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智能时代医疗应用传感器发展报告 1 智能时代医疗应用传感器 发展报告 MEDICAL SENSOR DEVELOPMENT REPORT IN INTELLIGENT ERA 智能时代医疗应用传感器发展报告 2 摘要 智能时代背景下，大数据、5G、人工智能等系列“信 息新基建”的发展重新定义着人类的未来。在万物感知、 万物互连、万物智能的世界中，人与人、人与世界因 信息技术得以充分连接，获得知识与技能的共享，相 关技术的发展也为人类生命和健康发展带来质的提升。 智能技术是全人类的福祉，也是目前人类维护生命健 康有效的方式。 传感器作为智能技术的起点，肩负着感知环境，收集 获取信息的任务，在医疗领域助力人们完成更精确高 效的疾病防治和健康监测。本报告将从“医疗器械”、“大 健康”以及“互联网医疗”三个领域，全面阐述医疗 应用传感器在其中的典型应用、技术特点和商业价值。 医疗器械大健康互联网医疗 智能时代医疗应用传感器发展报告 32 背景 随着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等数字技术）的 快速发展和普及，智能技术已在合理分配医疗资源，提升健康服务效率和水 平时成为全球范围内的不二选择。据统计，2020-2028年，人工智能技术 在全球医疗保健市场的年复合增长率达38.05% 1 ，主要聚焦临床测试、个 性化医疗、实时诊疗系统等；与人工智能同步，未来5到10年医疗器械智 能化成为大势所趋，相关数据显示，2017年至2022年间，以医疗物联网 （loMT）为基础的智慧医疗器械市场估值将从也将149亿美元增长至522 亿美元 2 。在中国，“智慧医疗”一词在2009年伴随新医改政策在国内推出， 而互联网医疗首诊却直至2020年才在新冠肺炎疫情（COVID-19）推动下 在政策层面被正式认可。自此以后，医疗数智化便按下了落实全民普及的新 “快进键”。 观点 中医诊断四步骤：望闻问切，即医生通过与患者交互的过程中，了解患者情 况，对患者健康状况以及合适的治疗方案做出基本判断。而在如今的“智慧 医疗”中，传感器便化身医生的“耳目“，负责将“听到”、“看到”、“感 受到”的物理量转化为各种生命体征信号，如心率、血氧、血压、体温等， 进而为诊疗和监护提供了重要保障。可以说，通过医疗应用传感器捕捉到的 数据是现代医疗方案以“智慧化“一以贯之，造福患者生命健康的起点。 面对智慧医疗的未来，TE Connectivity (TE)在传感领域提出了“未来感 知，由我先知”的口号，以及“创新（Innovation）”、“集成（Integration）”、 和“智能（Intelligence）”三大价值主张。TE的“创新”在于提供精确、 可靠、高性能、高品质，能够满足日益复杂的医疗环境的创新传感器解决方 案；TE的“集成”是增强与医疗器械设备客户的合作，协同设计医疗器械 解决方案，优化产品性能；TE的“智能”，即聚焦智能传感器领域，成为“工 程师的工程师”，助力医疗器械的智能化发展。在三大价值主张的引领下， TE致力于让未来医疗健康的每一个交互对象，获得更多感知和探索人类生 命健康未知领域的机会，从而构建更安全、可持续、高效和互连的未来。 38.05% 2020-2028年， 人工智能技术在全球医疗保健市场的 年复合增长率 医疗物联网（loMT）为基础的 智慧医疗器械市场估值 149亿美元 522亿美元 2017年2022年 资料来源：1 Inkwood Research 2 全球管理咨询公司德勤英国健康解决方案中心 创 新 I n n o v a t i o n 智 能 I n t e l l i g e n c e 集 成 I n te gr a t i o n 未来感知 由我先知 智能时代医疗应用传感器发展报告 4 典型应用 智能时代医疗应用传感器发展报告 54 医疗 器械 医疗器械作为高新技术行业且涉及民生福祉，一直受 到全球各国广泛重视。因原材料来源广、生产工艺复 杂、迭代速度快、生命周期短、受季节性波动大等因 素，该行业影响且考验着零件制造业、医疗器械研发 制造商和医疗卫生行业等供应商和制造商的生存和发 展状态，乃至一个国家的尖端技术实力和制造水平。 根据全球知名医疗市场信息数据咨询公司Evaluate （EvaluateMedTech）数据，2020年，全球医疗器 械市场销售额为4050亿美元，年均复合增长率在5% 左右，行业集中度进一步提升。