想象这样一个场景：一位心脏病人的肺中在不断产生积液，这是心力衰竭的早期症状。而病人体内的一个可植入传感医疗设备通过一个具有蓝牙功能的手机同时向病人和他的医师发送信号，向他们提醒潜在的危险。白日做梦吗？不一定。这种技术其实已经存在，并且正在不断完善，所欠缺的是支撑的基础设施。

 

InCube公司的创办者Mir Imran最近在拉斯维加斯举行的2009年国际消费电子展(CES)上的一个医疗电子讨论组中描绘了上述情景。与会人员讨论了这些可植入设备的巨大潜力，它们能精确和快速地监视和治疗位于全球任何地方的慢性*病病人，如心脏病、癫痫症、糖尿病和帕金森综合症等。

 

除了传感器植入外，还有更多的措施可改善人们的医疗保健水平。像胰岛素泵等设备现在已经非常成熟，可为所有器官提供服务。可植入的视觉系统也取得了显著的进步。微机电系统(MEMS)和碳纳米管(CNT)神经系统植入正在提供人类如何行为的大量信息。

 

用于诊断和治疗许多健康问题的工具也正在日新月异地改善。一些外科仪器可以通过导管访问人体的几乎每个部分。缓释药物胶囊正变得更加有效，并增强诊断和治疗效果。外部可佩戴的设备对治疗等应用来说也非常重要，而实验室级芯片设备可以快速取样、诊断和报告病人的重要医学体症。

 

医疗保健技术还能满足急救需要。全球大约80%的医疗保健成本用于治疗得了 慢 性 病 的老年人。大约6亿病人遭受着慢 性 病 的折磨，如慢性阻塞性肺疾病(COPD)、充血性心力衰竭和癫癎性精神障碍等。更长的寿命、缺乏医疗保健专业人员以及螺旋式上升的保健成本使得这一情形越来越糟糕。

 

“单美国的医疗保健市场就达2.5万亿美元。”Diamond Management & Technology Consultants公司分析师Andrew Rocklin表示，“任何不想参与这一市场的人都将失去潜在巨大的收入。”但在技术显示出成效之前还必须克服一系列障碍，其中之一是医疗保健系统，包括美国和全球各地，都需要进行彻底的改革。

 

糖尿病和心脏病人的福音

 

Debiotech公司和ST(意法半导体)公司共同宣布开发出了首个一次性胰岛素泵片的原型(图1)。这个采用微流体MEMS技术的纳米泵已经通过了最初的测试阶段，并从去年夏天开始投入了批量生产。它的尺寸只是原有胰岛素泵设备的四分之一，佩戴在皮肤上几乎看不见。

 

 

 

这个纳米泵使用的连续皮下胰岛素注入(CSII)技术能够很好地模拟胰腺胰岛素的自然分泌，同时检测影响病人安全的潜在泵故障。据这两家公司介绍，与每天必须做好几次的单独胰岛素注射相比，它的成本更低，是一种更具吸引力的替代技术。

 

密歇根大学研究人员Mark Meyerhoff正在帮助美国*军事研究实验室开发可植入皮下的葡萄糖传感器，这种传感器可以实时监视糖尿病人的症状。他使用聚合物材料来催生低浓度的一氧化氮。作为外科植入式电流计葡萄糖传感器的外层封套，这些材料有更好的生物兼容性，因为它们能减少由于植入传感器引发的炎症。心血管病是引起死亡和残疾的常见因素。美国有三分之一的死亡病例是由包括心律不齐在内的心脏病引起的，这也激励人们去开发各种医疗监视设备和工具。比利时IMEC公司设计的无线心电图(ECG)片状监视器就是这样一种设备(图2)。

 

 

 

该监视器在一个只有非常薄的腕表大小的封装内集成了电极、生物芯片传感器、微控制器单元和无线电单元。在这个片状监视器的处理器上运行的算法时刻监视着病人的心律状态。这个设备在20x20x5mm的小型电池供电下可连续工作约一周时间，平均功耗为2mW。

 

用于治疗心律失常的工具已经有了显著的发展，这可以从Endosense公司用于治疗心脏疾病的强制传感消融导管中可见一斑。这家位于瑞士的公司开发出了首个强制传感强制消融导管，可以帮助外科医师在导管消融过程中实时客观地测量接触点。

 

医师通常采用传统外科手术治疗心脏病，为了消除异常的心脏搏动，这种手术会在心壁上留下创伤。但医师很难评估是否形成了最佳的伤口，因为到目前为止还没有一种精确的方法来测量制造这些伤口所需的探针力量。

 

TactiCath导管通过病人腹股沟中的静脉向上通到心脏的心房。通过无线电波的指引它能到达心壁周围区域。荧光透视、三维映射和超声波提供外部指导。压力、幅度和方向数据从导管尖端传送到监视器，以便医师完全控制消融过程(图3)。

 

 

 

德国研究机构Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems开发出了一个可植入的血压检测系统，这种系统曾是许多研究人员的研究目标。与心脏起搏器不同，这种系统不需要内部电池，因为它能通过感应的方式从外界获得能量。这个血压测量系统由一个传感器单元和一个收发器组成。

 

传感器被*插入动脉中，并通过10到15厘米长的微丝连接到收发器。收发器植入在病人的皮肤下面，用来数字化、预处理和传送血压数据。它的能量来自一个微型感应器，这个感应器与病人体外的另一个感应器通过磁性耦合在一起。这第二个感应器也是病人随身携带的读取设备的一部分。

 

这两个感应器将电能发送给收发器。同时感应器也用于收发器和读取设备之间的无线数据交换。目前为止研究人员能够给植入对象提供约200到300uW的功率。

 

所有外科植入手术，如臀和膝盖替换，都能从提供可靠性和安全性的革命性智能材料中受益。例如，英国科学技术设施研究理事会(STFC)研究人员就与Electrospinning有限公司及Anglia Ruskin大学合作开发出了用于覆盖外科植入体的先进纳米材料。这极大地促进了植入体与骨骼的绑定，让它们在病人的整个生命期内持续工作(图4)。

 

 

 

“接收外科植入的病人中有10%会产生继发感染和植入体的松动，使得英国每年至少要花费1400万英磅、全球2.24亿英磅解决这些问题。”Electrospinning公司首席执行官Mansel Williams表示，“我们希望通过创建完美匹配各个病人的理想植入体表面来解决这个问题，从而使病人和经济同时受益。”

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