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“军事医学电子工程”的若干研究方向与发展

来源:第四军医大学学报 作者:王健琪杨国胜董秀珍 2004-9-23
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摘要: 0引言现代战争特点和模式的发展与变化,使军事医学中高技术含量不断加大,大量的高新技术,特别是现代电子技术应用到军事医学的各个领域,促进并支持着军事医学的发展,满足和适应着各种新的卫勤保障需要。之所以形成“军事医学电子工程”这一新兴学科分支,是因为其不仅是电子技术与医学的交叉,而且是与军事医学的交叉......


  0 引言

  现代战争特点和模式的发展与变化,使军事医学中高技术含量不断加大,大量的高新技术,特别是现代电子技术应用到军事医学的各个领域,促进并支持着军事医学的发展,满足和适应着各种新的卫勤保障需要.之所以形成“军事医学电子工程”这一新兴学科分支,是因为其不仅是电子技术与医学的交叉,而且是与军事医学的交叉,它所服务的对象,应用的领域和环境都具有特殊性.“军事医学电子工程”以传感器技术、微电子技术、计算机技术和现代通信技术等为其主要技术支柱,应用到战时的伤员生理监测、急救、监护、检验、核生化侦检、卫勤信息指挥系统等各个方面,下面以这些技术为主要线索分类,讨论其在“军事医学电子工程”的几个主要领域中的应用研究方向与发展.

  1 生物医学传感器技术

  传感器技术历来都是军事医学电子工程领域研究的前沿,与平常临床所使用的各种医用传感器相比,用于战场卫生支援的各类传感器有其特殊性,由于它的使用环境复杂,条件恶劣,运动频繁,所以高可靠、高抗干扰、最大限度降低使用条件要求、非接触式的生物医学传感器,一直是研究者所追求的目标.各类物理、化学和生物传感器在军事医学领域都具有广泛的应用.

  物理传感器在军事医学中,主要用来监测士兵的生命体征(脉搏、血压、体温等)[1],以准确掌握作战士兵的生理状态,这些指标在临床上监测虽已非常成熟,但在战场上长期监测运动中的士兵,仍需克服一些技术上的难点.首先传感器与士兵的直接或间接接触,必须非常可靠,在不影响战士作战的前提下,不能因为脱落或错位等影响监测效果;其次传感器必须能适应复杂的环境条件(高温、低温、防水、汗渍、灰尘、电磁干扰等);再次能提供直接性被监测指标,以减轻后续处理的硬件开销.正因为如此,柔性阵列传感器技术、非接触式光电传感器技术、智能化、数字化传感器技术是人们关注的焦点.如美军使用高灵敏度震动传感器,获取心跳引起的微弱振动,从而提取心率指标,以从战场上大量的伤亡战士中探测存活者.其“生命支持及后送系统”(LSTAT),使用皮肤传感器持续监测伤员的各项关键生理指标.美国Adelpih,Md军事研究实验室研制一种简单的充满液体的声学传感器垫,放在伤员的胸部或担架下层,以监测伤员后送过程中的呼吸和脉搏[2~3].

  生化传感器技术是一项重要的高新技术,在军事医学中主要用于野战救治中快速检验伤员的生化指标,探测生物和化学毒剂,是世界各国军事医学领域集中研究的焦点之一.野战救治的临床检验,追求实时、快速,同时对检验设备要求小巧、灵活、方便.因此,一些平时临床检验的方法和设备,在野战时显得不能适应,这就对生物传感器提出了更高的要求.酶传感器作为生物传感器的先驱,发展到现在的光寻址电位传感器(LAPS),生物传感器继续向微型化、多参数、可重复使用、可重复生产的方向发展.在生化战剂侦检方面,响应时间比高灵敏度更为重要,是减少伤亡的关键,因此受体生物传感器是研究重点,抗体光纤生物传感器,核酸探针生物传感器,由于对病毒、细菌的高度特异性和核酸探针功能,因此也倍受关注.美军佩戴在士兵作战服上的环境传感器,可提高单兵检测化学和生物战剂的能力,同时可避免中暑、冻伤等环境条件所致病伤,其LSTAT系统,同样具备生化战剂及环境状况监测功能,并能及时调节系统内部空气,隔离外部环境,确保伤员安全.美军研制的各类各范围生化战剂探测仪,大多采用多路生化传感器,并配备有生化战剂图示及辅助决策系统.

  2 微电子技术

  本世纪90年代以来,微电子技术迅猛发展,特别是超大规模集成电路技术的发展,使原来需几块,甚至几十块集成电路芯片来共同完成某项功能的系统,只需一块微小芯片即可完成,从而大大缩小了系统的体积、降低了功耗、提高了系统的可靠性.这正是军事医学领域中,野战医用电子装备所追求的目标,由于战时和战场的特殊性,野战医用电子装备追求微型化、智能化,又由于整体的较强的卫生力量,难以靠近前沿,因此前线的战伤救治,大多以单兵自救和互救来完成,这就需要研制一些能单兵使用的电子卫生装备.因此缩小体积、降低功耗,是该领域的科研人员永无止境的追求.

  选用市场上的大规模集成电路,经系统优化设计,研制野战医用电子装备,仍是投资少、周期短、深受欢迎的一种方式.专用集成电路(ASIC)技术的发展和实用,使研制者能够自己设计,并制作某种专用集成电路,从而使以前需一台整机所完成的功能,现在只需一块芯片即可完成,因而倍受关注.集机、电、磁、光、化学、计算机、传感器与信息处理一体化的微型电子机械系统(MEMS),是当今世界普遍关心的技术之一,它集微型化与智能化于一体,可将一台复杂的野战医用电子装备,制作成一个香烟盒、一块军表、甚至一支钢笔大小.

  美军利用微电子技术研制的微型血样分析器,可在战争条件下即刻进行血液分析,其体积小于小巧的女用手持电话;心电图机体积小于巧克力盒;配戴于手腕或手指上的脉搏监测仪,像平装书一样大小的自动去颤器;轻便数字X线机,可用于战场查明肌肉、骨骼、神经、血管等损伤情况;小型B超,以及正在研制的手持磁共振成像扫描仪等;都大量的采用了微电子技术和MEMS技术[4,5].

  3 野战医用计算机技术

  计算机技术作为现代高新技术的一种标志,也迅速渗透到卫勤保障的各个领域和环节,它主要体现在卫勤指挥自动化系统和各类野战医用电子装备这两个大的方面,前者以台式机和便携机为主要形式,后者以手持机或单片机为主要形式.


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