变化的医疗行业，变化的传感器

 

在医疗电子设备中，医疗应用传感器可以说一种“隐秘而伟大”的存在。它们位于医疗设备与病患接触的最前端，及时可靠地感知和获取患者生命体征、健康状况等信息，以及医疗器械使用环境和状态等参数，它们在整个系统中看上去并不起眼，但却为医生对症施治提供了重要的依据。

如果说传统医疗的有效性，很大程度上取决于医生“望闻问切”的个人经验，那么对于以“数据”作为诊疗依据的现代医疗，医疗应用传感器这个“数据源”的作用，就显得更为重要了。

一直以来，医疗应用传感器技术伴随着医疗行业的进步而不断演进，今天我们发现，医疗行业的发展已经来到了一个重要的拐点，与之相适应，医疗应用传感器会发生什么样的新变化，这种变化又会对医疗行业的变革提供哪些助力？这就是今天我们想要探究的问题。

变化的医疗行业，变化的传感器  

2020年一场突如其来的新冠病毒疫情，对很多行业都造成了负面影响，而有一个行业却成了“逆行者”，不用说大家也都猜得出来，那就是医疗行业。

其实，即使没有疫情这只“黑天鹅”，医疗行业的持续增长也是一个不争的事实——在人们实现了生存和温饱等基本保障之后，健康肯定会成为下一个“刚需”，而医疗则是这个刚需背后必不可少的支撑。以医疗器械市场为例，根据全球知名医疗市场信息数据咨询公司Evaluate的研究报告，2020年全球医疗器械市场规模约为4050亿美元，年均复合增长率稳定保持在5%左右。

另一方面，ABCDEI（人工智能AI、区块链Blockchain、云计算Cloud、大数据Big-Data、边缘计算Edge Computing、物联网IoT）等新技术的导入，也在为医疗行业的发展提供更强大的驱动力。有数据显示，2020至2028年，AI技术在全球医疗保健市场的年复合增长率将高达38.05%；以医疗物联网 (loMT) 为基础的智慧医疗器械市场规模，也会从2017年的149亿美元增长至2022年的522亿美元 。

一边是刚需的拉动，另一边是新技术的推动，这也就为医疗行业的快速发展提供了持续的动力。与此同时值得关注的是，在市场总量扩张的同时，医疗行业的运营模式也在发生着“质”的变化——传统上集中在专业医疗机构的医疗资源，正在藉由新技术的赋能逐渐下沉到民间，变得越发触手可及，进而形成一个立体化的全民大健康体系。

这种从“量”到“质”的全方位的变化，显然会对多年以来大家已经习惯了的医疗电子产品及其相关联的生态产生深刻的影响，能否适应这种变化，也就成了能否在未来的医疗健康领域立足和发展的关键。

具体到医疗应用传感器领域，医疗健康行业的新体系、新模式也对传感器技术和产品提出了新的要求，这主要体现在：

1

高性能

这是对医疗应用传感器的基本要求，其感测精度等指标，必须符合医疗行业的标准，无论是专业还是民用医疗设备，都是如此。

2

高可靠

由于医疗设备的使用环境复杂，有时甚为苛刻，而其又与患者的生命健康息息相关，因此可靠而稳定的工作就成了硬指标。

3

低成本

大健康的概念下医疗资源的下沉和普及，需要更多大众用户“用得起”的医疗设备；同时在一些特殊的场景下，一次性“可抛弃”的医疗用品也会需要成本更低廉的传感器。

4

易获得

这里面有两层含义，一是传感器必须能够满足大批量生产的要求，让医疗资源的规模化供应成为可能；二是用户在实际使用中，无需校准等特殊而复杂的维护工作，降低使用的门槛。

5

产品组合丰富

如上文所述，医疗资源覆盖范围的扩大化，必然会带来产品形态的多样化，这也就反过来促使传感器厂商开发更为丰富的产品系列，以适应不同应用场景之需。

TE医疗应用传感器管窥  

上面这些要求，说起来简单，但是要根据不断变化的医疗健康应用需求，对传感器产品进行具体而微的优化，并形成体系化的解决方案，并不容易。在这方面TE Connectivity（以下简称TE）做了大量卓有成效的工作，下面我们就从几类大家最为熟悉的传感器产品入手，探究一下其中的门道。

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温度传感器

无论在哪个行业，温度都是需要感测的一个基础物理量，并发展出了热电偶、热敏电阻、热电堆等多种传感方案。在医疗健康领域，体温测量、环境温度监测和医疗器械温控都是温度传感器重要的目标应用。

