医学传感器-课件

医学传感器医学传感器 医学传感器第一章第一章 绪论绪论l课程简介课程简介主要内容主要内容教学方法教学方法基本要求基本要求考核方式考核方式l医用传感器概述医用传感器概述定义与组成定义与组成用途与分类用途与分类特性与要求特性与要求第一章 绪论课程简介课程简介课程简介l主要内容主要内容介绍各种介绍各种物理传感器物理传感器的医学应用的医学应用l教学方法教学方法课堂教学课堂教学 +课后自学课后自学 +部分实验部分实验l基本要求基本要求掌握掌握掌握掌握基本原理、基本测量电路基本原理、基本测量电路基本原理、基本测量电路基本原理、基本测量电路及其及其及其及其医学中的基本应用医学中的基本应用医学中的基本应用医学中的基本应用l考核方式考核方式期末考试期末考试期末考试期末考试 70%70%70%70%实验实验实验实验 20%20%20%20%作业作业作业作业 10%10%10%10%课程简介主要内容主要参考书：主要参考书：l陈安宇等，医用传感器，科学出版社，陈安宇等，医用传感器，科学出版社，20082008l王王平平等等，现现代代生生物物医医学学传传感感技技术术，浙浙江江大大学学出出版版社社，20032003l彭彭承承琳琳，生生物物医医学学传传感感器器原原理理及及应应用用，高高等等教教育育出出版版社，社，20002000l王王博博亮亮等等，医医用用传传感感器器及及其其接接口口技技术术，国国防防科科技技大大学学出版社，出版社，19981998主要参考书：陈安宇等，医用传感器，科学出版社，2008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传感器：能传感器：能感受（或响应）感受（或响应）规定的被测量并规定的被测量并按照一定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件的器件或装置或装置传感器通用术语传感器通用术语l生物医学传感器：能将各种被观测的生物医生物医学传感器：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一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类特殊的电子器件第一节 传感器的定义和组成传感器：能感受（或响应）规定的被测第一节第一节 传感器的定义和组成传感器的定义和组成l传感器的组成框图传感器的组成框图敏感敏感敏感敏感元件元件元件元件转换转换转换转换元件元件元件元件电子电子电子电子线路线路线路线路非电信息非电信息非电信息非电信息电信号电信号电信号电信号1.1.壳体壳体2.2.膜盒膜盒3.3.可变电感线圈可变电感线圈4.4.铁芯铁芯5.5.转换电路转换电路第一节 传感器的定义和组成传感器的组成框图敏感转换电子非电信第二节第二节 传感器的作用传感器的作用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传传感感感感器器器器放放放放大大大大电电电电路路路路滤滤滤滤波波波波非电非电非电非电生物生物生物生物信号信号信号信号电信号电信号电信号电信号可测电可测电可测电可测电信号信号信号信号位于特定频位于特定频位于特定频位于特定频带内的可测带内的可测带内的可测带内的可测电信号电信号电信号电信号模模模模数数数数转转转转换换换换计计计计算算算算机机机机输输输输出出出出数字数字数字数字信号信号信号信号生物信号的特点：生物信号的特点：1.1.1.1.非电量信号很多；非电量信号很多；非电量信号很多；非电量信号很多；2.2.2.2.信号幅度很低；信号幅度很低；信号幅度很低；信号幅度很低；3.3.3.3.信噪比很低且属于低频信号；信噪比很低且属于低频信号；信噪比很低且属于低频信号；信噪比很低且属于低频信号；第二节 传感器的作用医学测量系统的组成框图传放滤非电电信号可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微型电子机械系统微型电子机械系统生物医学检测技术的发展无创和微创检测技术第三节第三节 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提供临床检验信息提供临床检验信息参与治疗参与治疗参与治疗参与治疗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三节 医用传感器的用途和分类医用传感器的用途第四节第四节 医用传感器的特性和要求医用传感器的特性和要求l特性特性足够高的灵敏度足够高的灵敏度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良好的稳定性良好的稳定性较好的互换性较好的互换性较好的互换性较好的互换性l特殊要求特殊要求生物相容性生物相容性生物相容性生物相容性物理适形性物理适形性物理适形性物理适形性电的安全性电的安全性电的安全性电的安全性使用方便性使用方便性使用方便性使用方便性第四节 医用传感器的特性和要求特性第五节第五节 医用传感器的发展医用传感器的发展l智能化智能化l微型化微型化l多参数检测多参数检测l遥控遥控l无创检测无创检测第五节 医用传感器的发展智能化SmartSmart传感器传感器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数字量输出数字量输出Smart传感器概念：传统传感器与专用微处理器相结合组成的新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床边监测床边监测：主要解决采样、送检到提出报告：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续速度慢问题，床边监测用传感器可以连续运转。便于一般医护人员操作运转。便于一般医护人员操作l生物分析器生物分析器：早期诊断不能过多地寄希望于：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化影像设备，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，因此必须分析仪器体积庞大、价格昂贵，因此必须开发价格低廉，操作与携带方便的生物分开发价格低廉，操作与携带方便的生物分析器析器现代生物医学传感技术的发展趋势床边监测：主要解决采样、送检到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在体监测在体监测 holter holter 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；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；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血气血气/离子等离子等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在体监测 holter 动态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无损监测无损监测：无损监测是病人最容易接受的监：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到测方式，是当前生物医学传感技术中受到普遍关注的实际问题普遍关注的实际问题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（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 P P PO2O2O2O2,P,P,P,PCO2CO2CO2CO2）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）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无损监测：无损监测是病人最容易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细胞内监测细胞内监测：细胞是人体的基本单位，人体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，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前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生命科学中的热点问题l监测离子事件的离子选择性微电极技术已渐监测离子事件的离子选择性微电极技术已渐趋成熟趋成熟l监测分子事件的分子选择微电极正在开发之监测分子事件的分子选择微电极正在开发之中中现代生物医学传感技术的发展趋势细胞内监测：细胞是人体的基本单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智能分子系统智能分子系统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前进前进l智能人工脏器智能人工脏器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。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。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智能分子系统：这种分子系统即智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仿生传感器仿生传感器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，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。感器的重要方向。感器的重要方向。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经元传感器等经元传感器等l基因探测基因探测基因探测基因探测：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：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，因此要研制技术之一，因此要研制技术之一，因此要研制DNADNADNADNA、RNA RNA RNA RNA 传感器传感器传感器传感器现代生物医学传感技术的发展趋势仿生传感器：人体是各种传感器云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分子脑研究分子脑研究：大脑活动的物质基础是以神经：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，监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脑研究的重要测这些分子事件是深化分子脑研究的重要手段；递质和调质的含量甚微（手段；递质和调质的含量甚微（pgpg级），级），在体连续传感这些物质是研究生命科学的在体连续传感这些物质是研究生命科学的核心问题之一核心问题之一现代生物医学传感技术的发展趋势分子脑研究：大脑活动的物质基础小结小结l传感器的定义和组成传感器的定义和组成l医用传感器的定义医用传感器的定义l医用传感器的特点和要求医用传感器的特点和要求l习题：习题：1、2、3、4小结传感器的定义和组成