medicinska sensorer

Medicinska sensorerFör att mäta:• mekaniska kvantiteter (kraft, lägesförändring,

tryck, flöde, volym• temperatur• Ultraljud undersökningar• Mätning av biopotentialer (EKG, EEG)• Kemiska givare för mätning av elektrolyter• Optiska givare

Medicinska sensorer

• Mätstorheter• Ex. på mätstorheter i människa

- mekaniska – muskel, benmassa- termiska - metabolism, infektion- elektriska - muskel, nerv- kemiska - blodgaser, blodglukos,

enzymer

Mätsystem

Mätstorhet SensorSampling(AD-C)

Minne Monitor

KodningF

Sensor (Givare)

• En sensor omvandlar en icke-elektrisk mätstorhet till elektrisk spänning, ström, motstånd, tidsintervall eller frekvens

Ex: ljudtryck mot mikrofon

Sensorer för mekaniska storheter

• Kraft

• Tryck = kraft / ytenhet

• Lägesförändring

Töjningsgivare

• Tension, kompression, skjuvning

• Kraft proportionell mot töjning

• G = (dR/R) / (dL/L), R=resistans, L = längd

• α = (dR/R) / dT, T = temperatur

• Små längdförändringar (μm)

• Passar bäst att mäta kraft

Potentiometer

• Lägesförändring (displacement)

• Omvandlas till spänning

• Rörelsen proportionell mot spänningen

R V U ~ rörelsen

Induktiv givare

• Förflyttning av järnkärnan = Δ L

• Förflyttningen omvandlas till spänning, obs. samma amplitud för positiva och negativa förändringar, men ett fashopp på 180 grader i mittgenomgången

• Kan mäta stora eller små förändringar, beroende på givarens slaglängd

Kapacitiv givare

• Kapacitansen beror av avståndet d mellan elektroderna

• C = ε A / dA= arean, ε = permittivitet

• Mäter små förändringar• Passar bäst att mäta kraft / tryck.

Ex: Mikrofon

Kapacitiv givare

• U = Q / C = Q d / ε A

+ DC -

V

ljud

~ ACR

Tryckmätningar

• Tryckgivarsystem för

- Blodtryck- Tryck i ögongloben- Intrakraniellt tryck

- Respiratoriska mätningar

Piezoelektriska effektenTryck givare

• Asymmetrisk kristall

• Deformation ger laddningsförskjutning

TemperaturgivareTermoresistiv termometer

Metaller och halvledare ändrar sin elektriska resistans med temperaturen.

Metaller: ökad temperatur ger ökad resistansHalvledare: båda varianterna finns

för små temperaturförändringar

R = R0 { 1 + α ( T - T0 ) }

Biopotentialer

• Ex: Elektroder placeras på båda armarna samt en fot

• Mäter potentialskillnad parvis (differentiellt)

EKG:

Kemiska givare

• Elektrokemisk cell där en spänning uppstår mellan två elektroder– indikatorelektrod och referenselektrod

• Spänningen är beroende av– jonaktivitet i lösningen– mängd gas i lösningen

Kemiska givare

• Fysiologiskt intressant:– Na+ K+ Ca2+

– pO2 pCO2 H+

– blodglukos– enzymer

– m.m!!!

Mätning av andra jonkoncentrationer

• Liknande princip

• Jonselektivt membran

Pulsoximetri• Mätning av syremättnad, SaO2

• Icke-invasiv

• 2 våglängder, 680 nm & 940 nm• Olika extinktion för Hb och HbO2

Pulsoximetri

• Klinisk användning:

– lungsjukdomar– operationer (anestesi, övervakning)– neonatalvård– övervakning i ambulans– m.m.