智慧城市解决方法——智能时代医疗应用传感器发展报告2020

1智能时代医疗应用传感器发展报告MEDICAL SENSOR DEVELOPMENTREPORT 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3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 Innovation 智能 Intelligence 集成 Integration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5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。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7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-40C至+80C。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9TE 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 SpO2探头、一次性条状/蝶状 SpO2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 SpO2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，