傳感器在呼吸機(jī)中的應(yīng)用

不期而至，殃及全球的新冠肺炎讓人類在領(lǐng)略病毒之肆虐與猖狂的同時，也見證了科學(xué)與技術(shù)在醫(yī)護(hù)人員為拯救病患的生命而與惡魔一爭高下的搏斗中所起到的重要作用。通過各類新聞媒體的狂轟亂炸，呼吸機(jī)應(yīng)該是人們已經(jīng)耳熟能詳、明星般的醫(yī)療設(shè)備之一了。呼吸困難是新冠病毒感染后危重病人的典型癥狀，使用呼吸機(jī)可以給病人施以適當(dāng)?shù)膲毫蜐駳饬?，以利于改善患者的通氣功能，從而起到遏制呼吸衰竭的作用。此外具有持續(xù)正壓通氣（Continuous Positive Airway Pressure CPAP）功能的呼吸機(jī)裝置，可強(qiáng)迫空氣進(jìn)入肺部，在整個呼吸周期內(nèi)人為地施加一定程度的氣道內(nèi)正壓。如果病人出現(xiàn)呼吸暫停，CPAP呼吸機(jī)可根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率進(jìn)行必要的機(jī)械通氣。為了保持患者持續(xù)的呼吸功能，呼吸機(jī)必須實時、持續(xù)、精確地控制氣流的壓力和濕度，也就是說實時、精確地監(jiān)測和控制氣流、壓力、溫度和濕度等指標(biāo)并且同時支持和保障穩(wěn)定的電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行，是呼吸機(jī)必不可少的重要功能。 而這些重要功能的實現(xiàn)則是大大地得益于作為當(dāng)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱之一的傳感器。本文將就包括氣體質(zhì)量流量、壓力、溫度、濕度和磁等傳感器在呼吸機(jī)中的應(yīng)用做一個簡單的介紹。

空氣流量傳感器

空氣流量傳感器的作用在于精確地測量進(jìn)入呼吸機(jī)系統(tǒng)的氧氣的流量，使得呼吸機(jī)能夠通過進(jìn)氣泵控制，調(diào)節(jié)通氣量的大小與速度，讓患者的呼吸和進(jìn)氣頻率保持一致，以提供肺部足夠的氧濃度、確保充足的氧氣供應(yīng)。

壓力傳感器
在呼吸機(jī)運(yùn)行過程中，精確地檢測病患呼吸的壓力變化和振動（如打鼾）至關(guān)重要。同時，通過差壓傳感器呼吸機(jī)可以對病人呼氣期間的二氧化碳水平進(jìn)行精確的測量和計算，更好地獲知患者二氧化碳輸出量，進(jìn)而精確地調(diào)節(jié)輸入壓力的大小。具體的過程為，壓力傳感器將氣道的壓力轉(zhuǎn)化為差動電信號，檢測電路將此信號的測量值送至MCU并由其做出吸氣和呼氣的準(zhǔn)確判斷后，MCU發(fā)出指令控制進(jìn)氣泵，增大或者減小管道壓力，以確?；颊吆粑匀豁槙?。

溫度、濕度傳感器
溫度和濕度傳感器的作用在于測量和調(diào)節(jié)通氣管中空氣的溫濕度，為病患提供舒適的暖濕氣流，避免患者因吸入干燥或過高過低溫度的空氣而導(dǎo)致嗓子疼，影響呼吸與睡眠質(zhì)量。當(dāng)氣流中需要加濕氣時，濕度傳感器給出相應(yīng)的反饋信息，控制器根據(jù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行濕度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，確保氣流的濕度范圍。同理，在氣流通路中，直接安裝分立式的熱敏電阻，以檢測氣流溫度。

磁傳感器
為使呼吸機(jī)電機(jī)順暢運(yùn)轉(zhuǎn)，呼吸機(jī)還會通過風(fēng)機(jī)系統(tǒng)來冷卻電機(jī)組件。采用磁傳感器感知呼吸機(jī)中電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，來支持穩(wěn)定的電機(jī)控制，保持電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，以減少由風(fēng)機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的噪音和振動。