新一代醫(yī)療傳感器性能及應用領域分析

　　中國醫(yī)療器械市場每年正以15%的速度增長，但是國產(chǎn)器械在諸如影像診斷設備、臨床監(jiān)護設備、激光儀器、心血管手術用品及導管類器械等高端市場上和歐美產(chǎn)品相比仍然存在較大差距。國內(nèi)企業(yè)在重視自主技術創(chuàng)新的同時，另一方面紛紛通過收購及合作，引進國外先進技術，選用國際一流水平的零部件，提升產(chǎn)品品質，努力進軍高端市場。

　　高端的醫(yī)療器械對于醫(yī)療傳感器在精度、穩(wěn)定性、可靠性和功能尺寸上也提出了更高的要求。

　　微創(chuàng)導管及消融手術 

　　現(xiàn)代微創(chuàng)外科手術大大減小了手術患者的創(chuàng)傷，減輕了他們的痛苦，并加快其恢復過程。而要實現(xiàn)這個目標和夢想，除了手術經(jīng)驗和監(jiān)測設備之外，更重要的是各種介入醫(yī)療器材的微小型化。其中就包括各種導管和消融器材。

　　目前，導管按功能分主要有熱稀釋導管、食道導管、尿道管、中心靜脈導管和顱內(nèi)壓力導管等，它們依據(jù)實際應用的不同，在原有的導管設備基礎上，還需要安裝相應的溫度或者壓力傳感器，為患者的病理檢測和微創(chuàng)手術提供重要的指標參數(shù)。 

　　而射頻指無線電頻率，面對生物體的作用主要是熱效應。當射頻的電流頻率高到一定值時(>100kHz)，引起組織內(nèi)帶電荷的離子運動即摩擦生熱( 60 ~100℃)。射頻消融設備常用的頻率為200 ~ 500kHz，輸出功率100~ 400W。其常見應用有宮內(nèi)消融、心內(nèi)消融、腫瘤消融等。它們的主要原理都是通過對患處的病灶或者腫瘤細胞射頻加熱，最終殺死變態(tài)組織，達到最終治療目的。

　　上述導管和射頻消融微創(chuàng)手術具有創(chuàng)口小，無法直接觀察的特點，但溫度和壓力參數(shù)又是其手術成功的關鍵參數(shù)，因此對安裝在其前端的溫度傳感器和壓力傳感器要求更為苛刻：尺寸微小，但精度和可靠性極高。GE的AB6系列溫度傳感器專為此類應用而開發(fā)（見圖1、表1）。

　　臨床快速溫度測量 

　　與傳統(tǒng)的水銀玻璃體溫計相比，電子體溫計具有不含水銀、讀數(shù)方便、測量時間短、測量精度高、能記憶等優(yōu)點，而臨床快速電子體溫計則是此類體溫計中的一個高端產(chǎn)品。      

　　快速反應電子體溫計一般由感溫探頭、信號處理單元、顯示屏、電源四部分構成，信號處理單元內(nèi)部有加熱算法和預測算法。加熱算法使得感溫探頭接近人體溫度，縮短溫度上升時間；預測算法在探頭和人體接觸后開始運行，利用溫度上升的趨勢來預測人體最終的體溫。最好的情況下此類體溫計4秒即可以出結果，遠遠快于普通電子體溫計的2分鐘，測溫過程示意圖如圖2所示。  

　　快速反應電子體溫計的一個關鍵部件是感溫探頭。為了快速而準確的測量人體溫度，感溫探頭需要使用一個或幾個高精度快速反應的熱敏電阻，GE的SC30熱敏電阻，非常契合此類應用。同時，GE傳感與檢測提供更多的探頭整體定制，為客戶實現(xiàn)各種精心設計的探頭方案。
醫(yī)用和睡眠呼吸監(jiān)測系統(tǒng)       

　　在進行醫(yī)療手術或者治療睡眠呼吸障礙疾病的時候，呼吸監(jiān)測系統(tǒng)都是必不可少的醫(yī)療器械。它可以代替、控制或改變?nèi)说恼Ｉ砗粑黾臃瓮饬?，改善呼吸功能，減輕呼吸功消耗，節(jié)約心臟儲備能力的裝置；起到挽救生命、治療呼吸類疾病、改善生活質量的效果。

