压力传感器在呼吸机中的应用

呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节约心脏储备能力的装置。目前，中国医疗器械工业的销售额仅占世界医疗器械销售额的2%，远远不能满足国内卫生健康事业的需求。可持续发展的医疗器械产业是人类历史发展的必然产物，它不仅是朝阳产业，也是永恒的产业。在当前的形势下，我国已迎来了医疗器械发展的最好时期：近期我国提出要大力推进社区医疗，建立新农村合作医疗制度，加强农村卫生基础设施的建设。

一、概述

氧气是人类生存不可缺少的一种物质。人类通过呼吸道和呼吸器官(鼻子、咽、喉、气管、支气管和肺)，依靠呼吸肌肉的收缩与放松，对空气进行一呼一吸，经人体细胞的氧化代谢，循环不停地吸入氧气，排出二氧化碳气体，这就是人类的呼吸功能。一个健康的成人在平静时，每分钟呼吸(16~20)次，每次吸入的空气量约为500毫升，每分钟通过肺的空气量约10升。人体包括血液、体液在内，总的氧储量在500毫升左右，而人体静息时，每分钟的氧耗量可在(200 ~300)毫升，剧烈运动时，每分钟氧耗量可达5500毫升。这样，一个人只要几分钟不呼吸，就会给生命带来危险。所以，人体必须不停地呼吸，不断地补充氧气，才能维持正常的生命活动。

通常情况下，健康人通过呼吸活动，从空气中摄入的氧气已能满足人体各器官组织氧化代谢的需要。但是如果呼吸系统的生理功能遇到障碍，如化学中毒、神经肌肉麻痹、溺水休克、窒息、外科手术后出现呼吸衰竭等等，均需要采取输氧和人工呼吸进行抢救治疗，以提高患者的通气量，迅速解除缺氧和二氧化碳滞留问题，改善换气功能。对于呼吸衰竭以至于停止自主呼吸的病人，呼吸机是必不可少的设备。

二、呼吸机的基本原理

人类的吸气功能是：呼吸肌收缩一胸廓容积扩大一肺泡膨胀(形成负压)一从外界吸入空气;呼气功能是：呼吸肌放松一肺泡弹性收缩一肺内压力增大一向外呼出气体。由此可知，由于人类肺泡的膨胀和收缩与大气压之间的压力差形成了呼吸功能。呼吸机的基本原理就是用智能检测的方法建立这一压力差，从而实现强制的人工呼吸过程。因此呼吸机必须具备四个基本功能，即向肺充气、吸气向呼气转换，排出肺泡气以及呼气向吸气转换，依次循环往复。因此必须有：

1、能提供输送气体的动力，代替人体呼吸肌的工作

2、能产生一定的呼吸节律，包括呼吸频率和吸呼比，以代替人体呼吸中枢神经支配呼吸节律的功能

3、能提供合适的潮气量(VT)或分钟通气量(MV)，以满足呼吸代谢的需要

4、供给的气体最好经过加温和湿化，代替人体鼻腔功能，并能供给高于大气中所含的O2量，以提高吸入O2浓度，改善氧合。

压力传感器在呼吸设备中扮演着重要角色，它负责将物理值(例如气道压力和流量)转换成差动信号。空气和氧气流量传感器生成的信号能帮助微处理器调节电机，从而调整或维持病人吸气和呼气所需的气压。也即压力传感器时刻监测病人呼吸信号来控制呼吸器的动作，使之与人体呼吸同步。故压力传感器的选择至关重要，通常情况下，这些极具成本效益的线性传感器具有大偏移和失调漂移，导致信号超出或低于按比例进行的温度变化。美国SMI公司生产的高精度线性压力传感器SM58系列压力传感器结合了美国最先进的压力传感器技术与CMOS数字信号处理技术生产出具有信号放大、校准和温度补偿的压力传感器。多级压力非线性修正，校准电压输出为~;校准压力信号和数字温度可通过I2C接口;直接输出经放大校准的模拟信号。SM58系列有表压、差压和绝压配置，有微压和低高压等量程，其中的微差压、低压力传感器在市场中独树一帜，是呼吸机中压力传感器的最佳选择。

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