专利名称：：生物微机电系统传感器、设备及其方法
技术领域：
：本申请大体上涉及传感器及其使用，更具体地，涉及可植入的传感器(implantablesensor)0
背景技术：
：整形外科方面的肢体损伤对于美国及全世界的各个团体而言都是巨大的医疗和财政负担。在美国每年报道约8百万例骨折，这些骨折的约10%无法适当地医治。对于涉及对维管联结的严重障碍的损伤，异常骨愈合率接近50%。最常见的并发症是骨不连(bonynon-union)0由于直接的矫正费用及相关费用诸如由旷工引起的生产力损失，这些不连的费用是非常高的。经估算，如果在医治的早期可以避免或处理相关并发症，这些费用可以降低至少50%。不连的最常见的治疗方法是另外进行外科手术。由于在骨折位置处纤维组织的暂时积累过程，这些程序的临床结果与首次外科手术和第二次外科手术之间的时间负相关。因此，对于确定骨折处治疗及处理的非常重要的早期阶段中的骨愈合进展(异常或正常)有着迫切的临床需求。目前，已经提出了用于在早期愈合阶段非侵入性地治疗骨不连的策略，该策略采用骨质“生物”治疗剂、骨形态发生蛋白(BMP:bonemorphogeneticprotein)或加强BMP的骨诱导活性的其他生长因子的注射。然而，目前不具有诊断附属的生物治疗是否必要的能力。尽管骨愈合顺序受损的准确机制被很少地理解，但是当存在未进行稳定、直接的骨桥接(膜内骨化)愈合途径的骨折条件时，将导致许多这样的不连或假性关节(纤维连接)。目前，临床医生通常通过射线照片视觉监测愈合情况，并可能通过手动弯曲骨折处的骨头来检查连接的力学状态。不幸的是，当骨折位置的标准的射线照片信息由于相对少量的矿化组织而不能辨别愈合途径时，异常骨折愈合的状况很难在早期发现。在愈合的早期阶段，对骨折愈合的手动评估也不能充分地用作诊断工具。因此，存在对新技术的需求，该新技术能够提供手术后最初6周内关于愈合过程的诊断信息，这将对成问题的骨折的临床整形外科实践和治疗带来重大的影响。本发明将致力于这一需求。在附图的各幅图中以示例的方式示出本发明的实施例，但本发明的实施例不局限于附图中的各幅图，在附图中图1示出了用于监测植入在对象中的硬件装置变化的方法实施例的特征。6图2示出了用于监测植入在对象中的硬件装置变化的方法实施例的特征。图3示出了可连接到用于植入在生物对象中的硬件装置的无线传感器的实施例的特征。图4示出了用于谐振器的在电介质上的线圈的实施例。图5示出了用于谐振器的螺旋线圈的实施例。图6示出了分环谐振器结构的实施例。图7示出了具有分环谐振器阵列的芯片的实施例。图8示出了嵌套分环谐振器结构的实施例。图9示出了圆形的螺旋线圈谐振器的实施例。图10示出了谐振器被悬挂的结构的实施例。图11示出了单个悬挂谐振器装置的扫描电子显微镜视图。图12示出了具有三个一组构造的结构的实施例。图13示出了具有三个一组构造并包括圆形螺旋线圈的结构的实施例。图14示出了具有三个一组构造并包括悬挂线圈谐振器的结构的实施例。图15-17示出了芯片上的各种谐振器阵列。图18示出了可植入到生物对象中的装置的实施例。图19示出了用于确定硬件应变的变化的监测系统的实施例。图20示出了感应驱动传感器的实施例。图21示出了图20的传感器的侧视图，包括物理模型的集总元件表示。图22示出了图20的传感器的谐振器的等效电路。图23-27示出了可以用于制造传感器装置的制造工艺流程的示例性实施例。图观-31示出了用于制造带基柔性传感器(tape-basedflexiblesensor)的实施例。图32示出了柔性带基板上的最终制造结构。图33-41示出了用于以悬挂结构形成传感器的方法的实施例。图42示出了悬挂谐振器的模拟结果。图43就导致的位移场而言示出了在施加弯曲负载时形变传感器装置的模型预测的示例。图44示出了以控制的方式施加张力负载的示例。图45-48示出了在不具有任何变形(没有负载)的情形下和在不同施加负载的情形下两个传感器的传感器响应之间的差异。图49示出了作为负载的函数的谐振频率。图50-51示出了为尺寸小于200平方微米的芯片实验测量的S21参数(单位为分贝)与数值模拟参数。图52-55示出了比较矩形和圆形几何结构的实验结果。图56-60示出了不同的分环谐振器。图61-63示出了非嵌套分环谐振器的不同组的相对传输谱(以dB为单位)。图64-66示出了嵌套分环谐振器的不同组的相对传输谱(以dB为单位)。图67-68示出了与植入的MEMS传感器相邻的H&E染色组织的2倍和4倍图像。图69示出了硅基传感器的性能。