更小，更智能，超低功耗传感器提高医疗的能量收集
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能量收集一直被视为在医疗领域具有相当大的潜力与身体本身提供的能量源植入。已经取得了一些进展，但与今天的超低功耗电路和传感器，努力利用获取的能量加速。最后，自主操作的小目标，可实现无电池的设计。
本文将涉及的一些先进研究项目正在进行中，说明能量收集的潜力，不仅在医疗植入物领域，而且在其他领域。我们将回顾一些已经与潜在的利用身体的能源电力医疗器械部件。
无电池
对过去的许多应用储能原理批评已成为能源的低水平通过除了太阳能电池。然而，在极低的功耗的显着进步，超小型电子产品，包括射频电路和无线传感器，产生了浓厚的兴趣，在能量收集医疗植入物。当电池可以消除，或他们的寿命显著延长，然后植入将会变得更小，更方便，更可靠，更持久，更有效。
由于开发商继续推进小型化和超低功率运行的界限，一些努力已经发展种植能源收获技术效益，从内部和外部两个来源。
心脏起搏器，通过压电能量收集心跳本身供电，现在是可行的。欧洲的研究人员组成的财团，由CEA-Leti在法国，正在开发一种低功耗的心脏起搏器，在5μW而不是25μW操作，通过病人的心跳产生的能量。消除电池避免了更换每五至十年。这也意味着该设备可以做得更小（见图1）。
团队的目标是，最终，以减少心脏刺激器八倍体积小于1厘米3。这将使它能够被直接植入到心外膜，无需附加导线通过静脉进入心脏。该财团研究压电和静电（驻极体）为电转换过程的机械技术，收获功率在20 Hz区。最初，该技术有望提供一个输出功率约10μW，通过电源转换电路。
在美国，在密歇根大学航空工程系的研究人员正在测试一种压电能量收集装置的潜力，利用心脏跳动产生足够的电力心脏起搏器。该装置的一半大小的电池目前使用的起搏器（见下面的图2）。试验表明，它可以产生约10μW的功率，比在八至十倍的现代心脏起搏器所需。
生物电池
人工耳蜗植入术已经使用了几年，有报道比传统助听器更有效。然而，他们通常包括内部和外部的部分，用麦克风，声音处理器，并在外部装置的电池。电池仍然是一个限制因素，特别是处理器变得更强大和更复杂的计算。有些设备使用充电电池和一些需要定期更换。
研究更高度集成的设备正在进行中。在犹他大学的研究已经证实植入麦克风在中耳概念证明。这是声称部分拆下外助听器的需要。然而，电池仍需充电晚上戴在耳朵后面一个充电器。
另外，研究人员正在研究将化学能在内耳的耳蜗植入电。一组研究人员领导的一个小组从麻省理工学院（MIT）正在利用内耳的生物电池，位于耳蜗（见图3）。
电电压水平太低，然而，即使到今天的超低功耗电路的功率。一个小小的电容存储电荷，和功率转换电路对电源管理的要求。一旦运行，该装置将自给自足，研究人员声称。设备，利用这种生物电池也可用于监测患者的耳朵的生物活性，或提供药物或疗法。
葡萄糖应用
工程师在麻省理工学院也在开发葡萄糖燃料电池电力的神经植入物。燃料电池是通过剥离电子从葡萄糖分子形成一个小的电流。葡萄糖在血液和其他体液的礼物。燃料电池可以集成，结合超低功耗电路，到硅芯片上，使完全自我供电的设备，如脑植入物。植入物被开发来帮助人们与脊髓损伤或谁遭受中风。
进展已导致植入神经调节影响神经系统来控制疼痛，并有助于消除患者患帕金森病的震颤。较小的和更可靠的这些设备可以进行，以获取能量的帮助下，他们成为更可行。
可吸收电子设备越来越广泛的应用，并通过能量收集和/或微小的固态电池的使用，可以执行多项任务。一个大的维生素胶囊的大小，是用内窥镜观察消化系统，因为它通过检测异常，从而避免对病人长期不舒服的程序。
