【技术】浅谈压力传感器在医疗中的应用

时间： 2023-06-12 来源：Consensic

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据《医用传感器市场调研报告》估计，2022年全球医用传感器市场销售额达到了11亿美元预计2029年将达到19亿美元，年复合增长率（CAGR）为7.9%（2023-2029）。该分析包括压力以及温度、化学、流量、液位、位置、图像和生物传感器的使用。事实上，低成本的MEMS压力传感器是增加便携式医疗保健监测产品的有利因素之一。压力传感器是迄今为止用途比较广泛的MEMS传感器类型。

呼吸机是重症治疗中常用的设备，尤其是在新冠病毒肆虐的三年多时间内。呼吸机为遭受某种严重伤害或患有妨碍正常呼吸的疾病的患者提供呼吸辅助。如下图所示，空气和氧气的混合物通过放置在患者口、鼻或气管中的管道输送到患者的肺部。在此过程中监测相对较低的压力（通常为10cm H20），以在向患者输送空气时适当地给肺部充气。呼吸机通常用于危及生命的危重患者。呼吸机制造商在设计产品时必须使用高质量的压力传感器（换能器），以确保适当的性能和可靠性。

呼吸机中压力传感器的典型部件和潜在位置

氧气浓缩器用于为患者提供氧气治疗。氧气疗法，是一种为体内重要组织和器官提供更高水平氧气浓度的医学疗法。需要比环境空气中自然可用的氧气浓度更高的患者利用氧气浓缩器输送富氧空气。一些可能需要氧气浓缩器的常见疾病是哮喘、慢性支气管炎、贫血、肺水肿和充血性心力衰竭。流量的低压差测量值通常只有几kPA。

氧气浓缩器使用三角压力测量值进行流量和压力传感

氧气浓缩器设备的制造商需要高度精确和高度可重复的压力传感器。这个市场包括商用（医院级）和家用便携式设备。随着世界人口的老龄化和增长，对氧气浓缩器设备的需求也在增加。氧气浓缩器也用于其他应用，例如烟雾吸入和其他肺部损伤的受害者。接受外科手术的患者在手术前后也需要浓缩氧气。

医用压力传感器测量氧气罐液位（约2000psi（136bar）或更高）以及输送给患者的氧气流量（约4kPa）。在直接从大气中浓缩氧气（通常为2巴）的模块中也需要压力传感器。

另一种形式的氧疗被称为高压氧疗（HBOT）。HBOT是通过在高于正常大气压力下输送压缩氧气而产生的。这种形式的治疗是在一个特殊的密封室中提供给患者的，该密封室要么有坚硬的外壳，要么有柔软的外壳。软壳室被密封并加压（比大气压高4.4和7.3磅/平方英寸），患者在里面。HBO疗法用于治疗热烧伤、视网膜动脉堵塞、动脉气体栓塞（AGE）、一氧化碳中毒、气体坏疽以及创伤性脑损伤、慢性疲劳、免疫功能障碍等疾病。

睡眠呼吸暂停是一种常见的疾病，影响着世界各地的人们。睡眠呼吸暂停包括睡眠时的停顿或浅呼吸。呼吸中断可能会持续几秒钟到几分钟。这些停顿会将患者从深度睡眠推向轻度睡眠，从而扰乱睡眠模式。当这种情况发生时，患者一整天都会感到休息不足、嗜睡或疲倦。这种疾病通常无法诊断，因为在正常的医生就诊期间无法检测到，而且通常是由患者的睡眠伴侣发现的。睡眠呼吸暂停不局限于年轻人或老年人，在许多不同年龄组的患者中都有发现。未经治疗的睡眠呼吸暂停状况被认为会增加以下状况；高血压、偶然或心脏病发作、心力衰竭和心跳不规则。

睡眠呼吸暂停通常使用一种称为CPAP（持续气道正压）机器的医疗设备进行治疗。如下图所示，该设备通过向患者的气道施加正压来工作。该设备通过面罩连接到患者身上，在睡眠期间以正压输送空气。患者每次睡觉时都需要佩戴该设备。医用压力传感器（通常为4kPa）用于测量患者的正气流。

治疗睡眠呼吸暂停需要用于流量测量的差压传感器和低压传感器

手术室和更多除了已经讨论过的应用之外，压力传感器被用于各种医疗产品中。其中许多设备可以帮助医院手术室的医生。然后可以使用压力计或压差测量来计算体积流速以及流体、气体或空气体积。使用压力测量进行监测和/或控制的医疗产品的其他示例包括：药物输送系统、用于测量肺活量的肺活量测量设备、有创和无创以及体内和体外血压，监测腹部手术过程中的胃肠道（GI）内压和术后眼部手术护理，以及用于治疗青光眼的眼压（IOP）测量。下图显示了一个电子给药系统和相关的压力测量。

此外，压力传感器还应用在血压计中。低血压患者的血压可能低于正常值（120/80mmHg）（90/60mmHg），高血压患者的血压则高于正常值（140/90mmHg或以上）。在稳态血压测量中，较高的读数被称为收缩压，测量心脏跳动时的压力。较低的读数被称为舒张压，用来测量心跳之间的压力。在一次完整的测量周期中，整个过程中压力传感器起到重要的数值感知作用，并由压力传感器产生的信号经过运算放大器或仪表放大器调理后，送入ADC（模数变换器），然后通过与不同类型传感器、监视器配合，采用适当算法将测量结果显示在液晶屏上。

Consensic是一家专门设计制造压力传感器的高新技术企业，主要生产数字或模拟式的压阻式压力传感器(CPS121、CPS122、CPS123、CPS125、CPS171)、防水压力传感器（CPS135B、CPS137、CPS129）、表压压力传感器（CGP系列）、压差传感器（CPS510）等。我们为广大用户提供了MEMS传感器的解决方案。我们致力于不断创新和具有市场竞争力的传感器制造，为先进的集成系统提供了更多微小型封装的选择。

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