靈活性設(shè)計(jì)在醫(yī)療器械中的運(yùn)用研究

聶佳力

摘 要：隨著社會(huì)科技水平以及醫(yī)療理念的不斷發(fā)展，對(duì)醫(yī)療器械的種類需求以及功能需求提出越來(lái)越高的要求，功能越多，標(biāo)準(zhǔn)越高，會(huì)加大生產(chǎn)成本，同時(shí)也在提高患者的醫(yī)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(jù)不同需求合理搭配，是醫(yī)療器械設(shè)計(jì)師們需要考慮的問(wèn)題。文章引入傳感器平臺(tái)，將基礎(chǔ)性的傳感器配置為不同的功能，適應(yīng)不同醫(yī)療需求，文章涉及到傳感器靈活運(yùn)用在呼吸機(jī)及麻醉系統(tǒng)、透析儀、眼外科手術(shù)以及傷口治療等，充分體現(xiàn)了靈活性設(shè)計(jì)的運(yùn)用趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：靈活性設(shè)計(jì)；醫(yī)療器械；運(yùn)用

中圖分類號(hào)：TH77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）05-0003-02

為了提高產(chǎn)品的上線效率，降低研發(fā)成本和快速占有市場(chǎng)。需要通用性好的機(jī)械設(shè)計(jì)，以生產(chǎn)出適用性高的醫(yī)療機(jī)械零件。如果生產(chǎn)零件的生產(chǎn)平臺(tái)能夠有高的靈活度，可以靈活多變的生產(chǎn)各種不同類型的產(chǎn)品，就可以讓設(shè)計(jì)人員根據(jù)市場(chǎng)的要求，靈活的設(shè)計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)品，從而減少定制設(shè)計(jì)帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)。

本文討論的是構(gòu)建在醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)基礎(chǔ)上的柔性生產(chǎn)平臺(tái)的構(gòu)建，該柔性平臺(tái)可生產(chǎn)研發(fā)的產(chǎn)品包括醫(yī)療器械的多個(gè)方面，如口腔設(shè)備、呼吸設(shè)備、具備外科手術(shù)設(shè)備等。構(gòu)建在該平臺(tái)上的產(chǎn)品生產(chǎn)使得機(jī)械設(shè)計(jì)人員可以生產(chǎn)出多種機(jī)器都適用的客制化傳感設(shè)備。

1 靈活傳感器設(shè)計(jì)在呼吸機(jī)及麻醉系統(tǒng)的運(yùn)用

呼吸機(jī)和麻醉設(shè)備上由于客戶的需要和使用領(lǐng)域不一樣，往往對(duì)產(chǎn)品的外觀、氣流運(yùn)部件及感應(yīng)器有不同的設(shè)計(jì)要求。使用柔性平臺(tái)制造該類設(shè)備能夠適應(yīng)不同客戶的需求，能夠滿足多種情況下的應(yīng)用條件。并且在該平臺(tái)上可以使得核心部件使用的是同一款型號(hào)的部件，這樣可以使得不用應(yīng)用的產(chǎn)品只是應(yīng)用參數(shù)上的不一樣，而不需要做更多的修改。如嬰兒的呼吸機(jī)與成人的呼吸機(jī)，只需調(diào)整傳感器參數(shù)。

在呼吸機(jī)制造領(lǐng)域，不用的廠商的產(chǎn)品區(qū)別主要是集中在空氣泵的使用上，不同廠家的對(duì)空氣泵的選型及參數(shù)都不一樣。這就導(dǎo)致了不同廠家的空氣泵有不同的氣流參數(shù)，因此對(duì)于感應(yīng)器的選擇會(huì)有區(qū)別。氣路的不一樣同樣是呼吸設(shè)備的差異，不同廠家的設(shè)計(jì)在氣路上也不一樣，這對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有所要求。

麻醉機(jī)同樣是有各種不一樣的需求。麻醉機(jī)需要將麻醉藥注射進(jìn)人體中，對(duì)于該種機(jī)器的設(shè)計(jì)。主要是要考慮到注射的過(guò)程中人體的反應(yīng)，需要根據(jù)注射的環(huán)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(jī)與其相似，呼吸機(jī)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(zhǔn)確的測(cè)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(diào)整，可以根據(jù)傳感器的實(shí)際情況進(jìn)行校正。

