醫(yī)學(xué)領(lǐng)域常用傳感器的應(yīng)用盤(pán)點(diǎn)

寂靜天花板

傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用同樣非常廣泛,，傳感器能夠發(fā)揮感受生命體征信息的重要作用，“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目之一就是傳感器,，因此研究傳感器是發(fā)展當(dāng)代醫(yī)學(xué)的必由之路,。
2 G/ W/ i, a1 Q) A計(jì)算機(jī)技術(shù),、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)以及電子技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速,，相關(guān)的領(lǐng)域也因此得到了推進(jìn)，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展更加顯著,�,？梢钥吹剑�在醫(yī)學(xué)科技領(lǐng)域中出現(xiàn)了越來(lái)越多的高科技電子產(chǎn)品,，例如自動(dòng)生化分析儀,、全身伽馬刀治療系統(tǒng)以及多層螺旋 CT 和MRI 等，傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用同樣非常廣泛,，傳感器能夠發(fā)揮感受生命體征信息的重要作用,，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展有重要意義“，八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目之一就是傳感器,，因此研究傳感器是發(fā)展當(dāng)代醫(yī)學(xué)的必由之路,。
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1 傳感器的組成與分類(lèi)
　　
: V0 m# ~; U8 T8 `" A% z傳感器通常由兩個(gè)部分組成,，即轉(zhuǎn)換元件和敏感元件,。其中敏感元件就是能夠直接響應(yīng)或者感受被測(cè)量的部分，而轉(zhuǎn)換元件就是將測(cè)量到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的那部分,。按照現(xiàn)在普遍使用的分類(lèi)方法,，可以將傳感器分為兩類(lèi)，其中諸如生物傳感器,、物理傳感器和化學(xué)傳感器等屬于一類(lèi),，這幾種都是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) ；而力矩傳感器,、速度傳感器,、流量傳感器,、氣敏傳感器和粘度傳感器等，這幾種是按照輸出量分類(lèi)的,。上述都是都是較為普及并應(yīng)用廣泛的傳感器,，在未來(lái)有廣闊的發(fā)展前景。
　　
在過(guò)去,，醫(yī)生收集病人信息的方式比較簡(jiǎn)單,，基本上都是“望聞問(wèn)切”以及簡(jiǎn)單的檢查。我國(guó)在上世紀(jì)六十年代建立了醫(yī)學(xué)工程,，多種高科技醫(yī)療設(shè)備被開(kāi)發(fā)出來(lái),，大大豐富了醫(yī)生收集病人信息的方式，也提高了診療和治療的整體水平,。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，傳感器起到的是“耳目”的作用，傳感器種類(lèi)繁多,，用處不一,，按照診療目的可以分為預(yù)防傳感器、檢查傳感器等,，按照采樣方式不同則可以分為體外傳感器和體內(nèi)傳感器,，按照檢查目的的不同又可以分為形態(tài)學(xué)傳感器、生理功能傳感器和臨川化學(xué)傳感器等,。目的不同,，用途不同，分類(lèi)方法也不盡相同,。
　　
& S2 p6 V% S( L2 生物傳感器的應(yīng)用
　　
在醫(yī)學(xué)中有多種檢驗(yàn)方法,，一般的方法是在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，但是這種檢驗(yàn)方法過(guò)程繁瑣,，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng),，逐漸無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)的需求，生物傳感器的出現(xiàn)大大改觀(guān)了這種現(xiàn)象,。生物傳感器是化學(xué)傳感器的一種,，核心部分是以諸如細(xì)胞、微生物,、組織等的生物活性單元為基礎(chǔ)的敏感基元,，傳感器捕捉到基元和目標(biāo)之間的反應(yīng)并將其用電信號(hào)輸出，由于生物傳感器具有操作簡(jiǎn)單,、花費(fèi)時(shí)間較少等優(yōu)點(diǎn),，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛關(guān)注。
　　
( D6 c9 h5 {4 e# U2.1 原理和結(jié)構(gòu)
