醫(yī)用傳感器可以視為一套信息變換裝置，將人體的生理信息轉(zhuǎn)換成為與之有確定函數(shù)關(guān)系的電信息，它作為醫(yī)學儀器與人體之間的重要環(huán)節(jié)，在醫(yī)療診斷、醫(yī)學儀器研制、醫(yī)學研究等諸多方面占有非常重要的地位，是一門十分綜合的科學和技術(shù)。

隨著社會的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)開始在醫(yī)學領(lǐng)域中得到充分的運用，例如醫(yī)用傳感器。

近年來，層出不窮的現(xiàn)代創(chuàng)新醫(yī)療器械產(chǎn)品，大大提高了患者的治療效率與治療效果，這一切的背后，離不開醫(yī)用傳感器的功勞。而且醫(yī)用傳感器是生物醫(yī)學科學和技術(shù)的尖兵，它對生物醫(yī)學研究的正確結(jié)論起到了至關(guān)重要的地位。

醫(yī)用傳感器主要是將人體生理信號轉(zhuǎn)換成醫(yī)學電信號，在現(xiàn)代醫(yī)學中，醫(yī)用傳感器實際上是代替了醫(yī)生的感覺器官并起到延伸作用，它已成為制約高水平先進醫(yī)療設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

可以說，醫(yī)用傳感器技術(shù)的革新必將推動現(xiàn)代臨床醫(yī)學的更快發(fā)展。

一、什么是醫(yī)用傳感器？

醫(yī)用傳感器可以視為一套信息變換裝置，將人體的生理信息轉(zhuǎn)換成為與之有確定函數(shù)關(guān)系的電信息，它作為醫(yī)學儀器與人體之間的重要環(huán)節(jié)，在醫(yī)療診斷、醫(yī)學儀器研制、醫(yī)學研究等諸多方面占有非常重要的地位，是一門十分綜合的科學和技術(shù)。

二、醫(yī)用傳感器的原理

人體生理信息分為電信息和非電信息兩大類，從分布來說有體內(nèi)的（如血壓等各類壓力），也有體表的（如心電等各類生物電）和體外的（如紅外、生物磁等）。

醫(yī)用傳感器是將物理量（機械量，力學量等）的變化轉(zhuǎn)化成電學量變化的一種裝置，一般由彈性元件、傳感元件和測量電路組成。

彈性元件是連接被測物體與傳感元件的橋梁，是醫(yī)用傳感器的關(guān)鍵部件，它的結(jié)構(gòu)形狀，材料，加工精度，熱處理工藝等都將影響傳感器性能。彈性元件的加工工藝對醫(yī)用傳感器性能影響很大，一般應(yīng)在粗加工之后經(jīng)過熱處理再進行精加工，然后進行專門的時效處理，以及為了提高彈性，減小機械滯后而進行靜、動加載處理。

在結(jié)構(gòu)方面，要求彈性元件只受到被測物理量的作用而盡量減小其它物理量的影響。彈性元件的材料應(yīng)有較高的強度和韌性，且彈性好，滯后小，疲勞極限高，有較好的淬透性。彈性元件的形狀按受力和變形分為懸臂梁、簡支梁、純彎曲型、拉壓桿、空心圓軸、圓環(huán)、園薄片和薄壁管等形狀，根據(jù)不同的用途可以選用不同的形式。

醫(yī)用傳感器是醫(yī)用生物醫(yī)學技術(shù)與工程技術(shù)的不斷發(fā)展與結(jié)合的產(chǎn)物。

三、醫(yī)用傳感器的分類

在醫(yī)學領(lǐng)域，傳感器種類繁多，目的用途各異，基于不同的分類基準，有不同的分類。一般醫(yī)用傳感器的分類如下：

1、按應(yīng)用形式分類

植入式傳感器、暫時植入體腔(或切口)式傳感器、體外傳感器、用于外部設(shè)備的傳感器、可食用傳感器。

2、按檢測種類分類

位移傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、壓力傳感器、圖像傳感器等。

3、按工作原理分類

按工作原理主要分為：物理傳感器、生物傳感器、化學傳感器、生物電極傳感器。

四、醫(yī)用傳感技術(shù)的基本要求及發(fā)展情況

醫(yī)用傳感器作為傳感器的一個重要分支，其設(shè)計與應(yīng)用必須考慮人體因素的影響，考慮生物信號的特殊性、復(fù)雜性，考慮生物醫(yī)學傳感器的生物相容性、可靠性、安全性。

