通過基於微電子機械係統（MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM,MEMS）的加速傳感器和陀螺儀的設計
，MEMS技術已經廣泛應用於導航和遊戲軟件領域；但是
，微型電磁式感應器技術正越來越多地應用於醫療領域。

MEMS普(pu)遍(bian)應(ying)用(yong)於(yu)患(huan)者(zhe)診(zhen)斷(duan)器(qi)械(xie)中(zhong)。這(zhe)種(zhong)診(zhen)斷(duan)器(qi)械(xie)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)患(huan)者(zhe)心(xin)髒(zang)的(de)功(gong)能(neng)。醫(yi)務(wu)人(ren)員(yuan)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)心(xin)電(dian)圖(tu)來(lai)檢(jian)查(zha)患(huan)者(zhe)心(xin)髒(zang)功(gong)能(neng)情(qing)況(kuang)。在(zai)心(xin)電(dian)圖(tu)檢(jian)查(zha)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，醫(yi)務(wu)人(ren)員(yuan)會(hui)將(jiang)一(yi)套(tao)電(dian)極(ji)連(lian)接(jie)在(zai)人(ren)體(ti)上(shang)，使(shi)其(qi)與(yu)皮(pi)膚(fu)表(biao)麵(mian)接(jie)觸(chu)。通(tong)過(guo)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)測(ce)量(liang)複(fu)雜(za)的(de)向(xiang)量(liang)心(xin)電(dian)圖(tu)（VCG）。向量心電圖是一種傳統的方法，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測或者運動計算機中顯示的圖像一樣。

MEMS加速傳感器進行心髒檢測優勢

心電圖可以為我們提供大量相關信息，這些信息包括心髒功能障礙
、心髒疾病、以及心髒功能恢複情況、患(huan)者(zhe)的(de)軀(qu)體(ti)和(he)心(xin)理(li)壓(ya)力(li)情(qing)況(kuang)。但(dan)是(shi)
，心(xin)電(dian)圖(tu)不(bu)能(neng)很(hen)好(hao)的(de)檢(jian)查(zha)患(huan)者(zhe)心(xin)髒(zang)的(de)機(ji)械(xie)泵(beng)血(xue)功(gong)能(neng)或(huo)者(zhe)心(xin)髒(zang)的(de)機(ji)能(neng)。此(ci)外(wai)

，這(zhe)些(xie)電(dian)極(ji)可(ke)能(neng)會(hui)幹(gan)擾(rao)患(huan)者(zhe)的(de)日(ri)常(chang)生(sheng)活(huo)，尤(you)其(qi)是(shi)幹(gan)擾(rao)患(huan)者(zhe)的(de)娛(yu)樂(le)活(huo)動(dong)和(he)夜(ye)間(jian)的(de)心(xin)電(dian)監(jian)測(ce)。幸(xing)運(yun)的(de)是(shi)
，在(zai)醫(yi)療(liao)領(ling)域(yu)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)其(qi)他(ta)手(shou)段(duan)來(lai)檢(jian)查(zha)心(xin)髒(zang)的(de)功(gong)能(neng)情(qing)況(kuang)，如(ru)心(xin)髒(zang)超(chao)聲(sheng)監(jian)護(hu)和(he)心(xin)髒(zang)衝(chong)擊(ji)掃(sao)描(miao)圖(tu)（Ballistocardiology,BCG）。機械式心衝擊掃描圖記錄著心髒的電信號，但是其信號延遲30到40微秒。

liyongxinzangchongjisaomiaotu
，womenkeyitongguojiancexiongbudedonglihejiasuqingkuangjiluxinzangdejixiehuodong。ciwai
，haiyouyizhongfangfa，tongguoyaokongxinzangchongjisaomiaotu，womenkeyijiancexinzangdebengxuejineng。yunyongyaokongxinzangchongjisaomiaotu
，womenkeyibuxuyaojiangdianjihuozheqixiejiechudaohuanzhedepifubiaomian。zhezhongfangfaduiyujiancehuanzherichangshenghuoguochengzhongdexindianhuodongshiyizhonghendadeyoushi。youyuxueliutongchangchaoyigefangxiangliudong
，yinciwomenkeyizhixuyaojiluzaiyigezhoudexueliufangxiangjike

