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医疗传感器种类及应用简介

随着人口数量的不断增长、人口老龄化的加重，人们需要大量的现代医学奇

迹。为了保持这种势头，越来越多的人开始寻求医疗帮助，这就需要在减少手工

劳动者和人为失误的同时提高医疗器械的可靠性和自动化处理。

为了使智能器械达到安全可靠、自动化处理的目标，应该配备传感器。

传感器已被广泛用于外科手术设备、加护病房、医院疗养和家庭护理中。已经有

很多可与医疗器械结合使用的传感器在市面上出售。

在医疗设备制造商和传感器专家的携手合作下，更多尖端的科学技术将

会被创造出来。如果很好地理解了需控制的用途和参数，那么选择一个传感器就

变得很简单。

最复杂的传感器是植入式传感器，其次是用于导管中的传感器（通过切

割的方法）、用于身体空腔中的传感器、用于身体外部但是却和体液相接触的传

感器，以及外用传感器。本文将介绍应用于上述所有用途的传感器的详细说明，

并给出一些当前正在使用的设备范例。

植入式传感器

植入式传感器应当体积小，重量轻，并且和身体兼容，同时还要求其功

率非常小。更重要的是，它们不能随着时间的推移而衰变。

由于这类传感器属于第Ⅲ类医疗器械，因此需要有食品及药物管理局

（FDA）的批准才能使用。一般来讲，这类传感器价格非常昂贵，而且需要专家

做外科手术进行移植。

对功率的要求是植入式传感器正常工作所面临的主要挑战之一。不需要

功率就能发挥作用的传感器是最完美的，可是市场尚没有这种传感器出售。压电

聚合传感器体积小，可靠性高，不需要外部动力而且能长时间持续工作。这类传

感器可应用于监视病人活动的心脏起搏器。

压电式传感器是一个很小的悬臂，悬臂的重量集中于一端且随着人体的

运动而跳动。每当病人运动时，传感器就会产生一个信号。心脏起搏器接收到这

些信号，然后使心脏也相应的博动。如果病人在休息，信号为零，则心脏起搏器

会使心脏以正常频率博动，例如大约70次/分钟。传感器能区分出各种活动，例

如走路、跑步、或是其他身体活动。传感器的输出和运动量成正比。图1和图2

所示的即为一个被嵌入在一个心脏起搏器中的小型化压电薄膜振动传感器，该传

感器的长度为15/100英寸。

利用外部能源给已植入的传感器提供动力，还有其他的方法。假如人体

某部位已被植入一个特别设计的传感器，那么当将一个射频能量束靠近该部位时，

该传感器即被激活，开始工作，并通过射频链路将所得数据发回给探测器，然后

再重新进入睡眠状态。使用一个带有天线的传感器和一个异频雷达收发机来完成

这项功能。

举个例子，由于腹部长了一个大动脉瘤，要求切除一部分脆弱的动脉，

用人工合成的管状器官来替代。这时，可以在手术的过程中植入一个传感器，用

来监视手术部位的压力泄漏。

“临时性”插入传感器

这类传感器要求能够通过切口插入体内（典型的方式是通过导管插入）。

和植入式传感器相比，这种传感器的危险性不高。

这种传感器的应用也很敏感，同样需要食品及药物管理局的批准才能使

用。根据外科手术的不同，这些传感器可能会发挥几分钟到几个小时的功效。在

理想情况下，这些传感器不需要外部动力进行驱动，但是如果必要的话，也可以

通过外部途径进行驱动。

可以将一对匹配的热敏电阻连接到导管的顶端。通过测量血液的流速，

热敏电阻可以将导管引入心脏的不同位置。可以利用线圈对它们进行加热，或者

用冷盐水冲洗的方式来测量血液流速。当用冷盐水冲洗时，第一个传感器测得的

温度要比第二个传感器低，这是因为当盐水到达第二个传感器时，盐水已经被流

动的血液加热了。由于两个温度传感器的间隔距离是已知的，而且盐水的温度和

量是可控的，因此可以通过读取两个传感器的输出数据差来计算血液流速。当用

冷盐水时，这些热敏电阻不需要外部的动力。图3所示的即为这一类型的传感器。

导管消融传感器是另一种用切割方式“临时性”插入的传感器，可利用

它进行特殊的治疗或是在治疗过程中采取某种紧急措施。消融术是一个通过有选

择地杀死某个组织来生成新疤痕组织的过程，这样做的目的是要在心脏内设置不

同的路线发送神经脉冲，进而医治心率失常的疾病。射频能量经常被用于消融过

程。实施消融术的关键是要注意导管头对目标组织所施加的力不能超过事先设定

的值，以避免刺穿目标组织。微熔术传感器技术是利用一个空间受力感应系统从

三维空间同时测量