图70-71示出了对应于图69的硅基传感器的非线性误差。图72-76示出了带基柔性传感器的性能。图77示出了系统实施例的各种特征的框图。具体实施例方式下面的详细描述参考附图，附图以图解的方式示出本发明的各种实施例。这些实施例将被描述得足够详细，以使得本领域的技术人员能够实施这些以及其他实施例。可以采用其他实施例，并且对这些实施例可以进行结构方面、逻辑方面或电方面的改变。各种实施例并不必定互相排斥，因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例组合以形成新的实施例。因此，下面的详细描述不能被当作限制。在各种实施例中，无线传感器被构造为测量植入生物对象中的硬件装置的应变，生物对象可以包括人和动物。硬件应变的瞬时测量可以采用包括监测传感器的谐振频率变化的测量手段来进行。传感器可以实现为感应驱动(inductivelypowered)装置以作为全芯片上型(all-on-chip)的谐振器，其中传感器的各部件是生物相容的。这样的传感器可以与各种电子装置、设备和系统一起操作。在临床实践中通过动物模型已经表明，愈合与早期的骨折稳定性程度和植入负载非常相关。采用有线应变计量器的动物研究已经表明，随着骨折愈合的进行，愈合的骨痂和骨头承担增加的负载份额，从而减小了植入硬件的负担。如果愈合过程异常，负载负担的这种逐渐转移将被改变或者不存在，即愈合组织不承担其正常的负载份额，因为其不具有这样做的结构上或材料上的能力。在各种实施例中，具有生物相容可植入传感器的遥测系统平衡植入应变与骨折愈合之间的作为愈合途径的函数的关系。目前，许多企图利用骨头-植入体负载共享现象的技术考虑了非常大的尺寸或者涉及相关电源的植入。前面的研究已经成功地确定了臀部、脊椎和肩部的力。然而，由于传感器和相关硬件(信号调节、调制等)的相对较大的尺寸，先前的遥测系统的大多数被植入在关节置换部件内或者大的内部固定器内。结果是，这些装置产生了对骨头-植入体负载的理解有用的数据，但是这些装置不适合大规模地用作诊断和/或预后工具。此外，由于设计和相关的相互连接的复杂性，这些系统的制造典型地在定制的基础上进行。导致的费用使得它们难以大规模制造。在各种实施例中，射频(RF)应变传感器设计包括采用微机电系统(MEMQ技术的部件来植入生物对象中。传感器可以安装在植入生物对象中的可植入硬件上。传感器可以构造为感应驱动的装置，而不具有可植入的电源。传感器可以设置在植入硬件上，以使得传感器监测植入硬件上的表面弯曲应变。传感器可以设置为无线传感器，以使得不用采用内部到外部的物理连接来感测和传输活的有机体内(invivo)的生物数据。此外，该装置的微型化允许其用于除此之外不可能的应用中。该生物MEMS传感器可以设置为采用感应动力而并没有并入电源、被动地提供动力的装置，并具有使生物MEMS传感器缓解与目前传统的装置及相关方法相关的许多问题的物理尺寸。此外，该生物MEMS传感器的结构允许以生产规模进行制造，从而比目前传统装置的制造具有明显更好的成本效率。在各种实施例中，传感器实质上用作接合到硬件装置表面的无线应变计量器，该硬件装置也就是可植入对象中的整形外科或神经外科装置，例如骨折固定板、脊椎后肉茎螺钉固定系统、脊椎介体固定装置、椎体置换装置、骨髓内柱/钉、同种异体移植断裂固定物或脊柱隔板、脊椎运动保护系统(例如，椎间盘置换或动力稳定系统)、以及颅面固定物和牵引成骨硬件系统。该构造和操作与用在对象血管系统中的一些其他无线传感器形成对比。生物MEMS传感器的设计使得生物MEMS的集成电路的应变导致其谐振频率的偏移。通过检测该频率偏移并进行预先确定的应变-频率校准，可以纵观地监测硬件应变的瞬时变化。传感系统的各部件可以包括电感器或施加电磁场的其他装置、可植入传感器、接收天线。可植入传感器也可以称作传感系统的“谐振器”。接收天线可以实现为接收天线/频谱分析装置。电感器产生感应传感器中的电流的交变的外部磁场。传感器具有相关的谐振频率，该谐振频率与传感器形成的电路的当前构造唯一相关。当传感器变形时，传感器的谐振频率变化。响应于施加的电磁场而在传感器处产生的信号可以在波谱分析仪的接合天线处从传感器接收，并且可以用于确定由传感器形成的电路的谐振频率。图1示出了用于监测植入在对象中的硬件的变化的方法实施例的特征。在110，确定配置在硬件上的传感器的谐振频率的偏移。传感器可以设置为生物相容的、感应驱动装置。传感器的谐振频率可以通过使传感器经受交变的磁场或电磁场来激发。在步骤120，基于确定的偏移，确定硬件应变的瞬时变化。