火爆的指氧仪获重点提及,背后光学传感器成热门!

感知芯视界 2023-01-04 18:38

来源:科创板日报、爱光学,谢谢


目前市场上的血氧仪均充分利用了光学传感技术,可在极短时间内通过判断血液中氧含量来分析患者病情,进而避免延误最佳诊疗时机。



编辑:感知芯视界

国务院联防联控机制日前发布关于做好新冠重点人群动态服务和“关口前移”工作的通知。其中提到,扩大吸氧和血氧监测服务,包括:
各地要为基层医疗卫生机构、养老机构配备数量适宜的氧气袋、氧气瓶及制氧机等设备,确保能够及时为门诊患者、居家治疗患者及养老机构老年人提供氧疗或氧气灌装服务。
指氧仪(指夹式脉搏血氧仪)方面,增加指氧仪配备数量,确保每个社区卫生服务中心和乡镇卫生院至少配备20个以上、每个社区卫生服务站和村卫生室至少配备2个以上
为每个家庭医生团队、重点人群包保团队、养老机构、福利机构配备一定数量的指氧仪;
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。
根据《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第九版)》,新冠重症患者多在发病一周后出现呼吸困难和(或)低氧血症。
在国务院联防联控机制本次发布的通知中,除了配备吸氧相关设备之外,还强调为养老机构配备指氧仪,并为“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。
实际上,由于由于老年人感染新冠病毒后对缺氧反应较为迟钝,易引发“沉默性缺氧”,近期血氧仪(指氧仪)热销,电商平台上多品牌血氧仪产品已断货。另据百度数据显示,近期血氧仪和制氧机的搜索热度分别环比增长459%和22%
上周,工信部消费品司司长何亚琼表示,指压式脉搏血氧仪日产量已从11月初的11.5万部,提升到超过25万部。下一步将继续帮助企业扩大产能,加快满足市场需求。
国海证券分析指出,目前国内血氧仪市场面临产品同质化严重、监测精度达医疗级的产品较少、性价比不高等问题,亟需寻找破局之路。适用性、监测精度、运动性能、成本控制成为考察指夹血氧仪研发及生产企业的重要指标。      
指氧仪背后的光学传感器
血氧仪诞生于上个世纪的30-40年代,用于监测战机飞行员在高空飞行时的血氧饱和程度,决定是否需要吸氧,于1974年美能达相机公司开发了脉动式血氧仪实现商品化。时至今日,血氧仪主要通过传感器,无需采血便可实时监测脉率、血氧饱和度、灌注指数(PI)。
目前市场上的血氧仪均充分利用了光学传感技术,可在极短时间内通过判断血液中氧含量来分析患者病情,进而避免延误最佳诊疗时机。
人体血液中的氧气含量,常常会用血氧饱和度这一指标来衡量,该参数的定义是:氧合血红蛋白 (HbO2) 的数量占血红蛋白 (Hb) 总量的百分比。
对血氧饱和度的精准检测,能够对受测者红细胞中血红蛋白携氧能力进行有效研判,以免延误患者的治疗时机。由于新冠病毒会对人体肺部功能造成一定破坏,进而对血氧饱和度产生影响,因此,血氧饱和度能够从一定程度上反映出新冠病毒患者的健康状况,血氧饱和度越低,说明患者越处于缺氧状态,应该尽快前往医院诊治。对新冠患者病情的判断能力,也成为了血氧仪在近期大卖的本质原因。
图1 某些品牌血氧仪正面临“断货”(图源:京东线上购物平台)
常见的血氧饱和度检测手段,一般分为有创和无创两种,前者需要对患者进行血液采样,检测过程繁琐复杂,且无法在短时间内实现连续多次测试;因此,操作简单便捷、检测快速准确的无创式血氧检测技术,受到了更多医疗工作者的关注,并占据了绝大多数的市场份额。当前市场上的主流产品,绝大多数都是无创式脉搏血氧仪。
图2 脉搏式血氧仪的工作原理及分类:(a) 脉搏式血氧仪测量机制示意; (b) 透射式血氧仪工作原理及常见成品图例; (c) 反射式血氧仪工作原理及常见成品图例
无创式脉搏血氧仪的工作原理,主要遵循朗伯—比尔定律 (Lambert-Beer law),该定律描述了物质对光的吸收能力,与光强、光波长以及物质浓度、厚度等参量之间的关系。
在常见的脉搏血氧仪中,该定律则主要体现在含氧状况不同的血红蛋白,对光的吸收能力不同上:如图2 (a)所示,HbO2对660 nm的红光有着较强的吸收作用,因此可以在该波段下实现对HbO2吸光度的检测;而在红外波段 (800~940 nm) 下,Hb和HbO2吸光水平相似,因此通过对该波段吸光度的测试,则能够得到血红蛋白(无论是否含氧)的总量。利用不同波段下吸光度的比值,则可得到HbO2的相对含量,进而准确计算出待测者的血氧饱和度。
常见的脉搏血氧仪如图2 (b)及(c)所示,主要可分为透射式和反射式两种,二者对于患者血氧饱和度的检测能力相当;相关产品,如手指夹式血氧仪、智能手环等,也已被大家所熟知。
两种测量方式对比图
根据国家新冠治疗方案(试行第八版)之规定,患有新冠病毒的成年病人,当其血氧饱和度≤93% 时,即被判定为重症患者,需要立刻采取专业的救治以脱离危险,因此血氧仪对于患者有着极其重要的意义,尤其是存在基础疾病的老人,更应该注重相关检测。
无创式脉搏血氧仪充分利用了光学传感的设计思想,将氧合血红蛋白对光束吸收度不同的机制运用到了极致,进而拥有保障患者生命安全的“魔力”。
2020年新冠病毒刚出现的时候,血氧仪的需求就出现过一波大涨,当时有相关媒体曾发过发布介绍血氧仪的方案。总结包括TI、Maxim、Microchip的血氧仪方案,芯海科技、华大半导体、航顺芯片等都可以提供血氧仪用MCU,还有可天士、TE、西人马、四方光电、国星光电的传感器等。
据《科创板日报》不完全统计,A股中:

光学传感器市场蒸蒸日上
全球市场洞察(Global Market Insights)预测,到2024年,光学传感器的市场份额将达到300亿美元,这是一个很有价值的数字。到2026年,工业4.0需求的不断增长还将推动光学传感器的销售额达到超2500亿元的规模。
而光学传感器市场规模在2019年已经超过190亿美元,并有望在2020年至2026年之间以超过10%的复合年增长率增长,市场增长是受到全球消费电子设备对光学传感器越来越多采用的推动。
可以说,技术的不断演进正在推动全球光学传感器市场的发展,智能传感器越来越受欢迎。特别是消费电子产品中,智能手机、平板电脑、智能可穿戴设备等的新功能应用,包括恢复识别、眼睛跟踪、3D绘图、手势识别、指纹识别、面部识别等,正成为整个光学传感器行业蓬勃发展的重要推动力。
尽管未来中国光传感器市场的增速依然可观,但由于我国传感器行业发展水平较低,本土企业实力弱小,因此要想在快速增长的市场中分一杯羹,难度依然很大。

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