使用惯性传感器来满足医疗/健康领域需求

运动对生命既是不可或缺的，也是必不可少的。我们这些移动的人似乎处于永动机中，对于那些不动的人来说，可能需要某种形式的机械辅助工具来协助提供运动。不难想象，能够测量这种运动的惯性传感器在提供关于我们自己的有用信息方面如何变得像今天的音频（麦克风）或光学（相机）传感器一样有价值。

当涉及到与MEMS相关的生活质量讨论时，定义不同的程度或阶段可能是有用的，从测量到增强，再到确保。与音频和光学传感一样，很容易识别惯性传感器可以测量、捕获或衡量个人输出/健康状况的应用。例如，计步器使用加速度计来检测步数并提供健身活动的测量值。同样显而易见的是，嵌入假肢中的运动探测器可以增强残疾人的活动能力，并且检测直立与俯卧位置的加速度计可用于挽救生命的患者监测。在本文中，我们将探讨运动传感器的技术挑战和复杂性范围，以及测量、增强和确保的生活质量机会。

传感器性能

虽然惯性MEMS传感器在汽车和消费市场中的成功在某些指标上带来了传感器性能的快速进步，但这些现有应用与仍在出现的医疗生活质量需求之间的性能要求仍然存在很大差异。为了检查不同应用的广泛需求，我们可以比较功耗、尺寸、可靠性、环境鲁棒性、性能和性能漂移方面的要求。功耗和尺寸可能是这些规格中唯一已经被消费类应用推向极端水平的规格。为汽车开发的传感器通常还需要高水平的可靠性和环境鲁棒性。

单传感器应用

生活质量测量应用，如活动监测器，可以从低功耗、小尺寸传感器中受益，但也需要高水平的环境鲁棒性，以便能够将实际所需的运动与其他随机影响区分开来。生活质量增强工具可以分为可穿戴设备（如假肢）和手术或诊断设备（如机器人手术工具或便携式超声设备）。无论哪种情况，由于主动控制水平与测量设备的被动监控水平的提高，性能和可靠性要求也随之提高。为了解决生活质量的保证问题，包括微型远程手术和其他生命攸关的监视器，不仅需要高性能，还需要非常低的时间漂移，以及对环境影响的最小敏感性。

表1建立了一些相对品质因数，以比较各种规格因素下各种类型的生活质量应用的复杂性。即使对于测量设备中相对较低的电平要求，极低的功耗和小尺寸以及抑制温度/冲击/振动影响的能力相结合，也将这些应用的需求与最简单的消费者驱动的传感器需求区分开来。

	对生活质量的影响1
传感器参数	测量	提高		确保
		身体磨损	手术或诊断
Power	H	H	M	H
大小	M	H	M	H
可靠性	L	M	H	H
环境稳健性	M	M	H	H
性能	L	H	H	H
性能漂移	L	H	M	H
1复杂程度，性能挑战：L = 低端;M = 中音;H = 高端，最具挑战性。

多种传感器应用

到目前为止，讨论集中在单个传感器的特性上，可能是测量线性运动（单轴加速度计）或角运动（单轴陀螺仪）。实际上，在现实生活中，运动仅限于（或可通过单个传感器类型或单个轴识别）的场景相对较少。为了捕获最精确的运动表示，或允许在不受限制的条件下（安装位置或运动范围）使用，通常需要智能地合并多个传感器，并将传感器准确地对准应用参考框架。因此，除了基本的传感器元件之外，机械和传感器/信号处理要求也有很大差异，并且随着我们从测量到增强再到确保，复杂性也在增加。

一个有趣的例子是在手术室中使用惯性传感器，使人工关节（膝盖或髋关节）更准确地对准患者独特的解剖结构。这种提高生活质量的应用旨在将关节对准提高到患者自然对准轴的误差小于一度，而不是今天使用纯机械对准方法通常为三度或更大的误差。这有可能提供侵入性更小、手术时间更短、术后舒适度更高、关节置换更持久。

审核编辑：郭婷