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军事医学电子工程 的若干研究方向与发展

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   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

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