在醫(yī)療電子設(shè)備中，醫(yī)療應(yīng)用傳感器可以說一種“隱秘而偉大”的存在。它們位于醫(yī)療設(shè)備與病患接觸的最前端，及時(shí)可靠地感知和獲取患者生命體征、健康狀況等信息，以及醫(yī)療器械使用環(huán)境和狀態(tài)等參數(shù)，它們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)中看上去并不起眼，但卻為醫(yī)生對(duì)癥施治提供了重要的依據(jù)。

如果說傳統(tǒng)醫(yī)療的有效性，很大程度上取決于醫(yī)生“望聞問切”的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，那么對(duì)于以“數(shù)據(jù)”作為診療依據(jù)的現(xiàn)代醫(yī)療，醫(yī)療應(yīng)用傳感器這個(gè)“數(shù)據(jù)源”的作用，就顯得更為重要了。

一直以來，醫(yī)療應(yīng)用傳感器技術(shù)伴隨著醫(yī)療行業(yè)的進(jìn)步而不斷演進(jìn)，今天我們發(fā)現(xiàn)，醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)來到了一個(gè)重要的拐點(diǎn)，與之相適應(yīng)，醫(yī)療應(yīng)用傳感器會(huì)發(fā)生什么樣的新變化，這種變化又會(huì)對(duì)醫(yī)療行業(yè)的變革提供哪些助力？這就是今天我們想要探究的問題。

變化的醫(yī)療行業(yè)，變化的傳感器

2020年一場(chǎng)突如其來的新冠病毒疫情，對(duì)很多行業(yè)都造成了負(fù)面影響，而有一個(gè)行業(yè)卻成了“逆行者”，不用說大家也都猜得出來，那就是醫(yī)療行業(yè)。

其實(shí)，即使沒有疫情這只“黑天鵝”，醫(yī)療行業(yè)的持續(xù)增長(zhǎng)也是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)——在人們實(shí)現(xiàn)了生存和溫飽等基本保障之后，健康肯定會(huì)成為下一個(gè)“剛需”，而醫(yī)療則是這個(gè)剛需背后必不可少的支撐。以醫(yī)療器械市場(chǎng)為例，根據(jù)全球知名醫(yī)療市場(chǎng)信息數(shù)據(jù)咨詢公司Evaluate的研究報(bào)告，2020年全球醫(yī)療器械市場(chǎng)規(guī)模約為4050億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率穩(wěn)定保持在5%左右。

另一方面，ABCDEI（人工智能AI、區(qū)塊鏈Blockchain、云計(jì)算Cloud、大數(shù)據(jù)Big-Data、邊緣計(jì)算Edge Computing、物聯(lián)網(wǎng)IoT）等新技術(shù)的導(dǎo)入，也在為醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展提供更強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力。有數(shù)據(jù)顯示，2020至2028年，AI技術(shù)在全球醫(yī)療保健市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率將高達(dá)38.05%；以醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng) (loMT) 為基礎(chǔ)的智慧醫(yī)療器械市場(chǎng)規(guī)模，也會(huì)從2017年的149億美元增長(zhǎng)至2022年的522億美元 。

一邊是剛需的拉動(dòng)，另一邊是新技術(shù)的推動(dòng)，這也就為醫(yī)療行業(yè)的快速發(fā)展提供了持續(xù)的動(dòng)力。與此同時(shí)值得關(guān)注的是，在市場(chǎng)總量擴(kuò)張的同時(shí)，醫(yī)療行業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式也在發(fā)生著“質(zhì)”的變化——傳統(tǒng)上集中在專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的醫(yī)療資源，正在藉由新技術(shù)的賦能逐漸下沉到民間，變得越發(fā)觸手可及，進(jìn)而形成一個(gè)立體化的全民大健康體系。

這種從“量”到“質(zhì)”的全方位的變化，顯然會(huì)對(duì)多年以來大家已經(jīng)習(xí)慣了的醫(yī)療電子產(chǎn)品及其相關(guān)聯(lián)的生態(tài)產(chǎn)生深刻的影響，能否適應(yīng)這種變化，也就成了能否在未來的醫(yī)療健康領(lǐng)域立足和發(fā)展的關(guān)鍵。

