传感技术中的基于微电子机械系统加速传感器在医疗领域的应用
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2020-10-20
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传感技术中的基于微电子机械系统加速传感器在医疗领域的应传感技术中的基于微电子机械系统加速传感器在医疗领域的应
用用
通过基于微电子机械系统（MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM, MEMS）的加速传感器和陀螺仪的设
计，MEMS技术已经广泛应用于导航和游戏软件领域；但是，微型电磁式感应器技术正越来越多地应用于医疗
领域。 MEMS 普遍应用于患者诊断器械中。这种诊断器械用于检测患者心脏的功能。医务人员通常采用的
方法是通过心电图来检查患者心脏功能情况。在心电图检查过程中，医务人员会将一套电极连接在人体上，使
其与皮肤表面接触。通过这种方法，我们可以测量复杂的向量心电图（VCG）。向量心电图是一种传统的方
法，它可以记录患者心电P-QRS-T波的振幅和时间或者仅仅记录R波峰值的时间。这种
通过基于微电子机械系统（MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM, MEMS）的加速传感器和陀螺仪的设
计，MEMS技术已经广泛应用于导航和游戏软件领域；但是，微型电磁式感应器技术正越来越多地应用于医疗领域。
MEMS 普遍应用于患者诊断器械中。这种诊断器械用于检测患者心脏的功能。医务人员通常采用的方法是通过心电图来
检查患者心脏功能情况。在心电图检查过程中，医务人员会将一套电极连接在人体上，使其与皮肤表面接触。通过这种方法，
我们可以测量复杂的向量心电图（VCG）。向量心电图是一种传统的方法，它可以记录患者心电P-QRS-T波的振幅和时间或
者仅仅记录R波峰值的时间。这种向量心电图跟图一所示的心率监测或者运动计算机中显示的图像一样。
心电图可以为我们提供大量相关信息，这些信息包括心脏功能障碍、心脏疾病、以及心脏功能恢复情况、患者的躯体和心
理压力情况。但是，心电图不能很好的检查患者心脏的机械泵血功能或者心脏的机能。此外，这些电极可能会干扰患者的日常
生活，尤其是干扰患者的娱乐活动和夜间的心电监测。幸运的是，在医疗领域，我们可以通过其他手段来检查心脏的功能情
况，如心脏超声监护和心脏冲击扫描图（Ballistocardiology, BCG）。机械式心冲击扫描图记录着心脏的电信号，但是其信号
延迟30到40微秒。
利用心脏冲击扫描图，我们可以通过检测胸部的动力和加速情况记录心脏的机械活动。此外，还有一种方法，通过遥控心
脏冲击扫描图，我们可以检测心脏的泵血机能运用遥控心脏冲击扫描图，我们可以不需要将电极或者器械接触到患者的皮肤表
面。这种方法对于检测患者日常生活过程中的心电活动是一种很大的优势。由于血流通常朝一个方向流动，因此我们可以只需
要记录在一个轴的血流方向即可，例如人从头到脚的长度轴向。
心脏冲击扫描图可以很好地用于预防性医学领域，如用于检测身体和心理压力情况或者用于检测早期冠心病。图二中显示
的波幅测量的是心脏的每搏输出量：从时间上看，我们可以推断出心脏的功能情况、心率、以及心率的变异情况。心率的变异
情况很好地记录了该患者的恢复情况和在检测过程中承受的压力情况。图二中的振幅I和IJ可以有效地应用于评估某些疾病的严
重程度， 如动脉瓣膜病、冠心病、甚至可以评估患者的寿命。
图一：心电图中的 P-QRS-T波
Ulf Merihein是日本村田制作所（芬兰）的微电机械系统应用领域的高级专家
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