测压传感器介绍及在医疗电子中的应用

前沿应用

微型测压传感器：测压传感器可通过各种方式用于膝关节和髋关节置换的研发和手术过程中。在手术过程中，可通过小型的定制式S形剪切梁测压传感器，测量肌腱和韧带的扭力。此外，定制钳夹式软组织测压传感器可准确测量伸膝装置的术中作用力。人造髌韧带等植入物开发时，用于研发的定制式测压传感器，也可用于植入物内，测量韧带的拉力(见图2)。

图2. 假肢中所用的传感器可测量脚、腿、脚趾或手指的力量。

膝关节植入物中直接使用的测压传感器包括植入式膝关节模拟器以及膝关节和胫骨模拟器，前者可测量髌骨植入物受到的关节作用力。该装置可与试验用膝关节植入物连接，测量胫骨和股骨间的负荷。对髌股关节的负荷平衡进行评估，有助于平衡各软组织结构的负荷、对植入物进行精确定位，改善膝关节稳定性。

测压传感器的微型化有助于牙科研究人员和设备制造商确定各种条件下各颗牙齿的咬合力度。这样，研究人员就能改进牙科工作中所用的材料以及托牙和牙假体。一种小型的50lb应变计测压传感器，或者每颗牙齿下均装有传感器的一套定制式托牙，可将相关信息传输到数字显示装置或远程数据采集设备中。牙科技术人员可利用这些信息准确了解患者颌骨和牙齿的位置和压力点，设计对合良好、咬合正常的齿列。

扁平和多部件测压传感器：人工关节和机械假肢制造商从普通工业质控流程中借鉴了这种技术。髋关节和膝关节模拟器中使用了多个扁平形测压传感器，可同时对多个关节进行摩擦和磨损测试，确定器械的耐久性和平均无故障使用时间，以便开发出更坚固、更灵活的设备，达到终生无故障使用的目的。

杆端测压传感器：假肢在帮助残疾人移动中起到了十分重要的作用。但是，由于没有肌肉和神经系统，许多功能都很受限。制造商正在使用特殊的杆端测压传感器对力进行监测和显示，研究如何将这些数据传送到病人的脑内，从而建立一个闭环控制系统。

展望

微型化和自动化正在从根本上改变医用测压传感器的应用情况，尤其是在受惠于自动化的外科手术领域。随着自动手术器械的日趋精密，测压传感器将有助于开发出更经济高效、更精密的自动化手术技术。其中一个方法就是在这些自动机械上增加触觉功能。各种尺寸、形状和量程不同的测压传感器使这些进步得以实现。将来，测压传感器将逐步微型化和智能化，并具有互换性和通信功能，从而使自动机械具有与人类触觉相同甚至更为出色的感知能力。该技术将拓展外科手术的应用范围，同时降低总体成本，挽救更多生命。

测压传感器也将用于各种预防性医疗器械中。目前，人们已经利用微型测压传感器纠正一些不良习惯和预防损伤。简单的做法例如将测压传感器安装在高尔夫装备袋或力量训练设备上，避免过度提拉损伤。复杂的应用例如在自动控制假肢上使用多个微型测压传感器，使患者的脚趾和手指能够感知压力，并将数据传输给大脑，及时做出反应。

以今天的技术发展速度，再过10年，普通的测压传感器将会成为各种医疗操作中新技术探索的关键，将目前只能想像的技术化为现实。