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几种医用气体传感器在医疗设备中的应用

行业应用 2020年02月10日 09:30:47 来源:传感器专家网人气:650
  【仪表行业应用】医疗仪器行业在中国算是一个新兴的行业,并且是一个产值万亿级的行业。和医疗行业比起来,整个传感器行业的产值可能还不到医疗行业产值的1/10,但医疗仪器非常依赖于传感器行业,因为人体内的生物量和用于治疗的药物和材料,都需要用传感器检测和在线监测。
 
资料图
 
  医用氧气传感器
 
  目前,在医疗仪器的氧气测量中,对于医用氧气传感器的可靠性,是一个硬性需求。目前,非常常用的医用氧气传感器是电化学氧气传感器,即传统的氧电池。氧电池内部含铅(Pb),氧气进入传感器后,Pb逐渐被氧化成PbO2。所以,氧电池寿命只有1年左右。作为替代产品,有些医疗器械厂商开始使用顺磁原理的氧气传感器。顺磁氧传感器的工艺较复杂,价格也较高,但寿命长,是非消耗型的传感器,不用更换。另外,在各种人体组织的培养箱中,氧气传感器也是一个刚需。因为如果培养环境中氧气浓度过高的话,很可能导致所培养的人体组织参数达不到预想的效果,无法移植到人体中去。
 
  医用二氧化碳传感器
 
  目前,在医用传感器领域,医用二氧化碳传感器的应用场合比较多,较为重要的应用包括呼吸机、麻醉剂和婴儿培养箱等,用于监控人体的生命体征。目前,主流的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第二个重要的应用是测量幽门螺旋杆菌(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,发展到最后,最严重的就是胃癌。临床上检测Hp比较简单的方法是服用碳13标记的,或者碳14标记的尿素。服用完10到15分钟,病人体内Hp所产生的高活性尿素酶就会将尿素分解为氨(NH3)、13CO2或14CO2,少量13CO2或14CO2通过血液经呼气排出。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人体呼气末的浓度。人体在不憋气的情况下,呼气末的二氧化碳浓度大约是5.5%vol。呼气末5.5%vol所对应的这个时间点是很多医学测量的时间基准,所以能准确并且快速地对呼气末进行响应,是二氧化碳传感器的一个非常有价值的应用。
 
  麻醉用红外氟醚气体传感器
 
  目前,在医学应用中,气体麻醉剂是氟醚类。例如,七氟醚就是当今比较优秀的麻醉气体,其使用量不断增长。麻醉用氟醚的浓度从百分之零点几到百分之几,因具体情况而定。其在线监测的方法为NDIR红外法,几乎每台麻醉机都要配备氟醚的分析仪。因为NDIR法的高可靠性、高精度、响应速度快和优异的长期稳定性能够满足医疗的需要,所以红外法是测量氟醚的技术。红外氟醚传感器用量大,基本上都由医疗仪器公司自己研发、制造。
 
  呼气检测和诊断
 
  作为无创性、快速、廉价的检查手段,人体呼气检测越来越受到医疗界的重视,例如哮喘检测NO,乳糖不耐受H2检测,判定消化道内的微生物菌群的CH4检测,等等。这些检测不同气体,需要用到不同技术门类的气体传感器。
 
  比如,哮喘的病理基础是慢性气道炎症。呼出气中NO气体的浓度测定是一种无创性的、可重复的快速检测方法,可直接检测并立即得出结果。NO的浓度范围是0~100ppb(1ppb表示十亿分之一)。在病情恶化时,FeNO可升高,并与类固醇治疗前的嗜酸粒细胞性炎症和气道高反应相关。抗炎治疗后,则会迅速降低,提示治疗有反应,并可用于监测治疗方案。因此,FeNO测定增加了哮喘的检测手段,已被采纳到《全球哮喘防止创议》(GINA)哮喘管理方案中。
 
  用于FeNO检测性价比较高的传感器是电化学传感器。当然,这可不是普普通通的电化学NO传感器,要在复杂的人体呼出气体中检测出ppb级别的NO并非易事。不过,国内已经有医疗仪器公司实现了本设备的研发,并大量地在使用中。
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