气流和压力传感器在医学上的应用

　　压力传感器是工业实践中为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。

　　正如每种医疗过程的背后都有着一门真正的科学，在确定用于辅助疾病的诊断和治疗的复杂医疗设备中的气流和硅基压力传感器的背后也存在着一门科学。三种使用气流和硅基压力传感器的医疗应用是：麻醉机、睡眠呼吸机和医院诊断设备。

　　麻醉机

　　麻醉机是通过机械回路将麻醉药送入患者的肺泡，形成麻醉药气体分压，弥散到血液后，对中枢神经系统直接发生抑制作用，从而产生全身麻醉的效果。麻醉机属于半开放式麻醉装置。它主要由药液罐、乙醚调节开关、折叠式风箱及吸、呼气单向活瓣和波纹管组成。

　　因为医疗设备对于病人而言非常重要，所以要选择一个能够在设备的整个使用寿命中都能提供极好的灵敏度和的传感器。选择既能够满足性能需求，又能长期保持性能稳定的传感器，就能确保传感器在医疗设备的整个使用寿命期间正常使用。

　　工程师应该考虑病人的呼吸频率。病人的范围可能包括从身体欠佳、呼吸频率较慢的成年人到身体健康、呼吸频率较快且肺活量较大的成年人。传感部分需要非常灵敏，以便正确地测量病人的吸气和呼气以及传递到气流之中的麻醉气体。因此，就会使用2个（有时是3个）气流传感器来测量特定的气动子系统。

　　其工作原理是：病人在完成麻醉诱导后，将空气麻醉机与密闭式面罩或气管导管连接。吸气时，麻醉混合气体经开启的吸气活瓣进入病人体内；呼气时，呼气活瓣开启，同时吸气活瓣关闭，排出呼出的气体。当使用辅助或控制呼吸时，可利用折叠式风箱。吸气时压下，呼气时拉起，保证病人有足够的通气量。同时根据实际需要，调整乙醚开关以维持稳定的麻醉水平。

　　这种装置的不足之处是乙醚浓度较低，只能作为麻醉的维持，而且乙醚的消耗量较大，易造成环境污染。

　　在需要高压输送源，或者传感器需要直接接触浓缩氧气或麻醉药剂的情况下，应使用与介质隔离的传感器。这时，选用与介质隔离的不锈钢压力传感器可能是理想的，因为它较耐用。

　　另一项考虑因素是输出。数字输出，比如I2C和SPI协议，可以使传感器的分辨率以及与微处理器的集成得以化。但仍然存在着对模拟输出的需求，主要原因是，在某些安全电路中由于整流的需求不允许软件参与其中。用户可能希望使用传感器的原始输出来触发警报或安全状况。同时提供数字和模拟这两种选项的能力是很重要的。

　　睡眠呼吸机

　　对于睡眠呼吸机而言，当涉及到总误差带时，通常更令人关注的是病人的舒适和方便，而对性能要求并不苛刻。因为它们通常是与加湿器协同使用的，所以它们需要在较高湿度的条件下运转并且保持稳定的性能。它们必须要耐用，因为它们通常在家庭环境中被各类人士操作使用。

　　用户对设备的要求主要集中在、稳定性、便携性和单元尺寸/重量方面。对噪声的要求也很重要，因为这种设备是在睡眠过程中使用。需要使用压降较低的气流传感器，因为如果压降太高，电机的工作强度就更大（压降等于传感器中的阻抗），从而增加噪声和缩短电机的使用寿命。

　　所以工程师应该选择能够以很低的速率来感应差分压力或气流的传感器。传感器应该能够测量病人呼吸的峰值，或者吸气和呼气之间的转折点。

　　出于价格方面的考虑，通常会选择增强型数字产品。与购买已经过放大的传感器相比，在稍后添加部件来调整信号大小会更加昂贵。

　　根据睡眠呼吸机类型的不同，机械要求（比如尺寸、安装和研孔）可能也会对设备的设计带来一定影响，因为客户希望得到体积更小、美观且便携的设备。可能还需考虑客户校准功能，特别是对于CPAP（持续的正向呼吸道压力）应用，以尽量提高产品性能，从而地匹配病人的呼吸模式。

　　医院诊断设备

　　医院诊断设备包括质谱仪、色谱仪（例如，用于气体、液体和高效液相色谱法）、实验室自动化系统以及分析仪，比如用于血液、血液学、免疫分析和临床化学等用途的分析仪。

　　在为医院诊断设备选择传感器时，高分辨率、高和高稳定性都是要着重考虑的关键因素。设备需要能够检测到甚至是的物质量。因此，诊断设备一般都具有的分辨率要求，通常是16位或更高。传感器的和稳定性对于获取的数据是很重要的，而的数据对于实验室检测结果至关重要，并会直接关系到病人的生命安危。

　　确定需要检测的压力和气流的全部范围和增量是需要考虑的首要因素。传感器在医院诊断领域的应用可能还要求具有与清洁、干燥的空气之外的其他介质的相容性。在有些诊断设备中，从塑料或粘合剂中释放出的气体，尽管数量微乎其微，也会污染样品并使测试结果产生偏差。，特别是对线性和滞后误差而言，都是很重要的。

　　如上所述，高分辨率是至关重要的，这就是为什么诊断和分析设备的用户可能会选择未经放大的传感器以获取尽量多的/原始传感器输出，并自己来创建补偿和放大算法的原因。一些传感器制造商通过高分辨率的A/D转换器来提供带放大的产品。注意，高分辨率A/D转换器并不是传感器的分辨率——需要考虑传感器本身的分辨率。

　　稳定性是非常重要的，因为漂移可能会意外地影响传感器的读数。如果传感器在设备制成之后发生漂移（校准在设备发运之前完成），结果就会出现偏差。传感器在制造和安装启用过程中，必须考虑如何防范热应力和机械应力的影响，因为这会影响到设备性能的稳定。

　　与其他医疗应用不同的是，对于诊断设备而言，尺寸并不是特别关键的因素，因为它们大多数都是体积较大、不便移动的设备，并固定摆放在实验室中。应该先考虑分辨率、和稳定性，其次才是物理因素，比如输出、尺寸、安装、研孔和电力需求。