医用传感器类型、应用及技术趋势

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传感器可以提高医疗设备的智能，例如支持生命的植入物，并且可以实现生命体征和其他健康因素的床边和远程监控。人口老龄化和不断的膨胀正在加速新型和不同类型的医疗设备的发展，包括设备和患者身体内使用的各种传感器。

传感器用于基于电子的医疗设备中，以将各种形式的刺激转换成电信号用于分析。医用传感器可以提高医疗设备的智能，例如支持生命的植入物，并且可以实现生命体征和其他健康因素的床边和远程监控。人口老龄化和不断的膨胀正在加速新型和不同类型的医疗设备的发展，包括设备和患者身体内使用的各种传感器。医疗机构需要实时、可靠和准确的诊断结果，这些诊断结果可以由远程监控的设备提供，无论患者是在医院、诊所还是在家中。

- m+ J0 Y$ L# x9 ?' M本研究的目的是为了研究压力、温度、流量和图像传感器；加速度计、生物传感器、IDs、编码器应用于医疗领域（图1）。

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图1.医疗市场中的产品类型

7 J) i6 b2 K- ~; j; u7 Q- ?关键传感器类型和应用

+ V% g: H) G) X8 Y7 P) @压力传感器用于麻醉输送机，氧气浓缩器，睡眠呼吸暂停机，呼吸机，肾脏透析机，输液和胰岛素泵，血液分析仪，呼吸监测和血压监测设备，医院病床，手术液体管理系统和压力操作的牙科器械。

温度传感器用于麻醉输送机，睡眠呼吸暂停机，呼吸机，肾透析机，血液分析仪，医用恒温箱，加湿氧气加热器温度监测和控制设备，新生儿重症监护病房监测患者体温，数字体温计，以及器官移植系统温度监测和控制。
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流量传感器的应用包括麻醉输送机，氧气浓缩器，睡眠呼吸暂停机，呼吸机，呼吸监测，气体混合和电子手术，其中高频电流被应用于组织切割，引起凝结，干燥或破坏组织，如肿瘤。
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) t2 ?7 K- w: n! d! I' l1 s. L图像传感器应用包括射线照相术，荧光透视法，心脏病学，乳房X线照相术，牙科成像，内窥镜检查，外部观察，微创手术，实验室设备，眼科手术和观察以及人工视网膜。
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加速度计用于心脏起搏器和除颤器，患者监测设备，血压监测器和其他综合健康监测设备。

生物传感器可用于血糖和胆固醇测试，以及药物滥用，传染病和怀孕的测试。
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脑磁图（MEG）和心磁图（MCG）系统使用超导量子干涉装置或SQUID。这些高灵敏度磁力计测量极弱的磁场，用于分析大脑内的神经活动。
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  C& I0 K) L9 q' I7 T3 E编码器可用于X光机，磁共振成像（MRI）机，计算机辅助断层扫描设备，医学成像系统，血液分析仪，手术机器人，实验室样品处理设备，运动和医疗设备以及其他非关键医疗设备。

' z" k/ x- o/ t/ w1 d0 S5 a经济放缓期间的市场行为
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1 K- v9 H' |& z) B5 S. D/ b3 W医疗应用市场中使用的即医用传感器市场（图2）是2009年收入增长率下降最少的少数市场之一。两个关键部分 - 护理点和家庭诊断 - 占大部分收入。这些细分市场的应用包括血糖监测，胆固醇和心脏生物标志物测试，凝血相关测试，呼吸机，X光机，MRI，计算机辅助断层扫描设备，医学成像，血液分析仪，手术机器人和实验室样本处理设备。这些应用因其必要性而几乎不受经济条件的影响。
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图2. 2008-2009医疗应用市场（世界）中动荡的市场条件对传感器的影响

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一些亚洲国家经济的扩张加强了对医疗器械和器械的市场需求。这些国家各自政府为促进医疗保健行业分配的资金使医疗传感器市场受益。这是医疗传感器市场持续增长的两个原因，尽管2008年和2009年上半年经济放缓，以及为什么市场在2010年及以后继续呈现强劲增长。
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8 x  `. ~) ^; c- X) Z" H主要挑战和市场动态
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迎合医疗应用市场的传感器制造商有责任满足医疗器械行业的严格要求。虽然医疗设备的进步要求传感器制造商跟上步伐，但制造商需要很长的开发周期，因为大多数传感器和基于传感器的系统都经历了很长的资格认证期，在此期间它们不是常规使用，仅限于专门站点，并且经历过验证试验，主要是在研究实验室内。还需要较长的资格认证期，以确保传感器可以在不同的医疗环境中可靠地运行。特别是可植入传感器存在技术限制以及在使用前获得监管批准的需要。

) k- J0 C! z5 X1 [医用传感器市场的价格始终存在压力，限制了现有应用的新产品开发，因此研发支出的优先级较低。最后，医疗人员缺乏技术意识，这对医疗设备的采用提出了挑战，需要传感器和医疗设备制造商进行更大的推广。
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传感器可以增加生命支持植入物的智能，并实现新型监测，以支持更独立的患者生活方式。患者需要在院前，院内（手术前，手术中和手术后），家中，长期护理和其他地方进行监测。正是这种对患者监测的持续需求推动了传感器的使用，因为传感器设备可以被编程为处理生命体征数据并在特定生命体征（例如心率）超出正常参数时提醒医务人员。
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当在各种环境中收集患者数据时 - 院前，院内，门诊和家庭监测以及用于分析的数据库收集 - 其中一些是非正式的，存在安全性差异或易受损害的数据的脆弱性尚待解决。

6 C9 j$ p) Z2 Y  r与西方相比，发展中和欠发达地区最先进的产品和技术的市场渗透率总是较慢。然而，随着这些先进的医用传感器变得更便宜和更常见，它们在发展中和欠发达地区的市场渗透率预计会增加。

图3.医用传感器技术应用

$ l+ \7 X+ n( h% o技术趋势

4 C  f) l! R# ^; S0 ~医疗保健专业人员需要能够在患者所在的任何地方监控患者的设备提供的实时，可靠和准确的诊断结果。医疗设备设计人员不仅仅需要传感器。他们正在寻求集成功能，以更低的成本为设备提供更高的性能和可靠性。
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; r3 A$ }; w3 w) M" @由于传感器功能复杂，体积小，坚固耐用，并且不消耗大量功率，因此它们是医疗设备设计中的自然选择，特别是在小型便携式无创设备中，如脉搏血氧仪，个人心率监测仪和血糖仪。它们的小尺寸还意味着可以在医疗设备中放置更多空间用于放置其他组件或特征。较小的传感器还允许将传感器放置在空间受限的区域，例如设备内部或人体内部。例如，在传统的内窥镜中，图像传感器放置在组件的后部并且从不与人体接触。光穿过刚性内窥镜或纤维镜的光导，然后返回到处理图像的图像传感器。现代内窥镜，

在传感器内增加集成功能，无需子系统电路设计，缩短了设计周期。将不同传感技术配对以增强功能的设计策略也是一种增长趋势。例如，将温度传感结合到MEMS器件中允许实时温度补偿。集成传感器为医疗专业人员提供快速准确的诊断和分析。
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展望未来，用于医疗设备行业的传感器需要能够执行诊断。市场还要求传感器能够测试自身的合规性和功能性。

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医疗机构需要实时、可靠和准确的诊断结果，这些诊断结果可以由远程监控的设备提供，无论患者是在医院、诊所还是在家中。