靈活性設計在醫療器械中的運用研究

聶佳力

摘 要：隨著社會科技水平以及醫療理念的不斷發展，對醫療器械的種類需求以及功能需求提出越來越高的要求，功能越多，標準越高，會加大生產成本，同時也在提高患者的醫療成本，如何在滿足治療功能的前提下，靈活的將零部件根據不同需求合理搭配，是醫療器械設計師們需要考慮的問題。文章引入傳感器平臺，將基礎性的傳感器配置為不同的功能，適應不同醫療需求，文章涉及到傳感器靈活運用在呼吸機及麻醉系統、透析儀、眼外科手術以及傷口治療等，充分體現了靈活性設計的運用趨勢。

關鍵詞：靈活性設計；醫療器械；運用

中圖分類號：TH77 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0003-02

為了提高產品的上線效率，降低研發成本和快速占有市場。需要通用性好的機械設計，以生產出適用性高的醫療機械零件。如果生產零件的生產平臺能夠有高的靈活度，可以靈活多變的生產各種不同類型的產品，就可以讓設計人員根據市場的要求，靈活的設計生產產品，從而減少定制設計帶來的開銷。

本文討論的是構建在醫療設備生產基礎上的柔性生產平臺的構建，該柔性平臺可生產研發的產品包括醫療器械的多個方面，如口腔設備、呼吸設備、具備外科手術設備等。構建在該平臺上的產品生產使得機械設計人員可以生產出多種機器都適用的客制化傳感設備。

1 靈活傳感器設計在呼吸機及麻醉系統的運用

呼吸機和麻醉設備上由于客戶的需要和使用領域不一樣，往往對產品的外觀、氣流運部件及感應器有不同的設計要求。使用柔性平臺制造該類設備能夠適應不同客戶的需求，能夠滿足多種情況下的應用條件。并且在該平臺上可以使得核心部件使用的是同一款型號的部件，這樣可以使得不用應用的產品只是應用參數上的不一樣，而不需要做更多的修改。如嬰兒的呼吸機與成人的呼吸機，只需調整傳感器參數。

在呼吸機制造領域，不用的廠商的產品區別主要是集中在空氣泵的使用上，不同廠家的對空氣泵的選型及參數都不一樣。這就導致了不同廠家的空氣泵有不同的氣流參數，因此對于感應器的選擇會有區別。氣路的不一樣同樣是呼吸設備的差異，不同廠家的設計在氣路上也不一樣，這對機械設計有所要求。

麻醉機同樣是有各種不一樣的需求。麻醉機需要將麻醉藥注射進人體中，對于該種機器的設計。主要是要考慮到注射的過程中人體的反應，需要根據注射的環境情況，空氣中的氧氣含量等情況，按指定的速度和注射量將麻醉藥輸入到人體中。呼吸機與其相似，呼吸機將空氣及氧氣混合后輸入人體中并且將人體呼出的二氧化碳排出。這就要求能夠準確的測量出氣體的成分和通氣量，并且能控制氣體的混合精度。傳感器要能夠可以被調整，可以根據傳感器的實際情況進行校正。

在麻醉機上需要對空氣和氧氣壓力進行監控，需要保證二者的壓力不能超過規定的范圍。這種情況下可以使用不銹鋼類型或者電路類型的設計，使用這些類型的設計可以得到益處。這種傳感器一般都精度較有保證，能夠準確的讀出氣壓的數值，并且該類設備有較高的穩定性，讀書一般都較為穩定可靠。在呼吸機上同樣是這樣的情況，使用這種類型的傳感器可以保證對氣壓的控制，并可以準確的監控出病人呼吸的氧氣量和空氣量。這些傳感器都需要有高的重復精度和靈敏度保證讀數的準確可靠。

在柔性平臺上進行設計還需要考慮地區、國家的不同，對呼吸設備的要求也不一樣。不同的國家對呼吸設備有不同的規范和要求，因此同一呼吸機的核心設備對應不同國家的產品，需要做不同的設計更改，這些更改包括外形的更改、封裝的更改等。因此，呼吸機傳感器的設計要求能夠滿足發達國家的高度集成的管路要求，也能滿足老式的管道要求。

2 傳感器溫度控制與壓力檢測的結合在透析機中的

應用

對于透析機而言，對所輸送的液體的溫度控制的要求是較為關鍵的技術要求。因此，能否有精確的溫度控制能力是透析機的關鍵指標之一，而溫度控制的關鍵就是傳感器的應用，可以說傳感器的性能決定透析機的性能。在柔性系統中，為了提高產品的通用性和可靠度，選擇同一的供應商渠道是很關鍵的。因為單一的供應商能保證產品的性能一致，并且能夠保證產品裝配的簡化處理，提高各種設計之間的共通性，這樣可以提高設計人員的工作效率，減少選擇不同型號的零配件上所花的時間。

進行血液透析的過程中，透析液和回輸的血液是需要與人體的體液保持一致溫度，因此，加熱器加熱的程度要以傳感器感受到的溫度為基礎，進行不同程度的加熱，而壓力傳導器裝置則在體液的輸出輸入方面進行控制，整個血透過程在兩個傳感器的控制下進行，這就要求傳感器的靈活性有特別的體現，能夠適應不同患者不同溫度不同壓力的變化，及時反饋。

