Sensor Cerdas Meningkatkan Perawatan Medis

Selama 75 tahun terakhir, sensor telah memainkan peran yang semakin signifikan dalam kemajuan kedokteran.

Sensor medis untuk memantau tanda-tanda vital manusia, termasuk suhu, tekanan darah, detak jantung, dan laju pernapasan telah menjadi semakin canggih. Namun sensor juga berguna untuk mengukur tanda vital peralatan medis.

Pemantauan Suhu

Termometer bola kaca telah digunakan selama beberapa dekade untuk mengukur suhu tubuh. Pada 1970-an, mereka digantikan oleh versi elektronik dengan tampilan digital. Ini adalah perangkat invasif minimal dan harus dimasukkan di suatu tempat ke dalam tubuh pasien.

Saat ini, perangkat yang paling umum adalah sensor suhu non-kontak berbasis thermopile, yang beroperasi seperti kamera inframerah kecil. Mereka mengukur energi panas yang terpancar dari kulit dan memberikan sinyal keluaran yang sebanding dengan suhu kulit. Mereka dapat membaca hanya dalam beberapa detik, dan tanpa kontak, dapat membantu menghindari penyebaran bakteri dan virus.

Dikemas dalam wadah kecil TO-5 atau TO-18 yang tertutup rapat, mereka dapat dengan mudah dipasang di papan PC. Thermopile adalah susunan miniatur dari lusinan atau ratusan elemen termokopel pada chip silikon. Chip ini dirancang agar sambungan di bagian atasnya terpapar radiasi IR yang masuk sementara bagian belakangnya terpasang ke header logam dan tetap pada suhu sekitar. Termokopel dihubungkan secara seri sehingga keluarannya bertambah. Jumlah sinyal memberikan output yang dapat digunakan dengan amplitudo dalam puluhan milivolt.

Sebuah pandangan cutaway dari thermopile khas ditunjukkan pada Gambar 2. Chip dipasang sehingga "terlihat" melalui jendela yang transparan hanya untuk panjang gelombang inframerah. Ini membantu menghilangkan interferensi dari cahaya tampak. Saat energi panas dari objek yang dipanaskan (atau didinginkan) memasuki jendela, energi tersebut mengenai susunan termokopel dan mengubah suhu permukaan atasnya dari suhu sekitar. Sebuah sensor suhu referensi terpisah terpasang ke header logam untuk mengukur ambient, sehingga sinyal diferensial antara thermopile dan referensi dapat digunakan untuk menghitung suhu sebenarnya dari objek yang diukur. Dengan beberapa pemrosesan dan kompensasi sinyal hilir, akurasi dalam kisaran ±1% – ±2% dapat dicapai dengan mudah.

Pemantauan Tekanan Darah Arteri

Sebuah manset tekanan darah praktis dikembangkan pada tahun 1905 dan digunakan sampai hari ini. Sphygmomanometer modern mudah digunakan, tetapi hanya menyediakan pengukuran tidak langsung dengan rentang akurasi yang luas. Manset BP manual di tangan operator terlatih dapat mencapai akurasi hampir 98%. Perangkat tekanan darah elektronik dan digital biasanya mencapai akurasi 70%. Dalam kedua kasus mereka hanya memberikan pembacaan rata-rata.

Dalam prosedur medis yang dikembangkan baru-baru ini, ditemukan bahwa pembacaan tekanan darah langsung di lokasi operasi memberikan data yang lebih baik kepada ahli bedah dan hasil yang lebih baik bagi pasien. Unit Bisnis Sensors TE Connectivity baru-baru ini memperkenalkan sensor tekanan darah mikro Intrasense mereka. Fiturnya yang paling mencolok adalah ukurannya yang sangat kecil — dimensi keseluruhannya adalah 800 m L x 270 m W x 70 m H.

Intrasense adalah sensor tekanan absolut berbasis MEMS dengan rentang klinis -300 mmHg hingga +500 mmHg. Desain setengah jembatan menggunakan dua elemen piezoresistif pada die MEMS yang mengubah nilai resistansinya saat tekanan diterapkan. Sinyal dikirimkan ke papan PC amplifikasi dan kompensasi di ujung proksimal dari kabel 300mm.

Sensor dapat ditempatkan di ujung kateter atau kawat pemandu yang sangat halus, dan kemudian digunakan di lokasi terpencil di dalam tubuh, seperti ruang jantung, arteri antar-kranial, atau bahkan di dalam ginjal, selama prosedur bedah kritis.

