医疗领域 MEMS 技术原理、类型及用途全解析

测压传感器的核心部件是箔应变计，采用真空沉积或溅射技术，通过材料的分子键合附着在介电层上，这种技术通常称为薄膜法。理想的应变计应该体积小，成本低，对于负荷方向上的应变极为灵敏，而且不受周围环境温度变化的影响。

在医学中被称为医用测压传感器，它们都必须高度精确并紧凑包装，以方便携带，特别是器械要与病人直接连接时。

现在将小型测压传感器应用到容易发生人为错误的领域，如：用于给药的输液泵。这种传感器可准确测量输液袋的重量，当液体重量与预先设定值不同时，传感器会立即向连接的设备发出警告信息，并及时跟控制器通信。

医疗植入

植入式传感器应当具有体积小，重量轻，并且和身体兼容的特点，同时还要求其功率非常小。更重要的是，它们不能随着时间的推移而衰变。

由于这类传感器属于第Ⅲ类医疗器械，因此需要有食品及药物管理局（FDA）的批准才能使用。一般来讲，这类传感器价格非常昂贵，而且需要专家做外科手术进行移植。对功率的要求是植入式传感器正常工作所面临的主要挑战之一。

植入式传感器示意

1．压电聚合传感器

体积小，可靠性高，不需要外部动力而且能长时间持续工作。这类传感器可应用于监视病人活动的心脏起搏器，通过植入式传感器可以实时监测心率变化。举个例子，由于腹部长了一个大动脉瘤，要求切除一部分脆弱的动脉，用人工合成的管状器官来替代。这时，可以在手术的过程中植入一个传感器，用来监视手术部位的压力泄漏。

2．心脏起搏器

每当病人运动时，传感器就会产生一个信号。心脏起搏器接收到这些信号，然后使心脏也相应的博动。如果病人在休息，信号为零，则心脏起搏器会使心脏以正常频率博动，例如大约70次/分钟。传感器能区分出各种活动，例如走路、跑步、或是其他身体活动。传感器的输出和运动量成正比。

3．无线心脏传感器

心力衰竭是老年人最常见的住院病因，心衰患者怎样在家就能得到很好的监测呢？如果能够随时监测患者的心脏收缩、心脏舒张以及平均肺动脉压等监测数据，调整患者的治疗方案，是否可以减少了心衰病人的住院时间。

心衰患者的无线、植入式血流动力学监测系统包括一个永久植入肺动脉的传感器/监控器，一个经静脉导管用于传送和部署传感器，一个电子系统用于获取和处理来自传感器的信号，并将肺动脉压力测量值传送到一个安全的数据库。遵照程序，病人在家里无线监测其肺动脉压力，数据立即传送到安全的数据库，供医生可通过网站实时监测。

结果显示，应用无线植入器进行远程血液动力学监测，以指导心衰治疗，可有效降低慢性心衰患者（CHF）术后18个月的心衰住院率。

其原理是通过加速度传感器将胎儿心率转换成模拟电压信号，经前置放大用的仪器放大器实现差值放大。然后进行滤波等一系列中间信号处理，用A/D转换器将模拟电压信号转换成数字信号。通过光隔离器件输入到单片机进行分析处理，最后输出处理结果。

基于MEMS加速度传感器设计的胎儿心率检测仪在适当改进后能够以此为终端，做一个远程胎心监护系统。医院端的中央信号采集分析监护主机给出自动分析结 果，医生对该结果进行诊断，如果有问题及时通知孕妇到医院来。该技术有利于孕妇随时检查胎儿的状况，保障胎儿和孕妇的健康。

癌症检测薄膜传感器

目前，国内各大医院常用的体液检测手段是免疫固定电泳法，其检测成本高、设备要求严、检测时间长，让大量的患者失去了治疗疾病的黄金时期。这款薄膜生物电化学传感器以患者发病早期血液中会分泌出极其微量的单克隆球蛋白及游离轻链为契机，将识别此蛋白的抗体嫁接于电极表面的高分子微孔膜基体，通过二者的专一识别性，在电化学工作站的帮助下，放大成化学信号，成功实现在发病初期检查癌细胞的功能。进行临床试验，从样品采集到注入、检测和医疗分析等整个过程，仅仅耗时10分钟，且成本低、精确性好。该项技术与医院常使用的免疫固定电泳法相比，检测灵敏性提高了500倍。不仅如此，该项技术配套的检测设备成本仅8万元，降低了检测准入，可广泛应用。

作为一种新型生物传感器使用平台，此技术可以运用到更广阔的技术领域，如白血病、尿毒症、淋巴癌、肝癌等重症的提早诊断，甚至在环境监测、军用探测领域取得更长远的发展。