مطلب از  کیوان جامه بزرگ

منبع: nurc.ir

حسگر یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه‌‌گیری می‌کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌نماید.

حسگرها در واقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج و کسب اطلاعات محیطی و نیز داخلی می باشند. انتخاب درست حسگرها تأثیر بسیار زیادی در میزان کارایی ربات دارد. بسته به نوع اطلاعاتی که ربات نیاز دارد از حسگرهای مختلفی می توان استفاده نمود:

–        فاصله

–         رنگ

–         نور

–         صدا

–        حرکت و لرزش

–         دما

–         دود

–         و...

اما چرا از حسگرها استفاده می کنیم ؟ همانطور که در ابتدای این گفتار اشاره شد حسگرها اطلاعات مورد نیاز ربات را در اختیار آن قرار می دهند و کمیتهای فیزیکی یا شیمیایی موردنظر را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می کنند.مزایای سیگنالهای الکتریکی را می توان بصورت زیر دسته بندی کرد:

            –        پردازش راحتتر و ارزانتر

            –         انتقال آسان

            –         دقت بالا

            –         سرعت بالا

            –         و...

حسگرهای مورد استفاده در رباتیک:

در یک دسته بندی کلی حسگرهای مورد استفاده در رباتها را می توان در یک دسته خلاصه کرد:

  –     حسگرهای تماسی ( Contact ) 

مهمترین کاربردهای این حسگرها به این شرح می باشد: 

                   –      آشکارسازی تماس دو جسم

 –      اندازه‌گیری نیروها و گشتاورهایی که حین حرکت ربات بین اجزای مختلف آن ایجاد می‌شود .

در شکل یک میکرو سوئیچ یا حسگر تماسی نشان داده شده است. در صورت برخورد تیغه فلزی به مانع و فشرده شدن کلید زیر تیغه همانند قطع و وصل شدن یک کلید ولتاژ خروجی سوئیچ تغییر می کند.

       –   حسگرهای هم جواری (Proximity  )

آشکارسازی اشیا نزدیک به روبات مهمترین کاربرد این حسگرها می باشد. انواع مختلفی از حسگرهای هم جواری در بازار موجود است از جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

                    –         القایی

                    –          اثرهال

                    –         خازنی

                    –         اولتراسونیک

                    –         نوری

 –     حسگرهای دوربرد ( Far away)

کاربرد اصلی این حسگرها به شرح زیر می باشد:

              –        فاصله سنج (لیزو و اولتراسونیک)

              –         بینایی (دوربینCCD)

در شکل یک زوج گیرنده و فرستنده اولتراسونیک (ماورا صوت) نشان داده شده است. اساس کار این حسگرها بر مبنای پدیده داپلر می باشد.

حسگر نوری (گیرنده-فرستنده)

 یکی از پرکاربردترین حسگرهای مورد استفاده در ساخت رباتها حسگرهای نوری هستند. حسگر نوری گیرنده- فرستنده از یک دیود نورانی (فرستنده) و یک ترانزیستور نوری (گیرنده) تشکیل شده است.

خروجی این حسگر در صورتیکه مقابل سطح سفید قرار بگیرد 5 ولت و در صورتی که در مقابل یک سطح تیره قرار گیرد صفر ولت می باشد. البته این وضعیت می تواند در مدلهای مختلف حسگر برعکس باشد. در هر حال این حسگر در مواجهه با دو سطح نوری مختلف ولتاژ متفاوتی تولید می کند.

در زیر یک نمونه مدار راه انداز زوج حسگر نوری گیرنده فرستنده نشان داده شده است. مقادیر مقاوتهای نشان داده شده در مدلهای متفاوت متغییر است و با مطالعه دیتا شیت آنها می توان مقدار بهینه مقاومت را بدست آورد.

تله سنسور

A- بیوسنسور (معرفی اجمالی)
قسمت های مختلف یك بیو سنسور :
1- قسمت رد یابی بیولوژیك (بیو رسبتور) : (مهمترین قسمت یك بیوسنسور)
2- مبدل (ترانسدیوسر) : شناسایی
3- سیستم خروجی
مبدال عمل شناسایی را انجام می دهد،‌آنچه توسط مبدل شناسایی می شود توسط بیوربستور جذب می گردد و سپس با عبور مجدد از مبدل سیگنال تولید می شود.

