定於氣壓驅動之力矩量測及牽張夾具上,施以不同的牽張速度,分別為1Hz、
1.5 Hz 及2Hz,讓兔子踝關節於一定範圍(約四十度之範圍內)下來做弦波氏回擺 動,並同時擷取踝關節所產生的反應力矩值。所擷取的神經訊號(擷取頻率為 10K Hz)經後端植入式微感測器訊號放大後傳出至外部的接收器,經 RS232 再回傳至 個人電腦,作離線分析。
圖三 環形電極之相關位置
三、結果與討論
圖四 可植入式生醫感測系統完成圖
圖四為整體可植入式生醫感測系統完成圖,此生理訊號無線傳輸模組之系統 功能方塊的設計,可區分為外部單元及體內植入單元兩大部份。外部單元包含設
Peroneal N.
Tibial N.
Sciatic N.
Dorsiflexion Plantarflexion
計一穩定且高效率之射頻發射電路、外部發射接收線圈設計與設計資料接收解調 系統;體內植入單元包含電能、資料接收電路、生理訊號調變與調變訊號發射回 傳系統。在外部單元,設計穩定且高效率之射頻發射器,以電容分壓穩定回授的 方法設計此系統所需要的高效率放大器,並且將所有的電路以電子元件整合在印 刷電路板上,並進行量測與試驗,已實現可靠度高之傳送接收模組。設計外部發 射線圈採用單層同心圓里玆線圈(內徑/外徑:2/10 cm,Lt=17uH,Q=450),設 計接收線圈亦採用同心圓里玆線圈(內徑/外徑:27mm/30mm,Lr=7uH,Q=50)。
在體內植入單元,目前以 SMD 離散電子元件進行實現,已完成雛型架構而逐步 進行測試驗證每個單元,以期將來能以超大型積體電路實現此系統。目前我們已 經成功設計、實現與測試完成了雙向傳輸之可植入式感測器所有系統的功能。配 合適當的高效能功率放大器(Class-E power amplifier)及合適的負載調變指數,最 大傳輸速度可達 125 kbps。發射線圈與接收線圈之間的距離允許在 5 公分以內,
可使微感測器系統穩定的工作,並在發射線圈內允許植入式元件側向偏移。在微 感測器系統方面(圖五),利用離散電子元件實現在 20×40 mm2矩形雙面印刷電 路板上,整體系統功率消耗為 70mW。此系統目前使用於動物實驗,植入後擷取 生物體中屬於高頻之神經訊號,並可提供與不同的換能器搭配使用。
圖五 植入生物體部分微感測器實體圖
由動物實驗結果發現,隨著牽張速度的上升,兔子踝關節蹠屈肌群(Calf muscle)所造成的反應力矩隨之上升(圖六)﹔再者由神經上所擷取的訊號來看,
發現脛骨神經在踝關節被動往背屈方向牽動的時候,在接近背屈動作終點時,小 腿後側肌群(Calf muscles)被拉長,會有相對訊號產生(圖七)。
6 torquetorquetorque
- 4 0 - 2 0 0 2 0 4 0 torquetorquetorque
圖六 正常生物體上於不同牽張頻率下的反應力矩值(由上而下分別為 1 赫 化及長度變化的速度較為敏感。生物體小腿後側肌群( calf muscles)為主要抗地
心之肌肉群,而支配其主要神經為脛骨神經。在連續來回的弦波擺動之牽張下,
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