淺談SM58系列壓力傳感器在呼吸機中的應用

呼吸機是一種能代替、控制或改變人的正常生理呼吸，增加肺通氣量，改善呼吸功能，減輕呼吸功消耗，節(jié)約心臟儲備能力的裝置。目前，中國醫(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%，遠遠不能滿足國內衛(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，它不僅是朝陽產(chǎn)業(yè)，也是永恒的產(chǎn)業(yè)。在當前的形勢下，我國已迎來了醫(yī)療器械發(fā)展的最好時期：近期我國提出要大力推進社區(qū)醫(yī)療，建立新農(nóng)村合作醫(yī)療制度，加強農(nóng)村衛(wèi)生基礎設施的建設。預計“十一五”期間中國的農(nóng)村衛(wèi)生基礎設施建設投入將達到200億元的規(guī)模?；鶎俞t(yī)院的裝備標準和相關政策也將陸續(xù)出臺，這都預示著呼吸機產(chǎn)業(yè)面臨極好的市場機遇。

1、概述

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

通常情況下，健康人通過呼吸活動，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，如化學中毒、神經(jīng)肌肉麻痹、溺水休克、窒息、外科手術后出現(xiàn)呼吸衰竭等等，均需要采取輸氧和人工呼吸進行搶救治療，以提高患者的通氣量，迅速解除缺氧和二氧化碳滯留問題，改善換氣功能。對于呼吸衰竭以至于停止自主呼吸的病人，呼吸機是必不可少的設備。

2、呼吸機的基本原理

人類的吸氣功能是：呼吸肌收縮一胸廓容積擴大一肺泡膨脹(形成負壓)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。呼吸機的基本原理就是用智能檢測的方法建立這一壓力差，從而實現(xiàn)強制的人工呼吸過程。因此呼吸機必須具備四個基本功能，即向肺充氣、吸氣向呼氣轉換，排出肺泡氣以及呼氣向吸氣轉換，依次循環(huán)往復。因此必須有：⑴能提供輸送氣體的動力，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備中扮演著重要角色，它負責將物理值(例如氣道壓力和流量)轉換成差動信號?？諝夂脱鯕饬髁總鞲衅魃傻男盘柲軒椭⑻幚砥髡{節(jié)電機，從而調整或維持病人吸氣和呼氣所需的氣壓。也即壓力傳感器時刻監(jiān)測病人呼吸信號來控制呼吸器的動作，使之與人體呼吸同步。故壓力傳感器的選擇至關重要，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漂移，導致信號超出或低于按比例進行的溫度變化。美國SMI公司生產(chǎn)的高精度線性壓力傳感器SM58系列壓力傳感器結合了美國最先進的壓力傳感器技術與CMOS數(shù)字信號處理技術生產(chǎn)出具有信號放大、校準和溫度補償?shù)膲毫鞲衅鳌６嗉墘毫Ψ蔷€性修正，校準電壓輸出為0.5V~4.5V；校準壓力信號和數(shù)字溫度可通過I2C接口；直接輸出經(jīng)放大校準的模擬信號。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中獨樹一幟，是呼吸機中壓力傳感器的最佳選擇。

SM58系列壓力傳感器

3、醫(yī)療呼吸機原理框圖