选择适合的传感器,改进睡眠呼吸机的效率、精度和可靠性,增强患者的舒适度

睡眠呼吸暂停,俗称打鼾,是困扰许多人的一种病症,这对他们的睡眠造成了很大的影响。治疗这种疾病,对医疗设备制造商来说是一项挑战。本文立足于解决这一问题,主要分析了用于睡眠呼吸设备中的多种传感器解决方案,并解释了它们之间的差异,为医疗设备制造商提供有价值的技术见解。

让全世界数百万患者非常担心的睡眠呼吸暂停综合症,俗称打鼾,是指在睡眠过程中反复出现呼吸停止,有时每晚可达数百次之多,通常每次的时间达到一分钟甚至更长。如果放任不管,会导致记忆力下降和体重失衡,还会造成高血压及心脑血管疾病。由此带来的睡眠不足和疲劳感,还可能是导致工伤事故和机动车交通事故的元凶。

常用的治疗方法之一是使用正压呼吸 (PAP) 机。病人睡眠时戴上一种特制面罩将一定压力的空气送入病人鼻孔以免发生窒息状况。这种呼吸机有三种形式:

  • CPAP(持续式正压呼吸机),持续不断供给一定压力的空气。这种正压能够防止睡眠期间因上气道塌陷而造成的上气道阻塞,使患者能够自由呼吸,避免呼吸暂停。
  • Auto-PAP(自动正压呼吸机),可测量患者呼吸时的阻力,并按此阻力的大小而调节空给空气所需的压力,以保证每次呼吸都畅通无阻。
  • Bilevel PAP(双水平正压呼吸机)提供两种压力:吸入正压和呼出正压。

睡眠呼吸机上使用的传感器,可帮助控制气流、压力、湿度和温度,以及稳定的电机控制。

适用于睡眠呼吸机的传感器类型

典型的睡眠呼吸机会用到气体质量流量传感器、磁传感器、湿度传感器、温度传感器和压力传感器。

睡眠呼吸机上会用到多种类型的传感器,以此监测和帮助控制气流、压力、湿度与温度,同时支持稳定的电机控制。

气体质量流量传感器

霍尼韦尔Zephyr气体质量流量传感器支持线性输出,较之基础型气流传感器的原始输出,更为直观,省去了输出线性化的麻烦,节约了睡眠呼吸机制造商的时间与成本。

此类传感器监测患者的呼吸状况,然后在患者开始呼气时发送信号通知睡眠呼吸机以降低风扇的速度,减少患者呼气时的阻力,以免患者觉得呼吸时好像自己在跟机器“对抗”而产生不适感。

睡眠呼吸机使用气体质量流量传感器来检测呼吸循环,令患者感到更为舒适,因此比没有此项功能的机器更为常用。

用在睡眠呼吸机中的气体质量流量传感器需要提供高分辨率和精确的传感能力,以便感应较弱的气流变化,更精准地控制输送给患者的空气流量。这些传感器需要能够精确测量提供的空气流量,并感知气流的存在与否。

另一个重要的考虑事项是功耗。低电压损耗使得睡眠呼吸机可由电池供电,这赋予患者更大的使用灵活性和自由度。

最后要说明的是,在患者试图入睡时,应控制睡眠呼吸机电机发出的噪音,这一点很重要。电机噪音或嗡嗡声过大都会影响患者睡眠,这与睡眠呼吸机的初衷相悖。如果压降(压降等于传感器的电阻)灵敏性过高,电机工作就比较费力,因此需要气体质量流量传感器和相对较低的压降,否则将会增加噪音且缩短电机的使用寿命。

压力传感器

低压电路板安装型压力传感器,可用在上文中提到的所有三种PAP机器中,用来监测提供给患者的气流压力。在为睡眠呼吸机选择压力传感器时,请考虑稳定性长久、小巧尺寸且功耗低的产品,以及是否能够提供最低压降,因为这事关降低噪音和振动,是确保患者晚间舒适睡眠和高配合度的重要事项。

磁传感器

为使电机顺畅运转,睡眠呼吸机采用了风机系统来冷却电机组件。磁传感器支持稳定的电机控制,这能够减少由风机系统产生的噪音和振动。除了提高能源效率和提供稳定运行外,这些传感器还因外形小巧,得以实现睡眠呼吸机产品结构紧凑、自动化和较低装配成本的设计理念。

湿度传感器

湿度传感器可用于提供令患者感到舒适的暖湿气流。当向气流中加入湿气时,必须对其进行监测与控制。湿度传感器与测量气流湿度的微控制器配合使用,并与调节湿度的控制器相互协调,确保气流具有恰当的湿度水平。

温度传感器

对于温度感应而言,睡眠呼吸机制造商可以从能为患者提供暖湿气流以提高呼吸舒适度的感测元件中选择。暖湿空气还有助患者减少因吸入干燥的冷空气而导致的嗓子疼。

分立式热敏电阻通常会直接安装在气流通路中,以检测气流温度。传感器与检测气流温度的微控制器配合使用,并与控制和调节气流温度的控制器交互。

制造商可选择使用热敏电阻装配自身的传感器探测系统,或者也可使用小巧、易于安装的温度探测组件来定位热敏电阻元件在待测介质中的位置,并保护热敏电阻免受损坏。探测组件还能保持热气或流体直接、均匀地流过热敏电阻,从而准确感应温度。

作者:霍尼韦尔传感与控制部 全球产品总监AJ Smith

欲知更多呼吸机医疗解决方案与应用的产品信息,请发邮件至[email protected]或登录中文网址:http://sensing.honeywell.com.cn/

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