国金证券行业研究报告 数据显示，世界医疗器械市场规模超过4000亿美元， 中国医疗器械年出口金额超过230亿美元。 中国早在2017年便已成为全球第二大医疗器械市场， 仅次于美国。2020年第一季度中国国内医疗器械企业 共有10家全球销售利润破亿，其中迈瑞医疗营收48亿 美元，鱼跃医疗营收近14亿美元 3 。持续亮眼的市场表 现并且在疫情期间拥有面向全球的产品供应力，这些都 得益于国内医疗法治化环境的建立与成熟。近年来，中 国医疗器械政策密集发布，医疗器械注册人制度（MAH）、 高值医用耗材改革、疾病诊断相关分组（DRG）付费改 革、SPD医疗供应链服务模式更新、医联体、分级诊疗 等改革制度帮助中国医疗器械产业从制造端到服务端整 体改善。2020全国两会召开期间，高端医疗器械创新 与加快推动人工智能医疗器械产品上市成为相关代表的 提案重点。 “智能化”一直是医疗行业提升创新能力中不可不提的技术方向。在这进程中， 智能化设备不断涌现，智能技术的运用也融入医疗器械的“血脉”，在诊断、 监护、手术、治疗等每个过程中牵动着医疗器械质量管理的神经，毕竟所有 融入医疗器械的技术和细节都事关患者的生命健康。 为器械的智能化搭建底层网络基础，同时满足严苛的产品安全要求，传感器 的使用必不可少。 资料来源：3 东方财富旗下金融数据平台Choice 智能时代医疗应用传感器发展报告 6 血压监测 血压管理对于整个围术期都有重要意义。危重或休克病 人在手术尤其是心脏手术结束后，患者血压监测有重要 临床价值。其中，尤以有创（侵入式）血压测量最为准确。 有创血压监测通过将导管插入血管内，再由导管连接至 一个充满液体的无菌系统，通过与之相连的电子压力传 感器获得血管内实时压力变化的动态波形图。急危重症 患者或术中患者的血压随时都有突变的可能，当介入手 术导管插入过深时极易堵塞开口导致灌注压下降，利用 压力传感器的灵敏性实时监测血压就可避免上述情况的 发生，为突发状况中的患者赢得宝贵的抢救时间。 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，据美国医疗器械促进协会 (AAMI)对于 血压传感器的相关要求而设计，相较传统应变式压力传 感器，在灵敏度、线性度、输出准确性、过载性等方面 具有明显优势。在5 C至40 C的温度范围内测量-50 至300 mmHg 的压力，适用于有创血压监控。该传感 器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。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。陶瓷基板上包含一个厚膜激光修 用于诊断治疗和病患监护设备的特定传感器 在胸腔、腹腔、开颅等大型手术后，对患者进行体温、呼吸、脉搏、血压等实时生命体征的监测将帮助医护工 作人员了解患者麻醉后苏醒情况，随时掌握术后病情，还能扩充医疗病历临床数据，验证诊疗方案的有效性。 1620系列 一次性血压传感器 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，可以确保轻松连接到血压计配件并保护感 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。1620 压力传感器采用批量生产， 每个陶瓷基板上均采用 10 x12 元件阵列（即每个基板上 有 120 件）。该产品使用卷带加静电袋包装进行交付。 可根据特殊订单定制性能特性和封装，以满足临床应用 的特殊要求。 体温监测 众所周知，体温是人体重要生命体征之一，长时间处于 过高或过低状态都会影响身体机能。人体可进行体温监 测的部位有鼻咽、鼓室、食管下段、心脏和直肠，这些 智能时代医疗应用传感器发展报告 76 部位的温度及变化可部分反应器官及相应健康状况。如 在围术期，因手术室环境温度影响或输血输液造成的体 温下降都会引起麻醉苏醒延迟、心律失常、影响切口愈 合等多种并发症，对愈后带来诸多不利影响，及时有效 地进行体温监测有助于医护人员了解患者病情变化，避 免发生术后突发性生理并发症。 目前围术期常用的体温监测仪器有几类： 较为常见的电子体温计，以NTC热敏电阻作为测温元 件或温差电偶产生温差电现象了解病患的皮肤温度。 