* عملكرد بیوسنسورها كاملاً انتخابی است،‌ (به یك مولكول یا آئالیت خاص پاسخ می دهند و از واكنش با سایر مواد جلوگیری می شود)

طبقه بندی بیوسنسورها (از نظر ماهیت عملكرد و ساختار بیوشیمیایی و بیولوژیك ):
1- بیوكاتالیتیك (مانند آنزیم ها)
2- ایموثولوژیك (مانند آنتی بادی ها)
3- اسید نوكلئیك مانند (DNA)

طبقه بندی بیوسنسورها از نظر نوع تبدیلی كه انجام می هند :
1- مبدل های الكترو شیمیایی
2- نوری
3- پیروالكتریك
4- گرمایی یا گرماسنجی

B‌- تله سنسور :
هدف از معرفی :‌ توسعه آرایه ای از تراشه ها جهت نمایش و مانیتور كردن فعالیت های بدن وانتقال آن به مراكز درمان هدف.

عمل تله سنسور: شناسایی + ثبت + ارسال (انتقال)
(برای اولین بار جهت مانیتور كردن علائم حیاتی سربازان به كار رفت)

* به صورت غیر تهاجمی به نقاط مختلفی از بدن متصل شده و نتیجه را گزارش می دهد .
(با قرار گیری تراشه تله سنسور پزشكی بر روی نوك انگشت،‌ امكان ثبت چندین پارامتر حیاتی و ارسال آنها وجود دارد)
* تله سنسور پزشكی یا Asic
یك مدار كامل با عمل اندازه گیری خودكار و انتقال اطلاعات از منابع راه دور به گیرنده ها به منظور ثبت وتجزیه وتحلیل داده ها.

یكی از كاربردهای مهم : بررسی سطح اكسیژن خون :
با تغییر سطح اكسیژن خون، رنگ هموگلبین آن نیز تغییر یافته و این تراشه ها با داشتن یك منبع و یك آشكارساز نوری توانایی ردیابی و اندازه گیری تغییرات رنگ هموگلبین به هنگام تابش را خواهند داشت.
(دیگر كاربرد ها اندازه گیری فشار خون، ضربان قلب و درجه حرارت بدن)

ساختمان تله سنسور پزشكی Asic‌ :
تراشه 2 × 2 میلیمتری از جنس سیلیكون (سیلیسم)
شامل : 1
1- سنسور گرمایی
2- باتری نواری باریك لیتیم (به مصرف توان كمی جهت راه اندازی مدار، پردازش سیگنال الكترونیك و ارسال آن نیاز دارد) آنتن تعبیه شده بر روی تراشه به هنگام گرفتن دستور ارسال داده اطلاعات را توسط سیگنال رادیویی (انتقال فركانس رادیویی) به مانیتور ارسال می كند.

فیبر سیلیكونی :
انعطاف پذیر است، امكان فشرده یا كشیدگی آن وجود دارد و همچنین امكان محاسبه میزان فشردگی یا كشیدگی مینیر با گذراندن پرتو از درون آن میسر می شود.
هنگامی كه بر روی تراشه قرار می گیرد میزان فشار در موقعیت های مختلف بدن را حس می كند. می توان از این قابلیت برای نمایش (ویژگی های فوق كه گفته شد) فشارخون، نرخ ضربان قلب و نرخ تنفس (انبساط قفسه سینه) میزان خمیدگی زانو هنگام توان بخشی فیزیكی و .......... استفاده كرد.

