Bioinstrumentace - Bioinstrumentation

Bioinstrumentace nebo Biomedicínské vybavení je aplikace biomedicínské inženýrství, která se zaměřuje na zařízení a mechaniky používané k měření, hodnocení a léčbě biologických systémů. Zaměřuje se na použití více senzorů k monitorování fyziologických charakteristik člověka nebo zvířete. Takové vybavení vzniklo jako nutnost neustálého sledování životních funkcí Astronauti v době NASA je Rtuť, Blíženci, a Apollo mise.[1][pochybný – diskutovat]

Bioinstrumentace je nový a nadcházející obor, který se soustředí na léčbu nemocí a na propojení technického a lékařského světa. K většině inovací v oboru došlo za posledních 15–20 let. Bioinstrumentace přinesla revoluci v lékařské oblasti a výrazně usnadnila léčbu pacientů. Přístroje / senzory převádějí signály nalezené v těle na elektrické signály.[2] V rámci bioinstrumentace existuje mnoho podpolí, které zahrnují: biomedicínské možnosti, vytvoření senzoru, genetické testování a dodávku léků.[3] Další oblasti strojírenství, jako je elektrotechnika a informatika, souvisí s bioinstrumentací.[2]

Bioinstrumentace byla od té doby začleněna do každodenního života mnoha jedinců s rozšířením pomocí senzorů chytré telefony schopné měření Tepová frekvence a nasycení kyslíkem a široká dostupnost fitness aplikace, s více než 40 000 aplikacemi pro sledování zdraví iTunes sama.[4] Popularitu si získaly také sledovací zařízení na zápěstí,[5] se sadou palubních senzorů schopných měřit biometrii uživatele a předávat je do aplikace který zaznamenává a sleduje informace pro vylepšení.

Dějiny

Biomedicínské inženýrství a bioinstrumentace jsou nové pojmy, ale praxe za nimi existuje již mnoho generací. Od počátku lidského druhu lidé používali to, co jim bylo k dispozici, k léčbě lékařských nehod, se kterými se setkali. Biomedicínské inženýrství bylo nejrozvinutější v devatenáctém století. V posledních letech si biomedicínské inženýrství získalo popularitu a zaměřilo se na vytváření řešení problémů ve fyziologii člověka. Od té doby vynálezy jako rentgenové záření a stetoskopy pokročily a přinesly revoluci v lékařské oblasti.[6]

Vesmírný let

Bioinstrumentace byla poprvé vyvinuta NASA vážně během jejich raných vesmírných misí, aby lépe pochopila, jak byli lidé ovlivněni vesmírným letem. Tato časná pole senzorů bioinstrumentace postavená NASA neustále sledovala astronauty EKG, dýchání a tělesná teplota; a později měřeno krevní tlak.[7] To lékařům umožnilo sledovat vitální znaky astronautů na možné problémy. Údaje převzaté z bioinstrumentace EKG Apollo 15 ukázaly období srdeční arytmie, kterou lékaři a plánovači používali ke změně očekávané zátěže, stravy a léků v palubních lékařských soupravách.[1]

Obvody / tvorba senzorů

Senzory jsou nejznámějším aspektem bioinstrumentace. Zahrnují teploměry, mozkové skeny a elektrokardiogramy. Senzory přijímají signály z těla a zesilují je, aby je mohli inženýři a lékaři studovat. Signály ze senzorů jsou zesilovány pomocí obvodů. Obvody přijímají zdroj napětí a upravují je pomocí odporů, kondenzátorů, tlumivek a dalších komponent. Poté vypustili určité množství napětí, které se používá pro analýzu. Data shromážděná pomocí senzorů se často zobrazují v počítačových programech. Toto pole bioinstrumentace úzce souvisí s elektrotechnikou.[3]

Aktuální použití

Fitness trackery

Bioinstrumentace na komerčním trhu zaznamenala velký nárůst v oblasti nositelná zařízení, přičemž sledovací zařízení na zápěstí prudce vzrostla z tržní hodnoty 0,75 miliardy amerických dolarů v roce 2012 na 5,8 miliardy amerických dolarů v roce 2018.[5] K návrhům smartphonů byla přidána také bioinstrumentace, přičemž smartphony jsou nyní schopné měřit srdeční frekvenci, hladinu kyslíku v krvi, počet provedených kroků a další v závislosti na zařízení.