航天技术民用化让红外测温技术为大众普及，热电堆 在一定距离外通过检测物体的红外（IR）能量测量温 度，主要用于鼓膜（鼓室）、额头温度测定，反应速 度快、与核心温度有较好相关性，满足一次性测温需求。 相较体表温度，人体核心温度在展现新陈代谢状况上 更精准高效。临床测量点如肺动脉、食道、膀胱、直 肠等，同样需要用到一次性医疗应用温度传感器。TE 的一次性医疗应用温度传感器从芯片制造，到内部设 计及制程，质量完全受控，产品尺寸小、具有出色的 一致性和稳定性。 TE可提供一系列传感器作为人体测温关键技术元件， 减轻患者不适，提高测量精确度，并创建了更好的监测 工具。NTC热敏电阻、热电偶、热电堆和数字温度传感 器可支持感染、术中等不同应用场景中的体表以及核心 温度监测，对各种精确度、包装和性能条件都有相应产 品支持。 热电偶利用两种不同材料导体组成闭合回路，当两端 存在温度梯度时就会产生电流，随之产生的电动势与 温度存在函数关系，由此得到被测量物体的具体温度。 热敏电阻利用热敏原理，使用材料的温度会随周围温 度或电流通过热敏电阻而导致的自热改变。 热电堆基于热电偶原理，由多对热电偶串联组成的器 件，加以NTC 校准环境温度，用于测量小的温差或 平均温度。 数字温度传感器是将传统温度敏感元件与相应电路结 合转换成数据采集设备直接读取的传感器。 以NTC热敏电阻传感器为例，TE的一次性医疗应用温 度传感器主要是采用了NTC热敏电阻。NTC热敏电阻 智能时代医疗应用传感器发展报告 8 是一种热敏性半导体电阻器，其电阻值随着温度升高而 下降，电阻温度系数约为金属电阻温度系数的10倍， NTC热敏电阻器电阻值的变化可以由外部环境温度的变 化引起，也可以因有电流流过，自身发热而造成。NTC 拥有可替代性，体积小，长期稳定性好，精度高等特点， 所以非常适合用来作为测量成人直肠、儿童直肠和皮肤 温度等领域的一次性医疗应用温度传感器。TE一次性 医疗应用NTC温度传感器，其电阻的特性在25时为 2252欧姆，采用聚丙烯绞线，利用尖端lead绝缘封装， 可根据要求提供各种引线长度，提供定制公差，提供R / T曲线，工作范围-40 C至+ 80 C。凭借小巧的外观， NTC温度传感器可轻松配合各类设备，使得有限的空间 中可以集成更多功能，在安装上，TE产品提供了直角 或直式 连接器封装来简化安装。 血氧监测 血氧饱和度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，对于肺炎、哮喘、 慢性阻塞性肺病（COPD）和心力衰竭等呼吸系统疾 病患者尤其关键。在术中及术后的血氧饱和度监测可帮 助医护工作人员实时了解病人体血液含氧量。若血氧饱 和度偏低则表示患者体内持续缺氧，若患者长时间处于 缺氧状态会造成器官衰竭、体内酸中毒，一旦造成器质 性病变将难以恢复。因此，与血压监测一样，血氧监测 也成为医护人员衡量病人术中及术后病情状况的关键 指标。 血氧仪利用红外光技术，透过手指、脚趾、耳朵皮肤和 肌肉骨骼组织后的对光的吸收量的变化监测人体血氧饱 和度和脉搏。通过监测脱氧血红蛋白和有氧合血红蛋白 对于红光LED和红外光LED两种不同波长光的吸收差 异，血氧传感器负责测量检测器所接收两种光的光亮差 异并计算出所吸收的光量，最后通过计算测出的数值差 来获得测量血氧饱和度最基本的数据。 一次性医疗应用 温度传感器 智能时代医疗应用传感器发展报告 98 TE的血氧传感器使用发射器和接收器两种光电组件， 可应用于脉搏血氧仪、重复性指夹式/耳夹式SpO 2 探 头、一次性条状/蝶状SpO 2 探头等。凭借30余年 的专业知识及验证经验，TE已设计出可适应多个波长 选项的高灵敏度SpO 2 传感器ELM-4000 插件系列 及ELM-5000贴片系列，满足不同血氧仪高精度、高 耐用性及高性能的产品需求。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。检测器组件为 硅平面扩散型光电二极管，具有效率高、响应快的特点。 表贴式组件可采用自动锡焊工艺进行组装，可降低产品 整体成本，提高质量。规模化的自动化产线，满足大批 量元件生产需求，也可为血氧仪厂商提供一次性血氧传 感器和重复性使用血氧传感器。 药物灌注 重症加护病房ICU、心脏内科监护室CCU、儿科、心胸、 脑外科等重症患者以及术中无法主动进药的病患需要能 够准确控制输液量和流速，因为输液的剂量与速度都会 对患者造成影响。