作者：Daniel Tr?utlein，醫療產品經理

在過去，為呼吸機和通氣設備選用特定的傳感技術需歷經細致繁復的過程。但近期，全校準、溫度補償輸出信號的流量傳感器解決方案已步入大眾視野。

近端流量傳感器廣泛應用于呼吸設備中，使用群體為醫院、家庭護理和急診室的插管患者和無創通氣患者。近端流量傳感器用于從新生兒到成人的護理，其相關要求充滿多樣性與挑戰性。傳感器必須精準可靠、經濟有效，并具備長期穩定性以及許多其他特性。由于患者與空氣接觸易引發病原體感染，因此近端流量傳感器尤其對衛生消毒方面有極高要求。

用于近端和呼氣感應的流量感應技術

市面上已存在采用高壓滅菌或其他方法消毒的傳感器解決方案。所有這些傳感器的測量原理無非兩種：一種是熱線風速測量原理；另一種是通過孔口或可變孔口進行差壓測量，以提高低流量范圍的靈敏度。這兩種測量原理都有特定的優點。但無論采用哪種原理，所有傳感器在消毒方面均存在挑戰，為防止對傳感器造成損害，清潔和消毒過程需要非常小心。

一次性使用或單一患者使用的近端流量傳感器安全可靠、經濟有效（從總體擁有成本而言），可用于替代重復使用的傳感器。Sensirion現提供首款基于MEMS的一次性使用近端流量傳感器。SFM3300傳感器采用區別于現有技術的全面校準，而當前的熱線傳感器在使用前仍需校準。全校準傳感器能節省醫院工作人員的時間，令他們能夠專注處理其他工作。

近端和呼氣流量傳感功能

除了壓力傳感，流量傳感也是呼吸設備面臨的主要挑戰之一。為了簡單起見，以下重點介紹正壓呼吸器：患者通過面罩（無創）或插管或氣管切開術（均有創）連接正壓呼吸器。現代呼吸器應用模式（如壓力控制、流量控制等）廣泛。如果患者無法自主呼吸，可以通過設置計時器觸發下一次吸氣。但如果患者能夠自主呼吸，情況則更加復雜，必須盡快檢測患者的呼吸，以實現設備和患者之間的良好同步。為此，我們將查看傳感器的位置，并討論傳感器位置對觸發靈敏度的影響。

除了啟動下一次呼吸的觸發器外，吸氣階段的結束也需要根據某個數值（如體積、流量、時間或壓力）來確定。這就是所謂的限制變量。同時，也有必要根據其中某個數值建立觸發器和限制之間的流量控制。

患者觸發通氣的觸發器可以根據壓力或流量信號設置。但如果使用壓力信號作為觸發器，則很難達到預期的靈敏度。這主要是由于壓力傳感器隨著時間的推移往往會有所漂移。因此，需要頻繁地進行偏移校正，從而確保可靠的觸發靈敏度，而不會出現錯誤觸發。

如前所述，吸氣階段可以根據體積、流量、壓力甚至時間來終止。這同樣適用于觸發器和吸氣階段限制之間的流量控制。例如，醫院工作人員選擇的呼吸機設置可能會使用時間觸發吸氣和時間觸發限制。在這種情況下，流量需要控制在這兩點之間。其他的設置可能使用不同的參數來觸發、限制和控制。參數組合的選擇可能是出于醫療原因，或者僅僅是基于設置呼吸機的工作人員的偏好。隨著時間的推移，能夠通過監測壓力、流量和容積值來觀察患者病情變化，如肺活量的減少。

壓力觸發的限制值很大程度上會受到呼吸回路順應性的影響，如果交換回路或者管道和軟管的位置不同，順應性就會改變。例如，軟管的一個極端的彎曲就會產生一定影響。

如果將流量傳感器放置在近端配置中，呼吸回路的順應性對流量信號的測量和集成影響很小。但呼氣流量傳感并非如此。在這種情況下，擁有壓力和流量信號有助于解釋順從性的影響。例如，由于加濕器和噴霧器的離患者較遠，近端流量傳感受到泄漏的影響較小。

盡管通氣模式的確會朝著更智能、更適配的趨勢發展，但基本的基礎模式仍將根據上面討論的基于壓力、流量、體積和時間的數值來確定。

流量傳感器的放置：近端放置與呼氣放置

這里必須區分雙肢和單肢電路。在雙肢回路中，吸氣路徑和呼氣路徑各有獨立的管子。吸氣管和呼氣管在Y形管處會合，剩下幾厘米通過一根管子連接患者。在吸氣過程中，空氣通過吸氣管流向Y形管，然后從Y形管流向患者。在呼氣過程中，空氣流向Y型管，關閉阻止空氣從吸氣管回流的皮瓣，并打開呼氣管。在單肢呼吸回路中，從呼吸機到患者只有一根管子。在患者面前有一個呼氣閥，讓空氣從呼吸機通過患者吸入。在呼氣階段，同一閥門打開，讓空氣釋放到周圍環境。

在這兩種情況下，測量吸氣流量的流量傳感器都可以放置在機器內，這樣傳感器就不會接觸潮濕或污染的空氣。在單肢電路的情況下，只有使用近端流量傳感器才能測量呼氣流量，否則只能知道吸氣流量，可用的通氣模式的數量是有限的。對于雙肢電路，可以使用近端或呼氣流量傳感器解決方案。由于距離病人較近，近端流量傳感在觸發靈敏度方面有一些優勢，但這種近距離接觸也帶來了額外的挑戰（比如黏液污染），因此通過呼氣放置可能更容易控制。

目前，大多數呼吸設備制造商對新生兒患者使用近端配置；在適當情況下，使用特殊的新生兒傳感器。相比之下，對于成人患者，一些制造商使用近端配置的流量傳感器，一些則使用呼氣配置。

SFM3300系列流量計可用于近端和呼氣配置。近端配置可以產生最高的觸發靈敏度，而呼氣配置則有助于控制各種入口條件，從而獲得最準確的流量讀數。

SFM3300-AW質量流量計能承受高壓滅菌程序，使其可高溫高壓消毒、清潔，因此可重復使用。該傳感器可測量高達250 slm的雙向流量。因此，SFM3300-AW適應醫用呼吸機和呼吸應用中的近病人端流量測量。特殊的流道設計實現小死區和稍高壓降，以實現對不同進氣條件的較低依賴。像所有Sensirion傳感器一樣，SFM3300-AW的杰出性能基于創新的CMOSens 技術，它在一個CMOS芯片上結合了傳感元件和信號處理電路。因此，CMOSens 氣體流量傳感器長期穩定好, 可快速輸出無噪聲的高精度傳感器信號。