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测压传感器介绍及在医疗电子中的应用

  • 文章来源: / 作者: / 发布时间:2020-01-18
  • 展望

    不久以后,人们将小型测压传感器应用到容易发生酬报谬误的领域,例如:用于给药的输液泵。以往,人们将液体、药物或营养液装到输液袋中,悬挂起来,使液体通过软管依靠重力输入病人体内。为了尽可能准确地调节流速,人们使用了各种钳夹方法。此外,护士还要频繁地监测输液,确保输液正确,输液袋内液体尚未流尽,并且未发生回血。将测压传感器和监测系统引入简易输液办法中,省却了主不雅观判断的过程。测压传感器可精确丈量输液袋的重量,当液体重量于预先设定值差异时,传感器会立刻向连贯的办法发出警告信息。通常,小型弯梁测压传感器(量程100g至1lb) 装置在软管下的储液器上。传感器可检测输液期间的导管重量变革,并与电子控制器停止数据通信。

    矫形外科:将极小型平板式或纽扣式测压传感器植入鞋跟内,并与头戴式无线电办法相连。当使用者走路姿态正确、能够保持均衡时,测压传感器可启动无线电办法,播放音乐。假如患者步态不正确,身体不均衡,无线电办法会进行播放音乐,这样即可纠正谬误的步态和行走方式。

      内镜手术:内镜是另一个常接纳测压传感器技术的特殊领域。在内镜手术中,器械压力极为关键,切口深度必需极为精确。测压传感器可监测这些器械对组织的作用力,从而大大进步手术的精确性。

    医用测压传感器早期曾用于力学丈量等领域,如病床负重监测。20世纪80年代早期之前,护士必需亲身丈量病人的体重,跟踪鲜亮颠簸。在病床上装置测压传感器后,病床可有效地将病人的精确体重传输得手持式办法上。每张病床一般装置4个测压传感器,每条床腿下一个,这些传感器将数据传输到与相关办法或控制器连贯的接线盒内。

    测压传感器品种及相应的测压技术

    拉力办法也可通过同样的原理监测腿部对某物体外表的推力和牵引力。与握力或拉力办法相连的测压传感器可显示受损肌肉确实切变革,以及每个疗程完毕后的改善状况。这样,理疗师就能依据病人的必要制定适宜的治疗品种。这些传感器直径为1至4英寸,量程为50–1000lb。为此,人们设想了许多差异布局的办法,但这些办法都有两个独特点:病人对某物体施加作用力,物体与测压传感器相连,传感器将测得的成果发送到数字显示安置或计算机上。计算机随后将模拟信号转变为数字信号,以便精确、实时显示成果。

      微型化和自动化正在从基本上扭转医用测压传感器的应用状况,尤其是在受惠于自动化的外科手术领域。随着自入手术器械的日趋精细,测压传感器将有助于开发出更经济高效、更精细的自动化手术技术。此中一个方法就是在这些自动机械上增多触觉功能。各种尺寸、外形和量程差异的测压传感器使这些提高得以实现。未来,测压传感器将逐步微型化和智能化,并具有调换性和通信功能,从而使自动机械具有与人类触觉雷同以至更为杰出的感知才华。该技术将拓展外科手术的应用范围,同时降低总体老本,解救更多生命。

      测压传感器也将用于各种预防性医疗器械中。目前,人们已经操作微型测压传感器纠正一些不良习惯和预防损伤。简略的做法例如将测压传感器装置在高尔夫配备袋或力量训练办法上,制止过度提拉损伤。复杂的应用例如在自动控制假肢上使用多个微型测压传感器,使患者的脚趾和手指能够感知压力,并将数据传输给大脑,及时做出反馈。

    要通过应变计丈量应变,所用电路必需能够丈量微小应变带来的微弱电阻变革。应变计换能器通常包含4个应变计元件,这些元件通过导线连贯成惠斯顿电桥电路。作为应变丈量的最佳选择,这种电路为四脚并联分别式电桥电路,它可丈量电阻变革引起的电流扭转。其输出电压以单位输入电压下的毫伏数暗示(mV/V)。惠斯顿电桥也适用于温度赔偿。

    膝关节植入物中间接使用的测压传感器包含植入式膝关节模拟器以及膝关节和胫骨模拟器,前者可丈量髌骨植入物遭到的关节作用力。该安置可与试验用膝关节植入物连贯,丈量胫骨和股骨间的负荷。对髌股关节的负荷均衡停止评估,有助于均衡各软组织构造的负荷、对植入物停止准确定位,改善膝关节不变性。

    测压传感器介绍及在医疗电子中的应用

    微电机系统(MEMS)是该领域的最新技术。MEMS为蚀刻成梁柱形、隔膜形或板形的微型硅元件,可在测压元件内阐扬传感器的功能。与集成电路的制造工艺相似,MEMS也是通过整体和外表微加工技术制成。MEMS可以大批量消费,因为可以在有集成电路的单晶片上加工数以千计的传感器元件。只管这种传感器能够以极低的老本(低至几美圆)大批量消费,但与箔应变计比拟,其应用范围仍很有限。MEMS在医疗领域最常用于那些老本低、产量大(数百万以上)的一次性产品中,例如:一次性血压传感器和用于丈量球囊导管压力的血管成形安置。

    图2. 假肢中所用的传感器可丈量脚、腿、脚趾或手指的力量。