First demonstrated in the 1950s, on

First demonstrated in the 1950s, one of most common implanted biomedical devices is the pacemaker (1). These devices are among the most highly energy constrained, requiring years of operation on a single battery charge to avoid repeated surgery. The average power consumption of a pacemaker is on the order of five to ten microwatts, and is enabled by the minimal processing requirements and low analog-to-digital converter (ADC) speeds (100–1000 samples per second) (1). Modern pacemakers, however, often include support for cardiac defibrillation, which requires large electric pulses that are both power and energy intensive, resulting in significant circuit design challenges.

Like pacemakers, both hearing aids and cochlear processors are relatively mature biomedical applications. Today, they make front-running strides in power-management (3, 4, 6). Their power consumption ranges down to hundreds of microwatts, and, in some cases, by leveraging high dynamic range ADCs (i.e., 75 dB), they dynamically adjust their power, performance, and ergonomics simultaneously. This agility allows them to easily adapt for individual patients, but, even more impressively, also for the varying acoustic environments each patient faces.

In contrast to pacemakers and hearing aids, neural recording systems and retinal stimulators are emerging applications. Researchers are focused on challenges in the interface and acquisition electronics as well as processing platforms. Nonetheless, many critical challenges are being dealt with by using smart arrays that leverage both material processing innovations and electronics innovations, leading to the integration of more than 100 acquisition channels in a neural recording system (7, 8) and 16 stimulus electrodes in a retinal stimulator (10). Implanted stimulators and recorders offer the potential to revolutionize the treatment of many medical conditions. For example, implanted deep-brain stimulators are used to treat patients with Parkinson's disease (12) and intramuscular stimulation is being investigated for treating paralyzed muscles and limbs (13).

Finally, as biomedical devices become more prevalent, there is increasing need for these devices to support the formation of body-area networks. Body-area networks allow for individual devices to collaborate and communicate with one another. For instance, a finger-mounted pulse oximeter worn by a patient in an operating room can wirelessly send its status to medical personnel to enhance patient monitoring. Electronic devices compatible with body-area networks have widely varying performance requirements depending on the specific application, but power requirements are typically on the order of hundreds of microwatts to milliwatts. Further, for robust communication, the devices must employ standards-compliant wireless communication links.