相關(guān)醫(yī)療專業(yè)人士表示，醫(yī)療器械要求的故障率不能超過萬分之一，醫(yī)用傳感器作為各種醫(yī)療設(shè)備的核心部分，性能要求更是嚴格。

就拿最近各國都爭先搶購的呼吸機來說，一臺總重量不超過1.5公斤的呼吸機，牽涉到的零配件超過100種，其中最重要的核心硬件一個是馬達，另一個就是傳感器。比如呼吸機中應(yīng)用歷史最久的流量傳感器，它的性能好壞會直接影響到呼吸機參數(shù)的準確性和可靠性。

因此，醫(yī)用傳感器的主要技術(shù)要求有以下8個方面：

①傳感器本身具有良好的技術(shù)性能，如靈敏度、線性、遲滯、重復(fù)性、頻率響應(yīng)范圍、信噪比、溫度漂移、零點漂移、靈敏度漂移等。

②傳感器的形狀和結(jié)構(gòu)應(yīng)與被檢測部位的解剖結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，使用時，對被測組織的損害要小。

③傳感器的形狀和結(jié)構(gòu)應(yīng)與被檢測部位的解剖結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，使用時，對被測組織的損害要小。

④傳感器要有足夠的牢固性，引進到待測部位時，不致脫落、損壞。

⑤傳感器與人體要有足夠的電絕緣，以保證人體安全。

⑥傳感器進入人體能適應(yīng)生物體內(nèi)的化學作用，與生物體內(nèi)的化學成分相容，不易被腐蝕、對人體無不良刺激，并且無毒。

⑦傳感器進入血液中或長期埋于體內(nèi)，不應(yīng)引起血凝。

⑧傳感器應(yīng)操作簡單、維護方便，結(jié)構(gòu)上便于消毒。

未來，醫(yī)用傳感器技術(shù)有兩個發(fā)展方向，一個是傳感器本身的研究開發(fā)，另一個是傳感器與計算機信息技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)研究開發(fā)。

其中傳感器本身的研究開發(fā)又有兩個分支，一個是有關(guān)傳感器基礎(chǔ)研究，即研究傳感器所需要的新技術(shù)和新原理。

近年來，醫(yī)用傳感器產(chǎn)品開發(fā)則越來越熱，將傳感器技術(shù)產(chǎn)品化在醫(yī)療器械產(chǎn)品領(lǐng)域更是日益火爆，一時間，可穿戴，人工智能AI，手術(shù)機器人等創(chuàng)新型醫(yī)療產(chǎn)品猶如雨后春筍一般層出不窮。

現(xiàn)代醫(yī)用傳感器技術(shù)已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)醫(yī)用傳感器體積大，性能差等技術(shù)缺點，形成了智能化、微型化、多參數(shù)、可遙控和無創(chuàng)檢測等新的發(fā)展方向。

醫(yī)用傳感器的發(fā)展已經(jīng)是制約高端、先進醫(yī)療設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時也是促進醫(yī)學發(fā)展的主要動力之一。

五、醫(yī)用傳感器在臨床醫(yī)學上的主要應(yīng)用

醫(yī)用傳感器的應(yīng)用大大降低了人工成本，并且有效降低了錯誤產(chǎn)生率，提高了疾病診斷的可靠性和精確性。在臨床醫(yī)學上主要應(yīng)用在以下幾個方面：

（1）提供診斷用生物體信息：如心音、血壓、脈搏、血流、呼吸、體溫等信息，供臨床診斷和醫(yī)學研究用。如心臟手術(shù)前檢測心內(nèi)壓力；心血管疾病的基礎(chǔ)研究中檢測血液的粘度以及血脂含量。

（2）臨床監(jiān)護：長時間連續(xù)測定某些參量，監(jiān)視這些參數(shù)是否處于規(guī)定的范圍內(nèi)，以便了解病人的恢復(fù)過程，出現(xiàn)異常時及時報警。如病人在進行手術(shù)前后需要連續(xù)監(jiān)測體溫、脈搏、血壓、呼吸、心電等生理參數(shù)。

