Los sistemas electrónicos en los equipos, dispositivos y sondas médicos dependen de señales de sensores como base para las actividades de control, los diagnósticos precisos y los tratamientos. Diseñar sensores con especificaciones exactas que soporten los rigores de las aplicaciones médicas, con el cumplimiento con los registros necesarios como la FDA y la CE, permite la creación de sistemas innovadores que transforman conceptos en creaciones inteligentes y conectadas.
Aunque el diseño de sensores en aplicaciones críticas para la vida puede parecer complejo, seleccionar el sensor correcto puede ser simple si la aplicación y los parámetros que se deben monitorear se comprenden con claridad. Por ejemplo, los ambientes médicos normalmente incorporan requisitos específicos para aplicaciones además de para productos estándar y personalizados que se deben considerar desde la etapa de concepto de producto hasta la fabricación. Adicionalmente, una aplicación puede incluir tecnologías de sensores múltiples.
Saber cómo se puede aplicar una tecnología de sensores específica a un ambiente médico único ayuda a los diseñadores a implementar soluciones de sensores efectivas.
Monitoreo preciso de pacientes
Los avances médicos recientes han ejemplificado cómo los sensores impulsan la innovación y permiten una comprensión más profunda de las condiciones médicas, además de mejorar el cuidado y el bienestar de los pacientes.
Se usan sensores ópticos en aplicaciones médicas en las que la selección de una longitud de onda pico es una prioridad, como el oxímetro de pulso (SpO2) y se puede incluir en montajes de sondas completas para aplicaciones de monitoreo de oxímetro de pulso. (figura 1) TE Connectivity (TE) proporciona sensores ópticos con emisores LED dobles de longitud de onda doble y detectores de luz asociados espectralmente, y una sonda SpO2 que incluye sujetadores para dedos, fundas de silicona suave y una serie de sensores desechables.
La película de fluoropolímero piezoeléctrica es una tecnología de sensores extremadamente versátil que cuenta con capacidades únicas y produce un voltaje o una carga proporcional a la tensión dinámica. La película es adecuada para muchos diseños personalizados, configuraciones y aplicaciones diferentes. En aplicaciones médicas, se puede colocar un sensor de película piezo bajo la nariz o en una cinta en el pecho para detectar la frecuencia respiratoria en pacientes. Y el perfil delgado del sensor de película hace que sea adecuado para aplicaciones de dispositivos médicos portátiles.
Los sensores de humedad, humedad relativa y temperatura digitales de TE incorporan una celda capacitiva única en su diseño. Estos dispositivos de bajo consumo de energía son adecuados para aplicaciones económicas OEM con restricciones estrictas de espacio, y las aplicaciones médicas no son la excepción. De hecho, los sensores de humedad ofrecen una serie de formas de monitorear la calidad del aire en aplicaciones respiratorias, y se puede usar en varios formatos, no solo como componentes singulares.
Los avances en el diseño cerámico para termistores NTC (coeficiente de temperatura negativo) permiten que las aplicaciones de monitoreo de temperatura de pacientes independientes sean cada vez más precisos, al mismo tiempo que aumentan la comodidad del paciente mediante métodos de detección de temperatura menos invasivos. Estos avances también permiten métodos de empaquetado cada vez más pequeños, lo que permite el uso en nuevas e innovadoras aplicaciones de monitoreo de temperatura.
Como módulos PCB (tablero de circuito impreso), los transductores de humedad proporcionan información (digital) de frecuencia y se pueden calibrar para tener una precisión en un rango de 3 a 5% para una humedad relativa de 10 a 95%. También se pueden empaquetar para producir una salida (análoga) de voltaje y diseñar para una precisión de un 2% en rangos de 10 a 95% de humedad relativa (RH) para su uso en aplicaciones de calidad del aire que requieren compensación por la humedad.
Usos en los cuidados respiratorios
En el nivel del tablero, los sensores de presión bajos instalados en la máscara de un respirador o ventilador miden y proporcionan información sobre la presión de aire continua, además de detectar y apoyar el ciclo de inhalación y exhalación.
En la caja de la máscara también incluye sensores de temperatura a termopila para monitorear los niveles de CO2 en el patrón de exhalación del paciente, mientras que los sensores de temperatura de la piel colocados en el cuerpo o el rostro monitorean la temperatura del cuerpo. Los sensores de temperatura colocados en el sistema de administración a las vías respiratorias miden y controlan la temperatura del aire proporcionado al paciente.