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แสดงครั้งแรก ในปี 1950 อุปกรณ์แพทย์ฝังทั่วไปหนึ่งคือ pacemaker (1) อุปกรณ์เหล่านี้ได้แก่ส่วนใหญ่สูงพลังงานจำกัด ต้องปีการดำเนินงานในการชาร์จแบตเตอรีเพียงครั้งเดียวเพื่อหลีกเลี่ยงการผ่าตัดซ้ำ การใช้พลังงานเฉลี่ยของ pacemaker ที่สั่ง microwatts ห้าถึงสิบ และเปิดใช้ โดยความต้องการประมวลผลน้อยที่สุดและความเร็วต่ำแปลงอนาล็อกกับดิจิตอล (ADC) (ตัวอย่าง 100-1000 ต่อวินาที) (1) เครื่องกระตุ้นทันสมัย อย่างไรก็ตาม มักมีการสนับสนุนสำหรับ defibrillation หัวใจ ซึ่งต้องมีพัลส์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีทั้งอำนาจ และพลังงานเข้มข้นมาก เป็นผลในการออกแบบวงจรที่สำคัญท้าทายเช่นเครื่องกระตุ้น เครื่องช่วยฟังและประสาทหูตัวประมวลผลเป็นโปรแกรมชีวการแพทย์ที่ค่อนข้างเป็นผู้ใหญ่ วันนี้ พวกเขาทำ front-running ก้าวในการจัดการพลังงาน (3, 4, 6) ช่วงของปริมาณการใช้พลังงานลงไปหลายร้อย ของ microwatts และ ในบาง กรณี โดยใช้ประโยชน์จากช่วงไดนามิกสูง ADCs (เช่น 75 dB), พวกเขาแบบไดนามิกปรับของพลังงาน ประสิทธิภาพ และสรีระพร้อมกัน ความคล่องตัวนี้ช่วยให้การปรับสำหรับผู้ป่วยแต่ละ แต่ ยิ่งน่าประทับใจ นอกจากนี้สำหรับสภาพแวดล้อมที่เสียงแตก ผู้ป่วยแต่ละหน้าตรงข้ามกับเครื่องช่วยฟังและเครื่องกระตุ้น stimulators จอประสาทตาและระบบประสาทบันทึกจะเกิดงาน นักวิจัยต้องการเน้นในระบบอิเล็กทรอนิกส์และการอินเตอร์เฟซเป็นสถาปัตยกรรมการประมวลผล กระนั้น ท้าทายสำคัญมากคือการจัดการกับ โดยใช้อาร์เรย์ที่สมาร์ทที่ใช้ประโยชน์จากวัสดุทั้งสองประมวลผลนวัตกรรมและอิเล็กทรอนิกส์นวัตกรรม นำของซื้อมากกว่า 100 ช่องในระบบประสาทบันทึก (7, 8) และขั้วกระตุ้น 16 เครื่องกระตุ้นจอประสาทตา (10) Stimulators ฝังและบันทึกมีศักยภาพในการปฏิวัติการรักษาโรคหลายโรค เช่น stimulators ฝังลึกสมองใช้ในการรักษาผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน (12) และกระตุ้นเข้ากล้ามเนื้อจะถูกตรวจสอบสำหรับการรักษาอัมพาตกล้ามเนื้อและแขนขา (13)ในที่สุด เป็นอุปกรณ์แพทย์กลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้น เพิ่มจำเป็นสำหรับอุปกรณ์เหล่านี้เพื่อสนับสนุนการก่อตัวของเครือข่ายบริเวณร่างกาย เครือข่ายบริเวณร่างกายให้ทำงานร่วมกัน และสื่อสารกับคนอื่นแต่ละอุปกรณ์ได้ เช่น oximeter ชีพจรติดนิ้วที่สวมใส่ โดยผู้ป่วยในห้องปฏิบัติการสามารถแบบไร้สายส่งสถานะไปยังบุคลากรทางการแพทย์เพื่อการตรวจสอบผู้ป่วย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เข้ากันได้กับเครือข่ายพื้นที่ร่างกายมีสมรรถนะขึ้นอยู่กับโปรแกรมประยุกต์เฉพาะที่แตกต่างกันอย่างแพร่หลาย แต่พลังงานปกติจะสั่งของ microwatts เพื่อ milliwatts เพิ่มเติม สำหรับการสื่อสารที่แข็งแกร่ง อุปกรณ์ต้องมีค่าจ้างเชื่อมโยงสื่อสารไร้สายมาตรฐาน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในปี 1950 ซึ่งเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ด้านการแพทย์ที่พบบ่อยที่สุดคือการปลูกฝังเครื่องกระตุ้นหัวใจ (1) อุปกรณ์เหล่านี้อยู่ในหมู่ผู้ใช้พลังงานอย่างมากที่สุดข้อ จำกัด ที่กำหนดให้ปีของการดำเนินการชาร์จแบตเตอรี่เพียงครั้งเดียวที่จะหลีกเลี่ยงการผ่าตัดซ้ำแล้วซ้ำอีก การใช้พลังงานเฉลี่ยของเครื่องกระตุ้นหัวใจที่อยู่ในคำสั่งของ 5-10 ไมโครวัตต์และมีการใช้งานโดยต้องการการประมวลผลน้อยที่สุดและอนาล็อกเป็นดิจิตอลต่ำ Converter (ADC) ความเร็ว (100-1000 ตัวอย่างต่อวินาที) (1) เครื่องกระตุ้นหัวใจที่ทันสมัย ​​แต่มักจะรวมถึงการสนับสนุนการช็อกไฟฟ้าหัวใจที่ต้องใช้พัลส์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีทั้งอำนาจและการใช้พลังงานอย่างเข้มข้นทำให้เกิดความท้าทายในการออกแบบวงจรอย่างมีนัยสำคัญ. เช่นเดียวกับเครื่องกระตุ้นหัวใจทั้งเครื่องช่วยฟังและประมวลผลประสาทหูมีการใช้งานด้านชีวการแพทย์ที่ค่อนข้างเป็นผู้ใหญ่ วันนี้พวกเขาทำให้ความก้าวหน้าหน้าทำงานในการจัดการพลังงาน (3, 4, 6) การใช้พลังงานของพวกเขาในช่วงลงไปหลายร้อยไมโครวัตต์และในบางกรณีโดยใช้ประโยชน์จากสูง ADCs ช่วงแบบไดนามิก (เช่น 75 เดซิเบล) พวกเขาแบบไดนามิกปรับอำนาจของพวกเขา, การทำงาน, และการยศาสตร์พร้อมกัน ความคล่องตัวนี้จะช่วยให้พวกเขาสามารถปรับตัวเข้ากับผู้ป่วยแต่ละราย แต่มากยิ่งขึ้นอย่างน่าประทับใจนอกจากนี้สำหรับสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันอะคูสติกใบหน้าผู้ป่วยแต่ละราย. ในทางตรงกันข้ามกับเครื่องกระตุ้นหัวใจและเครื่องช่วยฟังระบบการบันทึกของระบบประสาทและกระตุ้นม่านตามีการใช้งานที่เกิดขึ้นใหม่ นักวิจัยกำลังมุ่งเน้นไปที่ความท้าทายในอินเตอร์เฟซและอิเล็กทรอนิกส์การเข้าซื้อกิจการเช่นเดียวกับแพลตฟอร์มการประมวลผล อย่างไรก็ตามความท้าทายที่สำคัญหลายอย่างจะถูกจัดการโดยใช้อาร์เรย์สมาร์ทที่ใช้ประโยชน์จากทั้งวัสดุนวัตกรรมการประมวลผลและนวัตกรรมอิเล็กทรอนิกส์ที่นำไปสู่การรวมกลุ่มของกว่า 100 ช่องที่ซื้อมาในระบบการบันทึกประสาท (7, 8) และ 16 ขั้วไฟฟ้ากระตุ้นในจอประสาทตา กระตุ้น (10) กระตุ้นปลูกฝังและเครื่องบันทึกมีศักยภาพที่จะปฏิวัติการรักษาของเงื่อนไขทางการแพทย์จำนวนมาก ยกตัวอย่างเช่นการปลูกฝังกระตุ้นลึกสมองใช้ในการรักษาผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน (12) และการกระตุ้นกล้ามเนื้อจะถูกตรวจสอบสำหรับการรักษากล้ามเนื้อเป็นอัมพาตและแขนขา (13). สุดท้ายเป็นอุปกรณ์ชีวการแพทย์กลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นมีความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับเหล่านี้ อุปกรณ์เพื่อสนับสนุนการก่อตัวของเครือข่ายพื้นที่ร่างกาย เครือข่ายร่างกายพื้นที่ให้สำหรับอุปกรณ์แต่ละที่จะทำงานร่วมกันและสื่อสารกับคนอื่น ยกตัวอย่างเช่นลายนิ้วมือที่ติด oximeter ชีพจรสวมใส่โดยผู้ป่วยในห้องปฏิบัติการแบบไร้สายสามารถส่งสถานะของบุคลากรทางการแพทย์เพื่อเพิ่มการตรวจสอบของผู้ป่วย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ากันได้กับเครือข่ายพื้นที่ของร่างกายได้อย่างกว้างขวางต้องการประสิทธิภาพการทำงานที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้เฉพาะ แต่ความต้องการใช้พลังงานโดยทั่วไปจะมีการสั่งซื้อของหลายร้อยไมโครเพื่อมิลลิวัตต์ นอกจากนี้สำหรับการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพอุปกรณ์จะต้องจ้างตามมาตรฐานการเชื่อมโยงการสื่อสารไร้สาย