אימפולס העדיפות: מדוע Encoder Miniaturization Matters in Medical Implants

(בתחום של מכשירים רפואיים מותשים פעילים, היכולת לחוש עמדה, מהירות וכיוון עם דיוק מיקרוסקופי כבר לא מותרות - זה דרישה הנדסית. ⁇ זעירים משמשים מערכת העצבים הנטועה של מכשירים החל ממכשולים מתקדמים:0cochlear שתלים חשמליים 1 אשר מפעילים עצבים עם תזמון מדויק ל-LTF:2 פעיל מוביל את המינונים אלה של חומר ניקוי חומרים כימיים:

אתגרים גדולים ב-Miniaturization

החלטה 1 - קבלת החלטות ו- Noise Susceptibility

ככל שקודדים מתכווץ, אלמנטים החושבים הבסיסיים שלהם - בין אם הם חיישנים אופטיים, חיישנים שדה מגנטיים או לוחיות קפיצות - באופן אמין להיות קטן יותר.הפחתה זו בקנה מידה ישירות משפיע על יחס האות-ל-לא-מונים (SNR) בנקודת מבט אופטית זעירה, למשל, את הצמצם שבאמצעותו האור חייב לעבור הוא צר מאוד, מה שהופך אותו פגיע לאור מתחומים אלקטרוניים קרובים יותר, כמו גם ממגנטיים (ממגנטיים) או מגנטיים, כמו גם מתחומים מגנטיים (ממגנטיים) יכולים לזהות מיקרו-ממגנטיים קטנים יותר, כמו מגנטיים, כמו גם מתחומים מגנטיים, כמו גם מתחומים מגנטיים (ממגנטיים) או מגנטיים בודדים, כמו מגנטיים).

כוח תקציב אנרגיה משוחרר

מכשירים לא מותאמים לעתים קרובות לפעול על יכולת סוללה מוגבלת, או שהם מסתמכים על העברת אנרגיה אינדוקטיבית או קול. a a acoder כי שואב אפילו כמה מאות מיקרווואט יכול לקצר באופן משמעותי את החיים של השתל מופעל סוללות.הבעיה מורכבת כי עיצובים קודים מסורתיים רבים, במיוחד אופטיים אופטיים, דורשים מקור אור רציף (LED או לייזר) ומערך phototector זה שומר על רמה נמוכה יותר של כוח שלילי של כוח, לעתים קרובות יותר עבור microcoder כוח יעיל יותר עבור כוח יעיל יותר עבור כוח יעיל יותר (מחץ כוח בקרה זעיר).

3.ייצור Precision ו-Yeld

(הפחתת רכיבי קודקוד בקנה מידה תת-מילימטר דורשות סובלנות ייצור אשר על סדר של כמה מאות ננומטרים. סטנדרטי פריקה מיקרו-חשמלית (μM) או חיתוך לייזר קונבנציונלי יכול להיאבק כדי להשיג את הגדלים הדרושים עם הפחתת הצורך; FLT:0MEMS (מערכת מיקרו-קודמית) או ייצור לייזר קונבנציונלי יכול להיאבק כדי להשיג את הגדלים הדרושים יותר עם סיליקון חלקים גדולים של סיליקון, אשר חייב להיות חיישנים קבועים של איכות גבוהה של סיליקון;

4. Biocompatibility and Hermetic Sealing

הגוף האנושי הוא סביבה עוינת עבור אלקטרוניקה. Encoders חייב להיות מלוטש בדיור ביו-אי שאינו תואם המונע נוזלים פיזיים ממגעים משחיתות, מעגלים קצרים, או ללטוש חומרים רעילים מסורתיים, או epoxies או סיליקון לא יכול להיות מספיק כי הם יכולים לאפשר לחות אגרסיבית לאורך שנים של השתילה.

ניהול עשיר בנפח קטן

רכיבים אלקטרוניים פעילים מייצרים חום.בקוד מיניאטורי ארוזים בקפידה לצד ASIC (עיגול משולב ספציפי שכפול) ו transceiver אלחוטי, כתמים חמים מקומיים יכול לעלות על 45 מעלות צלזיוס, שעלול להזיק רקמת הסובבת או גורם לאי נוחות המטופל. כי הקידוד הוא לעתים קרובות החיישן היחיד המספק משוב בזמן אמת, הוא חייב להיות מופעל עיבוד נתונים אפילו במהלך תקופות פעילות גבוהה - כגון כאשר חולה חסר לחץ נוסף של משטח זה.