医用输液泵以及注射泵的产生让严格 控制药物输入速度和数量成为可能，这不仅对患者维持 体征和营养补给提供了可靠性与安全性，也为减轻医护 人员的工作强度提供莫大帮助。 输液泵系统主要由微机系统、泵装置、监测装置、报警 装置和输入及显示装置组成。注射泵相当于微量给药版 的输液泵，两者原理相似，且都具备相应的状态监测系 统与报警装置。监测装置主要由多种传感器组成，输液 泵配有红外滴数传感器、称重力传感器和超声波气泡传 感器等，以确认持续并且准确的药液流量、检测阻塞、 从外部检测管道中的气泡以及测量液位，再由传感器将 信号发布给报警系统进行正确的信号处理，保证输液剂 量与速度的精准性，从而达到最佳治疗效果，减少医护 与患者的负担。 在输液泵中，两个力传感器检测由药液压力产生的力， 并将差分信号与药液的流速相关联。因力传感器最基本 的特性是灵敏度、稳定性、可重复性和精度，这些特性 都与医疗泵药液输送原理相呼应，因此医疗泵也是力传 感器使用最多的场景之一。 TE在力传感器设计和制造领域处于领先地位。TE的 FX29按钮压缩式力传感器其核心元件由一个半导体微 机械硅压阻式应变片构成，每个力传感器有四个精心排 布的 MEMS 裸芯片。应变片根据密切匹配的热 / 电工 作特性配对，形成一个惠斯通电桥，其中两个应变片测 量张力，另外两个应变片测量压缩力，应变片所依附的 基板可在受到外界力或扭矩作用时变形。电桥产生的差 分电压输出信号与外界施加在 FX29 基板上的力的大小 成正比。与许多制造商使用的粘结箔应变片(BFSG)技 术相比，半导体应变片具有75 倍的灵敏度，因此可支 持更硬的负载受力结构和更小的应力等级，但仍可产生 10 倍的信号输出。MEMS应变片使用玻璃这种无机材 料通过微熔技术的高温工艺与不锈钢基板相粘合。无机 材料的使用和微熔技术工艺可减轻机械零件中的残余应 力，确保传感器的长期稳定性。值得一提的是，TE的 微熔技术制造工艺已经过微调，可保证数百万数量级的 批量生产 4 。 输液管产生的气泡一旦进入人体会对病人造成不利影 响，当气泡体积大于5ml时甚至会导致死亡，因此加强 SpO 2 ELM系列传感器 FX29按钮压缩式 力传感器 资料来源：4 TE白皮书：优化紧凑型力传感器设计以提高性能 智能时代医疗应用传感器发展报告 10 医疗泵的气泡监测很有必要。TE的AD-101 非侵入式 气泡检测器利用超声波技术（即超声波的散射衰减特性） 能够识别任何类型液体中是否存在流动中断。当输液管 被气泡填充时，由于空气和水的声阻相抗较大，传感器 发射端释放的超声波在其中传播会有很大的反射系数从 而引起较大衰减，其衰减值可被传感器接收端及时捕捉 并转换成相应的电信号。该款紧凑型产品可灵活定制， 适于几乎所有内径小于10毫米的灵活塑料管或管道。 而其非侵入式设计解决了在流体环境下如何保持无菌状 态的难题，加上超强的抗信号干扰特性、可定制特性与 通电后可支持持续自我诊断等优势，为医疗泵制造厂商 实现产品新突破提供有效技术辅助。 TE的磁阻角度传感器KMT32B也应用于输液泵/胰岛 素泵中的微型螺杆泵中，用来监测导螺杆的转动角度， 并通过电机控制器反馈控制导螺杆的转向和速度，从而 控制向病人的输液速度。 呼吸管理与改善 在术前麻醉、术中呼吸监控和术后麻醉复苏的整个围术 期都会频繁使用到呼吸机。由于病毒感染后，呼吸困难 是危重病人的典型症状，而呼吸机能使肺泡在呼气末保 持一定压力，增加功能残气量，防止肺泡萎陷，从而改 变通气和换气功能，实现对病人进行辅助呼吸治疗的目 的。一些大流行疾病的重度甚至危重患者极易出现呼吸 衰竭、休克、凝血功能障碍等症状，若没有及时的呼吸 机辅助，严重时会发生重要器官衰竭乃至死亡。持续正 压通气（CPAP）的呼吸机装置，可强迫空气进入肺部， 在整个呼吸周期内人为施加一定程度的气道内正压。如 果病人出现呼吸暂停，CPAP呼吸机可根据预设的频率 进行必要的机械通气。这就需要呼吸机中设计安装多个 传感器，用于实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、 压力和温湿度等参数指标，以保持患者获得持续、舒适 的呼吸功能。因此，呼吸设备都会安装有气体质量流量、 压力、湿度、温度和磁等传感器。而这些种类的传感器 同样在其他临床应用中发挥着独特的作用。 AD-101 非侵入式 气泡检测器 智能时代医疗应用传感器发展报告 1110 LMM-H04热膜式气体 流量传感器 HTU系列 温湿度传感器 气体流量传感器设计用于测量进入呼吸机的氧气水平， 以确保充足的空气供应。