مطلب از مقاله:

محسن زمیاد - احسان آرا - علیرضا حق نگهدار

در سالهای اخیر كاربردهای زیست‌ فناوری و پزشكی فناوری میكرو ونانو (كه معمولا از آن به عنوان سیستم‌های میكروی الكتریكی مكانیكی پزشكی یا زیست‌ فناوری‎(BioMEM) 1‏ نام برده می‌شود) به‌صورت فزاینده‌ای رایج شده است و كاربردهای وسیعی همچون تشخیص و درمان بیماری و مهندسی بافت پیدا كرده است. در حین این كه تحقیقات و گسترش فعالیت در این زمینه هم چنان به قوت خود باقی است، بعضی از این كاربردها تجاری هم می‌شود. در این مقاله پیشرفت‌های اخیر در این زمینه را مرور كرده و خلاصه‌ای از جدیدترین مطالب در حوزه ‏BioMEM ‎‏ را با تمركز روی تشخیص و حسگرها ارائه می‌شود.‏

بیوسنسور‌ها
در كاربردهای بسیاری در پزشكی، تحلیل محیطی و صنایع شیمیائی نیاز به روشهایی جهت حس كردن مولكولهای زیستی كوچك وجود دارد. حس‌های بویایی و چشایی ما دقیقا همین كار را انجام می‌دهد و سیستم ایمنی بدن میلیونها نوع مولكول مختلف را شناسائی می‌كند. شناسائی مولكولهای كوچك تخصص بیومولكولها است، لذا اینها شیوه جدید و جذابی برای ساخت سنسورهای خاص را پیش رو قرار می‌دهد. دو مولفه اساسی در این راستا وجود دارد. المان شناساگر و روش‌هایی برای فراخوانی زمانی كه المان شناساگر هدف خودش را پیدا می‌كند. اغلب المان شناساگر تحت تاثیر منبع زیست‌ فناوری تغییر نمی كند. مشكل اصلی در این كار طراحی یك واسطه مناسب به یك وسیله بازخوانی بزرگ است.
از آنتی بادی‌ها به صورت گسترده به عنوان بیوسنسور استفاده می‌شود. آنتی بادی‌ها بیوسنسورهای پیشتاز در طبیعت است، به همین دلیل توسعه تستهای تشخیصی با استفاده از آنتی بادیها، یكی از زمینه‌های بسیار موفق در بیوفناوری است. شاید آشناترین مثال تست ساده‌ای است كه برای تعیین گروه خونی استفاده می‌شود.
بوسنسورهای گلوكز از موفق ترین بیوسنسورهای موجود در بازار است. بیماران مبتلا به دیابت نیاز به شیوه‌های مرسوم جهت پایش سطح گلوكز خود دارد. سنسورهای قابل كاشت و غیر تهاجمی در حال توسعه است، اما در حال حاضر در دسترس‌ترین شیوه بیوسنسور دستی است كه یك قطره از خون را تحلیل می‌كند.

تعریف ‏BioMEM
‏ از زمان آغاز سیستم‌های ‏MEM‏ در اوایل دهه 1970، اهمیت كاربردهای پزشكی این سیستم‌های مینیاتوری درك شد. ‏BioMEM‏‌ها در حال حاضر یك موضوع بسیار مهم است كه تحقیقات بسیاری در زمینه آن انجام شده است و كاربردهای پزشكی مهم بسیاری دارد. در حالت كلی می‌توان ‏BioMEM‏‌ها را به عنوان "دستگاه‌ها ( وسایل) یا سیستم‌هایی ساخته شده با روش‌‌های الهام گرفته شده از ساخت در ابعاد میكرو /نانو، كه برای پردازش، تحویل 2، دستكاری3، تحلیل یا ساخت ذرات 4 شیمیائی و بیولوژیك استفاده می‌شود"، تعریف كرد. این وسایل و سیستم‌ها همه واسطه‌های علوم زندگی و ضوابط پزشكی با سیستم‌های با ابعاد میكرو و نانو را شامل می‌شود. حوزه‌های تحقیقات و كاربردها در ‏BioMEM‏ از تشخیص بیماری‌ها مانند میكرو آرایه‌های پروتئینی و‏DNA، تا مواد جدیدی برای ‏BioMEM، مهندسی بافت، تغییر و اصلاح5 سطح، ‏BioMEM‏‌های قابل كاشت، سیستم‌هائی برای رهایش دارو و.... را شامل می‌شوند. وسایل و سیستم‌های فشرده‌ایی كه از ‏BioMEM‏‌ها استفاده می‌كنند، به عنوان "آزمایشگاه روی یك چیپ"6 و سیستم‌های تحلیل تمام میكرو‏TAS ) ‎‏ ‏‎µ‎‏ یا ‏‎(micro-TAS ‎‏ 7 نیز شناخته می‌شود. شكل (1) شماتیك رسم شده از قسمت‌های كلیدی حوزه‌های تحقیقاتی را نشان می‌دهد.‏

