生物醫學傳感器的應用現狀及其發展趨勢

鐘娟　賴宏慧

摘 要：本文從生物醫學傳感器入手，首先介紹了傳感器的分類以及各類傳感器在生物醫學方面的應用。隨后對于各類傳感器的應用進行引申，介紹多年來醫學傳感器的應用范圍和主要用途。最后根據目前生物醫學傳感器的應用現狀，討論傳感器在生物醫學領域發展的未來趨勢，為傳感器發展的方向提出筆者的初步想法。

關鍵詞：傳感器；生物醫學；應用

隨著科技的迅猛發展，當今時代各類電子技術、數字處理技術，特別是數字信號技術正在以其驚人的速度遍及著生活中的各個領域，這一趨勢尤其體現在醫學科技的發展中，生物醫學傳感器技術就是一個十分典型的例子，其結合了數字信號處理技術、傳統傳感器技術與醫學領域相關科技，各項技術的有效結合大大的促進了醫學科技的進步與發展。在未來的醫學進步中，傳感器技術的作用將不言而喻。

1 傳感器的分類及在醫學領域的發展

傳感器的分類方式主要有兩種，一種傳感器是將外部的各類信號通過自身裝置的轉換，變為電信號之后再進行處理，在這種傳感器中，依據信號轉化方式的不同可以將傳感器分為物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器；另一種傳感器是根據自身信號輸出量的不同，從而傳遞不同的信息和信號，依據輸出量類型的不同，可以將傳感器分為壓力傳感器、速度傳感器、電磁傳感器等等很多類型。

將傳感器技術與醫學相關技術相結合，這在目前的生物醫學領域中是很普遍的并且有著相當長的歷史。從歷史發展的角度來看，其結合的過程首先起源于20世紀60年代，從醫學 工程領域的發展開始，將傳感器與生物醫學開始結合，并于當時開發出了大量的醫學檢查設備，目的是為了改善傳統的醫學診斷方法，傳統的診斷方法主要靠醫生的感官來進行診斷，這種傳統的方式是缺乏準確性的。而后的發展過程是極為迅速的，不超過十年的時間內，傳感器的應用領域已經由診斷儀器迅速向著醫療設備領域進步，直至目前廣泛將傳感器應用于生物醫學各個領域的狀態。

2 生物醫學傳感器的用途及應用范圍

2.1 在X光診斷裝置中的應用

早期在X光診斷裝置中，為了提高X光膠片的感光度，很早就在膠片的兩側放上增減值紙，以便于光線能夠被更好的控制。隨后隨著化學傳感器技術的不斷進步，專家們將傳統的簡易增減紙進行改造，利用CaWO4為原材料，混合Gd2O2S等稀土熒光材料制成感光度更好的材料，用做增加紙，有效的提高了光線的靈敏度。同時，目前人們將X熒光倍增管傳感器來更好的處理X光線成像，使得成像像素更高，圖像更加清晰。有效的提升了 X光診斷設備的準確性。

2.2 在CT機中的應用

傳感器在CT機中的主要應用為閃爍檢測裝置。閃爍檢測裝置是利用光電子倍增二極管傳感器或者由光二極管組合傳感器制成，其作用是提高CT機檢測裝置的檢測效率，大幅度的節省檢測時間。同時，在CT機中的疝氣檢測器，利用多個平行板電極傳感器連接起來，之后壓入Xe氣氣體后制成，這種裝置對光線的靈敏度相當高，能夠 更加準確的感受不同生物體檢測之間的差別，能夠提高CT機檢測裝置檢測的準確性。

2.3 在超聲波診斷裝置中的應用

在超聲波檢測裝置中，在裝置的探頭上都會有一種脈沖裝置，這種脈沖裝置是一種聲傳感器，其能夠利用電壓產生超聲脈沖波，根據不同檢測體中聲波反射的不同來實現檢測功能。而在嵌入這種聲傳感器之前，傳統的超聲波掃描中是采用的手動式方法，這種方法不僅效率低下，而且準確性很差。目前采用的機械式電子掃描技術卻是準確性極高的，這正是得益于這種聲傳感器能夠快速識別細微差別的功能。

3 傳感器技術在生物醫學領域的發展趨勢

3.1 向量子化發展

隨著傳感器技術的快速發展，我們能夠看出其在生物醫學領域的主要作用就是提高診斷設備、治療設備的準確性和工作效率。未來的醫療儀器必然會更為精準，那么就要求傳感器技術的發展向著更加精確的方向發展，即朝著量子化的方向發展。這一趨勢目前已經初漏優勢。在核磁共振儀器中，磁傳感器能夠檢測出更加微弱的磁場強度，同時利用約瑟夫效應制造的燥熱溫度計能夠測出高于過去10000倍精度的低溫變化，這些都是傳感器發展的方向，未來生物醫學的發展對傳感器的要求必然是更加精確、更加迅速的。

3.2 向集成化、多功能化發展

隨著半導體技術的不斷發展，利用半導體技術的傳感器也越來越多的應用在了生物醫學領域，目前的一些生物儀器中已經結合了半導體技術，例如將敏感元件與信號處理結合在生物醫學技術中已經不是一件新鮮事。未來對于傳感器的發展必然要建立在這種半導體技術上，即將各類技術進行集成，集成在一個更小、更便捷的芯片上，在提高處理效率的同時，會更大幅度的減小設備的體積。設備越來越快、越小、越準確必然要求傳感器與半導體技術更加充分的結合。

3.3 向智能化發展

自從微型處理器問世以來，我們的電子處理速度就被快速的提升著。同時隨著計算機技術的不斷發展，目前市面上存在著各類全自動的設備，自動化已經成為整個社會必然的趨勢，這一趨勢也必然會體現在生物醫學技術上。設備的自動化同樣是建立在傳感器技術的快速發展上的。未來生物醫學領域的設備將大大的減少人力的操作，取而代之的是更加精密的電子儀器和計算機操作，這是未來傳感器應用于生物醫學領域的重要發展方向。

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