大健康成为未来的发展热点，健康的预防和诊断，都可以通过广泛使用的传感器来实现。无论生命支持的植入装置、严重患者的长期监测，以及机器人手术。诞生于2000年的达芬奇手术机器人，是目前国际上最成功的手术机器人。最初只是辅助医生进行手术的稳定器，但它的能力越来越强，一举登上手术操刀台，成为外科医生的最佳伴侣。达芬奇机器人以一己之力，引爆机器人手术。

《美国医学会杂志》（JAMA）一份报告提到，从2016年到2021年，过去五年之内机器人手术占外科手术的比例，从2%提升到了15%，而且还在加速。目前在中国应该有超过150台的装机量，每年有4万例手术是通过达芬奇手术机器人完成。

它在3D成像和精准控制上有着巨大优势。在它的辅助下，医生可以将病变部位毫无困难地建立放大10-15倍的3D影像（传统成像系统只能提供2-3倍的二维图像），然后操作机器人精准进行手术。而这背后的英雄，就是将近500个传感器。达芬奇机器人价格昂贵，一台机器就是上千万元。在手术机器人的成本组成上，光力矩传感器占约5%。

对于医疗和家庭诊断，这还只是一个开始。物联网的普及，和可穿戴传感器在健康应用中已经蓬勃发展。这些传感器可以采用无侵入方式，进行老年护理监测和日常健康监测。手表上的睡眠监测，还只是小儿科，而糖尿病等病症的预防正在成为热点。

毫无疑问，可穿戴传感器的创新带来了健康监测方式的变化。可穿戴和可植入传感器实时传输健康数据，提供量化的运动数据和各种生理数据，从而实现精确的诊断。这些关键设备中使用了不同传感器，包括手机成像所使用的图像传感器CMOS、振动、血糖和光学传感器等。苹果手表iWatch背后的四个环状传感器，则是通过LED光照射到皮肤后形成反射，以此来判断血管的运动和脉搏。

脉搏流、血流、心跳流，都流向哪里了？人类全部的健康数据，都以数据流的方式，涌向一个数字通道。人体所有数据，都储藏在一个物联网数字健康平台上。而大数据分析，则自动给人们健康进行全方位画像：现有的健康预防模式，即将发生深刻改变。

据CB Insights在2020年报告里的数据显示：共有806亿美元融资金额、5.5万宗风险投资都发生在这个领域。2020年1亿美元以上的医疗融资将近200起，创下新纪录。而医疗巨头则更是拥有超过5500亿美元的现金，等待在这个数字化医疗领域深耕。而传感器，则首当其冲地成为这类医疗投资的幸运儿。

提升芯片测量精度永远“在路上”

2022年底，在我国新冠病毒感染者数量激增阶段，以指夹式血氧仪为代表的健康监测整机设备及其产业链需求增长最为明显。国内血氧传感模块供应商苏州坤元微电子销售副总顾强在接受《中国电子报》记者采访时表示，市场需求突发，造成国内血氧芯片缺货，预计芯片需求量高水位将会持续至2023年2月底。

对血氧仪的高需求，一方面来自普通消费者自发需求，另一方面也来自国家政策推动。1月4日，国家卫健委发布文件称，建议社区医院至少配备20台血氧仪，各地要积极组织为65岁以上有新冠病毒感染重症风险且行动不便的重点人群发放指氧仪，指导居家自测血氧饱和度。近日，全国多地自发组织了为高龄老人、残疾人等特殊长者上门发放指压式血氧仪的活动。

据了解，在2022年年底之前，受国外疫情影响，血氧仪产品的市场主要位于海外，其传感芯片等产品的供应链也以海外品牌为主。自2022年年底至今，随着国内对血氧仪产品需求量的增长，国内血氧监测整机产品及国内血氧监测传感器等的需求量、出货量也实现了倍增。在提升产量的基础上，也刺激了传感芯片厂商技术的优化提升。

当前常见的指压式血氧仪利用的是光学法，采用透射的测量方式实现测量，依据血液中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对红外光和红光吸收系数的不同，反映血液中与氧结合的氧合血红蛋白在血红蛋白中的占比。而在测量过程中，手指的粗细、皮肤的颜色、环境光强度、测量过程中人体的运动等都会影响测量的准确度和精度。顾强表示，当前企业正在努力提升模拟芯片测量精度，有两条路径：一是在硬件电路设计中更多地考虑对噪声的处理，尽量实现发光强度的调节；第二是根据不同测量体实现自适应的测量算法，提高软件算法的普适性。

芯海科技产品经理彭洪伟在接受《中国电子报》记者采访时表示，血氧仪产品的需求增长，将持续带动血氧传感厂商通过提升测量精度、抗干扰能力，提升产品性能。

心率、血氧等人体健康指标的监测记录，往往遵从这样的技术路径：首先，采用光学传感器进行信号采集，借助模拟前端对传感器信号进行处理；其次，利用软件算法将处理好的信号转化为人们可以理解、读出的生命体征参数，再借助软件解读这些生命体征参数，分析人体健康状态。

