集成电路在医疗中的应用
随着技术的发展，越来越多装载着集成电路芯片的设备被应用于医疗领域，帮助医生更好地诊断疾病，极大地提高了诊断的直观性，准确性。
目前主要包括，经典医疗电子设备，医疗成像设备，医疗监护仪，医疗电子装置以及医疗机器人。
一．医疗成像设备
1.CT（计算机断层扫描）
CT成像是利用计算机处理技术与X射线成像原理，从不同的角度形成被扫描物体特定区域的层析成像，如此可以在不用切割的情况下看见物体的内部情况。
数字图像处理可以产生被扫描物体内部三维图像。X射线CT是医学成像最常见的应用，它的横截面图像可以应用于多种医学诊断。
（CT工作原理图）
因为不同身体结构阻碍X射线的程度不同,CT能够产生一系列的可操作数据来判定不同的身体结构。
尽管成像以横断面或者轴线的形式呈现,即垂直地呈现人体的构造,但现在的图像处理技术能够通过这一系列数据重构断面甚至用3D形式展现身体结构。
除了医学方面,CT还应用于其他领域,如材料无损检测、考古应用
2.B超
B型超声波成像仪（简称B超）是一种高频率声波二维成像系统。
该技术最早出现在年，由英国苏格兰格拉斯哥大学的伊恩·唐纳德教授发明。最开始出现的是A超，主要用于测量肿瘤大小等。
在B超的作用下各器官的详细图像能够清晰地显示出来，为医学诊断提供了直观可靠的依据，因此B超技术被广泛应用于妇产科检查，血管疾病检查，乳腺检查等检查。
随着科技的发展，彩色B超，三维B超，四维B超相继出现，所呈现的图像细节也越来越精准。
(B超工作原理图）
3.MRI
这里所讲的MRI主要是指一项应用放射学的医疗成像技术。
它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建人体信息，从而判断出身体健康状况。
MRI已被证明是一种高度通用的成像技术，除医疗领域外，还可应用于强磁场领域，无线电波领域等。
（核磁共振系统的组成）
二．经典医疗电子设备
1.X光机
X射线是一种高能量光子束，波长极短，穿透能力极强。当X射线穿透人体时，不同的人体组织对X射线具有不同的吸收率。
基于X射线原理设计生产出来的X光机很快成为医学中的重要诊断工具，被广泛应用于骨折与肠胃等疾病的诊断。
如今,在X光机领域中,数字化X光机具有快捷的拍片效率、较低的射线剂量、优质的成像效果等突出优点,逐渐淘汰了传统的胶片式X光机。
数字化X光机系统主要由诊断床、高频逆变电源、控制台、图像处理计算机系统四部分组成。
（X光的工作结果）
2.心电图仪
心电图仪,是一种在人体体表放置电极,通过这些电极检测心脏信号的仪器。
这些电极检测在每个心跳期间由心脏肌肉的去极化和复极化的电生理模式引起的皮肤上的微小的电位变化。
目前心电图机已经被医学界广泛应用,在心脏检测项目中具有不可替代的地位。
心电图机发展历史悠久。年,第一次记录了在人体心脏跳动期间,由于心肌搏动引起的人体皮肤表面的电位变化,此次记录被认为是人类的第一张心电图。
经过大量的临床研究以及动物实验,科学家们将心电信号与心脏活动联系起来,成功地解读了心电图。
（心电图的系统结构图。）
三．医疗监护仪
医疗监护仪是一种可以观察疾病情况或实时监测部分医学参数的电子设备。
通过对患者生命体征的连续监测,医护人员能够更好地对患者的身体状况做出正确的判断,并确定适当的治疗方案。
医疗监护仪根据功能可分为三类
1.床边监护仪
直接与卧床的患者相连实时监测患者病情
2.离院监护仪
体积相对较小,便于随身携带,可收集患者一定时间内的病情信息或数据
3.中央监护仪
通过网络可以同时监测多个对象。
预置的传感器可以进行多种生理参数的检测。
生物医学信号通过预处理模块转换成为电信号之后,交由信号处理系统做出处理和判断,进行包括干扰抑制、信号滤波和放大等二次处理之后的电信号可通过显示装置直观地显示出来;