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一次性体温测量

NTC热敏电阻是一种热敏性半导体电阻器，其采用负温度系数即电阻值随温度上升而下降，电阻温度系数约为金属电阻温度系数的10倍。TE针对一次性医疗应用，推出了专门的NTC热敏电阻传感器，工作范围为-40° C至+80° C，具有体积小、长期稳定性好、精度和准确度高等特点，非常适合作为成人直肠、儿童直肠和皮肤温度等一次性医疗应用的温度传感器。

该NTC热敏电阻采用聚丙烯绞线，利用尖端lead绝缘封装，可根据要求提供不同引线长度，可定制公差；在安装上，该产品有直角或垂直1/4"连接器封装可选，为产品设计带来很大的灵活性。

 

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射频消融手术温控

射频消融手术近年来在肿瘤、心血管疾病的治疗中越来越受到欢迎，因为它属于一种微创手术，可在数字减影血管造影机（DSA）引导下，将电极导管送入手术部位，通过温度识别精确定位，并将电极导管头端紧贴关键病灶处，通过局部释放射频电流产生小范围热效应，损毁坏死病变部位，创口小、过程快。在射频消融手术中，射频消融导管的温度控制是个关键，精确的温控可控制组织损伤，避免患者因体温过高出现心率增快、皮肤烧伤等不良反应。

TE的超小型热电偶PF5040139具有超细热端设计、极佳精度、超快响应速度、多种尺寸和强大的可扩展性——其最细端截面仅为0.08 x 0.15mm((宽x高)，同时0.5°C的超窄误差范围与小于200ms的测温周期，可以帮助主刀医生更精准而快速地处理坏死或病变部位，减少对病灶体积与状态的判断误差。加之其小型化的封装，使其成为类似的微创手术应用的理想之选。

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呼吸机的温湿度监测

今年新冠疫情的爆发让呼吸机的需求暴增。而在呼吸机中，温度的测量也有用武之地。在将低压空气持续不断地输送到呼吸面罩中并向患者气管输送时，保持空气的温暖、潮湿，可以显著提高患者的舒适度，这时就需要进行温度和湿度的测量。

针对这一应用，TE可以提供将温、湿度测量合二为一的组合传感器——HTU系列表面贴装湿度/温度传感器，该产品采用紧凑的6引脚DFN封装，外形尺寸仅为2.5mm x 2.5mm x 0.9mm ，响应速度快，典型功耗低（仅为3.78 μW），可提供精确度为±2%的湿度测量和精确度±0.2° C的温度测量。值得一提的是，HTU系列传感器同时提供模拟输出和可配置地址I2C的数字输出两个版本，数字输出版本会为后续数据的收集分析，以及数字化的处理提供便利。

 

02

压力传感器

在医疗健康领域，压力传感器的应用也非常普遍，不同的应用对应着不同的产品，因此正确的选型十分重要。

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血压传感器

血压是非常重要的一个生命体征，其测量需要精确而可靠的传感器。TE的1620系列一次性血压传感器，是一款完全压阻式硅压力传感器,用于有创血压监测。与传统的应变式压力传感器相比，在灵敏度、线性度、输出准确性、过载性等方面都有明显的优势。它可以满足美国医疗器械促进协会 (AAMI) 对于血压传感器的相关设计要求，可在5° C至40° C的温度范围内测量-50至300mmHg的压力，适用于有创血压监控。

进一步看，1620系列压力传感器还具有很多医疗应用传感器所需的优秀特质，比如：

1620压力传感器由一个封装在陶瓷基板上的压力传感元件构成，陶瓷基板上还包含一个厚膜激光修正电阻，可对传感器进行补偿和校准。

陶瓷基板上附有一个塑料盖，可以保护感应元件；传感器感应元件被包裹在电介质绝缘胶内以确保电路和液体隔离。这些措施优化了传感器的可靠性。

该传感器可批量生产，每个陶瓷基板上均采用10x12元件阵列，可使用卷带加静电袋包装进行交付。同时，该产品设计用于自动化装配设备，可直接装入一次性血压计的外壳内，为批量生产和供货提供了保障。

 

02

微创外科手术中的压力感测

在外科微创手术中，往往需要对于颅内压力、子宫内压、心血管内压以及肾内压进行测量，以便对手术过程进行精准地掌控。而适应这样特殊的应用场景，必须有专门设计的传感器。

TE旗下的SMI IntraSense系列产品就是专门为此量身定制的：该产品达到1F(≈0.33mm)导管直径，同时具备良好的生物兼容性，所以将侵入性降至最低；为简化系统集成，此传感器出厂前已进行了导线预连接和预密封处理；SMI还可提供定制化校准方案，以便在现有手术设备中使用……可以说，该系列传感器在性能和易用性上，都为行业树立了一个标杆。

 

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血液透析中的压力控制

很多医疗设备被用来模拟和替代人体的机能，这时精确的控制就显得非常关键。比如在血液透析中，透析液输送系统中的压力控制着透析过程的对流速率和清除率，血液必须在恒定压力下通过半透膜进行过滤。维持这样的恒定压力，就需要一颗合适的压力传感器。