对于传感器硬件供应商而言，其产品更新迭代的主要努力方向在第一个环节，即提升传感灵敏度，提高准确性。艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴在接受《中国电子报》记者采访时列举了多种可以提升检测准确性的方式：借助发光强度更高的发射器和更灵敏的接收器有助于改善黑色皮肤下的测试准确度；采用具有更高信噪比的AFE模拟前端可以更好地滤除系统噪声从而提高准确度；通过多发射器和多接收器的组合光学链路以及算法补偿可以提高运动状态下的准确度。顾强称，企业也在不断通过优化软件算法，以更好地评估电路设计。

面向集成血氧、心率等功能的可穿戴智能产品市场，传感器厂商则以集成化、小型化作为近期的主要发展方向。举例而言，艾迈斯欧司朗面向耳机、戒指等小尺寸产品提供血氧、心率监测二合一产品，可以在2.0 mm x 0.8 mm x 0.6 mm的小体积基础上实现血氧、心率监测两种功能。为了在提高准确度的同时满足芯片小体积的需求，艾迈斯欧司朗还在芯片表面做了大约5μm的光学镀膜，从而增强或降低芯片对某一特定波段的敏感度。

独立监测产品与可穿戴是两条发展路径

对于产业未来发展趋势，IDC中国助理研究总监潘雪菲认为，感染高峰对有健康监测功能手表的需求拉动程度有限且较为短期，且整体带动力度不是特别大。一是因为智能手表尽管具有越来越丰富的监测功能，但本身是长期佩戴的具有搭配装饰属性的产品，会在外观设计以及多功能全面性上有更多附加价值并带来额外的成本；二是市场上本身就有大量医用级别的专业测量仪器在售，为用户提供了更多选择。在她看来，大众对于健康指标的关注反映在消费级市场上将是一个缓慢而长期的过程。

在王亚琴看来，可穿戴健康监测设备的意义在于长期跟踪和数据解读能力。她认为，相比单一时间截面下的数据，可穿戴设备长期跟踪用户数据指标，对身体健康状况的判断和预测更有意义。结合大数据和人工智能技术，可穿戴设备对不同生命指标的交叉对比和数据解读能力更高，可为人们完成健康水平评估、压力水平评估、睡眠质量评估、情绪分析等方面带来助力。这与人们对个人健康更加重视的市场大环境相契合。

数据分析水平和用户服务水平，是设备供应商颇为关注的努力方向。彭洪伟表示，近年来客户对产品智能化需求、蓝牙传输等功能有上升趋势，希望借助手机APP实现对监测数据的持续采集。苹果也在采用Apple Fitness+通过软件付费方式实现功能迭代、提供服务，并针对健身房、养老院等具体场景、特殊群体提供个性化服务，其业务范畴从健康指标的监测拓展为具体的健康服务。

传感器在医疗领域发挥的重要作用

作为采集数据的关键，传感器不仅在工业和电子设备上发挥重要作用，在医疗行业中也扮演着重要角色。在医疗领域，各种物理、化学、生物传感器被设计制作成设备仪器，测量采集人体各种生理学指标。其中，在医疗设备相关行业，主要涉及到压力、流量、温湿度、红外、氧气等传感器。

以新冠疫情中用到的医疗设备相关的传感器为例，在额头或手腕上测体温的测温计用的是红外传感器；医院办公室和病房的空气控制系统会用到高精度压差传感器；疫苗、药品等生产、储藏运输所需的设备离不开温湿度传感器。

具体来看，一般医疗设备会用到流量、压力、湿度、温度等传感器，监测和控制气流、压力、温湿度等指标，同时支持和保障稳定的统运行。

流量传感器主要用于测量进入系统的氧气的流量，以确保充足的空气供应。

压力传感器在呼吸机运行系统中，检测病患呼吸压力的变化和振动。

温、湿度传感器主要用于测量和调节通气管中空气的温湿度，并将输入数据转换为电子数据，以监视，记录或发出温度变化的信号，避免患者因吸入燥和过高过低温度空气。

除此之外，在一些疫苗灌装盒包装线上，物体的检测也会应用到很多光电传感器；检测内容物为液体或粉剂的分装高度时，超声波液位传感器可以配备到相关应用环境中；药瓶、注射瓶或输液瓶中为了保证产品质量和防止假冒，也会应用到功能强大的工业相机。

可以说，小小的传感器在医疗行业发挥着重要的作用，其未来的市场空间也是巨大的。

万亿元大市场催生新机遇

作为当下最热门的领域，医疗设备行业在整个市场中呈现“逆流之势”。相关数据显示，2019年，中国医疗器械市场规 模为6,290亿元，较2015年的3,080亿元 翻了一番。2020年，由于疫情原因，医用口罩、核酸检测试剂盒和体外膜肺氧合（ECMO）机器等一系列医疗器械的需求迅速激增。

因此，2020年医疗器械行业收入预测将跃升至8000亿元人民币以上。中国医疗器械市场更是占据了全球医疗器械市场近20%的份额，在人口老龄化、收入增长以及诊所和医院服务加强等关键驱动因素的推动下，这种增长趋势还将持续保持。

医疗仪器设备领域是一个万亿元的大市场，医疗领域的传感器应用比例也大幅增长，给传感器企业带来相当大的机遇。例如，因为疫情导致了医疗设备呼吸机的紧缺，带来了流量传感器、压力传感器、温湿度传感器等几大类传感器的需求。对于制造此类传感器的厂商来说，可以抓住机会，将自家优质的传感器推向医疗市场。

文章来源： 中国电子报，南山林雪萍，中国工控网