1、传感器在医学领域的应用及发展1传感器在医学上的应用传感器传感器在医在医学领域的作学领域的作用用 传感器在医传感器在医学学领域的应领域的应用用医疗传感器医疗传感器的发展现状的发展现状及展望及展望2传感器在医学上的应用 关于传感器在生物医学科学中的作用，可关于传感器在生物医学科学中的作用，可以这样认为：生物医学传感器是生物医学科学和以这样认为：生物医学传感器是生物医学科学和技术的尖兵，生物医学研究的正确结论有赖于生技术的尖兵，生物医学研究的正确结论有赖于生物医学传感器的正确测量。物医学传感器的正确测量。传感器是一门十分综合的科学和技术。随传感器是一门十分综合的科学和技术。随着科学技术的发展，传感器
2、的概念也应随着换能着科学技术的发展，传感器的概念也应随着换能器的发展而发展。现代传感器的物理模型如图器的发展而发展。现代传感器的物理模型如图1-1-2 2所示。所示。对于传统被测量而言，敏感膜就相当于对于传统被测量而言，敏感膜就相当于传感器与被测对象的界面。在传统的传感器前面传感器与被测对象的界面。在传统的传感器前面附加一层根据不同需要而特制的敏感膜，即可表附加一层根据不同需要而特制的敏感膜，即可表示化学传感器和生物传感器。二者的区别就看是示化学传感器和生物传感器。二者的区别就看是否具有生物活性。具有生物活性的膜材料就是生否具有生物活性。具有生物活性的膜材料就是生物传感器。传感器中可存在两个界
3、面，一是被测物传感器。传感器中可存在两个界面，一是被测介质和敏感膜间的界面，二是敏感膜和传感器间介质和敏感膜间的界面，二是敏感膜和传感器间的界面。界面上发生着复杂的物理、化学或生物的界面。界面上发生着复杂的物理、化学或生物过程。过程。3传感器在医学上的应用传感器传感器在医在医学领域的作学领域的作用用 传感器在医传感器在医学学领域的应领域的应用用医疗传感器医疗传感器的发展现状的发展现状及展望及展望4传感器在医学上的应用电子胃镜是内窥镜的一种，主要由内镜、电视信息系统中心和电视监视器三个主要部分组成。电子胃镜可获得高清晰度的图像，通过计算机可以进行各种图像处理，进行三维显像、测定粘膜血流、粘膜局部
4、血色素含量及局部温度等。5传感器在医学上的应用 借助一条纤细、柔软的管子伸入胃中，医生可以直接在显示器上观察食道、胃和十二指肠的病变，尤其对微小的病变。利用胃镜可以看到X射线不能显示的病变，这就很大程度上提高了对病原查找的精确度，可以在屏幕上直观的观察到病变 6传感器在医学上的应用电荷耦合器件（Charged Coupled Device，缩写为CCD）是一种大规模金属氧化物半导体集成电路光电器件。于1969年在贝尔试验室研制成功，CCD是由若干个电荷耦合单元组成，其基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)光敏元，分为线型（Linear）与面型（Area）两种CCD图像传感器由许多感光元件组成
5、，每一个元件称为一个像素。像素的数量对图像质量有很大影响，像素数越多，对细节的展示越明显，图像的清晰程度越好。7传感器在医学上的应用当在金属电极上施加一个正电压Ug时，衬底接地，在电场的作用下，硅中的载流子(空穴)受到排斥，形成一个电子、空穴都很稀少的耗尽层，称为势阱。当有光照在硅片上时，半导体硅将产生电子-空穴对，由此产生的光生电子就被附近的势阱所吸收，而同时产生的空穴被排斥出耗尽层，势阱所吸收的光生电子数量与入射的到该势阱附近的光强成正比，这样的一个MOS光敏元叫做一个像素，储存了电荷的势阱称为电荷包。它以P型(或N型)半导体为衬底，上面覆盖一层厚度约为120nm的氧化物SiO2作为电解质
6、，再在SiO2表面依次沉积一层金属电极为栅电极，形成了金属-氧化物-半导体MOS结构元。8传感器在医学上的应用在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布 与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。相比于其他温度传感器，红外热辐射式温度传感器不需要与被测对象接触，因而不会影响人体的生理状态。人体辐射红外线的波长在3至16微米之间，当体温改变时，所辐射的红外线能量就会改变，红外辐射测温装置就是根据这些来测量体温的。9传感器在医学
