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传感器的医疗应用

发布时间:2014-04-11 作者: 来源: 【字号:

随着人口老龄化趋势的日渐明显,用以辅助健康和监护的医疗技术变得愈发重要。医疗传感器的应用和推广大大降低了人工成本和错误的产生,同时提高了自动化程度和精确度,这一切使得持续的监控和治疗成为可能。传感器技术日新月异,我们更需持续提高传感器的可靠性及专用性,以满足公众的需求。

医疗传感器如今在各种场合,以各种方式辅助病人护理和监控:救护车,医院和家庭护理。无论是在手术过程中,重症监护室,医院复健护理,还是家庭护理方面,医疗传感器都提供了有效的方式以控制运动,气流,探测血压,用药等。这大大改善了医疗器械的稳定性和目的性,病患得以成为护理的中心,而不再是这些器械及其程序化的用途。

各类传感器的应用不尽相同,因此在正确的时间和应用环境中选择合适的传感器十分重要。传感器按照类别可分为:植入式传感器,暂时植入体腔(或切口)式传感器,体外传感器,和用于外部设备的传感器。

植入式传感器的特点是体积小,重量轻,与人体特性兼容,功耗小,而且不会随着时间的推移而变质。这些传感器属于三类医疗产品,必须通过FDA认证。这类传感器的审核严格,开发和验证周期长,成本高,并需要专业人士手术植入人体。对于植入式传感器的设计,功耗是一大挑战,传感器需要无源工作,或自身可产生所需能源。解决方案之一是利用压电薄膜传感器,其体积小,耐用,稳定,并可无源工作。另一种方法是使用无线电射频,当射频设备接近人体内植入的特殊传感器时,传感器被唤醒,并获取数据。类似的传感器应用于心脏起搏器之类的医疗器械,用来监测患者的身体状况。

压电薄膜传感器采用悬臂梁设计,传感器一端的质量块随着薄膜的运动振动。每次患者运动时,传感器产生一个信号。这些信号被传送至医疗设备,比如说心脏起搏器,以便控制心脏跳动的频率。该传感器可以区分例如睡眠,行走,跑步等多种不同状态,是制造多功能医疗器械的极佳选择。

暂时植入式传感器通过切口,通常是通过导管插入患者身体,这些传感器相对于植入式传感器来说要求较低。但仍需通过FDA认证。根据手术程序不同,传感器需要工作几分钟到几个小时不等。理想状态下,传感器应该可以无源工作,但如果需要的话,也可通过外部供电。

在导管末端安装一对匹配的热敏电阻,就可以通过加热线圈,或冷生理盐水冲洗的方式在心脏的不同部位测量血流量。当使用冷生理盐水冲洗时,第一个传感器比第二个传感器探测到的温度低,因为血流会使接触到第二个传感器的生理盐水温度升高。两个传感器的距离,温度,生理盐水的流量已知,从而血流量可由两个传感器的读数计算得出。使用冷生理盐水方式时,热敏电阻不需要外部供电就可以工作。这些暂时植入式传感器的典型应用是导管摘除传感器和用于子宫内压测量的硅微机电压力传感器。

植入体腔的传感器通常用来测量温度,压力等特征。子宫内压传感器在分娩过程中植入子宫,以便连续监测宫缩压力和频率。当传感器检测到合适分娩的时间时,医生取出传感器,并开始分娩程序。

体外传感器,例如一次性血压传感器,传感器本身是安装在体外的,但会与体液直接接触。这类传感器用于手术过程中及在重症监护室连续监控患者的血压。这种血压测量方式在监测患者静脉压力时尤为理想。传感器出于卫生的考虑应每24小时更换一次,带有传感器的模组可方便的接插到监控器以读取数据。另外一个典型的例子是传感器用于血管重建手术。在该应用中,压力传感器用来控制血管重建气球的充气,防止由于压力过大而导致气球爆裂。由于该类传感器与体液直接接触,产品应采用硅胶密封,隔离传感器的其他部分。

用于外部设备的传感器并不与人体或体液接触。在大部分情况下,这些传感器是多次使用的。该类传感器大部分应用于医院或家庭监护设备中。典型的应用例如在输液泵中使用一个力传感器来探测输液管阻塞和气泡等问题,另外一个应用就是测量腕部的动脉血压和脉搏。