圖2：測溫過程曲線示意圖　

圖3： ChipCap 數(shù)字式溫濕度傳感器

　　醫(yī)用呼吸機按照其功能一般可劃分以下幾類：

　　急救呼吸機：專用于現(xiàn)場急救

　　麻醉呼吸機：專用于麻醉呼吸管理  
 
　　小兒呼吸機：專用于小兒和新生兒通氣支持和呼吸治療

　　高頻呼吸機：具備通氣頻率>60次/min功能 
　　         
　　無創(chuàng)呼吸機：經(jīng)面罩或鼻罩完成通氣支持

　　除了醫(yī)用呼吸機之外，應用范圍更廣的則是家用睡眠呼吸機。每年全世界都有成千上萬的人遭受睡眠呼吸障礙疾病的困擾，如果任由其發(fā)展，不進行針對性治療，可能會導致嚴重的健康問題：例如高血壓、心臟病，以及記憶力減退等疾病。因此，針對睡眠呼吸障礙的睡眠呼吸機是目前世界范圍內(nèi)應用最為廣泛的家用呼吸監(jiān)測系統(tǒng)，可分為3類：

　　CPAP：持續(xù)正壓呼吸機，持續(xù)不斷供給恒定壓力的空氣，使病人睡眠呼吸暢通。

　　Auto-CPAP：自動正壓呼吸機，根據(jù)病人睡眠呼吸的阻力大小調節(jié)供給空氣所需壓力。

　　Bi-PAP：雙水平正壓呼吸機，提供兩種空氣壓力，即吸入正壓和呼出負壓。       

　　各種呼吸機上最重要的監(jiān)測參數(shù)就是壓力，GE專門為此類醫(yī)療設備成功開發(fā)了Nova NPA系列壓力傳感器。相對于目前市場上的普通傳感器，NPA壓力傳感器尺寸小巧，在提高精度和可靠性的同時，能夠有效降低呼吸機的成本，提高其工作效率。 

　　為了使患者呼吸順暢和舒適，在監(jiān)測呼吸機所產(chǎn)生氣體的壓力的同時，其濕度和溫度也是一項重要指標，由此可以避免干冷氣體加重患者病情。 

　　由GE提供的ChipCap系列濕度傳感器為醫(yī)療和睡眠呼吸機溫濕度參數(shù)測量領域提供了一種新標準，其具有以下特點： 

　　同時輸出相對濕度和溫度

　　精度：±2%相對濕度，±0.6℃

　　分辨率：0.4% 相對濕度

　　多種輸出方式：

　　0 V 至 1V電壓輸出

　　VDD 的 10-90% 線性輸出

　　ZACwireTM 數(shù)字輸出（8 位濕度）

　　經(jīng)過出廠校準，即開即用

　　SOP 14 封裝(責任編輯：zxh007)

　　有創(chuàng)血壓監(jiān)測IBP

    有創(chuàng)血壓監(jiān)護是通過穿刺將導管植入被測部位的血管內(nèi)，血壓通過導管內(nèi)的生理鹽水傳遞到外部的壓力傳感器上，從而可實時獲得血管內(nèi)壓力變化的動態(tài)波形，通過特定的計算方法，可獲得收縮壓，舒張壓和平均動脈壓。

圖4： NPC100壓力傳感器

　　有創(chuàng)血壓主要應用于手術室中，能夠連續(xù)、準確地監(jiān)測任意部位（動脈、靜脈、毛細血管，心房壓，顱內(nèi)壓等）的血壓變化波形。適用于各種重癥休克，低血壓病人（低于50mmHg）。         

　　有創(chuàng)血壓監(jiān)護需要無菌處理，安全可靠性要求高，壓力傳感器是其中最重要的器件之一。GE公司的NPC100系列，專為一次性醫(yī)療壓力傳感器設計，生產(chǎn)于1000級潔凈廠房，采用無接觸式裝運，內(nèi)部光刻厚膜電阻補償校準，符合美國醫(yī)療儀器促進協(xié)會（AAMI）標準。         

　　作為一家致力于解決世界上各種棘手問題的全球知名企業(yè)，GE不僅擁有全球化科研實力，同時立足于本土化設計與生產(chǎn)能力。GE設在江蘇常州的生產(chǎn)基地和先進傳感器應用中心，擁有經(jīng)驗豐富的工程技術力量，可以為國內(nèi)企業(yè)提供快速的本土化的產(chǎn)品研發(fā)、設計和生產(chǎn)服務——比如嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測解決方案就是一個成功的例子。