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醫療電子領域有著哪些重要的傳感器
發佈時間:2014-01-15 08:37:56
可(ke)穿戴的(de)(de)健康(kang)傳(chuan)感器早(zao)已(yi)面市，而一(yi)種(zhong)可(ke)吸(xi)收(shou)的(de)(de)變形桿菌類傳(chuan)感器也早(zao)已(yi)誕生(sheng)(已(yi)通(tong)過了FDA(美國食品及藥物管(guan)理(li)局(ju))審(shen)核(he))，傳(chuan)感器在醫療電子領(ling)(ling)域(yu)的(de)(de)應用(yong)屢見不(bu)鮮(xian)。本文主要介紹醫療電子領域中生物傳感器、測壓傳感器、非接觸式溫度傳感器的基本應用。
注：變形桿(gan)菌(jun)類傳(chuan)感器在(zai)胃裡(li)的時(shi)候(hou)可(ke)完全(quan)跟(gen)胃液(ye)進行(xing)接觸，然(ran)後會(hui)根據攝(she)入時(shi)機傳(chuan)達獨特的信號(hao)。這(zhe)些信號(hao)(hao)會通(tong)過(guo)身體組織(zhi)(zhi)傳達到(dao)皮(pi)膚上一個電池(chi)(chi)驅動(dong)的(de)貼(tie)片(pian)，這(zhe)樣(yang)就可(ke)以(yi)檢測到(dao)各種信號(hao)(hao)以(yi)及生(sheng)理(li)和行為(wei)指標，例(li)如(ru)心(xin)率、體位和活動(dong)。當然最後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(chuan)(chuan)感器是(shi)將力或(huo)重力轉(zhuan)(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)信(xin)號的換(huan)能器。測(ce)(ce)壓(ya)(ya)傳(chuan)感器(qi)(qi)應(ying)用(yong)在醫(yi)(yi)(yi)學(xue)中被(bei)稱(cheng)為醫(yi)(yi)(yi)用(yong)測(ce)(ce)壓(ya)(ya)傳(chuan)感器(qi)(qi)，它們都必(bi)須高(gao)(gao)度精確(que)並緊湊包(bao)裝，以方便(bian)攜帶，特(te)別(bie)是(shi)器(qi)(qi)械要與(yu)病人直(zhi)接(jie)連接(jie)時(shi)。如果(guo)傳感(gan)器用於某醫療器械(xie)集成的監測儀(yi)器內，要使(shi)用不銹鋼和陽極化鋁等標準(zhun)包(bao)裝材料。如果設備與人(ren)體(ti)(ti)或液體(ti)(ti)直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)，則可使用可高壓(ya)蒸汽滅菌的(de)特種(zhong)不銹(xiu)鋼或一次性傳感(gan)器(qi)。下圖展示了測壓傳感器在醫療上的應用。
醫(yi)用測(ce)壓傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)早期曾用於病床(chuang)負重(zhong)監測(ce)，現(xian)在(zai)則將(jiang)小型(xing)測(ce)壓傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)應用到容(rong)(rong)易(yi)發生人(ren)為(wei)錯誤(wu)的領(ling)域(yu)，如：用於給藥的輸液(ye)泵(beng)。為(wei)了(le)盡可(ke)能精確(que)地調(diao)節流速以及(ji)(ji)便於護士(shi)隨??時監(jian)測，人(ren)們將(jiang)測壓傳感器應用(yong)在(zai)(zai)輸(shu)液泵(beng)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，並及時跟控制器通信。
非接觸式溫度傳感器
一(yi)般來(lai)(lai)說，非接觸(chu)式溫度計可(ke)以(yi)測量從一(yi)個(ge)遙(yao)遠的(de)紅(hong)外輻射(she)熱源(yuan)排(pai)放的(de)熱。在(zai)沒(mei)有(you)明確的(de)光纖(xian)(xian)溫(wen)度傳感(gan)器(qi)或一(yi)個紅(hong)外光纖(xian)(xian)和(he)紅(hong)外線(xian)傳感(gan)器(qi)組合許(xu)(xu)可的(de)情(qing)況下，非接(jie)(jie)觸式(shi)表(biao)面(mian)(mian)視(shi)線(xian)清(qing)楚。這可能(neng)有(you)助(zhu)於確定(ding)快速運(yun)動(dong)物體的表面溫(wen)度(du)，甚(shen)至在(zai)狹窄的地方和(he)電磁場測量溫(wen)度(du)。 AgClxBr1-X被認(ren)為是(shi)為低溫(wen)度下測量的(de)最(zui)佳選擇。