???? 隨著(zhù)人口數量的不斷增長(cháng)、人口老齡化的加重，人們需要大量的現代醫學(xué)奇跡。為了保持這種勢頭，越來(lái)越多的人開(kāi)始尋求醫療幫助，這就需要在減少手工勞動(dòng)者和人為失誤的同時(shí)提高醫療器械的可靠性和自動(dòng)化處理。

???? 為了使智能器械達到安全可靠、自動(dòng)化處理的目標，應該配備傳感器。傳感器已被廣泛用于外科手術(shù)設備、加護病房、醫院療養和家庭護理中。已經(jīng)有很多可與醫療器械結合使用的傳感器在市面上出售。

???? 在醫療設備制造商和傳感器專(zhuān)家的攜手合作下，更多尖端的科學(xué)技術(shù)將會(huì )被創(chuàng )造出來(lái)。如果很好地理解了需控制的用途和參數，那么選擇一個(gè)傳感器就變得很簡(jiǎn)單。

???? 最復雜的傳感器是植入式傳感器，其次是用于導管中的傳感器（通過(guò)切割的方法）、用于身體空腔中的傳感器、用于身體外部但是卻和體液相接觸的傳感器，以及外用傳感器。在本文中，我將介紹應用于上述所有用途的傳感器的詳細說(shuō)明，并給出一些當前正在使用的設備范例。

??? 植入式傳感器

? ? 植入式傳感器應當體積小，重量輕，并且和身體兼容，同時(shí)還要求其功率非常小。更重要的是，它們不能隨著(zhù)時(shí)間的推移而衰變。

???? 由于這類(lèi)傳感器屬于第Ⅲ類(lèi)醫療器械，因此需要有食品及藥物管理局（FDA）的批準才能使用。一般來(lái)講，這類(lèi)傳感器價(jià)格非常昂貴，而且需要專(zhuān)家做外科手術(shù)進(jìn)行移植。

? ?? 對功率的要求是植入式傳感器正常工作所面臨的主要挑戰之一。不需要功率就能發(fā)揮作用的傳感器是最完美的，可是市場(chǎng)尚沒(méi)有這種傳感器出售。壓電聚合傳感器體積小，可靠性高，不需要外部動(dòng)力而且能長(cháng)時(shí)間持續工作。這類(lèi)傳感器可應用于監視病人活動(dòng)的心臟起搏器。

??? 壓電式傳感器是一個(gè)很小的懸臂，懸臂的重量集中于一端且隨著(zhù)人體的運動(dòng)而跳動(dòng)。每當病人運動(dòng)時(shí)，傳感器就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)信號。心臟起搏器接收到這些信號，然后使心臟也相應的博動(dòng)。如果病人在休息，信號為零，則心臟起搏器會(huì )使心臟以正常頻率博動(dòng)，例如大約70次/分鐘。傳感器能區分出各種活動(dòng)，例如走路、跑步、或是其他身體活動(dòng)。傳感器的輸出和運動(dòng)量成正比。圖1和圖2所示的即為一個(gè)被嵌入在一個(gè)心臟起搏器中的小型化壓電薄膜振動(dòng)傳感器，該傳感器的長(cháng)度為15/100英寸。

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? ?? 利用外部能源給已植入的傳感器提供動(dòng)力，還有其他的方法。假如人體某部位已被植入一個(gè)特別設計的傳感器，那么當將一個(gè)射頻能量束靠近該部位時(shí)，該傳感器即被激活，開(kāi)始工作，并通過(guò)射頻鏈路將所得數據發(fā)回給探測器，然后再重新進(jìn)入睡眠狀態(tài)。使用一個(gè)帶有天線(xiàn)的傳感器和一個(gè)異頻雷達收發(fā)機來(lái)完成這項功能。

??? 舉個(gè)例子，由于腹部長(cháng)了一個(gè)大動(dòng)脈瘤，要求切除一部分脆弱的動(dòng)脈，用人工合成的管狀器官來(lái)替代。這時(shí)，可以在手術(shù)的過(guò)程中植入一個(gè)傳感器，用來(lái)監視手術(shù)部位的壓力泄漏?！　?br />
??? “臨時(shí)性”插入傳感器

??? 這類(lèi)傳感器要求能夠通過(guò)切口插入體內（典型的方式是通過(guò)導管插入）。和植入式傳感器相比，這種傳感器的危險性不高。

???? 這種傳感器的應用也很敏感，同樣需要食品及藥物管理局的批準才能使用。根據外科手術(shù)的不同，這些傳感器可能會(huì )發(fā)揮幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)的功效。在理想情況下，這些傳感器不需要外部動(dòng)力進(jìn)行驅動(dòng)，但是如果必要的話(huà)，也可以通過(guò)外部途徑進(jìn)行驅動(dòng)。