بیوسنسورها(سنسورهای دمایی):

اندازه گیریهای متعددی در ارتباط با انرژی حرارتی سیستم بیولوژیک قابل انجام است.اینها شامل دما،هدایت گرمایی و تشعشع گرمایی هستند.از بین اینها، اندازه گیری دما به طور معمول انجام می شود. دما متغییری فیزیولوژیک است که کیلینیکی اهمیت دارد و یکی از 4 علامت حیاتی اساسی است که در تشخیص کلینیکی بیماران مورد استفاده واقع می شود.
سنسور، مهم ترین جزء یک سیستم اندازه گیری دما است. در واقع یک ابزار دقیق اندازه گیری دما، دمای سنسور را نشان می دهد از این رو، مشکل موجود در اندازه گیریهای پزشکی دما، نگهداشتن سنسور دما دردمای فیزیولوژیکی مورد اندازه گیری است. آسان ترین راه انجام این کار نگهداشتن سنسور دما در تماس مستقیم با ساختاری است که دمایش اندازه گیری می شود. با این حال، این به تنهایی کافی نیست چرا که سنسور دما ممکن است دمای بافت در تماس با خود را تغییر دهد. مثلاً، چنانچه سنسور در ابتدا دمای کمتری نسبت به بافت اندازه گیری شونده داشته باشد زمانی که در تماس مستقیم با آن بافت قرار می گیرد، گرما از بافت به سنسور دما جریان می یابد. اگر انرژی گرمایی هدایت شده به داخل بافت یا انرژی گرمایی تولید شده به روش های متابولیک در بافت، نتوانند جای آن گرما را بگیرند، قرار دادن سنسور دما در تماس مستقیم با بافت آن را سرد می کند و در نتیجه دما غلط قرائت می شود به این دلیل، جرم مٶثر گرمایی سنسور دما همواره باید بسیار کمتر از جرم مٶثر گرمایی بافت مورد اندازه گیری باشد. از این گذشته، مهم است که مقاومت گرمایی بین سنسور واقعی و بافت مورد اندازه گیری حتی الامکان کم باشد.
سنسورهای معمول دما که در ابزارهای دقیق مهندسی پزشکی مورد استفاده اند عبارتند از:
1- ترمیستور 2- سنسورهای دمای مقاومت سیمی فلزی 3- ترموکوپل 4- نیمه هادی اتصالpn5- مواد حساس به دما مانند کریستال های مایع که خواص فیزیکیشان را دما تغییر می دهد. از بین این موارد، ترمیستور معمول ترین سنسور دما در اندازه گیری مهندسی پزشکی است. این سنسور از اکسیدهای فلزی نیمه هادی تشکیل یافته است که به اندازه ها و اشکال فیزیکی متنوعی درآورده می شوند. این اشکال از ترمیستورهای قیطانی خیلی کوچک که کروی هستند و قطرهایی به کوچکی mm1 دارند، گرفته تا دیسک های مسطح بزرگی که دارای قطر چند سانتی متر است، تنوع دارند.الکترودها و سیم های رابط، تماس الکتریکی با ماده ترمیستور را فراهم می نمایند و مقاومت الکتریکی ترمیستور از طریق این تماس ها اندازه گیری می شود. مقاومت الکتریکی مواد نیمه هادی با افزایش دما کاهش می یابد. مواد ترمیستوری را طوری ساخته اند که تغییر در مقاومت در محدوده دمایی موردنظر به حداکثر برسد و در همان حال حد بالایی از پایداری الکتریکی داشته باشند تا از تغییرات مقاومت در اثر دیگر منابع، یا به طور ساده با کهنه شدن خود ماده، جلوگیری شود. رسیدن به چنین خواصی، ساده نیست و از این رو فرمولاسیون واقعی مواد مختلف ترمیستوری که توسط تولیدکنندگان مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین فرایندی که جهت پایدار نمودن خواص الکتریکی آنها استفاده می شود به دقت سرّی نگه داشته می شوند.
