內(nèi)容提要

       利用慣性傳感器滿足醫(yī)療保健領(lǐng)域的新興需求將有助于大幅提升生活品質(zhì),。

       運(yùn)動(dòng)是生命中不可或缺的重要組成部分,。能夠移動(dòng)的人似乎在一刻不停地運(yùn)動(dòng)著，而不能移動(dòng)的人則可能需要借助某種形式的機(jī)械助力來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng),。因此,，不難想象,，能夠測(cè)量這種運(yùn)動(dòng)的慣性傳感器在提供有關(guān)我們自身的有用信息方面具有重大價(jià)值,。如今的音頻（麥克風(fēng)）或光學(xué)（相機(jī)）傳感器就是這樣。

       討論MEMS與生活品質(zhì)的關(guān)系時(shí),，定義如下的不同程度或階段可能會(huì)有用：從測(cè)量,、提升到保障。慣性傳感器能夠測(cè)量,、捕捉或估計(jì)人體的輸出/健康狀況,，因而與音頻和光學(xué)檢測(cè)一樣，很容易確定其應(yīng)用,。例如,，計(jì)步器使用加速度計(jì)來(lái)檢測(cè)步伐，提供健身活動(dòng)的測(cè)量結(jié)果,。另外,，假肢中為改善平衡和控制而嵌入的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器可以增強(qiáng)殘障人士的移動(dòng)能力，而檢測(cè)坐姿與臥姿的加速度計(jì)則可以用于監(jiān)護(hù)病人以拯救生命,，這些都是顯而易見(jiàn)的,。本文從測(cè)量、提升,、保障生活品質(zhì)三方面,，探討運(yùn)動(dòng)傳感器的技術(shù)挑戰(zhàn)和復(fù)雜程度,。

傳感器性能

       慣性MEMS傳感器在汽車和消費(fèi)電子市場(chǎng)的成功，使傳感器的多方面性能有了迅速提高,，但現(xiàn)有應(yīng)用與新興醫(yī)療生活品質(zhì)應(yīng)用的性能要求仍然存在很大差異,。為了研究不同應(yīng)用的電路板級(jí)需求，我們可以比較功耗,、尺寸,、可靠性、環(huán)境魯棒性,、性能和性能漂移方面的要求,。在這些特性中，功耗和尺寸可能是唯一已經(jīng)被消費(fèi)電子應(yīng)用推到極致水平的特性,。面向汽車應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的傳感器通常要求高水平的可靠性和環(huán)境穩(wěn)健性,。

單傳感器應(yīng)用

       低功耗、小尺寸傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)監(jiān)護(hù)儀等生活品質(zhì)測(cè)量應(yīng)用有利,，但這些應(yīng)用還要求高水平的環(huán)境魯棒性,，以便將希望測(cè)量的實(shí)際運(yùn)動(dòng)與其它隨機(jī)影響區(qū)分開(kāi)來(lái)。生活品質(zhì)增強(qiáng)工具可以分為兩類：一是穿戴式設(shè)備,，如假肢等,；一是手術(shù)或診斷設(shè)備，如機(jī)器人手術(shù)工具或便攜式超聲設(shè)備等,。無(wú)論何種情況,，由于測(cè)量設(shè)備主動(dòng)控制相對(duì)于被動(dòng)監(jiān)控的水平提高，性能和可靠性要求越來(lái)越高,。在生活品質(zhì)保障方面,，包括微型遠(yuǎn)程手術(shù)和其它生命攸關(guān)的監(jiān)護(hù)儀，不僅要求高性能,，而且要求非常低的時(shí)間漂移,，對(duì)環(huán)境影響的靈敏度也應(yīng)保持最小。

表1.不同生活品質(zhì)應(yīng)用的相對(duì)特性要求比較

       表1通過(guò)一些相對(duì)品質(zhì)因數(shù)來(lái)比較不同類型生活品質(zhì)應(yīng)用的各種特性的復(fù)雜度,。即便是要求相對(duì)較低的測(cè)量設(shè)備,，超低功耗、小尺寸和溫度/沖擊/振動(dòng)影響抑制能力的組合,，也使得這些應(yīng)用的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于消費(fèi)電子驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單傳感器需求,。

多傳感器應(yīng)用

       到目前為止，討論集中于單個(gè)傳感器的特性,，應(yīng)用也許是測(cè)量線性運(yùn)動(dòng)（單軸加速度計(jì)）或角向運(yùn)動(dòng)（單軸陀螺儀）,。但在現(xiàn)實(shí)生活中，運(yùn)動(dòng)僅限于單傳感器類型或單軸（或可通過(guò)其辨識(shí)）的情形相對(duì)較少,。為了捕捉最精確的運(yùn)動(dòng)特征,，或者為了能在不受限條件（安裝位置或運(yùn)動(dòng)范圍）下使用,，通常要求將多個(gè)傳感器巧妙地合為一體，并將這些傳感器與應(yīng)用參考系精密對(duì)齊,。因此,，除了基本的傳感器元件以外，機(jī)械和傳感器/信號(hào)處理要求也大不相同,。當(dāng)我們從測(cè)量轉(zhuǎn)向提升乃至保障時(shí),，復(fù)雜度隨之提高。

       一個(gè)有意思的例子是在手術(shù)室使用慣性傳感器,，使人工關(guān)節(jié)（膝或髖關(guān)節(jié)）能夠與病人獨(dú)特的骨骼結(jié)構(gòu)更精確地對(duì)準(zhǔn),。該生活品質(zhì)增強(qiáng)應(yīng)用的目標(biāo)是讓植入體與患者自然軸的對(duì)準(zhǔn)誤差小于1o，而當(dāng)今使用純機(jī)械對(duì)準(zhǔn)方法的誤差為3o或更大,。其可能的好處包括：減少對(duì)病人身體的介入,，縮短手術(shù)時(shí)間，大幅提升病人術(shù)后舒適感,，以及使關(guān)節(jié)置換效果更持久,。