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气体传感器在智慧医疗行业的应用
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智能医疗器械不仅是技术的进步,也是患者的福音。医疗器械是医疗系统基础设施的一部分,对综合智能医疗服务具有重要意义。在当今医疗技术变革的时代,医疗器械能否完全智能化,在很大程度上取决于其基础部件——新型医疗传感器的技术发展。 与医疗行业相比,整个传感器行业的产值可能不到医疗行业产值的1/10,但医疗仪器非常依赖传感器行业,因为传感器检测和在线监测需要人体内的生物量和用于治疗的药物和材料。

医用氧气传感器

目前,在医疗仪器的氧气测量中,医疗氧气传感器的可靠性是一个严格的要求。目前,非常常用的医疗氧气传感器是电化学氧气传感器,即传统的氧气电池。氧气电池中含有铅(Pb),氧气进入传感器后,Pb逐渐被氧化成PbO2。因此,氧气电池的使用寿命只有一年左右。作为替代品,一些医疗器械制造商开始使用具有顺磁原理的氧气传感器。顺磁氧传感器工艺复杂,价格高,但使用寿命长,不需要更换。此外,在各种人体组织的培养箱中,氧气传感器也是刚性需求。因为如果培养环境中的氧浓度过高,培养的人体组织参数很可能达不到预期效果,无法移植到人体。

医用二氧化碳传感器

目前,在医疗传感器领域,医疗二氧化碳传感器被广泛使用,包括呼吸机、麻醉剂和婴儿培养箱,以监测人体的生命体征。目前,主流二氧化碳传感器的主要技术路线主要是非色散红外原理(NDIR)。

医用二氧化碳传感器的第二个重要应用是测量幽门螺杆菌(Hp)。Hp可引起多种胃病,包括浅表性胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡、非溃疡性消化不良。最后,最严重的是胃癌。临床检测Hp简单的方法是服用碳13标记或碳14标记尿素。服用10到15分钟后,患者体内有10到15分钟,Hp高活性尿素酶将尿素分解为氨(NH3),13CO2或14CO2,少量13CO2或14CO2通过血液通过呼气排出。通过二氧化碳传感器分析呼气中的13CO2或14CO2浓度,即可判断患者是否存在Hp感染。

医用二氧化碳传感器的第三个重要应用是测量呼气末的浓度。呼气末的二氧化碳浓度约为5.5%vol。呼气末5.5%vol相应的时间点是许多医学测量的时间基准,因此能够准确、快速地响应呼气末端是二氧化碳传感器非常有价值的应用。

红外氟醚气体传感器麻醉

目前,在医学应用中,气体麻醉剂是氟醚。例如,七氟醚是一种优秀的麻醉气体,其使用量不断增加。麻醉氟醚的浓度从零到百分之几取决于具体情况。在线监测方法是NDIR红外法,几乎每台麻醉机都配备了氟醚分析仪。NDIR该方法可靠性高、精度高、响应速度快、长期稳定性好,能满足医疗需求,因此红外法是测量氟醚的技术。红外氟醚传感器用量大,基本由医疗仪器公司开发制造。

呼气检测与诊断

人体呼气检测作为一种无创、快速、廉价的检测方法,越来越受到医学界的重视,如哮喘检测NO,乳糖不耐受H2检测,确定消化道内微生物菌群CH4检测,等等。这些检测不同气体,需要使用不同技术类别的气体传感器。

例如,哮喘的病理基础是慢性气道炎症。NO气体浓度测定是一种无创、可重复的快速检测方法,可直接检测并立即得到结果。NO浓度范围为0~100ppb(1ppb表示十亿分之一)。病情恶化时,FeNO可升高,与类固醇治疗前嗜酸性粒细胞炎症和气道高反应有关。抗炎治疗后,会迅速减少,表明治疗有反应,可用于监测治疗方案。FeNO测定增加了哮喘的检测方法,并被采纳为《全球哮喘预防创议》(GINA)哮喘管理计划。

用于FeNO性价比高的传感器是电化学传感器。当然,这不是普通的电化学NO传感器应在复杂的人体呼出气体中检测到ppb级别的NO这并不容易。然而,国内一些医疗仪器公司已经实现了该设备的研发并使用。

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