将多种传感器应用于患者的病床,可以监测病患的多种体征:力传感器用来测量重量;压电薄膜传感器用于测量心率,呼吸模式;热电堆用于测量体温;血氧传感器用于测量血氧含量;CO2传感器用于测量新陈代谢;流量传感器用于辅助呼吸;力传感器用于测量氧气瓶剩余氧气含量。

传感器在医疗行业的使用相当广泛,而且传感器对于提高医疗产品的效率,舒适度,方便使用性,可靠性和创新性的作用越来越明显。传感器在医疗方面的应用层出不穷,包括以下几个领域:

心血管疾病的监控与诊断

心脏监控贴 – 压电薄膜振动传感器远程监测急症患者心脏跳动节奏和其他信号

一次性血压计 – 低成本硅微机电压力传感器用于监测患者静脉血压

电子听诊器 – 压电薄膜传感器作为接触式麦克风,监测心跳,呼吸等

血氧探头 – 光电传感器用于测量血氧含量(SpO2)和脉搏

热稀释传感器 – 植入式NTC热敏电阻用于测量血压变化及供血量

心血管疾病的治疗

切除导管 – 力传感器在调整心率不齐的心脏手术中精确测量导管末端的位置

血管重建手术气泵压力监控 – 硅微机电压力传感器用于测量血管重建气球的压力

输血 – 以硅微机电技术为基础的钢制压力传感器应用于血液分离设备

低温手术设备压力控制 - 以硅微机电技术为基础的钢制压力传感器用于测量低温气体压力,以减少动脉阻塞

心肌刺针 – 皮下注射针头刺入心肌用于监控手术中心脏温度

输氧智能控制 – 压电薄膜或硅微机电压力传感器监测氧气流量

储氧罐低位报警 – 微熔技术的力传感器用于测量氧气罐剩余量

心脏起搏器 – 压电薄膜传感器用于监测心脏活动情况,通过加快心跳增加供血量;NTC热敏电阻用于测量血液温度

呼吸机监控 - 硅微机电压力传感器监测呼吸机气体流量

监护与诊断

骨密度 – 压电薄膜作为超声波变送器用于测量骨密度

生命特征监护(病床) - 压电薄膜传感器测量呼吸和心率

口腔/食道/直肠温度表 – 热敏电阻用于测量体温

帕金森综合症研究 – 微型振动传感器监测患者的行动

呼吸监控 – 温度传感器监测呼吸模式

体温 – 重复使用或一次性体温传感器持续测量病人体温,包括体表温度和核心温度。

睡眠窒息监护 – 压电薄膜传感器作为动态应变片监测胸部运动、打鼾、及呼吸

病患治疗

便携式输液泵流量控制 – 硅微机电压力传感器或微熔力传感器检测流量/阻塞

血液透析 – 温度传感器控制过滤后再回流到人体的血液温度;温度传感器还安装在透析液加温箱上监测箱内温度以保证透析液的恒温。微熔应变片压力传感器用来测量液体流量压力

输液检测 – 超声波探测输液过程中气泡,微熔力传感器监测输液管阻塞和流量控制

睡眠监护 – 硅微机电微压传感器确保向氧气面罩提供正向气流;温湿度传感器提高舒适性

早产婴儿培育箱 – 湿度和温度传感器控制气流,保证适合婴儿生长的环境

注射泵 – 磁阻编码器通过控制活塞的位置控制药液流速

外科 / 分娩

真空引产 – 硅微机电压力传感器测量真空引产系统的压力

血瘤刺针 – 刺针末端的微型温度传感器在手术过程中监控大脑温度

热交换 – 硅微机电压力传感器测量用于扩张血管的真空

肾移植 – 一次性血压传感器促进血液在器官间有效循环

子宫内压 – 低成本微型硅微机电压力传感器在分娩过程中监测宫缩频率和强度

眼科手术 – 硅微机电压力传感器在眼科手术中控制流体压力

关于精量电子 – 美国MEAS传感器 (www.meas-spec.com.cn)

精量电子 – 美国MEAS传感器已经证明了其向医疗设备厂商提供合格产品的实力。我们是经FDA注册认可的医疗传感器生产厂家并且已经获得ISO13485认证。

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展会地点:深圳大中华国际交易广场
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