瞬时变化可以通过分析来自传感器的信号来确定，其中信号响应于传感器经受交变的磁场或电磁场从传感器产生。在各种实施例中，对于确定硬件应变的瞬时变化，采用谐振频率的偏移而不采用谐振频率的绝对值。基于硬件应变的瞬时变化，可以确定对象中的变化。图2示出了用于监测植入在对象例如生物对象中的硬件的变化的方法实施例的特征。在210，确定传感器的谐振频率，其中传感器配置在植入在对象中的硬件上。传感器可以通过电磁场而感应驱动，从而对于动力，传感器可以用作无接触装置而不具有并入的电源。传感器可以连接到可植入在对象中的硬件装置的表面。在220，基于来自传感器的无线信号确定传感器的谐振频率的偏移，其中无线信号由传感器响应于在不同时间施加的电磁场而产生。这些电磁场用作传感器读出的探针(probe)，而传感器被构造为确定植入硬件装置上的应变的方式。在各种实施例中，谐振频率的偏移可以由来自传感器的信号确定，而不用考虑用于为传感器提供动力的激励信号。在230，基于谐振频率的偏移，确定硬件应变的瞬时变化。硬件装置的应变的瞬时变化可以通过执行硬件的应变-频率校准来确定。硬件应变的瞬时变化可以通过监测硬件装置的表面应变来确定。生物对象的变化可以基于硬件装置的应变的瞬时变化来确定。对于植入在人体中的骨折固定板，可以监测这些变化以用于在人体中骨折的骨头愈合的诊断和预后。对于脊椎固定装置，这些变化可以用于确定融合进行的过程。图3示出了可连接到用于植入在生物对象中的硬件303的无线传感器305的实施例的特征。传感器305包括基板307；电介质材料320，配置在基板307上；以及导电线圈310，配置在电介质材料320上从而电介质材料320和导电线圈310设置成谐振器。基板307也可以设置成谐振器的一部分。基板307、电介质材料320和导电线圈310构造为可连接到用于植入在生物对象中的硬件303的生物相容的、感应驱动装置。嵌入软组织中的传感器305的响应可以相对于施加的力在力的宽范围内为线性的。电介质材料320可以是包括生物相容的电绝缘材料的固体材料。电介质材料320可以包括但不局限于氮化硅。导电线圈310包括生物相容的导电材料。导电线圈310可以包括但不局限于金。导电线圈310可以设置成电感器和形成谐振器的电容器的部件，其中电介质材料320形成电容器的部件。基板307可以用作电容器的有效板，导电线圈310形成另一个板，电介质320在导电线圈310和基板307之间并与导电线圈310和基板307接触。备选地，一种或多种导电材料可以用作电容器的部件。例如，导电层可以配置在基板307和电介质材料320之间。导电层可以配置在线圈310和电介质320之间。在各种实施例中，传感器的谐振器功能由提供电感的线圈例如图3中的导电线圈310以及由电介质材料320提供的芯片上电容来进行。该构造使得可以通过电介质膜而不是使用外部电容器来实现传感器的调谐，使用外部电容器会不利地增加有效的装置面积并减小谐振器的“Q因子”，“Q因子”是电路或装置的存储能量与损失能量的比率。对于传感器305，导电线圈和电介质材料的结构设置以及材料选择可以用于朝着最大的品质因子和最小的电路间距进行设计。基于Q因子的考虑，示例性实施例包括导电线圈的螺旋几何结构，从而成为全芯片上型(all-on-chip)的谐振器。例如，具有螺旋几何结构的芯片可以形成为具有约500平方微米的芯片尺寸和在约7GHz的谐振频率操作时的约50的Q因子。约50的Q因子可以配置为高Q因子，这可以增强传感器305作为连接到硬件的无线传感器以实质上用作应变计量器的操作。基于用于线圈的螺旋线圈电感器的结构可以用于实现芯片上线圈的面积减小并同时增加Q因子。在各种实施例中，可以实现芯片上谐振器而无需芯片上的腔。在这样的传感器中，采用自调谐的、基于螺旋线圈的构造而不需要芯片上的谐振腔，并在更高的操作频率下采用改进的设计参数。例如，采用在硅上的芯片上谐振器，对于小于200平方微米的芯片尺寸Q因子可以增加到大于90。因此，与采用外部调谐电容器和/或芯片中的腔的传统谐振器相比，可以实现显著的小尺寸且高Q因子的谐振器。Q因子的更多的增加可以通过采用悬挂结构来实现，悬挂结构通过移除(蚀刻)传感器下方的硅而获得。当对两个传感器进行比较时，其中所有的谐振器特征都具有相同的尺寸，但是一个谐振器的基板被蚀刻(悬挂结构)而另一个谐振器的基板没有被蚀刻(平面结构)，则悬挂装置表现出与平面装置相比Q因子10%的增加。应变传感器可以构造为产生足够大的谐振频率偏移，从而可以由传感器检测到应变上的小变化。