“軍事醫學電子工程”的若干分析方向與發展
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關鍵字: 研究方向
現代戰爭特點和模式的發展與變化,使軍事醫學中高技術含量不斷加大,大量的高新技術,特別是現代電子技術應用到軍事醫學的各個領域,促進并支持著軍事醫學的發展,滿足和適應著各種新的衛勤保障需要.之所以形成“軍事醫學電子工程”這一新興學科分支,是因為其不僅是電子技術與醫學的交叉,而且是與軍事醫學的交叉,它所服務的對象,應用的領域和環境都具有特殊性.“軍事醫學電子工程”以傳感器技術、微電子技術、計算機技術和現代通信技術等為其主要技術支柱,應用到戰時的傷員生理監測、急救、監護、檢驗、核生化偵檢、衛勤信息指揮系統等各個方面,下面以這些技術為主要線索分類,討論其在“軍事醫學電子工程”的幾個主要領域中的應用研究方向與發展.
1生物醫學傳感器技術
傳感器技術歷來都是軍事醫學電子工程領域研究的前沿,與平常臨床所使用的各種醫用傳感器相比,用于戰場衛生支援的各類傳感器有其特殊性,由于它的使用環境復雜,條件惡劣,運動頻繁,所以高可靠、高抗干擾、最大限度降低使用條件要求、非接觸式的生物醫學傳感器,一直是研究者所追求的目標.各類物理、化學和生物傳感器在軍事醫學領域都具有廣泛的應用.
物理傳感器在軍事醫學中’主要用來監測士兵的生命體征(脈搏、血壓、體溫等)[1],以準確掌握作戰士兵的生理狀態,這些指標在臨床上監測雖已非常成熟,但在戰場上長期監測運動中的士兵,仍需克服一些技術上的難點.首先傳感器與士兵的直接或間接接觸,必須非常可靠,在不影響戰士作戰的前提下,不能因為脫落或錯位等影響監測效果;其次傳感器必須能適應復雜的環境條件(高溫、低溫、防水、汗漬、灰塵、電磁干擾等);再次能提供直接性被監測指標,以減輕后續處理的硬件開銷.正因為如此,柔性陣列傳感器技術、非接觸式光電傳感器技術、智能化、數字化傳感器技術是人們關注的焦點.如美軍使用高靈敏度震動傳感器,獲取心跳引起的微弱振動,從而提取心率指標,以從戰場上大量的傷亡戰士中探測存活者.其“生命支持及后送系統”(LSTAT),使用皮膚傳感器持續監測傷員的各項關鍵生理指標.美國Adelpih’Md軍事研究實驗室研制一種簡單的充滿液體的聲學傳感器墊,放在傷員的胸部或擔架下層,以監測傷員后送過程中的呼吸和脈搏[2~3].
生化傳感器技術是一項重要的高新技術,在軍事醫學中主要用于野戰救治中快速檢驗傷員的生化指標,探測生物和化學毒劑,是世界各國軍事醫學領域集中研究的焦點之一.野戰救治的臨床檢驗,追求實時、快速,同時對檢驗設備要求小巧、靈活、方便.因此’一些平時臨床檢驗的方法和設備,在野戰時顯得不能適應,這就對生物傳感器提出了更高的要求.酶傳感器作為生物傳感器的先驅,發展到現在的光尋址電位傳感器(LAPS),生物傳感器繼續向微型化、多參數、可重復使用、可重復生產的方向發展.在生化戰劑偵檢方面,響應時間比高靈敏度更為重要,是減少傷亡的關鍵,因此受體生物傳感器是研究重點,抗體光纖生物傳感器,核酸探針生物傳感器,由于對病毒、細菌的高度特異性和核酸探針功能,因此也倍受關注.美軍佩戴在士兵作戰服上的環境傳感器,可提高單兵檢測化學和生物戰劑的能力,同時可避免中暑、凍傷等環境條件所致病傷,其LSTAT系統,同樣具備生化戰劑及環境狀況監測功能,并能及時調節系統內部空氣,隔離外部環境,確保傷員安全.美軍研制的各類各范圍生化戰劑探測儀,大多采用多路生化傳感器,并配備有生化戰劑圖示及輔助決策系統.
