医疗诊断、治疗和理疗的长期预测看起来好像比根据最新的微电子传感器和感官移植体判断更加有益于健康。这些传感器和移植体可以让医务人员更好地了解病人的不适和疾病，同时针对具体的症状更快地提供更准确的诊断和治疗。这些进步背后所涉及的许多技术都源于微机电系统(MEMS)器件取得的进展。

这些微机电系统元件的应用有望在接下来的几年里迅速增加。根据iSuppli公司Yole Développement的BioMEMS 2010报告，面向医疗应用的微机电系统技术市场将从2009年的12亿美元迅速爆增到2015年的45亿美元，相当于在2015年之前，每年的出货量都在10亿件以上。

这些器件种类繁多，包括压力传感器、硅麦克风、加速度计、陀螺仪、光学MEMS和图像传感器、微流体芯片、微量分注器给药系统、流量计、IR温度传感器以及RFID、应力传感器和能量采集器等新兴的MEMS器件。

一部分微机电系统已经商用或者正在推向市场。而目前正在开发的微机电系统有望在几年内进入市场。同时，现有的MEMS IC产品不断地在医疗领域的新兴应用中寻找用武之地。

例如，Movea公司开发的小型惯性管理单元(IMU)采用MEMS三轴加速度计、陀螺仪和磁力仪传感器，可以帮助康复和健身活动实现高精度、无线九自由度测量。该公司现有的2.4GHz无线传输MotionPod采用尺寸为33×22×15mm3、重14g的完全集成型印制电路板(PCB)模块。

该模块的尺寸基本上与小手表相当，通过夹在带子上轻松地附在人体上，或者直接附在人体上。多个MotionPod形成的网络可以同时采集人体不同部位的信息，适用于性能分析和全身动作捕捉等应用。

“九轴传感能以一度的动态精度提供精确的实时角信息，”Movea公司首席执行官(CEO)Sam Guilaumé表示。

另一个比较有意思的MEMS传感器是飞思卡尔半导体(Freescale)的MPL115A数字MEMS气压计。这款获得专利的器件本质上是通过确定海拔(即海拔越高，所需要的氧气越多，反之亦然)来节省呼吸机系统中的氧气和能量。它采用差分压力测量，可以用作进行负压伤口治疗的智能绷带。

传统的模拟和混合信号IC甚至也归并到医疗传感应用中。TI的低功耗八通道24位ADS 1298R模拟前端专门针对用于心电图(ECG)、肌动电流图(EMG)和脑电图(EEG)的医疗仪器传感器中的生物电位测量而设计。本质上讲，这是一款片上心电图解决方案。

密歇根大学的研究人员开发出了一款压电MEMS器件，这种器件可以产生比传统能量采集器多10倍的能量。该器件对于人体中的医疗移植体的供电以及汽车中的无线传感器网络而言有着非常重要的意义。

这款大尺寸微机械器件与其它微型电路元件封装在一起，组成了一款具有27mm3微型封装的完整振动能量采集器。它可以采用介于14至155Hz之间的振动能量，1.5gs的振动可产生200μW左右的功率。

该器件可以将超级电容器充电至1.5V。然后超级电容器代替电容对无线传感器进行上电。研究人员估计，这种能量采集器可以重复这个环节10至20年，并且质量不会下降。

压电效应还可以用于采用氮化铝薄膜进行的超声波压力传感回声探测，可实现对活体组织的无创性测量。该技术由日本工业科技协会开发。厚度为40μm的薄膜可以直接测量接触压力，同时几乎不影响超声波的传输和接收。

该传感器具有机械强度和耐用性。这是因为在两个内侧具有压电层的薄膜外部电极之间放置了单个内部电极，并且从外部完全屏蔽了两个外部电极之间的内部电极。

令人震撼的植入

微型无源MEMS LC谐振器是CardioMEMS的Champion植入式装置的核心，这种植入式装置用于监测和治疗心力衰竭的首要致病因——动脉瘤。美国食品和药品管理局(FDA)已批准该器件可用于监测，并有望在不远的将来获得治疗许可。

