解析医用光学传感器及其应用

下面以光纤体压计为例，简要介绍其装置及原理。

光纤体压计可以测量人体内各部位的压力，如膀胱、尿道和直肠等部位的压力 ，甚至颅内和心血管（尤其是动脉和心室）压力也可以用光纤体压计来测量。 图2为一种医用光纤体压计探针结构图，其中对压力敏感的部分是在探针导管末端侧壁上的一块防水薄膜。一面带有悬臂的微型反射镜与薄膜相连。反射镜 对面是一束光纤，用来传递入射光到反射镜，同时也将反射光传送出来。当薄膜上有压力作用时，薄膜发生形变且能带动悬臂使反射镜角度发生改变。从光纤传来的光束照射到反光镜上，再反射到光纤的端点。由于反射光的方向随反射镜角度的变化而改变，因此光纤接收到的反射光的强度也随之变化。这一变化通过光纤传到另一端的光电探测器变成电信号，这样通过电压的变化便可知探针处的压力大小。

图2.光纤体压计探针

医用光纤传感器种类还有很多，如光纤测氧计、光纤血流计、纤体温计和光纤医用PH计等。目前，它们的研究与应用正受到广泛的重视，种类也日趋繁多，功能和质量也不断完善，从而越来越显示出光纤传感技术在这一领域中应用的广阔前景。

3.CCD电荷耦合器件

CCD（Charge Coupled Device）的工作原理为：在N型、P型硅衬底的表面上，有一层SiO2绝缘层，在其上淀积一组排列整齐、相距很近的栅极。在栅极的作用下，半导体表面形成深耗尽状态。图像的光照射在半导体表面上，光子被吸收产生“光生电子”。该电子数正比于受光强度，从而实现了光电转换。输出脉冲的顺序可以反映出光敏元件的位置，这就起到图像传感的作用。如果希望对图像进行计算机处理，CCD是很好的摄像器件，可以将拍摄的图像信息精确的转换为数字信号。

CCD电荷耦合器件自70年代出现后，不断完善，发展很快，出现了很多的CCD芯片。它们突出的优点是工作稳定、重量轻、功耗低、抗干扰性强、寿命长，主要被应用于各种摄像设备中［7］。由于CCD体积小，因此在内窥镜中和介入型治疗仪器中，作为摄像部件可直接放入人体内摄取信号，再将传出的信号由屏幕显示出来，方便操作者直接看到病人体内的图像，使形态性病变的诊断和定位变得非常清楚、可靠。

4.医用光学传感器的发展方向

由于半导体技术已进入了超大规模集成化阶段，对医用光学传感器的各种制造工艺和材料性能的研究已达到相当高的水平。因此可以预测它正向着传感器的固态化、集成化和多功能化、二维、三维的空间测量和智能化方向发展。我们可以想象将来有一天，人们可以利用光纤和先进的半导体激光器件开发出多信息超小型传感器阵列，再利用多种信息同时测量技术，通过导管探针可以从心脏里同时获得测量有关心功能的多种信息。

作者简介：王 晨光（1966年生），男，哈尔滨医科大学物理教研室讲师，从事医用传感器设备开发与临床应用研究.

参考文献：

［1］ 姜远海，等.医用传感器［M］.北京：科学出版社，1997.1.

［2］ 刘骥，等.医用电子学［M］.北京：人民卫生出版社，1983,292-293.

［3］ 魏崇卿.医用电子学简明教程［M］.北京：北医大,协和联合出版社，1994,198.

［4］ 胡国虎.医学电子学［M］.重庆：重庆大学出版社，1989.171-173.

［5］ 王化祥，等.传感器原理及应用［M］.天津：天津大学出版社，1988,5-6;325-327.

［6］ 张国顺，等.光纤传感技术［M］.北京：水利水电出版社，1988,362-373.

［7］ 王信义.机电一体化技术手册(上册)［M］.北京：机械工业出版社,1996,5-65.

［8］ 王洪业.传感器技术［M］.长沙：湖南科学技术出版社，1985,250-251.