这样的谐振频率偏移可以以各向同性的圆形应变传感谐振器来实现，与矩形设计相比，该各向同性的圆形应变传感谐振器可以以更小的间距实现更高的Q因子。圆形结构使得能够实现明显更高的谐振频率偏移例如与330MHz形成对比的500MHz，并且由于各向同性的几何结构而能够实现更高的灵敏度。该结构可以导致用作生物植入应变传感器的这些谐振器的性能上的实质性改进。在各种实施例中，无线的、感应驱动应力传感器可以采用提供有效的超材料(metamaterial)特性的结构来实现。超材料通过具有比与其相互作用的电磁辐射的波长小的结构特征来影响电磁波。通过采用分环谐振器(SRR:splitringresonator)结构作为用于传感器的超材料，传感器可以获得高Q因子、谐振的高传输凹陷(transmissiondip)、高谐振频率偏移、高灵敏度以及非常好的线性，这些都是用于精确的无线传感器的合适的特性。此外，传感器可以以更尖锐的凹陷实现明显更低的谐振频率(50MHz至IGHz)，这对于涉及与生物对象相关的软组织衰减问题的传感应用是有用的。发现遥感探测获得的来自无线传感器的应变读出可以比得上采用电接触应用中使用的市场上可买到的有线应变传感器而获得的应变读出。可以采用各种结构用于无线传感器装置的导电线圈。在示例性实施例中，多个分环谐振器被结合到紧凑的嵌套结构中以降低传感器的操作频率。该嵌套的SRR传感器在灵敏度上优于非嵌套的SRR传感器。该灵敏度的提高可能是由于与非嵌套的SRR相比在嵌套SRR中产生了更多的间隙。在各种实施例中，传感器的基板可以是柔性基板。柔性基板的示例是真空带(vacuumtape)。与采用硅基板相比，采用柔性基板可以使无线传感器更灵敏且线性更好。与相同几何结构的硅基传感器相比，带基(tape-based)柔性超材料传感器可以显示出明显改进的灵敏度水平以及实质性降低的非线性误差。用于感应耦合传感器的线圈可以根据各种实施例来构造。图4示出了电介质材料420上的线圈410的实施例。如果传感器用于植入在人体或动物体中，线圈410和电介质材料420可以由生物相容材料制成。这样的生物相容材料包括但不局限于金和氮化硅。在实验中，具有图4的线圈结构的生物MEMS传感器采用硬环氧树脂接合到可植入的板，以实时监测可植入的板上的应变。被固定的装置用作应变传感器以测量可植入的板上的应变。在压缩机构中，传感器在该机构施加的100-300kgf的负载范围内以IMkgf的最小值和的最大值被表征。当外部负载从IMkgf增加到276kgf，谐振被观察到偏移到了更大的频率。在该表征中，铸型聚酰胺(castpolyamide)用作可植入的板，具有3.14GPa的杨氏模量。对于采用图4的线圈的生物MEMS传感器，可以获得0.306MHz/kgf的灵敏度水平。图5示出了螺旋线圈510的实施例。螺旋线圈510可以设置为矩形的螺旋线圈，其是具有至少两匝的连续线圈。作为芯片上谐振器，正方形可以具有195X195微米的外部尺寸。这样的在硅上的芯片上谐振器可以在约15GHz操作并具有93.81的Q因子。可以采用其他尺寸。例如，尺寸为540X540微米的正方形可以具有6.97GHz的谐振频率以及148MHz的3-dB带宽(Af)和47.10的Q因子。尺寸为520X520微米的正方形可以具有7.12GHz的谐振频率(f0)以及178MHz的3-dB带宽(Δf)和38.48的Q因子。图6示出了分环谐振器结构610的实施例。分环谐振器结构610包括正方形内的正方形。在一侧，在外部正方形中存在间隙；在相反的一侧，在内部正方形中存在间隙。图7示出了具有分环谐振器712-1...712-N的阵列710的芯片的实施例。每个分环谐振器712-1...712-N可以包括正方形内的正方形。每个分环谐振器712-1...712-N可以具有外部正方形和内部正方形，外部正方形的每个边的长度是2.22mm，内部正方形的每个边的长度是1.5mm。阵列710可以包括这些正方形的5X5阵列，如图7所示。5X5阵列的SRR结构可以产生109kHz/kgf(5.148kHz/微应变)的灵敏度并具有小于200微应变的小的非线性误差。阵列710可以实现为NXN，其中N为除5之外的整数。图8示出了嵌套SRR结构810的实施例。嵌套SRR结构810包括多个分环谐振器。在该实施例中，每个SRR可以具有相同的宽度并共享公共的底边，但是每个SRR的高度可以不同。此外，每个SRR的与底边相反的边可以具有间隙。