TE热膜式气体流量传感器 LMM-H04有单向和双向设计，使得传感器可进行正向和 负向空气流量测量。LMM-H04是一种热力传感元件，用 于在定义良好的通道中单向测量空气质量流量。适用于呼 吸机和麻醉机等对气体流通有较高敏锐度要求的场景内。 人体呼吸功能与肺泡的膨胀与收缩紧密相关，正是其过 程与大气压之间行程的压力差才形成完整的呼吸过程。 压力传感器设计用于捕捉风扇、储气罐/氧气瓶压力、 过滤膜进气、患者呼吸等不同大小的气压与气流指数， 在不同海拔高度环境下调节病人呼气与吸气，同时监测 呼吸机各管路的清洁状况，确保患者进气干净，并与患 者呼吸节奏同步。其中，呼吸机滤膜用以过滤进气时的 灰尘、粉尘，以及空气中的有害物质，在确保使用者进 气清洁的同时，防止灰尘磨损马达造成机器损坏，帮助 延长机器的使用寿命。 TE的SMI压力传感器SM7000与SM9000具备超低 的压力传感范围，高度灵敏的传感元件可检测到小至125 Pa 的超低压力变化，即使是患者呼吸或呼吸机过滤膜的 进气情况等微小气压变化都可精确捕捉。16位数字转换 器实现轻松快速地信号读取。高适配性使其对安装方向不 敏感，适用于任何型号的医用或家用无创呼吸机 5 。 当低压空气被持续不断地输送到呼吸面罩中以保持气管 开放时，进入人体的温暖、潮湿的空气可以显著提高患 者的舒适度。多种较新的呼吸机设备通过配备特定的传 感器来测量和调节湿度、温度和其他参数，使得患者 所呼吸的气流的湿度可以得到有效的监测和控制。TE 的传感器产品即可被应用于提供此项功能。TE 推出的 HTU系列可表面贴装的湿度/ 温度数字输出组合传感 器，采用紧凑的 6 引脚 DFN 封装，规格可达2.5 x 2.5 x 0.9 mm ，响应时间快，而典型功耗低（仅为 3.78 W）。通过精确校准，这些高精度传感器每个都进行 了序列化以实现可追溯性，其相对湿度的典型精确度为 2%，温度的典型精确度 0.2 C。该种传感器既提 供可配置地址I 2 C的数字输出版本，也提供模拟输出版 本，可迎合传感器数字化数据收集与分析的发展需求。 影像检测 X光(X-Ray)、电脑断层扫描(CT)、磁力共振(MRI) 等医学影像检测方法，都可以帮助医生更精准地定位和 发现病情。在临床治疗中，固定患者的位置、并瞄准该 位置进行连续治疗非常重要，这样可以将更高剂量的放 射线传递给目标癌变区域，同时对周围的良性组织的损 伤较少。TE的拉绳位移传感器PTX150可被安装在移 床底部或成像臂上，用于测量仪器的相对位移变化，以 确保不会针对良性组织产生误操作、而对患者造成重大 损伤。TE的拉绳位移传感器还提供多种检测范围，可 适应不同医疗仪器和场景，其高可靠性外壳耐用性高； 该拉绳位移传感器还提供NIST校准证书，有MT2A 和 MT2E高精度产品可选，也可按客户要求提供定制服务。 SMI 压力传感器 资料来源：5 TE产品应用指南用于低压传感的SMI压力传感器 智能时代医疗应用传感器发展报告 12 用于手术治疗的特定传感器 随着现代医学的不断发展，手术早已成为人们耳熟能详的治疗方式，即使是在全麻环境下进行的心脑血管、颅内， 或是并发症几率颇高的阑尾、结肠部分切除术，手术危险性都在不断精进的手术手段与医疗设备的实时照看下 大大缓解，其中传感器的功劳不可忽视。消融探针、微创压力监测等功能繁多的传感器的应用让主刀医师实时 准确了解被手术者的生命体征与切除物状态，快速准确部署相应操作。 血液透析 我们的肾脏一直承担着主管人体新陈代谢、维持体液酸 碱平衡、促进内分泌的功能。身负重任的肾脏在患者手 术期间便显得极为脆弱和重要，输尿管、膀胱结石或阻 塞，以及休克、败血症、心脏衰竭都极易导致急性肾衰 竭等不可逆损伤，为病人日后的健康生活留下极大隐患。 透析设备的使用可以部分分担肾脏功能，帮助一同过滤 废物去除多余液体及平衡身体电解质，改善肾脏功能。 透析设备的正常运转与患者的治疗安全息息相关，压力、 漏液、气泡检测皆不可少。 透析液输送系统中的压力控制透析过程的对流速率和清 除率。血液将在恒定压力下通过半透膜进行过滤。TE 生产的直径13mm 的毫伏输出压力传感器MEAS 85F 系列专为该需求设计。85F齐平安装传感器适用于 O 智能时代医疗应用传感器发展报告 1312 MEAS 85F 系列传感器 形环密封，且膜片不被焊接环或压力接头所遮盖。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。