:心臟沖擊掃描圖波形。


通過加速傳感器記錄心臟的沖擊信號有很大的難度,心臟活動的加速信號十分低弱,而感應(yīng)器自身的噪音、環(huán)境噪音比較大,同時還可能存在醫(yī)療檢查過程中出現(xiàn)的機械頻率響應(yīng)和振動干擾(如測體重的電子稱和患者的病床)。在病床上監(jiān)測心臟沖擊掃描圖尤其重要,因為這種心臟沖擊掃描圖可以在不干擾患者睡眠的情況下,對患者的身體健康和功能恢復(fù)進(jìn)行監(jiān)測。心臟沖擊掃描圖不需要電極接觸,因此不會影響患者的日常活動,也不會干擾患者的睡眠。基于這種獨特的優(yōu)勢,心臟沖擊掃描圖在某些領(lǐng)域的作用十分顯著,這些領(lǐng)域包括監(jiān)測患有由于身體或者心理疾病而產(chǎn)生睡眠障礙的患者的心臟功能,以及監(jiān)測運動員最佳訓(xùn)練效果從而避免訓(xùn)練過度。


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