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傳感器中包含抗體,、抗原,、蛋白質(zhì),、DNA 或者酶等生物活性材料，待測(cè)物質(zhì)進(jìn)入傳感器后,，分子識(shí)別然后發(fā)生生物反應(yīng)并產(chǎn)生信息,，信息被化學(xué)換能器或者物理?yè)Q能器轉(zhuǎn)化為聲、光,、電等信號(hào),，儀器將信號(hào)輸出，我們就能夠得到待測(cè)物質(zhì)的濃度,。傳感器的主要組成部分是感受器和換能器,，再將信號(hào)通過(guò)自動(dòng)化儀表技術(shù)和微電子技術(shù)處理，就能構(gòu)成各種儀器或者系統(tǒng),。
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2.2 分類(lèi)和特點(diǎn)
　　
' H$ I- f4 k* }5 `% }% [按照換能器種類(lèi)分類(lèi),，可以分為聲波傳感器、半導(dǎo)體傳感器,、熱傳感器,、阻抗傳感器等 ；按照分子識(shí)別元件種類(lèi)分類(lèi),，可以分為免疫傳感器,、細(xì)胞傳感器和組織傳感器等。
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傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)大多是酶分析法,，這種方法步驟繁瑣,，費(fèi)用較高，而采用生物傳感器的方法,，雖然試劑價(jià)格昂貴但是可以多次使用,；生物傳感器有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)移性，即只對(duì)特定的底物發(fā)生反應(yīng),，不論其濁度和顏色如何 ,；再者分析速度較快，一般一分鐘就能得到結(jié)果 ,；誤差能夠控制在 1% 以?xún)?nèi),，準(zhǔn)確度可以保證 ；相對(duì)于酶分析法操作更加簡(jiǎn)便,，可以進(jìn)行自動(dòng)化分析 ,；生物傳感器檢驗(yàn)效率更高。上述都是生物傳感 器的優(yōu)點(diǎn),。
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2.3 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運(yùn)用
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8 t8 y, }. h* T% q! e' K生物傳感器有很多種，下面針對(duì)其中幾種傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運(yùn)用展開(kāi)分析,。
　　
2.3.1 微生物傳感器
　　
3 S- k+ k/ v0 n8 `/ ?: Y" t: D6 B7 B微生物傳感器的感受器是含有微生物的膜,，工作原理是微生物會(huì)消耗待測(cè)溶液中的溶解氧,，放出熱量或者光，達(dá)到定量檢測(cè)待測(cè)物質(zhì)的目的,。相對(duì)于酶?jìng)鞲衅�,，微生物傳感器使用穩(wěn)定并且成本更低，但是使用范圍不及酶?jìng)鞲衅�,，�?shù)據(jù)顯示,，微生物傳感器能夠檢測(cè)的物質(zhì)約為 60 種到 70 種。微生物會(huì)受到待測(cè)物質(zhì)的毒害影響,，這是影響傳感器準(zhǔn)確度和壽命的主要因素,，解決了這個(gè)問(wèn)題，微生物傳感器市場(chǎng)化指日可待,。
　　
2.3.2 酶?jìng)鞲衅?font class="jammer">; q, ^/ n0 T% y: B
　　
這種傳感器的敏感元件是固定化酶,，使用酶?jìng)鞲衅骶筒恍枰�花費(fèi)大量精力去提取酶。臨床上測(cè)定尿素,、葡萄糖,、乳酸、天門(mén)冬酰胺等生化指標(biāo)可以采用酶?jìng)鞲衅�,，例如現(xiàn)在的葡萄糖酶?jìng)鞲衅饕呀?jīng)發(fā)展到了第四代,，應(yīng)用范圍廣泛，并且國(guó)際上乳酸酶?jìng)鞲衅骷夹g(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,。臨床上要檢驗(yàn)患者腎功能就要進(jìn)行腎功能診斷,，然后針對(duì)性的實(shí)施人工透析，這種情況下就要使用尿素傳感器,。酶?jìng)鞲衅餮芯繒r(shí)間和發(fā)展時(shí)間都較長(zhǎng),，市場(chǎng)上的酶?jìng)鞲衅饕呀?jīng)達(dá)到了超過(guò) 200 種。
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/ @' V# V3 \4 Z2.3.3 基因傳感器
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基因傳感器是近年來(lái)才出現(xiàn)的一種傳感器,，但是技術(shù)先進(jìn),，國(guó)內(nèi)外也有很多專(zhuān)家學(xué)者針對(duì)基因傳感器進(jìn)行研究，現(xiàn)在已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一,�,；�因傳感器的基礎(chǔ)是雜交高特異性，一般基因傳感器上有 30 個(gè)左右的核苷酸單鏈核酸分子,，通過(guò)和靶序列雜交測(cè)定目標(biāo)核酸分子�,，F(xiàn)在研究和使用較多的基因傳感器是 DNA傳感器，主要用于結(jié)核桿菌,、艾滋病毒和乙肝炎病毒等的檢測(cè),，從而達(dá)到診斷疾病的目的。

