智能传感器重塑现代医疗护理

过去75年间，传感器在医学进步中扮演着日益重要的角色。

用于监测人体生命体征的医疗传感器——包括体温、血压、心率和呼吸率——日益精密。同时，传感器也广泛应用于医疗设备自身的“生命体征”监测。

体温监测

玻璃球温度计用于测量体温已有数十年。20世纪70年代，带数字显示的电子体温计取代了它们。这些微创设备需插入患者体内。

如今最常见的是基于热电堆的非接触温度传感器，其工作原理类似微型红外相机。它们测量皮肤辐射的热能，输出与皮肤温度成比例的信号。仅需几秒即可完成读数，非接触特性可避免细菌病毒传播。

封装于小型TO-5或TO-18气密外壳中，易于安装在PCB板上。热电堆是硅芯片上数十至数百个热电偶元件的微型阵列。芯片设计使顶面结点暴露于入射红外辐射，底面连接金属座保持环境温度。热电偶串联连接，输出信号叠加，总和提供幅度在几十毫伏的可用输出。

图2展示典型热电堆剖视图。芯片安装使其透过仅对红外波长透明的窗口“观测”，消除可见光干扰。来自被测物体的热能透过窗口入射到热电偶阵列，改变其顶面温度。独立参考温度传感器连接金属座测量环境温度，热电堆与参考传感器的差分信号可计算被测物体实际温度。经下游信号处理与补偿，可轻松达到±1%–±2%精度。

动脉血压监测

实用血压计于1905年问世并沿用至今。现代血压计易用但仅提供间接测量，精度范围宽泛。训练有素的操作员使用手动血压计可达98%准确度，电子数字血压计通常仅70%，且两者仅提供平均读数。

最新医疗程序发现，手术部位的直接血压读数能为外科医生提供更优数据，改善患者预后。TE Connectivity传感器事业部推出Intrasense微型血压传感器，最显著特征是极小尺寸——总尺寸800µm长×270µm宽×70µm高。

Intrasense是基于MEMS的绝对压力传感器，临床量程-300至+500 mmHg。半桥设计利用MEMS芯片上两个压阻元件，随压力变化改变阻值。信号通过300mm导线近端的放大补偿PCB板传输。

传感器可置于极细导管或导丝尖端，用于心腔、颅内动脉甚至肾脏内部等身体远端位置，在关键手术中发挥作用。

心率与呼吸率监测

TE Connectivity与斯坦福研究院（SRI）合作开发演示型智能椅，仅当人静坐其中即可测量心率和呼吸率。椅子座椅和靠背策略性放置压电聚合物薄膜元件，检测心跳和呼吸。

压电聚合物薄膜由聚偏二氟乙烯（PVDF）制成，经特殊工艺具有压电性——材料受机械应力产生电荷。薄膜极薄（28µm）、柔韧，易贴合座椅垫内部应力负载并检测。

呼吸时，胸廓扩张收缩导致人体重心微动，椅内压电元件检测这些动态变化并输出可用信号。心跳检测利用球isto心动图原理，即检测动脉搏动产生的垂直于皮肤的压力波。未来版本将在椅脚增加测力传感器称重，增加更多压电传感器检测人体尺寸，结合体重数据计算体重指数（BMI）。这使椅子成为居家医疗绝佳工具——无需专业医护人员，随时安静坐下即可完成微型“体检”。

医疗设备自我监测

治疗和手术医疗设备必须极高精度运行。为确保仪器正常工作，设计师现添加传感器追踪关键机器功能。传感器以两种方式工作：一是纳入反馈控制回路，测量参数并调整设备使其保持在规定范围内；二是作为极限报警，参数超标或设备故障时提醒操作员，甚至关机保护患者安全。

现代医用呼吸机内置传感器是典型案例。图5框图展示典型呼吸机内部工作原理。除CO₂传感器监测患者功能外，其余传感器均监测呼吸机自身功能。

居家医疗

医学趋势将患者从医院转向居家医疗环境。患者在家更舒适，获得熟悉照护者关怀，恢复更快。居家医疗设备内置传感器使机器可靠、易操作，无需医护人员持续关注，提升患者安全与医疗效果。

未来展望

医疗行业正致力于在医生团队使用的机器和程序中融入更多传感器。传感器增加有助于监控设备功能与性能，让医护人员更专注患者，创造更优临床结果。无论用于监测患者还是治疗患者的医疗设备，传感器的广泛应用将为医学世界带来显著效益。

本文由TE Connectivity传感器解决方案高级销售与市场支持经理Pete Smith撰写。更多信息请联系：This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.，或访问here。