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有关医疗领域的黑科技——医用传感器

2019-09-27 10:28 大发快三空间站

导读:实现健康监测亦或者其他功能都离不开传感器的配合,传感器也不单单应用在电子设备的健康功能上,还服务于更广阔的医疗领域。在某些临床案例中,传感器的使用能大大降低病人的痛苦,提高治疗过程的精确度,并且减少就诊人员的心理负担。

随着人们生活水平日益提高,人们对于自身健康问题也越来越重视。就像现在越来越多的智能电子设备都与健康挂上了钩,可谓在健康领域前景巨大。前段时间在苹果发布会上亮相的Apple Watch 5 主要在健康监测上大做文章,这无疑也证实了医疗健康领域的可发展性。

其实实现健康监测亦或者其他功能都离不开传感器的配合,传感器也不单单应用在电子设备的健康功能上,还服务于更广阔的医疗领域。在某些临床案例中,传感器的使用能大大降低病人的痛苦,提高治疗过程的精确度,并且减少就诊人员的心理负担。

这就很需要普及到现在医疗领域已有的与人们健康息息相关的传感器有哪些了?知道了它们的功能对应那种疾病,这样就避免了因为某种心理负担而恐惧不敢去医治了。

胶囊胃镜

做胃镜,在好几年前做胃镜还是用的最传统的方式,要将胃镜管子从口腔插入至胃部这个过程非常痛苦,这也就导致了很多患者造成极大的心理负担从而不愿意接接受检查,这样就会耽误治疗的最佳时间。而我国又是作为胃部疾病高发大国,并且在2018年国家癌症中心发布的最新一期的全国癌症统计数据显示:胃癌在中国男性和女性的恶性肿瘤发病构成比中,分别居第2位和第4位。每年,我国新增新发病例约为68万例,占全球发病病例的一半左右,大部分患者诊断时已为进展期胃癌,死亡率极高。所以怎么样早期发现预防和及时治疗就需要借助科技的力量了。


其实早在2005年医疗市场上就开始应用“胶囊胃镜”,这款胶囊胃镜机器人长27毫米、直径11.8毫米、体重不足5克,患者使用的时候只需要躺着将这颗药丸大小的胶囊机器人,伴随着清水服下,途径食道、胃部、肠部......躺15分钟之后就可以轻松完成胃镜检查,整个过程无痛、无创、无感染、无麻醉,但检查精准度、效果和安全性都很高。

这颗胶囊机器人系统是由胶囊内窥镜、体外磁控系统、便携记录器、一台进行实时显示和控制的电脑工作站组成。胶囊胃镜内含磁感应单元,开启工作后,以2张/秒的速度进行图像采集,胶囊胃镜中含有一颗CMOS图像传感器,摄像头的视角为140°,景深为0-60mm。传感器的LED曝光时间和信号增益可根据胃内情况进行自动变焦和自动曝光补偿,这样拍出来的图片就很清晰可靠了。


膏药式脑电波医疗传感器——实时监控大脑活动状态

日本大阪大学的科研团队于2016年8月17日宣布,他们成功研发出如同“降温贴”一般,可以贴在额头上使用的膏药式脑电波传感器,能够帮助人们实时观察大脑状态。

实验证实,这款膏药式脑电波传感器能够对睡眠中的脑电波进行无线测量,精确水平与大型医疗设备基本持平。它不仅能够检测出深度睡眠期常见的δ波(频率范围0.5-2Hz),而且对人体的负担非常小。


膏药式脑电波传感器让使用者可以在家中自己进行大脑活动检测,轻松确认自己和家人的睡眠品质。每天进行检测还有助于及时发现包括老年痴呆症在内的大脑疾病的初期症状。此外,该机器还能够应用到各种领域,比如让家长通过观察孩子的注意力集中程度判断其对不同学习科目的喜好;监测司机大脑状态,在其身体突然不适时切换成自动驾驶模式等。

光纤传感器

光纤是一种能把带测的量与它的各种参数联系起来,从而将被测信号的状态,以光信号的形式传出。光纤的一些性能也赋予了光纤传感器一些传统传感器所不可比的优势:灵敏度高、动态范围大、响应速度快、不受电磁干扰、防爆防燃、易于远距离遥测、保密性好、重量轻以及机械强度等。现如今光纤传感器被广泛的应用在多个领域,那么它的原理是什么呢?


