前言

　　醫(yī)療保健已成為全球增長最快、規(guī)模最大的產(chǎn)業(yè)之一。越來越多的人意識(shí)到生命的寶貴和重要，同時(shí)個(gè)人可支配收入的增加和疾病防范意識(shí)增強(qiáng)，讓醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)保持高速增長。MEMS是最具革命性的半導(dǎo)體元件之一，MEMS的問世為醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)開創(chuàng)一個(gè)全新的時(shí)代。本文將探討如何利用MEMS芯片重新定義醫(yī)療保健市場(chǎng)的需求，為醫(yī)療保健應(yīng)用開啟新的增長空間。

　　MEMS 概述

　　MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）是擁有硅的電子和機(jī)械雙重特性的半導(dǎo)體IC，MEMS傳感器結(jié)構(gòu)由可動(dòng)物體、彈簧、腔體、阻尼器等器件構(gòu)成，能夠探測(cè)動(dòng)作（例如：加速度）、重力、角速度、磁場(chǎng)以及壓力。標(biāo)準(zhǔn)的MEMS傳感器是一個(gè)雙芯片器件，采用SIP系統(tǒng)級(jí)封裝，其中一顆芯片負(fù)責(zé)檢測(cè)有效參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成等效電容，另一顆芯片負(fù)責(zé)把電容轉(zhuǎn)換成等效電壓，如果是數(shù)位輸出，則把電容轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號(hào)并發(fā)送到I2C匯流排。

　　MEMS在醫(yī)療保健應(yīng)用中的發(fā)展

　　現(xiàn)在終于有了一種新的產(chǎn)品可以替代體積龐大的中央控制式醫(yī)療設(shè)備，這就是便攜式個(gè)人醫(yī)療設(shè)備。隨著第一批醫(yī)療設(shè)備從醫(yī)院商用轉(zhuǎn)向個(gè)人私用，微型化、經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及電池壽命便成為醫(yī)療保健市場(chǎng)的新需求。在消費(fèi)電子和手機(jī)市場(chǎng)引爆一輪應(yīng)用革命后，MEMS勢(shì)必會(huì)在醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)開創(chuàng)一個(gè)全新的時(shí)代。在醫(yī)療保健市場(chǎng)，MEMS主要用于計(jì)步器、血壓表、心電儀（ECG）、助聽器等個(gè)人診療與便攜式保健產(chǎn)品中。此外，MEMS還可以在復(fù)雜的醫(yī)療化驗(yàn)如DNA分析中發(fā)揮重要作用。

　　在醫(yī)療保健市場(chǎng)上，很多半導(dǎo)體公司在大力推廣醫(yī)用半導(dǎo)體產(chǎn)品。作為全球最大的消費(fèi)電子和便攜式設(shè)備MEMS供應(yīng)商，意法半導(dǎo)體非?？春冕t(yī)療保健設(shè)備市場(chǎng)，先后推出了實(shí)驗(yàn)室芯片和人體閘道等創(chuàng)新產(chǎn)品。

　　MEMS的目標(biāo)應(yīng)用

　　1. 計(jì)步器

　　計(jì)步器是最簡(jiǎn)單最實(shí)用的MEMS應(yīng)用之一。在練習(xí)跑步過程中，我們每邁出一步，身體都會(huì)上下顫動(dòng)，而MEMS能夠檢測(cè)我們每跑出一步時(shí)的身體上下顫動(dòng)，這個(gè)功能可用于精確計(jì)算步數(shù)。MEMS還可用于計(jì)算行走或跑步的速度、距離和運(yùn)動(dòng)所消耗的熱量。在校準(zhǔn)MEMS時(shí)，可能需要步長、高度和重量等參數(shù)。為保證測(cè)量結(jié)果更精確，在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)，計(jì)步器廠商需要考慮使用者配戴計(jì)步器的位置（系在腰帶還是放在襯衫/褲子的口袋里）。三軸加速度計(jì)的問世讓開發(fā)人員無需再考慮使用者的使用方式，因?yàn)?軸加速度計(jì)能夠檢測(cè)三個(gè)軸向的加速度，只使用一個(gè)3軸加速度計(jì)即可檢測(cè)全部的動(dòng)作變化。此外，MEMS還能檢測(cè)一個(gè)人的重心變化，這個(gè)資料能夠讓醫(yī)生向病患提議正確的姿勢(shì)，甚至給病患配戴正確的矯正裝備。