這(zhe)些纖維的(de)特點是靈(ling)(ling)活(huo)，不(bu)溶(rong)於水，且無毒。出於這個原因，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(sheng)(sheng)物(wu)(wu)傳感(gan)器對生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)物(wu)(wu)質敏感(gan)並將其濃(nong)度(du)轉(zhuan)換(huan)為電信號進行檢(jian)測(ce)，它(ta)是(shi)由固定化的生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)敏感(gan)材料(liao)做(zuo)識別元(yuan)件(jian)(包括酶、抗(kang)(kang)體(ti)、抗(kang)(kang)原(yuan)、微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)、細胞(bao)、組織、核(he)酸等(deng)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)活(huo)性物(wu)(wu)質)與(yu)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(lin)(lin)床醫學(xue)中，酶(mei)電極是最(zui)(zui)早(zao)研製且(qie)應(ying)用最(zui)(zui)多的一種(zhong)傳感(gan)器(qi)。利用具(ju)(ju)有不(bu)同(tong)生(sheng)物(wu)特性的微生(sheng)物(wu)代(dai)替酶，可製成微生(sheng)物(wu)傳感(gan)器。生物傳感器(qi)已應用(yong)於監測多種細菌、病(bing)(bing)毒(du)及(ji)其毒(du)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(shi)(shi)傳感(gan)器體(ti)積(ji)小、重(zhong)量輕、並且(qie)和身體(ti)兼容，同時還要求其功率非(fei)常小。更重要的是，它們不能隨著時間的推移而衰變。
對功(gong)率的(de)要(yao)(yao)求是植入式(shi)傳(chuan)(chuan)感器正常工(gong)作所面臨(lin)的(de)主(zhu)要(yao)(yao)挑戰之一(yi)。不需要(yao)功率就能發(fa)(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)的(de)傳(chuan)感(gan)器是最(zui)完(wan)(wan)美(mei)的(de)，可是市(shi)場(chang)尚沒有這種傳(chuan)感(gan)器出售。壓電聚(ju)合傳感(gan)器體(ti)積(ji)小，可(ke)靠(kao)(kao)性高，不需要(yao)外(wai)部動力而且能(neng)(neng)長時間持續(xu)工作(zuo)。這(zhe)類傳(chuan)感器可應用於(wu)監視(shi)病(bing)人活(huo)動的心(xin)臟(zang)起(qi)(qi)搏(bo)器，如(ru)下圖(tu)所示，通(tong)過(guo)植入(ru)式傳(chuan)感器可以(yi)實時(shi)(shi)監測心(xin)率(lv)變(bian)化。舉個例子，由於腹(fu)(fu)部長了一個大(da)動脈瘤，要求切(qie)除(chu)一部分(fen)脆(cui)弱的(de)(de)(de)動脈，用人(ren)工合(he)成的(de)(de)(de)管狀器官(guan)來(lai)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洩漏。
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(jian)護(hu)儀用於(wu)診療環(huan)境(如(ru)手(shou)術室、急救室、加(jia)護(hu)病(bing)(bing)(bing)房(fang)、重癥(zheng)病(bing)(bing)(bing)房(fang)以及日(ri)益普(pu)遍的病(bing)(bing)(bing)人家(jia)庭(ting))，以監(jian)測和顯(xian)示(shi)病(bing)(bing)(bing)人身體的各種主要(yao)情況，包括心電圖、脈(mo)搏血氧飽和度(du)、血壓、呼(hu)(hu)吸(xi)和(he)溫(wen)度(du)等。監護儀可以是獨立儀器，也可以是多參數儀器。
