培训课件_第五章 生物医学遥测-2.ppt

第六节 植入式遥测 微电子技术的发展促进电子器件的高可靠性、低功耗、小型化，从而为植入人体内的遥测装置提供了实现的条件。随着与人体组织具有相容性的生物材料的逐渐完善，以及外科手术、特别是显微外科水平的提高，使工程研究的成果不断有可能用于临床，人体内小型埋藏式医疗器械不断涌现，其诊疗价值日益提高。利用植入人体的电子装置，可以获得体内各种生理信号的检测，而且能够实现自然状态下的动态测量，充分发挥了生物遥测的优越性。 §5.6.1 植入式遥测的特点 和体表生理信号的遥测系统不同，植入式遥测有下述三个特点。 1．植入人体的测量系统，必须具有无毒、无菌、无腐蚀及生物组织相容的表面封装；具有足够的机械强度，对于长期停留在体内的遥测装置，应确保在体内保持完好、不损伤破裂、经久耐用；体积小、重量轻，尺寸、外形要与植入器官、部位相适应。 2．可靠性高、功耗低。放置于人体内的电子系统必须具有长时间的稳定可靠工作的性能。植入式遥测装置的供电方式分为体内供电和体外供电两种，体内供电时，电子装置与电源一起植入人体内，电源占装置重量和体积的主要部分，而且直接影响系统的可靠性、稳定性。 一般植入体内的有源遥测装置采用高能量密度的化学电池或核电池，例如水银电池重约13g，容量达12A.h，能量密度为0.54W.h／cm3，用于心脏起博器可维持4～5年。锂电池用于心脏起博器的寿命可达5年以上。电池应有良好的密封性，避免漏气或放射性污染。体外供电的方式即在体外发射能量，通过电磁感应或射频耦合向体内传送能量，在体内检波得到直流电压。 植入式遥测线路的设计由它的测量功能决定，目前大量应用的是为测量某一种生理参数的某一功能的电路，如用单一晶体管实现哈特莱、考毕兹振荡，电路简单，工作稳定可靠。多功能或较为复杂的体内遥测系统，用低功耗的专用集成电路予以实现，电路设计的自由度较大。 不论采用哪一种方式的植入体内装置，系统的功耗与其可靠性都是密切相关的，功耗低将有利于可靠性的提高。功耗大能导致多种因素影响系统的稳定、可靠性能。 　通常植入式发射机用调频方式(FM)，抗干扰能力强。生物参数的遥测大都用这种方式，例如利用热敏电阻测量体内温度，用pH电极测量pH值等。 载波频率的选择，应考虑电磁波在体内传播的特点。 　　一方面由于人体内脏器、血液和组织的介质特性不同而产生复杂的反射、透射和吸收、极化等复杂现象，介质损耗也随载波频率加大而增加； 　　另一方面，人体组织对于发射的高频信号存在一定的“穿透性”，发射机载波频率与之有密切关系。植入体内的天线的效率比空气中无障碍状态下的效率低得多。因为机体组织是一种电阻率变化很大的容积导体，组织内的发射天线好象是处于金属屏蔽中，是一种不完全的屏蔽，还有一部分电磁波发射出来，所以组织内部的发射天线的植入深度(实际大都是发射机的谐振线圈)是应该考虑的一个问题。 　　如果植入皮下，有大约一半的电磁波发射到空气中。如果植入体内，则应清楚天线离体表的距离与穿透深度之间的关系。显然植入深度小于穿透深度时，才能保证空气中有足够的电磁场强度，为体外接收机所接收。穿透深度l 可由下式粗略估算： 式中 μ为磁导率，ρ为电阻率，f是频率。例如，在动物实验中，当体内遥测天线位于动物体内的中心处时，动物体的最大体宽应不超过22.5cm。 §5.6.2 固定植入的颅内压力遥测 　　固定植入遥测用于长时间连续监视体内生理参数的变化情况，如脑外科手术后的危重病人的颅内压力的监测。 　植入式颅内压遥测方法是在颅骨上钻一孔，然后植入一个微型发射装置，装置固定好后，缝合头皮，这样可以防止引起颅内和手术切口的感染，比较安全，而且人的头部能够自由移动。 图为颅内压遥测电路。采用电容式压力传感器(Ｃp），传感器的敏感膜片与硬脑膜相接触，以测定硬脑膜外压力。传感器的电容量为1pF，在50mmHg柱的压力下变化量为1pF，这样必须要求装置中有关输入端的分布电容应远小于1pF 。 图示，传感器电容被接入由晶体管Ｔ1组成的哈特莱振荡器，振荡器的振荡频率选择为8-10MHz。在压力作用下，传感器电容量的变化控制振荡频率变化，从而实现压力信号对振荡频率的调制。调频信号经过T1管发射极分压，送入晶体管T2构成的 功率放大级，进行高频功率放大。 T2的发射极的LC回路也调谐在8-10MHz，此电感即作为发射装置的天线线圈，已调频的压力信号以8-10MHz的频率向体外发射。 遥测装置采用体外供电方法。体外240kHz射频振荡器用LC调谐电路发射出去，电感作发射天线。体内设有接收天线和稳压电源电路，接收天线的电感和电容构成调谐回路，用来选频接收体外