医学传感器ppt课件

医学传感器医学传感器 第一章 绪论 l课程简介 主要内容 教学方法 基本要求 考核方式 l医用传感器概述 定义与组成 用途与分类 特性与要求 课程简介 l主要内容 介绍各种物理传感器的医学应用 l教学方法 课堂教学 + 课后自学 + 部分实验 l基本要求 掌握掌握基本原理、基本测量电路基本原理、基本测量电路及其及其医学中的基本应用医学中的基本应用 l考核方式 期末考试期末考试 70% 70% 实验实验 20% 20% 作业作业 10%10% 主要参考书：主要参考书： l 陈安宇等，医用传感器，科学出版社，2008 l 王平等，现代生物医学传感技术，浙江大学出版社， 2003 l 彭承琳，生物医学传感器原理及应用，高等教育出版 社，2000 l 王博亮等，医用传感器及其接口技术，国防科技大学 出版社，1998 第一节第一节 传感器的定义和组成传感器的定义和组成 l l传感器：能传感器：能感受（或响应）感受（或响应）规定的被测量规定的被测量 并按照一定并按照一定规律规律转换转换成成可用信号输出可用信号输出的器的器 件或装置件或装置传感器通用术语传感器通用术语 l l生物医学传感器：能将各种被观测的生物生物医学传感器：能将各种被观测的生物 医学中的非电量转换为易观测的电学量的医学中的非电量转换为易观测的电学量的 一类特殊的电子器件一类特殊的电子器件 第一节第一节 传感器的定义和组成传感器的定义和组成 l l传感器的组成框图传感器的组成框图 敏感敏感 元件元件 转换转换 元件元件 电子电子 线路线路 非电信息非电信息电信号电信号 1.壳体 2.膜盒 3.可变电感线圈 4.铁芯 5.转换电路 第二节第二节 传感器的作用传感器的作用 l l医学测量系统的组成框图医学测量系统的组成框图 传传 感感 器器 放放 大大 电电 路路 滤滤 波波 非电非电 生物生物 信号信号电信号电信号 可测电可测电 信号信号 位于特定频位于特定频 带内的可测带内的可测 电信号电信号 模模 数数 转转 换换 计计 算算 机机 输输 出出 数字数字 信号信号 生物信号的特点： 1.1.非电量信号很多；非电量信号很多； 2.2.信号幅度很低；信号幅度很低； 3.3.信噪比很低且属于低频信号；信噪比很低且属于低频信号； 生物医学检测技术的发展生物医学检测技术的发展 l l 无创和微创检测技术无创和微创检测技术 生物电信号的检测生物电信号的检测 生物磁场的检测生物磁场的检测 其他生理及生化参数的检测其他生理及生化参数的检测 l l 体内信息的直接检测体内信息的直接检测 体内固定植入式检测系统体内固定植入式检测系统 植入式检测、处理与控制三位一体的闭环系统植入式检测、处理与控制三位一体的闭环系统 消化道器官中的生理、生化参数检测消化道器官中的生理、生化参数检测 体内外信息交换体内外信息交换 微型电子机械系统微型电子机械系统 第三节第三节 医用传感器的用途和分类医用传感器的用途和分类 l l医用传感器的用途医用传感器的用途 提供诊断用信息提供诊断用信息 提供监护用信息提供监护用信息 提供人体控制参数提供人体控制参数 提供临床检验信息提供临床检验信息 参与治疗参与治疗 l l医用传感器的分类医用传感器的分类 按工作原理分类按工作原理分类 按被测量种类分类按被测量种类分类 按与人体器官相对应的传感器功能分类按与人体器官相对应的传感器功能分类 第四节第四节 医用传感器的特性和要求医用传感器的特性和要求 l l特性特性 足够高的灵敏度足够高的灵敏度 尽可能高的信噪比尽可能高的信噪比 良好的精确性良好的精确性 足够快的响应速度足够快的响应速度 良好的稳定性良好的稳定性 较好的互换性较好的互换性 l l特殊要求特殊要求 生物相容性生物相容性 物理适形性物理适形性 电的安全性电的安全性 使用方便性使用方便性 第五节第五节 医用传感器的发展医用传感器的发展 l l智能化智能化 l l微型化微型化 l l多参数检测多参数检测 l l遥控遥控 l l无创检测无创检测 SmartSmart传感器传感器 l l概念：传统传感器与专用微处理器相结合概念：传统传感器与专用微处理器相结合 组成的新概念传感器称为组成的新概念传感器称为Smart Smart 传感器。传感器。 l l新功能新功能 自补偿功能：如非线性、温度误差、响应时间、噪自补偿功能：如非线性、温度误差、响应时间、噪 声、交叉感应以及慢漂移等的补偿声、交叉感应以及慢漂移等的补偿 自诊断功能：如在接通电源时进行自检、在工作时自诊断功能：如在接通电源时进行自检、在工作时 进行运行检查，诊断测试以确定哪一组件有故障进行运行检查，诊断测试以确定哪一组件有故障 微处理器和基本传感器之间具有双向通信功能，构微处理器和基本传感器之间具有双向通信功能，构 成一闭环工作系统成一闭环工作系统 信息存贮和记忆功能信息存贮和记忆功能 数字量输出数字量输出 现代生物医学传感技术的发展趋势现代生物医学传感技术的发展趋势 l l床边监测床边监测：主要解决采样、送检到提出报：主要解决采样、送检到提出报 告速度慢问题，床边监测用传感器可以连告速度慢问题，床边监测用传感器可以连 续运转。