光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化,称为被调制的信号光,再利用被测量对光的传输特性施加的影响,完成测量。


目前国内外用微波加温热疗新技术治疗癌症已取得了明显的疗效。但微波加温治疗癌症的温度难以控制,温度过高会杀死人体的正常细胞,过低则达不到治疗的目的,还会使癌细胞进一步扩散。微波 加温治疗癌症的有效温度为42.5C45C,在这个温度内,能杀死癌细胞,因此需要对这一温度进行监测,光纤温度传感器能实现这个作用。

利用光线传感器还能对进行对人体内部位压力的测量,目前临床上应用的压力传感器主要用来测量血管内的血压、颅内压、心内压、膀胱和尿道压力等。其中对压力敏感的部分是在探针导管末端侧壁上的一块防水薄膜,一面带有悬臂的微型反射镜与薄膜相连,反射镜对面是一束光纤,用来传递入射光到反射镜,同时也将反射光传送出来。

当薄膜上有压力作用时,薄膜发生形变且能带动悬臂使反射镜角度发生改变,从光纤传来的光東照射到反光镜上,再反射到光纤的端点。由于反射光的方向随反射镜角度的变化而改变,因此光纤接收到的反射光的强度也随之变化。这一-变化通过光纤传到另一端的光电探测器变成电信号,这样通过电压的变化便可知探针处的压力大小。



穿戴式无创血糖仪

糖尿病是全世界范围内最常见的慢性病之一,传统的检测方法是通过血液分析来检测血糖浓度,患者每次检测血糖都得取血样,而且不能做到连续的监测,如果需要做到连续监测就必须不断的进行血本采样,一天之内就要扎破手指很多次,这样的方式给患者带来了很大的痛苦和不便。

于是现在就有了可穿戴式血糖监测仪,无需不断给手指扎破取样的前提下连续性的监测血糖浓度。


就拿市面上认可度偏高的产品Dexcom G4 PLATINUM穿戴式微创连续监测血糖仪举例。它由传感器(包埋于皮肤之下)、转换器(固定于传感器之上发射无线信号)和接收器(接收并显示血糖变化信息)三部分组成。

底层原理是:浅表皮肤组织液的葡萄糖浓度与血液葡萄糖浓度之间有稳定的关系。Dexcom G4 PLATINUM的检测原理跟血糖试纸类似,植入皮下的微型葡萄糖氧化酶电极传感器,与组织液中葡萄糖接触发生反应,这种化学信号通过电极转化为可监测的电信号,电信号经过特定的算法处理之后,便成了接收器上的血糖值。

无线心脏传感器

心力衰竭是老年人最常见的住院病因,心衰患者怎样在家就能得到很好的监测呢?如果能够随时监测患者的心脏收缩、心脏舒张以及平均肺动脉压等监测数据,调整患者的治疗方案,是否可以减少了心衰病人的住院时间。

心衰患者的无线、植入式血流动力学监测系统包括一个永久植入肺动脉的传感器/监控器,一个经静脉导管用于传送和部署传感器,一个电子系统用于获取和处理来自传感器的信号,并将肺动脉压力测量值传送到一个安全的数据库。

遵照程序,病人在家里无线监测其肺动脉压力,数据立即传送到安全的数据库,供医生可通过网站实时监测。

小 结 

传感器因其处在采集数据的最前哨,在医疗健康领域一直是个重要角色。结合新材料、纳米技术、生物技术,以及供电技术、新型通讯技术等相关传感器领域的周边技术发展,催生了一批以创新传感器技术为核心的医疗健康新兴产品与服务模式。新型的医疗传感器具有更灵敏、微型化、便捷、成本低、无创或者微创、互联性等优点。

传感技术在医疗事业上有很大的发挥空间,现在,传感器已经在癌症治疗、无创检测等领域表现出了巨大的潜在能力。未来,传感技术还会不断进步,传感器在现代医学领域中的应用或许还会越来越广泛和深入,而这也将促进现代医学诊断和治疗的方法得到更大的发展。到时候,受益于传感技术的发展,遗传病、心脏病、高血压、渐冻症、血液病等医学难题也可能会得到一定程度的解决。

关于医疗领域的的科技产品还有很多很多,这些产品都有一个共同的目的更科学更早、更准确的诊断和预防同时减轻对疾病以及治疗的恐惧和排斥。也坚信随着科技的发展,会有更多现代科技被应用到人类的健康事业上,为人类谋福。