灵活性设计在医疗器械中的运用研究

聂佳力

摘 要：随着社会科技水平以及医疗理念的不断发展，对医疗器械的种类需求以及功能需求提出越来越高的要求，功能越多，标准越高，会加大生产成本，同时也在提高患者的医疗成本，如何在满足治疗功能的前提下，灵活的将零部件根据不同需求合理搭配，是医疗器械设计师们需要考虑的问题。文章引入传感器平台，将基础性的传感器配置为不同的功能，适应不同医疗需求，文章涉及到传感器灵活运用在呼吸机及麻醉系统、透析仪、眼外科手术以及伤口治疗等，充分体现了灵活性设计的运用趋势。

关键词：灵活性设计；医疗器械；运用

中图分类号：TH77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0003-02

为了提高产品的上线效率，降低研发成本和快速占有市场。需要通用性好的机械设计，以生产出适用性高的医疗机械零件。如果生产零件的生产平台能够有高的灵活度，可以灵活多变的生产各种不同类型的产品，就可以让设计人员根据市场的要求，灵活的设计生产产品，从而减少定制设计带来的开销。

本文讨论的是构建在医疗设备生产基础上的柔性生产平台的构建，该柔性平台可生产研发的产品包括医疗器械的多个方面，如口腔设备、呼吸设备、具备外科手术设备等。构建在该平台上的产品生产使得机械设计人员可以生产出多种机器都适用的客制化传感设备。

1 灵活传感器设计在呼吸机及麻醉系统的运用

呼吸机和麻醉设备上由于客户的需要和使用领域不一样，往往对产品的外观、气流运部件及感应器有不同的设计要求。使用柔性平台制造该类设备能够适应不同客户的需求，能够满足多种情况下的应用条件。并且在该平台上可以使得核心部件使用的是同一款型号的部件，这样可以使得不用应用的产品只是应用参数上的不一样，而不需要做更多的修改。如婴儿的呼吸机与成人的呼吸机，只需调整传感器参数。

在呼吸机制造领域，不用的厂商的产品区别主要是集中在空气泵的使用上，不同厂家的对空气泵的选型及参数都不一样。这就导致了不同厂家的空气泵有不同的气流参数，因此对于感应器的选择会有区别。气路的不一样同样是呼吸设备的差异，不同厂家的设计在气路上也不一样，这对机械设计有所要求。

麻醉机同样是有各种不一样的需求。麻醉机需要将麻醉药注射进人体中，对于该种机器的设计。主要是要考虑到注射的过程中人体的反应，需要根据注射的环境情况，空气中的氧气含量等情况，按指定的速度和注射量将麻醉药输入到人体中。呼吸机与其相似，呼吸机将空气及氧气混合后输入人体中并且将人体呼出的二氧化碳排出。这就要求能够准确的测量出气体的成分和通气量，并且能控制气体的混合精度。传感器要能够可以被调整，可以根据传感器的实际情况进行校正。

在麻醉机上需要对空气和氧气压力进行监控，需要保证二者的压力不能超过规定的范围。这种情况下可以使用不锈钢类型或者电路类型的设计，使用这些类型的设计可以得到益处。这种传感器一般都精度较有保证，能够准确的读出气压的数值，并且该类设备有较高的稳定性，读书一般都较为稳定可靠。在呼吸机上同样是这样的情况，使用这种类型的传感器可以保证对气压的控制，并可以准确的监控出病人呼吸的氧气量和空气量。这些传感器都需要有高的重复精度和灵敏度保证读数的准确可靠。

在柔性平台上进行设计还需要考虑地区、国家的不同，对呼吸设备的要求也不一样。不同的国家对呼吸设备有不同的规范和要求，因此同一呼吸机的核心设备对应不同国家的产品，需要做不同的设计更改，这些更改包括外形的更改、封装的更改等。因此，呼吸机传感器的设计要求能够满足发达国家的高度集成的管路要求，也能满足老式的管道要求。

2 传感器温度控制与压力检测的结合在透析机中的

应用

对于透析机而言，对所输送的液体的温度控制的要求是较为关键的技术要求。因此，能否有精确的温度控制能力是透析机的关键指标之一，而温度控制的关键就是传感器的应用，可以说传感器的性能决定透析机的性能。在柔性系统中，为了提高产品的通用性和可靠度，选择同一的供应商渠道是很关键的。因为单一的供应商能保证产品的性能一致，并且能够保证产品装配的简化处理，提高各种设计之间的共通性，这样可以提高设计人员的工作效率，减少选择不同型号的零配件上所花的时间。

进行血液透析的过程中，透析液和回输的血液是需要与人体的体液保持一致温度，因此，加热器加热的程度要以传感器感受到的温度为基础，进行不同程度的加热，而压力传导器装置则在体液的输出输入方面进行控制，整个血透过程在两个传感器的控制下进行，这就要求传感器的灵活性有特别的体现，能够适应不同患者不同温度不同压力的变化，及时反馈。

