醫(yī)用傳感器迅速發(fā)展,傳感器技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用已成為制約先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵因素,同時也是促進(jìn)醫(yī)學(xué)發(fā)展的主要動力之一。之前我們介紹過醫(yī)用傳感器的分類和主要技術(shù)要求,有很多小伙伴都非常感興趣,今天我們來聊一聊醫(yī)用傳感器的主要應(yīng)用和發(fā)展趨勢。
醫(yī)用傳感器在醫(yī)用產(chǎn)品化的應(yīng)用案例除了常見的醫(yī)用超聲波檢測和CT、CR、DR等醫(yī)療設(shè)備外;從醫(yī)用設(shè)備呼吸機(jī)、血液分析儀、多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀、核磁共振儀、心腦電導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)裝置,到目前熱門的移動互聯(lián)醫(yī)療、遠(yuǎn)程醫(yī)療、人工智能AI醫(yī)療、手術(shù)機(jī)器人等,都有醫(yī)用傳感器的身影。不難預(yù)測在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中,傳感器的應(yīng)用會越來越廣泛和深入。
醫(yī)用傳感器的應(yīng)用大大降低了人工成本和失誤率,提高了診斷的可靠性和精確性。在臨床醫(yī)學(xué)上主要用于提供生物體信息、臨床監(jiān)護(hù)、人體控制和臨床檢驗,具體如下:
(1)提供生物體信息,如心音、血壓、脈搏、血流、呼吸、體溫等,供臨床診斷和醫(yī)學(xué)研究用。如心臟手術(shù)前檢測心內(nèi)壓力;心血管疾病的基礎(chǔ)研究中檢測血液的粘度以及血脂含量。
(2)臨床監(jiān)護(hù):長時間連續(xù)測定某些參數(shù)并監(jiān)視這些參數(shù)是否處于規(guī)定的范圍內(nèi),以便了解病人的恢復(fù)過程,出現(xiàn)異常時及時報警。如病人在進(jìn)行手術(shù)前后需要連續(xù)監(jiān)測體溫、脈搏、血壓、呼吸、心電等生理參數(shù)。
(3)人體控制:利用監(jiān)測到的生理參數(shù)控制人體的生理過程。如自動呼吸器利用傳感器檢測病人的呼吸信號來控制呼吸器的動作,使人與正常狀態(tài)呼吸同步;又如電子假肢就是用測得的肌電信號控制人體假肢的運(yùn)動。這在康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用甚廣。
(4)臨床檢驗:除直接從人體收集信息外,臨床上常從各種體液(血、尿、唾液等)樣品獲得診斷信息。這類信息叫作生化檢驗信息,它是利用化學(xué)傳感器和生物傳感器來獲取,是診斷各種疾病不可少的依據(jù)。
傳感器在醫(yī)學(xué)研究與臨床診治中占據(jù)著重要地位,隨著工程技術(shù)和醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)步,生物醫(yī)學(xué)傳感器也必將得到迅速發(fā)展。當(dāng)今醫(yī)用傳感器的研究方向包括但不限于各種創(chuàng)新型傳感器、多功能傳感器和智能傳感器。
英國劍橋大學(xué)工程學(xué)院研發(fā)的超低功耗晶體管,能夠捕獲其周圍環(huán)境中的能量,無需電池也能工作數(shù)月甚至數(shù)年。它能夠在非常低的溫度制造;能夠印刷在任何材料表面,從玻璃和塑料到聚酯和紙張;其尺寸可繼續(xù)縮小;可提供同樣的高增益或信號放大能力。常用于可穿戴器件和植入式器件,很好地滿足健康監(jiān)控的需求。
美國一研究學(xué)院公報稱,其研究小組開發(fā)出一種新的3D打印技術(shù),可打印具有集成傳感器功能的器官芯片。他們將柔性應(yīng)變傳感器與人體組織微架構(gòu)集成,并開發(fā)出6種不同的“油墨”,然后利用3D打印技術(shù)打印出心臟芯片。這個芯片上有眾多“小井”,每個“小井”中有獨立的組織和集成傳感器。利用這種芯片,能夠研究多種心臟組織。
智能塵埃是一種能夠以無線方式傳遞信息的微型電子機(jī)械傳感器(MEMS),可以在幾毫米寬度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度、振動、濕度、化學(xué)成分、磁場等參數(shù)的測量。這種傳感器功耗極低,由一種全新的系統(tǒng)和無線電頻率通訊組成。
新的能量收集技術(shù)可以將周圍環(huán)境的能量(人體)運(yùn)動、環(huán)境振動、光能、熱能等收集起來轉(zhuǎn)化為電能。目前能量收集技術(shù)在醫(yī)療傳感器已經(jīng)得到應(yīng)用,比如供電技術(shù)中的皮膚貼片發(fā)電機(jī)以及魚鱗能量收集器。
從可穿戴、柔性材料到長期植入式、3D打印、可消化傳感器等技術(shù),都在試圖進(jìn)行更好的人體融合,以便更好實現(xiàn)實時獲取人體數(shù)據(jù)。創(chuàng)新傳感器與人體組織的深度結(jié)合,將我們身體的一部分進(jìn)行電子化。這種概念現(xiàn)在多應(yīng)用于假肢、器官替代物等,這些代替器械可以讓肢體或感官重獲功能,甚至恢復(fù)至正常水平。
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