嵌套SRR结构810从一个谐振器到下一个谐振器在高度上可以具有0.8mm的差异，其中基础矩形可以高1.8mm。嵌套SRR结构810可以实现为具有其他尺寸。在图8中，嵌套SRR结构810可以具有20匝。嵌套SRR结构810可以具有匝数不为20匝的结构。图9示出了圆形的螺旋线圈谐振器910的实施例。圆形的螺旋线圈谐振器910可以是连续的线圈，其可以形成为具有至少两个螺旋匝。圆形的螺旋线圈谐振器910可以构造为具有除两匝之外的匝数。圆形的螺旋线圈谐振器910可以具有340微米的外径。圆形的螺旋线圈谐振器910可以具有长度不为340微米的外径。图10示出了谐振器1010被悬挂的结构的实施例。悬挂结构有助于增加谐振器1010的谐振频率偏移。当固态生物相容基板例如硅用于制造芯片时，基板可以被蚀刻以获得悬挂结构。单个悬挂装置可以通过蚀刻单个平面装置的基板来获得。当施加负载到单个平面装置和单个悬挂装置两者时，单个悬挂装置比单个平面装置可以产生更高的谐振频率偏移和Q因子。图11示出了单个悬挂装置的扫描电子显微镜(SEM)视图。表1示出了以图10所示的悬挂(蚀刻)结构制造的传感器和以图5所示的平面(非蚀刻)结构制造的传感器的初始数据，其中为两种传感器采用了相同的线圈几何结构。该初始数据表明，在1960NJ940N和3920N的负载下，采用悬挂结构的谐振频率偏移与未蚀刻(平面)传感器相比分别增加了59%、71%和45%。此外，通过采用悬挂结构，信号品质因子增加约9%。表1负载(N)196029403920Q因子平面290MHz380MHz430MHz93.81悬挂460MHz650MHz780MHz102.06图12示出了具有三个一组的构造的传感器结构的实施例。三个一组的构造可以设置为具有三个矩形线圈，如并排设置的三个传感器。在外侧的传感器可以用作中间的传感器1210的发送天线1214和接收天线1216。在三个一组的构造中的各线圈可以与这里讨论的任何线圈相似或相同地构造。图13示出了具有三个一组的构造的另一结构实施例。该结构包括三个圆形螺旋线圈1310、1314和1316。圆形螺旋线圈1314和1316可以用作中间的传感器1310的发送器和接收器。备选地，每个圆形螺旋线圈1310、1314和1316用作传感谐振器。图14示出了具有三个一组的构造的另一结构实施例。该结构包括三个悬挂的矩形线圈1410、1414和1416。螺旋线圈1414和1416可以用作中间的传感器1410的发送器和接收器。备选地，每个螺旋线圈1410、1414和1416用作传感谐振器。图15-17示出了芯片上的各种谐振器阵列。图15示出了间隔相对较远的四个圆形的螺旋线圈谐振器。图16示出了具有许多圆形螺旋线圈谐振器的阵列。随着阵列结构中的谐振器的数量增加，对于固定尺寸的基板而言谐振器间的间隔减小。图17示出了具有许多圆形螺旋线圈谐振器和一个矩形线圈谐振器的阵列。图17所示的混合谐振器阵列并不局限于一个矩形线圈谐振器与多个圆形螺旋线圈谐振器。传感器可以包括多个不同类型的谐振器，其中每种类型的数量可以改变。图18示出了可植入到生物对象中的设备1800的实施例。设备1800包括整形外科硬件装置1803和传感器装置1805。传感器装置1805包括基板1807；电介质材料1820，配置在基板1807上；以及导电线圈1810，配置在电介质材料1820上。基板1807可以配置在硬件装置1803上。电介质材料1820和导电线圈1810构造为谐振器。基板1807也可以设置为与电介质材料1820和导电线圈1810—起作为谐振器。固态的生物相容电介质材料可以用于电介质材料1820。基板1807、电介质材料1820和导电线圈1810构造或构建成生物相容的感应驱动传感器1805。硬件装置1803和传感器装置1805被植入在生物对象例如人体或动物体中，以监测对象的状态。当硬件装置被用于对象中的骨折愈合时，硬件装置的由传感器装置1805检测的应变变化可以用于确定在对象的骨折愈合过程中的变化。传感器装置1805可以采用例如环氧树脂1804接合到硬件装置。用于电介质材料1820的固态生物相容材料可以包括但不局限于氮化硅。用于导电线圈1810的固态生物相容材料可以包括但不局限于金。除了生物相容特性，可以基于电容和电感特性来选择用于传感器装置1805的材料。传感器装置1805可以与这里描述的传感器的各种实施例相似或相同。对于以带基柔性传感器的形式构造的传感器装置1805，外部的环氧树脂1804可以不使用，因为带本身可以具有环氧树脂或其他接合材料或其他接合方式。