醫(yī)用傳感器的作用及分類

　　醫(yī)用傳感器的一種用來感知生物的各種信息并轉(zhuǎn)換成容易處理的電信號(hào)器件，在醫(yī)學(xué)儀器的研制和醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中占有重要地位。從下圖所示的醫(yī)學(xué)測量系統(tǒng)框圖可以看出，它是醫(yī)學(xué)測量儀器的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是醫(yī)學(xué)儀器與人體直接耦合的環(huán)節(jié)，也是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果沒有醫(yī)用傳感器對原始參量進(jìn)行精確可靠是測量，那么后續(xù)各環(huán)節(jié)再先進(jìn)也得不到正確結(jié)果。另外，醫(yī)用傳感器為醫(yī)學(xué)診斷儀器提供的是特定信息，它往往決定著醫(yī)學(xué)儀器的測量原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

醫(yī)學(xué)測量系統(tǒng)框圖

　　醫(yī)用傳感器的作用

　?。?）提供診斷用信息：如心音、血壓、脈搏、血流、呼吸、體溫等信息、供臨床診斷和醫(yī)學(xué)研究用。

　　（2）監(jiān)護(hù)：長時(shí)間連續(xù)測定某些參量，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(shí)及時(shí)報(bào)警。一心臟手術(shù)后的病人需監(jiān)視其體溫、脈搏、動(dòng)脈壓、靜脈壓、呼吸和心電等一系列的參數(shù)變化情況。

　?。?）人體控制：利用檢測到的生理參數(shù)控制人體的生理過程。例如自動(dòng)呼吸器就是用傳感器檢測病人的呼吸信號(hào)來控制呼吸器的動(dòng)作，使人與人體呼吸同步；又如電子假肢就是用測得的肌電信號(hào)控制人體假肢體的運(yùn)動(dòng)；再如體外循環(huán)的血流血壓控制等。

　?。?）臨床檢驗(yàn)：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。這類信息叫做生化檢驗(yàn)信息。它是利用化學(xué)傳感器和生物傳感器來獲取，是診斷各種疾病必不可少的依據(jù)。

　　醫(yī)用傳感器的分類

　　按工作原理幾類：

　?。?）物理傳感器

　　利用物理性質(zhì)和物理效應(yīng)制成的傳感器叫做物理傳感器。按目前國內(nèi)對傳感器符號(hào)的標(biāo)記方法，在這里介紹兩種分類方法。一是按工作原理分類，另一是按被檢測量分類。從工作原理上分有：應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器，壓電式傳感器、磁電式傳感器、熱電式傳感器和光電傳感器等。從被檢測量來分，有位移傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、流量傳感器、溫度傳感器等。由于一種被檢測量往往可以用數(shù)種工作原理的定語，如應(yīng)變片式壓力傳感器、壓阻式傳感器和壓電式傳感器等。目前國內(nèi)標(biāo)志傳感器采用大寫漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字做標(biāo)志代號(hào)。傳感器標(biāo)志由下列四部分構(gòu)成：主稱、被測量、原理、序號(hào)。例如CWY-WL-10，是序號(hào)為10的電渦流位移傳感器；CY-YZ-2A是序號(hào)為2A的壓阻壓力傳感器等。

　?。?）化學(xué)傳感器

　　化學(xué)傳感器是把人體內(nèi)某些化學(xué)成分、濃度等轉(zhuǎn)換成與之有確切關(guān)系的電學(xué)量的器件，近年來得到很大發(fā)展。它多是利用某些功能性膜對特定成分的選擇作用把被測成分篩選出來，進(jìn)而用電化學(xué)裝置把它變?yōu)殡妼W(xué)量。一般多是依膜電極的響應(yīng)機(jī)理、膜的組成和膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，分有離子選擇性電極、氣敏電極、濕敏電極、涂絲電極、聚合物基質(zhì)電極、離子敏感場效應(yīng)管、離子選擇性微電極和離子選擇性電極薄片等。目前利用各種化學(xué)傳感器已成功的測量了人體中的某些化學(xué)成分，如用離子選擇性電極測量鉀、鈉、氯、鈣等離子；利用氣敏電極測定氧分壓和二氧化碳分壓等。以半導(dǎo)體陶瓷為材料的氣敏、濕敏傳感器也得到廣泛應(yīng)用。

　?。?）生物傳感器

　　它是近些年出現(xiàn)的新型傳感器。它是利用某些生物活性物質(zhì) 所具有的選擇性識(shí)別待測生物化學(xué)物質(zhì)的能力制成的傳感器， 是一種以固定化的生物成分（酶、抗原、抗體、激素）或生物體本身（組織、細(xì)胞、細(xì)胞器）作為敏感元件的傳感器。根據(jù)所用的敏感物質(zhì)分為酶傳感器、免疫傳感器、微生物傳感器、組織傳感器和細(xì)胞傳感器等。根據(jù)所用的信號(hào)轉(zhuǎn)換器又可將生物傳感器分為電化學(xué)生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、測熱型生物傳感器、測光型生物傳感器和測聲型傳感器等。為了更明確的反映傳感器的敏感特性和轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，實(shí)用中常綜合使用上述兩種分類法，如酶傳感器中又分為酶電極、酶熱敏電極、酶FET、酶光極等。

　?。?）生物電電極傳感器

　　機(jī)體的各種生物電（心電、腦電、肌電、神經(jīng)元放電等）。

　　按照檢測的種類來區(qū)分

　　移傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、壓力傳感器等。

　　對于壓力傳感器，包括有金屬應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體壓力傳感器、電容壓力傳感器等等所有能夠檢測壓力的傳感器。

　　對于溫度傳感器，包括熱敏電阻、熱電偶、pn結(jié)溫度傳感器等所有能夠檢測溫度的傳感器。

　　根據(jù)傳感器所能替代的人體感官對傳感器進(jìn)行分類

　　比如說：

　　視覺傳感器包括各種光學(xué)傳感器以及其他能夠替代視覺功能的傳感器；

　　聽覺傳感器包括各種拾吉器、壓電傳感器、電容傳感器以及其他能夠替代聽覺功能的傳感器；

　　嗅覺傳感器包括各種氣體敏感傳感器以及咒他能夠替代嗅覺功能的傳感器。

　　這個(gè)分類方法有利于仿生傳感器的開發(fā)。除了廣述列舉的常見傳感器分類方法以外，還會(huì)根據(jù)傳感器材料、傳感器結(jié)構(gòu)、能量轉(zhuǎn)換分式等多種分類方法，都具有各自的優(yōu)點(diǎn)與局限性。