封装件上附有一个陶瓷基板，其中包含一个激光 修正电阻以对传感器进行温度补偿和偏移校正。此外还 包含另外一个激光修正电阻，可用于调整外部差分放大 器及提供 1% 的互换量程范围。 与输液泵类似，气泡传感器对于透析仪管路中气泡检测 同样发挥着重要的作用。透析仪穿刺针针头漏气、针头 与血泵连接处漏气等原因都会造成微小气泡混入血液造 成混浊状血栓的风险。TE的AD-101非侵入式气泡检 测器也可同样对透析仪中气体混入进行精准检测，避免 造成肺部栓塞的可能性。 透析液的温度至关重要，不适当的温度会导致患者不适， 但更关键的是，血液蛋白只能在特定的温度下才有活性， 保持健康。 血液的温度由透析液水温控制。 TE的PT 温度传感器应用于透析液的温度测量和控制，保障患者 在透析过程的体温、血压及舒适度，减少并发症的发生。 血液透析中有着完善的安全报警系统，如血压报警，流 量、温度报警，空气报警等，漏血报警也是其一，出现 任何一个报警，仪器都会停止正常透析工作，进入透析 液旁路状态，从而保证患者的安全。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。基于光学原理的TE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，受光侧接受到的光强 度下降，继而转变为电压下降，当下降一定幅度时就会 发生漏血报警。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。 消融手术的温度监测 射频消融手术属于微创手术的一种，治疗过程基本为： 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，达到损毁坏死病变处的目的。因创口小、过程 快，疗效媲美外科大手术，在近几年逐渐受到患者欢迎。 肿瘤、心血管病患者通常会被建议进行消融手术，因基 于温度传感器的射频消融导管能快速定位散热差的癌细 胞，而癌细胞对高热敏感，消融探针的使用能够快速有 效杀灭癌细胞，避免副作用发生。 温控性射频消融导管的温度控制对于手术的成功进行起 到决定性的作用，加热区的温度控制可控制组织损伤， 温度的恒定也可避免患者因体温过高出现心率增快、皮 肤烧伤等不良反应。 在人体这样狭小环境内的敏锐温度检测需要更为灵活精 密的温度传感产品，TE超小型热电偶PF5040139以 灵活的超细热端设计、极佳精度、超快响应速度和强大 的可扩展性完全满足相关厂商的量产与使用需求。创 新超细端连接绝缘技术使传感器最细端截面仅为0.08 （宽） x 0.15mm（高），仅为0.5的超窄误差范围 与小于200ms的测温周期帮助主刀医生减少病灶体积 与状态的判断误差，精确快速处理坏死或病变部位。 大型手术的压力监测 人体内的压力有血压、胸内压、眼压、颅内压等多种。 危重病患或接受大手术的病人在手术过程中血压易快速 变化，术中监测有创压力可对手术过程中的体内压力进 行实时监测，有效降低术中、术后不良事件的发生。例 如，围产期的子宫收缩活动可使用宫内压力导管（IUPC） 跟踪分娩时的收缩，可对孕妇早产和流产起到预警作用； 活体组织检查、急诊手术和胆道手术等非大型手术也可 智能时代医疗应用传感器发展报告 14 SMI IntraSense 从压力检测中获益。这些人体内压力监测都需要借助微 创压力传感器才能实现。 TE旗下的SMI IntraSense系列产品是微创传感器领域 的先锋。微创外科手术受益于IntraSense产品在整个 解剖空间内直接进行压力测量。它可以沿曲折的解剖组 织移动进行颅内压力、子宫内压、心血管内压以及肾内 压的测量，提供最低的侵入性监测。IntraSense传感器 产品达到1F（0.33mm）导管直径，同时具备良好的 生物兼容性。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。在微创手术应用上， SMI的1F传感器出货量已达数百万片，在传感器性能 和易用性上迈出了一大步。 SPD 系列 拉绳位移传感器 手术位置监控/外科医用控制台位置监控 拉绳位移传感器一般用来测量绝对距离或位移，其提供 代表距离的电气输出，通常用于物体之间相对运动，且 位移较大的地方，适用于手术位置监控或外科医用控制 台的位置监控。外科医用控制台用于机器人手术应用中， TE的拉绳传感器SPD系列在测量踏板位置以及手臂器 械位置和摄像机之间的长度方面起着重要作用。 