，lirurencongtoudaojiaodechangduzhouxiang。


心(xin)髒(zang)衝(chong)擊(ji)掃(sao)描(miao)圖(tu)可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)地(di)用(yong)於(yu)預(yu)防(fang)性(xing)醫(yi)學(xue)領(ling)域(yu)
，如(ru)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)身(shen)體(ti)和(he)心(xin)理(li)壓(ya)力(li)情(qing)況(kuang)或(huo)者(zhe)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)早(zao)期(qi)冠(guan)心(xin)病(bing)。圖(tu)二(er)中(zhong)顯(xian)示(shi)的(de)波(bo)幅(fu)測(ce)量(liang)的(de)是(shi)心(xin)髒(zang)的(de)每(mei)搏(bo)輸(shu)出(chu)量(liang)：從時間上看，我們可以推斷出心髒的功能情況
、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複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可以有效地應用於評估某些疾病的嚴重程度

，如動脈瓣膜病、冠心病
、甚至可以評估患者的壽命。

通過加速傳感器記錄心髒的衝擊信號有很大的難度，心髒活動的加速信號十分低弱
，而感應器自身的噪音
、環境噪音比較大，同時還可能存在醫療檢查過程中出現的機械頻率響應和振動幹擾（如測體重的電子稱和患者的病床）。在zai病bing床chuang上shang監jian測ce心xin髒zang衝chong擊ji掃sao描miao圖tu尤you其qi重zhong要yao
，因yin為wei這zhe種zhong心xin髒zang衝chong擊ji掃sao描miao圖tu可ke以yi在zai不bu幹gan擾rao患huan者zhe睡shui眠mian的de情qing況kuang下xia
，對dui患huan者zhe的de身shen體ti健jian康kang和he功gong能neng恢hui複fu進jin行xing監jian測ce。心xin髒zang衝chong擊ji掃sao描miao圖tu不bu需xu要yao電dian極ji接jie觸chu
，因yin此ci不bu會hui影ying響xiang患huan者zhe的de日ri常chang活huo動dong，也ye不bu會hui幹gan擾rao患huan者zhe的de睡shui眠mian。基ji於yu這zhe種zhong獨du特te的de優you勢shi，心xin髒zang衝chong擊ji掃sao描miao圖tu在zai某mou些xie領ling域yu的de作zuo用yong十shi分fen顯xian著zhu
，這zhe些xie領ling域yu包bao括kuo監jian測ce患huan有you由you於yu身shen體ti或huo者zhe心xin理li疾ji病bing而er產chan生sheng睡shui眠mian障zhang礙ai的de患huan者zhe的de心xin髒zang功gong能neng
，以yi及ji監jian測ce運yun動dong員yuan最zui佳jia訓xun練lian效xiao果guo從cong而er避bi免mian訓xun練lian過guo度du。

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根據病人情況實際研究

在一項最新的電子產品設計研究中，日本村田製作所（Murata）的(de)電(dian)子(zi)工(gong)程(cheng)師(shi)對(dui)住(zhu)院(yuan)病(bing)人(ren)在(zai)病(bing)床(chuang)上(shang)的(de)活(huo)動(dong)進(jin)行(xing)了(le)研(yan)究(jiu)

，並(bing)將(jiang)患(huan)者(zhe)的(de)病(bing)床(chuang)活(huo)動(dong)從(cong)心(xin)髒(zang)衝(chong)擊(ji)掃(sao)描(miao)圖(tu)信(xin)號(hao)中(zhong)分(fen)離(li)出(chu)來(lai)。經(jing)過(guo)如(ru)此(ci)處(chu)理(li)後(hou)的(de)心(xin)髒(zang)衝(chong)擊(ji)掃(sao)描(miao)圖(tu)信(xin)號(hao)如(ru)圖(tu)三(san)所(suo)示(shi)。該(gai)圖(tu)顯(xian)示(shi)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移(yi)
，病(bing)床(chuang)的(de)共(gong)振(zhen)對(dui)心(xin)髒(zang)衝(chong)擊(ji)掃(sao)描(miao)圖(tu)信(xin)號(hao)及(ji)其(qi)延(yan)遲(chi)有(you)一(yi)定(ding)的(de)影(ying)響(xiang)。可(ke)靠(kao)的(de)信(xin)號(hao)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)是(shi)在(zai)10-3g（cm/s2）範圍以內
，這要求具有優異分辨率的傳感器。日本村田製作所生產的SCA121T加速傳感器能滿足這個要求。SCA121T加速傳感器的噪音密度大概為14µg/√Hz。

