醫(yī)療電子領(lǐng)域有哪些重要的傳感器

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(guò)了FDA(美國(guó)食品及藥物管理局)審核)，傳感器在醫(yī)療電子領(lǐng)域的應(yīng)用屢見(jiàn)不鮮。本文主要介紹醫(yī)療電子領(lǐng)域中生物傳感器、測(cè)壓傳感器、非接觸式溫度傳感器的基本應(yīng)用。

注：變形桿菌類傳感器在胃里的時(shí)候可完全跟胃液進(jìn)行接觸，然后會(huì)根據(jù)攝入時(shí)機(jī)傳達(dá)獨(dú)特的信號(hào)。這些信號(hào)會(huì)通過(guò)身體組織傳達(dá)到皮膚上一個(gè)電池驅(qū)動(dòng)的貼片，這樣就可以檢測(cè)到各種信號(hào)以及生理和行為指標(biāo)，例如心率、體位和活動(dòng)。當(dāng)然最后這個(gè)變形桿菌類別的傳感器會(huì)像高纖維食物一樣流出體內(nèi)，一般會(huì)維持7天壽命。

測(cè)壓傳感器

測(cè)壓傳感器是將力或重力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的換能器。測(cè)壓傳感器應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中被稱為醫(yī)用測(cè)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(shí)。如果傳感器用于某醫(yī)療器械集成的監(jiān)測(cè)儀器內(nèi)，要使用不銹鋼和陽(yáng)極化鋁等標(biāo)準(zhǔn)包裝材料。如果設(shè)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(cè)壓傳感器在醫(yī)療上的應(yīng)用。

醫(yī)用測(cè)壓傳感器早期曾用于病床負(fù)重監(jiān)測(cè)，現(xiàn)在則將小型測(cè)壓傳感器應(yīng)用到容易發(fā)生人為錯(cuò)誤的領(lǐng)域，如：用于給藥的輸液泵。為了盡可能精確地調(diào)節(jié)流速以及便于護(hù)士隨時(shí)監(jiān)測(cè)，人們將測(cè)壓傳感器應(yīng)用在輸液泵上。這種傳感器可準(zhǔn)確測(cè)量輸液袋的重量，當(dāng)液體重量與預(yù)先設(shè)定值不同時(shí)，傳感器會(huì)立即向連接的設(shè)備發(fā)出警告信息，并及時(shí)跟控制器通信。

非接觸式溫度傳感器

一般來(lái)說(shuō)，非接觸式溫度計(jì)可以測(cè)量從一個(gè)遙遠(yuǎn)的紅外輻射熱源排放的熱。在沒(méi)有明確的光纖溫度傳感器或一個(gè)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(yùn)動(dòng)物體的表面溫度， 甚至在狹窄的地方和電磁場(chǎng)測(cè)量溫度。AgClxBr1-X被認(rèn)為是為低溫度下測(cè)量的最佳選擇。這些纖維的特點(diǎn)是靈活，不溶于水，且無(wú)毒。出于這個(gè)原因，鹵化銀紅外光學(xué)纖維應(yīng)用在紅外光譜中，以及輻射測(cè)量和工業(yè)及醫(yī)療應(yīng)用的熱成像。

生物傳感器

生物傳感器對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，它是由固定化的生物敏感材料做識(shí)別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))與適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等)及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的分析工具。

在臨床醫(yī)學(xué)中，酶電極是最早研制且應(yīng)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(yīng)用于監(jiān)測(cè)多種細(xì)菌、病毒及其毒素。藥物分析用生物傳感器的典型代表 產(chǎn)品是 SPR 生物傳感器，這是一種表面膜共振分析，是實(shí)時(shí)測(cè)定生物分子結(jié)合的技術(shù)。

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(shí)還要求其功率非常小。更重要的是，它們不能隨著時(shí)間的推移而衰變。

對(duì)功率的要求是植入式傳感器正常工作所面臨的主要挑戰(zhàn)之一。不需要功率就能發(fā)揮作用的傳感器是最完美的，可是市場(chǎng)尚沒(méi)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(dòng)力而且能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作。這類傳感器可應(yīng)用于監(jiān)視病人活動(dòng)的心臟起搏器，如下圖所示，通過(guò)植入式傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率變化。舉個(gè)例子，由于腹部長(zhǎng)了一個(gè)大動(dòng)脈瘤，要求切除一部分脆弱的動(dòng)脈，用人工合成的管狀器官來(lái)替代。這時(shí)，可以在手術(shù)的過(guò)程中植入一個(gè)傳感器，用來(lái)監(jiān)視手術(shù)部位的壓力泄漏。

傳感器在醫(yī)療中的其它用途

如今，傳感器已普遍應(yīng)用在各種監(jiān)護(hù)儀器中。監(jiān)護(hù)儀用于診療環(huán)境(如手術(shù)室、急救室、加護(hù)病房、重癥病房以及日益普遍的病人家庭)，以監(jiān)測(cè)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(jiān)護(hù)儀可以是獨(dú)立儀器，也可以是多參數(shù)儀器。

制氧機(jī)的作用在于減少輸送給病人空氣中的氮，同時(shí)增加氧的比例。制氧機(jī)使用的對(duì)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(jī)的氣流傳感器必須能夠測(cè)量超低流量，如需要測(cè)出 0.1立方厘米的流量，所以氣流傳感器可用來(lái)檢測(cè)病人何時(shí)開(kāi)始呼氣(即何時(shí)應(yīng)減少空氣流量)，使病人呼氣容易和感覺(jué)舒適。

低壓和超低壓塑封硅壓力傳感器可檢測(cè)病人開(kāi)始吸氣的時(shí)刻，以便有效和高效率地輸送氧氣，這不僅能縮短系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，而且還可避免在病人不吸氣時(shí)供氧所造成的浪費(fèi)。因此，不需要體積龐大的制氧機(jī)也能提高制氧機(jī)的運(yùn)作效率。體積小的制氧機(jī)，耗電少，便于攜帶，這種不銹鋼介質(zhì)隔離式的壓力傳感器還能檢測(cè)緩沖罐的壓力，同時(shí)可向壓縮機(jī)反饋信號(hào)，使壓縮機(jī)保持適度的壓力。