压力传感器的制造方法

压力传感器的制造方法
【专利摘要】一种适合测量由绷带施加的压力的传感器，该传感器的形式为长形带，该带具有沿着其长度布置的多个垫，其中该传感器包含到各个垫的连接，由此能够独立地确定向各个垫施加的压力，其中各个垫可充气以形成在该带的表面上突出的膨胀的垫，并且可放气以使得它不妨碍将该传感器从该绷带上去除。这样的传感器主要旨在供单次使用，即，是可丢弃的。
【专利说明】压力传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器，尤其是能够被用来测量由缠绕着腿部溃疡的绷带或袜子施加的压力的设备。
【背景技术】
[0002]腿部静脉溃疡在任何给定时间影响1%至1.5%的英国人口。基于6千万人口，这等于约200，000人有需要治疗的溃疡。治疗费用预计为每年4.5亿英镑至8亿英镑。在美国，治疗费用预计达每年几乎50亿美元。任何人罹患溃疡的平均时间长度长达两年。如果溃疡确实已痊愈，如无预防措施，在六个月的复发率高达50%。
[0003]治疗的主流手段是多层渐变加压包扎；使用弹性绷带，在脚踝上施加更高的压力，该绷带朝着膝盖方向压迫逐渐减轻。在膝盖以上的包扎不是必要的。施加过度的压力可对患者造成不适或伤害。施加不足的压力对痊愈过程有负面影响，并且也可能提供不足的支撑或者不能保持该绷带就位。因此，需要施加恰当的渐变压迫。这是一项高技能的工作，例如要求护士接受训练课程。健康护理从业者通常只有在经过几年的实践后才能够胜任。
[0004]市场上存在很多压迫绷带类型，它们具有不同的伸展特性，并且存在很多应用技术。这些因素使得格外难以得到绝对恰当的渐变压迫曲线，以使溃疡最终痊愈的机会最大化。
[0005]个体隔膜压力传感器是广为人知的，并且可以是填充空气的、填充水的、填充油的，等等。市售的用于注明渐变压迫袜对例如测试用人体模型的压迫能力的装备基于的是隔膜系统。然而，仍存在保证正确使用的问题。
[0006]W02006/013422综述了已知的压力传感器，并且提出了一种可直接置于身体上或绷带的绕组之间的传感器。 这样的用于提供对绷带向人或动物身体施加的压力的指示的传感器包括:适于放置在绷带与身体之间的长形柔性载体带，该带载有平坦的压力敏感部，其电特性随着垂直于该带的平面施加的压力而变化，并且还载有平坦的柔性导体，其用于将该压力敏感部连接至电源以及连接至用于提供对所施加的压力的指示的装置。该压力敏感部是量子隧穿复合物(QTC)，该材料可作为片材以柔性形式得到，并且它的导电率根据跨越该片材的平面施加的压力而变化。
[0007]平坦的压力敏感部的使用允许提供这样的薄带，该薄带可被容易地弓I入绷带的绕组之下或之间，并且还可在使用之后被去除。然而，该设备依赖于QTC材料的使用，并且具有如下缺点:(i)难以生产均匀的复合材料，以使得电响应在整个设备中是均匀的；以及(ii)从这样的传感器获得的信号的幅度可能是低的，并且还受到噪声水平的危害；以及(iii)如果跨越该设备侧向牵拉绷带，则存在记录到不正确的测量结果的可能性。另外，如果使用提高的面积来获得好的结果，则可能难以将该设备从绷带上去除。此外，该设备作为单次使用的、可丢弃的产品可能是不经济的。

【发明内容】
[0008]本发明基于对简单的、单次使用的、可丢弃的设备的需要的实现，该设备可帮助渐变压迫绷带的放置，以容易地获得沿腿部向上的正确压迫的曲线。
[0009]根据本发明的一个方面，压力传感器包括长形带，该带具有沿着其长度布置的多个压力传感垫，该带进一步包括与各个垫的独立连接，由此可以独立地确定向各个垫施加的压力。尤其，本发明的一个特性特征是，各个垫可充气以在该带的表面上形成突出的膨胀的垫或鼓包，并且可放气。放气可通过施加负压力来实现，该负压力可在撤回期间维持。这意味着，由充气形成的鼓包可被拉下并且保持在该带的上表面以下，以使得它不妨碍将该传感器从所施加的绷带上去除。
[0010]根据本发明的第二个方面，一种用于指示由绷带向人或动物身体(尤其是肢体)施加的压力的方法包 括:将传感器定位在绷带与该身体之间，其中该传感器的形式是长形带，该带具有沿着其长度布置的多个压力传感垫，其中该传感器包括与各个垫的连接，其中各个垫可充气以形成在该带的表面上突出的膨胀的垫或鼓包，并且可放气以使得它不妨碍将该传感器从该绷带上去除；以及确定向各个垫施加的压力。
