生物醫(yī)學(xué)研究在揭示人體生理奧秘和確認(rèn)新的可能療法和診斷儀器方面正取得巨大進(jìn)展。同時，電子學(xué)的進(jìn)步使這些新設(shè)備成為現(xiàn)實。因此醫(yī)學(xué)應(yīng)用成為半導(dǎo)體領(lǐng)域增長最快的一個部分。電子和醫(yī)學(xué)越來越緊密的融合趨勢也可在這兩個領(lǐng)域內(nèi)看出同樣的端倪。雖然看起來這兩個領(lǐng)域似乎沒太多關(guān)聯(lián)，但實際上，兩者有幾個技術(shù)前沿相同：都受到小的物理體積、低功耗和先進(jìn)連接能力的推動。

自晶體管收音機(jī)問世以來，對小型化無休無止的追求就沒停止過。摩爾定律常被引用來表述，在一個芯片內(nèi)所能集成的******器件數(shù)量的增長速率，實際上也同樣適用于描述能被制造出的最小設(shè)備的體積的遞減速率。

在有些場合，一些醫(yī)療設(shè)備需要******的處理能力。特別是放射和磁成像系統(tǒng)將其具有的處理能力發(fā)揮到極致，而通常對體積不太關(guān)注。但在其它許多應(yīng)用，雖對計算的需求不苛刻，卻沒有空間裝下大的器件。使這些設(shè)備得以實現(xiàn)的關(guān)鍵因素是：在給定的空間內(nèi)，容納足夠的處理能力。

醫(yī)療設(shè)備能允許的******體積受到某些有趣的約束。例如，許多人對糖尿病人用于測血糖的血糖儀很熟悉。一般情況，這些便攜式電子醫(yī)療設(shè)備的大小和形狀與一個PDA差不多。使用者將一滴血滴在測試帶上，然后將其插入測試儀，該儀器采用電化學(xué)或光學(xué)傳感器來測定血液中血糖的濃度。一家公司已開發(fā)出一個小到能裝入藥瓶蓋的血糖儀，并把測試帶放入罐裝藥瓶內(nèi)。傳感器、MCU、LCD和電池全被裝進(jìn)體積約為女士腕表大小的一個精致產(chǎn)品內(nèi)。體積小還帶來了低成本，這款血糖儀是一次性用品－在50條測試帶用完后，裝有測試儀的整個藥瓶被一起扔掉。

對植入設(shè)備來說，在確定能將其放在哪個部位時，體積同樣重要?？紤]一個動脈腫瘤—當(dāng)心臟主動脈(大動脈)出現(xiàn)一個因血壓壓迫而凸起的脆弱點(diǎn)時發(fā)生的情況。常規(guī)的手術(shù)處理是通過脆弱的大動脈操控一個稱為覆膜支架(stent graft)的人工襯墊?，F(xiàn)在，已能同時在大動脈內(nèi)放置一個微小的壓力傳感器。該傳感器使用一個微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)壓力元件以監(jiān)測手術(shù)的長期效果。

MEMS傳感器采用與集成電路相同的工藝制成。為讀取大動脈壓力，外科醫(yī)生利用一個無線遙控查詢器激活該器件，器件以無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)出。若覆膜支架失效，隨后的檢查將顯示壓力增加，表示需進(jìn)一步干預(yù)。從小體積獲益的其它植入設(shè)備包括心臟起博器、用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患(范圍從慢性疼痛到帕金森癥)的神經(jīng)刺激器及包括耳蝸植入在內(nèi)的助聽器。

利用醫(yī)療設(shè)備和電子器件在體積方面都在縮小的好處的最激動人心的應(yīng)用之一是設(shè)計得象藥丸一樣可吞服的傳感器。利用RF技術(shù)，這些微型儀器在其工作生命周期，游走于整個消化系統(tǒng)。首例這種傳感器是用于監(jiān)測并發(fā)射體溫的傳感器，它已被用于宇航員和運(yùn)動員。最新的此類傳感器能報告食道內(nèi)的pH值，以診斷胃酸返流疾病及其它癥狀。

最新的設(shè)備能傳輸靜態(tài)圖像，這些圖像可組成視頻流，該技術(shù)允許醫(yī)生檢查小腸(否則只能通過手術(shù)進(jìn)行)。該“照相機(jī)藥丸”將一款微小的CMOS成像器與一個ASIC發(fā)射器整合在一起。鏡頭周圍的白光LED提供照明。集成了導(dǎo)航控制和自推進(jìn)能力從而允許對特定部位進(jìn)行更詳細(xì)成像的下一代可吞服設(shè)備的早期工作正在進(jìn)行。

與小型化齊頭并進(jìn)的是低功耗趨勢。對植入設(shè)備來說，最低電流消耗及相應(yīng)的電池壽命的延長帶來的好處是顯而易見的。雖然通過皮膚的感應(yīng)耦合能給某些植入設(shè)備充電，但更低的電池消耗永遠(yuǎn)是一個值得不懈追求的目標(biāo)。

外部設(shè)備也對功耗敏感。隨著電子元件越來越小，曾經(jīng)固定的醫(yī)療設(shè)備正變得可以攜帶。超聲波成像儀曾是“可移動”的，但只是意味著它們通常被固放在小車上從而可從一個房間推到另一房間?，F(xiàn)在，它們已能被做得像一臺筆記本電腦的大小。