? ?? 可以將一對匹配的熱敏電阻連接到導管的頂端。通過(guò)測量血液的流速，熱敏電阻可以將導管引入心臟的不同位置?？梢岳镁€(xiàn)圈對它們進(jìn)行加熱，或者用冷鹽水沖洗的方式來(lái)測量血液流速。當用冷鹽水沖洗時(shí)，第一個(gè)傳感器測得的溫度要比第二個(gè)傳感器低，這是因為當鹽水到達第二個(gè)傳感器時(shí)，鹽水已經(jīng)被流動(dòng)的血液加熱了。由于兩個(gè)溫度傳感器的間隔距離是已知的，而且鹽水的溫度和量是可控的，因此可以通過(guò)讀取兩個(gè)傳感器的輸出數據差來(lái)計算血液流速。當用冷鹽水時(shí)，這些熱敏電阻不需要外部的動(dòng)力。圖3所示的即為這一類(lèi)型的傳感器。

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??? 導管消融傳感器是另一種用切割方式“臨時(shí)性”插入的傳感器，可利用它進(jìn)行特殊的治療或是在治療過(guò)程中采取某種緊急措施。消融術(shù)是一個(gè)通過(guò)有選擇地殺死某個(gè)組織來(lái)生成新疤痕組織的過(guò)程，這樣做的目的是要在心臟內設置不同的路線(xiàn)發(fā)送神經(jīng)脈沖，進(jìn)而醫治心率失常的疾病。射頻能量經(jīng)常被用于消融過(guò)程。實(shí)施消融術(shù)的關(guān)鍵是要注意導管頭對目標組織所施加的力不能超過(guò)事先設定的值，以避免刺穿目標組織。微熔術(shù)傳感器技術(shù)是利用一個(gè)空間受力感應系統從三維空間同時(shí)測量組織接觸時(shí)的受力情況。

? ?? 硅微機械壓力傳感器可用于宮縮壓力傳感器，來(lái)測量分娩期內的子宮收縮壓力和收縮頻率（見(jiàn)右圖）。這種方法要比常規的束腹帶方法要更加可靠，且可在危急情況下使用。硅微機械壓力傳感器的另外一個(gè)特性是可以嵌入羊膜液注入和提取傳感器中。這些傳感器通過(guò)子宮插入，然后置于羊膜袋中。 當小孩即將出生時(shí)再把傳感器取出來(lái)。這些傳感器都是一次性傳感器。

??? 用于測量體溫的口腔/直腸探針被設計成體積、外表粗糙。這些傳感器的表層用松軟的涂料覆蓋，用來(lái)保護器官的內層不受到意外傷害。

??? 和體液相接觸的外用傳感器

??? 有幾類(lèi)一次性傳感器是附在體外使用的，但是它們卻是和體液相接觸的。比如一次性血壓傳感器（DSP），（見(jiàn)圖5）。

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???? 這類(lèi)傳感器用于外科手術(shù)和重癥監護，以便持續地監控病人的血壓情況。這是在給病人進(jìn)行靜脈輸液（IV）的同時(shí)測量其血壓的最理想方式。這類(lèi)傳感器需要每24個(gè)小時(shí)更換一次，以保證傳感器的清潔衛生。這類(lèi)傳感器被連到一個(gè)監控器上，以便記錄下所有的信息。

??? 還有其它幾類(lèi)與藥物或是體液相接觸的傳感器。其中一類(lèi)用于氣囊膨脹壓力監控。在這個(gè)應用中，壓力傳感器需要承受超過(guò)30bar的壓力，并監控氣囊的充氣壓力。壓力過(guò)大的話(huà)會(huì )將氣囊充爆。由于傳感器與藥物和體液接觸，因此需要用一個(gè)硅凝膠屏障將傳感器的其余部分隔開(kāi)。

??? 設備和外用傳感器

??? 在中藥和體液都不和傳感器相接觸的情況下，可將外用傳感器應用于醫療設備。在大多數情況下，這類(lèi)傳感器都不是一次性的。醫院或是家庭護理均可使用這類(lèi)傳感器。下面列舉幾個(gè)此類(lèi)傳感器：

??? 注射泵中用于檢測脈管梗塞（導管堵塞）的測壓元件（見(jiàn)圖6）。

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??? 注射泵中用于檢測流速、注射器是否為空和注射器是否堵塞的電磁編碼器
??? 肺活量計中用于測量哮喘病人呼吸強度的微電子機械系統流速傳感器
??? 用于研究帕金森病人顫動(dòng)情況的超小型微電子機械系統加速傳感器。
??? 用于研究睡眠窒息的壓電（或熱電）傳感器。
??? 用于監控和測量手腕動(dòng)脈脈壓的微電子機械系統 壓力傳感器。
??? 用于輸氧控制及監控儲氧罐存量的微電子機械系統和測壓傳感器。
??? 用于測量體表/體內溫度的NTC溫度傳感器（見(jiàn)圖7）。


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??? 袖袋血壓傳感器工具箱中所使用的基于微電子機械系統的壓力傳感器。