　　2. 助聽器

　　MEMS麥克風(fēng)可以讓小巧精致的助聽器變得更可靠、更經(jīng)濟(jì)，還能提高助聽器的音質(zhì)。MEMS麥克風(fēng)擁有傳統(tǒng)駐極體電容式麥克風(fēng)（Electret Condenser Microphone，ECM）的價(jià)位，同時(shí)具有極其出色的可靠性和穩(wěn)健性。意法半導(dǎo)體的新產(chǎn)品MP45DT具有很強(qiáng)的穩(wěn)健性，機(jī)械振動(dòng)、溫度變化和電磁干擾對(duì)該產(chǎn)品的影響非常小。傳感單元具有聲波檢測(cè)能力，音頻傳感器采用特殊的硅加工制造過程。MEMS助聽器可以采用隱蔽設(shè)計(jì)，讓人們無法從外部發(fā)現(xiàn)助聽器的存在，從而能夠避免常見的社交問題。

　　3. 及早診斷青光眼

　　當(dāng)把MEMS麥克風(fēng)與發(fā)射天線安裝在一個(gè)硅透鏡上時(shí)，這種一次性24小時(shí)隱形眼鏡可用于診斷早期青光眼。MEMS傳感器尺寸非常小，可以安裝在透鏡的周邊，檢測(cè)眼壓（IOP）引起的角膜變形現(xiàn)象，而不會(huì)影響配戴者的正常視野；微型天線向接收站發(fā)射相關(guān)資料。眼壓傳感器是一種起到換能和天線作用的無線傳感器，并為附加的資料讀取器件提供機(jī)械支撐。醫(yī)院可利用這些信息采取必要的監(jiān)護(hù)措施，在青光眼發(fā)病早期診斷病患。

　　4. 血壓計(jì)

　　與微型生物相容的BioMEMS可以測(cè)量人體血液循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的血壓。人體血壓的產(chǎn)生過程十分復(fù)雜，在不同的身體條件下，人體血壓數(shù)值變化很大，因此，檢測(cè)血壓需要非常特殊的MEMS。BioMEMS可以插入人體，并移到距離心臟最近的位置，測(cè)量心臟瓣膜上的壓力梯度，讓醫(yī)生可以檢查心臟瓣膜類疾病，診斷和監(jiān)視心臟衰竭，測(cè)量心臟排血量。

　　5. 人體閘道?。˙ody gateway）

　　人體閘道是一個(gè)可以隨身配戴的可攜式設(shè)備，能夠測(cè)量重要的生理參數(shù)，例如心電圖（ECG）、心率、呼吸頻率等。此外，人體閘道還能檢測(cè)人體不正常動(dòng)作變化，例如摔倒。測(cè)量資料或警報(bào)訊號(hào)可透過藍(lán)牙發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)閘道，再轉(zhuǎn)發(fā)到醫(yī)院控制中心。MEMS是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端醫(yī)療的關(guān)鍵技術(shù)，能夠檢測(cè)人體動(dòng)作和血壓變化，測(cè)量呼吸頻率。小尺寸和超低功耗的特性使其特別適用于這類應(yīng)用。MEMS將會(huì)引發(fā)遠(yuǎn)端醫(yī)療革命，讓醫(yī)生能夠即時(shí)監(jiān)控病患，遠(yuǎn)端采取必要的護(hù)理措施。由于病患無需住院觀察，從而可以大幅降低醫(yī)療費(fèi)用。

　　實(shí)驗(yàn)室芯片（Lab on Chip）

　　實(shí)驗(yàn)室芯片可以在幾秒內(nèi)對(duì)少量體液進(jìn)行檢測(cè)，所有的化學(xué)反應(yīng)都發(fā)生在這款生物芯片的內(nèi)嵌通道內(nèi)或芯片表面。因?yàn)檩d片器皿是獨(dú)立的一次性耗材，所以這種系統(tǒng)可大幅降低常規(guī)多步檢驗(yàn)的交叉污染風(fēng)險(xiǎn)。憑借MEMS噴墨印表機(jī)芯片的微射流技術(shù)，意法半導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)室芯片能夠處理微流體。實(shí)驗(yàn)室芯片能夠在大約15分鐘內(nèi)把DNA樣品數(shù)量放大幾倍，因此化驗(yàn)需要非常少的流體，從而能夠節(jié)省時(shí)間，降低化驗(yàn)費(fèi)用。

　　結(jié)論

　　MEMS為醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)開啟很多新的成長空間，能夠讓更多的人享受到醫(yī)療保健服務(wù)。MEMS能夠監(jiān)控多種重要的生理參數(shù)，讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的病患能夠以更低醫(yī)療費(fèi)用享受最高水準(zhǔn)的醫(yī)療服務(wù)，還為即時(shí)監(jiān)護(hù)病患且不住院護(hù)理提供了可能。MEMS正在推動(dòng)醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，而意法半導(dǎo)體則是一個(gè)重要的MEMS廠商。意法半導(dǎo)體在MEMS市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位和策略側(cè)重將讓MEMS在醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用更廣泛，實(shí)現(xiàn)更好的醫(yī)療保健服務(wù)品質(zhì)、更低廉的價(jià)格、更短的耗時(shí)以及更容易被人們接受的產(chǎn)品。

　　作者：意法半導(dǎo)體Karthik Muralidhar ，Vishal Goyal