制氧(yang)機的(de)作用(yong)在於減少輸送給病人空氣中(zhong)的(de)氮，同時增加(jia)氧(yang)的(de)比例(li)(li)。制(zhi)氧(yang)機使(shi)用的(de)對像是(shi)不能(neng)把氧(yang)氣順利地吸收到血(xue)液(ye)裡(li)的(de)病人，如某些肺病患者(zhe)。由於用於製(zhi)氧(yang)機(ji)的(de)氣流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)傳感(gan)器(qi)(qi)必須(xu)能夠測(ce)量超(chao)(chao)低(di)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量，如(ru)需(xu)要(yao)測(ce)出0.1立方厘米(mi)的(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量，所以氣流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)傳感(gan)器(qi)(qi)可用來檢測(ce)病(bing)人何時開(kai)始(shi)呼氣(即何時應減(jian)少(shao)空氣流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量)，使病(bing)人呼氣容易和感覺舒適。
低壓和超低壓塑(su)(su)封矽壓力傳(chuan)感器可檢測(ce)病人開始(shi)吸(xi)(xi)氣的(de)(de)時(shi)(shi)刻，以便(bian)有效(xiao)(xiao)和高(gao)效(xiao)(xiao)率地輸(shu)送氧氣，這(zhe)不(bu)僅能縮短(duan)系統(tong)的(de)(de)反(fan)應時(shi)(shi)間，而且還可避免(mian)在病人不(bu)吸(xi)(xi)氣時(shi)(shi)供氧所造成的(de)(de)浪(lang)費。因此，不需要(yao)體(ti)積(ji)(ji)龐大(da)的製氧(yang)機(ji)也能提(ti)(ti)高制氧(yang)機(ji)的運(yun)作效(xiao)率。體積小的製氧機，耗電少，便於攜帶，這種不銹鋼介質隔離式的$壓力傳感器還能檢測緩衝罐的壓力，同時可向壓縮機反饋信號，使壓縮機保持適度的壓力。
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。本(ben)文(wen)主要(yao)介紹醫療電(dian)(dian)子領域(yu)中生物傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)、測壓傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)、非(fei)(fei)接觸(chu)式(shi)溫度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的基(ji)本(ben)應(ying)用(yong)。
建亞電子/燦達HR是集連接器產品研發、製造、銷售一體的專業HR連接器製造型企業，產品有環保無鹵電子連接器、端子連接器、Housing、Wafer、Terminal、小間距FFC/FPC 連接器及連接器模具研發製造,為客戶提供定制化服務，專案開發。官網：//gsjsf.cn，諮詢熱線 400-0769-458.
注：變形桿(gan)菌(jun)類傳(chuan)感器在(zai)胃裡(li)的時(shi)候(hou)可(ke)完全(quan)跟(gen)胃液(ye)進行(xing)接觸，然(ran)後會(hui)根據攝(she)入時(shi)機傳(chuan)達獨特的信號(hao)。這(zhe)些信號(hao)(hao)會通(tong)過(guo)身體組織(zhi)(zhi)傳達到(dao)皮(pi)膚上一個電池(chi)(chi)驅動(dong)的(de)貼(tie)片(pian)，這(zhe)樣(yang)就可(ke)以(yi)檢測到(dao)各種信號(hao)(hao)以(yi)及生(sheng)理(li)和行為(wei)指標，例(li)如(ru)心(xin)率、體位和活動(dong)。當然最後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(chuan)(chuan)感器是(shi)將力或(huo)重力轉(zhuan)(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)信(xin)號的換(huan)能器。測(ce)(ce)壓(ya)(ya)傳(chuan)感器(qi)(qi)應(ying)用(yong)在醫(yi)(yi)(yi)學(xue)中被(bei)稱(cheng)為醫(yi)(yi)(yi)用(yong)測(ce)(ce)壓(ya)(ya)傳(chuan)感器(qi)(qi)，它們都必(bi)須高(gao)(gao)度精確(que)並緊湊包(bao)裝，以方便(bian)攜帶，特(te)別(bie)是(shi)器(qi)(qi)械要與(yu)病人直(zhi)接(jie)連接(jie)時(shi)。如果(guo)傳感(gan)器用於某醫療器械(xie)集成的監測儀(yi)器內，要使(shi)用不銹鋼和陽極化鋁等標準(zhun)包(bao)裝材料。如果設備與人(ren)體(ti)(ti)或液體(ti)(ti)直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)，則可使用可高壓(ya)蒸汽滅菌的(de)特種(zhong)不銹(xiu)鋼或一次性傳感(gan)器(qi)。下圖展示了測壓傳感器在醫療上的應用。