一些可食用的设备可以被编程来触发和生物标志物的接收数据，监测胃的问题，或促进损伤组织的修复。他们可以用来检测当药物进入血液和监控的影响。基于MEMS技术的吸收事件标志被激活和使用胃动力电解质。
对于某些类型的肿瘤靶向药物是可植入设备的另一个重要应用。直接到精确位置有源器件的能力，减少用药量，避免损坏相邻的细胞，被证明是特别有效的。
泵体
利用身体的热量，电力电子器件是获取能量的一个明显的候选人。微型热电发电机（TEG），产生的能量从温度差皮肤与外界空气之间，已经被用于运行电子医疗设备如血糖监测，和功率的运动健身器材。医疗植入物，面临的挑战是产生能量的内部。基于芯片的TEG现在设想可以插入皮肤下，或在颅骨，利用组织的大脑和皮肤之间的微小的温度差异。在理论上，足够的能量可以产生电力neurotechnological植入。
射频技术不仅彻底改变了植入式医疗设备的可无线发送数据到监控系统，但它也可以被用来发电的植入物。无线电和电磁信号发送到植入式装置一个小线圈可以产生足够的电流，它的运作。正在进行的研究预计分钟设备可以直接注射到血液中，并通过无线推到正确位置的外部磁场，和动力来执行特定的任务。
当然，电子医疗设备必须满足一系列严格的卫生标准。如组织加热问题的生物相容性、卫生、安全和可靠性是至关重要的。相容性，或至少不干扰等医疗设备和放射治疗系统的核磁共振成像扫描仪，还需要考虑。
市场和商业化
电子元件制造商和医疗设备公司成功在排位赛中的能量收集和相关器件使用的植入物。很多，包括模拟设备，飞思卡尔，格言，Microsemi、德克萨斯文书已经建立了独立的医疗业务部门。全球微电子医疗植入物市场正在快速增长，预计将达到2016 248亿美元，根据BCC研究。1增长最快的部分是在10.5%的复合年增长率，神经刺激器，能量收集引用作为一个推动者。
一份来自MarketsandMarkets2去年发表的预测医学仿生植入物市场将达到2017 178亿2000万美元。主要包括人工器官与器官相关的植入，报告指出，新的和改进的技术将推动这个市场的增长。然而，采用的障碍包括设备和开发成本高，有限的手术技术，和保险报销的问题。
压电发电
测量的特点是一个完善的供应商压电薄膜传感器OEM医疗市场的应用范围。自定义组件是为了ISO13485认证的设施来满足特定的质量要求制造医疗。压力、温度、湿度、力量和位置传感器被纳入范围内的病人的监测和处理设备。
公司的压电薄膜技术广泛的应用于工业标 Note3 。
同时，该LDT1-028K压电薄膜传感器是振动传感多功能设备。压电薄膜元件层压到一张聚酯薄膜聚酯，并产生一个可用的电信号输出，当外力作用于感应区。双导线连接到传感器允许电路或监测装置的信号处理过程。输出电压为10 mV至100 V，根据力和电路阻抗。最小阻抗的1倍，而10毫欧姆或更高的推荐。
一个评估套件可以演示这些设备的使用，以及其他测量专业传感器范围内的医疗和非医疗应用的实验和开发，包括远程监控系统。
生物电池
在一些应用中，电池运行下一个最好的事情是使用能量收集技术与充电的能量存储形式。?的EnerChip薄膜、固态电池Cymbet公司是典型的电池设备完全不同，在使用半导体工艺技术制作的电子发烧友片。这意味着，裸芯片可以集成和封装与传统电路，节省空间和成本。在裸片形式，这些电池被认为是一百倍小于非可充电纽扣电池和去年三倍。
包装部分，小于一个纽扣电池的十倍，也可带或不带电荷控制和电源管理功能。这个cbc050-m8c，是额定的50μ啊在3.8 V是非常低功率电路和智能传感器的理想车载电源。它可以充电了几千次，可以耦合能量收集装置。