[0011]本发明的再一个方面是一种向人或动物身体(尤其是其肢体)施加绷带的方法，其中对该绷带向身体施加的压力的指示被提供，并且该绷带被施加为使得所施加的压力维持在预定的限度内。该方法包括:将传感器定位在绷带与该身体之间，其中该传感器的形式是长形带，该带具有沿着其长度布置的多个压力传感垫，其中该传感器包括与各个垫或鼓包的连接，其中各个垫可充气以形成在该带的表面上突出的膨胀的垫，并且可放气以使得它不妨碍将该传感器从该绷带上去除；以及确定向各个垫施加的压力。
[0012]本发明的设备可提供多种优点中的一个或多个。它可适用于所有形状和长度的腿部、容易使用、给出在多个压迫水平上的精确压力曲线、快速并精确地响应压力变化、容易去除并且生产起来经济。它可使渐变压迫包扎的过程足够的直截了当，使得不必进行长期技术训练。从健康护理助手到外科顾问医师的任何人都可使用该设备以立刻获得正确的技术。
[0013]将容易地意识到，本发明的传感器提供了针对W02006/103422中公开的设备描述的很多特征和优点。它将常常优选为获得精确且真实的测量结果。然而，它生产起来更经济并且还可更灵敏。重要的是牢记，可不必提供向各个垫施加的压力的绝对测量结果；而是，当连接至用于确定(且优选地还显示)向各个垫施加的压力的装置时仅需要相对压力，以获得有效的渐变压迫。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是本发明实施方案的传感器的示意性剖面图，示出了已充气时的垫。
[0015]图2、图3a、图3b和图4分别是本发明的不同实施方案的传感器的进一步剖面侧视图。
[0016]图5是实施本发明的设备的一部分的示意性剖面图。
[0017]图6a、图6b、图6c和图6d是四个分立层的示意性平面图，当它们叠置在一起时则提供了图1中示出的(已充气时)类型的本发明设备。
【具体实施方式】[0018]本发明的一个优选实施方案是一种单次使用的、可丢弃的产品，该产品在施加渐变压迫绷带时被沿着腿部(从脚踝到膝盖充分以上)内侧放置。沿着其长度，存在例如4个至8个(例如6个)压力传感器。它们可基于填充空气的隔膜。本发明的传感器可由任何合适的基底材料(例如塑料、陶瓷或金属)构造。该材料优选地是柔性的，以顺应腿部的形状。
[0019]本发明的设备的长度和宽度不是关键的。这些尺寸可以为，例如，400mm长和30_宽。
[0020]本发明的传感器(已放气时)应薄到合理地适于容易地去除。根据用于其构造的材料(它们各自可以是常规的)以及是否需要柔性，该带可以为0.1至5_厚。每层可以为
0.05 至 0.2mm 厚。
[0021]本发明的传感器可包括光学发送器-接收器或者收发器，它可用于精确测量绷带下的压力。在前一种情况下，涉及分立的电路，而在后一种情况下，该电路的某部分对于该发送器和该接收器两者是共用的。在图4中示出了一种可行的配置，它示出了反射镜(24a)和收发器(24b)。适于进行绷带下的压力感测的另一个光学感测可选方案是，使用纤维布拉格光栅(fibre Bragg grating)作为传感器,它被建立在反射特定频率的光并透射其他频率的光的一短段光学纤维中。
[0022]根据本发明的传感器典型地被设计成使得它可容易地连接至外部压力源。为此目的，可提供常规配件以使得外部源可独立地对压力传感垫进行充气/放气。该压力源可与用于确定和/或显示由缠绕在传感器周围的绷带施加的压力的装置关联。包括压力源的外部单元也可包括这样的测量/显示装置、电源、控制装置，等等。所施加的压力的指示可由任何合适的显示器提供，例如与各个垫关联地指示被认为适当且通常已预先确定的绝对值或相对值的可视显示器。这样的用于连接至本发明传感器的装置的构造和提供对本领域普通技术人员而言会是容易地明了的。
[0023]这样的设施应独 立于本发明的单次使用的传感器。它可与一系列这样的传感器联合使用，为此目的，该传感器与该装置之间的连接应是容易地可连接和可释放的。
[0024]因此，该设备典型地将设有允许连接至感测系统的歧管，使得可使用一系列单次使用的设备。例如，该设备包括空气通道，该空气通道沿着该设备的长度连通至该设备的处于膝盖末端的“块”，进而配合至一系列管子，这些管子引向压力充气/放气设备和压力感测系统。这样的系统的设计可以基于广为理解的工程、电子和软件技术，从而不需要在此进一步解释。
[0025]本发明的设备可被构造成层压体(laminate)的形式。一个层可提供从该设备的一端到这些垫的独立导通。这些垫本身可由一层柔性材料(例如橡胶)提供，该柔性材料可从顶层中的孔中突出，以形成鼓包。
[0026]将容易地意识到，可使用其他技术来生产本发明的设备。例如，它可通过挤压来形成，其中添加柔性垫以覆盖适当的孔。
