在醫療電子設備中，醫療應用傳感器可以說一種“隱秘而偉大”的存在。它們位于醫療設備與病患接觸的最前端，及時可靠地感知和獲取患者生命體征、健康狀況等信息，以及醫療器械使用環境和狀態等參數，它們在整個系統中看上去并不起眼，但卻為醫生對癥施治提供了重要的依據。

如果說傳統醫療的有效性，很大程度上取決于醫生“望聞問切”的個人經驗，那么對于以“數據”作為診療依據的現代醫療，醫療應用傳感器這個“數據源”的作用，就顯得更為重要了。

一直以來，醫療應用傳感器技術伴隨著醫療行業的進步而不斷演進，今天我們發現，醫療行業的發展已經來到了一個重要的拐點，與之相適應，醫療應用傳感器會發生什么樣的新變化，這種變化又會對醫療行業的變革提供哪些助力？這就是今天我們想要探究的問題。

變化的醫療行業，變化的傳感器

2020年一場突如其來的新冠病毒疫情，對很多行業都造成了負面影響，而有一個行業卻成了“逆行者”，不用說大家也都猜得出來，那就是醫療行業。

其實，即使沒有疫情這只“黑天鵝”，醫療行業的持續增長也是一個不爭的事實——在人們實現了生存和溫飽等基本保障之后，健康肯定會成為下一個“剛需”，而醫療則是這個剛需背后必不可少的支撐。以醫療器械市場為例，根據全球知名醫療市場信息數據咨詢公司Evaluate的研究報告，2020年全球醫療器械市場規模約為4050億美元，年均復合增長率穩定保持在5%左右。

另一方面，ABCDEI（人工智能AI、區塊鏈Blockchain、云計算Cloud、大數據Big-Data、邊緣計算Edge Computing、物聯網IoT）等新技術的導入，也在為醫療行業的發展提供更強大的驅動力。有數據顯示，2020至2028年，AI技術在全球醫療保健市場的年復合增長率將高達38.05%；以醫療物聯網 (loMT) 為基礎的智慧醫療器械市場規模，也會從2017年的149億美元增長至2022年的522億美元 。

一邊是剛需的拉動，另一邊是新技術的推動，這也就為醫療行業的快速發展提供了持續的動力。與此同時值得關注的是，在市場總量擴張的同時，醫療行業的運營模式也在發生著“質”的變化——傳統上集中在專業醫療機構的醫療資源，正在藉由新技術的賦能逐漸下沉到民間，變得越發觸手可及，進而形成一個立體化的全民大健康體系。

這種從“量”到“質”的全方位的變化，顯然會對多年以來大家已經習慣了的醫療電子產品及其相關聯的生態產生深刻的影響，能否適應這種變化，也就成了能否在未來的醫療健康領域立足和發展的關鍵。

具體到醫療應用傳感器領域，醫療健康行業的新體系、新模式也對傳感器技術和產品提出了新的要求，這主要體現在：

1

高性能

這是對醫療應用傳感器的基本要求，其感測精度等指標，必須符合醫療行業的標準，無論是專業還是民用醫療設備，都是如此。

2

高可靠

由于醫療設備的使用環境復雜，有時甚為苛刻，而其又與患者的生命健康息息相關，因此可靠而穩定的工作就成了硬指標。

3

低成本

大健康的概念下醫療資源的下沉和普及，需要更多大眾用戶“用得起”的醫療設備；同時在一些特殊的場景下，一次性“可拋棄”的醫療用品也會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的要求，讓醫療資源的規?；蔀榭赡?；二是用戶在實際使用中，無需校準等特殊而復雜的維護工作，降低使用的門檻。

5

產品組合豐富

如上文所述，醫療資源覆蓋范圍的擴大化，必然會帶來產品形態的多樣化，這也就反過來促使傳感器廠商開發更為豐富的產品系列，以適應不同應用場景之需。

TE醫療應用傳感器管窺

上面這些要求，說起來簡單，但是要根據不斷變化的醫療健康應用需求，對傳感器產品進行具體而微的優化，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品入手，探究一下其中的門道。

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溫度傳感器

無論在哪個行業，溫度都是需要感測的一個基礎物理量，并發展出了熱電偶、熱敏電阻、熱電堆等多種傳感方案。在醫療健康領域，體溫測量、環境溫度監測和醫療器械溫控都是溫度傳感器重要的目標應用。