透析機另外的功能要求為溫度控制，我們在透析機上加載溫度傳感器以及控制設置，通過不同加熱材料的傳導釋放技術，運用不同類型的透析機中，能夠滿足目前醫療市場中現有的透析機對溫度的要求。

血液透析時，患者的生命安全在第一位，取決于透析液和患者的血壓，過高或過低的壓力值都危險，壓力值過高會出現血管破裂，過低會在透析液的輸液管中出現氣泡，輸入患者體內會出現空氣栓塞等急危重癥，因此傳感器的精確度要求尤為嚴格，其測量的壓力值必須保持在一定的范圍內。

3 傳感器在眼外科壓力控制中的靈活運用

白內障以及青光眼需要手術時，眼壓決定了手術的成功與否，眼壓越低，手術危險性越低，眼壓過高會意外傷害到脆弱的眼睛。手術過程中青光眼的手術器械需要放置與眼睛上，這就難以把握患者的眼壓高低，因此需要極為精確的測量此時的氣流壓力值，判斷是否存在空氣泄露，從而決定手術的途徑，以及在手術中可能出現的并發癥，判斷術后的預后情況。

在實施手術的過程中，首先要確?；颊叩难劬Σ皇艿揭馔獾膫Γ@取決于對壓力傳感器設置精確的壓力值以及預防過多的壓力流失，我們可以使電路板的壓力傳感器更為精確和靈敏，由于電路板采用了安裝型壓阻式硅材料，而這些材料可以精確到滿刻度量程的+/-0.25%（最佳擬合直線的誤差為+/-0.25%FSS）。壓力的范圍是可以自行設置和定義的，以釋放連接，校準以及溫度的調節功能，這些不同的功能可以分散使用，一個單一的壓力傳感器可以根據靶產品的需求進行多方位的設置，使醫療器械成品時間加快，縮減了生產成本，充分體現了一個零件的靈活設置在不同醫療器械中的運用。

4 傳感器真空度測量在傷口治療中的運用

在傷口的恢復治療中，醫療器械的壓力設置對傷口的預后影響很大，而這種壓力值并不是固定的，因人而異，根據環境的變化而變化，這就要求設計師首先要了解傷口處理過程中需要控制壓力的最大值和最小值，也需要清楚在一般情況下和緊急搶救的情況下壓力值的差異。靈活性大的壓力控制加大了設計師的設計難度，壓力值的設置確保了傷口真空度的存在，這些真空度可以根據不同環境改變傳感器壓力值得以實現，如醫院治療設備需要精確的真空度，而家庭以康復為主的器械，則不需要如此精確，只需要預設壓力功能即可。

隨著我國快速進入老齡化社會，家庭護理需要的醫療器械越來越多，如何進行全方位多層次化的綜合設計？設計師構建了一個基礎的傳感器平臺，一個單一的傳感器負責某系列或者某項功能，該項功能具有可調節性，如不同環境下的調節，不同需求下的調節，如急救環境，戰地醫療環境等。并且單一的傳感器可以自行搭配，一個系列的醫療器械可以搭配一個或者若干個傳感器，形成產品裝配鏈。

例如負壓的傷口治療泵具有快速愈合傷口，避免感染的效果，主要依靠的就是真空的環境下以負壓吸引的方法，將含有細菌的血液和傷口掩蓋物移除；該原理同時運用于傷口縫線階段，真空下進行縫合既可以保證縫合處不裂開，還可以在無菌的環境下操作，確保傷口在干燥的環境下愈合。

這些傳感器安放的真空泵主要是測量真空度，傳感器的存在決定了這些傷口護理產品具有的靈活性，通過調節傳感器壓力輸出范圍，對真空度進行校準。以傳感器作為平臺的調節功能負載，充分體現了平臺基礎的靈活性優勢。

由于傳感器以液體為介質（如鹽水，血液，尿液等）感受壓力，因此材料的選擇上要盡量以耐受為度，并且應該容易清洗消毒，防止材料的流失，導致傳感器的精確度降低。安放于電路中的壓力傳感器的設計和生產以可以充分放大，補償校準為特性，可擴展性和兼容性是其最大的亮點，由于其精準的校準功能，大范圍的壓力定義設置，自主式的安裝類型，使該傳感器的品臺運用范圍大為擴大，各種醫療器械產品線都能夠靈活的運用。

成本是所有器械生產商必須考慮的問題，也是主要問題。目前市場的焦點主要在于醫用的便攜式產品以及家庭護理產品，因此為了滿足不同類型的器械需求，傳感器的制造就必須以節約成本和配型化為原則。我們可以設計一些最原始型的電路安裝壓力傳感器，在此基礎上擴展為單獨的模塊單元，不同的模塊單元具有不同的作用，如可以設置為調節封裝，調節壓力值，設置外殼以及端口的各類單元，或集中或分散于需要安裝的醫療器械中，與以往產品相比較，這一系列的傳感器具有成本低、性能單一的特點，但是值得注意的是，它們的標準完全遵循六西格瑪規則，并且尺寸精細緊湊，對于家庭式或者便攜式醫療器械來說，是較為適宜的選擇，臨床中急診120攜帶的便攜式醫療器械絕大多數可以使用這些具有發散式功能且體積微小的壓力傳感器。

參考文獻：

[1] 夏佳文，詹文龍，原有進，等.原子能科學技術[J].原子能科學技術，2009，（12）.

[2] 拓飛.發展182 Hf的加速器質譜測量技術[D].蘭州：蘭州大學，2008.