醫(yi)用測(ce)壓傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)早期曾用於病床(chuang)負重(zhong)監測(ce)，現(xian)在(zai)則將(jiang)小型(xing)測(ce)壓傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)應用到容(rong)(rong)易(yi)發生人(ren)為(wei)錯誤(wu)的領(ling)域(yu)，如：用於給藥的輸液(ye)泵(beng)。為(wei)了(le)盡可(ke)能精確(que)地調(diao)節流速以及(ji)(ji)便於護士(shi)隨??時監(jian)測，人(ren)們將(jiang)測壓傳感器應用(yong)在(zai)(zai)輸(shu)液泵(beng)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，並及時跟控制器通信。
非接觸式溫度傳感器
一(yi)般來(lai)(lai)說，非接觸(chu)式溫度計可(ke)以(yi)測量從一(yi)個(ge)遙(yao)遠的(de)紅(hong)外輻射(she)熱源(yuan)排(pai)放的(de)熱。在(zai)沒(mei)有(you)明確的(de)光纖(xian)(xian)溫(wen)度傳感(gan)器(qi)或一(yi)個紅(hong)外光纖(xian)(xian)和(he)紅(hong)外線(xian)傳感(gan)器(qi)組合許(xu)(xu)可的(de)情(qing)況下，非接(jie)(jie)觸式(shi)表(biao)面(mian)(mian)視(shi)線(xian)清(qing)楚。這可能(neng)有(you)助(zhu)於確定(ding)快速運(yun)動(dong)物體的表面溫(wen)度(du)，甚(shen)至在(zai)狹窄的地方和(he)電磁場測量溫(wen)度(du)。 AgClxBr1-X被認(ren)為是(shi)為低溫(wen)度下測量的(de)最(zui)佳選擇。這(zhe)些纖維的(de)特點是靈(ling)(ling)活(huo)，不(bu)溶(rong)於水，且無毒。出於這個原因，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(sheng)(sheng)物(wu)(wu)傳感(gan)器對生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)物(wu)(wu)質敏感(gan)並將其濃(nong)度(du)轉(zhuan)換(huan)為電信號進行檢(jian)測(ce)，它(ta)是(shi)由固定化的生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)敏感(gan)材料(liao)做(zuo)識別元(yuan)件(jian)(包括酶、抗(kang)(kang)體(ti)、抗(kang)(kang)原(yuan)、微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)、細胞(bao)、組織、核(he)酸等(deng)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)活(huo)性物(wu)(wu)質)與(yu)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(lin)(lin)床醫學(xue)中，酶(mei)電極是最(zui)(zui)早(zao)研製且(qie)應(ying)用最(zui)(zui)多的一種(zhong)傳感(gan)器(qi)。利用具(ju)(ju)有不(bu)同(tong)生(sheng)物(wu)特性的微生(sheng)物(wu)代(dai)替酶，可製成微生(sheng)物(wu)傳感(gan)器。生物傳感器(qi)已應用(yong)於監測多種細菌、病(bing)(bing)毒(du)及(ji)其毒(du)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(shi)(shi)傳感(gan)器體(ti)積(ji)小、重(zhong)量輕、並且(qie)和身體(ti)兼容，同時還要求其功率非(fei)常小。更重要的是，它們不能隨著時間的推移而衰變。