具體到醫(yī)療應(yīng)用傳感器領(lǐng)域，醫(yī)療健康行業(yè)的新體系、新模式也對(duì)傳感器技術(shù)和產(chǎn)品提出了新的要求，這主要體現(xiàn)在：

1

高性能

這是對(duì)醫(yī)療應(yīng)用傳感器的基本要求，其感測(cè)精度等指標(biāo)，必須符合醫(yī)療行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，無論是專業(yè)還是民用醫(yī)療設(shè)備，都是如此。

2

高可靠

由于醫(yī)療設(shè)備的使用環(huán)境復(fù)雜，有時(shí)甚為苛刻，而其又與患者的生命健康息息相關(guān)，因此可靠而穩(wěn)定的工作就成了硬指標(biāo)。

3

低成本

大健康的概念下醫(yī)療資源的下沉和普及，需要更多大眾用戶“用得起”的醫(yī)療設(shè)備；同時(shí)在一些特殊的場(chǎng)景下，一次性“可拋棄”的醫(yī)療用品也會(huì)需要成本更低廉的傳感器。

4

易獲得

這里面有兩層含義，一是傳感器必須能夠滿足大批量生產(chǎn)的要求，讓醫(yī)療資源的規(guī)?；?yīng)成為可能；二是用戶在實(shí)際使用中，無需校準(zhǔn)等特殊而復(fù)雜的維護(hù)工作，降低使用的門檻。

5

產(chǎn)品組合豐富

如上文所述，醫(yī)療資源覆蓋范圍的擴(kuò)大化，必然會(huì)帶來產(chǎn)品形態(tài)的多樣化，這也就反過來促使傳感器廠商開發(fā)更為豐富的產(chǎn)品系列，以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景之需。

TE醫(yī)療應(yīng)用傳感器管窺

上面這些要求，說起來簡(jiǎn)單，但是要根據(jù)不斷變化的醫(yī)療健康應(yīng)用需求，對(duì)傳感器產(chǎn)品進(jìn)行具體而微的優(yōu)化，并形成體系化的解決方案，并不容易。在這方面TE Connectivity（以下簡(jiǎn)稱TE）做了大量卓有成效的工作，下面我們就從幾類大家最為熟悉的傳感器產(chǎn)品入手，探究一下其中的門道。

01

溫度傳感器

無論在哪個(gè)行業(yè)，溫度都是需要感測(cè)的一個(gè)基礎(chǔ)物理量，并發(fā)展出了熱電偶、熱敏電阻、熱電堆等多種傳感方案。在醫(yī)療健康領(lǐng)域，體溫測(cè)量、環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)和醫(yī)療器械溫控都是溫度傳感器重要的目標(biāo)應(yīng)用。

01

一次性體溫測(cè)量

NTC熱敏電阻是一種熱敏性半導(dǎo)體電阻器，其采用負(fù)溫度系數(shù)即電阻值隨溫度上升而下降，電阻溫度系數(shù)約為金屬電阻溫度系數(shù)的10倍。TE針對(duì)一次性醫(yī)療應(yīng)用，推出了專門的NTC熱敏電阻傳感器，工作范圍為-40° C至+80° C，具有體積小、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、精度和準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，非常適合作為成人直腸、兒童直腸和皮膚溫度等一次性醫(yī)療應(yīng)用的溫度傳感器。

該NTC熱敏電阻采用聚丙烯絞線，利用尖端lead絕緣封裝，可根據(jù)要求提供不同引線長(zhǎng)度，可定制公差；在安裝上，該產(chǎn)品有直角或垂直1/4"連接器封裝可選，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來很大的靈活性。

02

射頻消融手術(shù)溫控

射頻消融手術(shù)近年來在腫瘤、心血管疾病的治療中越來越受到歡迎，因?yàn)樗鼘儆谝环N微創(chuàng)手術(shù)，可在數(shù)字減影血管造影機(jī)（DSA）引導(dǎo)下，將電極導(dǎo)管送入手術(shù)部位，通過溫度識(shí)別精確定位，并將電極導(dǎo)管頭端緊貼關(guān)鍵病灶處，通過局部釋放射頻電流產(chǎn)生小范圍熱效應(yīng)，損毀壞死病變部位，創(chuàng)口小、過程快。在射頻消融手術(shù)中，射頻消融導(dǎo)管的溫度控制是個(gè)關(guān)鍵，精確的溫控可控制組織損傷，避免患者因體溫過高出現(xiàn)心率增快、皮膚燒傷等不良反應(yīng)。

