傳感器技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)測中的應(yīng)用

用于各種應(yīng)用，從心率監(jiān)測器到車輛碰撞探測器，一氧化碳指示器到人體膀胱壓力測量裝置，出現(xiàn)了各種功能強(qiáng)大，可靠且成本低廉的傳感器，其應(yīng)用至關(guān)重要在人們越來越多地尋求控制個人幸福的新方法以便過上更健康，更美好的生活的時候，我們會減輕傷害，減少或預(yù)測健康風(fēng)險。本文將研究現(xiàn)有設(shè)計以及繪圖板上的設(shè)計，如果沒有這些傳感器，這些設(shè)計永遠(yuǎn)不會存在，同樣有助于避免生命損失。這里引用的所有部件，數(shù)據(jù)表，教程和開發(fā)系統(tǒng)都可以在Digi-Key網(wǎng)站上找到。

不斷增長的醫(yī)療應(yīng)用

健身和生命體征醫(yī)療傳感器應(yīng)用已經(jīng)在市場上已經(jīng)有一段時間了，但是新的發(fā)展正在將傳感器進(jìn)一步帶入尚未開發(fā)的醫(yī)療環(huán)境。例如，生理監(jiān)測可以幫助診斷和持續(xù)治療大量具有神經(jīng)，心血管和肺部疾病（例如癲癇發(fā)作，高血壓和哮喘）的個體。

微電子領(lǐng)域的最新發(fā)展使研究人員能夠開發(fā)出具有感應(yīng)能力，前端放大，微控制器功能和無線電傳輸?shù)奈⑿碗娐?，所有這些都是可穿戴的形狀因素（例如，靈活的來自IMEC的ECG單元，如圖1所示。

圖1：一個靈活的無線ECG傳感器，帶有IMEC的全功能微控制器。

傳感器正成功用于治療睡眠呼吸暫停，其中呼吸暫停的速度最高可達(dá)每小時30次。睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀中使用的一個例子是霍尼韋爾AWM90000系列微橋質(zhì)量氣流傳感器（圖2），有兩種型號可供選擇 - AWM92100V的流量范圍為±200 SCCM，壓降僅為0.49 mbar/49 Pa/0.007 psi，通常，AWM92200V是差壓版本。

圖2：AWM92200V有兩個版本 - 質(zhì)量流量和差速器。

傳感器的響應(yīng)時間為1毫秒，電源電壓為8.0 VDC至15.0 VDC，功耗僅為50 mW，非常適合電池供電的顯示器。 <跨度>

在醫(yī)療監(jiān)測中，通過基于傳感器的設(shè)備自動獲取生命統(tǒng)計數(shù)據(jù)，例如高度精確的ADI公司AD8232單引線心率監(jiān)測儀前端（圖3），該設(shè)備在環(huán)境中無噪聲干擾的情況下運(yùn)行。

圖3：ADI公司AD8232的框圖。

該設(shè)備在存在由遠(yuǎn)程電極放置或甚至患者運(yùn)動產(chǎn)生的嘈雜條件下提取，放大和過濾小生物電位信號。輸出信號可通過超低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）或嵌入式微控制器（MCU）輕松獲取。

多年來，挪威SINTEF的研究人員一直致力于開發(fā)微型用于測量體內(nèi)壓力的傳感器。當(dāng)有機(jī)會與Sunnaas醫(yī)院（挪威Nesodden）密切合作時，他們決定專注于測量膀胱壓力，這對于確定是否需要手術(shù)或者是否可以用藥物治療是至關(guān)重要的。測量結(jié)果顯示膀胱是如何填充和排空的。

目前，使用插入尿道的導(dǎo)管進(jìn)行測量，以便膀胱充滿水。這對患者來說是不舒服的，并且由于膀胱以不自然的高速填充鹽水，該方法也是不可靠的。與導(dǎo)管不同，它們微小的新型壓力傳感器可插入皮膚下并進(jìn)入膀胱。傳感器定位時不會給患者帶來不適，患者可以在沒有破壞性導(dǎo)管的情況下正常移動，并且感染的風(fēng)險會降低。

此刻，傳感器連接到細(xì)線，但下一步將是無線化。另一個長期選擇可能是允許智能手機(jī)讀取測量值。

其他的微型植入式傳感器已被開發(fā)用于：檢測頭骨內(nèi)的血液和壓力;為糖尿病患者提供持續(xù)的血糖監(jiān)測;并允許醫(yī)療質(zhì)量的可穿戴物測量壓力，癲癇發(fā)作，活動和睡眠。所有這些都已經(jīng)上市。

