Инновационная разработка прокладывает путь к новому поколению вживляемых и проглатываемых датчиков контроля здоровья
Imec, ведущий мировой исследовательский и инновационный центр в области наноэлектроники и цифровых технологий, представил первый в мире сверхминиатюрный (несколько миллиметров) беспроводной приемопередатчик для вживляемых и проглатываемых интеллектуальных датчиков-таблеток. Это первый прорыв Imec в стремлении создать автономные сенсоры для приема внутрь, которые, например, смогут собирать данные о состоянии кишечника и передавать эти данные в реальном времени за пределы организма.
Пищеварительные процессы и желудочно-кишечные заболевания трудно диагностировать. Современные процедуры и анализы неудобны и обеспечивают только однократное наблюдение. Проглатываемые датчики контроля здоровья могут собирать информацию в течение более длительного периода и передавать данные за пределы тела. Более того, фиксация таких сенсоров в желудочно-кишечном тракте позволит проводить длительные исследования в местах, представляющих интерес. И все это с повышенным комфортом для пациента, поскольку ему не придется находиться в медицинском учреждении, пока данные собираются и отправляются врачу в режиме реального времени.
До 30 раз меньше в объеме, чем существующие решения
Одной из основных проблем в реализации электронных таблеток является разработка беспроводной линии связи, которая должна соответствовать ограничениям по объему, мощности и другим характеристикам для надежной передачи данных в течении периода времени, когда датчик собирает данные внутри тела. Новый беспроводной приемопередатчик Imec подерживает медицинские частотные диапазоны 400 МГц, такие как MICS (Medical Implant Communication Service), MEDS (Medical Data Service) или MedRadio (Medical Device Radiocommunications Service). Беспроводной передатчик выполнен по 40 нм КМОП технологии с интегрированной в кристалл настраиваемой схемой согласования, которая реализует миниатюрную антенну диапазона 400 МГц. Таким образом исключаются внешние громоздкие согласующие элементы. Модуль приемопередатчика, включая антенну, занимает объем менее 55 мм3, что в 30 раз меньше, чем у современных подобных устройств. Весь беспроводной модуль занимает площадь 3.5 × 15 мм2, включая печатную плату площадью 3.5 × 3.8 мм2 и миниатюрную антенну диапазона 400 МГц. Такая миниатюризация достигнута благодаря новой архитектуре приемопередатчика, для которого не требуется внешний кварцевый резонатор, и микросхеме приемопередатчика со встроенной схемой согласования, занимающей площадь 2 мм2. Дополнительно занимаемая площадь уменьшена за счет оптимизации передатчика и применения совместной цепи согласования для передатчика и приемника с одной встроенной индуктивностью.
Надежная передача данных за пределы тела
Внутри тела датчик окружен несколькими слоями тканей организма. Следовательно, беспроводная система, работающая в медицинских диапазонах 400 МГц, предпочтительнее из-за более слабого тканевого затухания по сравнению с более высокими частотами, обеспечивается надежный и свободный канал для имплантатов. Кроме того, настраиваемая согласующая схема на кристалле, использующая функцию самокалибровки, расширяет диапазон согласования импеданса до коэффициента стоячей волны напряжения 4.8, тем самым охватывая широкий диапазон изменения импеданса внутри тела, эквивалентный наполненному и пустому желудку. Чтобы реализовать работы приемопередатчика без внешнего кварцевого резонатора, был реализован механизм восстановления несущей «на лету» с помощью беспроводной сети для больших частотных смещений до 320 ppm.