（3）人體控制：利用監(jiān)測到的生理參數(shù)控制人體的生理過程。例如自動呼吸器就是用傳感器檢測病人的呼吸信號來控制呼吸器的動作，使人與正常狀態(tài)呼吸同步；又如電子假肢就是用測得的肌電信號控制人體假肢體的運動；再如體外循環(huán)的血流血壓控制等。該特點在康復(fù)機器人領(lǐng)域應(yīng)用甚廣。

（4）臨床檢驗：除直接從人體收集信息外，臨床上常從各種體液（血、尿、唾液等）樣品獲得診斷信息。（這類信息叫做生化檢驗信息，它是利用化學傳感器和生物傳感器來獲取，是診斷各種疾病必不可少的依據(jù)。）

六、盤點四大類創(chuàng)新醫(yī)用傳感器

當今隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展以及各領(lǐng)域的交叉融合，醫(yī)用傳感器的發(fā)展日新月異，尤其是電子技術(shù)、材料技術(shù)等突飛猛進的發(fā)展，結(jié)合研究者們天馬行空的想象力，醫(yī)用傳感器朝著智能、微型化、多參數(shù)、無線化等等方面發(fā)展，種類愈加豐富、功能日益強大。筆者通過搜集查閱近幾年的資料，分以柔性傳感器、植入傳感器、可消化傳感器和新型傳感器技術(shù)四個大類進行有關(guān)創(chuàng)新醫(yī)用傳感器的介紹。

（1）柔性傳感器技術(shù)

隨著材料技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，柔性基質(zhì)材料以其柔韌、可彎曲、延展、可穿戴等優(yōu)勢逐步走上歷史舞臺。柔性傳感器兼具柔性基質(zhì)材料的優(yōu)點與人體相適應(yīng)，不論是可穿戴設(shè)備還是植入設(shè)備都有著非常好的適應(yīng)性。

應(yīng)用例子：智能創(chuàng)可貼、智能繃帶、柔性血氧計、柔性可穿戴離子型濕度傳感器和可穿戴汗液傳感器等。

柔性血氧計

（2）可植入傳感器

可植入傳感器是近年來出現(xiàn)的新型傳感器，具有體積小、重量輕、生物相容性強等特征。可植入傳感器一般自己供電并利用無線技術(shù)傳輸。與可消化傳感器不同的是，可植入傳感器通常植入皮下或器官中，獲取用戶的電生理或化學信號進行傳輸，重要用途在于精準監(jiān)控生理信號有助于實現(xiàn)個性化醫(yī)療。傳統(tǒng)的可植入傳感器的難點是傳感器本身不可降解長期存在體內(nèi)損害體內(nèi)周圍組織或細胞造成二次感染，手術(shù)取出也會造成二次傷害，近年來生物降解的可植入傳感器也在逐步走上舞臺。

應(yīng)用例子：“體內(nèi)GPS”——ReMix系統(tǒng)、神經(jīng)塵埃、腫瘤納米熒光傳感器和可拉伸植入式應(yīng)力應(yīng)變傳感器等。

（3）可消化傳感器

可消化傳感器是近年來流行的新型傳感器，通常利用可降解電子器件制成。一般的可消化傳感器附著在只能藥丸內(nèi)部，由藥丸本身或消化道液體相互作用供電，傳感器工作時將檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)通過通信模塊傳輸給智能手機或其他終端。相比傳統(tǒng)胃鏡、腸鏡檢查，可消化傳感器成本低、使用方便，也可以減輕病人的痛苦。

應(yīng)用例子：氣敏傳感器膠囊、可消化微型麥克風和可卷曲消化傳感器等。

（4）新型生物傳感器

應(yīng)用例子：DermalAbyss紋身墨水、血糖監(jiān)測隱形眼鏡、納米呼吸傳感器和使用石墨烯檢測癌細胞的傳感器等。

結(jié)語：

電子醫(yī)療器械既是技術(shù)的進步也是患者的福音。未來，隨著工程技術(shù)和醫(yī)學科學的進步，醫(yī)用傳感器也必將得到迅速發(fā)展，其在現(xiàn)代醫(yī)學領(lǐng)域中的應(yīng)用或許也會越來越廣泛和深入。而這也將促進現(xiàn)代醫(yī)學診斷和治療的方法得到更大的發(fā)展。到時候，受益于傳感技術(shù)的發(fā)展，遺傳病、心臟病、高血壓、漸凍癥、血液病等醫(yī)學難題也可能會得到一定程度的解決。