生物醫(yī)學(xué)傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

鐘娟　賴宏慧

摘 要：本文從生物醫(yī)學(xué)傳感器入手，首先介紹了傳感器的分類以及各類傳感器在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。隨后對(duì)于各類傳感器的應(yīng)用進(jìn)行引申，介紹多年來醫(yī)學(xué)傳感器的應(yīng)用范圍和主要用途。最后根據(jù)目前生物醫(yī)學(xué)傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀，討論傳感器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的未來趨勢(shì)，為傳感器發(fā)展的方向提出筆者的初步想法。

關(guān)鍵詞：傳感器；生物醫(yī)學(xué)；應(yīng)用

隨著科技的迅猛發(fā)展，當(dāng)今時(shí)代各類電子技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)，特別是數(shù)字信號(hào)技術(shù)正在以其驚人的速度遍及著生活中的各個(gè)領(lǐng)域，這一趨勢(shì)尤其體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)科技的發(fā)展中，生物醫(yī)學(xué)傳感器技術(shù)就是一個(gè)十分典型的例子，其結(jié)合了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、傳統(tǒng)傳感器技術(shù)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)科技，各項(xiàng)技術(shù)的有效結(jié)合大大的促進(jìn)了醫(yī)學(xué)科技的進(jìn)步與發(fā)展。在未來的醫(yī)學(xué)進(jìn)步中，傳感器技術(shù)的作用將不言而喻。

1 傳感器的分類及在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展

傳感器的分類方式主要有兩種，一種傳感器是將外部的各類信號(hào)通過自身裝置的轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡娦盘?hào)之后再進(jìn)行處理，在這種傳感器中，依據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化方式的不同可以將傳感器分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器；另一種傳感器是根據(jù)自身信號(hào)輸出量的不同，從而傳遞不同的信息和信號(hào)，依據(jù)輸出量類型的不同，可以將傳感器分為壓力傳感器、速度傳感器、電磁傳感器等等很多類型。

將傳感器技術(shù)與醫(yī)學(xué)相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，這在目前的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中是很普遍的并且有著相當(dāng)長(zhǎng)的歷史。從歷史發(fā)展的角度來看，其結(jié)合的過程首先起源于20世紀(jì)60年代，從醫(yī)學(xué) 工程領(lǐng)域的發(fā)展開始，將傳感器與生物醫(yī)學(xué)開始結(jié)合，并于當(dāng)時(shí)開發(fā)出了大量的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備，目的是為了改善傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)診斷方法，傳統(tǒng)的診斷方法主要靠醫(yī)生的感官來進(jìn)行診斷，這種傳統(tǒng)的方式是缺乏準(zhǔn)確性的。而后的發(fā)展過程是極為迅速的，不超過十年的時(shí)間內(nèi)，傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)由診斷儀器迅速向著醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域進(jìn)步，直至目前廣泛將傳感器應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的狀態(tài)。

2 生物醫(yī)學(xué)傳感器的用途及應(yīng)用范圍

2.1 在X光診斷裝置中的應(yīng)用

早期在X光診斷裝置中，為了提高X光膠片的感光度，很早就在膠片的兩側(cè)放上增減值紙，以便于光線能夠被更好的控制。隨后隨著化學(xué)傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步，專家們將傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易增減紙進(jìn)行改造，利用CaWO4為原材料，混合Gd2O2S等稀土熒光材料制成感光度更好的材料，用做增加紙，有效的提高了光線的靈敏度。同時(shí)，目前人們將X熒光倍增管傳感器來更好的處理X光線成像，使得成像像素更高，圖像更加清晰。有效的提升了 X光診斷設(shè)備的準(zhǔn)確性。

2.2 在CT機(jī)中的應(yīng)用

傳感器在CT機(jī)中的主要應(yīng)用為閃爍檢測(cè)裝置。閃爍檢測(cè)裝置是利用光電子倍增二極管傳感器或者由光二極管組合傳感器制成，其作用是提高CT機(jī)檢測(cè)裝置的檢測(cè)效率，大幅度的節(jié)省檢測(cè)時(shí)間。同時(shí)，在CT機(jī)中的疝氣檢測(cè)器，利用多個(gè)平行板電極傳感器連接起來，之后壓入Xe氣氣體后制成，這種裝置對(duì)光線的靈敏度相當(dāng)高，能夠 更加準(zhǔn)確的感受不同生物體檢測(cè)之間的差別，能夠提高CT機(jī)檢測(cè)裝置檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

2.3 在超聲波診斷裝置中的應(yīng)用

在超聲波檢測(cè)裝置中，在裝置的探頭上都會(huì)有一種脈沖裝置，這種脈沖裝置是一種聲傳感器，其能夠利用電壓產(chǎn)生超聲脈沖波，根據(jù)不同檢測(cè)體中聲波反射的不同來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能。而在嵌入這種聲傳感器之前，傳統(tǒng)的超聲波掃描中是采用的手動(dòng)式方法，這種方法不僅效率低下，而且準(zhǔn)確性很差。目前采用的機(jī)械式電子掃描技術(shù)卻是準(zhǔn)確性極高的，這正是得益于這種聲傳感器能夠快速識(shí)別細(xì)微差別的功能。

3 傳感器技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 向量子化發(fā)展

隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，我們能夠看出其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的主要作用就是提高診斷設(shè)備、治療設(shè)備的準(zhǔn)確性和工作效率。未來的醫(yī)療儀器必然會(huì)更為精準(zhǔn)，那么就要求傳感器技術(shù)的發(fā)展向著更加精確的方向發(fā)展，即朝著量子化的方向發(fā)展。這一趨勢(shì)目前已經(jīng)初漏優(yōu)勢(shì)。在核磁共振儀器中，磁傳感器能夠檢測(cè)出更加微弱的磁場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)利用約瑟夫效應(yīng)制造的燥熱溫度計(jì)能夠測(cè)出高于過去10000倍精度的低溫變化，這些都是傳感器發(fā)展的方向，未來生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展對(duì)傳感器的要求必然是更加精確、更加迅速的。

3.2 向集成化、多功能化發(fā)展

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，利用半導(dǎo)體技術(shù)的傳感器也越來越多的應(yīng)用在了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，目前的一些生物儀器中已經(jīng)結(jié)合了半導(dǎo)體技術(shù)，例如將敏感元件與信號(hào)處理結(jié)合在生物醫(yī)學(xué)技術(shù)中已經(jīng)不是一件新鮮事。未來對(duì)于傳感器的發(fā)展必然要建立在這種半導(dǎo)體技術(shù)上，即將各類技術(shù)進(jìn)行集成，集成在一個(gè)更小、更便捷的芯片上，在提高處理效率的同時(shí)，會(huì)更大幅度的減小設(shè)備的體積。設(shè)備越來越快、越小、越準(zhǔn)確必然要求傳感器與半導(dǎo)體技術(shù)更加充分的結(jié)合。

3.3 向智能化發(fā)展

自從微型處理器問世以來，我們的電子處理速度就被快速的提升著。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前市面上存在著各類全自動(dòng)的設(shè)備，自動(dòng)化已經(jīng)成為整個(gè)社會(huì)必然的趨勢(shì)，這一趨勢(shì)也必然會(huì)體現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)技術(shù)上。設(shè)備的自動(dòng)化同樣是建立在傳感器技術(shù)的快速發(fā)展上的。未來生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的設(shè)備將大大的減少人力的操作，取而代之的是更加精密的電子儀器和計(jì)算機(jī)操作，這是未來傳感器應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

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