سنسورهای مورد استفاده در پزشکی
معیارهای استاندارد براي سنجش وضعيت بيمار یا همان علائم حیاتی انسان به ترتیب اولویت تنفس، نبض، پوست، مردمك ، فشارخون و پالس اكسيمتر(درصد اكسيژن اشباع شده شرياني) میباشند.
دو تا از مهمترین و در این حال مشکل ترین متغییرها جهت اندازه گیری ، فشار خون و جریان خون هستند . این کمیت ها متغییر های مهم دستگاه گردش خون را نشان می دهد . با اینکه امروزه چندین روش مستقیم تهاجمی برای اندازه گیری آنها وجود دارد ، راههای علمی و موثر جهت اندازه گیری آنها به طریق غیر تهاجمی هنوز باید توسعه یابد . نمونه های زیر دو تا از مشهور ترین سنسورهای این متغییرها را نشان می دهد :

1- سنسور فشار خون :
اندزه گیری مستقیم فشار خون یک روش مهم مانیتورنگ دائم این متغییر در مراقبت های ویژۀ پزشکی است ، در این روش یک مبدل فشار خارجی را از نظر هیدرو استاتیکی با یک شریان اصلی تزویج می کنند ، برای این کار یک سر کاتتر ، که یک لولۀ کوچک انعطاف پذیر باز و پر از محلول نمکی فیزولوژیک است ، را از پوست گذرانده و به مجرای یک شریان می رسانند . سر دیگر کاتتر به یک سنسور فشار متصل است. سیال داخل کاتتر فشار را از شریان به مبدل فشار انتقال می دهد تا در آنجا اندازه گیری شود .
یک مبدل فشار تشکیل شده است از یک بخش بالایی که به آن گنبد ( Dome ) که یک محفظۀ بسته است و مستقیماً به کاتتر مرتبط است . یک جدارۀ محفظه ، از یک دیافراگم نازک تشکیل شده است که با نیروی ناشی از اختلاف فشار بین سیال داخل محفظه و فشار اتمسفر بیرون منحرف می شود . سنسورهای جابجایی کرنش سنج این انحراف دیافراگم را اندازه می گیرند . مرکز دیافراگم به 4 کرنش سنج سیمی غیر متصل که در بدنۀ مبدل واقع هستند وصل است که جابجایی دیافراگم را اندازه می گیرند .

کرنش سنج ها طوری چیده شده اند که با افزایش فشار دو تا از آنها دراز می شوند ودر دو تای دیگر کاهش طول ایجاد می شود . واقتی که هر 4 کرنش سنج بصورت یک پل وتستون به هم مرتبط باشند ولتاژ خروجی متناسب با جابجایی دیافراگم و در نتیجه متناسب با فشار درون محفظه است . محفظه از طریق کاتتر با شریان تزویج شده است ، پس ولتاژ خروجی پل وتستون با فشار شریانی است .
ما این ابزار را بر حسب فشارهای ئیدرو استاتیکی توصیف نموده ایم با این حال فشار خون یک فشار متغییر با زمان است که از یک الگوی پیچیده بین فشار سیستونیک و دیاستولیک در فاصلۀ زمانی بین دو ضربان قلب پیروی می کند . برای بازسازی صحیح این شکل موج در مبدل فشار مواردی چند را باید در نظر گرفت:سیال داخل کاتتر و داخل گنبد مبدل فشار،جرم متناظری دارند.کاتتردر صورتی که انعطاف پذیر باشد،و گنبد و دیافراگم کمپلانیس(ضریب تغییر طول) متناظری دارند.بنابراین ستون سیال و مبدل فشار تا حدود زیادی مانند جرمی بر روی یک فنر رفتار می کند.سیستم دارای فرکانس تشدید است که غالبا آنقدر پایین هست تا موجب اعوجاجی در شکل موج فشار خون شریانی شود.این سیستم همچنین ممکنست در پاسخ به تغییرات سریع فشار،آرتیفکت( (artifactتولید کند .
به عنوان مثال ، یک تابع پله در فشار غالباً تولید حلقه در فرکانس تشدید سیستم می نماید و شکل موج را بیشتر دچار اعوجاج می کند . از این رو مهم است که هنگام استفاده از چنین سیستمی باید هم رفتار استاتیکی مبدل و هم رفتار دینامیکی سیستم مبدل کاتتر را در نظر داشت . اختلاف در شکل موج سیستم به دلیل تفاوت در سیستم تزویج سیال بکار رفته جهت اندازه گیری می باشد .