01

一次性體溫測量

NTC熱敏電阻是一種熱敏性半導體電阻器，其采用負溫度系數即電阻值隨溫度上升而下降，電阻溫度系數約為金屬電阻溫度系數的10倍。TE針對一次性醫療應用，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、長期穩定性好、精度和準確度高等特點，非常適合作為成人直腸、兒童直腸和皮膚溫度等一次性醫療應用的溫度傳感器。

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

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射頻消融手術溫控

射頻消融手術近年來在腫瘤、心血管疾病的治療中越來越受到歡迎，因為它屬于一種微創手術，可在數字減影血管造影機（DSA）引導下，將電極導管送入手術部位，通過溫度識別精確定位，并將電極導管頭端緊貼關鍵病灶處，通過局部釋放射頻電流產生小范圍熱效應，損毀壞死病變部位，創口小、過程快。在射頻消融手術中，射頻消融導管的溫度控制是個關鍵，精確的溫控可控制組織損傷，避免患者因體溫過高出現心率增快、皮膚燒傷等不良反應。

TE的超小型熱電偶PF5040139具有超細熱端設計、極佳精度、超快響應速度、多種尺寸和強大的可擴展性——其最細端截面僅為0.08 x 0.15mm((寬x高)，同時0.5°C的超窄誤差范圍與小于200ms的測溫周期，可以幫助主刀醫生更精準而快速地處理壞死或病變部位，減少對病灶體積與狀態的判斷誤差。加之其小型化的封裝，使其成為類似的微創手術應用的理想之選。

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呼吸機的溫濕度監測

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

針對這一應用，TE可以提供將溫、濕度測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%的濕度測量和精確度±0.2° C的溫度測量。值得一提的是，HTU系列傳感器同時提供模擬輸出和可配置地址I2C的數字輸出兩個版本，數字輸出版本會為后續數據的收集分析，以及數字化的處理提供便利。

02

壓力傳感器

在醫療健康領域，壓力傳感器的應用也非常普遍，不同的應用對應著不同的產品，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生命體征，其測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,用于有創血壓監測。與傳統的應變式壓力傳感器相比，在靈敏度、線性度、輸出準確性、過載性等方面都有明顯的優勢。它可以滿足美國醫療器械促進協會 (AAMI) 對于血壓傳感器的相關設計要求，可在5° C至40° C的溫度范圍內測量-50至300mmHg的壓力，適用于有創血壓監控。

進一步看，1620系列壓力傳感器還具有很多醫療應用傳感器所需的優秀特質，比如：

1620壓力傳感器由一個封裝在陶瓷基板上的壓力傳感元件構成，陶瓷基板上還包含一個厚膜激光修正電阻，可對傳感器進行補償和校準。

陶瓷基板上附有一個塑料蓋，可以保護感應元件；傳感器感應元件被包裹在電介質絕緣膠內以確保電路和液體隔離。這些措施優化了傳感器的可靠性。

該傳感器可批量生產，每個陶瓷基板上均采用10x12元件陣列，可使用卷帶加靜電袋包裝進行交付。同時，該產品設計用于自動化裝配設備，可直接裝入一次性血壓計的外殼內，為批量生產和供貨提供了保障。

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微創外科手術中的壓力感測

在外科微創手術中，往往需要對于顱內壓力、子宮內壓、心血管內壓以及腎內壓進行測量，以便對手術過程進行精準地掌控。而適應這樣特殊的應用場景，必須有專門設計的傳感器。

TE旗下的SMI IntraSense系列產品就是專門為此量身定制的：該產品達到1F(≈0.33mm)導管直徑，同時具備良好的生物兼容性，所以將侵入性降至最低；為簡化系統集成，此傳感器出廠前已進行了導線預連接和預密封處理；SMI還可提供定制化校準方案，以便在現有手術設備中使用……可以說，該系列傳感器在性能和易用性上，都為行業樹立了一個標桿。

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血液透析中的壓力控制

很多醫療設備被用來模擬和替代人體的機能，這時精確的控制就顯得非常關鍵。比如在血液透析中，透析液輸送系統中的壓力控制著透析過程的對流速率和清除率，血液必須在恒定壓力下通過半透膜進行過濾。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計的。該傳感器利用硅油將壓力從316L不銹鋼隔離膜傳遞到感應元件上。它采用了齊平安裝的設計，適用于O形環密封，且膜片不被焊接環或壓力接頭所遮蓋。在傳感器組件的陶瓷基板上，有一個激光修正電阻，通過它可對傳感器進行溫度補償和偏移校正；此外，還有一個激光修正電阻，可用于調整外部差分放大器及提供±1%的互換量程范圍。這些設計對于確保傳感器的精度和可靠性，都大有裨益。

