醫(yī)用光學(xué)傳感器是傳感器中的重要成員。本文對光電倍增管、光纖和CCD這三種醫(yī)學(xué)常用的新型光學(xué)傳感器以及它們在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用情況加以簡要介紹。從它們的科學(xué)性和實(shí)用性可以表明醫(yī)用光學(xué)傳感器廣闊的發(fā)展前景。

醫(yī)用傳感器是醫(yī)學(xué)測量儀器的第一環(huán)節(jié)，是醫(yī)學(xué)儀器與人體直接耦合關(guān)鍵的器件。可以說，它在從定性醫(yī)學(xué)走向定量醫(yī)學(xué)發(fā)展過程中起到了重要的作用。光學(xué)傳感器是從物理傳感器中發(fā)展起來的，而在其與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的應(yīng)用方面更有待于進(jìn)一步完善和推廣。光學(xué)傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，它的突出優(yōu)點(diǎn)是：速度快、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單以及由于具有很強(qiáng)的抗干擾能力而形成的高可靠性［1］。

1.光電倍增管

光電倍增管主要用于放射醫(yī)學(xué)的測量儀器。它是根據(jù)光電效應(yīng)原理制成的，屬于外光電效應(yīng)器件，其內(nèi)部有一個(gè)易于發(fā)生光電效應(yīng)的陰極、一個(gè)陽極和若干個(gè)中間電極（通常為7～11個(gè)，它們的電勢一個(gè)比一個(gè)高約100 V左右）。γ射線射到熒光體，且使其產(chǎn)生熒光，熒光通過光敏層、反射體等，收集發(fā)射到陰極上并能夠打出一些光電子，其數(shù)量與光強(qiáng)度成正比。這些光電子經(jīng)過中間電極的加速和逐級(jí)增加二次電子后，落到陽極上的二次電子比陰極發(fā)射的光電子增加了幾百萬倍，進(jìn)而達(dá)到倍增的目的［2,3］。

在影像診斷中，需要測量引入人體內(nèi)部某一位置的放射性同位素的γ射線。這一工作從前需用電云室、蓋革計(jì)數(shù)器來完成，而當(dāng)前多用光電倍增管和加在其前面的閃爍晶體（用鉈活化的碘化鈉晶體）連接起來，成為閃爍計(jì)數(shù)器，也稱為γ射線計(jì)數(shù)器。當(dāng)γ射線射到晶體碘化鈉上，晶體受激后會(huì)發(fā)光。發(fā)出的光脈沖射到光電管的陰極上，從而在陽極上得到增加了10⁵～10⁶倍的輸出脈沖電流。此電流經(jīng)過放大、記錄，用來反映入射γ射線的強(qiáng)度。目前使用這種閃爍計(jì)數(shù)器制成的射線探測儀器種類很多，例如吸碘功能儀、腎功能測定儀、掃描機(jī)及γ照相機(jī)等。

以光電管為核心組成的閃爍計(jì)數(shù)器主要用在探測γ和β射線，有時(shí)也用來探測β射線和中子。液體閃爍計(jì)數(shù)器主要用來探測很弱的低能β射線。當(dāng)放射性同位素31H發(fā)出的β射線射到熒光液體中，有兩個(gè)光電倍增管同時(shí)探測β射線，其效率更高。具體應(yīng)用時(shí)只需把γ射線探測器放在生物體外的某一位置上，就可以測到由體內(nèi)標(biāo)記化合物發(fā)出的帶有生物體某些信息的量，從而可根據(jù)射線量做出某種診斷。以吸碘功能儀為例，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。甲狀腺發(fā)出的射線經(jīng)探頭（閃爍計(jì)數(shù)器）變?yōu)殡娒}沖。脈沖放大后進(jìn)入單道分析器，選擇出射線能量相對應(yīng)的電脈沖，最后作定時(shí)或定量顯示。

圖1.吸碘功能儀結(jié)構(gòu)框圖

另外，從體外探測放射性物質(zhì)在體內(nèi)情況的顯像裝置有γ掃描機(jī)和γ照相機(jī)兩種。γ掃描機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)只探測體內(nèi)一個(gè)小區(qū)域中發(fā)出的γ射線，用逐點(diǎn)、逐行掃描的方式來獲取物質(zhì)在體內(nèi)某個(gè)部位分布的整個(gè)圖像。γ照相機(jī)可同時(shí)探測到體內(nèi)某個(gè)部位中各處發(fā)射的γ射線，且能區(qū)別出發(fā)射的位置，再通過積累γ射線的計(jì)數(shù)而得到放射性物質(zhì)的分布圖像。相比之下，γ照相機(jī)的靈敏度較高。

2.光纖傳感器

光纖傳感器在觀察體內(nèi)器官，傳遞形態(tài)學(xué)檢查圖像中起到重要作用。它一般是由光纖和光電器件組成。光纖是由纖維芯和覆蓋層組成的。光纖的直徑多為10～200 μm，長度因用途而異。纖維芯的材料一般用多成分玻璃或塑料制成，而覆蓋層用折射率低的玻璃或其它材料。為了將光從光纖的一端傳到另一端，外部射入光線的入射角應(yīng)滿足全反射的基本條件。此外，還要避免光在一定的傳播距離內(nèi)，纖維芯的吸收、散射及彎曲處的輻射而造成能量被耗盡的情況。光在纖維芯中傳播時(shí)損失多少，則與纖維成分和光波 波長有關(guān)。