TE的超小型熱電偶PF5040139具有超細(xì)熱端設(shè)計(jì)、極佳精度、超快響應(yīng)速度、多種尺寸和強(qiáng)大的可擴(kuò)展性——其最細(xì)端截面僅為0.08 x 0.15mm((寬x高)，同時(shí)0.5°C的超窄誤差范圍與小于200ms的測(cè)溫周期，可以幫助主刀醫(yī)生更精準(zhǔn)而快速地處理壞死或病變部位，減少對(duì)病灶體積與狀態(tài)的判斷誤差。加之其小型化的封裝，使其成為類似的微創(chuàng)手術(shù)應(yīng)用的理想之選。

03

呼吸機(jī)的溫濕度監(jiān)測(cè)

今年新冠疫情的爆發(fā)讓呼吸機(jī)的需求暴增。而在呼吸機(jī)中，溫度的測(cè)量也有用武之地。在將低壓空氣持續(xù)不斷地輸送到呼吸面罩中并向患者氣管輸送時(shí)，保持空氣的溫暖、潮濕，可以顯著提高患者的舒適度，這時(shí)就需要進(jìn)行溫度和濕度的測(cè)量。

針對(duì)這一應(yīng)用，TE可以提供將溫、濕度測(cè)量合二為一的組合傳感器——HTU系列表面貼裝濕度/溫度傳感器，該產(chǎn)品采用緊湊的6引腳DFN封裝，外形尺寸僅為2.5mm x 2.5mm x 0.9mm ，響應(yīng)速度快，典型功耗低（僅為3.78 μW），可提供精確度為±2%的濕度測(cè)量和精確度±0.2° C的溫度測(cè)量。值得一提的是，HTU系列傳感器同時(shí)提供模擬輸出和可配置地址I2C的數(shù)字輸出兩個(gè)版本，數(shù)字輸出版本會(huì)為后續(xù)數(shù)據(jù)的收集分析，以及數(shù)字化的處理提供便利。

02

壓力傳感器

在醫(yī)療健康領(lǐng)域，壓力傳感器的應(yīng)用也非常普遍，不同的應(yīng)用對(duì)應(yīng)著不同的產(chǎn)品，因此正確的選型十分重要。

01

血壓傳感器

血壓是非常重要的一個(gè)生命體征，其測(cè)量需要精確而可靠的傳感器。TE的1620系列一次性血壓傳感器，是一款完全壓阻式硅壓力傳感器,用于有創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)。與傳統(tǒng)的應(yīng)變式壓力傳感器相比，在靈敏度、線性度、輸出準(zhǔn)確性、過載性等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。它可以滿足美國(guó)醫(yī)療器械促進(jìn)協(xié)會(huì) (AAMI) 對(duì)于血壓傳感器的相關(guān)設(shè)計(jì)要求，可在5° C至40° C的溫度范圍內(nèi)測(cè)量-50至300mmHg的壓力，適用于有創(chuàng)血壓監(jiān)控。

進(jìn)一步看，1620系列壓力傳感器還具有很多醫(yī)療應(yīng)用傳感器所需的優(yōu)秀特質(zhì)，比如：

1620壓力傳感器由一個(gè)封裝在陶瓷基板上的壓力傳感元件構(gòu)成，陶瓷基板上還包含一個(gè)厚膜激光修正電阻，可對(duì)傳感器進(jìn)行補(bǔ)償和校準(zhǔn)。

陶瓷基板上附有一個(gè)塑料蓋，可以保護(hù)感應(yīng)元件；傳感器感應(yīng)元件被包裹在電介質(zhì)絕緣膠內(nèi)以確保電路和液體隔離。這些措施優(yōu)化了傳感器的可靠性。

該傳感器可批量生產(chǎn)，每個(gè)陶瓷基板上均采用10x12元件陣列，可使用卷帶加靜電袋包裝進(jìn)行交付。同時(shí)，該產(chǎn)品設(shè)計(jì)用于自動(dòng)化裝配設(shè)備，可直接裝入一次性血壓計(jì)的外殼內(nèi)，為批量生產(chǎn)和供貨提供了保障。