Los sensores ópticos de SpO2 conectados al ventilador o respirador detectan la frecuencia cardíaca y los niveles de oxígeno saturado en la sangre.
En el tanque, sensores de posición magnetoresistivos monitorean los niveles de agua restantes para determinar si los niveles disminuyen mucho, mientras que los componentes de sensores de humedad, ensamblajes o módulos PCB integrados en el monitor del tanque de agua o del calentador y controlan los niveles de humedad para mantener una respiración cómoda.
En equipamiento CPAP (presión de vías respiratorias positiva continua), se colocan sensores de baja presión en el nivel del tablero dentro o fuera de la bomba o máscara para monitorear la presión de agua continua. Cuando se usan dentro de la máquina CPAP, estos sensores cuentan las ocurrencias de inhalación y exhalación.
Los niveles de humedad en las máquinas CPAP también son controlados para una respiración cómoda por los mismos componentes de sensores, ensamblajes y módulos PCB según se usan en respiradores y ventiladores. En esta instancia, los sensores están integrados en la máscara respiradora o en el monitor generador de humedad.
Los sensores también proporcionan datos esenciales para el estudio de la apnea del sueño. Los parches sensores de temperatura NTC ubicados en la frente y las extremidades miden la temperatura corporal, mientras que los sensores ópticos SpO2 utilizados dentro de un oxímetro de pulso portátil para el dedo miden los niveles de saturación de oxígeno en la sangre y el pulso.
Las hojas de película piezo se pueden usar como parches en la nariz para detectar vibraciones, como los ronquidos, o colocados bajo la nariz para monitorear patrones de respiración. Cuando se colocan en la frente y las extremidades, esta película detecta el movimiento y las perturbaciones del cuerpo durante el sueño.
Al administrar anestesia, si se usa una película piezo como un sensor de Transmisión Neuromuscular (NMT), esta puede monitorear la profundidad de la anestesia para un mejor cuidado para el paciente.
Estos pocos ejemplos de innovación en aplicaciones médicas gracias a los sensores son solo el comienzo de las posibles mejoras a los cuidados para el paciente, el monitoreo y la calidad de vida en general. A continuación se encuentra una lista de otras tecnologías de sensores que pueden usarse de forma efectiva para monitorear propiedades físicas a través de aplicaciones médicas.
Para obtener más información acerca de los sensores específicos de TE utilizados en aplicaciones médicas, visite: https://www.arrow.com/manufacturers/te-connectivity
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TECNOLOGÍAS DE SENSORES TÍPICAS UTILIZADAS EN APLICACIONES MÉDICAS
Presión
• Chip de silicona MEMS piezoresistiva
• Calibre de esfuerzo de silicona adherido microfusionado
• Cápsulas de presión aisladas del medio
• Calibre de esfuerzo de papel metálico adherido (BFSG)
• Calibre de esfuerzo MEMS en miniatura
Temperatura
• Termistores NTC
• Termocuplas en miniatura
• Termopilas sin contacto (IR pasivo)
• Resistencia de película delgada de platino
Detector de temperatura (RTD)
• Tecnología de chip de temperatura digital
Humedad
• Capacitiva patentada
• Módulos de humedad y temperatura combinados
Óptico
• Longitud de onda doble
• Sensores de diodos de luz
• Módulo de emisor y sensor combinado
Fuerza y carga
• Chip de silicona MEMS piezoresistiva
• Calibre de esfuerzo de silicona adherido microfusionado
• Calibre de esfuerzo de papel metálico adherido (BFSG)
Piezoeléctrico
• Película de polímero piezo
• Cerámica piezo
Nivel de líquido
• Interruptor pequeño de punto único
• Ultrasónico de punto único
• Ultrasónico continuo
• Invasivo
• No invasivo
Posición
• LVDT lineal
• Transformador diferencial variable giratorio (RVDT)
• Extensión de cable (Stringpot)
• Magnetoresistivo lineal
• Magnetoresistivo giratorio
• Sensores de inclinación y ángulos
Vibración y aceleración
• Acelerómetro basado en MEMS
• Acelerómetro basado en piezoelectricidad
• Configuraciones únicas, biaxiales y triaxiales