RF无线压力传感器不需要电池，因为它采用外部电感耦合供电。压力发生变化时会使传感器的薄膜发生偏斜，并改变LC电路的谐振频率，这可以从外部监测到。

压力传感器及其无线天线通过导管插在心脏附近，这个手术只需要几分钟的时间。血压读数被发送到无线扫描仪中。如果几天以来所获取的血压读数在应有的范围之外，医生就会收到电话通知，以便进行进一步治疗。

CardioMEMS(佐治亚理工学院的分支机构)生产电子阅读器、信号处理电路和传输电路。MEMSCAP供应这类装置的传感器、天线和封装。到目前为止取得了非常了不起的成绩。

“使用Champion装置监测的病人的住院治疗率比目前的黄金护理标准低38%，”佐治亚理工学院教授、CardioMEMS公司联合创始人Mark Allen表示。

内窥镜和机器人手术等许多手术正变得越来越简单，越来越容易进行，这得益于新设备的不断开发。葡萄牙公司Awaiba Lda开发了一款可以根据医疗应用的低功耗要求进行定制的晶圆级数字CMOS图像传感器。Nan Eye摄像头尺寸仅0.5×0.5 mm2，大致相当于一个火柴头的大小，该摄像头在40frame/s的帧速率下具有140×140像素的分辨率。

这种摄像头的镜头采用高硼硅浮法玻璃设计，这使得朝向被摄物体的表面是扁平的，从而最大限度地减少镜头与被摄物体之间存在中间物所产生的影响。因此，当系统在与体液接触的环境中工作时，仅有镜头的开度角减小。

该摄像头采用Bayer模式滤波器和3μm间距的250×250像素卷帘式快门，可提供清晰的彩色图像。此外还提供1.8V电池供电的低功耗版本，该摄像头的耗散电流仅600μA。

眼科植入

最近，眼科植入正引起越来越多的关注。对于患有青光眼、色素性视网膜炎和老年性黄斑变性等疾病的病人，这个充满希望的新兴技术很快就能奏效。

比如，意法半导体公司(ST)与瑞士的Sensimed AG公司联手开发了一款名为Triggerfish的智能隐形眼镜。这种隐形眼镜可以测量、监测和控制病人的眼压水平，从而及时发现青光眼的早期症状。它可以24小时测量眼压，然后向主治医生提供记录。这种压力传感器是由意法半导体开发的一种MEMS应变计，采用柔性基板制造。

测量的对象是与眼压读数直接相关的角巩膜连接处的圆周波动。然后该信息通过无线通信从记录器传送出去。

有了可以简单方便、更加精确地检测青光眼疾病的测试，需要看眼科医生才能进行麻烦的青光眼测试很快就会成为历史。阿拉巴马大学航空和机械工程学教授Eniko Enokov设计的一种简单易用的自我测试探头只需要病人在自己家里轻轻地摩擦眼睑就可以检测是否患有青光眼了。

“这个系统可以检测硬度，然后据此推断出眼压，”Enokov表示。

探头概念看起来简单，但是这种概念背后所涉及的技术却相当复杂。它涉及微力传感器、专门设计的微芯片以及编入探头中的基于数学的程序。

“我们花了几年的时间进行完善和修改才达到了目前的设计水平，”Enokov表示，“我们这个设备的创新在于它具有无创性，简单易用，适用于各种采用目前的手术难以进行测试或无法测试的情况。”

可以通过光导通的人工视网膜的应用已经取得了长足的进步。这种非侵入性视网膜是伦敦帝国学院研发出来的产品，它可以实现通过光来控制神经元，为实现功能更强大的脑机接口创造了条件。蓝宝石基板上的氮化镓LED阵列可用来触发1mW/mm2的脉冲，从而激活神经元。

这种研发上的进展使得生物医学工程师能够激活选定的神经元组，而不是像目前的刺激探头一样，仅激活刺激部位附近的细胞。光还可以用来抑制神经元的触发，而探头只能刺激神经元。最有意思的可能是光触发的脑细胞的工程设计，这种设计可以为使用光链路联结生物组织和硅组件的混合计算机铺平道路。