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常用传感器在医学领域的具体利用---村田西南成都重庆

发布日期:(2018-8-23)   点击次数:160

常用传感器在医学领域的具体利用---村田西南成都重庆


盘算机技巧、数字信号处理技巧以及电子技巧近年来发展迅速,相干的领域也因此得到了推动,医学领域的发展更加明显。可以看到,在医学科技领域中涌现了越来越多的高科技电子产品,例如主动生化分析仪、全身伽马刀治疗系统以及多层螺旋 CT 和MRI 等,传感器在医学领域中的利用同样非常广泛,传感器能够施展感受生命体征信息的重要作用,对推动现代医学发展有重要意义“,八五”重点科技攻关项目之一就是传感器,因此研究传感器是发展当代医学的必由之路。


1 传感器的组成与分类

传感器通常由两个部分组成,即转换元件和敏感元件。其中敏感元件就是能够直接响应或者感受被测量的部分,而转换元件就是将测量到的信号转化为电信号的那部分。按照现在广泛应用的分类方法,可以将传感器分为两类,其中诸如生物传感器、物理传感器和化学传感器等属于一类,这几种都是将输入信号转换为电信号 ;而力矩传感器、速度传感器、流量传感器、气敏传感器和粘度传感器等,这几种是按照输出量分类的。上述都是都是较为普及并利用广泛的传感器,在未来有广阔的发展远景。


在过去,医生收集病人信息的方法比较简略,基础上都是“望闻问切”以及简略的检查。我国在上世纪六十年代建立了医学工程,多种高科技医疗设备被开发出来,大大丰富了医生收集病人信息的方法,也进步了诊疗和治疗的整体程度。在医学领域,传感器起到的是“耳目”的作用,传感器种类繁多,用处不一,按照诊疗目标可以分为预防传感器、检查传感器等,按照采样方法不同则可以分为体外传感器和体内传感器,按照检查目标的不同又可以分为形态学传感器、生理功效传感器和临川化学传感器等。目标不同,用处不同,分类方法也不尽雷同。


pc蛋蛋官方 2 生物传感器的利用

pc蛋蛋官方 在医学中有多种检验方法,一般的方法是在实验室检验,但是这种检验方法过程繁琐,消费时间较长,逐渐无法满足现代临床医学的需求,生物传感器的涌现大大改观了这种现象。生物传感器是化学传感器的一种,核心部分是以诸如细胞、微生物、组织等的生物活性单元为基础的敏感基元,传感器捕捉到基元和目标之间的反响并将其用电信号输出,由于生物传感器具有操作简略、消费时间较少等优点,在医学领域被广泛关注。


pc蛋蛋官方 2.1 原理和结构

传感器中包含抗体、抗原、蛋白质、DNA 或者酶等生物活性材料,待测物质进入传感器后,分子辨认然后产生生物反响并产生信息,信息被化学换能器或者物理换能器转化为声、光、电等信号,仪器将信号输出,我们就能够得到待测物质的浓度。传感器的重要组成部分是感受器和换能器,再将信号通过主动化仪表技巧和微电子技巧处理,就能构成各种仪器或者系统。


2.2 分类和特点

按照换能器种类分类,可以分为声波传感器、半导体传感器、热传感器、阻抗传感器等 ;按照分子辨认元件种类分类,可以分为免疫传感器、细胞传感器和组织传感器等。


传统医学检验大多是酶分析法,这种方法步骤繁琐,费用较高,而采用生物传感器的方法,虽然试剂价格昂贵但是可以多次应用;生物传感器有很强的转移性,即只对特定的底物产生反响,不论其浊度和色彩如何 ;再者分析速度较快,一般一分钟就能得到成果 ;误差能够把持在 1% 以内,正确度可以保证 ;相对于酶分析法操作更加简便,可以进行主动化分析 ;生物传感器检验效率更高。上述都是生物传感 器的优点。


2.3 医学领域中的运用

生物传感器有很多种,下面针对其中几种传感器在医学领域中的运用展开分析。


2.3.1 微生物传感器

微生物传感器的感受器是含有微生物的膜,工作原理是微生物会耗费待测溶液中的溶解氧,放出热量或者光,达到定量检测待测物质的目标。相对于酶传感器,微生物传感器应用稳固并且成本更低,但是应用领域不及酶传感器,数据显示,微生物传感器能够检测的物质约为 60 种到 70 种。微生物会受到待测物质的毒害影响,这是影响传感器正确度和寿命的重要因素,解决了这个问题,微生物传感器市场化指日可待。


2。3。2 酶传感器

pc蛋蛋官方 这种传感器的敏感元件是固定化酶,应用酶传感器就不需要消费大批精力去提取酶。临床上测定尿素、葡萄糖、乳酸、天门冬酰胺等生化指标可以采用酶传感器,例如现在的葡萄糖酶传感器已经发展到了第四代,利用领域广泛,并且国际上乳酸酶传感器技巧已经相当成熟。临床上要检验患者肾功效就要进行肾功效诊断,然后针对性的实行人工透析,这种情况下就要应用尿素传感器。酶传感器研究时间和发展时间都较长,市场上的酶传感器已经达到了超过 200 种。


2.3.3 基因传感器

pc蛋蛋官方 基因传感器是近年来才涌现的一种传感器,但是技巧先进,国内外也有很多专家学者针对基因传感器进行研究,现在已经成为研究热门之一。基因传感器的基础是杂交高特异性,一般基因传感器上有 30 个左右的核苷酸单链核酸分子,通过和靶序列杂交测定目标核酸分子。现在研究和应用较多的基因传感器是 DNA传感器,重要用于结核杆菌、艾滋病毒和乙肝炎病毒等的检测,从而达到诊断疾病的目标。


