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面向医疗市场的MEMS传感器应用
飞思卡尔半导体 Adi Shieber, Yan Vainter
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自1980年以来，世界肥胖症人数增长了不止一倍。据世界卫生组织统计，在全世界，有超过14亿的成年人超重。2009年，在全球60岁及以上的人口中，有6.8亿人超重。仅从2007年至今，肥胖症人数就已经增加了1,040万——每天平均增加3万人。这些趋势都是慢性病滋生的主要因素。超重和缺乏体育锻炼则容易导致糖尿病和心血管疾病。人口老龄化是呼吸系统疾病、心血管疾病、中风、关节炎和癌症的另一个危险因素。由于老龄化和肥胖症越来越普遍，许多国家面临医疗保健成本增加的宏观经济问题。目前，慢性病占据了75%的医疗保健成本。主动和预防性保健方法变得越来越重要。
随着医疗保健技术的不断发展，这些市场趋势使医疗护理转型成为可能。曾经在医院或医生办公室使用的临床设备现已移至家中。如血压计、血糖仪、体重秤等便携式医疗设备如今都已连接到数据枢纽中心，或将您的个人监控数据发送至可安全保管的医疗云中。所有类型的医疗保健设备都正从病房或医院向家庭转移。
除了将医疗设备带入家庭，医疗保健移动连接的广泛使用也能大大降低医疗成本，增加医疗保健服务的覆盖面和可获性，并减少疾病对人们生活的影响。随着移动模块成本的降低，嵌入式移动健康解决方案预计将激增，为创新型服务的开发创造机会。远程患者监测功能专为减轻非健康生活方式和老龄化人口所带来的成本负担而设计。
半导体技术继续在助力实现便携式、患者监控、诊断和疗法的新技术开发中扮演重要角色。MEMS传感器技术的突破也为医疗应用带来前所未有的便利性和体验。据调研机构Transparency Market Research预测2012年，全球MEMS医疗应用市场规模为18亿美元，预计从2013年开始该市场将以20.2%年复合增长率增长，到2019年，市场规模将达到65亿。
作为半导体公司，飞思卡尔始终专注我们能做些什么？如何帮助人们延长寿命，帮助人们提高生活质量。飞思卡尔Xtrinsic基于微电机系统(MEMS)的压力和加速度传感器可用于在医疗保健监测应用中提供重要信息：
·血压计
·有创血压计
·宫腔内压力监测仪
·医院床位控制
·呼吸器和呼吸机
·睡眠呼吸暂停监测仪
·健康和健身系统
·透析设备
·用于吸入器的药物传输
·物理治疗设备
·活动监测器
血压计
老龄化和肥胖症可能导致高血压。高血压是指高压血流长期冲击动脉壁，可能会引起健康问题，如心脏病。心脏提供的血量以及动脉壁血流阻力将决定血压。您的心脏提供越多的血量，您的动脉壁就越窄，血压就越大。
家庭自动血压计正在被越来越多地用于高血压的诊断和管理。家庭自动血压计包括臂式和腕式单元。图1演示了典型血压计的系统模块框图。可在http://www.freescale.com/medical下载该模块框图和其他图表。

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图1：血压计内部框图

血压计的基本功能是测量动脉壁的压力。其中一个获得该测量数据的方法是使用一个可测量当前压力的压力传感器。血压的不断变化改变了控制空气泵的电机的速率。气囊压向胳膊，使其产生收缩压。当达到收缩压时，围绕在胳膊上的气门会渐渐释放空气。同时，压力传感器会进行测量。
飞思卡尔Xtrinsic压力传感器，如MPXV5050GP，专为需要高质量和可靠性的应用而设计。飞思卡尔传感器具有一系列功能和特性，从基础器件到充分放大型和温度补偿型器件。放大型系列产品可轻松连接至MCU。低压压力传感器系列专为满足功率效率要求而设计，可帮助延长更简单、经济的医疗和便携式电子设备的使用寿命。飞思卡尔压力传感器采用微机械加工技术、薄膜金属化和双极型半导体加工技术，以具有竞争力的价格提供高精度、高度可靠的传感器。

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图2：活动和健康监测模块框图

活动监测器
坚持体育锻炼可帮助人们减少或预防肥胖症和老龄化所带来的慢性疾病。活动监测器是一个小型器件，可记录用户锻炼方式的信息，使用寿命长。活动监测器可不断解读并总结所记录的数据，该仪器是一款无创式采集系统和基础模块，须包括计步器，可通过测量垂直加速度计算步数并计算花费在特定活动的累计时间。准确定位后，该器件可记录您行走的每一步，并且还可记录上下楼梯、弯腰系鞋带等日常活动。该设备常常佩戴在用户的臀部或手腕上。
惯性传感器是众多活动监测器的基础。惯性传感器专为检测运动、倾斜、定位、冲击和振动带来的力量转变而设计。活动监测器和自由落体检测器需要迅速反应、高灵敏度、低电流消耗、低压操作并在小型封装内以待机模式运作，对于它们来说，飞思卡尔加速度传感器是理想的解决方案。
惯性传感器还可用于检测患者因身体异常情况所导致的跌倒。例如，如果血糖水平太低，患者可能会失去知觉并晕倒。惯性传感器可用于检测人们的跌倒行为。传感器的输出信号可用于激活报警或通过无线通信发出警报。
飞思卡尔MMA8451Q是具有14位数据精度的智能低功耗3轴电容式微机电加速度传感器。这款加速度传感器具有灵活的、用户可编程的嵌入式功能，可对两个中断引脚进行配置。嵌入式中断功能可以节省整体功耗，使主处理器不必连续轮询数据。如之前所述，它在活动或自由落体监测器中起着至关重要的作用，即可连接到低通数据，也可连接到高通数据，可最大程度地减少撞击检测和更快传输所需的数据分析。该器件可从任何可配置嵌入式功能的组合中生成惯性唤醒中断信号，使MMA8451Q在不活动时依然能监测事件并保持低功耗。MMA8451Q采用3mm×3mm×1mm QFN封装。
飞思卡尔的Xtrinsic MPL3115A2可提供非常精确的压力和海拔高度数据，具有采样频率可调的能力。它的功耗非常低，具有多种智能功能，不需要医疗应用进行数据处理。该器件具有不到1英尺的分辨率，可用于补充加速度传感器数据。 10/3/2013

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