Cómo elegir sensores para aplicaciones médicas

Con la población cada vez mayor y envejecida, los sistemas de automonitoreo de pacientes son cada vez más populares. Su popularidad se debe a que es coherente y repetible, además de ser de bajo costo. Los instrumentos de monitoreo repletos de sensores en esta categoría también son versátiles porque se pueden usar tanto en hospitales como en el hogar. Seleccionar un sensor puede ser simple si la aplicación y los parámetros que deben monitorearse se entienden claramente. Los sensores más complicados son los implantables, seguidos de los sensores utilizados en catéteres (a través de incisión) y los sensores utilizados en cavidades corporales, sensores que son externos pero entran en contacto con fluidos corporales y sensores para aplicaciones externas.

Los sensores implantables deben ser pequeños, ligeros y compatibles con la masa corporal, así como requieren muy poca energía para funcionar. Lo más importante es que no deben decaer con el tiempo. Dado que son dispositivos médicos de Clase III, requieren automáticamente la aprobación de la FDA. Los sensores implantables generalmente requieren de dos a cuatro años para su desarrollo e implementación antes de pasar a la producción. En general, son más caros y requieren un especialista para implantarlos quirúrgicamente. El requisito de potencia es uno de los principales desafíos para los sensores implantables. Los sensores que pueden funcionar sin energía son ideales, pero estos son pocos y raros en el mercado. Los sensores de polímero piezoeléctricos son adecuados para la detección de vibraciones, ya que son pequeños, confiables, duraderos y no requieren energía. Dichos sensores se pueden usar en marcapasos que monitorean las actividades del paciente.

Este sensor piezoeléctrico tiene la forma de una pequeña viga en voladizo con peso unido en un extremo que se tambalea con el movimiento del cuerpo. Cada vez que el paciente se mueve, el sensor genera una señal. Usando un marcapasos como ejemplo, el marcapasos recibe esta señal y hace que el corazón lata al ritmo deseado. El sensor puede diferenciar entre varias actividades como caminar, correr u otras actividades físicas. Por ejemplo, si el paciente está descansando, la señal será cero y el marcapasos hará que el corazón lata a un ritmo mínimo. De esta manera, la señal del sensor es proporcional al nivel de actividad. Un sensor de vibración de película piezoeléctrica en miniatura tiene una longitud de 15/100 de pulgada, incluido el marcapasos que lo alberga. Los sensores implantados también pueden ser alimentados por fuentes externas. Por ejemplo, una varita de energía de radiofrecuencia (RF) cuando se coloca cerca de un sensor ubicado dentro del cuerpo encenderá el sensor. Luego, el sensor registrará las mediciones del paciente, transmitirá los datos a la varita a través de un enlace de RF y volverá a la hibernación. Otro ejemplo de uso de un sensor implantado de esta manera es el de un procedimiento de aneurisma aórtico posterior al abdomen donde un sensor implantado puede monitorear las fugas de presión en el lugar quirúrgico.

Los requisitos para los sensores que se pueden insertar a través de una incisión, generalmente en la punta de un catéter, son menos críticos que los de los implantables, pero aún necesitarán la aprobación de la FDA. Dependiendo del procedimiento quirúrgico, estos sensores deben funcionar durante unos minutos hasta un par de horas y pueden alimentarse a través de fuentes externas. Un par de termistores emparejados en la punta de un catéter se pueden guiar a diferentes lugares del corazón para medir el flujo sanguíneo. Pueden calentarse a través de la bobina o enjuagarse con líquido frío para medir las tasas de flujo sanguíneo. Cuando se enjuaga con líquido frío, el primer sensor se enfría más que el segundo porque el flujo sanguíneo calienta el líquido que llega al segundo sensor. Dado que estos dos sensores de temperatura están separados por una distancia conocida donde se controla la temperatura y el volumen del fluido, el flujo sanguíneo se puede calcular leyendo la diferencia de los valores de resistencia de los dos sensores. Estos termistores no requieren alimentación externa.

Hay varios sensores desechables donde el sensor se encuentra externamente del cuerpo, aunque los fluidos corporales entran en contacto con él.  Un ejemplo de esto es el transductor de presión arterial desechable (DPS). Estos sensores se utilizan en procedimientos quirúrgicos y unidades de cuidados intensivos (UCI) para controlar continuamente la presión arterial del paciente. Esta es la forma confiable de medir la presión arterial cuando se está en cirugía o UCI. El perfil informativo del paciente se registra conectando el sensor de presión arterial desechable a un monitor. Estos sensores deben reemplazarse cada 24 horas para evitar la contaminación. Otro sensor que entra en contacto con medicamentos y fluidos corporales es el sensor utilizado en el inflado de globos de angioplastia. Un sensor de presión en la punta de la bomba entrará en contacto con la solución salina que se utiliza como medio para inflar y desinflar el globo. En esta aplicación, el sensor de presión monitorea la presión aplicada que infla/desinfla el globo y necesita soportar más de 200 psi. Si se aplica demasiada presión, el globo podría estallar y causar complicaciones graves para el paciente.