2微電子技術
本世紀90年代以來,微電子技術迅猛發展,特別是超大規模集成電路技術的發展,使原來需幾塊,甚至幾十塊集成電路芯片來共同完成某項功能的系統,只需一塊微小芯片即可完成,從而大大縮小了系統的體積、降低了功耗、提高了系統的可靠性.這正是軍事醫學領域中,野戰醫用電子裝備所追求的目標,由于戰時和戰場的特殊性,野戰醫用電子裝備追求微型化、智能化,又由于整體的較強的衛生力量,難以靠近前沿,因此前線的戰傷救治,大多以單兵自救和互救來完成,這就需要研制一些能單兵使用的電子衛生裝備.因此縮小體積、降低功耗,是該領域的科研人員永無止境的追求.
選用市場上的大規模集成電路,經系統優化設計,研制野戰醫用電子裝備,仍是投資少、周期短、深受歡迎的一種方式.專用集成電路(ASIC)技術的發展和實用,使研制者能夠自己設計,并制作某種專用集成電路,從而使以前需一臺整機所完成的功能,現在只需一塊芯片即可完成,因而倍受關注.集機、電、磁、光、化學、計算機、傳感器與信息處理一體化的微型電子機械系統(MEMS),是當今世界普遍關心的技術之一,它集微型化與智能化于一體,可將一臺復雜的野戰醫用電子裝備,制作成一個香煙盒、一塊軍表、甚至一支鋼筆大小.
美軍利用微電子技術研制的微型血樣分析器,可在戰爭條件下即刻進行血液分析,其體積小于小巧的女用手持電話;心電圖機體積小于巧克力盒;配戴于手腕或手指上的脈搏監測儀,像平裝書一樣大小的自動去顫器;輕便數字X線機,可用于戰場查明肌肉、骨骼、神經、血管等損傷情況;小型B超,以及正在研制的手持磁共振成像掃描儀等;都大量的采用了微電子技術和MEMS技術[4’5].
3野戰醫用計算機技術
計算機技術作為現代高新技術的一種標志,也迅速滲透到衛勤保障的各個領域和環節,它主要體現在衛勤指揮自動化系統和各類野戰醫用電子裝備這兩個大的方面,前者以臺式機和便攜機為主要形式,后者以手持機或單片機為主要形式.
以計算機網絡為主要技術特征的衛勤指揮自動化系統,是保障應付突發軍事行動衛勤保障的重要支撐條件,它負責提供可靠的飲食、飲水保障方案;血液及血制品、戰救藥品藥材保障方案;傷員后送方案;可動用潛在衛生資源方案;戰救衛生資源配備與藥材流動協調等.齊全的各類醫學、衛生資源多媒體數據庫的建立,各種大型輔助分析、處理、決策軟件是研究的主要內容和方向.美軍已經建立了衛勤C3I系統,醫療后送質量評估系統,自動救護質量評價系統,戰區衛生資源管理系統,戰場急救、藥房及牙科專家系統,核生化(NBC)信息系統等[6],丹麥也研制出NBC預警計算機系統. 各類微控制器(單片機)是智能野戰醫用電子裝備的處理中心,該項技術的使用,使裝備的智能化程度大大提高,現代單片機功能齊全,幾乎不需外圍配置.利用單片機技術,自動監測士兵的生理狀況,自動請求救援,為傷員提供早期自救方案指導以及進一步的緊急救護措施,研制可用于醫療信息支援、可用于遠程醫療系統的前端接口的手持計算機設備等,是當前各軍衛生部隊的主要研究內容.