3 光纤传感器的利用

流传光并不是光纤的唯一用处,还可以用来交换信息。光纤可以将各种参数和待测量联合起来,得到被测信号的状态,将其转换为光信号输出。相对于传统传感器,光纤传感器反响速度更快、敏锐度高,在应用过程中不会产生电磁干扰,光纤密度小、保密性佳并且便于保存,因此光纤传感器在很多领域都有利用。


pc蛋蛋官方 3.1 原理和分类

基础原理就是光经过光纤进入调制区,然后和被测参数产生作用,被测参数会使光的频率、强度和相位等产生变更,变更后的光经过光纤通过调制器输出被测物理量。按照传感原理,光纤传感器可以分为两类,即传感型传感器和传光型传感器 ;按照测量对象可以分为流量传感器、地位传感器、温度传感器、图像传感器等,医学领域现今利用较多的是传光型传感器。


3。2 传光传感器的利用

传光传感器有很多优点,例如绝缘、体积小、不受微波和射频干扰等,在法国、日本、美国等国家都有大批利用。


3.2.1 测量pH值

采用光传感器测量 pH 值的原理,是利用透射光和发射光的强度随波长散布光哭进行测定的,在纤维素膜盒中插入两条光纤,然后将针头插入血管或者组织中,试剂会和体液混杂,吸收特定波长的光,然后应用分析仪将测量这种变更,分析后即可得到组织或者血液的 pH 值。


3.2.2 测量温度

pc蛋蛋官方 现在国内外广泛采用微波加热疗法治疗癌症,但是加热的温度难以把持,如果温度太低,癌细胞可能杀不逝世,而如果温度太高,正常细胞会被一起杀逝世,对人体有不良影响,合适的温度为42.5℃到 45℃,因此需要采用措施监测加热温度,我们可以应用光传感器达到这个目标,已经开发出的一种就是应用钽酸锂晶体制作的,由于晶体的双折射特征因而对温度非常敏感,虽然目前用于测量温度的光纤传感器仍然处于研究阶段,但是需求量较大。


3.2.3 传输图像

原理是将多根光纤组成光纤束达到图像传输的效果,将其利用于内窥镜上能够极大的增长内窥镜利用领域,这种内窥镜具有自由度大、柔软、直径小的优点,因此在应用过程中病人基础不会感受到苦楚,光内窥镜还可以用于息肉切除等正常的医学领域。


4 温度传感器的利用

温度指标在医学中非常重要,医生可以依附各个部位的温度来诊断疾病,例如在诊断休克病人时就需要获取其体表温度,而一个人体表温度升高则可能是得了沾染性疾病,又如适当的调节保温箱,能够给新生儿营造舒适的环境等。这些例子都阐明温度在医学领域中的利用是很广泛的,因此温度传感器在医学中的利用同样重要。


4。1 温度传感器的种类及利用

4.1.1 热电偶式

回路由两种不同的金属组成,如果触电温度不同,那么就会有电流通过回路,这就是热电偶式传感器的原理。这种传感器的优点是可靠正确、领域广、测量稳固,在医学领域有广泛利用。例如在肿瘤治疗中,如果准确的把持温度就能强化放疗的效果,因此应用热电偶传感器将肿瘤周围温度把持在 43℃,进步了治疗肿瘤的疗效。


4.1.2 热电阻式

重要是应用热敏电阻,这是一种对温度很敏感的元件,可以应用热敏电阻来制作探头,例如半导体热电阻和金属热电阻等。热电阻传感器的优点是价格便宜、反响快,并且工艺较为成熟,我国工业应用热敏电阻非常广泛,由于热敏电阻敏锐、体积小的特点,在医学中同样得到了大批利用。例如在玻璃或者塑料中封装热敏电阻,可以用来测量直肠、口腔等部位的温度,而薄片热敏电阻则用来测量体表温度。热电阻传感器有广阔的发展远景。


4。1。3 热辐射式

实际上是一种热电变换器,应用黑色表面的元件将辐射量吸收进来,转化为热量后经过其他元件转换,成为参数或者电量,常见的就是非接触式温度传感器,例如在非典期间应用广泛的红外线测温仪。


4.2 PN 结温度传感器

温度会对 PN 结的伏安特征产生影响,因此可以利用这个特征制作温度传感器,例如常见的有集成电路传感器、二极管和三极管温度传感器等。其中集成电路传感器利用较多,是在一片芯片上集成外围电路和温闽三极管。和热敏传感器相比,集成模仿传感器响应速度更快、敏锐度更高,并且体积较小,携带和应用都很方便。


4。3 数字温度传感器

将温度转换为振荡频率的变更是数字温度传感器的原理,数字温度传感器可以分为智能温度传感器和逻辑输出传感器。其中智能温度传感器也叫智能温度把持器,创造于上世纪九十年代,现在国际上已经有多种智能温度传感器,这是盘算机技巧和微电子技巧联合的产物。智能温度传感器是一种软硬件联合的产品,其智能程度也受到软件程度的影响。智能温度传感器体积小、抗干扰并且精度较好,可以采用智能温度传感器建设病房多路温度测控系统,批量测量体温,还具备报警功效。逻辑输出温度传感器就是温度开关,在很多时候我们只关心温度是否超出了领域,如果有这种需求则可以采用逻辑输出温度传感器。

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