电子产品世界

自研究人员两年前开始做这个临床研究以来，电子技术发生了很多进步，改善了微型化，降低了功耗，并增加了集成度，这一努力最终有望形成产品，得到FDA（食品与药物管理局）批准应用于人体。这些技术进步的例子包括：德州仪器公司符合无线充电联盟Qi标准的无线接收器与发射器技术，该公司为改进的负载系统提供符合标准的通信，用于无线电源传输、AC/DC电源转换、输出电压调整，以及动态整流器控制等。采用德州仪器的无线电源产品和开发套件，就可以做出全套的无接线电源传输与充电设计。飞思卡尔与AnalogDevices公司也提供这一领域的低功耗无线产品。

另外一项临床研究是采用有望实现高分辨率视网膜假体的光电二极管电路。在这项研究中，斯坦福大学的研究人员正在努力研究有源偏置光敏电路与无源光伏电路（参考文献2）。该大学眼科系与汉森实验物理实验室副教授Daniel V Palanker称，他用了一台笔记本电脑处理来自摄像头的数据流， 用一块微型LCD（类似于视频眼镜）显示得到的数据。约900nm波长的近IR（红外）光以0.5ms间隔照亮LCD,相当于约30?的视场。这个脉冲将影像通过眼球投射到视网膜上。然后，视网膜下一个植入的3mm直径芯片中的光伏像素接收IR影像，相当于10?的视场。每个像素都将脉冲光转换为一个成比例的双相脉冲电流，将视觉信息携带给有病的视网膜组织。

与光敏系统比较，光伏系统中没有额外的电源，从而大大简化了假体的设计、制造，以及相关的手术过程，前者需要有源的偏置电压。研究人员计划在未来研究中，确定各个视网膜神经元对这种激励的响应。

帮助聋人获得听力

生物医学科学的另一个发展领域是耳蜗植入。这些植入体的主要目标是通过电刺激，安全地提供或恢复功能听力（参考文献3）。植入体包括放在耳后一个外置单元中的处理器和一个电池，外置单元用一只话筒拾取声音，将声音转换到数字域，将数字信号处理并编码成一个RF信号，然后将其发送给耳机中的天线（图5）。医生通过手术，在耳后皮肤下面放置了内置接收器，一块磁铁吸附在它外面，将耳机固定。密封的激励器包含有源的电子电路，它从RF信号获得能量来解码信号，并将其转换为电流，然后将其发送给连接耳蜗的导线。导线末端的电极刺激连接到中央神经系统的听觉神经，这些神经将电脉冲解析为声音。

图5,植入耳蜗将声音转换为电脉冲，送给听觉神经。话筒将声音捕捉给声音处理器（a）。声音处理器将声音转换为详细的数学信息 （b）。

磁耳机将数字信号发送给植入的耳蜗（c）。植入耳蜗将电信号发送给听觉神经（d）。收听到的神经将脉冲发给大脑，这将脉冲解析成为声音

外置的语言处理器中包含一个DSP、一个功率放大器和一个RF发射器。DSP提取出声音的特征，将其转换为一个数据流，RF发射器将其发射出去。DSP还在一个存储映像中包含了病人的信息。外置PC的适配程序可以设置或修改存储映像，以及其它语音处理参数。

内部单元有一个RF接收器，以及一个密封的刺激器。这个内部植入单元没有电池供电，因此接收器必须从RF信号获得能量。然后，充电的刺激器解码RF码流，将其转换为电流，送给听觉神经处的电极。一个反馈系统监控着植入体内的关键电气与神经活动，并将这些活动传送回外置单元（图6）。

图6,一个反馈系统监护着植入体的关键电活动与神经活动，并将这些活动传回到外置单元

Advanced Bionics公司开发出了一个可植入电子平台，它提供了更多通道，以及通过电流导引而生成虚拟通道的能力。该公司RD副总裁Lee Hartley称，在开发复杂的声音处理传感器时，最大的挑战之一就是提高在噪声听音环境中的聆听能力。他说：耳蜗植入接收器对于辨别响度水平以及不同频率通道的能力不足。这更增加了改善语言理解与音乐欣赏的挑战；我们需要智能地将信息从噪声中分离出来。

Hartley表示，接下来能大大改进耳蜗植入系统及性能的重要领域包括：与商务设备的随处无线连接能力；低功耗下更加智能的场景分析算法，以及使病人能够接收临床医师耳蜗植入服务的技术，而与病人或医师的位置无关。他解释说：业界的技术趋势是系统架构与服务模型，它将尽可能减小整个耳蜗植入系统的可见性。Hartley预计，IC技术的发展将提供无线功能，降低系统功耗。他说：我认为系统设计会继续模块化，接受者将根据自己不断变化的需求，定制自己的体验。

信号处理大大改善了耳蜗植入的性能。声音可以建立模型，使语音成为周期声源，而非语音则成为噪声源。声道的谐振特性可过滤声音的频率频谱。还有一个办法是，声源可以建模成为一个载波，而声道则作为一个调制器，表示出嘴或鼻的开闭。声源通常会快速变化，而滤波器的反应更慢得多（参考文献3）。

所有现代耳蜗植入体的内部单元都要通过一个经皮RF链接连到外部单元上，这是为用户的安全和方便性着想。RF链接采用了一对电感耦合线圈，不仅传输数据，同时传送电源。RF传送单元有一些挑战性工作，如高效地放大信号与功率，并保持对EMI的抵抗力。它的第二个功能是提供可靠的通信协议，包括一个信号调制模式、位编码、帧编码、同步，以及后台遥测的检测。

关键词： 医疗 传感器 领域 电子学 医学 生物