دماسنج الکترونیکی کلینیکی مثالی از یک ابزار دقیق اندازه گیری دما مبتنی بر ترمیستور است. سنسور این ابزار دقیق از یک پروب تشکیل شده که یک ترمیستور دارد. طراحی این پروب، عامل مهمی در عملکرد کل ابزار است. جرم پروب و ترمیستور باید کم باشد تا پاسخ زمانی سریعی بدهد، در عین اینکه پروب باید محکم باشد تا قدرت تحمل استفاده مکرر را داشته باشد. بنابراین یک ترکیب مهندسی ضروری است چرا که این دو نیازمندی معمولاً با هم مخالف هستند. از این گذشته، چنانچه ابزار دقیق برای افراد مختلف بکار رود، تمیز کردن و استریلیزه نمودن پروب بعد از هر بار استفاده عملی نیست. پس یک پوشش حفاظتی استریلیزه و یکبار مصرف پروب را می پوشاند که برای استفاده هر بیمار عوض می شود. همچنین این پوشش باید جرم گرمایی کم و هدایت گرمایی بالا داشته باشد تا از خراب شدن پاسخ زمانی ابزار جلوگیری نماید. همچنین باید محکم باشد تا گسیختگی که عملکرد آن را از بین می برد روی پروب قرار گیرد.
هدف مدار الکترونیک پردازش سیگنال در این ابزار دقیق تبدیل مقاومت الکتریکی ترمیستور به ولتاژ مرتبط با دمای آن و آماده سازی این ولتاژ برای وسیله قرائت که معمولاً یک صفحه دیجیتالی نمایش دهنده دما است، می باشد. یک مدار پل و تستون نامتعادل که یک ضلع آن را ترمیستور تشکیل می دهد، این هدف را محقق می کند. چنانچه چنانچه پل به طور مناسب طراحی گردد، غیرخطی بودن ولتاژ خروجی پل و تستون به عنوان تابعی از مقاومت می تواند غیرخطی بودن ترمیستور را در یک محدوده دمایی معین(حداکثر تا 40 درجه سانتی گراد) جبران کند، طوری که ولتاژ خروجی پل رابطه خطی با دما داشته باشد. بقیه مدار الکترونیکی باید این سیگنال را طوری مقیاس دهی کند که خروجی دستگاه عدد صحیح را که با دمای مورد اندازه گیری مطابق است نشان دهد.
کارایی دیگری که در بعضی دماسنجهای الکترونیکی هست، مداری است که نشان می دهد چه زمان سنسور دما به تعادل رسیده است تا دما خوانده شود. چنین مداری هر ثانیه دما را بررسی می کند و قرائت نهایی را با چند تای قبلی مقایسه می کند. اگر اختلافها کمتر از 1/0 سانتی گراد باشد، دما ثابت درنظر گرفته می شود و به اپراتور گفته می شود که می تواند دما را بخواند، این کار معمولاً با یک بوق کوتاه انجام می شود.
دیگر ابزارهای دقیق دما که قبلاً ذکر شد همگی براساس همین نوع ابزار دقیق هستند، چون اندازه گیری رسانایی گرمایی، شار گرمایی و تشعشع شامل انجام اندازه گیری اهی دمایی است. این سیگنال را طوری پردازش می کنند که کمیت موردنظر را براساس طرح سنسور ارائه دهد.
مقاله از خانم طاهره حسینی

