《電子技術應用》
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醫療電子領域有哪些重要的傳感器

2019-05-22
關鍵詞: 傳感器 醫療電子

  可穿戴的健康傳感器早已面市,而一種可吸收的變形桿菌類傳感器也早已誕生(已通過了FDA(美國食品及藥物管理局)審核),傳感器在醫療電子領域的應用屢見不鮮。

  變形桿菌類傳感器在胃里的時候可完全跟胃液進行接觸,然后會根據攝入時機傳達獨特的信號。這些信號會通過身體組織傳達到皮膚上一個電池驅動的貼片,這樣就可以檢測到各種信號以及生理和行為指標,例如心率、體位和活動。當然最后這個變形桿菌類別的傳感器會像高纖維食物一樣流出體內,一般會維持7天壽命。

  測壓傳感器

  測壓傳感器是將力或重力轉化為電信號的換能器。測壓傳感器應用在醫學中被稱為醫用測壓傳感器,它們都必須高度精確并緊湊包裝,以方便攜帶,特別是器械要與病人直接連接時。如果傳感器用于某醫療器械集成的監測儀器內,要使用不銹鋼和陽極化鋁等標準包裝材料。如果設備與人體或液體直接接觸,則可使用可高壓蒸汽滅菌的特種不銹鋼或一次性傳感器。下圖展示了測壓傳感器在醫療上的應用。

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  醫用測壓傳感器早期曾用于病床負重監測,現在則將小型測壓傳感器應用到容易發生人為錯誤的領域,如:用于給藥的輸液泵。為了盡可能精確地調節流速以及便于護士隨時監測,人們將測壓傳感器應用在輸液泵上。這種傳感器可準確測量輸液袋的重量,當液體重量與預先設定值不同時,傳感器會立即向連接的設備發出警告信息,并及時跟控制器通信。

  非接觸式溫度傳感器

  一般來說,非接觸式溫度計可以測量從一個遙遠的紅外輻射熱源排放的熱。在沒有明確的光纖溫度傳感器或一個紅外光纖和紅外線傳感器組合許可的情況下,非接觸式表面視線清楚。這可能有助于確定快速運動物體的表面溫度,甚至在狹窄的地方和電磁場測量溫度。AgClxBr1-X被認為是為低溫度下測量的最佳選擇。這些纖維的特點是靈活,不溶于水,且無毒。出于這個原因,鹵化銀紅外光學纖維應用在紅外光譜中,以及輻射測量和工業及醫療應用的熱成像。

  生物傳感器

  生物傳感器對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測,它是由固定化的生物敏感材料做識別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質)與適當的理化換能器(如氧電極、光敏管、場效應管、壓電晶體等)及信號放大裝置構成的分析工具。

  在臨床醫學中,酶電極是最早研制且應用最多的一種傳感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶,可制成微生物傳感器。生物傳感器已應用于監測多種細菌、病毒及其毒素。藥物分析用生物傳感器的典型代表產品是SPR生物傳感器,這是一種表面膜共振分析,是實時測定生物分子結合的技術。

  植入式傳感器

  植入式傳感器體積小、重量輕、并且和身體兼容,同時還要求其功率非常小。更重要的是,它們不能隨著時間的推移而衰變。

  對功率的要求是植入式傳感器正常工作所面臨的主要挑戰之一。不需要功率就能發揮作用的傳感器是最完美的,可是市場尚沒有這種傳感器出售。壓電聚合傳感器體積小,可靠性高,不需要外部動力而且能長時間持續工作。這類傳感器可應用于監視病人活動的心臟起搏器,如下圖所示,通過植入式傳感器可以實時監測心率變化。舉個例子,由于腹部長了一個大動脈瘤,要求切除一部分脆弱的動脈,用人工合成的管狀器官來替代。這時,可以在手術的過程中植入一個傳感器,用來監視手術部位的壓力泄漏。

  傳感器在醫療中的其它用途

  如今,傳感器已普遍應用在各種監護儀器中。監護儀用于診療環境(如手術室、急救室、加護病房、重癥病房以及日益普遍的病人家庭),以監測和顯示病人身體的各種主要情況,包括心電圖、脈搏血氧飽和度、血壓、呼吸和溫度等。監護儀可以是獨立儀器,也可以是多參數儀器。

  制氧機的作用在于減少輸送給病人空氣中的氮,同時增加氧的比例。制氧機使用的對象是不能把氧氣順利地吸收到血液里的病人,如某些肺病患者。由于用于制氧機的氣流傳感器必須能夠測量超低流量,如需要測出0.1立方厘米的流量,所以氣流傳感器可用來檢測病人何時開始呼氣(即何時應減少空氣流量),使病人呼氣容易和感覺舒適。

  低壓和超低壓塑封硅壓力傳感器可檢測病人開始吸氣的時刻,以便有效和高效率地輸送氧氣,這不僅能縮短系統的反應時間,而且還可避免在病人不吸氣時供氧所造成的浪費。因此,不需要體積龐大的制氧機也能提高制氧機的運作效率。體積小的制氧機,耗電少,便于攜帶,這種不銹鋼介質隔離式的壓力傳感器還能檢測緩沖罐的壓力,同時可向壓縮機反饋信號,使壓縮機保持適度的壓力。