[发明专利]用于测量生物医学压力的平面传感器

说明书

发明领域

本发明涉及测量物体比如医疗设备或身体局部施加到身体组织上的压力的传感器。本发明特别涉及一种新颖和改进的传感器，该传感器具有通过由橡胶形成的弹性元件彼此相互间隔开的至少两个极板，它用于通过检测在极板间的间距的最终变化来测量垂直于该极板作用的压力。本发明在卫生保健方面尤其有用，把该传感器置于组织和物体之间的表面上，并基本不自该表面移动组织或物体，以测量由物体施加在预定部位的压力。

背景技术

在医用压脉带的应用中，由于压脉袖带的压力在医疗的过程中发生变化，所以比较理想的是应该有一种传感器连续地给出通过该设备如袖带施加到下面的组织上的实际压力。这种传感器必须具有较小的截面并且相对袖带的尺寸要小以便它能够插入到在袖带和组织之间而不干扰袖带的功能或损伤组织。

通常应用“弹簧平衡原理”来感测力和压力，其中在最初的传感步骤中弹性元件将被测物理量转换为挠曲或变形，在二次传感步骤中将该挠曲或变形转换成有用的电信号。普通的压力传感器在最初的传感步骤中一般取决于弹簧、悬臂或膜片的变形，而在二次传感步骤中经常应用电或光技术。

除了聚合物材料和橡胶的弹性外，它们的柔顺性使得它们成为最初的传感步骤的具有吸引力的可选择材料。Miller等人在美国专利US3,875,481中描述了称重型垫片，并应用弹性体元件已经研制了测压元件型传感器，在该弹性体中应用电容的变化来表示所施加的压力。Haberl等人在美国专利US4266263中和Seimiya等人在美国专利US5,693,886中应用间隙和构造的弹性体元件在滞后和线性响应方面作了改进。然而，不经复杂的切割和组装程序和每个设备的组装很难实现最佳的形状。为用作触觉传感器而设计的与弹性体元件结合的小截面器件还公开在Boie等人的美国专利US4,526,043中。然而，基于电容器的传感器的噪声敏感性使得它们通常很不利于应用在医疗应用中，因为要求较大的面积或者要求复杂的支持电子系统来提供满意的信号噪声比。

通过应用光学的二次传感技术能够较大程度地避免与基于电容性设备相关的噪声问题。在Tenerz等人的美国专利US5,195,375中已经公开了这样的压力传感器，该压力传感器具有柔性的压力可变形的反射体，光辐射从该反射体中反射。这种器件适于在医用导管中在原位置上进行压力测量。然而，它们要求复杂的微型机加工技术以形成柔性部件，而这些柔性部件易碎，并不适合于直接机械连接。

McEwen在美国专利US4,869,265中所公开的生物医学压力传感器中，包含有整体的膜片转换型电触点的可测量压力的腔室设置在组织和设备比如压脉袖带之间。当在该室中的压力等于袖带所施加的压力时，通常闭合的触点打开。应用充有液体的管线来将在该室中的压力传递到检测装置中，通常该检测装置远离该压脉点，由此产生袖带施加到组织的实际压力的估计量。这种方法并不产生所施加的压力的连续的动态估计量，并且受液体管线带来的信号衰减的影响。

技术方案

本发明的一个目的是提供一种传感器，该传感器能够可靠地并重复地测量由许多医疗设备中的任何一种设备施加到一部分人体表面、组织或器官上的压力。相关的目的是该传感器能够测量由指定的设备在相对于该设备指定的位置上并且在该预定的位置上垂直于该设备的平面的方向上所施加的压力。本发明的进一步相关的目的是它能够测量所施加的在0-500毫米汞柱(10psi)范围内的压力和它应该能够测量在该位置附近并且一般不超过2cm²的面积上的这种压力。

本发明的进一步目的是提供一种压力传感器，该压力传感器足够小以致在测量的过程中在极大地改变了组织/设备连接面的情况下不会产生较大的误差。一种相关目的是当应用该传感器来测量施加在具有半径在2cm以下的二维曲面上的压力时该传感器不会引入较大的误差。

本发明的另一个目的是提供一种压力传感器，该压力传感器适合于包括多个传感器阵列。相关的目的是提供一种符合弯曲的组织表面的压力传感器阵列。

本发明的进一步目的是提供一种不需要在传感器壳体内使用电流的传感器。相关的目的是提供一种不要求在传感器壳体内使用金属的传感器。

本发明的进一步目的是提供一种允许在应用环境中快速而又方便地校准或校验该传感器的传感器。

本发明实现了上述目的。