據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓力傳感器是全球三大傳感器種類之一（流量、壓力、流量傳感器），壓力傳感器種類繁多，MEMS是用量最大的壓力傳感器技術(shù)，其次是陶瓷、濺射薄膜、微熔等壓力傳感器，傳統(tǒng)應(yīng)變片、藍(lán)寶石、壓電、光纖、諧振等壓力傳感器在計(jì)量、醫(yī)療器械等領(lǐng)域有所應(yīng)用。
在醫(yī)療器械領(lǐng)域，壓力傳感器在檢測和響應(yīng)身體內(nèi)壓力變化方面起著至關(guān)重要的作用。全世界每年使用數(shù)十萬個(gè)一次性侵入式傳感器來測量顱骨和心臟的壓力，MEMS傳感器被稱為第二次硅革命，它是包含電和機(jī)械集成為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，介入式醫(yī)療器械在近年來越來越普遍，為患者提供了監(jiān)護(hù)、介入和治療能力，
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在本文中，我們將探討MEMS壓力傳感器在植入式醫(yī)療設(shè)備研發(fā)中需要注意的事項(xiàng)。
工作原理
醫(yī)用傳感器在醫(yī)用產(chǎn)品化的應(yīng)用案例除了常見的醫(yī)用超聲波檢測和CT、CR、DR等醫(yī)療設(shè)備外；從醫(yī)用設(shè)備呼吸機(jī)、血液分析儀、多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀、核磁共振儀、心腦電導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)裝置，到目前熱門的移動(dòng)互聯(lián)醫(yī)療、遠(yuǎn)程醫(yī)療、人工智能AI醫(yī)療、手術(shù)機(jī)器人等，都有醫(yī)用傳感器的身影。不難預(yù)測在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，傳感器的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛和深入。
目前的MEMS壓力傳感器有硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器，兩者都是在硅片上生成的微機(jī)械電子傳感器。
工作原理是基于半導(dǎo)體材料（硅）的壓阻效應(yīng)。在MEMS芯片核心敏感區(qū)域-硅膜的特定方向上摻雜形成4個(gè)等值的半導(dǎo)體電阻，并連接成惠斯通電橋。
當(dāng)硅膜受到外界壓力作用時(shí)，半導(dǎo)體電阻會(huì)產(chǎn)生變化，造成電橋失去平衡，這樣壓力變化帶來電流或者電壓變化，通過過濾、放大等信號(hào)處理過程輸出可顯示的連續(xù)信號(hào)，產(chǎn)生的圖形和數(shù)字顯示在監(jiān)護(hù)儀上，供監(jiān)護(hù)、顯示、提示和報(bào)警用。已經(jīng)應(yīng)用于一些領(lǐng)域，如肺動(dòng)脈測量以監(jiān)測心力衰竭，一次性內(nèi)窺鏡，冷凍消融術(shù)，前列腺動(dòng)脈栓塞術(shù)，顱內(nèi)壓監(jiān)控等。
性能問題
在一些醫(yī)療器械中快速的歸零是非常重要的。因此在使用前需要進(jìn)行完整的校準(zhǔn)和歸零操作，以消除儀器本身的誤差和漂移。比如顱內(nèi)壓監(jiān)測儀，由于其需要在顱內(nèi)植入傳感器，并測量顱內(nèi)壓力的微小變化，
漂移，是指MEMS器件輸出信號(hào)的偏移或偏差。在MEMS器件中，由于機(jī)械部件的微小變化，如溫度變化、機(jī)械應(yīng)力和濕度變化等，會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)的漂移。
漂移問題通常是由MEMS器件中的微小不穩(wěn)定性引起的，這些不穩(wěn)定性包括溫度變化，機(jī)械應(yīng)力， 為了解決MEMS漂移問題，通常需要采用一些技術(shù)手段，例如溫度補(bǔ)償，材料選擇，設(shè)計(jì)優(yōu)化。
安全問題
在設(shè)計(jì)時(shí)，也需要電學(xué)方面的因素，漏電流，EMI，EMC，ESD以及對(duì)MRI的影響，除了需要符合ISO60601的規(guī)定之外，也需要考察介入器械在可能的使用場景中的兼容性。
生物相容性，產(chǎn)品暴露在人體環(huán)境中，就需根據(jù)ISO10993來評(píng)估其毒性、炎癥、發(fā)熱和過敏的測試結(jié)果；另外，在血管中放入的器械會(huì)導(dǎo)致血流變化，所以該類器械還需評(píng)估血栓形成和血液凝固的可能性，以及在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮血流的影響，做相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。
設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素
測試范圍，壓感除了尺寸外，量程也需要選擇最合適的范圍，在被測物理量的變化范圍內(nèi)盡量的縮小量程范圍，MEMS廠商在研制新芯片時(shí)盡量把所有的應(yīng)用范圍都涵蓋在內(nèi)，以提高銷售量，減少研發(fā)成本，但是在器械研發(fā)中卻是相反的，很大范圍的量程往往其精確度不如小量程傳感器。
設(shè)備的耐受性（或耐用性）是首先需要考慮的一個(gè)重要概念。用于測量溫度、振動(dòng)和位置等特性的傳感元件小而精密。例如，熱電堆傳感器由一組精準(zhǔn)的小型熱敏電阻組成，用于測量其可測范圍內(nèi)的溫度。這些傳感器的封裝方式可以保護(hù)傳感元件免受外部環(huán)境的影響。這在通風(fēng)設(shè)備等應(yīng)用中至關(guān)重要，其中熱電堆用于測量表面溫度，空氣流量傳感器測量氣流溫度以針對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行補(bǔ)償，并為裝配的其他傳感器提供溫度測量基線。傳感元件采用不銹鋼外殼封裝，處于全密封狀態(tài)，可防止外部環(huán)境（如潮濕和其他惡劣因素）對(duì)其造成影響。
小型化是傳感器行業(yè)需要考慮的另一個(gè)主要趨勢，旨在縮小傳感器在產(chǎn)品內(nèi)占用的“空間”。關(guān)于小型化，85% 的調(diào)查參與者一致同意這應(yīng)該是一個(gè)關(guān)注焦點(diǎn)。與此同時(shí)，15% 的調(diào)查參與者認(rèn)為傳感器小型化已經(jīng)達(dá)到了所需程度。傳感器小型化不僅限于醫(yī)療市場，其重要性日益增加。
壓感類型，壓感有表壓，絕壓，差分等類型，在選型時(shí)要考慮將來的銷售區(qū)域的氣壓問題， 尤其是高原，比如我國第二階梯的地區(qū)，云貴，山西，寧夏等，甚至西藏和青海地區(qū)，在沿海地區(qū)幾乎0海拔的大氣壓大概100kpa，而到了海拔4100米平均大氣壓只有61Kpa。
尺寸，在全新開發(fā)或者模仿開發(fā)新器械時(shí)，需要知道器械的外形尺寸，以及對(duì)傳感器的尺寸要求，在一些需要監(jiān)護(hù)和治療的場合，尺寸是一個(gè)很關(guān)鍵的因素，小尺寸意味著小創(chuàng)口，進(jìn)而意味著良好的預(yù)后和更短的院內(nèi)停留時(shí)間。
文章來源： 醫(yī)聊MedTalks、傳感器專家網(wǎng)、EO治理前沿、優(yōu)利威
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