医用MEMS传感器在医学领域的应用

近年来，随着新一代信息技术的飞速发展和医疗资源需求不断增长，智慧医疗市场需求不断增加，市场规模迅速扩大，中国成为仅次于美国和日本的世界第三大智慧医疗市场。一系列新兴技术和产品的应用，使得医疗工作者可以基于大量医疗感测元器件，特别时MEMS传感器的整合利用，掌握患者的生理健康状态，辅以精准的治疗建议，得以为患者提供更加优质、智慧的医疗服务。

特别是自2020年新冠疫情在全球爆发以来，相关智能医疗设备需求激增。例如，无接触测温刺激了热电堆和微热辐射测定仪需求，核酸检测拉动了微流控产品的需求，呼吸机带动了压力传感器和流量计的需求等等。疫情期间热成像类MEMS(热电堆和微热辐射测定仪)和微流控得到了短期现象及的最大增长点。因此，现代医疗设备必须依靠高性能传感器技术以达到严苛的规格要求和市场规定，从而实现精确的监控、诊断和治疗。

据赛迪顾问发布的数据显示，近几年国内MEMS市场增长几乎每年保持在20%，即便是在疫情爆发的2020年，中国MEMS市场增速达23%，是GDP增速的10倍。其市场应用正处于快速增长阶段，预计2022年中国MEMS市场将会突破1000亿，其中医疗类MEMS传感器产品将达到100亿规模，占比约10%。

医用MEMS传感器是应用于医学领域的一部分传感器，是把人体的生理信息转换成为与之有确定函数关系的电信息的变换装置。它所拾取的信息是人体的生理信息，而它的输出常以电信号来表现。

医用传感器技术有两个发展方向：一个是传感器本身的研究开发，另一个是传感器与计算机，信息技术相结合的系统研究开发。近年来，随着5G、物联网技术的发展，医用传感器产品开发则越来越热，将MEMS传感器技术产品化在医疗器械产品领域更是日益火爆。现代医用传感器技术已经摆脱了传统医用传感器体积大，性能差等技术缺点，形成了智能化、微型化、多参数、可遥控和无创检测等新的发展方向。

在医学领域，传感器种类繁多，目的用途各异，基于不同的分类基准，有不同的分类。一般医用传感器的分类如下：

按应用形式分为植入式传感器、暂时植入体腔(或切口)式传感器、体外传感器、用于外部设备的传感器;

按检测种类分为位移传感器、流量传感器、温度传感器、速度传感器、压力传感器、图像传感器、流量传感器等;

按工作原理分为化学传感器、物理传感器、生物传感器;

医用MEMS传感器是智慧医疗的核心，用途极其广泛。在医用产品化方面，最常见是超声传感器，用于医用超声波检测。另外，从医用设备呼吸机、血液分析仪、多参数监护仪、核磁共振仪、心脑电导联系统、心血管系统装置，到目前热门的移动互联医疗、远程医疗、人工智能AI医疗、手术机器人等，医用MEMS 传感器的身影无处不在。在智慧医疗的临床实践方面，医用MEMS传感器核心的价值在于数据采集，其次就是精确度高，大大降低了人工成本，并且有效降低了错误产生率，提高了疾病诊断的可靠性和精确性。

在众多的医疗设备传感器解决方案供应商中，北京智芯传感科技有限公司是国内少有的可以自主研发出高精度、宽温域、高可靠性的医疗级压力传感器芯片的厂家之一。公司生产的ZPX2系列制氧机用压力传感器、ZXP3系列表压气体压力传感器和ZXP8系列微压差气体压力传感器等产品，完全可以替代TE/SMI、NXP/Freescale、Honeywell等进口高端传感器，并且可以保证产能，性价比极高。

ZPX2系列制氧机用压力传感器

ZPX2系列制氧机用压力传感器集成封装了调理电路和压阻式MEMS压力芯体，可以提供温补后的高精度绝压输出信号，支持模拟输出和数字12C输出。采用惠斯通电桥原理，以MEMS工艺对传感器进行加工以提供极好的电阻精确度和一致性，并使用高精度的传感器信号调理芯片，对MEMS传感器的温度线性度、零偏和灵敏度进行了数字补偿，在医疗器械设备领域已批量应用。

ZXP3系列压力传感器

ZXP3系列表压气体压力传感器，其核心是MEMS压阻式芯体和专用信号调理电路。信号调理电路包含一个24-bit的∑-ΔADC，可以输出高精度的数字压力信号。所输出的数据都经过充分的校准和温度补偿，标准的数字输出更容易进行系统集成，适用于大部分常用制氧机、暖通空调、家用电器和工业气动控制领域。

上述两种传感器通过对制氧机中吸附塔压力进行测量，当压力越大时，吸附氨气的量也就越多，供氧的浓度也越高。以便根据个人的实际情况作出相应的调节，确保充足供氧的同时避免浪费的产生。另外再配合压力传感器对患者是否有开始吸气进行监测，以避免不吸气时氧气的浪费，有效的减少氧浓缩器的体积，使之更有效的运行，同时更小的体积意味着更低的功耗和更好的便携性。

ZXP8系列微压差气体压力传感器

而ZXP8系列微压差气体压力传感器在呼吸机中扮演者极为重要的角色，需要全程参与呼吸过程的气流控制。将压阻式MEMS压力芯体和专用信号调理电路封装在双气嘴结构的管壳内，降低环境对输出的影响。信号调理电路包含一个24-bit的∑-0 ADC，可以输出高精度的数字压力信号。所输出的数据都经过充分的校准和温度补偿，标准的12C数字输出更容易进行系统集成。

它负责将物理值，例如气道压力和流量等转换成差动信号，并将测量值交给电路MCU准确做出吸气和呼气判断。之后由MCU发出指令控制进气系统，增大或者减小管道压强，使患者呼吸自然顺畅，不会产生抵触感。该传感器生成的信号能帮助微处理器调节电机，从而调整或维持病人吸气和呼气所需的气压，使之与人体呼吸同步。

随着人们生活的日益改善，智慧医疗正渗入到千家万户，对智慧医疗起到核心关键作用的医用MEMS传感器也将大有用武之地。北京智芯传感科技有限公司研发的多款高精度医疗级压力传感器，不仅直接用于智慧医疗的设备，还可以用于一些与智慧医疗相关的可穿戴设备和电子产品中，时刻为人们享受智慧医疗所带来的便捷、安全、高效提供保障。

【关于智芯传感】

北京智芯传感科技有限公司成立于2018年9月，是一家致力于MEMS传感器研发、生产及销售的高新技术企业。公司以北京大学MEMS研发团队为技术依托，以京津冀国家技术创新中心成果转化机制为平台，拥有多项自主研发专利，技术力量雄厚，核心研发人员均具有研究生及以上学历，并具有多年MEMS相关领域从业经验。公司具备完整的生产能力，目前已拥有两条自主研发的自动化生产线，年产量超1000万只。2021年4月公司获得ISO9001认证，为产品品质提供进一步保证。

审核编辑：汤梓红