傳感器是什么？

傳感器是檢測物理、化學和生物信號的裝置，并為這些信號的測量和記錄提供了一種方法?？梢愿兄奈锢硖匦园囟?，壓力，振動，聲級，光強度，載荷或重量，氣體和液體的流速，磁場和電子場的振幅，以及氣態(tài)，液態(tài)或固態(tài)中的許多物質的濃度形成。雖然今天的傳感器和1970年的計算機一樣，但是由于微芯片技術和分子化學的進步，傳感器的醫(yī)學應用正在起飛。

傳感器在許多行業(yè)中發(fā)揮了重要作用，提供了用于計數，分類，閱讀和機器人引導的機械“視覺”。觸覺傳感器，通常是壓電材料，在觸摸，擠壓或彎曲時或在溫度變化時產生電壓。其他傳感器可以檢測特定的化學壓力和液位。汽車，家庭和辦公室都裝有傳感器。在短期內，醫(yī)療應用中使用的傳感器將發(fā)出信號，該信號可以在確定點讀取或通過有線或無線傳輸到遠程位置。微處理器技術的進步創(chuàng)造了一種智能傳感器，將傳感能力和數據處理結合在一個集成電路芯片中。下一步是將傳感和處理與執(zhí)行器(如微機電系統(tǒng))結合起來。

 

傳感器處于最前沿

工業(yè)中使用的許多傳感器技術可以應用于醫(yī)學，并且在未來，隨著獨特的傳感器和依賴于傳感器的微機電系統(tǒng)的設計和測試，非醫(yī)療行業(yè)將使它們適用于工業(yè)應用。在醫(yī)療領域，信息技術和生物技術之間的交叉點越來越廣泛，傳感器，信號傳感器，執(zhí)行器和微機械的作用也將日益擴大。新一代醫(yī)療傳感器的一些例子表明這些設備在許多醫(yī)療保健領域將具有新的作用：

1.用于連續(xù)監(jiān)測和記錄糖尿病患者組織葡萄糖濃度的皮下系統(tǒng)在美國剛剛獲得批準。下一代植入式葡萄糖傳感器將提供可從遠程手持設備或臺式機讀取的連續(xù)值。

2.一個看起來像手表的葡萄糖傳感器位于皮膚上并產生小的電擊，其打開毛孔以便可以提取液體以監(jiān)測組織葡萄糖濃度。

3.日本公司Toto的工程師設計了一個廁所，用于分析尿液的葡萄糖濃度，記錄體重和其他基本讀數，并自動通過調制解調器向用戶的醫(yī)生發(fā)送每日報告。

4.新的微型工具可以使用微型傳感器（18 mm×8 mm×8 mm）測量三維的解剖結構和運動，可以收集空間數據，以準確重建心臟，血管，胃和其他器官的超聲圖像。

5.閉環(huán)裝置（VIA Medical，San Diego，CA，USA）現(xiàn)在可用于重癥監(jiān)護病房的新生兒的血液分析。通過留置線，血液通過化學傳感器循環(huán)，在一分鐘內分析，并返回，新生兒沒有血液損失。

6.科學家們開發(fā)了一種用于檢測生物武器的輕型全自動系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用熒光抗體，二極管激光，纖維光學和光電探測器來發(fā)現(xiàn)空氣中的細菌。

7.病原體也可以通過另一種生物傳感器檢測，該生物傳感器使用集成光學，免疫測定技術和表面化學。傳感器傳輸的激光變化表明存在特定細菌，這些信息可在數小時內獲得。

 

 

8.澳大利亞團隊開發(fā)了一種高度穩(wěn)定且靈敏的生物傳感器，通過切換脂質膜中的離子通道進行操作。激活后，生物受體如抗體和DNA將化學事件轉化為電信號。一個研究小組報告說，它可以衡量將一個糖塊放入悉尼港的糖含量的增加。

9.下一代心臟起搏器將通過接收身體各個部位的讀數（例如血液中的氧飽和度和心臟壁壓力）變得“聰明”，從而允許心臟起搏器使心臟的起搏適應那些實時讀數。

10.聚合物晶片可以用治療劑飽和，例如藥物或胰島素。10在后一種情況下，晶片包含，使所述晶片以改變胰島素的pH和溶解度響應于血糖濃度的變化的酶。在動物身上測試的智能晶片使用磁力或超聲波來改變藥物劑量或轉換為另一種藥物。

11.約翰斯·霍普金斯研究所的科學家和工程師開發(fā)了一種生物芯片光電傳感器，可以作為人工視網膜植入眼內，用于黃斑變性和視網膜色素變性患者。

12.引起耳，鼻和喉嚨感染的細菌可通過電子“鼻子”立即識別，該鼻子可檢測并區(qū)分細菌滋生的氣味。

13.全世界有超過2萬人植入了聽覺傳感器，這些傳感器繞過聽覺機制的無功能部分。第一個成功與人腦接口的設備已經完全植入，其電池可通過便攜式感應充電裝置進行數字編程和充電。

醫(yī)用傳感器的應用

如果說傳感器將在短期內對醫(yī)療保健產生革命性的影響，這種說法言過其實，但在10年內是現(xiàn)實的。傳感器技術將在未來移動醫(yī)療服務提供的地方，改變醫(yī)院、門診站點、家庭和家庭之外流動項目的角色。

 