在麻醉機(jī)上需要對(duì)空氣和氧氣壓力進(jìn)行監(jiān)控，需要保證二者的壓力不能超過(guò)規(guī)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(shè)計(jì)，使用這些類型的設(shè)計(jì)可以得到益處。這種傳感器一般都精度較有保證，能夠準(zhǔn)確的讀出氣壓的數(shù)值，并且該類設(shè)備有較高的穩(wěn)定性，讀書(shū)一般都較為穩(wěn)定可靠。在呼吸機(jī)上同樣是這樣的情況，使用這種類型的傳感器可以保證對(duì)氣壓的控制，并可以準(zhǔn)確的監(jiān)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(fù)精度和靈敏度保證讀數(shù)的準(zhǔn)確可靠。

在柔性平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)還需要考慮地區(qū)、國(guó)家的不同，對(duì)呼吸設(shè)備的要求也不一樣。不同的國(guó)家對(duì)呼吸設(shè)備有不同的規(guī)范和要求，因此同一呼吸機(jī)的核心設(shè)備對(duì)應(yīng)不同國(guó)家的產(chǎn)品，需要做不同的設(shè)計(jì)更改，這些更改包括外形的更改、封裝的更改等。因此，呼吸機(jī)傳感器的設(shè)計(jì)要求能夠滿足發(fā)達(dá)國(guó)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(cè)的結(jié)合在透析機(jī)中的

應(yīng)用

對(duì)于透析機(jī)而言，對(duì)所輸送的液體的溫度控制的要求是較為關(guān)鍵的技術(shù)要求。因此，能否有精確的溫度控制能力是透析機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)之一，而溫度控制的關(guān)鍵就是傳感器的應(yīng)用，可以說(shuō)傳感器的性能決定透析機(jī)的性能。在柔性系統(tǒng)中，為了提高產(chǎn)品的通用性和可靠度，選擇同一的供應(yīng)商渠道是很關(guān)鍵的。因?yàn)閱我坏墓?yīng)商能保證產(chǎn)品的性能一致，并且能夠保證產(chǎn)品裝配的簡(jiǎn)化處理，提高各種設(shè)計(jì)之間的共通性，這樣可以提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，減少選擇不同型號(hào)的零配件上所花的時(shí)間。

進(jìn)行血液透析的過(guò)程中，透析液和回輸?shù)难菏切枰c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(chǔ)，進(jìn)行不同程度的加熱，而壓力傳導(dǎo)器裝置則在體液的輸出輸入方面進(jìn)行控制，整個(gè)血透過(guò)程在兩個(gè)傳感器的控制下進(jìn)行，這就要求傳感器的靈活性有特別的體現(xiàn)，能夠適應(yīng)不同患者不同溫度不同壓力的變化，及時(shí)反饋。

透析機(jī)另外的功能要求為溫度控制，我們?cè)谕肝鰴C(jī)上加載溫度傳感器以及控制設(shè)置，通過(guò)不同加熱材料的傳導(dǎo)釋放技術(shù)，運(yùn)用不同類型的透析機(jī)中，能夠滿足目前醫(yī)療市場(chǎng)中現(xiàn)有的透析機(jī)對(duì)溫度的要求。

血液透析時(shí)，患者的生命安全在第一位，取決于透析液和患者的血壓，過(guò)高或過(guò)低的壓力值都危險(xiǎn)，壓力值過(guò)高會(huì)出現(xiàn)血管破裂，過(guò)低會(huì)在透析液的輸液管中出現(xiàn)氣泡，輸入患者體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)空氣栓塞等急危重癥，因此傳感器的精確度要求尤為嚴(yán)格，其測(cè)量的壓力值必須保持在一定的范圍內(nèi)。

3 傳感器在眼外科壓力控制中的靈活運(yùn)用

白內(nèi)障以及青光眼需要手術(shù)時(shí)，眼壓決定了手術(shù)的成功與否，眼壓越低，手術(shù)危險(xiǎn)性越低，眼壓過(guò)高會(huì)意外傷害到脆弱的眼睛。手術(shù)過(guò)程中青光眼的手術(shù)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(cè)量此時(shí)的氣流壓力值，判斷是否存在空氣泄露，從而決定手術(shù)的途徑，以及在手術(shù)中可能出現(xiàn)的并發(fā)癥，判斷術(shù)后的預(yù)后情況。

在實(shí)施手術(shù)的過(guò)程中，首先要確?；颊叩难劬Σ皇艿揭馔獾膫?，這取決于對(duì)壓力傳感器設(shè)置精確的壓力值以及預(yù)防過(guò)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(shè)置和定義的，以釋放連接，校準(zhǔn)以及溫度的調(diào)節(jié)功能，這些不同的功能可以分散使用，一個(gè)單一的壓力傳感器可以根據(jù)靶產(chǎn)品的需求進(jìn)行多方位的設(shè)置，使醫(yī)療器械成品時(shí)間加快，縮減了生產(chǎn)成本，充分體現(xiàn)了一個(gè)零件的靈活設(shè)置在不同醫(yī)療器械中的運(yùn)用。

