上海高端医疗器械展|国内免疫诊断市场解读

PPG传感器的市场趋势https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/ppg-biosensors-market

2.ECG传感器

ECG传感器，即心电图（Electrocardiogram）传感器，是一种用来监测和记录心脏电活动的生物传感器。它能够检测心脏的电信号，并将这些信号转换成图形，以便于分析心脏的健康状况和功能。ECG传感器的工作原理基于心脏细胞的电生理特性。心脏的每一次搏动都是由心肌细胞的电活动引起的。当心肌细胞去极化和复极化时，会产生微小的电信号。ECG传感器通过监测电极检测到由心脏电活动产生的电位差并将信号滤波、放大后结合算法分析得出心率等生理信息。

ECG和PPG虽然都可以获取心脏活动信号，但是其原理不同，ECG主要借助心脏电信号探测，PPG借助光电信号探测。ECG和PPG各有优劣，PPG在形态因素多样性和生物特征多样性方面表现突出。ECG比PPG对于生物电信号的探测速度更快，且不容易收到体表环境和体表差异等因素的影响。因此在心率监测等检测精度上更高。

图片来源：https://www.medicaldesignandoutsourcing.com/sensor-technologies-for-medical-grade-consumer-wearables/

图片来源：https://www.rfwireless-world.com/Terminology/Difference-between-ECG-sensor-and-PPG-sensor.html

04 健康监测设备的未来发展趋势

图片来源：Sensors2023, 23, 2991. https://doi.org/10.3390/s23062991

随着传感器技术的不断进步和算法的持续优化，可穿戴设备在健康监测领域的应用将越来越广泛。从血压检测、血糖监测到压力评估和睡眠质量分析，可穿戴设备为我们提供了一个全方位、多角度的健康监测解决方案。

可以看到，目前产品中所用到的技术还相对有限，收集的信号也相对单一，产品形态也还有很大改进空间。从技术层面上说健康监测设备涉及到的关键技术包括：传感器技术、无线通信技术、数据分析算法技术。

目前产品上所使用的传感器技术主要是PPG传感器等传统光电技术，相信未来的可穿戴传感器的发展趋势是向着多信号、无创、低能耗、高精度、柔性可拉伸等方向发展。个人认为健康监测设备领域的未来发展趋势主要是以下几个方面：

可穿戴形态的多样化

目前主要的可穿戴监测设备主要还是手表居多，未来这一可穿戴设备的形态将向着更多检测位置、更多结构形态发展，比如以戒指，贴片、耳机等形态发展，乃至和部分饰品进行集成，比如集成于眼镜的和耳朵接触的框架处、女性的发夹上、纹身贴片、隐形眼镜上等。

图片来源：Adv. Electron. Mater. 2024, 2300765

柔性可穿戴

下一代可穿戴式 PPG 系统，迫切需要实现高探测率、快速响应时间和超薄、柔性，可拉伸的 器件模组设计，免去笨重电源装置的自供电操作也利于即时检测应用。

柔性可拉伸PPG传感器是一种新型的光电传感器，具有以下优点：

佩戴舒适度高: 柔性材料使其能够贴合皮肤，佩戴舒适，不易引起皮肤不适。

可拉伸性好: 可适应人体皮肤的运动和变形，即使在运动或其他身体活动时也能保持良好的测量精度。

测量精度高: 更好的和皮肤、组织贴合，能够准确测量心率、血氧饱和度等生理参数。

高集成度: 可直接集成到各种可穿戴设备中，例如智能贴片、耳机、指环等，方便用户随时随地进行健康监测。

潜在应用广泛: 除了可穿戴设备之外，还可用于集成到手术器械中进行辅助监测。

图片来源：Lee et al., Sci. Adv. 8, eabm3622 (2022)

图片来源：ACS Nano 2023, 17, 20013-20023

3.体液传感器

可穿戴体液检测器是一种新兴的医疗监测设备，它能够通过分析体液（如汗液、唾液、泪液等）来监测和评估个体的健康状况。这些设备通常集成在可穿戴设备中，如智能手表、健康追踪器、智能服装等，为用户提供实时的健康。常见的体液包括汗液、人体组织液（ISF）、唾液等。这一技术还可以结合POCT等发展，实现把穿戴设备往病理诊断等医疗意义的方面更进一步。