بیوسنسورها (سنسور نیرو):

سنسورهای نیرو در بسیاری از اندازه گیری های فیزیولوژیکی مفید هستند که شامل روشهای آزمایشگاهی  اندازه گیری الکترونیکی برای اندازه گیری وزن بدن ،نیروی گرفتن چیزی(grasping force )،انقباض ایزومتریک ماهیچه و تحلیل راه رفتن است.روش معمول اندازه گیری نیرو تبدیل نیرو به یک جابجایی کوچک و اندازه گییری آن جابجایی است.
برای مثال یک ترازوی الکترونیکی،اساسا سکویی است که بر یک سلول بار قرار میگیرد و در در شکل نشان داده شده است. بخش اساسی سلول بار عنصری است که با اعمال نیرو تغیر شکل میدهد.این تغیر شکل که با مبدل جابجایی اندازه گیری می شود،رابطه ای تکرار پذیر و ترجیحا خطی با نیروی اعمالی دارد.

 
در شکل دوم چنین ساختاری نشان داده شده است در اینجا میله یکسرگیردار از یک سر به پایۀ ترازو و از سر دیگر به بالابر متصل است. با اعمال نیرو از طریق قرار دادن یک وزنه بر روی بالابر، میلۀ یکسر گیردار خم می شود. بنابراین سطح بالایی میله کمی بیشتر می شود، در حالی که سطح پایینی آن تا حدی فشرده می شود .
یک کرنش سنج نیمه هادی می تواند این تغییر کم در طول سطح بالایی یا پایینی را ردیابی کند که در این مثال، به سطح پایینی وصل است.
اصل و مبنای کار کرنش سنج های نیمه هادی تا حدی شبیه کرنش سنج جیوه ای است.(در توضیح کرنش سنج جیوه ای میتوان گفت یکی از ساده ترین روشهای اندازه گیری تغییرات حجم خون در یک عضو استفاده از جیوه در کرنش سنج های لاستیکی سیلیکانی (silicon (rubberاست.ساختمان اصلی این کرنش سنج شامل یک دیواره نازک و لوله لاستیکی سیلیکانی با قطر کوچک است که با جیوه پر شده است. توپی های فلزی متصل به سیم های اتصال در انتهای لوله قرار داده می شوند ، به طوری که بطور مستقیم با جیوه در ارتباط هستند . در حجم سنجی با مسدودیت وریدی که از کرنش سنج های جیوه ای استفاده می کنند ، بجای تغییر حجم ، تغییر محیط اندازه گیری می شود . )

 
به جزء این که نوع جیوه ای را می توان در جابجایی های خیلی بزرگتر نسبت به نوع نیمه هادی استفاده کرد . از طرف دیگر ، نوع نیمه هادی حساسیت بسیار بالاتری دارد . به این معنی که مقاومت آن برای یک جابجایی کوچک که یکسان نسبت به نوع جیوه ای تقریباً 40 برابر بیشتر تغییر می کند . کرنش سنج های نیمه هادی همچنین به میزان قابل ملاحظه ای از نوع جیوه ای کوچکتر هستند و با استفاده از تکنولوژی مدار مجتمع می توان آنها را به صورت انبوه تولید نمود .
تغییر در مقاومت کرنش سنج نیمه هادی متناسب با میزان کرنش ، یعنی تغییر طول در واحد طول آن ، است که به نوبۀ خود با میازان انحراف میلۀ یکسر گیر دار متناسب است .
کرنش روی سطح میله متناسب با این انحراف است . بنا براین سیگنال الکتریکی که از کرنش سنج می آید را می توان مستقیماً متناسب با وزن روی سکو کرد . بعد می توان روی این سیگنال پردازش الکترونیکی انجام داد و آن را مورد استفاده قرار داد تا به عنوان مثال وزن به صورت دیجیتال یا آنالوگ خوانده شود .
این نوع ترازوهای الکتریکی را می توان به صورت یک وسیلۀ مصرفی برای استفادۀ خانگی که قدرت تفکیکی برابر یک پند دارند گرفته تا ترازوی حساس آزمایشگاهی با قدرت تفکیک کسری از میلی گرم مورد استفاده قرار داد .
مقاله از خانم طاهره حسینی

سنسورهای متغییرهای دینامیک خون ( hemodynamic variables ):

دو تا از مهمترین و در این حال مشکل ترین متغییرها جهت اندازه گیری ، فشار خون و جریان خون هستند . این کمیت ها متغییر های مهم دستگاه گردش خون را نشان می دهد . با اینکه امروزه چندین روش مستقیم تهاجمی برای اندازه گیری آنها وجود دارد ، راههای علمی و موثر جهت اندازه گیری آنها به طریق غیر تهاجمی هنوز باید توسعه یابد . نمونه های زیر دو تا از مشهور ترین سنسورهای این متغییرها را نشان می دهد :

1- سنسور فشار خون :

