據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，來自美國佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology, GT）的科學(xué)家設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種非侵入式傳感器芯片，其體積只相當(dāng)于瓢蟲大小，可以記錄人體活動(dòng)時(shí)心肺等器官發(fā)出的不同聲音。醫(yī)護(hù)人員通過分析這些聲音獲取患者的詳細(xì)信息。

該芯片是一種結(jié)合了加速度計(jì)的高科技電子聽診器，被稱為“加速度計(jì)接觸式麥克風(fēng)”。它能監(jiān)測(cè)人體體內(nèi)發(fā)出的振動(dòng)，同時(shí)過濾來自體外的干擾雜音，如空氣傳播的聲音。
佐治亞理工學(xué)院電子和計(jì)算機(jī)工程教授Farrokh Ayazi表示：“這款傳感器芯片不會(huì)對(duì)人體皮膚或衣服的摩擦聲音產(chǎn)生反應(yīng)，但對(duì)人體體內(nèi)發(fā)出的聲音非常敏感，因此，它能夠穿過衣服收集到有用的振動(dòng)。”

硬幣上的黑色方形傳感器可以記錄非常細(xì)微的聲音，也可以監(jiān)測(cè)心肺等器官的參數(shù)信息

該芯片的傳感功能來自兩層硅薄膜，其間隙僅為270納米，每層承載的電壓都極小。人體活動(dòng)和聲音產(chǎn)生的振動(dòng)通過芯片發(fā)送壓力波，使電壓產(chǎn)生可轉(zhuǎn)換為電子讀出的微小變化。芯片被密封在一個(gè)真空腔內(nèi)，以防止氣流干擾輸入的振動(dòng)。Ayazi教授表示，這將噪音降低至一個(gè)超低水平，并使傳感器具有非常寬的帶寬。

盡管該芯片的工作原理很簡(jiǎn)單，研究團(tuán)隊(duì)還是花了十年的時(shí)間才使其正常工作并可制造。最大的挑戰(zhàn)是如何縮小硅薄膜層的間隙。如Ayazi教授描述的那樣，如果將這款2 mm x 2 mm的芯片放大到約90 m x 90 m，其間隙大約僅有2.5 cm那么厚。

研究人員使用了Ayazi實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一種名為Harps+平臺(tái)（高縱橫比的多晶硅和單晶硅）的制造工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)，獲得巴掌大的晶圓再切割成所需要的尺寸。Harps+是首個(gè)被報(bào)道的高產(chǎn)能制造工藝平臺(tái)，可在兩層硅之間提供一致的薄間隙，已被用于制造多種微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）器件。

該MEMS傳感器芯片可以很好地感測(cè)振動(dòng)情況，在它旁邊是被稱為信號(hào)調(diào)理電路的ASIC芯片

該傳感器由電池供電，ASIC芯片將MEMS傳感器芯片的信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖形輸出。

在人體測(cè)試中，該芯片清晰地記錄了來自心臟和肺部機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的各種信號(hào)，當(dāng)前的醫(yī)療技術(shù)還無法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到這些信號(hào)。

Ayazi教授說道：“目前，醫(yī)生通過心電圖獲取心臟信息，但他們只測(cè)量電脈沖。心臟是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，有肌肉的抽動(dòng)和瓣膜的開閉，所有運(yùn)轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生心電圖儀器無法監(jiān)測(cè)到的聲音。心電圖儀器也無法監(jiān)測(cè)肺功能。”

該芯片的監(jiān)測(cè)帶寬非常寬，可以檢測(cè)從輕拂運(yùn)動(dòng)到聽不見的高頻聲音。因此，這款傳感器芯片可同時(shí)記錄心跳的詳細(xì)情況，包括心臟通過身體發(fā)出的波動(dòng)、呼吸速率和肺部聲音。它甚至可以跟蹤佩戴者的身體活動(dòng)，如行走。

圖片右側(cè)展示的納米級(jí)間隙讓這個(gè)微型傳感器可收集圖片左側(cè)展示的各類聲音源和運(yùn)動(dòng)源發(fā)出的高分辨率信號(hào)

信號(hào)被同步記錄，可以讓醫(yī)護(hù)人員詳細(xì)了解患者的心肺健康狀況。例如，研究人員成功地監(jiān)測(cè)到了一個(gè)“奔馬律”（Gallop），這是在常規(guī)的心跳“撲通”聲之后發(fā)出的微弱第三聲。“奔馬律”是表示心力衰竭的重要信號(hào)且難以被察覺。

多年來，醫(yī)學(xué)研究一直在嘗試?yán)萌梭w的機(jī)械信號(hào)，但事實(shí)證明，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的聲音在不同器官中是不一致的，而其它聲音，如對(duì)“奔馬律”的識(shí)別則依賴于多年的醫(yī)學(xué)臨床經(jīng)驗(yàn)。該芯片創(chuàng)造了高分辨率、數(shù)字化的數(shù)據(jù)，未來的研究將結(jié)合病理學(xué)以識(shí)別這些數(shù)據(jù)。

研究人員設(shè)想在胸帶上安裝三個(gè)或多個(gè)傳感器，以對(duì)信號(hào)進(jìn)行三角測(cè)量，從而精準(zhǔn)地確定信號(hào)來自身體的什么器官。隨著進(jìn)一步的研究，該傳感器還將可能通過紊亂的血流識(shí)別心臟瓣膜問題，或者通過微弱的聲音識(shí)別肺部的癌前病變。

來源：MEMS