通信单片机外文翻译---一个完全植入式无线压力监测系统的开发

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1、一个完全植入式无线压力监测系统的开发摘要：一个完全植入式无线压力传感器监测系统的开发是为了检测体内膀胱的 压力。该系统包括一个小型的商业压力模具经导管连接到电子放大设备，一个 微控制器，无线发射器，电池和个人数字助理（PDA ）或接收无线数据的计算 机。该传感器是完全植入的，并且每秒传送一次压力数据，压力检测评估范围 为1.5 psi,分辨率为0.02 psi。在体外，设备的校准测量表现出高度的线性度和 良好的时间响应。该装置植入一些猪的体内进行研究，历时超过 3天。该系统 能适用于其他方面的压力读数，以及其他生命体征的测量，它迈出了一个无处 不在的发展远程医疗和远程病人监控平台的第一步。关键

2、词：微机电系统、压力传感器、植入、患者的监测、遥测、远程医疗、 膀胱、无线1 介绍：目前，医学界对在家和在医院的病人的远程医疗和远程监控产生了浓厚的 兴趣。当前，病人监护仪器和实现手法是繁琐和局限的。例如，在重症监护病 房，血压监测可用动脉线进行连续监测。这是一个放置在动脉的导管，并且外 部传感器能检测到压力。它的局限性是高度可变的准确性，患者往往服用镇静 剂，以防止因运动对自身造成伤害。另一方面，在标准的基础护理中，虽然对 病人是完全非侵入性，并且免除了他们的负担，但是，病人血压标准测量与非 连续点的测量通常采取每2-12小时一次。重要的生命体征测量值间的显影可能 被错过。目前，还没有连续监

3、测生命体征的，并且可提供无极端入侵和或麻烦 的，如同临床医生的设备。一个连续的，能够实时检测的，并且监测没有显著减少病人的舒适或限制 其自身的运动的设备将在性能和舒适的集约化和标准治疗上缩小差距。一个简 单而划算的的解决办法是利用无线遥控可植入微系统。无线遥测技术释放了被 束缚的患者，使他们脱离了大医院的监控，他们可以参加医院无线传感器网络， 该网络通过最大限度地减少人员的工作负荷，增加获得的数据量，并简化其存 储和处理，进而可能会提升监控效率。在大多数情况下，无线植入式压力传感器发展的重点是由无线电供电设备 射频（RF）感应，使无限期植入和手术操作时没有必要交换电池。此外，设备 总体积最小化

4、，因为电池通常是最大的组成部分。一些团体已经开发和测试出 能够检测股动脉动态血压或动物模型主动脉的设备（纳杰菲和 Ludomirsky2004； Schlierf等。2007年）。然而，传输范围通常局限于厘米（纳杰菲和 Ludomirsky2004；Schlierf 等。 2007）和传感器射频感应时只能传输数据。这往 往限制了离散时间点的测量或在病人身上装上天线在所有的时间连续测量（CardioMEMS2007;沃尔顿和克鲁姆2005年）。这里，我们提出了一个不同的方法来监测流动压力，其中包括：微压模具电子放大器，微控制器，无线发射器，电池，和通讯的个人数字助理（PDA） 或计算机。2 方法

5、和材料：压力传感平台分为三个部分：压力传感导管导线;传感器节点（图 1）;PDA 或电脑接收器。以上各部分的制造将在下面部分讨论：2.1 导管导线： 该导管导线装载了压力传感器，并且连接到传感器节点上（图 2）。它由 一个用紫外线环氧树脂（Masterbond UV10）印刷在测量0.65x0.65毫米的陶瓷 印刷电路板（ PCB ）的压阻压力传感器（硅微5 1 08 ）构成。模具设计参考了它 的大小，感应距离，精确度，灵敏度具有1.6 mV/ psi的音频/视频。芯片上的应 变片配置在温度补偿的惠斯登电桥。然后，该芯片（西邦德7402C）焊接到基 板焊盘上。四个单独绝缘铂铱（铂铱），通过一个

