【摘 要】
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呼吸系统疾病是人类最常见、致死率最高的疾病之一,而气管插管作为呼吸系统疾病急救和手术的第一步,扮演着至关重要的角色。若气管插管后气囊压力不当或气道阻力过大,都会对病人呼吸系统产生不可逆的伤害。利用光纤F-P传感器进行体内监测,能够得到病人体内气囊压力与气道阻力,提高检测的灵敏度与准确度,保护病人的呼吸系统及生命。同时,对于填补目前临床机械通气体内监测空缺、减少插管后遗症、降低监测成本具有十分重要的
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呼吸系统疾病是人类最常见、致死率最高的疾病之一,而气管插管作为呼吸系统疾病急救和手术的第一步,扮演着至关重要的角色。若气管插管后气囊压力不当或气道阻力过大,都会对病人呼吸系统产生不可逆的伤害。利用光纤F-P传感器进行体内监测,能够得到病人体内气囊压力与气道阻力,提高检测的灵敏度与准确度,保护病人的呼吸系统及生命。同时,对于填补目前临床机械通气体内监测空缺、减少插管后遗症、降低监测成本具有十分重要的意义。本文以治疗呼吸系统疾病手段之一的气管插管术为研究背景,基于光纤法布里-珀罗（F-P）传感器,展开对气管插管患者体内压力监测的研究。介绍了气管插管气囊压力、呼吸道阻力监测和光纤F-P传感器的研究现状。设计了气管插管中使用的微腔式、薄膜式光纤F-P传感器,分别用于对患者体内气囊压力、气道阻力的监测。研究了传感器对弯曲和压强的检测原理,并对其与光谱之间的关系进行了理论分析。然后,介绍了人体的呼吸系统特性与Weibel肺部解剖模型,对气管插管的气囊接触力、钳位力以及气流作用力等进行了分析研究,得出了相关力学特性的安全范围。通过COMSOL对传感器的结构进行了优化,验证了传感器进行测量的可行性。针对微腔式传感器,得出了封装下光纤弯曲的灵敏度为14.3μm/N,2000μm封装的最佳内径,10°弯曲状态下约10%的光强衰减;针对薄膜式传感器,得到最佳膜厚10μm,最佳薄膜材料为铝。使用氢氟酸腐蚀的方式制作了微腔式光纤F-P传感器,通过组装的方法制作了薄膜式光纤F-P传感器。最后,通过实验得出,微腔式光纤F-P传感器在气囊在充气和放气状态下,灵敏度分别为99mW/kPa、50mW/kPa,且能够判断气囊与气管壁的接触状态,并通过温度实验证明了该传感器具有良好的抗温度干扰能力;薄膜式光纤F-P传感器在0～1 kPa的气压范围内,具有1.96pm/Pa的压力灵敏度,同时具有良好的线性度与重复性。本文所研究的两种光纤F-P传感器具有高灵敏度、低成本、抗温度干扰等特点,可以为气管插管中的气囊压力与气道阻力监测提供有效参考。
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