美軍研制的單兵計算機裝備,是一個功能卓越的“電子醫生”,士兵負傷后,它不但能夠求救,而且能為士兵提供救護指導方案,還能自動接通基地大型計算機的專家系統及醫學信息庫,為傷員提供更可靠的救護服務[7].其為戰地軍醫研制的手持計算機設備,可使軍醫通過戰術互連網絡或醫療通信接口實時了解戰地情況,可與其他野戰衛生單位取得聯系,可提供全球定位導航幫助,可與美軍各兵種配備的多技術自動閱讀卡和新的數字化醫療鑒定卡等兼容使用,可采集戰傷信息,實現戰傷電子病歷,可提供遠程醫療服務[8].
4戰時醫療通信技術
現代通信技術,歷來是軍事領域爭奪的前沿,現代高技術戰爭的衛勤保障特點,迅速將通信技術推向戰場醫療救護,特別是最近幾年戰場醫療通信技術得到了迅猛發展,其主要體現在衛勤指揮管理通信系統,尋找、發現傷員的全球定位系統,遠程醫療通信系統,醫療信息系統等.研制能與軍事通信網接口,以獲得資源共享的野戰電子衛生裝備,獨立機動醫療通信系統,遠程醫療的前端裝備,全程醫療信息的獲取、輸送設備等是主要研制內容和方向.
美軍的佩帶在士兵身上的個人狀態監視器,具有定位接收和無線收發功能,它能進入全球衛星定位系統和軍用高級無線電話(寬頻密碼分隔多路進入系統)系統,以監測尋找傷員位置,遙測傷員的生命特征[9’10].他們研制的戰地遠程醫療系統,主要由數字化野戰醫院承擔,它包括佩戴于戰場醫生激光防護眼鏡上的視頻器、以及喉頭送話器、微型耳機和膝上型計算機,通過寬頻密碼分隔多路進入系統與單道視頻和雙道音頻數據通信相連接,后方醫生或醫學專家通過這一系統能隨時對戰場救治工作實施指導,包括觀察戰場搶救過程和傷員后送途中的進一步治療.美軍建立的醫療信息系統,與全球遠距離通信網相聯接,它使醫療信息不間斷地投送到傷員救治的所有階梯,它通過戰傷電子病歷等,從前方戰場到后方醫療基地,連續、迅速的獲取、分發、輸送醫療信息(傷情、化驗報告、放射和病理影像等),并將其存于多媒體數據庫,醫療人員可隨時通過通信系統調用[11’12].
5其它
這里值得一提的是激光技術在“軍事醫學電子工程”領域中的應用與發展,在生化戰劑偵檢方面,無源激光、紫外激光、紅外激光都起著重要作用,激光雷達在大、中、小范圍內的生化戰劑檢測方面,取得了成功的應用.美軍《陸軍》雜志1997年3月刊報道,美軍利用紅外激光將名為“埃拉斯汀”(ELASTIN)的一種動物組織產品“焊接”到人體傷口上,“埃拉斯汀”在激光的作用下可以很快的堵在傷口上,甚至可轉變為受傷機體組織的替代物,從而達到迅速閉合傷口的目的.
6結束語
“軍事醫學電子工程”是生物醫學工程與軍事醫學相結合的產物,同樣以通用技術作為其主要技術支持,緊緊抓住戰場這個特殊環境,以及戰傷救護的主要特點,以微型化、智能化、數字化、高可靠性等為共同的追求目標,從而形成該學科的主要技術特征.另外,傳統的衛勤保障在技術上主要以機械、電氣為主要手段,突出“裝備”,而現代的衛勤保障在技術上不但以電子為主要手段,而且在“裝備”研制的基礎上,“系統”的建立與方法越來越重要,而支持系統工作的是現代通信技術、計算機技術.這種技術特征的轉移,必須引起每個從事該領域工作的同仁們的高度重視.