其还用 于机器手臂关节或控制台台柱位置的安全检测，以确保 没有相对运动，如果检测到任何动作，系统将关闭进入 安全模式。 智能时代医疗应用传感器发展报告 1514 从身到心，一切让生活状态达到良好的过程与效果都与 大健康产业息息相关。只有全民健康状况得到保障，才 能为国家经济建设奠定坚实基础。然而，在庞大的人口 基数背景下，中国不仅面临着老龄人口数量巨大，发展 态势迅猛的情况，同时伴随着重疾与慢性疾病年轻化的 双重夹击。随着数量激增、疾病类型在更多年龄段蔓 延，消费者的健康意识也逐渐由被动“治疗”向主动“防 御”积极转变。在此背景下，即使如今新冠肺炎疫情在 短期内为中国带来经济活动减少和社会需求抑制等不良 影响，但中国防疫举措的强大执行力让市场对其经济的 后续活力保持乐观，对技术创新力的呼吁也让大健康产 业的发展再次受到关注。中共中央、国务院印发的“健 康中国2030”规划纲要明确指出，健康产业将成为 国民经济支柱性产业，并定下2030年行业总规模达16 万亿元的明确发展目标；目前，中国大健康市场仍停留 在重复生产，研发和创新力不足的局面。中国多省市区 也纷纷出台产业政策，调整产业结构、优化产业布局， 努力发挥地区产业集群效应，打造高质量的大健康产业 创新集群。 大健康 从技术层面提升大健康产业创新能力首选需要解决的是数据问题；就研发而 言，只有帮助产业和相关专业机构数据，才能缩短产化前的研发过程，为走 创新产业模式做好准备；于消费者而言，也只有日常使用的医疗保健设备能 够以精准数据帮助使用者实时掌握身体健康状况，消费者才能将“预防”的 意识根植于心。 传感器在其中的每个节点，都有关键任务。 智能时代医疗应用传感器发展报告 16 用于睡眠质量监测的特定传感器 以目前大健康市场最为关注的睡眠领域说起。2020年 世界睡眠日的主题为“动静之间，健康睡眠。”，真实 反映了全球约1/3人“睡不着、睡不醒、睡不好”的睡 眠现状。健康的睡眠对恢复人体精力、改善压力、增强 免疫力甚至维持生命健康都至关重要，睡眠体征监测与 可靠的睡眠质量解决方案便成为现今大健康市场的一大 需求，以寝具为首的智能床垫、智能枕头等非穿戴式睡 眠监测产品正逐渐受到热捧。 以睡眠监测床垫举例，内置传感器的床垫可以每日监测 用户的睡眠习惯，包括翻身、心率、呼吸、睡眠周期甚 至打鼾，以及卧室温湿度等情况。这些监测都是在不打 扰使用者的前提下进行，由于不用穿戴，且人体接触的 传感器为无源器件，不需要供电，用户会感觉更为舒适 而没有负担。传感器收集到的数据会被传输到手机端， 呈现在用户面前的是经过系统数据分析后的睡眠报告以 及改善建议。 TE压电薄膜传感器10184000-01具有睡眠监测功能，能很好地完成使用者睡眠体征、体动信息跟踪等任务。TE 压电薄膜传感器可以做成任何形状将其置于床垫上可以检测呼吸频率、心率和其他参数，如身体移动和下床，从而 为智能APP等睡眠质量分析工具提供更全面的数据，获得更精确的睡眠质量分析。压电薄膜是一种无源器件，无 需外部额外通电，安全可靠。所用材料柔软，机械韧性优良，并具有宽频带、宽动态范围、高电压灵敏度的特性， 集多用途性、柔性、耐用性和化学惰性于一身，可以承受高达85 C的温度，同时，它的声阻抗较低，能有效地在 水和人体组织中转导声音信号。该产品和集成传感器模块按照严格规范设计和制造，且通常提供定制服务。结合物 联网应用，可以有效提供人们的睡眠模式信息，为智能医疗健康提供有力的数据支持。 提供更全面的睡眠数据材料柔软、机械韧性优良可以承受高达85 C的温度 85 C 智能时代医疗应用传感器发展报告 1716 胰岛素泵外形如同BP机，由机械泵系统、小注射器和与之相连的输液管以及皮下注射装置组成。输液治疗的顺利 与否也就是输液管道的通畅与否大程度依赖于使用称重力传感器的灵敏度。与输液泵类似，TE的FS19力传感器 可敏锐感知胰岛素泵子系统的密封状况、进气压力、泵堵塞等情况，避免胰岛素泵装置失灵使患者承担血糖过高或 过低风险，为患者的生命安全保驾护航。 高灵敏度高过载偏移小 用于预防胰岛素泵堵塞的特定传感器 现今，糖尿病及其慢性并发症已成为严重影响全球人类 健康的慢性非传染性疾病。为此，世界卫生组织和国际 糖尿病联盟特别将11月14日设为“联合国糖尿病日”， 旨在引起全世界的警觉。 糖尿病患者的一大症状就是胰岛素的绝对缺乏或分泌不 足。多国际大型研究结果均显示，加强胰岛素强化治疗， 模拟生理性胰岛素分泌状态有助于迅速解除糖毒性，帮 助患者保持每日血糖的正常水平。