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融合生物学与电子学的先进医疗应用曙光初露

作者:时间:2008-05-27来源:16dz收藏

  “我们希望这款新可以协助盲人分辨出形状,但我们目前还不知道真正的视网膜是如何感知信息的。”Rothermel表示,“我们也认为盲人应可透过一种学习的过程而重见光明。”

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/83123.htm

  在ISSCC上所讨论的其它植入技术中,Medtronic公司的研究人员介绍了一种用于记录脑部深度讯号的原型。这款0.8μm的斩波放大器工作电压为2V,功耗只有8μW,面积为5平方毫米。

  Medtronic公司也已开发出一款脑部深度刺激器,来减轻帕金森氏症和癫痫的症状。这款新设备和其它电路用在一起,可以使系统增加闭路功能,以便更为更灵活地记录、处理和响应脑部讯号。

  “仅仅要证明一个适合植入大脑刺激的电极就得花上数年的时间。”美国犹他大学副教授Reid Harrison表示。“既然它们的组件已经能够正常工作,那么用这个组件还能做点别的什么就显得很有意义,例如记录大脑讯号。”他表示。

  研究人员还在寻找新讯号种类与其测量方法。Medtronic不仅能透过传统对讯号峰值的追踪来记录宽能(bandPower)波动,还能测量alpha、beta和gama波以及500Hz点所呈现的现象。

  “研究人员发现在大脑的海马体突起中有非常快速的波动。”Medtronic公司神经系统事业部资深IC设计总工程师Tim Denison指出,“这些波动频率在表面测量中是看不到的,但一旦深入大脑内部,你就能获得这些有趣的标志。但这是一项还未能取得重大研究成果的领域,因为我们还不了解观察到的所有讯号。“

  该设计中采用了一个现成的商用化微处理器来执行频谱扫描,以便发现新的波形。工程师们还增加了新的滤波器和增益控制机制,来补偿不断变化的噪音电平。

  “当你试图接取具有各种噪音状态的不同大脑时,你可能真的必须放弃一般的算法。”Denison表示。

  研究人员们还必须权衡处理他们所测量的位置。传统的脑电图仪(EEG)只能分析头部表面所发出的2到3μV讯号,但这些讯号经常会受到病人行动造成的噪音所影响,因而导致失真。虽然接近神经元的探测可以获得较强的100μV讯号,但成本却很高。

  “整个大脑和脊椎被一层称为硬脑(脊)膜的薄膜包裹着以防止感染,”Harrison指出,“这就像是大自然中最神圣的地方一样,突破这个保护屏障可能会带来很大的手术风险。”

  在另外一场专题讨论会上,Medtronic公司的另外一位工程师介绍了制造人工胰腺的最新进展。Medtronic公司已经开发出可人工激活的植入式胰岛素泵,该新设备可以自动检查血糖值,并在需要时提供胰岛素。

  “我们正致力于研究一种新式算法,我们相信这是最适合我们芯片使用的算法。”资深研究经理Barry Keenan表示。

  Keenan并讨论了几种具有自适应滤波器和算法的冗余传感器使用方法,这种方法可以补偿并修正硬件误码率达30%。

  “今年我们已经进行了大规模的试验来证实这种自动预防故障的系统,因而能够激活无人监督计划。”Keenan表示,“我们必须声明,这些系统能百分之百有效地满足美国食品药品管理局(FDA)的规定。”

  改善测试设备

  在其它的小组讨论中,演讲者还介绍了可用于改善测试设备、同时削减成本和体积的其它芯片。

  哈佛大学的一个小组展示了一个小尺寸书本大小的模块,该模块可以驱动核磁共振成像系统。该新模块的核心采用1.9×2mm的芯片;相较于重量约260磅、成本约7万美元的传统设备而言,新模块能驱动灵敏度更高60倍、重量更轻60倍、体积更小40倍的系统。

  更高的灵敏度意味着医生可以在疾病发生的更早阶段就发现病原体,提交该论文的哈佛大学Nan Sun表示。“该设备的整合度高于目前任何所知的设备。”Sun指出。

  苏格兰爱丁堡大学的研究人员Bruce Rae介绍了一种设备,可以为芯片中的分子进行光学分析。该设备可望取代目前使用雷射光源、光子和滤波器等大型且昂贵的DNA测试仪器。

  而4×16的微型LED数组则可取代一种如同大型打印机大小、价格近20万美元的设备(包括与其相连的独立PC)。由于系统的体积和成本缩减了一半以上,使得这款350nm的设备可作为医生诊疗室中所置放的仪器,而不必专门放置在远程实验室中。

  此外,IMEC的Refet Yazicioglu还展示了一款ASIC,它能将EEG系统的电路缩小成大约1立方公分的模块。这款8信道芯片将可取代目前所使用的大型旧式机盒,而使病人更容易配戴,也较能够收集到更好的数据。“现有的那些连接着各种线路的设备几乎让人崩溃,更使病人处于不自然的状态,可能影响到测试效果。”Yazicioglu指出。


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