02

微創(chuàng)外科手術(shù)中的壓力感測(cè)

在外科微創(chuàng)手術(shù)中，往往需要對(duì)于顱內(nèi)壓力、子宮內(nèi)壓、心血管內(nèi)壓以及腎內(nèi)壓進(jìn)行測(cè)量，以便對(duì)手術(shù)過程進(jìn)行精準(zhǔn)地掌控。而適應(yīng)這樣特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，必須有專門設(shè)計(jì)的傳感器。

TE旗下的SMI IntraSense系列產(chǎn)品就是專門為此量身定制的：該產(chǎn)品達(dá)到1F(≈0.33mm)導(dǎo)管直徑，同時(shí)具備良好的生物兼容性，所以將侵入性降至最低；為簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成，此傳感器出廠前已進(jìn)行了導(dǎo)線預(yù)連接和預(yù)密封處理；SMI還可提供定制化校準(zhǔn)方案，以便在現(xiàn)有手術(shù)設(shè)備中使用……可以說，該系列傳感器在性能和易用性上，都為行業(yè)樹立了一個(gè)標(biāo)桿。

03

血液透析中的壓力控制

很多醫(yī)療設(shè)備被用來模擬和替代人體的機(jī)能，這時(shí)精確的控制就顯得非常關(guān)鍵。比如在血液透析中，透析液輸送系統(tǒng)中的壓力控制著透析過程的對(duì)流速率和清除率，血液必須在恒定壓力下通過半透膜進(jìn)行過濾。維持這樣的恒定壓力，就需要一顆合適的壓力傳感器。

TE直徑13mm的MEAS 85F系列毫伏輸出壓力傳感器，就是專為這一需求而設(shè)計(jì)的。該傳感器利用硅油將壓力從316L不銹鋼隔離膜傳遞到感應(yīng)元件上。它采用了齊平安裝的設(shè)計(jì)，適用于O形環(huán)密封，且膜片不被焊接環(huán)或壓力接頭所遮蓋。在傳感器組件的陶瓷基板上，有一個(gè)激光修正電阻，通過它可對(duì)傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償和偏移校正；此外，還有一個(gè)激光修正電阻，可用于調(diào)整外部差分放大器及提供±1%的互換量程范圍。這些設(shè)計(jì)對(duì)于確保傳感器的精度和可靠性，都大有裨益。

03

光學(xué)傳感器

光學(xué)傳感器通常為我們提供了一種非接觸或非侵入的測(cè)量方法，它通常由一組光發(fā)射和接受單元組成，通過測(cè)量光線經(jīng)過被測(cè)對(duì)象（如血液）透射或反射后的變化，來測(cè)算所需的測(cè)量結(jié)果。

01

血氧飽和度測(cè)量

血氧飽和度用來衡量人體血液內(nèi)的血氧含量，是判斷人體呼吸循環(huán)系統(tǒng)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要指標(biāo)。血氧飽和度測(cè)量是光學(xué)傳感器的一個(gè)典型應(yīng)用，其原理是通過測(cè)量紅外光透過手指、腳趾、耳朵皮膚和肌肉骨骼組織后對(duì)光的吸收量的變化，監(jiān)測(cè)人體血氧飽和度和脈搏——由于紅蛋白和氧合血紅蛋白對(duì)于紅光LED和紅外光LED兩種不同波長(zhǎng)光的吸收有差異，血氧傳感器可以通過測(cè)量所接收到的兩種光的光亮差異，來獲得測(cè)量血氧飽和度最基本的數(shù)據(jù)。

TE憑借30余年專業(yè)的知識(shí)及驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)并提供可適應(yīng)多個(gè)波長(zhǎng)選項(xiàng)的高靈敏度SpO2傳感器——包括ELM-4000插孔系列，以及ELM-5000貼片系列——滿足不同血氧儀高精度、高耐用性及高性能的應(yīng)用需求，無論是一次性使用還是重復(fù)性使用的血氧傳感器，都很適合。