图片来源：Singh, S.U., Chatterjee, S., Lone, S.A. et al. Advanced wearable biosensors for the detection of body fluids and exhaled breath by graphene. Microchim Acta 189, 236 (2022). https://doi.org/10.1007/s00604-022-05317-2

图片来源：https://doi.org/10.1038/s41578-022-00460-x

常见的体液传感器是汗液传感器。可穿戴汗液生物传感器能够实时分析汗液成分，通过汗液中的生物标志物的分析提供有关健康状况的有洞察力的信息。

图片来源：Wearable Sweat Biosensors，2016，IEDM

4. 新型传感器技术

目前可穿戴传感器正向着多样化方向发展，当我们将电化学传感器、力传感器、体液传感器、光电传感器等组合应用后，将会得到更多信息。

图片来源：Sensors 2023, 23, 2991

5. 可摄入生物传感器

从临床意义上说，可穿戴的健康监测设备仅能提供参考信息，不能用于诊断和医疗目的，这是由于可穿戴传感器无法到达体内的一些病变点，不能直接获取疾病关联的直接信息，并且体表可检测的健康指标容易受到干扰。因此可摄入的生物传感器，比图所示的生物传感胶囊（IBC），可以通过胃肠道（GI）接近主要器官，监测广泛的生物标志物，作为有效的临床诊断工具，甚至提供针对性的外科和药物治疗。

参考资料：

智能手环心率监测原理

https://support.coros.com/hc/en-us/articles/4406604073108-How-do-COROS-watches-measure-heart-rate

https://doi.org/10.1002/aelm.202300765

How pulse oximeters work explained simply

规范智能可穿戴设备对血压的测量，10.16439/j.issn.1673-7245.2023.05.001

智能可穿戴设备在中青年血压管理中应用中国专家共识

https://www.huxiu.com/article/805112.html

《光学无创测量血糖新技术》

https://appleinsider.com/articles/18/08/23/apple-patent-suggests-work-on-non-invasive-glucose-monitoring-tech

PERfECT Wearables: for Minimally-Invasive and Continuous Blood-Glucose Monitoring @ 6th Inno Show

基于人体生理信号的睡眠监测系统研究_薛美静

https://www.unityhealthnetwork.org/news/ultimate-sleep-tracker-guide-navigating-sleep-health-best-tools

https://newsroom.ucla.edu/releases/cortisol-sensing-smartwatch

Overview of a Sleep Monitoring Protocol for a Large Natural

Population

基于物联网的可穿戴式心率、血氧监测系统

基于PPG的高准确率低功耗心率监测模块设计_邱慧

Systematic Review on Fabrication, Properties, and Applications of Advanced Materials in Wearable Photoplethysmography Sensors

https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/ppg-biosensors-market

MW-PPG Sensor: An on-Chip Spectrometer Approach

ACS Nano 2023, 17, 20013-20023。Ultrathin Self-Powered Heavy-Metal-Free Cu-In-Se Quantum Dot Photodetectors for

Wearable Health Monitoring

Wearable Sweat Biosensors，2016，IEDM

Singh, S.U., Chatterjee, S., Lone, S.A. et al. Advanced wearable biosensors for the detection of body fluids and exhaled breath by graphene. Microchim Acta 189, 236 (2022). https://doi.org/10.1007/s00604-022-05317-2

Sensors 2023, 23, 2991

Biocompatible and Long-Term Monitoring Strategies of Wearable, Ingestible and Implantable Biosensors: Reform the Next Generation Healthcare

https://doi.org/10.1016/j.jacadv.2023.10026

Stress-Lysis: A DNN-Integrated Edge Device for Stress Level Detection in the IoMT

https://www.tno.nl/en/newsroom/insights/2023/01/monitoring-your-health-using-light-tno/

Sensor Technologies for Medical-Grade Consumer Wearables

Sensors2023, 23, 2991. https://doi.org/10.3390/s23062991

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文章来源：居家自测Diagnosis

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