Los sensores inteligentes están mejorando la atención médica

Durante los últimos 75 años, los sensores han jugado un papel cada vez más importante en el avance de la medicina.

Los sensores médicos para monitorear los signos vitales de las personas, incluida la temperatura, la presión arterial, la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria, se han vuelto cada vez más sofisticados. Pero los sensores también son útiles para medir los signos vitales de los equipos médicos.

Monitoreo de temperatura

Los termómetros de bulbo de vidrio se han utilizado durante décadas para medir la temperatura corporal. En la década de 1970, fueron reemplazados por versiones electrónicas con pantallas digitales. Estos eran dispositivos mínimamente invasivos y debían insertarse en alguna parte del cuerpo del paciente.

Hoy en día, los dispositivos más comunes son los sensores de temperatura sin contacto basados ​​en termopilas, que funcionan como una diminuta cámara infrarroja. Miden la energía térmica radiada por la piel y proporcionan una señal de salida proporcional a la temperatura de la piel. Pueden tomar una lectura en solo unos segundos y, al no estar en contacto, pueden ayudar a evitar la propagación de bacterias y virus.

Empaquetados en una pequeña caja herméticamente sellada TO-5 o TO-18, se pueden montar fácilmente en una placa de PC. La termopila es una matriz en miniatura de docenas o cientos de elementos de termopar en un chip de silicio. El chip está diseñado para que las uniones en su parte superior estén expuestas a la radiación IR entrante, mientras que la parte posterior está unida a un cabezal de metal y permanece a temperatura ambiente. Los termopares se conectan en serie para que sus salidas se sumen. La suma de las señales proporciona una salida utilizable con una amplitud de decenas de milivoltios.

En la Figura 2 se muestra una vista en corte de una termopila típica. El chip está montado de modo que "vea" a través de una ventana que es transparente solo a las longitudes de onda infrarrojas. Esto ayuda a eliminar la interferencia de la luz visible. A medida que la energía térmica de un objeto calentado (o enfriado) ingresa a la ventana, incide en la matriz de termopares y cambia la temperatura de la superficie superior con respecto a la temperatura ambiente. Se adjunta un sensor de temperatura de referencia separado al cabezal de metal para medir la temperatura ambiente, por lo que la señal diferencial entre la termopila y la referencia se puede usar para calcular la temperatura real del objeto que se está midiendo. Con algo de compensación y procesamiento de señales aguas abajo, se pueden lograr fácilmente precisiones en el rango de ±1 % a ±2 %.

Monitorización de la presión arterial

Un manguito de presión arterial práctico fue desarrollado en 1905 y se utiliza hasta el día de hoy. El esfigmomanómetro moderno es fácil de usar, pero solo proporciona una medición indirecta con un amplio rango de precisión. Un manguito de PA manual en manos de un operador capacitado puede lograr precisiones de casi el 98%. Los dispositivos de presión arterial electrónicos y digitales generalmente logran una precisión del 70%. En ambos casos solo proporcionan una lectura promedio.

En procedimientos médicos desarrollados recientemente, se ha descubierto que una lectura directa de la PA en el sitio de una cirugía proporciona mejores datos al cirujano y mejores resultados para el paciente. La unidad de negocio de sensores de TE Connectivity ha presentado recientemente su microsensor de presión arterial Intrasense. Su característica más llamativa es su tamaño extremadamente pequeño:las dimensiones totales son 800 µm de largo x 270 µm de ancho x 70 µm de alto.

El Intrasense es un sensor de presión absoluta basado en MEMS con un rango clínico de -300 mmHg a +500 mmHg. El diseño de medio puente utiliza dos elementos piezorresistivos en la matriz MEMS que cambian sus valores de resistencia a medida que se aplica presión. La señal se envía a una placa de circuito impreso de amplificación y compensación en el extremo proximal de los cables de 300 mm.

El sensor puede colocarse en la punta de un catéter o guía muy fino y luego usarse en ubicaciones remotas dentro del cuerpo, como las cámaras del corazón, las arterias intercraneales o incluso dentro de los riñones, durante procedimientos quirúrgicos críticos.

