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至关重要的新生儿护理系统中采用的 高精度无接触式传感器技术

2015-08-14
作者:Thomas Gudenau
来源:MTS Sensors公司
关键词: NTrainer MTS Temposonics NNS

  如果胎儿发育不充分,出生后孩子们可能会面临很多严重的健康风险。根据世界卫生组织(WHO)发布的信息,每年全球大约有1300万早产婴儿,占总出生率的10%。有研究表明,早产可能导致慢性病和可能的终生疾病,甚至危及生命的健康问题。

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  妇女的孕期通常持续40周的时间。如果一个孩子是在妊娠期37周之前出生,通常归类为早产。早产儿往往由于重要器官和神经系统没有发育好,可能会存在一些健康危险。一个早产儿出生越早,就越有可能产生一些并发症,婴儿也会遇到更严重的健康问题。大约有5%的早产是发生在妊娠第28周结束前,这些被称为“极早产”,婴儿的出生体重会非常低(通常低于1千克)。正是在这一类婴儿中,出现健康问题的频率最高。
  早产儿面临的一个主要发育困难是是否能够适当地进食。从通过输送管过渡到经口进食获得营养物在许多情况下被证明具有很大的挑战性。如果婴儿不能独立地进食(或者奶瓶进食或母乳喂养)将延长其住院时间,这会产生许多不利的连锁反应, 如阻碍母子之间的情感建立和加重产妇的焦虑等等。
  正常情况下,经过足月发育的婴儿可以进行主动经口进食,他/她已充分发育了肺功能和一个完全正常运行的神经系统。由于胎儿有足够的时间在子宫内练习吸吮、呼吸和吞咽等动作,从而在婴儿出生时就能够协调地同时进行吸吮、吞咽和呼吸。
  医院的妇产科强烈需要一种设备,可以帮助早产儿更有效地学习非营养性吸吮(NNS)模式。这意味着早产儿可以达到一个可以独立地更快速地进食的阶段,护理人员也能够评估早产儿的进食技术正在如何进展。必须指出的是,在过去,确定一个早产是否达到特定的要求进而来判定他们是否能独立地进食必须要手动完成。这是一个非常初级的方式,主要依靠护理专业人员用手指来评估婴儿的NNS能力。
  NNS能力显然是早产婴儿必不可少的健康保证。为了帮助解决早产儿发育中这方面的具体问题,医疗设备制造商Innara Health一直在研究如何可以加速早产婴儿独立进食能力的方式,从而使早产婴儿学会协调吸吮、吞咽和呼吸功能,并随着时间的推移其进食技术逐渐成熟。Innara Health公司因此推出了NTrainer系统(NTrainer System),这是一个综合的治疗和进食评估解决方案,目的是增强早产儿的NNS能力。
  该设备通过采用气动方式来刺激负责吸吮的神经组织发育,使早产儿更迅速地发育到能够独立地摄入食物。该治疗过程可以在早产儿仍通过输送管进食时开始,在灌胃(gavage)阶段可以适当管理控制,一直到能够母乳/奶瓶进食后终止。
  上述手持式NTrainer系统有一个形状很自然的奶嘴,施加的气体节律性脉冲可使其形状改变以适合于早产婴儿的嘴,这些基本上仿效了婴儿正常吸吮时发生的动作。反过来,婴儿也会试图使嘴部运动与奶嘴同步。这有助于建立独立进食必需的神经通路,以便将来他们可以凭借更方便的方式获得营养。
  一个压缩空气发生器为手持式NTrainer系统提供温和的压缩空气脉冲,正是通过这一过程,该设备才能够模仿吮吸过程。放置在手持设备内部的传感器机制可以追踪早产儿的NNS力度,其中包括一个带有一个语音线圈的线性执行器(actuator),执行器上安装有一个位置传感器。线性执行器驱动一个气动气缸,产生脉动的空气流。传感器测量线性马达以及泵冲程在给定阶段的位置。由此,可以生成一个全面的报告,可对婴儿的NNS进步情况做出持续的评估。
  手持式NTrainer系统所集成的传感器是基于磁致伸缩效应技术,其中的原理是铁磁材料的特性由于一个外磁场的存在而发生改变,这是一种非常有效的位置测量方法。针对手持式NTrainer系统的传感器设计,Innara Health选择与MTS传感器(MTS Sensors)合作,具体地说是采用了MTS Sensors非常受欢迎的C产品系列中的一款。在C产品系列中也得到应用的MTS Sensors公司专有技术Temposonics?通过采用磁致伸缩技术,可以提供一种高度可靠和准确的位置测量方法。而且,由于这种方法采用非接触式测量,可以有效地不受振动、冲击、高温等影响,因而即使在最苛刻的工作环境中也能保持行业领先的工作性能。

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       图1:手持式NTrainer系统装有可拆卸的奶嘴,可给婴儿提供一个脉冲刺激来开发其NNS能力,还可收集婴儿NNS能力开发的数据

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图2:集成有C系列磁致伸缩传感器的气动单元

  基于Temposonics技术的传感器可在很高的精确度下确定位置,这可以通过两个磁场之间的瞬时相互作用来实现。其中一个磁场来自于一个可移动的在传感器外部经过的永磁体,而另一个磁场由施加于铁磁波导的电流脉冲产生,铁磁波导的方向与永磁体运动方向平行。当这两个磁场相互作用时,会导致产生一种声波应变(sonic torsion)脉冲,此脉冲通过波导并由传感元件检测。通过精确计算所施加的电流脉冲和接收到的应变脉冲之间的时间周期,就可以推导出到运动磁体的确切距离远近。该传感器能够给出一个绝对位置,而不是相对值 ,因此可以省略去通常需要的定期校准。

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  图3:Temposonics磁致伸缩传感技术
  C系列是MTS产品组合中体积最小的传感器,非常适合于医疗仪器等空间受限的设计。Innara Health选择采用这款传感器是因为它能够提供绝对的位置测量,并具有高度的可靠性和准确性。此外,该传感器还可以安装在压缩空气单元的外部,这意味着对于泵内有限的空间没有额外的要求。
  通过采用更先进的传感器技术,现在能够为早产婴儿提供更高质量的治疗,使得早产儿可以尽快实现营养物的主动摄入。这将使婴儿以更快的速度增加体重,大幅度缩短婴儿需要在重症监护室的时间,从而可以控制相关的医疗费用,减轻婴儿和父母各方的压力。

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