1）醫(yī)院

大廳天花板上的通風口將是一個空氣監(jiān)測器，它可以檢測并報告任何可能將空氣傳染給病人的訪客。其他傳感器將被安置在水槽中，以便醫(yī)護人員和訪客在進入病房前后洗手。任何載體都將被手持式生物傳感器掃描，該傳感器可以識別特定的生物體及其敏感模式。

中央實驗室將不復存在。不太頻繁的測試將在區(qū)域設施中進行。細菌學實驗室將被手持式生物傳感器取代，其中一些起到電子鼻的作用，另一些可以檢測和表征痰液、尿液和其他分泌物中的微生物。生物化學實驗室也將消失，取而代之的是每位患者佩戴或植入的化學傳感器。對于急性病患者，類似的化學傳感器陣列將成為輸液導管和病床的組成部分。授權人員可以在任何站點的設備上讀取數據。

手術室，輪床和醫(yī)院病床使用的桌子將是同一件設備，將由機器人輪轉。創(chuàng)傷和運輸裝置（LSTAT，諾斯羅普格魯曼公司）的精密生命支持設計用于在戰(zhàn)場條件下使用并在世紀之交后商業(yè)化，是這種移動床的先驅。該裝置將航空航天材料，信息處理和集成系統(tǒng)技術結合在一個能夠實現(xiàn)自主功能的單元中。通過使用嵌入式傳感器，床可以監(jiān)測生命體征和血液化學，并且還可以在傳感器的控制下提供機械通氣，抽吸，血管內輸注和心臟除顫?；颊呖梢粤粼谠搯卧M行外科手術和恢復，同時通過智能傳感器連續(xù)監(jiān)測，智能傳感器可以響應患者的變化激活同步抑制程序。將不再需要中央重癥監(jiān)護病房來監(jiān)測急性病患者或接受過手術的患者，從而降低交叉感染的風險。

手術室里使用的桌子、輪床和病床都將是同樣的設備，由機器人推來推去。為創(chuàng)傷和運輸單元設計的先進的生命支持系統(tǒng)(LSTAT，諾斯羅普·格魯曼公司)，設計用于戰(zhàn)場條件下，并在世紀之交后商業(yè)化，是這種移動床的先驅。該儀器將航空航天材料、信息處理和綜合系統(tǒng)技術結合在一個具有自主功能的單元中。通過使用嵌入式傳感器，該床可以監(jiān)測生命體征和血液化學反應，并配備了在傳感器控制下提供機械通氣、吸力、血管內灌注和心臟除顫。病人可以留在這個單元進行外科手術和康復，同時由智能傳感器持續(xù)監(jiān)測，這些傳感器可以根據病人的變化激活同時靜止程序。不再需要中央重癥監(jiān)護病房來監(jiān)測重癥患者或已做過手術的患者，從而降低交叉感染的風險。

心導管實驗室將進入分子心臟病學時代。由于藥物已經降低了動脈粥樣硬化的發(fā)生率，并能溶解斑塊和血栓，因此需要冠狀動脈血管成形術的患者數量已經減少了。相反，由傳感器引導的導管將被用于向缺血和受損的心肌輸送血管生成因子和培養(yǎng)的心肌細胞。一些病人正在接受基于傳感器的新型微型機器的治療，這種機器可以清除冠狀動脈中的斑塊。

2）門診部位

提供智能心臟起搏器，人工視網膜和化學傳感器的患者將在當地的門診初級保健診所看到。醫(yī)生或護士將獲得有關患者血液化學，心電圖，血壓和體溫的信息。由于植入了智能葡萄糖傳感器或胰島素儲庫系統(tǒng)，糖尿病患者將不會出現(xiàn)與糖尿病相關的問題。一名看似健康的輸血相關艾滋病的老年婦女將通過一個智能病毒計數傳感器進行管理，該傳感器與植入的含有藥物的儲存器相結合。智能傳感器或藥物儲存系統(tǒng)在管理患者方面同樣有效，患者的躁狂抑郁癥功能現(xiàn)在由化學傳感器調節(jié)，該傳感器檢測到初始化學不平衡并促使注射適當的藥物。

3）家庭保健

遠程醫(yī)療和傳感器技術將把門診實驗室和醫(yī)生的手術轉移到起居室。交互式視頻會議，教育計劃和各種傳感器將提供遠程醫(yī)療保健?；颊卟恍枰嬖V護士他們的體重，因為護士會在手持設備上看到它，生命體征和血液化學值。護士將能夠告知患者他們的廁所是否在他們的尿液中報告了細菌，并且藥房將相應地提供處方。

4）門診治療

智能血壓傳感器將管理高血壓患者的藥物，當心臟功能和生命體征的集成傳感器指示意外問題時，立即向中央監(jiān)測單元發(fā)出警報。腸易激綜合征患者的腹瀉發(fā)作將在他們開始進化時被檢測到，患者將能夠通過按壓藥物填充的皮下儲庫突然終止這些腹瀉。

最后的想法

在10年內，生物傳感器將導致護理場所和輸送系統(tǒng)配置的變化。在許多情況下，護理質量將得到改善，患者可以在家中進行管理。醫(yī)院將以不同的方式運作，以及更安全和有效。然而，這些進步將是昂貴的，并且在世界許多地方都無關緊要。用于預防影響全世界數百萬人的共同疾病的新型和更好的疫苗將比未來十年開發(fā)和制造的所有傳感器對人類帶來更大的益處。