然后,经过采样、量化和各种计算分析,将结果与报警装置中设定的阈值进行比较,当有危急情况出现时,报警装置即可自动通知医护人员。
除此之外,记录装置还可将检测到的数据存档,方便医护人员了解病人身体情况的变化。
如果有的参数需要被实时监护,内置的控制系统能够实现实时监护的功能。
（医疗监护仪的典型系统结构图）
四．医疗电子装置
医疗电子装置(MedicalElectronicDevices)种类繁多,这里仅介绍电子血压计、血糖仪和脉搏监测器。
1.电子血压计
电子血压器是现代家庭常备的利用现代电子技术测量血压的医疗仪器。并具有操作简便、可家用自测等优点。
电子血压计是全自动智能电子设备,主要包括液晶显示屏、充气泵与气管、压力传感器、控制器模块等。
控制器模块般采用单片机芯片作为控制核心,通过压力传感器测量气压,根据相应算法确定实际舒张压和收缩压,最终显示在液晶屏上。
电子血压计今后的发展方向多为提高精确度和便携度,方便更多的人随时随地测量血压与预防疾病
2.血糖仪
血糖仪是测量血糖的电子仪器,尤其方便患者检测血糖浓度并采取正确的措施预防危险发生。
血糖仪具有微创、无创的特点,多用固定偏压激发测试试纸与血液发生电化学反应并得到电流信号,再由芯片测量电流信号,然后进行运算并以数字输出
实现数据在线共享、动态血糖监测、无创血糖监测是当代血糖仪发展的主要方向,在方便使用的同时,将进一步提高测量精度、稳定性与性价比。
3.脉搏监测器
脉搏检测器通过实时监控脉搏状况来快速发现病情,特别是心血管疾病,以达到保护人体健康的目的。
脉搏监测器主要由传感器、控制单元、显示模块三部分组成。控制单元主要采用单片机,读取传感器数据,确定并显示脉搏数,在出现异常时给出提示或警告。
目前脉搏监测多整合在其他可穿戴设备中,例如运动手环中。除脉搏监测,手环还能监测心电信号、呼吸率等。
五．医疗机器人
医疗机器人是指专门服务于医疗科学领域,用以协助某些特定医疗行为的机器人。
医疗机器人可用于辅助外科手术、定位体内微损伤位置、诊断,以及病后的康复和护理等多个医疗健康领域。
它将电子、机械、计算机和医疗学科相结合,是多学科交叉融合的研究成果,可以极大地提高医疗部门的工作效率。
目前,医疗机器人种类繁多,组成结构也不一致,主要包括医生操作台、机械臂系统、成像系统、传感系统、通信系统、数据处理与分析系统等。
其中成像系统、通信系统、数据处理与分析系统主要由核心处理器和图像处理芯片构成,传感系统包括目前具有巨大市场的MEMS医疗传感器。
20世纪90年代,美国加州放射医学中心研发出了首个手术机器人PUMA,它可以辅助医生进行神经外科活检手术。
PUMA的出现,开启了机器人应用于医疗领域的大门。在PUMA之后,根据服务对象和工作内容的不同,具有不同功能和用途的医疗机器人被不断开发出来。
（首个手术机器人PUMA）
1.例如在微创手术中,外科医生可以通过操控手术机器人进行微创操作,从而提高手术的效率和成功率。
2.而在术后患者的康复过程或者残疾人群的日常生活中,康复机器人可以极大地减轻护理人员的工作压力。
3.服务性机器人主要有给药自动化机器人、轮椅机器人、救援机器人、转运机器人、消*机器人、护士机器人等,主要用来代替人做一些简单重复性以及人力做起来费力的事情。
经过将近30年的发展,医疗机器人不断得到改进和发展,目前已经出现了较为成熟和完备的医疗机器人系统。
其中典型的代表就是由美国IntuitiveSurgical公司开发出的达芬奇外科手术机器人系统,它主要由外科医生控制台、机械臂和成像系统组成。
（达芬奇外科手术机器人）
随着人工智能时代深度学习研究的迅速发展,用于疾病诊断的医疗机器人必将成为未来医疗机器人研究的主要领域。
（文章内容来自《集成电路产业全书》侵删）
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