對功(gong)率的(de)要(yao)(yao)求是植入式(shi)傳(chuan)(chuan)感器正常工(gong)作所面臨(lin)的(de)主(zhu)要(yao)(yao)挑戰之一(yi)。不需要(yao)功率就能發(fa)(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)的(de)傳(chuan)感(gan)器是最(zui)完(wan)(wan)美(mei)的(de)，可是市(shi)場(chang)尚沒有這種傳(chuan)感(gan)器出售。壓電聚(ju)合傳感(gan)器體(ti)積(ji)小，可(ke)靠(kao)(kao)性高，不需要(yao)外(wai)部動力而且能(neng)(neng)長時間持續(xu)工作(zuo)。這(zhe)類傳(chuan)感器可應用於(wu)監視(shi)病(bing)人活(huo)動的心(xin)臟(zang)起(qi)(qi)搏(bo)器，如(ru)下圖(tu)所示，通(tong)過(guo)植入(ru)式傳(chuan)感器可以(yi)實時(shi)(shi)監測心(xin)率(lv)變(bian)化。舉個例子，由於腹(fu)(fu)部長了一個大(da)動脈瘤，要求切(qie)除(chu)一部分(fen)脆(cui)弱的(de)(de)(de)動脈，用人(ren)工合(he)成的(de)(de)(de)管狀器官(guan)來(lai)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洩漏。
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(jian)護(hu)儀用於(wu)診療環(huan)境(如(ru)手(shou)術室、急救室、加(jia)護(hu)病(bing)(bing)(bing)房(fang)、重癥(zheng)病(bing)(bing)(bing)房(fang)以及日(ri)益普(pu)遍的病(bing)(bing)(bing)人家(jia)庭(ting))，以監(jian)測和顯(xian)示(shi)病(bing)(bing)(bing)人身體的各種主要(yao)情況，包括心電圖、脈(mo)搏血氧飽和度(du)、血壓、呼(hu)(hu)吸(xi)和(he)溫(wen)度(du)等。監護儀可以是獨立儀器，也可以是多參數儀器。
制氧(yang)機的(de)作用(yong)在於減少輸送給病人空氣中(zhong)的(de)氮，同時增加(jia)氧(yang)的(de)比例(li)(li)。制(zhi)氧(yang)機使(shi)用的(de)對像是(shi)不能(neng)把氧(yang)氣順利地吸收到血(xue)液(ye)裡(li)的(de)病人，如某些肺病患者(zhe)。由於用於製(zhi)氧(yang)機(ji)的(de)氣流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)傳感(gan)器(qi)(qi)必須(xu)能夠測(ce)量超(chao)(chao)低(di)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量，如(ru)需(xu)要(yao)測(ce)出0.1立方厘米(mi)的(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量，所以氣流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)傳感(gan)器(qi)(qi)可用來檢測(ce)病(bing)人何時開(kai)始(shi)呼氣(即何時應減(jian)少(shao)空氣流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量)，使病(bing)人呼氣容易和感覺舒適。
低壓和超低壓塑(su)(su)封矽壓力傳(chuan)感器可檢測(ce)病人開始(shi)吸(xi)(xi)氣的(de)(de)時(shi)(shi)刻，以便(bian)有效(xiao)(xiao)和高(gao)效(xiao)(xiao)率地輸(shu)送氧氣，這(zhe)不(bu)僅能縮短(duan)系統(tong)的(de)(de)反(fan)應時(shi)(shi)間，而且還可避免(mian)在病人不(bu)吸(xi)(xi)氣時(shi)(shi)供氧所造成的(de)(de)浪(lang)費。因此，不需要(yao)體(ti)積(ji)(ji)龐大(da)的製氧(yang)機(ji)也能提(ti)(ti)高制氧(yang)機(ji)的運(yun)作效(xiao)率。體積小的製氧機，耗電少，便於攜帶，這種不銹鋼介質隔離式的$壓力傳感器還能檢測緩衝罐的壓力，同時可向壓縮機反饋信號，使壓縮機保持適度的壓力。
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。本(ben)文(wen)主要(yao)介紹醫療電(dian)(dian)子領域(yu)中生物傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)、測壓傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)、非(fei)(fei)接觸(chu)式(shi)溫度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的基(ji)本(ben)應(ying)用(yong)。
建亞電子/燦達HR是集連接器產品研發、製造、銷售一體的專業HR連接器製造型企業，產品有環保無鹵電子連接器、端子連接器、Housing、Wafer、Terminal、小間距FFC/FPC 連接器及連接器模具研發製造,為客戶提供定制化服務，專案開發。官網：//gsjsf.cn，諮詢熱線 400-0769-458.
