九月 16, 2021

创新医疗万花筒-IST医疗传感器

作者:IST应用工程师 李驰

先进的传感技术被密集应用于现代医疗设备当中。结合薄膜与厚膜技术,IST-AG制造的多种用于温度、流量、电导率、湿度和生物代谢监测的传感器元件,为现代医疗提供有力的底层技术支持。本文针对呼吸系统,气体混合设备,离子浓度监测,和重症监护中的典型场景,介绍IST-AG传感器产品如何在这些应用中发挥价值。

 

1.呼吸监测

呼吸率(RR)是监护仪中常见的指标,它是代表呼吸功能的临床体征。为了维持正常的氧气输送,RR的变化通常是患者病情恶化的第一个迹象。监测设备将检测到患者病情恶化的早期迹象并触发警报。哮喘和慢性阻塞性肺疾病 (COPD) 的高患病率正在推动呼吸监测设备的市场需求。用于测量呼吸参数的传感器需要与被测对象直接接触。肺活量计、峰值流量计和气体分析仪常用于监测或调节呼吸周期。为了评估呼吸循环状态,这些设备需要具有极快响应时间和气流方向检测功能的流量传感器。

IST AG 的量热式流量元件 MFS02 和 SFS01 专门设计用于测量每次呼吸过程中的流量参数。MFS02 热式流量传感器可用于 0-150 m/s(CTA 模式)的宽流量范围和 -40 °C 至 +80 °C 的温度范围。SFS01 特别适用于0-3.5 m/s(气体)的低流速测量。硅流量传感器 SFS01 提供非常快的响应时间(<5 ms)、非常低的能耗(<20mW)和简单的系统集成。两种传感器均具备流向检测能力,用以区分呼气和吸气过程。

  

图1 MFS02   

           

 

图2 SFS01

 

2.麻醉气体混合器

麻醉气体混合器是麻醉输送机的主要部件,麻醉输送机是一种混合两种或多种气体并在手术过程中提供恒定和受控麻醉的医疗设备。将多种气体混合后,例如空气/氧气,并与氧化亚氮和其他麻醉气体以特定量混合给患者。麻醉气体混合器必须配有用于定量监测气流的专用传感器设备,以控制气体流量。基于IST AG FS7 流量传感器的开关控制器可以通过相对简单的电路轻松实现流量测量功能,以准确测量气体混合器中的流量。

IST AG 的 FS7 流量传感器非常适合测量送气管路中的气体流量并具有出色的长期稳定性和快速的响应时间。FS7传感器系列基于风速原理工作,由一个芯片上的两个铂电阻器组成- 一个小阻值的铂电阻用作加热器,一个高阻值铂电阻用于测量气体温度。基于恒温差风速计原理,加热器工作在高于温度传感器检测到的环境温度的特定温差,为了在不同风速环境中维持该温差,电路需要时刻改变对于传感器的输入功率,通过测量该功率(电压值),即可获得一个关于流速的单调函数,从而通过标定获得实际的流速值。IST AG提供电路参考,所以经过简单的信号处理和校准,就可以将传感器轻松应用于目标应用当中。

图 3 FS7

 

3.透析中的离子浓度监测

血液净化治疗可以通过减少各种病原体、细胞因子和其他炎症来有效治疗 COVID-19 患者。多器官衰竭(MOF)患者也需要通过周期性的血液净化治疗来控制病情。例如,透析是一种超滤过程,应用于体外血液净化,为了监测血液中离子化合物的渗透过程,测量液体的电导率是一种快速简便的方法。随着更多传感器技术的应用,新型的透析设备具备了一定的便携性,使得患者可以在家中或者随时进行透析治疗。

IST AG 的电导率传感器,采用生物相容性材料的平面 4 电极设计使(如 LFS1305),非常适合在生物医学设备中的广泛应用。LFS1305 电导率传感器由2个电流电极和2个测量电极组成,它具有较宽的电导率和温度范围,可提供快速响应时间、最佳精度、高耐化学性和出色的长期稳定性。这种标准的传感器形态可以根据特定的应用和要求进行调整。

图4 LFS1305

 

4.重症监护-护理点测试(POCT)

护理点检测 (POCT) 可以在靠近患者的地方提供快速的重症护理检测结果。当与患者护理过程恰当结合时,POCT 可以转化为更快的治疗干预,减少分析错误并改善患者护理效果。代谢标志物(如葡萄糖、乳酸和丙酮酸)的分析在 POCT 中变得越来越重要。作为代谢监测器的生物传感器可以在重症监护患者发生糖尿病、败血症和肝功能恶化之前发出预警。此外,小型化、多参数传感器系统越来越多地支持新型血气分析仪。

IST AG 的电化学酶生物传感器——将电化学技术的稳健性与生物识别过程的特异性相

结合,在尺寸、成本、灵敏度、选择性和快速响应上具有巨大优势。它们是所有这些采样和集成策略的理想选择。带有微流体流通池的生物传感器,如葡萄糖和乳酸 LV5 传感器,可以在出厂时校准,而条形传感器,如 IV4,可以小型化并与连接器一起封装,以实现简单的电子集成。



对于血气分析仪,生物传感器和蠕动微泵 CPP1 系列的微流体集成可实现对代谢物的连续监测。这允许在临床环境之外,例如在车辆、护理设施中进行复杂的分析,或应用于高危患者的可穿戴产品中,实时掌握患者的体征状况。

                 

图5 IV 4

 

图6 CPP1-180ZM

 

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