6、 7.5French（2.5 毫米）的电 线焊接到连接到接触焊盘的电路板。紫外线环氧树脂应用于基板焊盘和芯片上， 并进行 8 分钟固化，以防止任何铂铱电线或 wirebonds 破坏连接。有四个楔形 孔金帽削减了紫外线对环氧树脂印刷电路板压贴的压紧膜，以保护芯片。四铂 铱线被缠绕在一个高强度聚酯绝缘的磁芯，并通过聚乙烯管材。该装配用硅胶 填充焊接螺纹管。图1图 1 ：在设备充分植入并充分包装后，该压力传感器安置在 7.5French 的导 管中，它直接植入膀胱或腹腔。导管的另一端连接到传感器节点，这些点由单 片机和无线发射器，电子产品放大器和电池组成。该设备是包裹在LDPE薄膜 上并用医用级硅

7、橡胶制造成型。图2图2：艺术家的设计引领导管导线技术的尖端。（a）给出了无包装的领先 技术，商业压紧膜焊接到PCB板上。四铂铱通过导管电线焊接到PCB板上。（b）描绘了包装的领先技术。金盖板，保护芯片和丝焊。缠铅玻璃纸;PDMS 塑造其周围，以增加生物的相容性。2.2传感器节点：该传感器节点由三个部分组成：电子放大器，微控制器和无线发射器，电 池。导管导线的一端焊接到一个特定的电路板上。这个电路板是四元组微功耗， 单电源运算放大器（德州仪器TLV2764）, 个2.5伏的电压调节器芯片（模 拟装置REF192）和一个单刀双掷（SPDT）磁簧开关打开和关闭设备（哈姆林） （林 2007）。芯片组

8、的电压调节器的电源电压供电的设备和其他电子产品电压 设置到2.5 V。以防止因电池电压的变化引起压紧膜信号的变化。运算放大器被 配置为无任何偏移量将传感器电压从放大桥放大到300倍。生理相关的压力测 量范围为 1.5 psi 的表压，并与器件的灵敏度，电源电压和放大器，设备输出为 1.2伏/ psi和生理压力范围为1.8V。该放大电路的输出被连接到微控制器和无线发射器（Mica2Dot（Crossbow MPR510CA），以下简称为the dot mote），其中发射功率为433兆赫。我们编 程的微控制器以获取和传输数据，同时最大限度地提高电池的寿命在以下三个 方面：首先，微控制器使传感器的

9、测量脉冲周期为30微妙，在这之后整个设备 进入睡眠模式。第二，测量时只有每秒一次。最后，由于传输消耗最大电量， 采样的数据存储在本地 the dot mote 中，并且每测量 30 次传输一次（林等人。 2007）。这些技术是能量消耗从3兆焦耳降到625（林2007年，林等人2007 年）。电池使用的是3.7伏， 8 5 0毫安时锂聚合物电池（电池美国） 。该装置的 使用寿命是 387300次测量，或者在电池电压低于电源电压情况下，大于四天采 样率不变。一旦组装完成，传感器节点包裹25微米厚的低密度聚乙烯（LDPE，塑料 薄板供应）和压缩，再PDMS成型。此后，该装置浸入聚二甲基硅氧烷的第二

10、硅层，以堵塞第一层硅橡胶的任何漏洞。期间和之后的包装过程中，电池无法 充电或更换，所以是钕磁铁被堆放在模具上并激活磁性开关和在它 24 小时治愈 后关闭设备。2.3 无线通信：该点配有互补的通信接收机基站（Crossbow MIB510CA），该基站连接到计 算机。发送的 dot mote 是十六进制格式的，其中包括一个时间戳，一个独特的 ID 标签，剩余的电池电压，放大的压力数据。 LabVIEW 的（美国国家仪器公 司）的程序来读取和转换成数据包，该数据包保存在一个文本文件中，并能实 时绘制图形曲线。2.4 体外试验： 一旦一个导管导线制作完成，每根导线都要进行单独测试，并且将其放置 在密

11、封压力腔中测试其性能，这是通过压力腔盖电连接到电线上。导线外部供 电（安捷伦E3630A）和高精度万用表测试输出电压（吉时利2000年）。压力 是在大气压力恒定下举行了 30 分钟，而生物医学 Microdevices 的（2009） NISTcalibrated 压力表（欧米茄 DPG5600B-30A）11:259-264261 器件的输出和 压力读数每5分钟记录一次。体腔连接到了一个压缩的氮气瓶，通过压力调节 器将压力上升到1.0或1.5 psi并保持三十分钟。对于第一个十分钟，压力和电 压读数被全部带走，在后来的二十分钟，每五分钟检测一次。压力容器释放出 大气压力和电压，前十分钟，压力