更重要的是，小到一粒沙子的可攝取傳感器被用來測量化學(xué)物質(zhì)，不僅用于診斷，更常見的是看病人是否錯過了一劑藥物。此外，可以“感覺”異常生長的觸覺傳感器，例如，可能能夠徹底改變癌癥患者的早期預(yù)警也在繪圖板上。

提高安全性

通常我們認(rèn)為汽車和醫(yī)療應(yīng)用程序完全不同，但有一個跨越兩者的救生傳感器應(yīng)用程序。測量心臟和呼吸率和疲勞的可穿戴設(shè)備可分別位于安全帶和座椅套中。如果駕駛員正在入睡，則在失控之前警報會響起。當(dāng)疲勞或昏昏欲睡時，呼吸和心率往往會與正常情況不同，因此基于傳感器的系統(tǒng)可以在太晚之前準(zhǔn)確地監(jiān)控并警告駕駛員。

為了幫助設(shè)計工程師快速方便地訪問傳感器系統(tǒng)以進(jìn)行評估，從設(shè)計過程中進(jìn)行一些猜測，MEDER Electronics等公司提供了易于使用的功能。使用開發(fā)套件。例如，該公司的干簧傳感器/磁鐵設(shè)計評估套件（圖4）有四種配置，每種配置包括三種不同傳感等級的干簧傳感器，B，C和D，以及匹配傳感器外殼中的一個匹配執(zhí)行器磁鐵。功能包括3-D驅(qū)動圖示，為傳感器操作提供簡單的指導(dǎo)，為5個位置提供的驅(qū)動距離數(shù)據(jù)，以及螺釘固定或螺紋安裝選項中的運(yùn)動配置。

圖4：Meder的評估套件有助于加速開發(fā)人員的設(shè)計過程。

擺脫涉及身體和安全的危險，在危險環(huán)境中使用了許多傳感器 - 而且名單正在增長。例如：

從涉及火災(zāi)的任何地方排放危險的一氧化碳，包括爐子，氣體干燥器，烤箱或熱水器。每年，基于傳感器的小型CO設(shè)備可以避免許多中毒和確定的疾病和死亡。

氰化物中毒是快速起效的，可在半小時內(nèi)殺死。然而，給出氰化物是否是罪魁禍?zhǔn)椎臏y試需要24小時來評估。南達(dá)科他州立大學(xué)的科學(xué)家Brian Logue開發(fā)了一種傳感器，可在一分鐘內(nèi)檢測到血液中的氰化物。仍處于開發(fā)階段，這項有前途的技術(shù)已被證明可以100％準(zhǔn)確地測試兔子中的氰化物。把你的神秘書放下 - 這不是氰化物中毒發(fā)生的唯一地方。消防隊員經(jīng)常暴露在工業(yè)火災(zāi)中。

每年有1000多名美國獵人死于狩獵事故。新西蘭的獵人開發(fā)了一種防止意外射擊的安全系統(tǒng) - 紅外逆反射器識別系統(tǒng)（IRIS）可以連接到步槍上，可以在現(xiàn)場獵人身上檢測IRIS材料，同時發(fā)送聲音和視覺警報。

街道不僅對車輛有危險，而且對騎自行車的人來說極其危險，特別是在交叉路口。歐洲使用的解決方案是安裝在自行車后輪上的Veloloop傳感器，可檢測自行車何時停止并在多個頻率范圍內(nèi)搜索電磁信號。當(dāng)找到信號時，傳感器發(fā)出自己的信號，并改變交通信號燈。

總之

健康與安全的傳感器技術(shù)正被廣泛應(yīng)用于可以非常有效的各種應(yīng)用中。這些包括我們使用的醫(yī)療設(shè)備，我們駕駛的汽車以及我們工作的環(huán)境，其中安全傳感器和系統(tǒng)在確保工廠員工和工人的安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著所使用的傳感器變得越來越小，該傳感器越來越小，具有更高的可靠性和準(zhǔn)確性，并且（由于體積）成本越來越低，健康和安全相關(guān)傳感器系統(tǒng)的市場預(yù)計會增長多倍。僅對于醫(yī)療保健應(yīng)用，傳感器市場預(yù)計到2017年將達(dá)到131.1億美元