传感器技术在医疗监测中的应用

用于各种应用，从心率监测器到车辆碰撞探测器，一氧化碳指示器到人体膀胱压力测量装置，出现了各种功能强大，可靠且成本低廉的传感器，其应用至关重要在人们越来越多地寻求控制个人幸福的新方法以便过上更健康，更美好的生活的时候，我们会减轻伤害，减少或预测健康风险。本文将研究现有设计以及绘图板上的设计，如果没有这些传感器，这些设计永远不会存在，同样有助于避免生命损失。这里引用的所有部件，数据表，教程和开发系统都可以在Digi-Key网站上找到。

不断增长的医疗应用

健身和生命体征医疗传感器应用已经在市场上已经有一段时间了，但是新的发展正在将传感器进一步带入尚未开发的医疗环境。例如，生理监测可以帮助诊断和持续治疗大量具有神经，心血管和肺部疾病（例如癫痫发作，高血压和哮喘）的个体。

微电子领域的最新发展使研究人员能够开发出具有感应能力，前端放大，微控制器功能和无线电传输的微型电路，所有这些都是可穿戴的形状因素（例如，灵活的来自IMEC的ECG单元，如图1所示。

图1：一个灵活的无线ECG传感器，带有IMEC的全功能微控制器。

传感器正成功用于治疗睡眠呼吸暂停，其中呼吸暂停的速度最高可达每小时30次。睡眠呼吸暂停监测仪中使用的一个例子是霍尼韦尔AWM90000系列微桥质量气流传感器（图2），有两种型号可供选择 - AWM92100V的流量范围为±200 SCCM，压降仅为0.49 mbar/49 Pa/0.007 psi，通常，AWM92200V是差压版本。

图2：AWM92200V有两个版本 - 质量流量和差速器。

传感器的响应时间为1毫秒，电源电压为8.0 VDC至15.0 VDC，功耗仅为50 mW，非常适合电池供电的显示器。 <跨度>

在医疗监测中，通过基于传感器的设备自动获取生命统计数据，例如高度精确的ADI公司AD8232单引线心率监测仪前端（图3），该设备在环境中无噪声干扰的情况下运行。

图3：ADI公司AD8232的框图。

该设备在存在由远程电极放置或甚至患者运动产生的嘈杂条件下提取，放大和过滤小生物电位信号。输出信号可通过超低功耗模数转换器（ADC）或嵌入式微控制器（MCU）轻松获取。

多年来，挪威SINTEF的研究人员一直致力于开发微型用于测量体内压力的传感器。当有机会与Sunnaas医院（挪威Nesodden）密切合作时，他们决定专注于测量膀胱压力，这对于确定是否需要手术或者是否可以用药物治疗是至关重要的。测量结果显示膀胱是如何填充和排空的。

目前，使用插入尿道的导管进行测量，以便膀胱充满水。这对患者来说是不舒服的，并且由于膀胱以不自然的高速填充盐水，该方法也是不可靠的。与导管不同，它们微小的新型压力传感器可插入皮肤下并进入膀胱。传感器定位时不会给患者带来不适，患者可以在没有破坏性导管的情况下正常移动，并且感染的风险会降低。

此刻，传感器连接到细线，但下一步将是无线化。另一个长期选择可能是允许智能手机读取测量值。

其他的微型植入式传感器已被开发用于：检测头骨内的血液和压力;为糖尿病患者提供持续的血糖监测;并允许医疗质量的可穿戴物测量压力，癫痫发作，活动和睡眠。所有这些都已经上市。

更重要的是，小到一粒沙子的可摄取传感器被用来测量化学物质，不仅用于诊断，更常见的是看病人是否错过了一剂药物。此外，可以“感觉”异常生长的触觉传感器，例如，可能能够彻底改变癌症患者的早期预警也在绘图板上。

提高安全性

通常我们认为汽车和医疗应用程序完全不同，但有一个跨越两者的救生传感器应用程序。测量心脏和呼吸率和疲劳的可穿戴设备可分别位于安全带和座椅套中。如果驾驶员正在入睡，则在失控之前警报会响起。当疲劳或昏昏欲睡时，呼吸和心率往往会与正常情况不同，因此基于传感器的系统可以在太晚之前准确地监控并警告驾驶员。

为了帮助设计工程师快速方便地访问传感器系统以进行评估，从设计过程中进行一些猜测，MEDER Electronics等公司提供了易于使用的功能。使用开发套件。例如，该公司的干簧传感器/磁铁设计评估套件（图4）有四种配置，每种配置包括三种不同传感等级的干簧传感器，B，C和D，以及匹配传感器外壳中的一个匹配执行器磁铁。功能包括3-D驱动图示，为传感器操作提供简单的指导，为5个位置提供的驱动距离数据，以及螺钉固定或螺纹安装选项中的运动配置。

图4：Meder的评估套件有助于加速开发人员的设计过程。

摆脱涉及身体和安全的危险，在危险环境中使用了许多传感器 - 而且名单正在增长。例如：

从涉及火灾的任何地方排放危险的一氧化碳，包括炉子，气体干燥器，烤箱或热水器。每年，基于传感器的小型CO设备可以避免许多中毒和确定的疾病和死亡。

氰化物中毒是快速起效的，可在半小时内杀死。然而，给出氰化物是否是罪魁祸首的测试需要24小时来评估。南达科他州立大学的科学家Brian Logue开发了一种传感器，可在一分钟内检测到血液中的氰化物。仍处于开发阶段，这项有前途的技术已被证明可以100％准确地测试兔子中的氰化物。把你的神秘书放下 - 这不是氰化物中毒发生的唯一地方。消防队员经常暴露在工业火灾中。

每年有1000多名美国猎人死于狩猎事故。新西兰的猎人开发了一种防止意外射击的安全系统 - 红外逆反射器识别系统（IRIS）可以连接到步枪上，可以在现场猎人身上检测IRIS材料，同时发送声音和视觉警报。

街道不仅对车辆有危险，而且对骑自行车的人来说极其危险，特别是在交叉路口。欧洲使用的解决方案是安装在自行车后轮上的Veloloop传感器，可检测自行车何时停止并在多个频率范围内搜索电磁信号。当找到信号时，传感器发出自己的信号，并改变交通信号灯。

总之

健康与安全的传感器技术正被广泛应用于可以非常有效的各种应用中。这些包括我们使用的医疗设备，我们驾驶的汽车以及我们工作的环境，其中安全传感器和系统在确保工厂员工和工人的安全方面发挥着至关重要的作用。随着所使用的传感器变得越来越小，该传感器越来越小，具有更高的可靠性和准确性，并且（由于体积）成本越来越低，健康和安全相关传感器系统的市场预计会增长多倍。仅对于医疗保健应用，传感器市场预计到2017年将达到131.1亿美元