从一开始就为环保设备的设计、零部件的EnerChip刚刚证明生物相容性的可植入装置。他们有更广泛的应用，在无线传感器节点和其他系统。与这些实验创新的电池，cbc-eval-05bEnerChip评估套件可用，提供一个选择的电池，可以以不同的方式连接。一个普遍的能量收集评估套件的CBC-EVAL-09，接受来自压电，TEG的输入，或电磁能量来源，特点和EnerChip电池。
无线通信
超低功耗RF收发器是植入式传感器的能量收集他们需要沟通的重要信息的关键。德克萨斯仪器CC1101低功耗，1 GHz射频收发器是一个例子。它主要用于ISM（工业、科学、医学）和SRD（短距离设备）频段，但它可以很容易地编程以特定的频率如400到406 MHz的范围，通常分为植入设备与外部设备之间的通信。
射频收发器是一个可配置的调制解调器集成。在一个典型的系统，CC1101是用于与超低功耗微控制器结合，如TI CC430。超低功耗，电池，能量收集应用，它可以与tps62730旁路模式降压转换器。
概要
RF、处理、和传感器技术用于医疗植入物正在快速发展，变得更小，更聪明，和更低的功耗。作为一个直接结果，能量收集技术的重新流行，使持续时间更长和更广泛的，无电池植入。能源来自身体本身包括压电（振动），化学，和差热。对于一些短期的可植入装置，外部能源如射频功率可。
需求的是超低功耗传感器、控制器的增加，电源管理电路、微型充电储能设备，以及能量收集装置，用于医疗植入物。有些可能需要定制，但原始设备制造商将在商业上可用的设备，满足他们的权力和规模的限制，这可能已开发的其他应用领域，在小尺寸和自治，无电池操作是可取的。
本文将涉及的一些先进研究项目正在进行中，说明能量收集的潜力，不仅在医疗植入物领域，而且在其他领域。我们将回顾一些已经与潜在的利用身体的能源电力医疗器械部件。
无电池
对过去的许多应用储能原理批评已成为能源的低水平通过除了太阳能电池。然而，在极低的功耗的显着进步，超小型电子产品，包括射频电路和无线传感器，产生了浓厚的兴趣，在能量收集医疗植入物。当电池可以消除，或他们的寿命显著延长，然后植入将会变得更小，更方便，更可靠，更持久，更有效。
由于开发商继续推进小型化和超低功率运行的界限，一些努力已经发展种植能源收获技术效益，从内部和外部两个来源。
心脏起搏器，通过压电能量收集心跳本身供电，现在是可行的。欧洲的研究人员组成的财团，由CEA-Leti在法国，正在开发一种低功耗的心脏起搏器，在5μW而不是25μW操作，通过病人的心跳产生的能量。消除电池避免了更换每五至十年。这也意味着该设备可以做得更小（见图1）。
心脏起搏器设计
图1：在一个传统的起搏器的设计，电池占据了植入式装置的一个重要领域。
团队的目标是，最终，以减少心脏刺激器八倍体积小于1厘米3。这将使它能够被直接植入到心外膜，无需附加导线通过静脉进入心脏。该财团研究压电和静电（驻极体）为电转换过程的机械技术，收获功率在20 Hz区。最初，该技术有望提供一个输出功率约10μW，通过电源转换电路。
在美国，在密歇根大学航空工程系的研究人员正在测试一种压电能量收集装置的潜力，利用心脏跳动产生足够的电力心脏起搏器。该装置的一半大小的电池目前使用的起搏器（见下面的图2）。试验表明，它可以产生约10μW的功率，比在八至十倍的现代心脏起搏器所需。
压电能量采集器
图2：压电能量采集器，可以从一个跳动的心脏运作，由密歇根大学的研究人员开发的。
生物电池
