一次性使用近端流量传感器

作者:Daniel Träutlein,医疗产品经理

在过去,为呼吸机和通气设备选用特定的传感技术需历经细致繁复的过程。但近期,全校准、温度补偿输出信号的流量传感器解决方案已步入大众视野。

近端流量传感器广泛应用于呼吸设备中,使用群体为医院、家庭护理和急诊室的插管患者和无创通气患者。近端流量传感器用于从新生儿到成人的护理,其相关要求充满多样性与挑战性。传感器必须精准可靠、经济有效,并具备长期稳定性以及许多其他特性。由于患者与空气接触易引发病原体感染,因此近端流量传感器尤其对卫生消毒方面有极高要求。 

用于近端和呼气感应的流量感应技术

市面上已存在采用高压灭菌或其他方法消毒的传感器解决方案。所有这些传感器的测量原理无非两种:一种是热线风速测量原理;另一种是通过孔口或可变孔口进行差压测量,以提高低流量范围的灵敏度。这两种测量原理都有特定的优点。但无论采用哪种原理,所有传感器在消毒方面均存在挑战,为防止对传感器造成损害,清洁和消毒过程需要非常小心。

一次性使用或单一患者使用的近端流量传感器安全可靠、经济有效(从总体拥有成本而言),可用于替代重复使用的传感器。Sensirion现提供首款基于MEMS的一次性使用近端流量传感器。SFM3300传感器采用区别于现有技术的全面校准,而当前的热线传感器在使用前仍需校准。全校准传感器能节省医院工作人员的时间,令他们能够专注处理其他工作。

近端和呼气流量传感功能

除了压力传感,流量传感也是呼吸设备面临的主要挑战之一。为了简单起见,以下重点介绍正压呼吸器:患者通过面罩(无创)或插管或气管切开术(均有创)连接正压呼吸器。现代呼吸器应用模式(如压力控制、流量控制等)广泛。如果患者无法自主呼吸,可以通过设置计时器触发下一次吸气。但如果患者能够自主呼吸,情况则更加复杂,必须尽快检测患者的呼吸,以实现设备和患者之间的良好同步。为此,我们将查看传感器的位置,并讨论传感器位置对触发灵敏度的影响。

除了启动下一次呼吸的触发器外,吸气阶段的结束也需要根据某个数值(如体积、流量、时间或压力)来确定。这就是所谓的限制变量。同时,也有必要根据其中某个数值建立触发器和限制之间的流量控制。

患者触发通气的触发器可以根据压力或流量信号设置。但如果使用压力信号作为触发器,则很难达到预期的灵敏度。这主要是由于压力传感器随着时间的推移往往会有所漂移。因此,需要频繁地进行偏移校正,从而确保可靠的触发灵敏度,而不会出现错误触发。

由于稳定性出色,在近端配置的流量传感器响应极快、灵敏度极高。采用呼气式定位的流量传感器,其稳定性和灵敏度是相同的,但信号检测会因流经呼气管的行程时间而延迟。与近端配置相比,呼气流量传感还有其他优点,例如,可以最大限度地减少粘液污染的可能性。就其本身而言,近端传感较少受到呼吸回路下游泄漏的影响。

如前所述,吸气阶段可以根据体积、流量、压力甚至时间来终止。这同样适用于触发器和吸气阶段限制之间的流量控制。例如,医院工作人员选择的呼吸机设置可能会使用时间触发吸气和时间触发限制。在这种情况下,流量需要控制在这两点之间。其他的设置可能使用不同的参数来触发、限制和控制。参数组合的选择可能是出于医疗原因,或者仅仅是基于设置呼吸机的工作人员的偏好。随着时间的推移,能够通过监测压力、流量和容积值来观察患者病情变化,如肺活量的减少。

压力触发的限制值很大程度上会受到呼吸回路顺应性的影响,如果交换回路或者管道和软管的位置不同,顺应性就会改变。例如,软管的一个极端的弯曲就会产生一定影响。

如果将流量传感器放置在近端配置中,呼吸回路的顺应性对流量信号的测量和集成影响很小。但呼气流量传感并非如此。在这种情况下,拥有压力和流量信号有助于解释顺从性的影响。例如,由于加湿器和喷雾器的离患者较远,近端流量传感受到泄漏的影响较小。

尽管通气模式的确会朝着更智能、更适配的趋势发展,但基本的基础模式仍将根据上面讨论的基于压力、流量、体积和时间的数值来确定。

流量传感器的放置:近端放置与呼气放置

这里必须区分双肢和单肢电路。在双肢回路中,吸气路径和呼气路径各有独立的管子。吸气管和呼气管在Y形管处会合,剩下几厘米通过一根管子连接患者。在吸气过程中,空气通过吸气管流向Y形管,然后从Y形管流向患者。在呼气过程中,空气流向Y型管,关闭阻止空气从吸气管回流的皮瓣,并打开呼气管。在单肢呼吸回路中,从呼吸机到患者只有一根管子。在患者面前有一个呼气阀,让空气从呼吸机通过患者吸入。在呼气阶段,同一阀门打开,让空气释放到周围环境。

在这两种情况下,测量吸气流量的流量传感器都可以放置在机器内,这样传感器就不会接触潮湿或污染的空气。在单肢电路的情况下,只有使用近端流量传感器才能测量呼气流量,否则只能知道吸气流量,可用的通气模式的数量是有限的。对于双肢电路,可以使用近端或呼气流量传感器解决方案。由于距离病人较近,近端流量传感在触发灵敏度方面有一些优势,但这种近距离接触也带来了额外的挑战(比如黏液污染),因此通过呼气放置可能更容易控制。

目前,大多数呼吸设备制造商对新生儿患者使用近端配置;在适当情况下,使用特殊的新生儿传感器。相比之下,对于成人患者,一些制造商使用近端配置的流量传感器,一些则使用呼气配置。

SFM3300系列流量计可用于近端和呼气配置。近端配置可以产生最高的触发灵敏度,而呼气配置则有助于控制各种入口条件,从而获得最准确的流量读数。

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