TE直径13mm的MEAS 85F系列毫伏输出压力传感器，就是专为这一需求而设计的。该传感器利用硅油将压力从316L不锈钢隔离膜传递到感应元件上。它采用了齐平安装的设计，适用于O形环密封，且膜片不被焊接环或压力接头所遮盖。在传感器组件的陶瓷基板上，有一个激光修正电阻，通过它可对传感器进行温度补偿和偏移校正；此外，还有一个激光修正电阻，可用于调整外部差分放大器及提供±1%的互换量程范围。这些设计对于确保传感器的精度和可靠性，都大有裨益。

03

光学传感器

光学传感器通常为我们提供了一种非接触或非侵入的测量方法，它通常由一组光发射和接受单元组成，通过测量光线经过被测对象（如血液）透射或反射后的变化，来测算所需的测量结果。

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血氧饱和度测量

血氧饱和度用来衡量人体血液内的血氧含量，是判断人体呼吸循环系统是否正常运转的重要指标。血氧饱和度测量是光学传感器的一个典型应用，其原理是通过测量红外光透过手指、脚趾、耳朵皮肤和肌肉骨骼组织后对光的吸收量的变化，监测人体血氧饱和度和脉搏——由于红蛋白和氧合血红蛋白对于红光LED和红外光LED两种不同波长光的吸收有差异，血氧传感器可以通过测量所接收到的两种光的光亮差异，来获得测量血氧饱和度最基本的数据。

TE凭借30余年专业的知识及验证经验，设计并提供可适应多个波长选项的高灵敏度SpO2传感器——包括ELM-4000插孔系列，以及ELM-5000贴片系列——满足不同血氧仪高精度、高耐用性及高性能的应用需求，无论是一次性使用还是重复性使用的血氧传感器，都很适合。

ELM系列产品内置两个LED，一个波长为660nm±3nm的红光LED，另一个波长为890或905nm的红外 LED。该产品具有效率高、响应快的特点。ELM-5000系列的表贴式组件可采用自动锡焊工艺进行组装，有利于降低产品整体成本，提高产品质量，也适合规模化的自动化产线，满足大批量生产的需求， 

 

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血液透析漏血报警系统

透析漏血传感器是透析机的重要组成部分，当透析液中有气泡、透析器破膜以及有血液溢出时，它会及时报警，以保证治疗过程中患者的安全。这也是光学传感器的一个重要目标应用。

TE基于光学原理的高灵敏度漏血传感器，由发光侧和受光侧组成，当漏血发生时，由于红细胞悬浮在透析液中，产生遮光效果，导致受光侧接受到的光强度下降，继而转变为电压下降，当电压下降到一定幅度时就会触发漏血报警。TE漏血传感器对环境光有很强的抗干扰性，对仪器内血液溢出情况反应灵敏，这也是其最大的竞争优势。

热门应用，一站解决  

通过以上一系列TE医疗应用传感器典型产品的介绍，我们基本上可以看出当今医疗应用传感器技术发展的趋势——随着医疗技术的发展、医疗健康行业生态的扩展，医疗应用传感器产品形态正在不断被细化，以满足特定应用场景的需要。

但这样的产品细分，也会对产品选型和最终方案的设计带来困扰——如何为目标应用找到最合适的医疗应用传感器？

这样的课题，TE等医疗应用传感器技术供应商也在思考。TE给出的解决方案就是——针对热门应用，为客户提供一整套解决方案，这样一来从设计到后续的供应链管理，客户的工作负荷都会大大减轻。

比如新冠疫情背景下，专业呼吸机的紧缺使得家用呼吸机成为一个市场热点——它在医用呼吸机基础上，通过简化设计，形成适于家庭使用的版本。作为医用无创呼吸机的简易版，家用呼吸机承袭了一般呼吸机的工作原理，对精确监测与控制气流、压力、温度与参数同样有较高的要求，其中就需要用到多种类别的传感器。

TE针对家用呼吸机，给出了完整的解决方案，在关键的应用节点上都匹配了最合适的传感器，让开发者一目了然，事半功倍。

TE家用呼吸机医疗应用传感器解决方案

总之，“大健康”为我们描绘了一幅未来医疗行业的大图景，大环境的变迁对产业链底层的元器件产品——比如传感器——的影响也在逐渐释放出来。如何因应这种趋势，TE通过不断细分、多样性的产品及针对性的解决方案，已经为我们做出了很好的示范。这其中，在“隐秘”之处体现的的深厚功力，你是否已经体会到了？

责任编辑：xj

原文标题：隐秘而伟大！没错，我说的是TE的医疗传感器

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