除顫器曾一度是在醫(yī)院里由受過專門訓(xùn)練的專業(yè)人員操作的設(shè)備。現(xiàn)在，自動外部除顫器在機(jī)場、購物中心、學(xué)校甚至飛機(jī)上都很常見。便攜式氧氣收集器為進(jìn)行氧療的患者從空氣中提取氧，其可以將像提包一樣背在肩上。使所有這些設(shè)備得以實現(xiàn)的除小體積外，還有低功耗。需通過各種手段以滿足這些設(shè)備苛刻的功耗要求。

但也許出乎意料的是，電子元件體積的減小實際上卻可能對降低功耗帶來負(fù)面影響。當(dāng)芯片內(nèi)的晶體管越來越小、密度越來越高時，有效溝道長度變短，漏電流增加。類似門隧道等其它機(jī)理隨著幾何尺寸的縮小對功耗具有類似的負(fù)面影響。芯片制造商通過優(yōu)化硅工藝參數(shù)(預(yù)計該努力將一直進(jìn)行下去)以應(yīng)對幾何尺寸不斷縮減帶來的消極影響。另外，數(shù)字和模擬領(lǐng)域的設(shè)計師都花了很多心血以在各自電路設(shè)計中降低功耗。他們采取了降低工作電壓、管控容抗、門控時鐘及其它技術(shù)以消除不必要的電流消耗。

芯片設(shè)計師也在其器件中增加了特性以允許醫(yī)療設(shè)備設(shè)計師控制功耗。例如，Microchip公司的dsPIC33F系列MCU具有空閑、休眠和打盹模式，每種模式有多個選項，從而使醫(yī)療設(shè)備設(shè)計師擁有調(diào)整功耗的靈活性。在許多醫(yī)療設(shè)備中，在大多時間內(nèi)MCU無所事事。

危重癥候監(jiān)視器(vital-sign monitor)、輸液泵、數(shù)據(jù)記錄儀及許多診斷儀器的輸入信號是變化相當(dāng)緩慢的溫度、壓力和生物電信號。這類設(shè)備內(nèi)的處理器在大多時間內(nèi)處在低功耗狀態(tài)，可每幾個毫秒喚醒一次，以執(zhí)行指令。以這種方式工作時，總體平均電流只是該處理器正常工作電流的一部分。

能量保持方面的進(jìn)一步進(jìn)展將催生新一類設(shè)備。在某些植入設(shè)備中，壓電和熱電電源也許有一天會取代電池。一款微傳感器已被整合進(jìn)一個髖關(guān)節(jié)植入設(shè)備內(nèi)，以監(jiān)測植入設(shè)備與康復(fù)骨組織的結(jié)合情況。該設(shè)備是由運(yùn)動供電的，它以患者的運(yùn)動作為能源。

電子和醫(yī)療設(shè)備共享的第三個趨勢是連通性。在這兩個領(lǐng)域，無線已成為主導(dǎo)技術(shù)。在1999年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)將402到405 MHz頻段分配給醫(yī)療植入通信服務(wù)(Medical Implant Communication Service)。該頻段用于與植入設(shè)備的通信。例如，病人床邊的基站可監(jiān)測心臟起博器的工作?；径〞r把記錄下來的數(shù)據(jù)發(fā)送給醫(yī)生進(jìn)行分析。

其它外部設(shè)備采用藍(lán)牙、紅外、ZigBee協(xié)議、Wi-Fi或其它專有協(xié)議進(jìn)行通信。家庭健康看護(hù)網(wǎng)絡(luò)將體重秤、血壓計、體溫計、肺活量計和其它診斷儀器與遠(yuǎn)程醫(yī)療終端連接起來。這些網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)高效的疾病管理看護(hù)而無需經(jīng)常光顧醫(yī)生辦公室。

當(dāng)然，并非全部醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)都是無線的。一些設(shè)備足夠復(fù)雜，所以使用自己的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。例如，一臺透析機(jī)會包含十幾個或更多的MCU。一個CAN總線將一個主控單元與機(jī)器內(nèi)控制多個蠕動泵的若干其它設(shè)備連接起來。CAN總線上的其它節(jié)點(diǎn)監(jiān)控壓力或控制流通閥的開閉。

有線和無線LAN在醫(yī)院里用得也越來越多。電子病人檔案、處方下達(dá)和傳遞以及成像數(shù)據(jù)都可通過網(wǎng)絡(luò)或在病人床邊獲得。

隨著電子和醫(yī)學(xué)在圍繞小型化、低功耗和連接性方面取得的創(chuàng)新，新電子醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)預(yù)期將加速。但，同時留意因這兩個領(lǐng)域的不同帶來的挑戰(zhàn)是明智的。半導(dǎo)體技術(shù)的變化要比醫(yī)療設(shè)備的快得多。元器件制造商自然愿意提供用最新工藝制造的最新產(chǎn)品；另一方面，醫(yī)療設(shè)備設(shè)計師在設(shè)計中通常更愿意選用已上市一段時間、具有良好口碑的元器件。同樣，當(dāng)醫(yī)療設(shè)備通過美國聯(lián)邦食品及藥物管理局(FDA)的審批投入生產(chǎn)后，制造商一般不情愿對元器件做出更改。

最后，正在電子和醫(yī)療設(shè)備間經(jīng)歷的融合是不可避免的。生物醫(yī)學(xué)研究繼續(xù)確定新的疾患治療方法。電子研究很可能繼續(xù)在幫助應(yīng)用這些療法的設(shè)備成為現(xiàn)實。上述兩個領(lǐng)域內(nèi)工程師的更緊密合作將以現(xiàn)在難以想象的方式加速健康護(hù)理的進(jìn)展步伐。