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光學傳感器

光學傳感器通常為我們提供了一種非接觸或非侵入的測量方法，它通常由一組光發射和接受單元組成，通過測量光線經過被測對象（如血液）透射或反射后的變化，來測算所需的測量結果。

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血氧飽和度測量

血氧飽和度用來衡量人體血液內的血氧含量，是判斷人體呼吸循環系統是否正常運轉的重要指標。血氧飽和度測量是光學傳感器的一個典型應用，其原理是通過測量紅外光透過手指、腳趾、耳朵皮膚和肌肉骨骼組織后對光的吸收量的變化，監測人體血氧飽和度和脈搏——由于紅蛋白和氧合血紅蛋白對于紅光LED和紅外光LED兩種不同波長光的吸收有差異，血氧傳感器可以通過測量所接收到的兩種光的光亮差異，來獲得測量血氧飽和度最基本的數據。

TE憑借30余年專業的知識及驗證經驗，設計并提供可適應多個波長選項的高靈敏度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用需求，無論是一次性使用還是重復性使用的血氧傳感器，都很適合。

ELM系列產品內置兩個LED，一個波長為660nm±3nm的紅光LED，另一個波長為890或905nm的紅外 LED。該產品具有效率高、響應快的特點。ELM-5000系列的表貼式組件可采用自動錫焊工藝進行組裝，有利于降低產品整體成本，提高產品質量，也適合規模化的自動化產線，滿足大批量生產的需求，

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血液透析漏血報警系統

透析漏血傳感器是透析機的重要組成部分，當透析液中有氣泡、透析器破膜以及有血液溢出時，它會及時報警，以保證治療過程中患者的安全。這也是光學傳感器的一個重要目標應用。

TE基于光學原理的高靈敏度漏血傳感器，由發光側和受光側組成，當漏血發生時，由于紅細胞懸浮在透析液中，產生遮光效果，導致受光側接受到的光強度下降，繼而轉變為電壓下降，當電壓下降到一定幅度時就會觸發漏血報警。TE漏血傳感器對環境光有很強的抗干擾性，對儀器內血液溢出情況反應靈敏，這也是其最大的競爭優勢。

熱門應用，一站解決

通過以上一系列TE醫療應用傳感器典型產品的介紹，我們基本上可以看出當今醫療應用傳感器技術發展的趨勢——隨著醫療技術的發展、醫療健康行業生態的擴展，醫療應用傳感器產品形態正在不斷被細化，以滿足特定應用場景的需要。

但這樣的產品細分，也會對產品選型和最終方案的設計帶來困擾——如何為目標應用找到最合適的醫療應用傳感器？

這樣的課題，TE等醫療應用傳感器技術供應商也在思考。TE給出的解決方案就是——針對熱門應用，為客戶提供一整套解決方案，這樣一來從設計到后續的供應鏈管理，客戶的工作負荷都會大大減輕。

比如新冠疫情背景下，專業呼吸機的緊缺使得家用呼吸機成為一個市場熱點——它在醫用呼吸機基礎上，通過簡化設計，形成適于家庭使用的版本。作為醫用無創呼吸機的簡易版，家用呼吸機承襲了一般呼吸機的工作原理，對精確監測與控制氣流、壓力、溫度與參數同樣有較高的要求，其中就需要用到多種類別的傳感器。

TE針對家用呼吸機，給出了完整的解決方案，在關鍵的應用節點上都匹配了最合適的傳感器，讓開發者一目了然，事半功倍。

TE家用呼吸機醫療應用傳感器解決方案

總之，“大健康”為我們描繪了一幅未來醫療行業的大圖景，大環境的變遷對產業鏈底層的元器件產品——比如傳感器——的影響也在逐漸釋放出來。如何因應這種趨勢，TE通過不斷細分、多樣性的產品及針對性的解決方案，已經為我們做出了很好的示范。這其中，在“隱秘”之處體現的的深厚功力，你是否已經體會到了？

責任編輯：xj

原文標題：隱秘而偉大！沒錯，我說的是TE的醫療傳感器

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