اندزه گیری مستقیم فشار خون یک روش مهم مانیتورنگ دائم این متغییر در مراقبت های ویژۀ پزشکی است ، در این روش یک مبدل فشار خارجی را از نظر هیدرو استاتیکی با یک شریان اصلی تزویج می کنند ، برای این کار یک سر کاتتر ، که یک لولۀ کوچک انعطاف پذیر باز و پر از محلول نمکی فیزولوژیک است ، را از پوست گذرانده و به مجرای یک شریان می رسانند . سر دیگر کاتتر به یک سنسور فشار متصل است. سیال داخل کاتتر فشار را از شریان به مبدل فشار انتقال می دهد تا در آنجا اندازه گیری شود .
یک مبدل فشار تشکیل شده است از یک بخش بالایی که به آن گنبد ( Dome ) که یک محفظۀ بسته است و مستقیماً به کاتتر مرتبط است . یک جدارۀ محفظه ، از یک دیافراگم نازک تشکیل شده است که با نیروی ناشی از اختلاف فشار بین سیال داخل محفظه و فشار اتمسفر بیرون منحرف می شود . سنسورهای جابجایی کرنش سنج این انحراف دیافراگم را اندازه می گیرند . مرکز دیافراگم به 4 کرنش سنج سیمی غیر متصل که در بدنۀ مبدل واقع هستند وصل است که جابجایی دیافراگم را اندازه می گیرند .

کرنش سنج ها طوری چیده شده اند که با افزایش فشار دو تا از آنها دراز می شوند ودر دو تای دیگر کاهش طول ایجاد می شود . واقتی که هر 4 کرنش سنج بصورت یک پل وتستون به هم مرتبط باشند ولتاژ خروجی متناسب با جابجایی دیافراگم و در نتیجه متناسب با فشار درون محفظه است . محفظه از طریق کاتتر با شریان تزویج شده است ، پس ولتاژ خروجی پل وتستون با فشار شریانی است .
ما این ابزار را بر حسب فشارهای ئیدرو استاتیکی توصیف نموده ایم با این حال فشار خون یک فشار متغییر با زمان است که از یک الگوی پیچیده بین فشار سیستونیک و دیاستولیک در فاصلۀ زمانی بین دو ضربان قلب پیروی می کند . برای بازسازی صحیح این شکل موج در مبدل فشار مواردی چند را باید در نظر گرفت:سیال داخل کاتتر و داخل گنبد مبدل فشار،جرم متناظری دارند.کاتتردر صورتی که انعطاف پذیر باشد،و گنبد و دیافراگم کمپلانیس(ضریب تغییر طول) متناظری دارند.بنابراین ستون سیال و مبدل فشار تا حدود زیادی مانند جرمی بر روی یک فنر رفتار می کند.سیستم دارای فرکانس تشدید است که غالبا آنقدر پایین هست تا موجب اعوجاجی در شکل موج فشار خون شریانی شود.این سیستم همچنین ممکنست در پاسخ به تغییرات سریع فشار،آرتیفکت( (artifactتولید کند .
به عنوان مثال ، یک تابع پله در فشار غالباً تولید حلقه در فرکانس تشدید سیستم می نماید و شکل موج را بیشتر دچار اعوجاج می کند . از این رو مهم است که هنگام استفاده از چنین سیستمی باید هم رفتار استاتیکی مبدل و هم رفتار دینامیکی سیستم مبدل کاتتر را در نظر داشت . اختلاف در شکل موج سیستم به دلیل تفاوت در سیستم تزویج سیال بکار رفته جهت اندازه گیری می باشد .
سنسور فشاری که نیاز به قسمتهایی برای تزویج سیال ندارد ، مشکلات مربوط به کاتتر و گنبد مبدل فشار را از سر راه برمی دارد ، چون آنقدر طریف و منیاتوری ساخته می شود که می توان آن را در شریان ، در محل اندازه گیری فشار ، قرار داد . لازم به گفتن نیست که چنین سنسوری باید خیلی کوچک باشد . برای این منظور لازم است که دیافراگم خیلی کوچکتر باشد . از این رو اگر کرنش سنج های سیمی مجزا برای اندازه گیری میزان انحراف دیافراگم به کار روند ، حساسیت به طور قابل توجه ای کمتر از حالتی است که از نوع خارجی سنسور فشار استفاده شود . بنابر این ، در یک مبدل فشار مینیاتوری درون شریانی باید از سنسورهای جابجایی با بیشترین حساسیت ممکن استفاده شود چنین سنسوری ، چنانچه قبلاً خاطر نشان شد کرنش سنج نیمه هادی است . بنابراین اینگونه سنسورها سیگنال های موثری را از منابع بیولوژیکی مختلف فراهم می نمایند .