ELM系列產(chǎn)品內(nèi)置兩個(gè)LED，一個(gè)波長(zhǎng)為660nm±3nm的紅光LED，另一個(gè)波長(zhǎng)為890或905nm的紅外 LED。該產(chǎn)品具有效率高、響應(yīng)快的特點(diǎn)。ELM-5000系列的表貼式組件可采用自動(dòng)錫焊工藝進(jìn)行組裝，有利于降低產(chǎn)品整體成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，也適合規(guī)?；淖詣?dòng)化產(chǎn)線，滿足大批量生產(chǎn)的需求，

02

血液透析漏血報(bào)警系統(tǒng)

透析漏血傳感器是透析機(jī)的重要組成部分，當(dāng)透析液中有氣泡、透析器破膜以及有血液溢出時(shí)，它會(huì)及時(shí)報(bào)警，以保證治療過程中患者的安全。這也是光學(xué)傳感器的一個(gè)重要目標(biāo)應(yīng)用。

TE基于光學(xué)原理的高靈敏度漏血傳感器，由發(fā)光側(cè)和受光側(cè)組成，當(dāng)漏血發(fā)生時(shí)，由于紅細(xì)胞懸浮在透析液中，產(chǎn)生遮光效果，導(dǎo)致受光側(cè)接受到的光強(qiáng)度下降，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷合陆?，?dāng)電壓下降到一定幅度時(shí)就會(huì)觸發(fā)漏血報(bào)警。TE漏血傳感器對(duì)環(huán)境光有很強(qiáng)的抗干擾性，對(duì)儀器內(nèi)血液溢出情況反應(yīng)靈敏，這也是其最大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

熱門應(yīng)用，一站解決

通過以上一系列TE醫(yī)療應(yīng)用傳感器典型產(chǎn)品的介紹，我們基本上可以看出當(dāng)今醫(yī)療應(yīng)用傳感器技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)——隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展、醫(yī)療健康行業(yè)生態(tài)的擴(kuò)展，醫(yī)療應(yīng)用傳感器產(chǎn)品形態(tài)正在不斷被細(xì)化，以滿足特定應(yīng)用場(chǎng)景的需要。

但這樣的產(chǎn)品細(xì)分，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品選型和最終方案的設(shè)計(jì)帶來困擾——如何為目標(biāo)應(yīng)用找到最合適的醫(yī)療應(yīng)用傳感器？

這樣的課題，TE等醫(yī)療應(yīng)用傳感器技術(shù)供應(yīng)商也在思考。TE給出的解決方案就是——針對(duì)熱門應(yīng)用，為客戶提供一整套解決方案，這樣一來從設(shè)計(jì)到后續(xù)的供應(yīng)鏈管理，客戶的工作負(fù)荷都會(huì)大大減輕。

比如新冠疫情背景下，專業(yè)呼吸機(jī)的緊缺使得家用呼吸機(jī)成為一個(gè)市場(chǎng)熱點(diǎn)——它在醫(yī)用呼吸機(jī)基礎(chǔ)上，通過簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，形成適于家庭使用的版本。作為醫(yī)用無創(chuàng)呼吸機(jī)的簡(jiǎn)易版，家用呼吸機(jī)承襲了一般呼吸機(jī)的工作原理，對(duì)精確監(jiān)測(cè)與控制氣流、壓力、溫度與參數(shù)同樣有較高的要求，其中就需要用到多種類別的傳感器。

TE針對(duì)家用呼吸機(jī)，給出了完整的解決方案，在關(guān)鍵的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)上都匹配了最合適的傳感器，讓開發(fā)者一目了然，事半功倍。

TE家用呼吸機(jī)醫(yī)療應(yīng)用傳感器解決方案

總之，“大健康”為我們描繪了一幅未來醫(yī)療行業(yè)的大圖景，大環(huán)境的變遷對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈底層的元器件產(chǎn)品——比如傳感器——的影響也在逐漸釋放出來。如何因應(yīng)這種趨勢(shì)，TE通過不斷細(xì)分、多樣性的產(chǎn)品及針對(duì)性的解決方案，已經(jīng)為我們做出了很好的示范。這其中，在“隱秘”之處體現(xiàn)的的深厚功力，你是否已經(jīng)體會(huì)到了？

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：隱秘而偉大！沒錯(cuò)，我說的是TE的醫(yī)療傳感器

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