[发明专利]植入式无源无线声表面波传感检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及声表面波传感器、天线、无线供能技术，特别涉及一种植入式无源无线声表面波传感检测装置，属于植入式医疗电子仪器技术领域。

背景技术

无源无线声表面波传感检测系统是近年来传感检测系统领域的一个研究热点，其系统基本是由声表面波传感器模块、天线模块和质询器模块三部分构成。其工作原理为：质询器通过天线发出射频质询信号，声表面波传感器接收质询信号并将待测的物理信号转换为频率信号或相位信号通过天线响应质询器，质询器通过一定的处理将声表面波传感器返回的响应信号转化为对应的物理量。通常，上述系统质询器的工作频率为声表面波传感器的谐振频率。如，2009年4月30日公开的美国专利US2009109048(Al)“Wireless surface acousticwave-based proximity sensor，sensing system and method”给出了一种基于声表面波技术的无源无线传感及测量系统，并简要阐述了无源无线声表面波传感系统的工作原理；又如2010年2月17日公开的中国专利CN101650247“声表面波压力温度传感器”给出了一种声表面波温度压力传感器的设计及构造，并简要阐述了其传感原理。从这些专利文献中可以看出声表面波传感检测系统具有无源无线、体积小、功耗低、结构简单的优点，非常适合密闭环境里(如炼钢炉和轮胎)、恶劣环境条件下(如高压控制系统)或者化学反应过程中的环境参数的测量。

无源无线声表面波传感检测技术的上述优点使得其在尽可能小体积、尽可能简单结构和尽可能低功耗等要求较高的测量环境中使用具有一定的优势。例如，对于植入式电子器件和装置，无源无线声表面波传感检测手段应当成为测量生物体内部环境参数比较理想的技术。但是，植入式无源无线声表面波传感检测技术面临着以下几个技术难题：1)国际无线电管理组织对生物医学遥测通讯频带划分在433MHz附近，故应用于植入式的声表面波传感器件其工作频带应该设计在433MHz附近，然而在该频带由于频率较高，生理生物体对电磁波的衰减大并且不同组织对电磁波的衰减不同，例如，实验表明5mm厚度皮肤组织对433MHz的电磁波衰减大约15db～20db，这使得电磁信号在体内的传播变得相对困难。因而，在欧美日等发达国家和地区对于植入式声表面波传感领域的研究中，有些研究人员采用有线测量方式，如Nachappa Gopalsami，Ivan Osorio等人2007年7月在IEEE SENSORS JOURNAL发表的文章“SAW Microsensor BrainImplant for Prediction and Monitoring of Seizures”给出了一种癫痫患者脑部温度监控的植入式声表面波温度传感检测系统及装置，其探测的灵敏度可以达到0.005℃，但是该传感检测系统及装置的测量方式为有线测量，这使得其在植入式领域的应用受到限制。2)加大体外的电磁辐射能量，可以提高有用信号的信噪比，改善生物体内的通讯质量，但是过高的电磁辐射能量将造成生物体组织的损伤。世界上各种不同组织(FCC，OSHA)对植入式器件在生物体内发射的等效功率有不同的规定，在系统级上总体的功耗不得大于(10～20)mW/cm²。因而，如何在一定外界辐射功率条件下，增大信号传输距离提高信噪比，成为植入式无源无线声表面波传感检测装置的关键技术。目前，对于植入式传感检测系统及装置原理及应用的研究已经成为欧美日等发达国家和地区植入式电子系统领域的一个重要研究方向。G.Martin，P.Berthelet，J.Masson等人在2005年IEEE Ulrrasonics Symposium第四卷2089-2092页发表的文章”Measuring the Inner Body Temperature using a Wireless TemperatureSAW-Sensor-Based System”旨在设计一个测量生物体消化系统温度的无源无线声表面波温度传感检测装置，给出了相对应的设计思路和技术方案，但由于其采用传统无源无线声表面波传感检测技术，即采用间断的射频脉冲或射频正弦脉冲串作为质询信号，且质询信号和回波信号工作在相同的射频频段，因而信号幅度弱并且信噪比差，测量距离短(约2～3cm)并且精度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的适用于生物体内的植入式无源无线声表面波传感检测装置。