2- سنسور جریان خون :

اندازه گیری جریان خون بسیار مورد علاقِِۀ مهندسان پزشکی بوده است. سنسور نمی تواند تماس مستقیم با خون داشته باشد.چون منجر به تشکیل لخته و انسداد جریان خون می شود. بعضی سنسورها را روی کاتتر در جریان خون قرار دادهاند، ولی بیشتر مبدل های جریان مانند آنهایی که برای اندازه گیری جریان سیال داخل یک لوله به کار می روند در اینجا مناسب نیستند.
یکی از معمول ترین روش های اندازه گیری جریان خون، اندازه گیری الکترومغناطیسی جریان خون است. در این روش دور رگ تحت اندازه گیری قرار داده می شود که یک مدار مغناطیسی معادل دارد، این میدان عمود بر محور رگ از آن عبور می کند. و می توان آن را با یک آهنربای دایمی یا الکتریکی تولید نمود که آهنربای الکتریکی بیشتر مورد توجه است،زیرا می تواند میدانهای متغیر با زمان تولید نماید. خون دارای اجزای زیادی است که بعضی از انها مانند یونهای غیر آلی و پروتئینها باردار هستند. این ذرات باردار که از درون میدان مغناطیسی می گذرند با نیروی تولید شده در جهتی منحرف می شوند که هم بر جهت میدان مغناطیسی و هم بر جریان خون عمود است. به علت اینكه بارهای مثبت به یك سمت رگ و بارهای منفی به سمت دیگر منحرف می شوند ، یك میدان الكتریكی در رگ در جهت نیروی منحرف كننده بوجود می آید . این میدان منجر به اختلاف پتانسیل متناسب با سرعت جریان خون در مبدل است .
مبدل باید طوری طراحی گردد كه خوب دور رگ را بگیرد و الكترودها با آن خوب تماس داشته باشند . این آرایش ، قطر رگ در نتیجه سطح مقطع آن را ثابت نگه می دارد ، چون رگ دیگر نمی تواند مثل حالتی كه غلاف نیست با افزایش فشار خون منبسط شود . بنا بر این ، قرار دادن مبدل جریان ، سطح مقطع رك را قرار می بخشد و جریان حجمی متناسب با سرعت خون خواهد شد ، پس ولتاژ القا شده در الكترود های پروب الكترو مغناطیس متناسب با جریان خواهد بود .
این روش اندازگیری جریان خون عمدتا در تحقیقات آزمایشگاهی به كار میرود . یك كاربرد متداول آن در اندازگیری حجم ضربه ای و برونده قلب است . اگر یك مبدل جریان دور آئورت ، در نقطهای كه از قلب خارج می شود قرار دهیم ، همه خون خروجی قلب به جز قسمتی كه به شریان های كرونری وارد می شود ، را از خود عبور و مورد اندازگیری قرار می دهد .
از سیگنال جریان می توان در یك ضربان قلب ، به روس الكترونیكی انتگرال گرفت و حجم ضربه ای را به دست آورد یا در یك دوره طولانی تر این كار را انجام داد و خروجی قلب را اندازه گرفت .
انواع دیگر این سنسور ها شامل زمان انتقال فرا صوت و اندازگیر جریان شیفت دوپلری و پروب های جریان گرمایی می با شد . اندازه گیری های غیر مستمر جریان خون با روش های متنوع ترقیق اندیكاتوری قابل انجام است كه دائما مورد استفاده كیلینیكی واقع می شوند . فنون جدید تشدید مغناطیسی هسته و فرا صوت نشان داده اند كه كسب اطلاعات از جریان به روش غیر تهاجمی امكان پذیر است ، اما تحقیقات و توسعه خیلی بیشتری در این زمینه مورد نیاز است . (Webster_1978).
مقاله از خانم طاهره حسینی