传感器之医学应用.ppt

传感器在医学上的应用 指导老师 蔡晓雯 我们的团队and课题 胃镜 图像传感器 电子血压计 压力传感器 助听器 声音传感器 温度计 温度传感器 电子胃镜是内窥镜的一种 主要由内镜 电视信息系统中心和电视监视器三个主要部分组成 电子胃镜可获得高清晰度的图像 通过计算机可以进行各种图像处理 进行三维显像 测定粘膜血流 粘膜局部血色素含量及局部温度等 借助一条纤细 柔软的管子伸入胃中 医生可以直接在显示器上观察食道 胃和十二指肠的病变 尤其对微小的病变 利用胃镜可以看到X射线不能显示的病变 这就很大程度上提高了对病原查找的精确度 可以在屏幕上直观的观察到病变 CCD图像传感器由许多感光元件组成 每一个元件称为一个像素 像素的数量对图像质量有很大影响 像素数越多 对细节的展示越明显 图像的清晰程度越好 电荷耦合器件 ChargedCoupledDevice 缩写为CCD 是一种大规模金属氧化物半导体集成电路光电器件 于1969年在贝尔试验室研制成功 CCD是由若干个电荷耦合单元组成 其基本单元是MOS 金属 氧化物 半导体 光敏元 分为线型 Linear 与面型 Area 两种 01 MOS光敏元结构 它以P型 或N型 半导体为衬底 上面覆盖一层厚度约为120nm的氧化物SiO2作为电解质 再在SiO2表面依次沉积一层金属电极为栅电极 形成了金属 氧化物 半导体MOS结构元 当在金属电极上施加一个正电压Ug时 衬底接地 在电场的作用下 硅中的载流子 空穴 受到排斥 形成一个电子 空穴都很稀少的耗尽层 称为势阱 当有光照在硅片上时 半导体硅将产生电子 空穴对 由此产生的光生电子就被附近的势阱所吸收 而同时产生的空穴被排斥出耗尽层 势阱所吸收的光生电子数量与入射的到该势阱附近的光强成正比 这样的一个MOS光敏元叫做一个像素 储存了电荷的势阱称为电荷包 电子血压计是利用现代电子技术与血压间接测量原理进行血压测量的医疗设备 电子血压计有臂式 腕式之分 其技术经历了最原始的第一代 第二代 臂式使用 第三代 腕式使用 的发展 电子血压计已经成为家庭自测血压的主要工具 电子血压计也越来越多地被用于医院等医疗机构 测量血压的仪器称为血压计 血压计可分为直接式和间接式两种 两种血压计的工作原理是不相同的 直接式是用压力传感器直接测量压力变化 间接式的工作原理则是控制从外部施加到被测部位上的压强 并将控制的结果与其相关的柯氏音的产生和消失的信息加以判断 前者不管对动脉或静脉都可连续测试 而后者只能测量动脉的收缩压和舒张压 间接法测量仪器有汞柱血压计 随机零点血压计 弹簧表式血压计 自动电子血压计 间歇式长时间血压测量计 皮肤小动脉血压测定计等 这些血压计都是根据不同需要而设计的 如随机零点血压计是为克服目测等人为误差而较准确地研究血压变化时应用 间歇式长时间血压测量计则是用来连续24小时监测血压变化的 皮肤小动脉血压测定计是为幼儿 婴儿 新生儿而设计的 由于智能化的发展 电子血压计可自动向充气袖带内充气及显示血压值的读数 指套式电子血压计只需将一个指套戴在手指上 就可自动测量血压 更为方便 手腕式是电子血压计的一种 手掌大小 外形与手腕间隙更小的碗带 抗菌材料制作 数字显示血压及脉搏数 手腕式血压计由于所测的压力值为腕动脉 脉搏压力值 对于大多数中 老年人 特别是血液粘稠度高者 微循环不佳者 血管硬化症患者等较特殊的人群 用手腕式血压计与用上臂式血压计多次测量的平均值之间 会有较大的差别 相差 1 3kPa 10mmHg 以上是很常见的 所以 对于已购有手腕式血压计的个人来说 建议 用作个人监测 可随时掌握自己的 血压 变化情况 但要明确指出 它所测的不是习惯上所说的 血压值 而是 腕部脉搏压力值 01 语音电子血压计概述 语音电子血压计是在原有电子血压计的基础上加上了语音播报功能 解决了老年人看不清等难题 更为人性化 目前国际上有添加此功能的品牌为 九安 威尔康 美体康等 其中威尔康更增加血压判定功能 更智能 红外热辐射式温度传感器 在自然界中 一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量 物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布 与它的表面温度有着十分密切的关系 因此 通过对物体自身辐射的红外能量的测量 便能准确地测定它的表面温度 这就是红外辐射测温所依据的客观基础 相比于其他温度传感器 红外热辐射式温度传感器不需要与被测对象接触 因而不会影响人体的生理状态 人体辐射红外线的波长在3至16微米之间 当体温改变时 所辐射的红外线能量就会改变 红外辐射测温装置就是根据这些来测量体温的 临床上具有实用价值的红外测温传感器红外热探测器和红外光电探测器 红外热探测器是全波长的红外探测器 其首先用黑化元件吸收入射红外线辐射能量 使感温元件温度升高 再通过适当的温度敏感元件将温度信息转变为电信号 采用的温度敏感元件有热敏电阻和热电偶等 红外光电探测器的敏感元件是光电器件 它能将接收到的红外线转化为电信号 此传感器只能多一定波长范围的红外线有响应 并需在低温 液氮冷却 下工作 眼镜式助听器 耳背式助听器 制式助听器 盒式传感器 声音传感器 任何助听器都包括6个基本结构 1 话筒 传声器或麦克风 接收声音并把它转化为电波形式 即把声能转化为电能 2 放大器放大电信号 晶体管放大线路 3耳机 受话器 把电信号转化为声信号 即把电能转化为声能 4 耳模 耳塞 置入外耳道 5 音量控制开关 6 电源 供放大器用的干电池 声音传感器的作用相当于一个话筒 麦克风 它用来接收声波 显示声 声音的振动图象 麦克风的本质是换能器 它的作 用是把声音信号转变为电信号以供放大器处 理 麦克风是助听器的 入口 它的性能 特别 是它的频响特性在很大程度上决定了助听器 的性能 概述 该传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒 声波使话筒内的驻极体薄膜振动 导致电容的变化 而产生与之对应变化的微小电压 这一电压随后被转化成0 5V的电压 经过A D转换被数据采集器接受 工作原理 A 该传感器无需再次进行校准 软件自动调零 B 采样频率要取10000次 秒或更大些 否则不能真实 准确地反映声振动的图像 C 图像的纵坐标表示的是与声振动对应的电压数值 D 接入控制系统的可以采用4 20mA的输出型传感器