设计下一代医械面临的挑战

南国知心

     医疗器械的微型化在最近几年取得了飞速进展，然而仍有很长的路要走，许多部件还有待进一步减小体积
　　
　　开发下一代电子医疗器械将会面临电子和设计工程方面（如低功耗、微型化和无线电设计等）的诸多挑战。《医学电子设计》(Medical Electronics Design)一书的作者Steve Makl就称，以前只有国防和航空航天工业有微型化的需求，而现在这一趋势已经在向远程通信和医疗器械产业延伸，主要是由于现在越来越需要认真考虑许多电子工程学的应用，从而促使制造商想方设法减小组件的体积。　　

　　减小电源体积

　　未来能量贮存技术将会在电子医疗器械产品中广泛应用。美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在进行一项与沙子一样大小的锂电池设计。参与这一研究项目的加利福尼亚大学工程师Jane Chang开发了一种电解质，可以在两极之间进行充电。

　　Jane Chang与其同事一起设计的锂电池外部覆盖微米级的柱子，内部用纳米级的金属丝，装上电解质，增加表面与体积比。电解质锂铝矽酸盐是比较合适的材料，不过这一研究还处于早期阶段。

　　Jane Chang解释说：“我们试图完成具有传统的锂离子电池同样功率密度和同样能量密度的新型电源，不过我们要尽量压缩这一电源的体积。”　　

　　能量收集技术

　　研究人员一直在想方设法降低无线电医疗器械的能量需求水平。比利IMEC与荷兰Holst Centre正在进行合作，使双方纳米技术和无线电技术领域的专家整合起来进行研究。年初，这两家公司因为耐用的心电图(ECG)能力获得方法的技术创新获得了弗若斯特沙利文奖(Frost & Sullivan Award)。

　　IMEC和Holst Centre由热电材料制成的这一装置可以把机体的热量转化成电流，转移到能量储存系统中。然后，这些能量可以用于驱动自动化耐用的ECG系统，通过无线电把ECG信号即时传送到基站。

　　整个装置有关14个部件，大约3×4平方厘米大小，可以放入衬衣口袋中，并具有ECG内外工作环境。这一装置耐用并且不怕放在衬衣里被水洗和烘干，而且终生都不需要维修。

　　研究人员如是评价这一装置：“免维修、自动供电、终生使用、可放在衬衣中的心电图仪，可有效并很方便监护人们的健康，这在过去是不可能想象的。”

　　不过，能量收集技术并不能够为许多个人装置提供足够工作的能量。局部地处理一些数据可能会降低医疗器械所需要的能量水平。　　

　　微型化

　　医疗器械的微型化在最近几年取得了飞速进展，然而仍有很长的路需要走。许多部件还有待于进一步减小体积。

　　不过Steve Makl认为：“单纯减小一个部件的体积对于医疗器械的微型化可能并不是最有效的，需要把组合的无源元件替换成具有较高容积效率的多元组件。”

　　多元组件经常用于医疗器械中，而现在越来越要求微型化，无线电组件将在无源电子微型化中发挥更大的作用，主要是因为阵列越来越要求节省空间。

　　Steve Makl预测：“无源元件集合正在或者即将为开发更多较小的医用电子设备发挥着重要作用，因此，不同的无源元件将会被整合到单个的组件之中。”

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