人工耳蜗植入术已经使用了几年，有报道比传统助听器更有效。然而，他们通常包括内部和外部的部分，用麦克风，声音处理器，并在外部装置的电池。电池仍然是一个限制因素，特别是处理器变得更强大和更复杂的计算。有些设备使用充电电池和一些需要定期更换。
研究更高度集成的设备正在进行中。在犹他大学的研究已经证实植入麦克风在中耳概念证明。这是声称部分拆下外助听器的需要。然而，电池仍需充电晚上戴在耳朵后面一个充电器。
由麻省理工学院开发的一种装置
图3：装置由MIT开发利用内耳的耳蜗植入生物电池电力能源。
另外，研究人员正在研究将化学能在内耳的耳蜗植入电。一组研究人员领导的一个小组从麻省理工学院（MIT）正在利用内耳的生物电池，位于耳蜗（见图3）。
电电压水平太低，然而，即使到今天的超低功耗电路的功率。一个小小的电容存储电荷，和功率转换电路对电源管理的要求。一旦运行，该装置将自给自足，研究人员声称。设备，利用这种生物电池也可用于监测患者的耳朵的生物活性，或提供药物或疗法。
葡萄糖应用
工程师在麻省理工学院也在开发葡萄糖燃料电池电力的神经植入物。燃料电池是通过剥离电子从葡萄糖分子形成一个小的电流。葡萄糖在血液和其他体液的礼物。燃料电池可以集成，结合超低功耗电路，到硅芯片上，使完全自我供电的设备，如脑植入物。植入物被开发来帮助人们与脊髓损伤或谁遭受中风。
进展已导致植入神经调节影响神经系统来控制疼痛，并有助于消除患者患帕金森病的震颤。较小的和更可靠的这些设备可以进行，以获取能量的帮助下，他们成为更可行。
可吸收电子设备越来越广泛的应用，并通过能量收集和/或微小的固态电池的使用，可以执行多项任务。一个大的维生素胶囊的大小，是用内窥镜观察消化系统，因为它通过检测异常，从而避免对病人长期不舒服的程序。
可食用的药丸
图4：可算由给定的成像。
一些可食用的设备可以被编程来触发和生物标志物的接收数据，监测胃的问题，或促进损伤组织的修复。他们可以用来检测当药物进入血液和监控的影响。基于MEMS技术的吸收事件标志被激活和使用胃动力电解质。
对于某些类型的肿瘤靶向药物是可植入设备的另一个重要应用。直接到精确位置有源器件的能力，减少用药量，避免损坏相邻的细胞，被证明是特别有效的。
泵体
利用身体的热量，电力电子器件是获取能量的一个明显的候选人。微型热电发电机（TEG），产生的能量从温度差皮肤与外界空气之间，已经被用于运行电子医疗设备如血糖监测，和功率的运动健身器材。医疗植入物，面临的挑战是产生能量的内部。基于芯片的TEG现在设想可以插入皮肤下，或在颅骨，利用组织的大脑和皮肤之间的微小的温度差异。在理论上，足够的能量可以产生电力neurotechnological植入。
射频技术不仅彻底改变了植入式医疗设备的可无线发送数据到监控系统，但它也可以被用来发电的植入物。无线电和电磁信号发送到植入式装置一个小线圈可以产生足够的电流，它的运作。正在进行的研究预计分钟设备可以直接注射到血液中，并通过无线推到正确位置的外部磁场，和动力来执行特定的任务。
当然，电子医疗设备必须满足一系列严格的卫生标准。如组织加热问题的生物相容性、卫生、安全和可靠性是至关重要的。相容性，或至少不干扰等医疗设备和放射治疗系统的核磁共振成像扫描仪，还需要考虑。
市场和商业化
电子元件制造商和医疗设备公司成功在排位赛中的能量收集和相关器件使用的植入物。很多，包括模拟设备，飞思卡尔，格言，Microsemi、德克萨斯文书已经建立了独立的医疗业务部门。全球微电子医疗植入物市场正在快速增长，预计将达到2016 248亿美元，根据BCC研究。1增长最快的部分是在10.5%的复合年增长率，神经刺激器，能量收集引用作为一个推动者。
