Your browser does not support JavaScript!
分類清單
首頁 > 技術服務 > 國際技術趨勢剖析 > 2012 ISSCC
醫療電子論文剖析

前言

  本次探討主題為應用於生醫領域之電路與系統設計;先進的半導體製程與微型傳感器致使低成本及完善之行動醫療應用的產生;體積小、重量輕的系統,除提供病人更加舒適及方便穿戴之優點外,同時可降低患者醫療費用,以提供更高品質的生活。本研究主要分為三個技術主軸:生理信號的監測與分析,如心電圖和腦電圖的監測和分析;治療中的應用,如電針系統使用的適應性刺激源IC;以及無限遠端醫療照護,如收發機的設計及電源充電等問題。下列11篇論著即針對其相關技術進行探討之。

 

生理信號的監測與分析

  為可以正確的監測生理信號作為進一步分析之依據,第一篇論著即介紹比利時的IMEC所提出之高整合度儀表放大器(Instrumentation Amplifier, IA),它可壓抑人體動作造成之訊號漂移(Motion Artifact),並僅消耗160μA功耗[1.1];而由於低電壓、低功耗及小面積之需求動機在生醫電路上非常的重要,因此,一個消耗僅有24uW功率的全系統整合之儀表放大器被介紹於[1.2];為了解決電流感測之問題,電容性匹配截波穩定儀表放大器亦被討論於[1.3];接著一個僅消耗27nJ/conversion,且應用於RF ID tags之節能高效率CMOS溫度感測器[1.4]亦被提出;而為了提供適合的醫療照護予癲癇患者,阿布達比的Masdar Institute of Science and Technology與美國MIT等單位共同合作提出一癲癇偵測與紀錄單晶片[1.5];而為了監測心理壓力,韓國KAIST亦提出了一心理檢測系統單晶片[1.6]。以下即分別針對各篇論著進行詳細闡述。

 

治療中的應用

  從1970年代以來,電針(EA)、針灸和電療的結合已廣泛運用在減輕疼痛、抑鬱、成癮、和胃腸道疾病,以及非醫療應用,包括治療肥胖症等各種疾病之治療。為達到刺激效果,大部分的電針系統使用一對長針,粗線連接外部的電源供應形成閉封閉電流迴路。薄針(直徑=2 mm)連接粗線可能遭遇不方便和不穩定,尤其是當很多針的時候,便難以供應電源到所有針上。因此,大部分的電針利用雙相刺激以減少損壞與電解退化;然而,要達到高精確平衡之雙相電流脈波是不容易的,因為其條件乃需小於10nA之偏移量。以前的電針甚至沒有根據實際狀況也沒有回授機制去開啟適量之刺激源。因此,此章節即提出一能提供五種可程式化之適應性刺激源IC,專門給精巧型的電針系統使用[2.1]。

2.1 A Sub-10nA DC-Balanced Adaptive Stimulator IC with Multimodal Sensor for Compact Electro-Acupuncture System

 

無線遠端醫療照護

  為了進一步提升遠端醫療照護的通訊品質,美國華盛頓大學研發一應用於近身網路感測結點之MICS/ISM頻段系統單晶片[3.1];而英國的Toumaz公司也研發出一同時相容於IEEE 802.15.6和Bluetooth Low-Energy規格之無線近身網路(Wireless Body Area Network, WBAN)收發器[3.2],以提供無線醫療照護之應用;而由於局部性電壓參考源均內建於晶片中,為了解決面積的問題,一個sub-1V能帶隙參考電壓源在功率與面積的權衡問題也被討論於[3.3];而為了解決遠端照護收發機的電源問題,義大利Catania大學研發一應用於無線感測節點的收發器[3.4],藉由接收遠端傳送來的無線射頻訊號,將其轉換成本身無線收發器所需的能量,不需要任何替換式電池或者複雜的能源擷取裝置設計。

 

Reference

[1] 6.5 - N. V. Helleputte, S. Kim, H. Kim, J. P. Kim, C. V. Hoof, R. F. Yazicioglu, “A 160μA Biopotential Acquisition ASIC with Fully Integrated IA and Motion-Artifact Suppression,” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[2] 21.8 - Fridolin Michel and Michiel Steyaert, “On-Chip Gain Reconfigurable 1.2V 24μW Chopping Instrumentation Amplifier with Automatic Resistor Matching in 0.13μm CMOS,” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[3] 21.9 –Qinwen Fan, Johan Huijsing and Kofi Makinwa, “A Capacitively Coupled Chopper Instrumentation Amplifier with a ±30V Common-Mode Range, 160dB CMRR and 5μV Offset” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[4] 11.7 - Kamran Souri, Youngcheol Chae and Kofi Makinwa, “A CMOS Temperature Sensor with a Voltage-Calibrated Inaccuracy of ±0.15 (3σ) From -55 to 125,” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[517.1 - J. Yoo, L. Yan, D. El-Damak, M. B. Altaf, A. Shoeb, H. J. Yoo, A. Chandrakasan, “An 8-Channel calable EEG Acquisition SoC with Fully Integrated Patient-Specific Seizure Classification and Recording Processor,”IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[6 ] 17.2 - T. Roh, S. Hong, Hyunwoo Cho, H. J. Yoo, “A 259.6uW Nonlinear HRV-EEG Chaos Processor with Body Channel Communication Interface for Mental Health Monitoring,” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[7] 17.4 - Kiseok Song, Hyungwoo Lee, Sunjoo Hong, Hyunwoo Cho and Hoi-Jun Yoo, “A Sub-10nA DC-Balanced Adaptive Stimulator IC with Multimodal Sensor for Compact Electro-Acupuncture System,” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[8] 17.4 - F. Zhang, Y. Zhang , J. Silver, Y. Shakhsheer , M. Nagaraju, A. Klinefelter, J. Pandey, J. Boley, E. Carlson, A. Shrivastava, B. Otis and B. Calhoun, “A Batteryless 19µW MICS/ISM-Band Energy Harvesting Body Area Sensor Node SoC,” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[9] 17.5 - A. Wong, M. Dawkins, G. Devita, N. Kasparidis, A. Katsiamis, O. King, F. Lauria, J. Schiff and A. Burdett, “A 1V 5mA Multimode IEEE 802.15.6/Bluetooth Low-Energy WBAN Transceiver for Biotelemetry Applications,” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[10] 21.4 – Anne-Johan Annema and George Goksun, “A 0.0025mm2 Bandgap Voltage Reference for 1.1V Supply in Standard 0.16μm CMOS,” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

[1126.7 - G. Papotto, F. Carrara, A. Finocchiaro and G. Palmisano, “A 90nm CMOS 5Mb/s Crystal-Less RF Transceiver for RF-Powered WSN Nodes,” IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2012.

 

瀏覽數  
將此文章推薦給親友
請輸入此驗證碼
Voice Play
更換驗證碼