图19示出了用于确定硬件应变变化的监测系统1900的实施例。监测系统1900包括用于产生电磁场的源1915；接收器1925；频谱分析仪1935；以及分析仪1945。源1915可以产生电磁场以驱动传感器1905，其中传感器1905接合到植入在生物对象1901中的硬件1903或与硬件1903—体化。由电磁场驱动的传感器1905是生物相容、感应驱动装置以用作监测系统1900的应变计量器。传感器1905可以类似于这里描述的传感器的各种实施例中的传感器。接收器1925用于接收来自传感器1905的信号，该信号响应于传感器1905在不同时间被电磁场激发而产生。频谱分析仪1935用于从接收到的信号确定传感器1905的谐振频率。分析仪1945用于基于传感器1905的谐振频率随时间的偏移来确定硬件应变的瞬时变化。硬件应变的变化的确定可以基于硬件的应变-频率校准来进行。来自植入之前进行的应变-频率校准的数据可以存储在分析仪1945可访问的存储器中。基于硬件应变的瞬时变化，分析仪1945用于确定生物对象的变化。监测系统1900可以包括存储指令的机器可读介质，当监测系统的处理器执行该指令时该指令可以使监测系统进行各种操作。这些操作包括但不局限于控制传感器1905的激发；命令确定传感器1905的谐振频率；控制基于来自传感器1905的无线信号确定传感器1905的谐振频率偏移，其中无线信号由传感器1905响应于在不同时间施加的电磁探针信号/电磁场而产生；以及控制基于谐振频率偏移确定硬件应变的瞬时变化。机器可读介质可以包括指令以产生表示生物对象的骨折愈合情况的数据，其中该数据是基于植入在与骨折相关的生物对象中的硬件的应变变化。机器可读介质可以是存储包括指令的数据的任何形式。例如，机器可读介质可以是计算机可读介质。机器可读介质可以与监测系统1900分开。机器可读介质可以是可用在不同系统中的独立装置。为了设计合适的感应驱动传感器电路，可以采用用于电感器的线圈几何结构并且应用传输线理论以模拟作为谐振器的该结构。对于将这些谐振器用作可植入人体中的应变计量器而言，设计的方向为采用生物相容材料获得高品质的RF信号并相对于各种设计折衷获得尽可能最大的每单位应变的谐振频率偏移。在设计这样的谐振器时，要考虑大量的13参数。这些因素包括基板的影响、电介质的厚度、电介质材料、金属的选择、金属层的厚度、线宽和间距、电路匝数以及总的芯片面积。该方法利用传感器的膜电容作为LC(电感-电容)储能电路的电容。在各种实施例中，所观察到的传感器谐振频率变化的主要驱动因素是电容变化，与以电感变化为目标的情形相反。由于传感器具有杨氏模量(刚性)相对较高的基板和金属层，所以谐振频率偏移主要归因于电容器面积的变化，并由此归因于整体电容的变化。图20示出了感应驱动传感器2005的实施例。图21示出了图20的传感器2005的侧视图，包括物理模型的集总元件表示。图22示出了传感器2005的谐振器的等效电路。为了模拟该装置，将考虑下面的设计参数线圈外部尺寸的长度(L。)和宽度(W。)、总的线圈长度(1)、总的线圈宽度(W)、线间距(S)、匝数(N)、线圈厚度(t)以及在基板和金金属层之间的电介质薄膜的厚度(tfilm)。几何结构的设计参数L。、W。、N、w*s设定线圈的内径。这些装置参数用于计算图22中示出的集总元件模型的参数。这里，Ls和&分别对应于线圈电感和电阻。Cfilm表示基板和线圈之间的电容。Csi和Iisi分别是基板电容和电阻。Cs表示线圈段间的电容。线圈电阻(Rs)是透入深度δ(其为入射电磁波可以穿透的深度)的函数，其中艮和S以下面的方程给出权利要求1.一种采用安装到可植入在对象中的硬件装置的传感器装置来监测所述硬件装置的变化的方法，该方法包括步骤从所述传感器装置接收信号；基于接收的信号来确定一段时间内所述传感器装置的谐振频率偏移；以及基于所述一段时间内所述传感器装置的确定的谐振频率偏移来确定所述硬件装置的应变的瞬时变化。2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤使所述传感器装置经受交变的磁场或电磁场，以从所述传感器装置产生信号。3.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤基于所述硬件装置的应变的瞬时变化确定所述对象中的变化。4.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤以交变的磁场或电磁场感应驱动所述传感器装置；从所述传感器装置无线发送所述信号；以及基于从所述传感器装置无线接收的所述信号来确定所述一段时间内所述传感器装置的谐振频率偏移，其中所述硬件装置被植入在生物对象中。