壓電薄膜傳感器在醫(yī)療監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用
壓電薄膜擁有獨(dú)一無二的特性,作為一種動(dòng)態(tài)應(yīng)變傳感器,非常適合應(yīng)用于人體皮膚表面或植入人體內(nèi)部的生命信號(hào)監(jiān)測(cè),一些薄膜元件靈敏到足以隔著外套探測(cè)出人體脈搏,因此壓電薄膜可用于生命特征監(jiān)護(hù)方面。壓電薄膜很薄、質(zhì)輕、非常柔軟,可以無源工作,因此又可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)用傳感器,尤其是需要探測(cè)細(xì)微的信號(hào)時(shí)。
很多電子聽診器都采用了壓電薄膜作為傳感器元件,因?yàn)樗陀?,靈敏度高,帶寬范圍寬。在該應(yīng)用中,傳感器元件通常都封裝在傳統(tǒng)的金屬聽診頭中,因?yàn)閭鞲衅餍枰c身體形成作用力。一旦動(dòng)態(tài)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),就可以有選擇性的過濾或放大、作為音頻信號(hào)回放、運(yùn)用更復(fù)雜的運(yùn)算方法判斷出具體的狀況、或傳輸?shù)竭h(yuǎn)程基站進(jìn)行進(jìn)一步分析存儲(chǔ)等。
Infantrust 公司利用PVDF對(duì)應(yīng)力極端敏感的特性開發(fā)了一款輔助育兒產(chǎn)品Respisense。把監(jiān)控儀夾在紙尿片貼近嬰兒腰部的位置,監(jiān)控嬰兒心跳。Respisense中的壓電薄膜與腹部皮膚直接接觸,在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)如果沒探測(cè)到嬰兒在活動(dòng),震動(dòng)蜂鳴器將被啟動(dòng),輕輕地?fù)軇?dòng)?jì)雰?,刺激它呼吸。如果在此后的一段時(shí)間內(nèi)嬰兒仍沒有反應(yīng),報(bào)警器將被啟動(dòng)。
PVDF對(duì)溫度的動(dòng)態(tài)變化也相當(dāng)敏感(28μm厚壓電薄膜的典型值是8V/oC)。英國C-Lect醫(yī)療公司開發(fā)了一款監(jiān)控器,用來監(jiān)測(cè)呼吸速率。用面罩將一小塊壓電薄膜元件固定在口鼻處,吸進(jìn)和呼出氣體的溫度變化產(chǎn)生強(qiáng)勁的電信號(hào)。即使吸入的是加熱過的氧氣/空氣,測(cè)量結(jié)果仍然十分準(zhǔn)確。PIPPA監(jiān)控器由電池供電,LCD顯示每分鐘的呼吸次數(shù)。
壓電薄膜和壓電電纜都可以安裝在床墊上探測(cè)病人的心跳,呼吸和身體運(yùn)動(dòng)。Hoana Medical Inc.的監(jiān)護(hù)床報(bào)警系統(tǒng)在床墊和被單之間安裝了一組傳感器。病人坐或躺在監(jiān)護(hù)床上時(shí),傳感器可以隔著衣服和被單準(zhǔn)確測(cè)量收集患者的生命特征信息。柔性開關(guān)用于采集靜態(tài)信號(hào),病患所有的動(dòng)態(tài)信號(hào)都由壓電薄膜采集并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào),在病床邊上的顯示器顯示。病人的心率和呼吸速率不正常,或病人擅自下床時(shí),系統(tǒng)可以提前報(bào)警。這一切都由傳感器完成,而無需與病人直接接觸。
壓電薄膜可以替代傳統(tǒng)元件來探測(cè)并傳送生命特征信號(hào)至醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。相信在不久的將來,壓電薄膜會(huì)憑借其諸多優(yōu)點(diǎn),更廣泛的應(yīng)用于治療和監(jiān)護(hù)中。