淺談SM58系列壓力傳感器在呼吸機(jī)中的應(yīng)用

呼吸機(jī)是一種能代替、控制或改變?nèi)说恼Ｉ砗粑?，增加肺通氣量，改善呼吸功能，減輕呼吸功消耗，節(jié)約心臟儲(chǔ)備能力的裝置。目前，中國(guó)醫(yī)療器械工業(yè)的銷售額僅占世界醫(yī)療器械銷售額的2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)衛(wèi)生健康事業(yè)的需求?？沙掷m(xù)發(fā)展的醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)是人類歷史發(fā)展的必然產(chǎn)物，它不僅是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，也是永恒的產(chǎn)業(yè)。在當(dāng)前的形勢(shì)下，我國(guó)已迎來(lái)了醫(yī)療器械發(fā)展的最好時(shí)期：近期我國(guó)提出要大力推進(jìn)社區(qū)醫(yī)療，建立新農(nóng)村合作醫(yī)療制度，加強(qiáng)農(nóng)村衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。預(yù)計(jì)“十一五”期間中國(guó)的農(nóng)村衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入將達(dá)到200億元的規(guī)模?；鶎俞t(yī)院的裝備標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)政策也將陸續(xù)出臺(tái)，這都預(yù)示著呼吸機(jī)產(chǎn)業(yè)面臨極好的市場(chǎng)機(jī)遇。

1、概述

氧氣是人類生存不可缺少的一種物質(zhì)。人類通過(guò)呼吸道和呼吸器官(鼻子、咽、喉、氣管、支氣管和肺)，依靠呼吸肌肉的收縮與放松，對(duì)空氣進(jìn)行一呼一吸，經(jīng)人體細(xì)胞的氧化代謝，循環(huán)不停地吸入氧氣，排出二氧化碳?xì)怏w，這就是人類的呼吸功能。一個(gè)健康的成人在平靜時(shí)，每分鐘呼吸(16~20)次，每次吸入的空氣量約為500毫升，每分鐘通過(guò)肺的空氣量約10升。人體包括血液、體液在內(nèi)，總的氧儲(chǔ)量在500毫升左右，而人體靜息時(shí)，每分鐘的氧耗量可在(200 ~300)毫升，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，每分鐘氧耗量可達(dá)5500毫升。這樣，一個(gè)人只要幾分鐘不呼吸，就會(huì)給生命帶來(lái)危險(xiǎn)。所以，人體必須不停地呼吸，不斷地補(bǔ)充氧氣，才能維持正常的生命活動(dòng)。

通常情況下，健康人通過(guò)呼吸活動(dòng)，從空氣中攝入的氧氣已能滿足人體各器官組織氧化代謝的需要。但是如果呼吸系統(tǒng)的生理功能遇到障礙，如化學(xué)中毒、神經(jīng)肌肉麻痹、溺水休克、窒息、外科手術(shù)后出現(xiàn)呼吸衰竭等等，均需要采取輸氧和人工呼吸進(jìn)行搶救治療，以提高患者的通氣量，迅速解除缺氧和二氧化碳滯留問(wèn)題，改善換氣功能。對(duì)于呼吸衰竭以至于停止自主呼吸的病人，呼吸機(jī)是必不可少的設(shè)備。

2、呼吸機(jī)的基本原理

人類的吸氣功能是：呼吸肌收縮一胸廓容積擴(kuò)大一肺泡膨脹(形成負(fù)壓)一從外界吸入空氣；呼氣功能是：呼吸肌放松一肺泡彈性收縮一肺內(nèi)壓力增大一向外呼出氣體。由此可知，由于人類肺泡的膨脹和收縮與大氣壓之間的壓力差形成了呼吸功能。呼吸機(jī)的基本原理就是用智能檢測(cè)的方法建立這一壓力差，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制的人工呼吸過(guò)程。因此呼吸機(jī)必須具備四個(gè)基本功能，即向肺充氣、吸氣向呼氣轉(zhuǎn)換，排出肺泡氣以及呼氣向吸氣轉(zhuǎn)換，依次循環(huán)往復(fù)。因此必須有：⑴能提供輸送氣體的動(dòng)力，代替人體呼吸肌的工作；⑵能產(chǎn)生一定的呼吸節(jié)律，包括呼吸頻率和吸呼比，以代替人體呼吸中樞神經(jīng)支配呼吸節(jié)律的功能；⑶能提供合適的潮氣量 （VT）或分鐘通氣量（MV），以滿足呼吸代謝的需要；⑷供給的氣體最好經(jīng)過(guò)加溫和濕化，代替人體鼻腔功能 ，并能供給高于大氣中所含的O2量，以提高吸入O2濃度，改善氧合。

壓力傳感器在呼吸設(shè)備中扮演著重要角色，它負(fù)責(zé)將物理值(例如氣道壓力和流量)轉(zhuǎn)換成差動(dòng)信號(hào)?？諝夂脱鯕饬髁總鞲衅魃傻男盘?hào)能幫助微處理器調(diào)節(jié)電機(jī)，從而調(diào)整或維持病人吸氣和呼氣所需的氣壓。也即壓力傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)病人呼吸信號(hào)來(lái)控制呼吸器的動(dòng)作，使之與人體呼吸同步。故壓力傳感器的選擇至關(guān)重要，通常情況下，這些極具成本效益的線性傳感器具有大偏移和失調(diào)漂移，導(dǎo)致信號(hào)超出或低于按比例進(jìn)行的溫度變化。美國(guó)SMI公司生產(chǎn)的高精度線性壓力傳感器SM58系列壓力傳感器結(jié)合了美國(guó)最先進(jìn)的壓力傳感器技術(shù)與CMOS數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)生產(chǎn)出具有信號(hào)放大、校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償?shù)膲毫鞲衅?。多?jí)壓力非線性修正，校準(zhǔn)電壓輸出為0.5V~4.5V；校準(zhǔn)壓力信號(hào)和數(shù)字溫度可通過(guò)I2C接口；直接輸出經(jīng)放大校準(zhǔn)的模擬信號(hào)。SM58系列有表壓、差壓和絕壓配置，有微壓和低高壓等量程，其中的微差壓、低壓力傳感器在市場(chǎng)中獨(dú)樹(shù)一幟，是呼吸機(jī)中壓力傳感器的最佳選擇。

SM58系列壓力傳感器

3、醫(yī)療呼吸機(jī)原理框圖