3 光纖傳感器的應(yīng)用
　　
傳播光并不是光纖的唯一用途,，還可以用來(lái)交換信息,。光纖可以將各種參數(shù)和待測(cè)量結(jié)合起來(lái),，得到被測(cè)信號(hào)的狀態(tài)，將其轉(zhuǎn)換為光信號(hào)輸出,。相對(duì)于傳統(tǒng)傳感器,，光纖傳感器反應(yīng)速度更快、靈敏度高,，在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾,，光纖密度小、保密性佳并且便于保存,，因此光纖傳感器在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用,。
　
6 a5 ~/ I" P7 o2 S/ ]9 T( o3.1 原理和分類(lèi)
　　
, q9 W+ \- r/ S- d. a+ i* s基本原理就是光經(jīng)過(guò)光纖進(jìn)入調(diào)制區(qū)，然后和被測(cè)參數(shù)發(fā)生作用,，被測(cè)參數(shù)會(huì)使光的頻率,、強(qiáng)度和相位等發(fā)生變化，變化后的光經(jīng)過(guò)光纖通過(guò)調(diào)制器輸出被測(cè)物理量,。按照傳感原理,，光纖傳感器可以分為兩類(lèi)，即傳感型傳感器和傳光型傳感器 ,；按照測(cè)量對(duì)象可以分為流量傳感器,、位置傳感器、溫度傳感器,、圖像傳感器等,，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域現(xiàn)今應(yīng)用較多的是傳光型傳感器。