濾波算法

采cai用yong先xian進jin的de濾lv波bo算suan法fa可ke以yi把ba心xin髒zang衝chong擊ji掃sao描miao圖tu信xin號hao從cong病bing床chuang共gong振zhen效xiao應ying和he噪zao聲sheng中zhong分fen離li出chu來lai。過guo濾lv後hou的de心xin髒zang衝chong擊ji掃sao描miao圖tu所suo預yu估gu的de心xin率lv和he心xin髒zang每mei搏bo輸shu出chu量liang如ru圖tu四si所suo示shi。由you於yu心xin髒zang搏bo動dong到dao加jia速su度du記ji錄lu的de轉zhuan換huan過guo程cheng需xu要yao校xiao正zheng到dao絕jue對dui值zhi，心xin髒zang每mei搏bo輸shu出chu量liang在zai此ci圖tu以yi任ren一yi單dan位wei表biao示shi
，如ru立li方fang分fen米mi（dm3）。tusizhongdexinzangmeiboshuchuliangdechayizhiyaobushitaidajiukeyijiaohaodeyongyupingguxinzangchongjisaomiaotujiludezhunquexingyijijiluzhongdelvbosuanfahejisuangongshidezhunquexing。


圖四中心髒每搏的時間間隔是心髒每次起搏的時間。心率的差異（HRV）可以通過這種時間間隔及心率變動均數計算得出（參看圖五）。除了把傳感器安裝在病床上測試之外，SCA121T傳感器也可以安裝在浴室中的電子稱上進行類似的測量。心率結果如圖六所示。



微電子機械係統的矽片傳感器技術集中了各種優勢，包括體積最小
，運用刻蝕技術（幹和濕）和先進的封蓋（矽片鍵合和玻璃絕緣）、接觸（電極可焊接或線接）設計。本文前麵所提到的SCA121T傳感器使用了整個矽片作為動量
，它可以承受70000克左右的高衝擊。此外，因采用單晶矽結構，它還具有其他主要特點，包括超範圍容量、無(wu)機(ji)械(xie)遲(chi)滯(zhi)現(xian)象(xiang)，無(wu)塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)。穩(wen)定(ding)的(de)電(dian)容(rong)檢(jian)測(ce)原(yuan)理(li)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)大(da)的(de)平(ping)行(xing)板(ban)電(dian)容(rong)結(jie)合(he)高(gao)電(dian)容(rong)動(dong)力(li)學(xue)來(lai)實(shi)現(xian)。因(yin)此(ci)，這(zhe)種(zhong)微(wei)電(dian)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)就(jiu)具(ju)備(bei)優(you)質(zhi)的(de)信(xin)噪(zao)比(bi)。

當我們根據心髒衝擊掃描圖原理設計心髒監護儀時，設計工程師需要將傳感器的噪聲密度設定為14µg/√Hz


，從而使心髒監護儀的測量分辨率優於一毫米每平方秒（1mm/S2）。噪zao音yin過guo濾lv也ye是shi非fei常chang關guan鍵jian的de因yin素su，如ru建jian築zhu物wu中zhong的de機ji械xie振zhen動dong的de濾lv除chu。對dui於yu共gong振zhen

，傳chuan感gan器qi需xu要yao具ju備bei可ke控kong的de頻pin率lv效xiao應ying，這zhe種zhong效xiao應ying通tong常chang通tong過guo機ji械xie阻zu尼ni來lai實shi現xian。最zui後hou
，傳chuan感gan器qi集ji成cheng版ban可ke以yi通tong過guo先xian進jin的de信xin號hao濾lv波bo算suan法fa將jiang真zhen實shi的de信xin號hao和he在zai現xian實shi的de檢jian測ce環huan境jing中zhong出chu現xian的de任ren何he雜za散san的de幹gan擾rao信xin號hao相xiang互hu分fen離li。如ru果guo出chu現xian嚴yan重zhong的de噪zao音yin幹gan擾rao，這zhe種zhong噪zao音yin的de波bo形xing與yu心xin髒zang衝chong擊ji描miao計ji信xin號hao的de波bo形xing類lei似si，如ru波bo幅fu、頻(pin)率(lv)和(he)序(xu)列(lie)，這(zhe)時(shi)我(wo)們(men)就(jiu)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)額(e)外(wai)的(de)加(jia)速(su)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)測(ce)量(liang)監(jian)測(ce)環(huan)境(jing)中(zhong)出(chu)現(xian)的(de)加(jia)速(su)現(xian)象(xiang)，從(cong)而(er)對(dui)心(xin)髒(zang)衝(chong)擊(ji)描(miao)記(ji)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。此(ci)時(shi)
，匹(pi)配(pei)兩(liang)個(ge)加(jia)速(su)感(gan)應(ying)器(qi)信(xin)號(hao)的(de)相(xiang)位(wei)就(jiu)變(bian)得(de)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)。


可以看出
，MEMS加速傳感器相對於傳統的心髒功能檢測方法
，能更快速
、更精確，在不影響患者的日常生活的情況下實時檢測心髒功能
，是一個很好地方法。

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