透析机另外的功能要求为温度控制，我们在透析机上加载温度传感器以及控制设置，通过不同加热材料的传导释放技术，运用不同类型的透析机中，能够满足目前医疗市场中现有的透析机对温度的要求。

血液透析时，患者的生命安全在第一位，取决于透析液和患者的血压，过高或过低的压力值都危险，压力值过高会出现血管破裂，过低会在透析液的输液管中出现气泡，输入患者体内会出现空气栓塞等急危重症，因此传感器的精确度要求尤为严格，其测量的压力值必须保持在一定的范围内。

3 传感器在眼外科压力控制中的灵活运用

白内障以及青光眼需要手术时，眼压决定了手术的成功与否，眼压越低，手术危险性越低，眼压过高会意外伤害到脆弱的眼睛。手术过程中青光眼的手术器械需要放置与眼睛上，这就难以把握患者的眼压高低，因此需要极为精确的测量此时的气流压力值，判断是否存在空气泄露，从而决定手术的途径，以及在手术中可能出现的并发症，判断术后的预后情况。

在实施手术的过程中，首先要确保患者的眼睛不受到意外的伤害，这取决于对压力传感器设置精确的压力值以及预防过多的压力流失，我们可以使电路板的压力传感器更为精确和灵敏，由于电路板采用了安装型压阻式硅材料，而这些材料可以精确到满刻度量程的+/-0.25%（最佳拟合直线的误差为+/-0.25%FSS）。压力的范围是可以自行设置和定义的，以释放连接，校准以及温度的调节功能，这些不同的功能可以分散使用，一个单一的压力传感器可以根据靶产品的需求进行多方位的设置，使医疗器械成品时间加快，缩减了生产成本，充分体现了一个零件的灵活设置在不同医疗器械中的运用。

4 传感器真空度测量在伤口治疗中的运用

在伤口的恢复治疗中，医疗器械的压力设置对伤口的预后影响很大，而这种压力值并不是固定的，因人而异，根据环境的变化而变化，这就要求设计师首先要了解伤口处理过程中需要控制压力的最大值和最小值，也需要清楚在一般情况下和紧急抢救的情况下压力值的差异。灵活性大的压力控制加大了设计师的设计难度，压力值的设置确保了伤口真空度的存在，这些真空度可以根据不同环境改变传感器压力值得以实现，如医院治疗设备需要精确的真空度，而家庭以康复为主的器械，则不需要如此精确，只需要预设压力功能即可。

随着我国快速进入老龄化社会，家庭护理需要的医疗器械越来越多，如何进行全方位多层次化的综合设计？设计师构建了一个基础的传感器平台，一个单一的传感器负责某系列或者某项功能，该项功能具有可调节性，如不同环境下的调节，不同需求下的调节，如急救环境，战地医疗环境等。并且单一的传感器可以自行搭配，一个系列的医疗器械可以搭配一个或者若干个传感器，形成产品装配链。

例如负压的伤口治疗泵具有快速愈合伤口，避免感染的效果，主要依靠的就是真空的环境下以负压吸引的方法，将含有细菌的血液和伤口掩盖物移除；该原理同时运用于伤口缝线阶段，真空下进行缝合既可以保证缝合处不裂开，还可以在无菌的环境下操作，确保伤口在干燥的环境下愈合。

这些传感器安放的真空泵主要是测量真空度，传感器的存在决定了这些伤口护理产品具有的灵活性，通过调节传感器压力输出范围，对真空度进行校准。以传感器作为平台的调节功能负载，充分体现了平台基础的灵活性优势。

由于传感器以液体为介质（如盐水，血液，尿液等）感受压力，因此材料的选择上要尽量以耐受为度，并且应该容易清洗消毒，防止材料的流失，导致传感器的精确度降低。安放于电路中的压力传感器的设计和生产以可以充分放大，补偿校准为特性，可扩展性和兼容性是其最大的亮点，由于其精准的校准功能，大范围的压力定义设置，自主式的安装类型，使该传感器的品台运用范围大为扩大，各种医疗器械产品线都能够灵活的运用。

成本是所有器械生产商必须考虑的问题，也是主要问题。目前市场的焦点主要在于医用的便携式产品以及家庭护理产品，因此为了满足不同类型的器械需求，传感器的制造就必须以节约成本和配型化为原则。我们可以设计一些最原始型的电路安装压力传感器，在此基础上扩展为单独的模块单元，不同的模块单元具有不同的作用，如可以设置为调节封装，调节压力值，设置外壳以及端口的各类单元，或集中或分散于需要安装的医疗器械中，与以往产品相比较，这一系列的传感器具有成本低、性能单一的特点，但是值得注意的是，它们的标准完全遵循六西格玛规则，并且尺寸精细紧凑，对于家庭式或者便携式医疗器械来说，是较为适宜的选择，临床中急诊120携带的便携式医疗器械绝大多数可以使用这些具有发散式功能且体积微小的压力传感器。

参考文献：

[1] 夏佳文，詹文龙，原有进，等.原子能科学技术[J].原子能科学技术，2009，（12）.

[2] 拓飞.发展182 Hf的加速器质谱测量技术[D].兰州：兰州大学，2008.