سنسور فشاری که نیاز به قسمتهایی برای تزویج سیال ندارد ، مشکلات مربوط به کاتتر و گنبد مبدل فشار را از سر راه برمی دارد ، چون آنقدر طریف و منیاتوری ساخته می شود که می توان آن را در شریان ، در محل اندازه گیری فشار ، قرار داد . لازم به گفتن نیست که چنین سنسوری باید خیلی کوچک باشد . برای این منظور لازم است که دیافراگم خیلی کوچکتر باشد . از این رو اگر کرنش سنج های سیمی مجزا برای اندازه گیری میزان انحراف دیافراگم به کار روند ، حساسیت به طور قابل توجه ای کمتر از حالتی است که از نوع خارجی سنسور فشار استفاده شود . بنابر این ، در یک مبدل فشار مینیاتوری درون شریانی باید از سنسورهای جابجایی با بیشترین حساسیت ممکن استفاده شود چنین سنسوری ، چنانچه قبلاً خاطر نشان شد کرنش سنج نیمه هادی است . بنابراین اینگونه سنسورها سیگنال های موثری را از منابع بیولوژیکی مختلف فراهم می نمایند .
2- سنسور جریان خون :
اندازه گیری جریان خون بسیار مورد علاقِِۀ مهندسان پزشکی بوده است. سنسور نمی تواند تماس مستقیم با خون داشته باشد.چون منجر به تشکیل لخته و انسداد جریان خون می شود. بعضی سنسورها را روی کاتتر در جریان خون قرار دادهاند، ولی بیشتر مبدل های جریان مانند آنهایی که برای اندازه گیری جریان سیال داخل یک لوله به کار می روند در اینجا مناسب نیستند.
یکی از معمول ترین روش های اندازه گیری جریان خون، اندازه گیری الکترومغناطیسی جریان خون است. در این روش دور رگ تحت اندازه گیری قرار داده می شود که یک مدار مغناطیسی معادل دارد، این میدان عمود بر محور رگ از آن عبور می کند. و می توان آن را با یک آهنربای دایمی یا الکتریکی تولید نمود که آهنربای الکتریکی بیشتر مورد توجه است،زیرا می تواند میدانهای متغیر با زمان تولید نماید. خون دارای اجزای زیادی است که بعضی از انها مانند یونهای غیر آلی و پروتئینها باردار هستند. این ذرات باردار که از درون میدان مغناطیسی می گذرند با نیروی تولید شده در جهتی منحرف می شوند که هم بر جهت میدان مغناطیسی و هم بر جریان خون عمود است. به علت اینكه بارهای مثبت به یك سمت رگ و بارهای منفی به سمت دیگر منحرف می شوند ، یك میدان الكتریكی در رگ در جهت نیروی منحرف كننده بوجود می آید . این میدان منجر به اختلاف پتانسیل متناسب با سرعت جریان خون در مبدل است .
مبدل باید طوری طراحی گردد كه خوب دور رگ را بگیرد و الكترودها با آن خوب تماس داشته باشند . این آرایش ، قطر رگ در نتیجه سطح مقطع آن را ثابت نگه می دارد ، چون رگ دیگر نمی تواند مثل حالتی كه غلاف نیست با افزایش فشار خون منبسط شود . بنا بر این ، قرار دادن مبدل جریان ، سطح مقطع رك را قرار می بخشد و جریان حجمی متناسب با سرعت خون خواهد شد ، پس ولتاژ القا شده در الكترود های پروب الكترو مغناطیس متناسب با جریان خواهد بود .
این روش اندازگیری جریان خون عمدتا در تحقیقات آزمایشگاهی به كار میرود . یك كاربرد متداول آن در اندازگیری حجم ضربه ای و برونده قلب است . اگر یك مبدل جریان دور آئورت ، در نقطهای كه از قلب خارج می شود قرار دهیم ، همه خون خروجی قلب به جز قسمتی كه به شریان های كرونری وارد می شود ، را از خود عبور و مورد اندازگیری قرار می دهد .
از سیگنال جریان می توان در یك ضربان قلب ، به روس الكترونیكی انتگرال گرفت و حجم ضربه ای را به دست آورد یا در یك دوره طولانی تر این كار را انجام داد و خروجی قلب را اندازه گرفت .
انواع دیگر این سنسور ها شامل زمان انتقال فرا صوت و اندازگیر جریان شیفت دوپلری و پروب های جریان گرمایی می با شد . اندازه گیری های غیر مستمر جریان خون با روش های متنوع ترقیق اندیكاتوری قابل انجام است كه دائما مورد استفاده كیلینیكی واقع می شوند . فنون جدید تشدید مغناطیسی هسته و فرا صوت نشان داده اند كه كسب اطلاعات از جریان به روش غیر تهاجمی امكان پذیر است ، اما تحقیقات و توسعه خیلی بیشتری در این زمینه مورد نیاز است .
سلام