Monitorización de la frecuencia cardíaca y respiratoria

En colaboración con el Instituto de Investigación de Stanford (SRI), TE Connectivity ha desarrollado una silla inteligente de demostración que puede medir tanto la frecuencia cardíaca como la frecuencia respiratoria de una persona que simplemente permanece sentada en ella. La silla tiene elementos de película de polímero piezoeléctrico colocados estratégicamente en el asiento y el respaldo. Estos elementos sensores detectan tanto los latidos del corazón como la respiración.

La película de polímero piezoeléctrico es un material único hecho de fluoruro de polivinilideno (PVDF). Con técnicas de fabricación especiales, esta película se puede hacer piezoeléctrica, una propiedad en la que los materiales generan una carga eléctrica cuando se someten a tensión mecánica. La película es muy delgada (28 μm), flexible y se adapta y detecta fácilmente las cargas de tensión dentro del cojín del asiento cuando alguien se sienta.

Durante la respiración, el centro de gravedad del cuerpo se mueve ligeramente a medida que la caja torácica se expande y contrae con cada respiración. Los elementos piezoeléctricos de la silla detectan estos cambios dinámicos y proporcionan una señal utilizable a la electrónica. Para el latido del corazón, los sensores utilizan balistocardiografía, que es la detección de una onda de presión normal a la piel que se produce por el pulso arterial. Las versiones futuras de esta demostración agregarán celdas de carga a los pies de la silla, para que se pueda pesar al ocupante. Agregar varios sensores piezoeléctricos más también ayudará a detectar el tamaño físico del ocupante. Junto con los datos de peso, se puede calcular un índice de masa corporal (IMC). Esta silla se convierte en una excelente herramienta para aplicaciones de atención médica en el hogar porque no se necesita un profesional médico capacitado y se puede realizar un mini "chequeo" en cualquier momento:simplemente siéntese en silencio y relájese.

Autocontrol de equipos médicos

Las máquinas médicas terapéuticas y quirúrgicas deben funcionar con niveles muy altos de precisión. Para garantizar que el instrumento funcione correctamente, los diseñadores ahora están agregando sensores que realizan un seguimiento de las funciones críticas de la máquina. Estos sensores pueden operar en una de dos maneras. Pueden formar parte de un bucle de retroalimentación y control que mide un parámetro y luego hace ajustes al equipo para mantenerlo funcionando dentro de los rangos especificados. El sensor también se puede utilizar como alarma de límite. Cuando un parámetro se sale de las especificaciones o la máquina falla de algún modo, el sensor alerta al operador sobre la condición de falla e incluso puede apagar la máquina para proteger la seguridad del paciente.

Los sensores integrados en los ventiladores médicos modernos son buenos ejemplos de esta técnica. El diagrama de bloques de la Figura 5 muestra el funcionamiento interno de una máquina típica. Tenga en cuenta que todos menos uno de los sensores están monitoreando las funciones del ventilador. El CO ₂ el sensor es el único que monitorea una función del paciente.

Cuidado de la salud en el hogar

Existe una tendencia en la medicina a trasladar a los pacientes fuera de los hospitales a entornos de atención médica domiciliaria. Los pacientes están más cómodos en casa. Obtienen la atención de los cuidadores familiares y se recuperan más rápidamente de las dolencias. Los sensores integrados en los equipos de atención médica domiciliaria hacen que las máquinas sean confiables, fáciles de operar y eliminan la necesidad de atención constante por parte de los profesionales médicos. Los resultados son una mayor seguridad del paciente y mejores resultados médicos.

El futuro

Se está trabajando en toda la industria médica para incorporar más sensores en las máquinas y procedimientos utilizados por los médicos y sus equipos. La adición de sensores ayuda a vigilar las funciones y el rendimiento del equipo, lo que permite a los profesionales médicos volver la vista hacia el paciente y crear mejores resultados clínicos. Ya sea que se usen para monitorear a un paciente o monitorear la máquina médica que se usa para tratar a los pacientes, el uso creciente de sensores traerá beneficios significativos al mundo de la medicina.

Este artículo fue escrito por Pete Smith, gerente sénior, soporte de ventas y marketing, TE Connectivity Sensor Solutions — TES (Schaffhausen, Suiza/Berwyn, PA). Para obtener más información, comuníquese con el Sr. Smith en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita habilitar JavaScript para verlo., o visite aquí .