Biomedicínská optika

Biomedicínská optika je oblast provádění neinvazivních operací a postupů u pacientů. Toto bylo rostoucí pole, protože je jednodušší a nevyžaduje otevření pacienta.[3] Biomedicínská optika je umožněna zobrazováním, jako jsou skenování CAT (počítačová axiální tomografie).[8] Jedním z příkladů biomedicínské optiky je oční chirurgie LASIK, což je laserová mikrochirurgie prováděná na očích. Pomáhá napravit vícečetné oční problémy a je mnohem jednodušší než jiné operace.[8] Mezi další důležité aspekty biomedicínské optiky patří mikroskopie a spektroskopie.[9]

Genetické testování

Pro genetické testování lze použít bioinstrumentaci. To se provádí pomocí chemie a lékařských nástrojů. Odborníci v této oblasti vytvořili nástroje pro analýzu tkání, které mohou porovnávat DNA různých lidí. Dalším příkladem genetického testování je gelová elektroforéza. Gelová elektroforéza používá vzorky DNA spolu s biosenzory k porovnání sekvence DNA jednotlivců.[8] Dva další důležité nástroje podílející se na genomovém pokroku jsou technologie microarray a sekvenování DNA. Mikročipy odhalují aktivované a potlačované geny jednotlivce. Sekvenování DNA používá k určení nukleotidů přítomných v různých řetězcích DNA lasery s různou vlnovou délkou. Bioinstrumentace změnila svět genetického testování a pomáhá vědcům lépe porozumět DNA a lidskému genomu než kdykoli předtím.[8]

Stroje na výdej a pomoc s drogami

Stroje na dodávání a napomáhání drog byly bioinstrumentací výrazně vylepšeny. Byly vytvořeny pumpy pro podávání léků, jako je anestézie a inzulín. Předtím by pacienti museli častěji navštěvovat lékaře, ale s těmito pumpami se mohou léčit rychleji a levněji. Mezi pomocné stroje patří naslouchadla a tvůrci tempa. Oba používají senzory a obvody k zesílení signálů a odhalení případných problémů s pacientem.[3]

Zemědělství

Bioinstalace se v zemědělství velmi využívají k monitorování a vzorkování půdy a také k měření růstu rostlin. Biotechnologie v zemědělství vyžaduje manipulaci se složenými rostlinnými genomy, která se provádí pomocí komplexního vybavení. Zařízení jako tenzometry se používají k měření obsahu vlhkosti v půdě, což pomáhá udržovat nejpříznivější podmínky pro růst plodin. Připojením elektrického převodníku k němu lze v pravidelných intervalech sledovat údaje o plodinách, pokud jde o půdní vlhkost a vodní profil.[8]

Botanika

V oblasti botaniky jsou k měření trávení rostlin široce využívány bioinstrumenty. Monitor fotosyntézy PTM-48A se používá k registraci fyziologických vlastností rostlin, jako je obchod s oxidem uhličitým, vlhkost listů, čistá fotosyntéza a vodivost ve stomatu.[8]

Zobrazovací systémy

Bioinstruments, jako je ChemiDoc Touch framework, je zobrazovací systém pro elektroforézu a Western blot zobrazování integrovaný s dotykovou obrazovkou na superpočítači. Využívá aplikační zásobníky pro chemiluminiscenční a UV identifikaci, které nabízejí vysokou citlivost a kvalitu obrazu.[10]

Plány do budoucna

S rychlým růstem oborů biomedicínského inženýrství a medicíny bude bioinstrumentace pokračovat v pokroku. Hlavním zaměřením oboru je učinit lékařský svět rychlejším a efektivnějším. Díky významným technologickým vylepšením a tomu, jak vědci chápou lidské tělo, bude pole nadále růst. Mezi hlavní zaměření pro budoucnost oboru patří roboti a mobilní skenovací zařízení.[6]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Luczkowski, Stanley. SP-368 Biomedicínské výsledky Apolla. Lyndon B. Johnson Space Center: NASA. str. Kapitola 3.
  2. ^ A b „Bioinstrumentace“. Berkeley Bioengineering. University of California. Citováno 28. března 2018.
  3. ^ A b C d „Co je to Bioinstrumentace?“. moudrýGEEK. Conjecture Corporation. Citováno 30. března 2018.
  4. ^ Sullivan, Alycia (leden 2017). „Změna chování s fitness technologií u sedavých dospělých: přehled důkazů o zvýšení fyzické aktivity“. Hranice ve veřejném zdraví. 4: 289. doi:10.3389 / fpubh.2016.00289. PMC  5225122. PMID  28123997.
  5. ^ A b „Globální trh s nositelnými technologiemi 2012–2018 | Statistika“. Statista. Citováno 2018-04-02.
  6. ^ A b „Historie biomedicínského inženýrství“. Biomedicínské. bmecentral.com. Archivovány od originál dne 25. března 2018. Citováno 31. března 2018.
  7. ^ Chowdhury, Abul. „Bioinstrumentační systém letěl na rtuti“. Datový archiv NASA Life Sciences. Citováno 1. dubna 2018.
  8. ^ A b C d E F Kumar, Padma. „Co je to Bioinstrumentace - běžné aplikace“. Články o biotechnologiích. biotecharticles.com. Citováno 31. března 2018.
  9. ^ „Biomedicínská optika (Biomed)“. Optická společnost. Optická společnost. Citováno 31. března 2018.
  10. ^ Mandelis, Andreas (2015). "Zaměření na bioinstrumentaci a biotechnologie". Fyzika dnes. 68 (1): 50–52. Bibcode:2015PhT .... 68a..50M. doi:10.1063 / pt.3.2662.