12、彻底读出，在后来的二十分钟，每五分钟读 取一次。每根导线校准三次，以测试环境对导线及其包装的影响。他在空中检 测，首先作为一个控件，然后导线的尖端放置在容器的烧杯的水中，开始测试 之后，让它在水下保持四天。如果四天后输出的量值和时间响应和以前一样， 这就搭配了一个传感器节点。经过一个传感器节点配对的导管导线，整个装置进行了包装前的再次测试。 导线被放置在密封的水压力容器。该传感器节点连接到连接外部压力腔的导线， 并有电池或者DC电源供电。LabVIEW计算机程序运算和存储无线压力数据。 压力是从0-1.5psi逐步加大以测试实验所需压力范围，每步保持五分钟，每两 分钟进行一次压力读数。为了检验

13、该设备分辨率，增量为0.02 psi的压力变化 从 0 到 0.1psi 和 0.1psi 的增量从 0.1 到 1.5psi 。在每次试验结束后，标准曲线生 成相关的电压数值通过电脑记录到压力腔内。另一个测试封装设备是将它淹没 2.5 gal 染色的水中并传输数据，直到电 池耗尽。之后进行数据分析，以寻找任何短路的迹象，描绘任何传感器漂移现 象和量化设备的全寿命。包装后来被去除，看是否有漏水的痕迹。2.5 体内测试：经加州大学洛杉矶分校医学中心 IRB # 2004年-185-11批准，成年母猪被 用于作为体内测试。一个设备植入膀胱，另一个放置腹腔内作为参考。当传感 器节点被放置在皮下组织中

14、时，导管的导线被放在那些场所。手术后，猪被关 在动物园的围栏中，从而使在围栏外的计算机和设置好的无线电接收器收集数 据。在这种情况下，猪都有充分的意识到和动态。在接下来的 2-4 天，猪被处 死，然后分离出设备。简单进行尸检，以寻找组织炎症或任何免疫反应的有机 硅包装。然后检查设备是否有任何损坏，泄漏或如有必要的话，再寻找任何其 它故障点。3结果及讨论：组装完毕的铅导线和传感器节点的测试显示了传感器的快速线性响应(1.34 psi/V)。在初次测试之后，对设备进行拆卸和重新组装。观察到偏移量略 有改变。一旦该设备完全包装和准备植入，这种变化通过计算的压力校准的比 较曲线和压力表的实际压力和调整

15、校准曲线的偏移值进行补偿。在测试聚二甲基硅氧烷包装的完整性时，设备在不失灵的情况下运作，直到电池设备使用107 h而耗尽。在前两天半时间内，输出的电压变化小于0.0003。然而，在接下来的 2 天，电压稳步下降直至设备停止运作。一旦停止运作，设 备就检测出无液态水或气态水，或水的 PDMS 渗透层，这样，数据就不会因短 路丢失了。4 结论：总之，我们已建立了完全植入体内的无线压力传感器，其在短期内应用于 泌尿系统的研究和病人监护仪上。体外测试演示其快速的时间响应和其高线性。 通过膀胱和猪腹腔模型的体内试验，压力传感系统能够成功记录医学相关的数 据，其中包含像排尿这种生理活动。电极测血液或组织氧

16、气电压，铅植入动脉以获得心率血压分析参数。导管进一 步小型化到点，这样，它能放入针中，进而可以消除人体对大手术的需要。为 了这次试验，电子和无线传输单元被保存在内部，以免动物对其造成损坏。对 于人类的应用，它更实用的做法是将设备固定在身体表面。在医院中，像它这 样，传感器平台的发展将会更加实际和普遍。附件 2：This article comes from： Biomed Microdevices (2009) 11:259 -64DOI 10.1007/s10544-008-9232-1Development of a fully implantable wireless pressuremonitoring systemAbstract： A fully implantable wireless pressure sensor system was developed to monitor bladd