5.根据权利要求4所述的方法，其中通过将接收的所述信号输入到频谱分析仪来确定所述传感器装置的谐振频率；其中所述传感器装置被构造为在没有负载时具有范围为50MHz到7GHz的谐振频率。6.根据权利要求4所述的方法，还包括步骤基于所述硬件装置的应变的瞬时变化来确定所述生物对象中的变化。7.根据权利要求4所述的方法，其中采用所述硬件装置的应变-频率校准来确定所述硬件装置的应变的瞬时变化。8.根据权利要求4所述的方法，还包括步骤监测所述硬件装置的表面弯曲应变。9.根据权利要求4所述的方法，其中所述硬件装置包括骨折固定板，且所述传感器接合到该骨折固定板的表面。10.一种传感器装置，包括基板；电介质材料，配置在所述基板上；以及至少一个导电线圈，配置在所述电介质材料上，其中所述电介质材料和所述导电线圈构造成谐振器，其中所述基板、所述电介质材料和所述导电线圈构造成用于植入在生物对象中的生物相容的传感器装置，并且其中所述传感器装置是感应驱动的。11.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述基板构造为柔性带。12.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述传感器装置包括在所述基板和所述电介质材料之间并与所述基板和所述电介质材料接触的导电层。13.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述电介质材料由氮化硅构成，且所述导电线圈由金构成。14.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述谐振器由超材料构成。15.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述导电线圈具有螺旋构造、分环构造或嵌套分环构造中的一种。16.根据权利要求15所述的传感器装置，其中所述螺旋构造具有至少两个螺旋匝的导电材料的连续长度。17.根据权利要求15所述的传感器装置，其中所述嵌套分环构造包括内部正方形和外部正方形，该外部正方形包括第一缺口，该内部正方形包括第二缺口，所述第一缺口沿着所述外部正方形的在所述内部正方形具有所述第二缺口的边的相反侧的边。18.根据权利要求17所述的传感器装置，其中所述传感器装置包括嵌套分环构造的阵列。19.根据权利要求15所述的传感器装置，其中所述螺旋线圈构造具有至少两个螺旋匝。20.根据权利要求15所述的传感器装置，其中所述嵌套分环构造包括具有公共底边但具有不同高度的多个矩形，每个矩形在与底边侧相反的一侧具有间隙。21.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述传感器装置包括导电线圈的阵列。22.根据权利要求21所述的传感器装置，其中所述导电线圈的阵列包括至少两种不同的线圈构造。23.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述谐振器具有悬挂谐振器结构。24.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述导电线圈包括三个一组的构造。25.根据权利要求M所述的传感器装置，其中所述三个一组的构造中的每个谐振器是矩形螺旋线圈谐振器、圆形螺旋线圈谐振器、悬挂谐振器或分环谐振器中的一种。26.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述传感器装置被构造为在没有负载时具有范围为50MHz到7GHz的谐振频率。27.—种可植入在生物对象中的设备，该设备包括硬件装置；和传感器装置，该传感器装置接合到所述硬件装置或与所述硬件装置一体化，该传感器装置包括基板；电介质材料，配置在所述基板上；以及至少一个导电线圈，配置在所述电介质材料上，其中所述电介质材料和所述导电线圈构造成谐振器，其中所述基板、所述电介质材料和所述导电线圈构造成用于植入在生物对象中的生物相容的传感器装置，并且其中所述传感器装置是感应驱动的。28.根据权利要求27所述的设备，其中所述基板通过环氧树脂被接合到所述硬件装置。29.根据权利要求27所述的设备，其中所述硬件装置包括骨折固定板。30.根据权利要求27所述的设备，其中所述基板构造为柔性带。