7、上的应用红外热探测器是全波长的红外探测器，其首先用黑化元件吸收入射红外线辐射能量，使感温元件温度升高，再通过适当的温度敏感元件将温度信息转变为电信号，采用的温度敏感元件有热敏电阻和热电偶等。红外光电探测器的敏感元件是光电器件，它能将接收到的红外线转化为电信号，此传感器只能多一定波长范围的红外线有响应，并需在低温液氮冷却下工作10传感器在医学上的应用由监护基站设备和无线专用传感器节点构成一个微型监护网络。传感器节点上使用中央控制器对所需要监测的生命指标传感器进行控制来采集数据，通过无线通信方式将数据发送至监护基站设备，并由该基站装置将数据传输至所连接的PC或者其他网络设备上，通过Internet
8、网络可以将数据传输至远程医疗监护中心，由专业医疗人员对数据进行统计观察，提供必要的咨询服务，实现远程医疗。图1中描述了该远程医疗监护系统的体系结构图，系统中包括监护基站设备以及一系列医疗监护网络的医疗传感器节点。11传感器在医学上的应用在本文所设计的系统中，医疗传感器节点被用来测量各种人体生理指标，比如体温、血压、脉搏、血糖、血氧等，传感器还可以对某些医疗设备的状况或者治疗过程情况进行动态监测。所获得的数据信息通过无线通信的方式被传输到医疗监护基站设备上。我们将这类家庭基站或病房基站设计为手持型的设备，基站设备可以将收到的传感器数据信息进行保存和处理并将数据显示在该设备的LCD液晶显示屏上，而
9、且可以根据需要选择采用多种方式进行远程数据传输通信，比如通过和PC相连接的RS2232接口、通过GSM短消息或者通过modem接入远程以太网的方式接入远程网络，传送到远程端的信息将由远程端的监护中心或者医院管理中心的专业医疗人员进行统计与分析，并及时对病人进行信息反馈、提出忠告和建议等。12传感器在医学上的应用传感器传感器在医在医学领域的作学领域的作用用 传感器在医传感器在医学学领域的应领域的应用用医疗传感器医疗传感器的发展现状的发展现状及展望及展望13传感器在医学上的应用v 现代医用传感器技术已经摆脱了传统医用传感器体积现代医用传感器技术已经摆脱了传统医用传感器体积大、性能差等技术缺点，形成
10、了智能化、微型化、多参数、可大、性能差等技术缺点，形成了智能化、微型化、多参数、可遥控和无创检测等全新的发展方向，并取得了一系列的技术突遥控和无创检测等全新的发展方向，并取得了一系列的技术突破。其他一些新型的传感器如传感器，光纤传感器等也破。其他一些新型的传感器如传感器，光纤传感器等也方兴未艾。医用传感器技术的革新必将推动现代临床医学的更方兴未艾。医用传感器技术的革新必将推动现代临床医学的更快发展。快发展。v 随着信息时代的到来随着信息时代的到来,传感器技术已经成为信息社会的传感器技术已经成为信息社会的重要技术基础重要技术基础,而医学传感器也势必要紧紧抓住这一机遇而医学传感器也势必要紧紧抓住这
11、一机遇,努力努力朝着智能化、微型化、多参数、可遥控和无创检测等方面发展，朝着智能化、微型化、多参数、可遥控和无创检测等方面发展，为促进现代医学发展提供重要推动力。相信在医用传感器不断为促进现代医学发展提供重要推动力。相信在医用传感器不断提高其科技含量的同时，医用传感器在医学领域中的应用也将提高其科技含量的同时，医用传感器在医学领域中的应用也将越来越广泛。越来越广泛。14传感器在医学上的应用v 随着技术的突飞猛进，越来越多的残疾人借助科技改善了自己的生活。据最新一期随着技术的突飞猛进，越来越多的残疾人借助科技改善了自己的生活。据最新一期的的当代生物学当代生物学报道，法国科学家研制出一种头戴式设备
12、，让一个瘫痪者通过自报道，法国科学家研制出一种头戴式设备，让一个瘫痪者通过自己的眼睛写出了一条己的眼睛写出了一条“推特推特”。这款设备主要是通过一个摄像头跟踪佩戴者的眼球。这款设备主要是通过一个摄像头跟踪佩戴者的眼球运动，配合神经肌肉跟踪技术，无论是写字还是画画，都能通过眼睛来完成。运动，配合神经肌肉跟踪技术，无论是写字还是画画，都能通过眼睛来完成。15传感器在医学上的应用v 过度饮酒不但会损害自身健康，也会危害公共安全，当醉酒者出现在飞机过度饮酒不但会损害自身健康，也会危害公共安全，当醉酒者出现在飞机上或是其他公共场所时就更是如此，因此，安保人员一直在寻找一种能够上或是其他公共场所时就更是如此，因此，安保人员一直在寻找一种能够快速准确地从人群中发现醉酒者的方法。据物理学家组织网近日报道，日快速准确地从人群中发现醉酒者的方法。据物理学家组织网近日报道，日前，希腊的科学家开发出一种新技术，能够借助红外线热成像扫描仪实现前，希腊的科学家开发出一种新技术，能够借助红外线热成像扫描仪实现这一目的，帮助执法者和工作人员轻松地从人群中发现那些过度饮酒的人。这一目的，帮助执法者和工作人员轻松地从人群中发现那些过度饮酒的人。16传感器在医学上的应用17传感器在医学上的应用
