应用于医疗设计项目的传感器网络技术介绍

医学不推进技术，技术进步医学。对于拦截和预防性医疗技术的诊断，维护和监测尤其如此。特别是传感器技术，基于小型化的改进 - 特别是在MEMS领域 - 处于进步的最前沿。 MEMS芯片感应压力，检测运动（或缺少运动），识别和测量力，泵送流体，控制流量等。

传感器通过植入，通过切口放入导管或用于体腔来使用;外部传感器用于接触体液和医疗设备。

今天的植入式传感器体积极小，重量轻，坚固耐用，可长时间使用。今天的医疗传感器能够区分步行，跑步和其他体力消耗。鉴于某些设计中的电源是一个问题，例如心脏起搏器，压电聚合物传感器是微型的，可靠的，并且除了它们可以从它们运行的环境中利用之外不需要电力。类似地，植入的传感器也可以通过使用RF能量棒形式的RF技术从外部供电。当使用天线和发送应答器的魔杖靠近传感器时，传感器会唤醒以进行测量，通过RF链路将数据发送到魔杖，然后返回睡眠模式。

通过切口放置的传感器，例如，附着在导管上，用于测量心脏中的血流量。这些类型的传感器通常在短期内使用，跨越几分钟到几小时。

在分娩过程中使用一次性硅MEMS压力传感器来测量收缩频率和压力，并在婴儿出生后将其移除。一次性口服和直肠探针用于测量体温。

暴露于液体的传感器包括通常在外科手术过程中用于监测血压的一次性血压传感器。这些传感器定期更换。传感器模块插入监视器并记录所有提取的信息。

压阻式压力传感器

压力传感器监测患者的病情，基于压阻技术，提供基本的放大和温度补偿设备（图1）。飞思卡尔拥有全系列的此类压力传感器，可在PC和串行外设接口SPI总线上进行通信。飞思卡尔MPX2053系列用于医疗应用，如有创和无创血压监护仪，胎心监护仪，吸入器和呼吸机，伤口管理，病人监护，肺活量计和呼吸治疗设备，睡眠呼吸暂停机，透析系统，给药系统和医院病床。这些器件是硅压阻式压力传感器，可提供与施加的压力成正比的高精度和线性电压输出。 MPX2053系列的特性包括温度补偿超过0°至85°C，易于使用的芯片载体封装选项，仪表端口和非端口选项。

图1：集成在压力传感器芯片上的内部电路的框图。

运动传感器在医疗应用中也发挥着重要作用。在移动或缺乏移动很重要的情况下，准确地检测和监视运动是很重要的。床 - 患者定位，患者监测，活动和不活动以及自由跌落检测都是可能的。例如，手持设备和游戏设备中常见的ADI公司ADXL345数字加速度计是一种高分辨率，小尺寸，低功耗的部件，可为医疗成像设备，手术仪器带来超精细分辨率。 ，先进的假肢和带有嵌入式加速度计的自动除颤器，可增强反馈。此外，加速度计提供有关患者活动的有用信息，并且在佩戴时可用于检测站立，行走，跌倒和测量震颤。 ADXL345（图2）是一款小巧，超薄，超低功耗的三轴加速度计，具有高分辨率测量功能。设备通过将任意轴上的加速度与用户设定的阈值进行比较来检测是否存在运动。

图2：ADXL345数字加速度计。 （由Analog Devices提供。）

在最近由J. Pang和I. Singh在2011年工程与计算机科学世界大会（Proceedings Volume II）上发表的一篇论文中，作者描述了使用ADXL345组合的新解决方案使用RabbitCore RCM3365板作为Web服务器，实时检测和监控手部动作。当手移动时，加速器检测到运动，并将数据收集到Excel数据库中。实验显示了手的位置，向前或向后移动检测以及手位置的角度。这些类型的实验仍处于早期阶段，需要提高对小传感器误差的灵敏度和更准确的加速度计角度检测，这取决于处理数据的复杂算法。

MEMS流量传感器用于医疗应用，用于呼吸机睡眠呼吸暂停机和麻醉。例如，IDT，Integrated Device Technology Inc.FS2012-1020-NG流量传感器（图3显示了该设备的模拟输出）是一款紧凑型高性能传感器，在高流速或低流速下具有高分辨率和可重复性

图3：输出电压特性：0至2 L/min（正常）体积流量。 （由IDT提供。）

FS2012流量传感器系列代表了一种经济高效的解决方案，可以测量流量变化时两个热电堆的温度变化。温度差通过放大的温度补偿模拟输出信号与0.0至5.0Vdc的流速相关。其特点包括体积小，可与大多数医疗气体配合使用，并具有出色的精确度。湿度传感器还用于诸如呼吸治疗，培养箱和微环境的医疗应用中。它们为呼吸应用中的睡眠呼吸暂停机和呼吸机提供精确的RH和温度测量，并提供最佳的温度和RH水平，以支持孵化器和微环境中的关键过程和实验。

霍尼韦尔传感与控制HIH6130/6131系列Humidicon传感器（图4）是数字输出型相对湿度（RH）和温度传感器组合在同一封装中。这些器件具有多种优势，包括：业界领先的总误差带，稳定性，可靠性，低总成本，真正的温度补偿数字I²C输出，能效和超小型封装。

图4：孵化器使用霍尼韦尔HIH6130系列用于温度和相对湿度水平。 （霍尼韦尔提供。）

随着人口老龄化和医疗费用不断失控，提供先进，可靠和远程医疗服务的任何机会都代表了患者和护理人员的巨大优势。如上所述，具有高级功能的小型化传感器正在进入医疗应用设计领域。在随后的文章中，我们将探讨无线体域网（WBAN），射频识别（RFID），无线个域网（WPAN）以及医疗设计中使用的各种其他传感器网络技术的相关领域。