便于一般医护人员操作续运转。便于一般医护人员操作 l l生物分析器生物分析器：早期诊断不能过多地寄希望：早期诊断不能过多地寄希望 于影像设备，因为生化变化发生在器质变于影像设备，因为生化变化发生在器质变 化之前，因此生化检测更重要；但目前生化之前，因此生化检测更重要；但目前生 化分析仪器体积庞大、价格昂贵，因此必化分析仪器体积庞大、价格昂贵，因此必 须开发价格低廉，操作与携带方便的生物须开发价格低廉，操作与携带方便的生物 分析器分析器 现代生物医学传感技术的发展趋势现代生物医学传感技术的发展趋势 l l在体监测在体监测 holterholter 动态心电监测动态心电监测 可以实现实时、定点、动态、长期地观察体内可以实现实时、定点、动态、长期地观察体内 所发生的生理病理过程；所发生的生理病理过程； 如植入式传感器可以将体内的信息发射或传送如植入式传感器可以将体内的信息发射或传送 至体外；至体外； 导管式传感器可以连续传感血管内或心脏内的导管式传感器可以连续传感血管内或心脏内的 血气血气/ /离子等离子等 主要问题是如何改进传感器与组织的相容性主要问题是如何改进传感器与组织的相容性 现代生物医学传感技术的发展趋势现代生物医学传感技术的发展趋势 l l无损监测无损监测：无损监测是病人最容易接受的：无损监测是病人最容易接受的 监测方式，是当前生物医学传感技术中受监测方式，是当前生物医学传感技术中受 到普遍关注的实际问题到普遍关注的实际问题 l l目前进展：目前进展： 经皮血气传感器无损监测血气（经皮血气传感器无损监测血气（P PO2 O2,P ,PCO2 CO2） ） 非抽血测量血糖、尿素等（通过抽负压使血液非抽血测量血糖、尿素等（通过抽负压使血液 中的低分子渗出）中的低分子渗出） 现代生物医学传感技术的发展趋势现代生物医学传感技术的发展趋势 l l细胞内监测细胞内监测：细胞是人体的基本单位，人细胞是人体的基本单位，人 体的主要生理生化过程是在细胞内进行的体的主要生理生化过程是在细胞内进行的 ，监测细胞内的离子事件和分子事件是当，监测细胞内的离子事件和分子事件是当 前生命科学中的热点问题前生命科学中的热点问题 l l监测离子事件的离子选择性微电极技术已监测离子事件的离子选择性微电极技术已 渐趋成熟渐趋成熟 l l监测分子事件的分子选择微电极正在开发监测分子事件的分子选择微电极正在开发 之中之中 现代生物医学传感技术的发展趋势现代生物医学传感技术的发展趋势 l l 智能分子系统智能分子系统：这种分子系统即智能药物，能提这种分子系统即智能药物，能提 高药效，减少副作用。设计并合成分子系统是医高药效，减少副作用。设计并合成分子系统是医 药学面临的新任务，抗癌药的研究正沿这一方向药学面临的新任务，抗癌药的研究正沿这一方向 前进前进 l l 智能人工脏器智能人工脏器：现行的人工脏器只赋予该脏器单现行的人工脏器只赋予该脏器单 一功能，割断了原有脏器同其它组织器官的联系一功能，割断了原有脏器同其它组织器官的联系 。而智能人工脏器可望保持正常脏器的全面功能。而智能人工脏器可望保持正常脏器的全面功能 。 l l 在植入的异体器官上安装抗排斥反应的分子系统在植入的异体器官上安装抗排斥反应的分子系统 是解决异体器官移植排斥反应问题的有效途径是解决异体器官移植排斥反应问题的有效途径 现代生物医学传感技术的发展趋势现代生物医学传感技术的发展趋势 l l 仿生传感器仿生传感器：人体是各种传感器云集的地方，人体是各种传感器云集的地方， 这些传感器具有灵敏度高、选择性好、集成度这些传感器具有灵敏度高、选择性好、集成度 高等特点，发展仿生传感器是发展生物医学传高等特点，发展仿生传感器是发展生物医学传 感器的重要方向。感器的重要方向。 l l 已研制出：受体传感器、神经元传感器、仿神已研制出：受体传感器、神经元传感器、仿神 经元传感器等经元传感器等 l l 基因探测基因探测：基因调控着细胞的活动和人的生老：基因调控着细胞的活动和人的生老 病死，基因探测被认为是当代生命科学的核心病死，基因探测被认为是当代生命科学的核心 技术之一，因此要研制技术之一，因此要研制DNADNA、RNA RNA 传感器传感器 现代生物医学传感技术的发展趋势现代生物医学传感技术的发展趋势 l l分子脑研究分子脑研究：大脑活动的物质基础是以神：大脑活动的物质基础是以神 经递质与神经调质为主的系列分子事件，经递质与神经调质为主的系列分子事件， 监测这些分子事件是深化分子