而相较传统口服降糖 药物，使用胰岛素泵在精确给药、维持胰岛素分泌、快 速稳定血糖等方面效果更佳，相关产品轻便小巧易于携 带，方便患者随自身喜好偶尔加餐。 智能时代医疗应用传感器发展报告 18 用于家用呼吸机的特定传感器 科技的进步让医疗设备民用化成为常态，其中家用呼吸机首当其冲。作为改善呼吸功能、减轻呼吸消耗、节约心脏 储备的医用呼吸机在经过简化设计后“回归家庭”，专为患者突发性换气障碍、并发急性呼吸衰竭时使用，不但救 患者于水火，也起到减轻医院压力、节省家庭支出的作用。 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 参数有较高要求。 与无创医用呼吸机一致，TE的SMI压力传感器具备超 低的压力传感范围。这些传感器使用压阻技术和信号处 理功能来提供补偿输出，从而实现了超低压和低压传感。 SMI压力传感器针对小型设备进行了优化，并封装在紧 凑、坚固的护套中。这些传感器的轻便设计非常适用于 家用呼吸机对于机体紧凑、便携性的要求。高度灵敏的 传感元件、不超过1%的补偿温度范围与长期稳定性都 能助力家用呼吸设备长时间的精确测量，为患者的术后 恢复、疫情期间的呼吸过度或是睡眠呼吸疾病治疗带来 助益。 风扇和 O 2 控制器检相电路 压力 0 至 5 cmH 2 O ( 流 +300 slpm，通过 p 测量 ) 压力 30 至 40 cmH 2 0 压力 35 至 90 PSI 温度 60 至 120 F 转速 15,000 至 60,000 RPM 气压 湿度 33 - 44 mg H 2 O/L CO 2 水平 30,000 至 40,000 ppm 无创呼吸机 室内空气 氧气 滤膜风扇 可选 O 2 来源 混合器 加湿器滤膜 呼出 吸入 患者 限制器 电机 A nullC null null null Fnull H H A A null null C null F null nullnull A 智能时代医疗应用传感器发展报告 1918 此外，TE为家用呼吸机的整体运作都配备了相应传感产品： 传感器技术应用特色产品关键产品特性优势 压力 滤膜清洁度监视和 气流监视 SM9000 或 SM7000 低至 125 Pa 的超低压力范围 16 位数字输出 对安装方向不敏感 检测压力的极小变化 轻松读出信号 简化系统集成 压力 风扇压力 SM6000 数字和 / 或模拟输出选项 精确度高达 1% FS 对安装方向不敏感 系统设计灵活性 长期可靠且精确的测量 压力 罐体压力 氧气端 M5200 压力传感器 介质兼容性 精确度 ：0.25% 总误差范围 ：1.0% 暴露于压力介质时具有出色的耐用性 紧凑的模块化设计 压力 气压补偿 SM11X1 紧凑的 SOIC-8 护套 提供数字或模拟版本 紧凑型设计 系统设计灵活性 温度 空气和气体温度管理 TSYS03 数字温度测量 提供超小型 1.5mm x 1.5mm 封装 分辨率高达 0.01 C 2.4V 至 5.5V 的电源电压范围 超紧凑设计 精确数字输出 低功耗 A B C D E 呼吸机应用的传感器解决方案 2020 TE Connectivity. 保留所有权利。TE Connectivity、TE 和 TE connectivity (logo) 是 TE Connectivity Ltd. 的商标。 SS-TS-TE910 04/2020 传感器技术应用特色产品关键产品特性优势 温度 空气和气体温度管理 44000 系列 NTC ( 负温度系数 ) 热敏电阻 小型化组件 快速响应 高灵敏度 经验证的长期稳定性和可靠性 温度 空气和气体温度管理 PTF 系列 RTD ( 电阻温度探测器 ) 传感器 薄膜铂金沉积在陶瓷基板上，具有玻璃涂层 提供导管轮廓 尺寸 1.2 x 4.0 x 1.1 mm 长期稳定性 高质量电气绝缘 小尺寸 湿度和温度 空气和气体混合物的湿度和 温度管理 HTU31 提供数字或模拟输出 冷凝后 10 秒内 t63% 的快速响应时间 可选滤膜保护 组合湿度和温度 系统设计灵活性 环境稳定性 磁性角度传感器 风扇速度调节 KMT36H 三个电桥信号，120 相差 额外磁场可 360 全面测量 精确度优于 +/- 0.5 360 非接触式绝对角度测量 高度灵敏 热电堆 呼出二氧化碳水平测量 G-TPCO-035 NDIR CO2 气体检测滤膜 精确的参考传感器 4.26m