Pemantauan Detak Jantung dan Respirasi

Bekerja sama dengan Stanford Research Institute (SRI), TE Connectivity telah mengembangkan kursi pintar demonstrasi yang dapat mengukur detak jantung dan laju pernapasan seseorang yang hanya duduk diam di dalamnya. Kursi memiliki elemen film polimer piezo yang ditempatkan secara strategis di kursi dan punggung. Elemen penginderaan ini mendeteksi detak jantung dan pernapasan.

Film polimer piezo adalah bahan unik yang terbuat dari polivinilidena fluorida (PVDF). Dengan teknik manufaktur khusus, film ini dapat dibuat piezoelektrik, properti di mana bahan menghasilkan muatan listrik ketika mengalami tekanan mekanis. Film ini sangat tipis (28μm), lentur, dan akan dengan mudah menyesuaikan, dan mendeteksi, beban stres di dalam bantalan kursi saat seseorang duduk.

Selama respirasi, pusat gravitasi tubuh bergerak sedikit saat tulang rusuk mengembang dan berkontraksi dengan setiap napas. Elemen piezo di kursi mendeteksi perubahan dinamis ini dan memberikan sinyal yang dapat digunakan ke elektronik. Untuk detak jantung, sensor menggunakan ballistocardiography, yang mendeteksi gelombang tekanan normal pada kulit yang dihasilkan oleh denyut arteri. Versi mendatang dari demo ini akan menambahkan sel beban ke kaki kursi, sehingga penumpang dapat ditimbang. Menambahkan beberapa sensor piezo juga akan membantu mendeteksi ukuran fisik penghuni. Seiring dengan data berat badan, indeks massa tubuh (BMI) dapat dihitung. Kursi ini menjadi alat yang sangat baik untuk aplikasi perawatan kesehatan di rumah karena tidak diperlukan tenaga medis profesional terlatih, dan "pemeriksaan" mini dapat dilakukan kapan saja — cukup duduk dengan tenang dan rileks.

Pemantauan Mandiri Peralatan Medis

Mesin medis terapeutik dan bedah harus bekerja dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi. Untuk memastikan instrumen beroperasi dengan benar, desainer kini menambahkan sensor yang melacak fungsi alat berat yang penting. Sensor ini dapat beroperasi dengan salah satu dari dua cara. Mereka dapat dijadikan bagian dari umpan balik dan loop kontrol yang mengukur parameter dan kemudian membuat penyesuaian pada peralatan agar tetap beroperasi dalam rentang yang ditentukan. Sensor juga dapat digunakan sebagai alarm batas. Saat parameter keluar dari spesifikasi atau mesin mengalami malfungsi, sensor akan memberi tahu operator tentang kondisi kesalahan dan bahkan dapat mematikan mesin untuk melindungi keselamatan pasien.

Sensor yang terpasang pada ventilator medis modern adalah contoh bagus dari teknik ini. Diagram blok pada Gambar 5 menunjukkan cara kerja bagian dalam mesin yang khas. Perhatikan bahwa semua kecuali satu sensor memantau fungsi ventilator. CO ₂ sensor adalah satu-satunya yang memantau fungsi pasien.

Perawatan Kesehatan Rumah

Ada tren dalam kedokteran untuk memindahkan pasien keluar dari rumah sakit dan ke pengaturan perawatan kesehatan di rumah. Pasien lebih nyaman di rumah. Mereka mendapatkan perhatian dari pengasuh yang akrab dan pulih lebih cepat dari penyakit. Sensor yang terpasang pada peralatan perawatan kesehatan rumah membuat alat berat ini andal, mudah dioperasikan, dan menghilangkan kebutuhan akan perhatian terus-menerus dari para profesional medis. Hasilnya adalah peningkatan keselamatan pasien dan hasil medis yang lebih baik.

Masa Depan

Pekerjaan sedang berlangsung di seluruh industri medis untuk memasukkan lebih banyak sensor ke dalam mesin dan prosedur yang digunakan oleh dokter dan tim mereka. Penambahan sensor membantu mengawasi fungsi dan kinerja peralatan, yang memungkinkan para profesional medis untuk mengarahkan pandangan mereka ke pasien dan menciptakan hasil klinis yang lebih baik. Baik digunakan untuk memantau pasien, atau memantau mesin medis yang digunakan untuk merawat pasien, penggunaan sensor yang semakin meningkat akan membawa manfaat yang signifikan bagi dunia kedokteran.

Artikel ini ditulis oleh Pete Smith, Manajer Senior, Dukungan Penjualan dan Pemasaran, TE Connectivity Sensor Solutions — TES (Schaffhausen, Swiss/Berwyn, PA). Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Mr. Smith di Alamat email ini dilindungi dari robot spam. Anda perlu mengaktifkan JavaScript untuk melihatnya., atau kunjungi di sini .