4 傳感器真空度測(cè)量在傷口治療中的運(yùn)用

在傷口的恢復(fù)治療中，醫(yī)療器械的壓力設(shè)置對(duì)傷口的預(yù)后影響很大，而這種壓力值并不是固定的，因人而異，根據(jù)環(huán)境的變化而變化，這就要求設(shè)計(jì)師首先要了解傷口處理過(guò)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(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)難度，壓力值的設(shè)置確保了傷口真空度的存在，這些真空度可以根據(jù)不同環(huán)境改變傳感器壓力值得以實(shí)現(xiàn)，如醫(yī)院治療設(shè)備需要精確的真空度，而家庭以康復(fù)為主的器械，則不需要如此精確，只需要預(yù)設(shè)壓力功能即可。

隨著我國(guó)快速進(jìn)入老齡化社會(huì)，家庭護(hù)理需要的醫(yī)療器械越來(lái)越多，如何進(jìn)行全方位多層次化的綜合設(shè)計(jì)？設(shè)計(jì)師構(gòu)建了一個(gè)基礎(chǔ)的傳感器平臺(tái)，一個(gè)單一的傳感器負(fù)責(zé)某系列或者某項(xiàng)功能，該項(xiàng)功能具有可調(diào)節(jié)性，如不同環(huán)境下的調(diào)節(jié)，不同需求下的調(diào)節(jié)，如急救環(huán)境，戰(zhàn)地醫(yī)療環(huán)境等。并且單一的傳感器可以自行搭配，一個(gè)系列的醫(yī)療器械可以搭配一個(gè)或者若干個(gè)傳感器，形成產(chǎn)品裝配鏈。

例如負(fù)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(huán)境下以負(fù)壓吸引的方法，將含有細(xì)菌的血液和傷口掩蓋物移除；該原理同時(shí)運(yùn)用于傷口縫線階段，真空下進(jìn)行縫合既可以保證縫合處不裂開(kāi)，還可以在無(wú)菌的環(huán)境下操作，確保傷口在干燥的環(huán)境下愈合。

這些傳感器安放的真空泵主要是測(cè)量真空度，傳感器的存在決定了這些傷口護(hù)理產(chǎn)品具有的靈活性，通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器壓力輸出范圍，對(duì)真空度進(jìn)行校準(zhǔn)。以傳感器作為平臺(tái)的調(diào)節(jié)功能負(fù)載，充分體現(xiàn)了平臺(tái)基礎(chǔ)的靈活性優(yōu)勢(shì)。

由于傳感器以液體為介質(zhì)（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(yīng)該容易清洗消毒，防止材料的流失，導(dǎo)致傳感器的精確度降低。安放于電路中的壓力傳感器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以可以充分放大，補(bǔ)償校準(zhǔn)為特性，可擴(kuò)展性和兼容性是其最大的亮點(diǎn)，由于其精準(zhǔn)的校準(zhǔn)功能，大范圍的壓力定義設(shè)置，自主式的安裝類型，使該傳感器的品臺(tái)運(yùn)用范圍大為擴(kuò)大，各種醫(yī)療器械產(chǎn)品線都能夠靈活的運(yùn)用。

成本是所有器械生產(chǎn)商必須考慮的問(wèn)題，也是主要問(wèn)題。目前市場(chǎng)的焦點(diǎn)主要在于醫(yī)用的便攜式產(chǎn)品以及家庭護(hù)理產(chǎn)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(jié)約成本和配型化為原則。我們可以設(shè)計(jì)一些最原始型的電路安裝壓力傳感器，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展為單獨(dú)的模塊單元，不同的模塊單元具有不同的作用，如可以設(shè)置為調(diào)節(jié)封裝，調(diào)節(jié)壓力值，設(shè)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(yī)療器械中，與以往產(chǎn)品相比較，這一系列的傳感器具有成本低、性能單一的特點(diǎn)，但是值得注意的是，它們的標(biāo)準(zhǔn)完全遵循六西格瑪規(guī)則，并且尺寸精細(xì)緊湊，對(duì)于家庭式或者便攜式醫(yī)療器械來(lái)說(shuō)，是較為適宜的選擇，臨床中急診120攜帶的便攜式醫(yī)療器械絕大多數(shù)可以使用這些具有發(fā)散式功能且體積微小的壓力傳感器。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 拓飛.發(fā)展182 Hf的加速器質(zhì)譜測(cè)量技術(shù)[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2008.