醫用傳感器原理介紹

醫用傳感器原理介紹

一、用硅壓力傳感器的電子血壓計
日本40歲以上的成年人中有三分之一的人患有高血壓病，可以說(shuō)是一種國民病。因此，各個(gè)家庭中的血壓計的普及率和體溫計一樣高。本節敘述用硅壓力傳感器制作的電子血壓計。圖3-4是電子血壓計的簡(jiǎn)圖。為了測量壓力差，硅壓力傳感器利用薄膜上形成的擴散層的壓電電阻組成電橋進(jìn)行測量。最常見(jiàn)的測量血壓的方法是腕帶壓力在最高血壓和最低血壓之間會(huì )產(chǎn)生一種K音（特殊的聲音），由此可以聽(tīng)到脈搏的跳動(dòng)。利用微音器聽(tīng)K音的開(kāi)始和結束，測量這時(shí)腕帶內空氣壓力和大氣壓力的差作為血壓值。測量K音用的傳感器是小型微音器，抗噪音能力弱。心臟運動(dòng)產(chǎn)生的P音（動(dòng)脈壓波）也和K音一樣表現為硅傳感器的輸出。因此，電子血壓計將硅壓力傳感器P音的輸出作為晶體管的門(mén)信號來(lái)測量K音。通過(guò)測量P音產(chǎn)生的周期，可以測量1分鐘的脈搏次數。圖3-5表示在測量血壓時(shí)各種信號的變化狀態(tài)，圖中K音出現時(shí)，P1的壓力Y3為最高血壓；K音消失時(shí)，P2的壓力Y4為最低血壓。
三、采用熱敏電阻的電子體溫計
不但在醫院里要測患者的體溫，而且在家庭里要正確了解體溫從健康管理方面來(lái)說(shuō)也是很重要的。在本節，特意列舉已廣泛用于生活的電子體溫計。體溫計中最關(guān)鍵的是如何正確地測量和顯示加在傳感器上的體溫，大多數是利用熱敏電阻阻值的變化，以數字顯示體溫。用于體溫計的熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系如下式：
RT=R0exp{B（1/T-1/T0）}
其中RT：溫度T時(shí)（用K表示）的電阻
R0：溫度T0時(shí)（用K表示）的電阻
B：熱敏電阻常數，2000~4000
如圖3-7所示，熱敏電阻的阻值隨著(zhù)溫度的上升而減少，電阻對溫度的依賴(lài)性表現在溫度上升1℃時(shí)，阻值平均變化2~5%。實(shí)現體溫計在32~42℃之間，B值的差異較小，電阻值的精度相當高。并不是把電阻值隨溫度變化的百分數，直接作為體溫計的刻度。需要一個(gè)把熱敏電阻的輸出信號數字化的A/D變換器。為了消除測量回路的誤差和溫度特性，RC振蕩器采用基準電路（RS）。圖3-8表示熱敏電阻測量電路的例子。在圖3-8中一開(kāi)始開(kāi)關(guān)的S側接入標準電阻RS，產(chǎn)生振蕩，測量計數到NS（定值）的時(shí)間ts?？捎檬絫s=NS*C*RS*A（A為常數）來(lái)表示。然后將開(kāi)關(guān)打到T側，接入熱敏電阻RT，在時(shí)間ts內的振蕩次數用式NT=ts/(C*RT*A)來(lái)表示。把ts代入此式，得NT=NS*RS/RT，電路參數的誤差被抵消。設標準電阻RS在37℃時(shí)的電阻值為R37，NT可表示為
NT=NS*exp{B*（1/T37-1/T）}
因NS、B、T37為常數，測量NT值，就可求得溫度T。如把與NT對應的溫度值寫(xiě)入ROM，可直接用數字顯示體溫。

二、X射線(xiàn)CT傳感器
從傳感器的名字，馬上就想到“人體斷層圖象”。X射線(xiàn)的波長(cháng)比電磁波、光波的波長(cháng)更短，能量更大，對人體的穿透性很強。CT這個(gè)詞，是Couputer Tomography（計算機斷層檢查裝置）兩個(gè)英文詞的詞頭。當X射線(xiàn)通過(guò)人體后，利用傳感器檢查X射線(xiàn)的強度，作為輸出信號。然后，借助計算機，作成人體切片圖象。圖3-1是X射線(xiàn)CT的簡(jiǎn)圖。用X射線(xiàn)CT照射，若X射線(xiàn)在人體組織某部分被吸收，根據傳感器輸出的大小，可將人體內的異常情況（出血、腫瘤等），以圖象方式檢測出來(lái)。
為了縮短攝影時(shí)間，提高分辨率，對原來(lái)的CT裝置進(jìn)行了改進(jìn)?，F在的CT，只需X射線(xiàn)管和X射線(xiàn)檢測器作旋轉運動(dòng)，便能進(jìn)行高速掃描。
圖3-2（a）表示只有X射線(xiàn)管和傳感器部分旋轉的情形，圖3-2（b）表示實(shí)際得到的頭部斷層圖象的例子。檢測X射線(xiàn)用的光敏二極管的構造示于圖3-3。在硅的Pin光電二極管的表面，密布將X射線(xiàn)變成光的閃爍體。