פתרונות חדשניים ל-Miniaturization

ראשי > MEMS- Based Encoders: Precision at Scale

(הפתרון המשפיע ביותר הוא מינוף של טכנולוגיית ה- 0MEMSFLT:1 עצמו; קודים מבוססי MEMS יכולים לשלב את האלמנט החישה, אלקטרוניקה מתת אות, ואפילו המקור האופטי וגלאי על שבב יחיד.

2. Application-Specific Integrated Circuits (ASICs) for Signal Conditioning

כדי להילחם רעש והתערבות, קודים זעירים מודרניים משלבים ASICs מעוצבים אישית אשר מבצעים על-ידי הפחתה, סינון, ו ההמרה אנלוגי-לדיגיטלית כולה - מגורם החיישן הגולמי לפרוטוקול פלט דיגיטלי כגון SPI או I2C - ASIC יכול לייעל את ה-SNR עבור הגיאומטריה הספציפית והחומרים של קודר, לדוגמה, LTD-Fal-DREDREDREDIVE DRA-DIC-D, אשר ניתן גם כן לתקן כמה שדות מתקדמים:

אנרגיה קצירת אנרגיה ואדריכלות אולטרה-לו-כוח

במקום להסתמך רק על סוללות, קודרים יכולים להיות נועדו לקצור אנרגיה מהתנועה של השתל או מ- ⁇ טמפרטורה <חזק>Piezoelectric לקצור אנרגיה מוטבעת הדיור יכול להמיר את הרטטים הקלים של מכשיר מושתל יותר - למשל, 1-3 הרץ oscillations של קצב לב מוביל - לתוך מיקרווואט של כוח חזק יותר, כאשר הוא מסוגל להפעיל לחץ חזק יותר לחץ חזק.

4. חומרים מתקדמים עבור Durability ו- Biocompatibility

חומרים העוסקים באתגרים של איטום וביו-התאמה ביולוגית.FLT:0 [Atomic Layer deposition] (ALD)FLT:1 של סרטים דקים (למשל, oxide אלומיניום או תחמוצת ה-hfnium oxide) יכולים ליצור מחסומים רק 10 של ננומטרים - הרבה יותר מציפוי פילין - בעודם עוברים בדיקות מואצות בקו רוחב ב-8 מעלות צלזיוס) למניעים של חומרים מסוכנים (FD2D)

5. Wireless ו-less Sensing Techniques

(ה) להימנע ממורכבות ההזנה האמפטית של פירים מכניים, עיצובי שתל רבים נעים לעבר קודים חסרי מגע (FLT:0inductive Locationחיישנים של קיבולת מקודמת:1, מזהה את המיקום של מטרה מוליכים (לעיתים קרובות מקטע מתכתי מתכת קטנים המוטבעים בחלק הנע של השתל) על ידי מדידה של תוכנית LT2, כי לעתים קרובות ניתן לבודד את האלקטרוניקה או לבודדת באופן מלא, או לבודד, או לבודד, אשר ניתן לבודד את התדירות גבוהה יותר, או לבודד, או לבודדים, באופן מלא, או לבודד, באופן מלא, או לבודד, או לבודד את התדירות גבוהה יותר, עם מחסנים, או להזיזו של מחסנים, או לכדי מחסנים, או לכדי מחסנים, באופן מלא, באופן מלא, באופן מלא, או מחסנים, הם יכולים להיות מחסנים, באופן קבוע, באופן קבוע, באופן מלא, באופן קבוע, עם מחסנים, באופן קבוע, עם מחסנים, באופן קבוע, באופן קבוע, או מחסנים, או מחסנים, או מחסנים, או מחסנים, הם יכולים להיות מחסנים, באופן קבוע, או

מערכת-in-Package (SiP) ו-Heterogeneousאינטגרציה

במקום לנסות לכווץ את האלמנט קודר לבד, מהנדסים משלבים פונקציות מרובות לתוך חבילה קטנה אחת. A טיפוסי SiP עבור משחת השתלת השתלת רפואית עשוי לכלול חיישן נוטריוני MEMS (לביטוי רטט / התייחסות), מערך אפקט הול (למיקום מוחלט), חיישן טמפרטורה (לתגמול תרמי), ו-Acroacter אלחוטי - הכל דחוס ב-6 מ"מ / 4 מ"מ × 1.5 אינטגרציה דרך אינטגרציה דרמטית (מ) אינטגרטיבית) אינטגרטיבית (מ- .