1 y# ?; M' u6 y: u! }! i' w$ ^3.2 傳光傳感器的應(yīng)用
　　
4 `- b$ f" J' g" q: ~傳光傳感器有很多優(yōu)點(diǎn),，例如絕緣,、體積小、不受微波和射頻干擾等,，在法國(guó),、日本、美國(guó)等國(guó)家都有大量應(yīng)用,。
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3.2.1 測(cè)量pH值
　　
采用光傳感器測(cè)量 pH 值的原理,，是利用透射光和發(fā)射光的強(qiáng)度隨波長(zhǎng)分布光哭進(jìn)行測(cè)定的，在纖維素膜盒中插入兩條光纖,，然后將針頭插入血管或者組織中,，試劑會(huì)和體液混合，吸收特定波長(zhǎng)的光,，然后使用分析儀將測(cè)量這種變化,，分析后即可得到組織或者血液的 pH 值。
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3.2.2 測(cè)量溫度
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現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外普遍采用微波加熱療法治療癌癥，但是加熱的溫度難以控制,，如果溫度太低,，癌細(xì)胞可能殺不死,，而如果溫度太高,，正常細(xì)胞會(huì)被一起殺死，對(duì)人體有不良影響,，適宜的溫度為42.5℃到 45℃,，因此需要采取措施監(jiān)測(cè)加熱溫度，我們可以使用光傳感器達(dá)到這個(gè)目的,，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的一種就是使用鉭酸鋰晶體制作的,，由于晶體的雙折射特性因而對(duì)溫度非常敏感，雖然目前用于測(cè)量溫度的光纖傳感器仍然處于研究階段,，但是需求量較大,。
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3.2.3 傳輸圖像
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2 `2 G$ s4 R6 ?, a$ `原理是將多根光纖組成光纖束達(dá)到圖像傳輸?shù)男Ч�，將其�?yīng)用于內(nèi)窺鏡上能夠極大的增加內(nèi)窺鏡應(yīng)用范圍,，這種內(nèi)窺鏡具有自由度大,、柔軟、直徑小的優(yōu)點(diǎn),，因此在使用過(guò)程中病人基本不會(huì)感受到痛苦,，光內(nèi)窺鏡還可以用于息肉切除等正常的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
　　
4 溫度傳感器的應(yīng)用
　　
溫度指標(biāo)在醫(yī)學(xué)中非常重要,，醫(yī)生可以依靠各個(gè)部位的溫度來(lái)診斷疾病,，例如在診斷休克病人時(shí)就需要獲取其體表溫度，而一個(gè)人體表溫度升高則可能是得了感染性疾病,，又如恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)保溫箱,，能夠給新生兒營(yíng)造舒適的環(huán)境等。這些例子都說(shuō)明溫度在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用是很廣泛的,，因此溫度傳感器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用同樣重要,。
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4.1 溫度傳感器的種類(lèi)及應(yīng)用
　　
0 f" I' V2 `. [0 s4.1.1 熱電偶式
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回路由兩種不同的金屬組成，如果觸電溫度不同,，那么就會(huì)有電流通過(guò)回路,，這就是熱電偶式傳感器的原理。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可靠準(zhǔn)確,、范圍廣,、測(cè)量穩(wěn)定，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用,。例如在腫瘤治療中,，如果精確的控制溫度就能強(qiáng)化放療的效果，因此使用熱電偶傳感器將腫瘤周?chē)鷾囟瓤刂圃?43℃，提高了治療腫瘤的療效,。
　　
* Q4 ~8 y4 y8 f: M4.1.2 熱電阻式
　　
主要是使用熱敏電阻,，這是一種對(duì)溫度很敏感的元件，可以使用熱敏電阻來(lái)制作探頭,，例如半導(dǎo)體熱電阻和金屬熱電阻等,。熱電阻傳感器的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、反應(yīng)快,，并且工藝較為成熟,，我國(guó)工業(yè)使用熱敏電阻非常廣泛，由于熱敏電阻靈敏,、體積小的特點(diǎn),，在醫(yī)學(xué)中同樣得到了大量應(yīng)用。例如在玻璃或者塑料中封裝熱敏電阻,，可以用來(lái)測(cè)量直腸,、口腔等部位的溫度，而薄片熱敏電阻則用來(lái)測(cè)量體表溫度,。熱電阻傳感器有廣闊的發(fā)展前景,。
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! \4 _: K" j+ W. o$ q; r; `% m( U3 K4.1.3 熱輻射式
　　
實(shí)際上是一種熱電變換器，使用黑色表面的元件將輻射量吸收進(jìn)來(lái),，轉(zhuǎn)化為熱量后經(jīng)過(guò)其他元件轉(zhuǎn)換,，成為參數(shù)或者電量，常見(jiàn)的就是非接觸式溫度傳感器,，例如在非典期間使用廣泛的紅外線(xiàn)測(cè)溫儀,。
　　
9 V1 e! z. a0 ]4.2 PN 結(jié)溫度傳感器
　　
溫度會(huì)對(duì) PN 結(jié)的伏安特性產(chǎn)生影響，因此可以利用這個(gè)特性制作溫度傳感器,，例如常見(jiàn)的有集成電路傳感器,、二極管和三極管溫度傳感器等。其中集成電路傳感器應(yīng)用較多,，是在一片芯片上集成外圍電路和溫閩三極管,。和熱敏傳感器相比，集成模擬傳感器響應(yīng)速度更快,、靈敏度更高,，并且體積較小，攜帶和使用都很方便,。
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; q  m0 f) V; v1 ~& {4 ^4 _7 S4.3 數(shù)字溫度傳感器
　　
將溫度轉(zhuǎn)換為振蕩頻率的變化是數(shù)字溫度傳感器的原理,，數(shù)字溫度傳感器可以分為智能溫度傳感器和邏輯輸出傳感器。其中智能溫度傳感器也叫智能溫度控制器,，發(fā)明于上世紀(jì)九十年代,，現(xiàn)在國(guó)際上已經(jīng)有多種智能溫度傳感器,，這是計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。智能溫度傳感器是一種軟硬件結(jié)合的產(chǎn)品,，其智能程度也受到軟件水平的影響,。智能溫度傳感器體積小、抗干擾并且精度較好,，可以采用智能溫度傳感器建設(shè)病房多路溫度測(cè)控系統(tǒng),，批量測(cè)量體溫，還具備報(bào)警功能,。邏輯輸出溫度傳感器就是溫度開(kāi)關(guān),，在很多時(shí)候我們只關(guān)心溫度是否超出了范圍,，如果有這種需求則可以采用邏輯輸出溫度傳感器,。

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互通有無(wú)

請(qǐng)問(wèn)這些傳感器都有哪些好的生產(chǎn)商好品牌

吳十六

有同學(xué)在GE做醫(yī)療設(shè)備,，好像主要工作就是搭起精度足夠的移動(dòng)架子來(lái)拼傳感器

yangxunua

我實(shí)習(xí)的醫(yī)療器械公司，還沒(méi)有做這么高端的設(shè)備呢一 一+