物理传感器:三轴加速度计

   调整到位置的SCS的关键设计输人是测量动态治疗滴定的合适的变量。如ATMEGA16A-PU在神经刺激的建模中所讨论的,阻抗的测量不是抵抗姿态效应的理想信息源。我们需要的是一个测量工具,它可以捕捉电极和脊髓之间的距离的动态变化。超声波或光散射等直接生物物理测量技术对于脊髓来讲就已经足够了,但是目前由于功耗和组件等技术限制,它们是不实用的。一种间接的但又高度关的方法是通过三轴加速度计获得一个测量值。由加速度计产生的惯性测量结果可以提供病人实时的日常生活中的姿态和活动量水平,满足了滴定治疗的需要。这类似于之前讨论的起搏器的运作方式,一个三轴加速度计提供了一个与目标变量高度相关的信号,而且易于植入和制造集成。

   姿态响应型控制系统中的硬件子系统便于将生理惯性传感和分类嵌人到植入装置中。子系统由一个三轴微机电系统(MEMS)加速度计传感器、微功耗传感接口电路和一个通用单片机构成。它们联合起来,组成了植人设备的智能传感子系统。MEMS传感器和接口电路检测惯性信号,而单片机可将姿态进行分类并运行控制算法,以适当调整刺激幅度。

   MEMS惯性传感器的设计采用了业界最先进的技术,通过使用成熟的量产制造技术来保证高可靠性。MEMS元件是一个表面微机械加工的三轴加速度计,可以应对超过100OOG的冲击,同时保持1/100g的分辨率。MEMs元件上可动梳齿可以与固定梳齿间形成一个变化的电容器。传感器电容值随着对应方向上的重力和/或病人运动[35]的变化而变化。如图8.9所示,MEMS传感器和接口电路通过引线键合实现互连。接口电路能将传感器艿、γ和z轴的电容信号独立地转换为时间连续的模拟电压信号,此信号再由单片机转换为数字信号数据流。传感器的灵敏度和补偿在加工制造的过程中可以校正,校正的代码存储在设备的非易失性存储器中[30]。下一节提供了实际接口电路的关键细节。