Choix des capteurs pour les applications médicales

Avec une population toujours plus croissante et vieillissante, les systèmes d’autosurveillance des patients gagnent en popularité. Leur popularité provient du fait qu’ils sont à la fois constants et reproductibles en plus d’être peu coûteux. Les instruments de surveillance à capteurs de cette catégorie sont également polyvalents car ils peuvent être utilisés à la fois à l’hôpital et à domicile. La sélection d’un capteur peut être simple si l’application et les paramètres à surveiller sont clairement compris. Les capteurs les plus compliqués sont les capteurs implantables, suivis des capteurs utilisés dans les cathéters (par incision) et des capteurs utilisés dans les cavités corporelles, des capteurs externes mais entrant en contact avec des fluides corporels et des capteurs pour des applications externes.

Les capteurs implantables doivent être petits, légers et compatibles avec la masse corporelle et nécessiter très peu d’énergie pour fonctionner. Plus important encore, ils ne doivent pas se désintégrer avec le temps. Comme il s’agit de dispositifs médicaux de classe III, ils doivent automatiquement être approuvés par la FDA. Les capteurs implantables nécessitent généralement de deux à quatre ans de développement et de mise en œuvre avant de passer à la production. En général, ils sont plus coûteux et nécessitent d’être implantés chirurgicalement par un spécialiste. L’exigence en matière de puissance est l’un des défis majeurs pour les capteurs implantables. Les capteurs qui ne nécessitent aucune source d’alimentation sont idéaux, mais ils sont très rares sur le marché. Les capteurs piézoélectriques en polymère sont bien adaptés à la détection des vibrations car ils sont petits, fiables, durables et ne nécessitent aucune alimentation. De tels capteurs peuvent être utilisés dans les stimulateurs cardiaques qui surveillent les activités du patient.

Ce capteur piézoélectrique a la forme d’une minuscule poutre en porte-à-faux avec un poids attaché à une extrémité qui se rabat avec le mouvement du corps. Le capteur génère un signal à chaque fois que le patient bouge. En prenant un stimulateur cardiaque comme exemple, celui-ci reçoit alors ce signal et fait battre le cœur au rythme souhaité. Le capteur peut distinguer différentes activités telles que la marche, la course ou d’autres activités physiques. Par exemple, si le patient se repose, le signal sera nul et le stimulateur cardiaque fera battre le cœur à un rythme minimal. De cette façon, le signal du capteur est proportionnel au niveau d’activité. Un capteur de vibration miniature à film piézoélectrique mesure 15/100 de pouce de longueur, y compris le stimulateur cardiaque qui l’abrite. Les capteurs implantés peuvent également être alimentés par des sources externes. Par exemple, une baguette à énergie radiofréquence (RF) alimente un capteur lorsqu’elle est placée près du capteur situé à l’intérieur du corps. Le capteur enregistrera ensuite les mesures du patient, transmettra les données à la baguette via une liaison RF et retournera en hibernation. Autre exemple d’utilisation similaire d’un capteur implanté : une procédure post-anévrisme aortique abdominale au cours de laquelle un capteur implanté peut surveiller les fuites de pression au niveau du site chirurgical.

Les exigences pour les capteurs pouvant être insérés par incision, généralement à l’extrémité d’un cathéter, sont moins critiques que celles pour les capteurs implantables, mais nécessiteront toujours l’approbation de la FDA. En fonction de l’intervention chirurgicale, ces capteurs doivent fonctionner de quelques minutes à quelques heures et peuvent être alimentés par des sources externes. Une paire de thermistances appariées à l’extrémité d’un cathéter peut être guidée vers différents endroits du cœur pour mesurer le flux sanguin. Ils peuvent soit être chauffés à travers la bobine soit être rincés à l’aide d’un liquide froid pour mesurer les flux sanguins. Lorsqu’il est rincé avec un liquide froid, le premier capteur est refroidi plus que le second car le flux sanguin réchauffe le liquide qui atteint le deuxième capteur. Étant donné que ces deux capteurs de température sont séparés par une distance connue où la température et le volume du fluide sont contrôlés, il est possible de calculer le flux sanguin en lisant la différence des valeurs de résistance des deux capteurs. Ces thermistances ne nécessitent pas d’alimentation externe.

Il existe plusieurs capteurs jetables où le capteur est situé à l’extérieur du corps, bien que les fluides corporels entrent en contact avec lui.  Le capteur de pression artérielle (DPS) jetable en est un exemple. Ces capteurs sont utilisés dans les interventions chirurgicales et les unités de soins intensifs (USI) pour surveiller en permanence la pression artérielle du patient. C’est le moyen fiable de mesurer la pression artérielle en chirurgie ou en soins intensifs. Le profil informationnel du patient est ensuite enregistré en branchant le capteur de pression artérielle jetable sur un moniteur. Ces capteurs doivent être remplacés toutes les 24 heures afin d’éviter toute contamination. Le capteur utilisé dans le gonflage des ballonnets d’angioplastie est un autre exemple de capteur qui entre en contact avec les médicaments et les fluides corporels. Un capteur de pression à l’extrémité de la pompe entrera en contact avec la solution saline utilisée comme support pour gonfler et dégonfler le ballonnet. Dans cette application, le capteur de pression surveille la pression appliquée qui gonfle/dégonfle le ballonnet et doit résister à une pression de plus de 200 psi. Si une pression trop importante est appliquée, le ballonnet pourrait éclater et entraîner de graves complications pour le patient.