传感器在医学上的应用

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1、LOGO传感器 在医学领域的应用及发展纲纲要要传传感器在医 学领领域的作 用 传传感器在医 学领领域的应应 用医疗传疗传 感器 的发发展现现状 及展望传传感器在生物医学科学中的作用感器在生物医学科学中的作用关于传传感器在生物医学科学中的作用，可以 这样认为这样认为 ：生物医学传传感器是生物医学科学和技 术术的尖兵，生物医学研究的正确结论结论 有赖赖于生物 医学传传感器的正确测测量。传传感器是一门门十分综综合的科学和技术术。随着 科学技术术的发发展，传传感器的概念也应应随着换换能器 的发发展而发发展。现现代传传感器的物理模型如图图1-2 所示。对对于传统传统 被测测量而言，敏感膜就相当于传传感

2、器与被测对测对 象的界面。在传统传统 的传传感器前面附加 一层层根据不同需要而特制的敏感膜，即可表示化 学传传感器和生物传传感器。二者的区别别就看是否具 有生物活性。具有生物活性的膜材料就是生物传传 感器。传传感器中可存在两个界面，一是被测测介质质 和敏感膜间间的界面，二是敏感膜和传传感器间间的界 面。界面上发发生着复杂杂的物理、化学或生物过过 程。纲纲要要传传感器在医 学领领域的作 用 传传感器在医 学领领域的应应 用医疗传疗传 感器 的发发展现现状 及展望胃胃镜镜电电子胃镜镜是内窥镜窥镜 的一种，主要由内镜镜、电视电视 信 息系统统中心和电视监视电视监视 器三个主要部分组组成。电电 子胃镜

3、镜可获获得高清晰度的图图像，通过计过计 算机可以 进进行各种图图像处处理，进进行三维显维显 像、测测定粘膜血 流、粘膜局部血色素含量及局部温度等。 胃胃镜镜v借助一条纤细纤细 、柔软软的管子伸入胃中，医 生可以直接在显显示器上观观察食道、胃和十 二指肠肠的病变变，尤其对对微小的病变变。利用 胃镜镜可以看到X射线线不能显显示的病变变，这这 就很大程度上提高了对对病原查查找的精确度 ，可以在屏幕上直观观的观观察到病变变 胃胃镜镜电荷耦合器件（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

4、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，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。MOSMOS光敏元光敏元结结构构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

5、 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，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。红红外外热辐热辐 射式温度射式温度传传感器感器在自然界中，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

6、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。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红红外外热热探探测测器和器和

7、红红外光外光电电探探测测 器器无无线传线传 感器感器网网络络由监护 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。无无线传线传 感器

8、感器网网络络在本文所设计 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

9、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。纲纲要要传传感器在医 学领领域的作 用 传传感器在医 学领领域的应应 用医疗传疗传 感器 的发发展现现状 及展望医医疗传疗传 感器的感器的发发展展现现状与展望状与展望v 现现代医用传传感器技术术已经摆经摆 脱了传统传统 医用传传感器体积积 大、性能差等技术术缺点，形成了智能化、微型化、多参数、可 遥控和无创检测创检测 等全新的发发展方向，并取得了一系列的技术术 突破。其他一些新型的传传感器如传传感器，光纤传纤传 感器 等也方兴兴未艾。医用传传感器技术术的革新必将推

10、动现动现 代临临床医 学的更快发发展。 v 随着信息时时代的到来,传传感器技术术已经经成为为信息社会的重 要技术术基础础,而医学传传感器也势势必要紧紧紧紧 抓住这这一机遇,努力 朝着智能化、微型化、多参数、可遥控和无创检测创检测 等方面发发 展，为为促进现进现 代医学发发展提供重要推动动力。相信在医用传传感 器不断提高其科技含量的同时时，医用传传感器在医学领领域中的 应应用也将越来越广泛。瘫痪瘫痪 者也能用眼睛写微博者也能用眼睛写微博v 随着技术术的突飞飞猛进进，越来越多的残疾人借助科技改善了自己的生活。据最新一 期的当代生物学报报道，法国科学家研制出一种头头戴式设备设备 ，让让一个瘫痪瘫痪

11、者通 过过自己的眼睛写出了一条“推特”。这这款设备设备 主要是通过过一个摄摄像头头跟踪佩戴者的 眼球运动动，配合神经经肌肉跟踪技术术，无论论是写字还还是画画，都能通过过眼睛来完 成。热热成像成像扫扫描描仪仪可可检测检测 酒精酒精v 过过度饮饮酒不但会损损害自身健康，也会危害公共安全，当醉酒者出现现在飞飞机 上或是其他公共场场所时时就更是如此，因此，安保人员员一直在寻寻找一种能够够 快速准确地从人群中发现发现 醉酒者的方法。据物理学家组织组织 网近日报报道，日 前，希腊的科学家开发发出一种新技术术，能够够借助红红外线热线热 成像扫扫描仪实仪实 现这现这 一目的，帮助执执法者和工作人员轻员轻 松地从人群中发现发现 那些过过度饮饮酒 的人。LOGO