一份来自MarketsandMarkets2去年发表的预测医学仿生植入物市场将达到2017 178亿2000万美元。主要包括人工器官与器官相关的植入，报告指出，新的和改进的技术将推动这个市场的增长。然而，采用的障碍包括设备和开发成本高，有限的手术技术，和保险报销的问题。
压电发电
测量的特点是一个完善的供应商压电薄膜传感器OEM医疗市场的应用范围。自定义组件是为了ISO13485认证的设施来满足特定的质量要求制造医疗。压力、温度、湿度、力量和位置传感器被纳入范围内的病人的监测和处理设备。
公司的压电薄膜技术广泛的应用于工业标 Note3 。
专业的测量 LDT1-028K
图5：多功能压电薄膜传感器，LDT1-028K，测量专业。
同时，该LDT1-028K压电薄膜传感器是振动传感多功能设备。压电薄膜元件层压到一张聚酯薄膜聚酯，并产生一个可用的电信号输出，当外力作用于感应区。双导线连接到传感器允许电路或监测装置的信号处理过程。输出电压为10 mV至100 V，根据力和电路阻抗。最小阻抗的1倍，而10毫欧姆或更高的推荐。
一个评估套件可以演示这些设备的使用，以及其他测量专业传感器范围内的医疗和非医疗应用的实验和开发，包括远程监控系统。
生物电池
在一些应用中，电池运行下一个最好的事情是使用能量收集技术与充电的能量存储形式。?的EnerChip薄膜、固态电池Cymbet公司是典型的电池设备完全不同，在使用半导体工艺技术制作的电子发烧友片。这意味着，裸芯片可以集成和封装与传统电路，节省空间和成本。在裸片形式，这些电池被认为是一百倍小于非可充电纽扣电池和去年三倍。
包装部分，小于一个纽扣电池的十倍，也可带或不带电荷控制和电源管理功能。这个cbc050-m8c，是额定的50μ啊在3.8 V是非常低功率电路和智能传感器的理想车载电源。它可以充电了几千次，可以耦合能量收集装置。
从一开始就为环保设备的设计、零部件的EnerChip刚刚证明生物相容性的可植入装置。他们有更广泛的应用，在无线传感器节点和其他系统。与这些实验创新的电池，cbc-eval-05bEnerChip评估套件可用，提供一个选择的电池，可以以不同的方式连接。一个普遍的能量收集评估套件的CBC-EVAL-09，接受来自压电，TEG的输入，或电磁能量来源，特点和EnerChip电池。
Cymbet的CBC-EVAL-09评估套件
图6：Cymbet的CBC-EVAL-09通用能量收集评估套件。
无线通信
超低功耗RF收发器是植入式传感器的能量收集他们需要沟通的重要信息的关键。德克萨斯仪器CC1101低功耗，1 GHz射频收发器是一个例子。它主要用于ISM（工业、科学、医学）和SRD（短距离设备）频段，但它可以很容易地编程以特定的频率如400到406 MHz的范围，通常分为植入设备与外部设备之间的通信。
射频收发器是一个可配置的调制解调器集成。在一个典型的系统，CC1101是用于与超低功耗微控制器结合，如TI CC430。超低功耗，电池，能量收集应用，它可以与tps62730旁路模式降压转换器。
概要
RF、处理、和传感器技术用于医疗植入物正在快速发展，变得更小，更聪明，和更低的功耗。作为一个直接结果，能量收集技术的重新流行，使持续时间更长和更广泛的，无电池植入。能源来自身体本身包括压电（振动），化学，和差热。对于一些短期的可植入装置，外部能源如射频功率可。
需求的是超低功耗传感器、控制器的增加，电源管理电路、微型充电储能设备，以及能量收集装置，用于医疗植入物。有些可能需要定制，但原始设备制造商将在商业上可用的设备，满足他们的权力和规模的限制，这可能已开发的其他应用领域，在小尺寸和自治，无电池操作是可取的。