31.根据权利要求27所述的设备，其中所述电介质材料由氮化硅构成，且所述导电线圈由金构成。32.根据权利要求27所述的设备，其中所述谐振器由超材料构成。33.根据权利要求27所述的设备，其中所述导电线圈具有螺旋构造、分环构造或嵌套分环构造中的一种。34.根据权利要求27所述的设备，其中所述传感器装置被构造为在没有负载时具有范围为50MHz到7GHz的谐振频率。35.一种监测系统，包括可植入在生物对象中的设备，该设备包括硬件装置和传感器装置，该传感器装置安装到该硬件装置或者与该硬件装置一体化；电磁场发生器，构造为产生电磁场以驱动所述传感器装置；接收器，用于从所述传感器装置接收响应于所述传感器装置被电磁场激发而产生的信号；用于从接收的所述信号确定所述传感器的谐振频率的装置；以及分析仪，用于基于一段时间内所述传感器装置的谐振频率偏移确定所述硬件装置的应变的瞬时变化。36.根据权利要求35所述的监测系统，其中所述分析仪基于所述硬件装置的应变的瞬时变化来确定所述生物对象中的变化。37.根据权利要求35所述的监测系统，还包括机器可读的存储介质，该存储介质存储所述监测系统的处理器可执行的指令，执行所述指令以确定所述传感器装置的谐振频率；基于来自所述传感器装置的无线信号确定所述传感器装置的谐振频率偏移，该无线信号响应于施加的电磁探针信号而从所述传感器装置产生；以及基于所述一段时间内所述传感器装置的谐振频率偏移确定所述硬件装置的应变的瞬时变化。38.根据权利要求37所述的监测系统，其中机器可读的介质包括指令，以存储所述硬件装置的应变-频率校准的数据。39.根据权利要求37所述的监测系统，其中机器可读的介质包括指令，以产生表示所述生物对象的骨折医治情况的数据，该数据基于植入在与骨折相关的所述生物对象中的所述硬件的应变的瞬时变化。40.根据权利要求35所述的监测系统，其中所述分析仪包括存储器，以存储所述硬件装置的应变-频率校准的数据。41.根据权利要求35所述的监测系统，还包括存储器装置以存储表示所述生物对象的骨折医治情况的数据，该数据基于植入在与骨折相关的所述生物对象中的所述硬件装置的应变的瞬时变化。42.一种可植入在对象中的硬件装置的制造方法，该方法包括步骤制造生物相容的传感器，用于测量所述硬件装置的应变的变化；以及将所述生物相容的传感器配置在所述硬件装置上。43.根据权利要求42所述的方法，其中所述生物相容的传感器是感应驱动的装置。44.根据权利要求42所述的方法，其中所述传感器被构造为在没有负载时具有范围为50MHz到7GHz的谐振频率。45.根据权利要求42所述的方法，其中所述制造步骤包括步骤将电介质材料配置在基板上；在所述电介质材料上形成导电线圈；其中所述电介质材料和所述导电线圈构造成谐振器，该谐振器当被磁场或电磁场激发时输出信号。46.一种传感器装置，包括基板；电介质材料，配置在所述基板上；以及至少一个导电线圈，配置在所述电介质材料上，其中所述电介质材料和所述导电线圈构造成谐振器，其中所述传感器是感应驱动的，其中所述传感器装置无线输出与所述传感器装置的谐振频率对应的信号，并且其中所述谐振频率对应于施加到所述谐振器的应变而偏移。47.根据权利要求46所述的传感器装置，其中所述传感器装置被构造为在没有负载时具有范围为50MHz到7GHz的谐振频率。48.一种监测系统，包括传感器装置，可安装到结构构件；电磁场发生器，构造为产生电磁场，以驱动所述传感器装置；接收器，用于从所述传感器装置接收响应于所述传感器装置被电磁场激发而产生的信号；用于从接收的所述信号确定所述传感器的谐振频率的装置；以及分析仪，用于基于所述传感器装置的谐振频率确定施加到传感器装置的应变。49.根据权利要求48所述的监测系统，其中所述传感器装置被构造为在没有负载时具有范围为50MHz到7GHz的谐振频率。全文摘要电子装置、设备、系统以及用于操作并构造装置、设备和/或系统的方法包括无线传感器，该无线传感器构造为测量植入在对象中的硬件的应变。在各种实施例中，硬件应变的瞬时测量包括监测传感器的谐振频率的变化。传感器可以实现为感应驱动装置并用作全芯片上型的谐振器，其中传感器的各部件是生物相容的。另外的设备、系统和方法也被公开。文档编号A61B5/00GK102123657SQ200980132226公开日2011年7月13日申请日期2009年9月2日优先权日2008年9月2日发明者克里斯琴·M·帕特利兹,希尔米·V·德米尔,罗哈特·梅利克申请人:克里斯琴.M.帕特利兹咨询有限责任公司