新一代医疗传感器性能及应用领域分析

　　中国医疗器械市场每年正以15%的速度增长，但是国产器械在诸如影像诊断设备、临床监护设备、激光仪器、心血管手术用品及导管类器械等高端市场上和欧美产品相比仍然存在较大差距。国内企业在重视自主技术创新的同时，另一方面纷纷通过收购及合作，引进国外先进技术，选用国际一流水平的零部件，提升产品品质，努力进军高端市场。

　　高端的医疗器械对于医疗传感器在精度、稳定性、可靠性和功能尺寸上也提出了更高的要求。

　　微创导管及消融手术 

　　现代微创外科手术大大减小了手术患者的创伤，减轻了他们的痛苦，并加快其恢复过程。而要实现这个目标和梦想，除了手术经验和监测设备之外，更重要的是各种介入医疗器材的微小型化。其中就包括各种导管和消融器材。

　　目前，导管按功能分主要有热稀释导管、食道导管、尿道管、中心静脉导管和颅内压力导管等，它们依据实际应用的不同，在原有的导管设备基础上，还需要安装相应的温度或者压力传感器，为患者的病理检测和微创手术提供重要的指标参数。 

　　而射频指无线电频率，面对生物体的作用主要是热效应。当射频的电流频率高到一定值时(>100kHz)，引起组织内带电荷的离子运动即摩擦生热( 60 ~100℃)。射频消融设备常用的频率为200 ~ 500kHz，输出功率100~ 400W。其常见应用有宫内消融、心内消融、肿瘤消融等。它们的主要原理都是通过对患处的病灶或者肿瘤细胞射频加热，最终杀死变态组织，达到最终治疗目的。

　　上述导管和射频消融微创手术具有创口小，无法直接观察的特点，但温度和压力参数又是其手术成功的关键参数，因此对安装在其前端的温度传感器和压力传感器要求更为苛刻：尺寸微小，但精度和可靠性极高。GE的AB6系列温度传感器专为此类应用而开发（见图1、表1）。

　　临床快速温度测量 

　　与传统的水银玻璃体温计相比，电子体温计具有不含水银、读数方便、测量时间短、测量精度高、能记忆等优点，而临床快速电子体温计则是此类体温计中的一个高端产品。      

　　快速反应电子体温计一般由感温探头、信号处理单元、显示屏、电源四部分构成，信号处理单元内部有加热算法和预测算法。加热算法使得感温探头接近人体温度，缩短温度上升时间；预测算法在探头和人体接触后开始运行，利用温度上升的趋势来预测人体最终的体温。最好的情况下此类体温计4秒即可以出结果，远远快于普通电子体温计的2分钟，测温过程示意图如图2所示。  

　　快速反应电子体温计的一个关键部件是感温探头。为了快速而准确的测量人体温度，感温探头需要使用一个或几个高精度快速反应的热敏电阻，GE的SC30热敏电阻，非常契合此类应用。同时，GE传感与检测提供更多的探头整体定制，为客户实现各种精心设计的探头方案。
医用和睡眠呼吸监测系统       

　　在进行医疗手术或者治疗睡眠呼吸障碍疾病的时候，呼吸监测系统都是必不可少的医疗器械。它可以代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节约心脏储备能力的装置；起到挽救生命、治疗呼吸类疾病、改善生活质量的效果。

图2：测温过程曲线示意图　

图3： ChipCap 数字式温湿度传感器

　　医用呼吸机按照其功能一般可划分以下几类：

　　急救呼吸机：专用于现场急救

　　麻醉呼吸机：专用于麻醉呼吸管理  
 
　　小儿呼吸机：专用于小儿和新生儿通气支持和呼吸治疗

　　高频呼吸机：具备通气频率>60次/min功能 
　　         
　　无创呼吸机：经面罩或鼻罩完成通气支持

　　除了医用呼吸机之外，应用范围更广的则是家用睡眠呼吸机。每年全世界都有成千上万的人遭受睡眠呼吸障碍疾病的困扰，如果任由其发展，不进行针对性治疗，可能会导致严重的健康问题：例如高血压、心脏病，以及记忆力减退等疾病。因此，针对睡眠呼吸障碍的睡眠呼吸机是目前世界范围内应用最为广泛的家用呼吸监测系统，可分为3类：

　　CPAP：持续正压呼吸机，持续不断供给恒定压力的空气，使病人睡眠呼吸畅通。

　　Auto-CPAP：自动正压呼吸机，根据病人睡眠呼吸的阻力大小调节供给空气所需压力。

　　Bi-PAP：双水平正压呼吸机，提供两种空气压力，即吸入正压和呼出负压。       

　　各种呼吸机上最重要的监测参数就是压力，GE专门为此类医疗设备成功开发了Nova NPA系列压力传感器。相对于目前市场上的普通传感器，NPA压力传感器尺寸小巧，在提高精度和可靠性的同时，能够有效降低呼吸机的成本，提高其工作效率。 

　　为了使患者呼吸顺畅和舒适，在监测呼吸机所产生气体的压力的同时，其湿度和温度也是一项重要指标，由此可以避免干冷气体加重患者病情。 

　　由GE提供的ChipCap系列湿度传感器为医疗和睡眠呼吸机温湿度参数测量领域提供了一种新标准，其具有以下特点： 

　　同时输出相对湿度和温度

　　精度：±2%相对湿度，±0.6℃

　　分辨率：0.4% 相对湿度

　　多种输出方式：

　　0 V 至 1V电压输出

　　VDD 的 10-90% 线性输出

　　ZACwireTM 数字输出（8 位湿度）

　　经过出厂校准，即开即用

　　SOP 14 封装(责任编辑：zxh007)

　　有创血压监测IBP

    有创血压监护是通过穿刺将导管植入被测部位的血管内，血压通过导管内的生理盐水传递到外部的压力传感器上，从而可实时获得血管内压力变化的动态波形，通过特定的计算方法，可获得收缩压，舒张压和平均动脉压。

图4： NPC100压力传感器

　　有创血压主要应用于手术室中，能够连续、准确地监测任意部位（动脉、静脉、毛细血管，心房压，颅内压等）的血压变化波形。适用于各种重症休克，低血压病人（低于50mmHg）。         

　　有创血压监护需要无菌处理，安全可靠性要求高，压力传感器是其中最重要的器件之一。GE公司的NPC100系列，专为一次性医疗压力传感器设计，生产于1000级洁净厂房，采用无接触式装运，内部光刻厚膜电阻补偿校准，符合美国医疗仪器促进协会（AAMI）标准。         

　　作为一家致力于解决世界上各种棘手问题的全球知名企业，GE不仅拥有全球化科研实力，同时立足于本土化设计与生产能力。GE设在江苏常州的生产基地和先进传感器应用中心，拥有经验丰富的工程技术力量，可以为国内企业提供快速的本土化的产品研发、设计和生产服务——比如婴儿培养箱温度监测解决方案就是一个成功的例子。