סוגים ספציפיים של Encoder ו-Miniaturization Pathways

קודים אופטיים

בעוד קודים אופטיים מסורתיים מאתגרים למזער בשל הצורך מקור אור ואופטיקה, (FLT:0laser מבוסס MEMS אופטי מקודמים אופטיים 1LT:1 הם מתעוררים. a אנכי-כבד פני השטח-הקרקע-הקרקע-היתר לייזר (VCSEL) יכול להיות מחובר ישירות למערך photodiode, יצירת משקף קוד זדוני זעיר הקורא נפח מתכתי גבוה יותר של 10Wal אספקת חומצה גבוהה עדיין יכול להיות מעבורת של צריכת VCC.

קוד מגנטי

(המכונים מגנטיים שולטים בסביבות קשות משום שהם סובלים זיהום ולחות טוב יותר מאשר עיצובים אופטיים.Miniaturization מונע על ידי שיפורים ב-FLT:0giant מגנטיoresistance (GMR) LT:1 ו-FLT:2tunneling magnetoresistance (TMR)FLT 3: חיישנים, אשר מספקים רגישות גבוהה יותר טביעת רגל קטנה יותר.

קודים רגישים

(הקודים הקטנים הם פשוטים מאוד - הם דורשים רק שתי קבוצות של אלקטרודות בין-ספרתיות - אבל השינוי הקטן שלהם (לעתים קרובות בטווח העובר) דורש עיצוב מעגלים זהירים.הפתרון הוא להשתמש ב-FLT:0ly Differential capacitance Bridge FLT:1 עם על-ידי הצבת הגשר במגיב סגור, מ- 1 מ-Factic, לעומת 2 מ-Factive התקנים LT2D.

כיוונים עתידיים: מ Sensing to Closed-Loop Therapy

המטרה הסופית של צמצום קודים אינה רק למדוד את המיקום, אלא גם לאפשר אלגוריתמים טיפוליים סגורים-פרלופ.לדוגמה, שתל חכם:0 חכם לגירוי עמוק במוח (DBS)BuildFLT:1 יכול להשתמש בקודש כדי לעקוב אחר עיוות מדויק של המוביל במהלך התנועה הראשי ולתאם פרמטרים גירוי בזמן אמת כדי למנוע תופעות לוואי.

ההתקדמות ב-FLT:0. [xhine learning at the EdgeveFLT:1] תפחית עוד את רוחב הפס התקשורת: במקום לשלוח ספירות קודר גולמי, מעבד ה-Sleboard יכול לנתח את התפוקה של ה-coder כדי להבחין בין תנועה מרצון לבין רעד, ולהגיב עם הטיפול המתאים.זה דורש את הקידוד להיות יציב, מדויק, נמוך כוח לשנים ללא רלבנטיות - סדר גבוה זה מתייחס באופן פעיל.

(ה) בין מהנדסי ביו-רפואי, נמצאו מוליכים למחצה, ומומחים רגולטוריים נותרו קריטיים.אחת הדוגמאות היא:0IMEC אלחוטית בעלת ממשק עצבי בלתי-אפשרי (FLT:2externallinkFLT 3) אשר משלבת גם מספר רב של קידוד מגנטי לצד מיפוי עצבי (ILTFlastalated) של אלקטרוניקה היברידית (IFternalated) אשר מ-Fexer:

מסקנה

מיניאטורים לשתלים רפואיים הוא אחד האתגרים הבינתחומיים התובעניים ביותר בהנדסת מכשירים רפואיים מודרניים.המכשולים - החל מרגישות רעש ומגבלות כוח לייצור דיוק והתאמה ביולוגית - הם בלתי ניתנים להפרדה. עם זאת, באמצעות היישום המשולב של טכנולוגיית MEMS, מותאם אישית ASICs, קצירת אנרגיה, חומרים מתקדמים ושילוב מערכת-in-package, אלה הם למעשה להתגבר על הדור החדש של מערכות ההפעלה באמת לא רק של מערכות חיים קטנים יותר ויותר.