應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)計項目的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹

醫(yī)學(xué)不推進(jìn)技術(shù)，技術(shù)進(jìn)步醫(yī)學(xué)。對于攔截和預(yù)防性醫(yī)療技術(shù)的診斷，維護(hù)和監(jiān)測尤其如此。特別是傳感器技術(shù)，基于小型化的改進(jìn) - 特別是在MEMS領(lǐng)域 - 處于進(jìn)步的最前沿。 MEMS芯片感應(yīng)壓力，檢測運(yùn)動（或缺少運(yùn)動），識別和測量力，泵送流體，控制流量等。

傳感器通過植入，通過切口放入導(dǎo)管或用于體腔來使用;外部傳感器用于接觸體液和醫(yī)療設(shè)備。

今天的植入式傳感器體積極小，重量輕，堅固耐用，可長時間使用。今天的醫(yī)療傳感器能夠區(qū)分步行，跑步和其他體力消耗。鑒于某些設(shè)計中的電源是一個問題，例如心臟起搏器，壓電聚合物傳感器是微型的，可靠的，并且除了它們可以從它們運(yùn)行的環(huán)境中利用之外不需要電力。類似地，植入的傳感器也可以通過使用RF能量棒形式的RF技術(shù)從外部供電。當(dāng)使用天線和發(fā)送應(yīng)答器的魔杖靠近傳感器時，傳感器會喚醒以進(jìn)行測量，通過RF鏈路將數(shù)據(jù)發(fā)送到魔杖，然后返回睡眠模式。

通過切口放置的傳感器，例如，附著在導(dǎo)管上，用于測量心臟中的血流量。這些類型的傳感器通常在短期內(nèi)使用，跨越幾分鐘到幾小時。

在分娩過程中使用一次性硅MEMS壓力傳感器來測量收縮頻率和壓力，并在嬰兒出生后將其移除。一次性口服和直腸探針用于測量體溫。

暴露于液體的傳感器包括通常在外科手術(shù)過程中用于監(jiān)測血壓的一次性血壓傳感器。這些傳感器定期更換。傳感器模塊插入監(jiān)視器并記錄所有提取的信息。

壓阻式壓力傳感器

壓力傳感器監(jiān)測患者的病情，基于壓阻技術(shù)，提供基本的放大和溫度補(bǔ)償設(shè)備（圖1）。飛思卡爾擁有全系列的此類壓力傳感器，可在PC和串行外設(shè)接口SPI總線上進(jìn)行通信。飛思卡爾MPX2053系列用于醫(yī)療應(yīng)用，如有創(chuàng)和無創(chuàng)血壓監(jiān)護(hù)儀，胎心監(jiān)護(hù)儀，吸入器和呼吸機(jī)，傷口管理，病人監(jiān)護(hù)，肺活量計和呼吸治療設(shè)備，睡眠呼吸暫停機(jī)，透析系統(tǒng)，給藥系統(tǒng)和醫(yī)院病床。這些器件是硅壓阻式壓力傳感器，可提供與施加的壓力成正比的高精度和線性電壓輸出。 MPX2053系列的特性包括溫度補(bǔ)償超過0°至85°C，易于使用的芯片載體封裝選項，儀表端口和非端口選項。

圖1：集成在壓力傳感器芯片上的內(nèi)部電路的框圖。

運(yùn)動傳感器在醫(yī)療應(yīng)用中也發(fā)揮著重要作用。在移動或缺乏移動很重要的情況下，準(zhǔn)確地檢測和監(jiān)視運(yùn)動是很重要的。床 - 患者定位，患者監(jiān)測，活動和不活動以及自由跌落檢測都是可能的。例如，手持設(shè)備和游戲設(shè)備中常見的ADI公司ADXL345數(shù)字加速度計是一種高分辨率，小尺寸，低功耗的部件，可為醫(yī)療成像設(shè)備，手術(shù)儀器帶來超精細(xì)分辨率。 ，先進(jìn)的假肢和帶有嵌入式加速度計的自動除顫器，可增強(qiáng)反饋。此外，加速度計提供有關(guān)患者活動的有用信息，并且在佩戴時可用于檢測站立，行走，跌倒和測量震顫。 ADXL345（圖2）是一款小巧，超薄，超低功耗的三軸加速度計，具有高分辨率測量功能。設(shè)備通過將任意軸上的加速度與用戶設(shè)定的閾值進(jìn)行比較來檢測是否存在運(yùn)動。

圖2：ADXL345數(shù)字加速度計。 （由Analog Devices提供。）

在最近由J. Pang和I. Singh在2011年工程與計算機(jī)科學(xué)世界大會（Proceedings Volume II）上發(fā)表的一篇論文中，作者描述了使用ADXL345組合的新解決方案使用RabbitCore RCM3365板作為Web服務(wù)器，實時檢測和監(jiān)控手部動作。當(dāng)手移動時，加速器檢測到運(yùn)動，并將數(shù)據(jù)收集到Excel數(shù)據(jù)庫中。實驗顯示了手的位置，向前或向后移動檢測以及手位置的角度。這些類型的實驗仍處于早期階段，需要提高對小傳感器誤差的靈敏度和更準(zhǔn)確的加速度計角度檢測，這取決于處理數(shù)據(jù)的復(fù)雜算法。

MEMS流量傳感器用于醫(yī)療應(yīng)用，用于呼吸機(jī)睡眠呼吸暫停機(jī)和麻醉。例如，IDT，Integrated Device Technology Inc.FS2012-1020-NG流量傳感器（圖3顯示了該設(shè)備的模擬輸出）是一款緊湊型高性能傳感器，在高流速或低流速下具有高分辨率和可重復(fù)性

圖3：輸出電壓特性：0至2 L/min（正常）體積流量。 （由IDT提供。）

FS2012流量傳感器系列代表了一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，可以測量流量變化時兩個熱電堆的溫度變化。溫度差通過放大的溫度補(bǔ)償模擬輸出信號與0.0至5.0Vdc的流速相關(guān)。其特點包括體積小，可與大多數(shù)醫(yī)療氣體配合使用，并具有出色的精確度。濕度傳感器還用于諸如呼吸治療，培養(yǎng)箱和微環(huán)境的醫(yī)療應(yīng)用中。它們?yōu)楹粑鼞?yīng)用中的睡眠呼吸暫停機(jī)和呼吸機(jī)提供精確的RH和溫度測量，并提供最佳的溫度和RH水平，以支持孵化器和微環(huán)境中的關(guān)鍵過程和實驗。

霍尼韋爾傳感與控制HIH6130/6131系列Humidicon傳感器（圖4）是數(shù)字輸出型相對濕度（RH）和溫度傳感器組合在同一封裝中。這些器件具有多種優(yōu)勢，包括：業(yè)界領(lǐng)先的總誤差帶，穩(wěn)定性，可靠性，低總成本，真正的溫度補(bǔ)償數(shù)字I2C輸出，能效和超小型封裝。

圖4：孵化器使用霍尼韋爾HIH6130系列用于溫度和相對濕度水平。 （霍尼韋爾提供。）

隨著人口老齡化和醫(yī)療費用不斷失控，提供先進(jìn)，可靠和遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)的任何機(jī)會都代表了患者和護(hù)理人員的巨大優(yōu)勢。如上所述，具有高級功能的小型化傳感器正在進(jìn)入醫(yī)療應(yīng)用設(shè)計領(lǐng)域。在隨后的文章中，我們將探討無線體域網(wǎng)（WBAN），射頻識別（RFID），無線個域網(wǎng)（WPAN）以及醫(yī)療設(shè)計中使用的各種其他傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相關(guān)領(lǐng)域。