BİYOMEDİKAL SENSÖRLER - LIFE OF MEDICAL

Biyomedikal Sensörler

İçindekiler

Biyomedikal sensörler; Biyomedikal uygulamalarda birçok farklı sensör kullanılabilir.

Sensör Tanımı ve Sınıflandırması

Sensörler, tüm cihazlarda ve ölçüm sistemlerinde çok kritik bileşenlerdir. Bilim, tıp, otomatik imalat, çevresel izleme vb. birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bazı ucuz sensörler, çocuk oyuncaklarından, bulaşık makinelerinden otomobillere kadar her türlü tüketici ürününe uygulanma yollarını buluyor. Bir dereceye kadar, sensörler multidisipliner ve disiplinler arası çaba alanıdır. Bu bölümde sensörün temel tanımı ve özellikleri, biyomedikal sensörler, devredeki eşdeğer bileşenler, sinyal filtreleri ve yükselteçleri, biyomeasürans sistemleri ve tasarımı tanıtılmaktadır.

Biyomedikal Sensörlerin Sınıflandırması

Tüm sensörleri fiziksel veya kimyasal olarak sınıflandırmak mümkündür. Fiziksel sensörler söz konusu olduğunda geometrik, mekanik, termal ve hidrolik değişkenler gibi miktarlar ölçülür. Biyomedikal uygulamalarda bu değişkenler kas yer değiştirmesi, kan basıncı, çekirdek vücut sıcaklığı, kan akışı, beyin omurilik sıvısı basıncı ve kemik büyüme hızı gibi şeyleri içerebilir. İki tip fiziksel sensör, biyomedikal uygulamalarıyla ilgili özel bir sözü hak eder: vücuttaki, genellikle elektrot olarak bilinen elektrik olaylarının sensörleri, teşhis edici terapötik uygulamalarının bir sonucu olarak özel bir rol oynar. Bunlardan en tanıdık olanı, kalbin ürettiği bir elektrik sinyali olan elektrokardiyogramı almak için kullanılan sensörlerdir. Biyoloji ve tıpta birçok uygulama bulan diğer fiziksel sensör türü optik sensördür. Bu sensörler bilgi toplamak için ışık kullanabilir ve fiber optik sensörler durumunda ışık da sinyal iletim ortamıdır.

Algılama cihazının ikinci büyük sınıflandırması kimyasal sensörlerdir. Bu durumda sensörler, kimyasal kompozitin varlığının belirlenmesi, çeşitli kimyasal türlerin konsantrasyonunun saptanması ve teşhis ve terapötik uygulama için vücuttaki kimyasal aktivitelerin izlenmesi gibi kimyasal miktarlarla ilgilidir. Çok çeşitli kimyasal sensörler birçok şekilde sınıflandırılır. Kimyasal sensörler, gaz fazında ölçülen kimyasal bileşenleri ve kimyasal bileşimi ölçmek için kullanılır. Elektrokimyasal sensörler, kimyasal konsantrasyonu veya daha kesin olarak, elektrik sistemleriyle etkileşime giren kimyasal reaksiyonlara dayanan aktiviteleri ölçmek için kullanılır. Fotometrik kimyasal sensörler, ışık iletimindeki, yansımadaki veya renkteki değişikliklere bağlı olarak kimyasal konsantrasyonları algılayan optik cihazlardır.

Biyoanalitik sensörler esas olarak kimyasal sensörler olmasına rağmen, genellikle ayrı bir ana sensör kategorisi olarak sınıflandırılırlar. Bu cihazlar, kompleks biyokimyasal molekülleri tanımlamak için enzim-substrat gibi biyolojik tanıma reaksiyonunu içerir. Biyolojik reaksiyonların kullanımı, biyoanalitik sensörlere biyokimyasal maddelerin tanımlanmasında ve ölçülmesinde yüksek hassasiyet ve özgüllük verir.

Algılayıcı ve Dönüştürücü Kavramları

Algılayıcı: Herhangi bir fiziksel büyüklüğü, örneğin hidrostatik akış basıncını orantılı olarak bir başka fiziksel büyüklüğe, (çoğunlukla elektriksel) çeviren cihazların genel adıdır.

Dönüştürücü: Aynı frekansta fakat yoğunluğu, gerilimi genellikle farklı olan bir veya birçok değişik akım dizgesini, değişik bir akım dizgesine dönüştüren elektromanyetik indükleçli duruk araç, trafo, transformatör.

Algılayıcı ve Donüştürücülerin Kullanım Alanları

Algılayıcılar ve dönüştürücüler fiziksel ortam ile endüstriyel amaçlı elektrik/elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görür. Bu cihazlar endüstriyel işlem sürecinde kontrol, koruma ve görüntüleme gibi çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Pozisyon, seviye ve yer değişimi ölçümü, canlı ve hareket detektörlerinde, hız ve ivme ölçümü, kuvvet ve gerinim, basınç, akış, akustik, nem, ışık vb. büyüklükleri algılayıp dönüştürme işleminde
kullanılır.

Algılayıcı ve Dönüştürücülerin Çeşitleri

Algılama Türüne Göre Sınıflandırma

Biyolojik
Kimyasal
Elektrik, manyetik veya elektromanyetik dalga
Isı ve sıcaklık
Mekanik yer değiştirme
Radyoaktiflik, radyasyon

Çevirme Metoduna Göre Sınıflandırma

Biyolojik

Biyokimyasal transformasyon
Test organizması üzerindeki etkiler
Spektroskopi
Diğer

Kimyasal

Kimyasal transformasyon
Elektrokimyasal prosesler
Spektroskopi
Diğer

Fiziksel

Termoelektrik
Termoelastik
Termooptik
Fotoelektrik
Fotomanyetik
Fotoelastik
Piezo elektrik
Piroelektrik
Magnetoelektrik

Diğer

Biyomedikal Sensörler

Isı Algılayıcı ve Dönüştürücüleri

Termorezistif (Rtd- Resistance Temperature Detector)
PTC (Positive Temperature Coefficient of Resistance)
NTC (Negative Temperature Coefficient of Resistance)
Thermocouple
Termostat

Manyetik Algılayıcı ve Dönüştürücüler

Alan Etkili Algılayıcı ve Dönüştürücüler
Bobinli Manyetik Sensörler
Elektronik Devreli Manyetik Sensörler (Yaklaşım Sensörleri)

Değişken Direnç ve Basınç Gerilme Algılayıcıları/Dönüştürücüleri

Potansiyometreli Yer Değiştirme Dönüştürücüsü (Wheatstone Köprülü Ölçme Düzeneği)
Gerilme Ölçerler (Strain Gauge), Piezo Rezistif Algılayıcılar/Dönüştürücüler
Piezo Elektrik Algılayıcılar/Dönüştürücüler