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生物医学传感器与检测技术

演讲人:

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目录

CATALOGUE

02

传感器分类体系

03

核心技术原理

04

医疗检测应用领域

05

技术挑战与案例

06

未来发展趋势

01

技术基础概念

01

技术基础概念

PART

传感器定义与功能特性

传感器是一种能将感受到的被测量(如力、光、热等)转换成可测量、可传输、可处理的电信号或其他形式信号的装置。

传感器定义

功能特性

生物医学应用

传感器具有灵敏度、精度、响应速度、稳定性、线性度等特性,这些特性决定了传感器的测量范围和精度。

在生物医学领域,传感器被广泛应用于生理参数测量、疾病诊断、药物监测等方面,如心电图、血压计、体温计等。

生物信号测量系统组成

信号获取

信号滤波

信号放大

信号处理与分析

通过传感器将生物体产生的生理信号转换为电信号或其他可处理信号。

由于生物信号通常比较微弱,需要经过放大才能进行分析和处理。

通过滤波技术去除信号中的噪声和干扰,提高信号质量。

对滤波后的信号进行进一步处理和分析,提取有用信息并做出诊断。

采集样本

从患者身上采集血液、尿液、组织等样本,用于后续检测。

样本处理

对采集的样本进行适当处理,如离心、分离、稀释等,以便于后续检测。

样本检测

利用生物医学传感器对样本进行检测,得到相关生理指标或疾病标志物。

结果分析与诊断

根据检测结果,结合患者的临床表现和其他检查指标,进行综合分析并做出诊断。

医疗检测技术工作流程

02

传感器分类体系

PART

测量体内或体外化学物质浓度,如离子、酶、激素等。

生物化学传感器

测量物理量,如温度、压力、位移、声音、光等。

生物物理传感器

01

02

03

04

测量心率、血压、血氧、血糖等生理指标。

生理参数传感器

测量力、运动、平衡等生物力学参数。

生物力学传感器

按生物测量对象分类

按使用场景区分层级

体外传感器

放置于人体外部,通过无创方式测量,如心电图传感器、脉搏传感器等。

01

体内传感器

植入体内,用于监测生理参数和生物化学反应,如血糖传感器、颅内压传感器等。

02

在线传感器

实时监测生物体内或生物体外的生理参数,如连续血压监测、血氧监测等。

03

离线传感器

采集样本后进行测量,如血液生化分析、组织切片检查等。

04

主流传感原理技术列示

电化学传感器

机械传感器

光学传感器

热敏传感器

利用生物体内或体外的电化学反应进行测量,如离子选择性电极、酶电极等。

利用光与生物组织的相互作用进行测量,如荧光、吸收、散射等,如血氧传感器、光纤传感器等。

利用力学原理进行测量,如压力传感器、加速度传感器等。

利用生物体或生物分子的热效应进行测量,如热敏电阻、热电偶等。

03

核心技术原理

PART

生物信号转换机制

生物电信号

生物化学信号

生物力学信号

光学信号

生物体通过离子交换产生微弱电信号,如神经传导、肌肉收缩等。

通过化学反应产生信号,如酶活性、蛋白质合成等。

生物体运动、形变等力学特性的检测,如肌肉收缩、血管搏动等。

生物体吸收、散射、荧光等光学特性在生物医学中的应用。

多个传感器组合使用,以提高数据采集的精度和可靠性。

传感器阵列

数据采集处理模块

微弱生物信号需要经过放大和滤波,以提高信噪比。

信号放大与滤波

将连续信号转换为数字信号,便于计算机处理和分析。

数据采集

包括去噪、基线漂移校正、信号特征提取等,以提高数据质量。

数据预处理

屏蔽技术

采用金属屏蔽层、屏蔽箱等措施,减少电磁干扰对信号的影响。

差分输入

通过差分输入方式,有效抑制共模干扰,提高信号质量。

环境控制

对实验环境进行温度、湿度、压力等参数的监测和控制,以减少环境因素的干扰。

干扰源识别与消除

通过分析干扰源特性,采取相应措施进行消除或抑制,如使用滤波器、去噪算法等。

环境干扰抑制设计

04

医疗检测应用领域

PART

疾病诊断标志物检测

蛋白质标志物

小分子标志物

核酸标志物

细胞标志物

如肿瘤标志物、心血管疾病标志物等,通过检测其含量或结构异常,辅助疾病诊断。

如病毒DNA/RNA、基因变异等,用于感染性疾病、遗传性疾病等的诊断。

如代谢物、药物及其代谢产物等,可反映机体代谢状态或药物作用效果。

如细胞表面抗原、细胞内蛋白等,用于细胞免疫分型、肿瘤细胞识别等。

健康监护连续监测

生理参数监测

长期健康监测

运动状态监测

睡眠质量监测

如心率、血压、血氧饱和度等,实时监测患者生命体征,及时发现异常。

如血糖、血脂、尿酸等慢性病的长期监测,以及健康人群的健康管理。

通过加速度传感器、陀螺仪等,实时监测运动姿态、步数、速度等,评估运动效果。

通过睡眠监测设备,记录睡眠时长、深度睡眠和浅睡眠周期等,评估睡眠质量。

手术导航设备集成

光学导航

如红外导航、荧光导航等,利用光学原理实现手术器械的精确定位和手术过程的可

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