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2023/6/7 9:00:00医用传感器迅速发展,传感器技术在医疗器械领域的应用已成为制约先进医疗设备发展的关键因素,同时也是促进医学发展的主要动力之一。之前我们介绍过医用传感器的分类和主要技术要求,有很多小伙伴都非常感兴趣,今天我们来聊一聊医用传感器的主要应用和发展趋势。
医用传感器在医用产品化的应用案例除了常见的医用超声波检测和CT、CR、DR等医疗设备外;从医用设备呼吸机、血液分析仪、多参数监护仪、核磁共振仪、心脑电导联系统、心血管系统装置,到目前热门的移动互联医疗、远程医疗、人工智能AI医疗、手术机器人等,都有医用传感器的身影。不难预测在现代医学领域中,传感器的应用会越来越广泛和深入。
医用传感器的应用大大降低了人工成本和失误率,提高了诊断的可靠性和精确性。在临床医学上主要用于提供生物体信息、临床监护、人体控制和临床检验,具体如下:
(1)提供生物体信息,如心音、血压、脉搏、血流、呼吸、体温等,供临床诊断和医学研究用。如心脏手术前检测心内压力;心血管疾病的基础研究中检测血液的粘度以及血脂含量。
(2)临床监护:长时间连续测定某些参数并监视这些参数是否处于规定的范围内,以便了解病人的恢复过程,出现异常时及时报警。如病人在进行手术前后需要连续监测体温、脉搏、血压、呼吸、心电等生理参数。
(3)人体控制:利用监测到的生理参数控制人体的生理过程。如自动呼吸器利用传感器检测病人的呼吸信号来控制呼吸器的动作,使人与正常状态呼吸同步;又如电子假肢就是用测得的肌电信号控制人体假肢的运动。这在康复机器人领域应用甚广。
(4)临床检验:除直接从人体收集信息外,临床上常从各种体液(血、尿、唾液等)样品获得诊断信息。这类信息叫作生化检验信息,它是利用化学传感器和生物传感器来获取,是诊断各种疾病不可少的依据。
传感器在医学研究与临床诊治中占据着重要地位,随着工程技术和医学科学的进步,生物医学传感器也必将得到迅速发展。当今医用传感器的研究方向包括但不限于各种创新型传感器、多功能传感器和智能传感器。
英国剑桥大学工程学院研发的超低功耗晶体管,能够捕获其周围环境中的能量,无需电池也能工作数月甚至数年。它能够在非常低的温度制造;能够印刷在任何材料表面,从玻璃和塑料到聚酯和纸张;其尺寸可继续缩小;可提供同样的高增益或信号放大能力。常用于可穿戴器件和植入式器件,很好地满足健康监控的需求。
美国一研究学院公报称,其研究小组开发出一种新的3D打印技术,可打印具有集成传感器功能的器官芯片。他们将柔性应变传感器与人体组织微架构集成,并开发出6种不同的“油墨”,然后利用3D打印技术打印出心脏芯片。这个芯片上有众多“小井”,每个“小井”中有独立的组织和集成传感器。利用这种芯片,能够研究多种心脏组织。
智能尘埃是一种能够以无线方式传递信息的微型电子机械传感器(MEMS),可以在几毫米宽度范围内进行温度、振动、湿度、化学成分、磁场等参数的测量。这种传感器功耗极低,由一种全新的系统和无线电频率通讯组成。
新的能量收集技术可以将周围环境的能量(人体)运动、环境振动、光能、热能等收集起来转化为电能。目前能量收集技术在医疗传感器已经得到应用,比如供电技术中的皮肤贴片发电机以及鱼鳞能量收集器。
从可穿戴、柔性材料到长期植入式、3D打印、可消化传感器等技术,都在试图进行更好的人体融合,以便更好实现实时获取人体数据。创新传感器与人体组织的深度结合,将我们身体的一部分进行电子化。这种概念现在多应用于假肢、器官替代物等,这些代替器械可以让肢体或感官重获功能,甚至恢复至正常水平。