[0027]每个垫可潜在地被独立地控制、膨胀和收缩。收缩(在负压力下)允许在已施加绷带后容易地去除该设备。
[0028]在使用中，该压力可对应于定义为I类、II类和III类的标准渐变压迫范围。施加至绷带的压力当然通常对于各个垫是不同的。它可典型地在整体上从15至60mm Hg压力的类别范围内。[0029]根据本发明的单次使用的传感器可被简单且经济地制造。由于它旨在用于丢弃并且可能与伤口接触或接近，它通常将在无菌包装中被提供。
[0030]现在将参照附图仅以举例方式描述本发明。
[0031]图1示出了气动传感器10，它包括第一层或底层11、第二层12、第三层13以及第四层或顶层14。下面将参照图6a至图6d更详细地描述这些层。
[0032]图6a示出了层11，它包括具有通道15的板，这些通道终止在点16并且各自连接至连接器17，连接器17适于(用分立的通道)连接至压力源和测量仪器(未示出)。第二层12包括多个气孔18 ;它们的位置对应于通道终点16。第一层和第二层的层压意味着，通道15限定了从连接器17到气孔18的导通。
[0033]图6c示出了第三层13，它是可充气的隔膜带。图6d示出了顶板19，它包括比孔18大且分别对应于孔18的孔20。当这四个层被叠置和层压并且空气被泵入第一层中的通道时，带13被充气，使得通过膨胀穿过孔20来形成膜鼓包。图1示出了这样的鼓包。
[0034]图2、图3和图4例不了本发明的替代实施方案。和在图1中一样，该设备包括层
11、12、13和14。更具体地，图2、图3a、图3b和图4所示的设备还分别额外示出了电容传感器22、应变计传感器23a、应变计传感器23b和反射镜24a，以及收发器24b。这些设备中的每一个可与具有减小的高度的不可充气的橡胶层联合使用，如图5所示。
[0035]下面的实施例例示了本发明。
[0036]实施例1-气动传感器
[0037]如图1和图6所示，这样的传感器可包括四个层的层压体，典型地是三层塑料材料和一层橡胶。这提供了气动的、超薄 的(约2mm)、稳定的压力感测设备。构造是，两个底层形成气密性的有槽的多通道干线。第三层是橡胶层，并且塑料顶层具有孔，通过该孔，橡胶可形成充气鼓包。尽管在这里示出的是圆形鼓包，但它也可以是椭圆形或其他形状的。鼓包的数目和形状不是关键的，但对于该实施例，使用了六个鼓包的结构。这些塑料和橡胶层压体的形状基本是长方形(oblong)，尺寸和长度不受限制，但在该实施例中，宽度为30mm且长度为400mm，具有圆化的末端。这些感测鼓包沿着这些长方形部分的长度以合适的距离间隔开；实际间距不受限制，但在该实施例中，间距为约40mm。在传感器单元的一端设置有连接器块，以允许访问有槽的构造中的各个个体通道。
[0038]该有槽部分具有沿着该传感器单元的长度延伸的气密通道，个体通道终止于适当的感测鼓包下方。在终止区域，在分立的层中制造小孔，以允许来自该有槽部分的空气穿过。该橡胶隔膜带则被固着至第二层的顶部；与感测鼓包区域对应的区域不被固着。鼓包区域周围的橡胶是气密性的，因此空气不能在个体鼓包之间穿过，或者从鼓包到达大气。塑料的第四层则被固着至橡胶的顶侧，以使得该塑料层中的鼓包形状与该橡胶的非固着区域对齐。连接器块则被固着至层压传感器构造的一端，使得允许压缩空气从外部单元沿着该有槽部分中的各个个体通道穿过并且到达各个个体鼓包区域。该传感器构造的一个替代性可选方案可以是，不使用13中那样的橡胶带，而是使用被固着至第二层顶部的可充气的离散橡胶盘；与传感用鼓包区域对应的区域不被固着。
[0039]在操作中，完成的层压传感器被连接至远程电子测量设备，该电子测量设备经由感测变换器来测量压力并且产生压缩空气以对鼓包进行充气，并且还用于使用负压力来对鼓包进行放气。压缩空气则穿过该变换器到达该层压传感器，并且个体鼓包被充气至预定的水平。现在，在该传感器的功能性操作期间，已充气的鼓包被保持在该压力。在使用之前，该橡胶隔膜材料在顶层的水平以下。随着鼓包被充气，该隔膜材料在塑料顶层上方膨胀，以形成感测鼓包。通过在操作之前对鼓包进行充气，减轻了该材料的动态滞后，从而使得对鼓包上的压力变化的监测更精确。鼓包上变化的压力来自缠绕患者腿部的绷带，其中在包扎开始之前该传感器抵靠该腿部。一旦包扎完成，就使用由电子单元产生的负压力对鼓包进行放气，这将保证该隔膜材料收缩到顶层以下，以使该传感器从该绷带下方的去除变得容易。
[0040]该设计允许获得良好的测量灵敏性，并且允许将单次使用的传感器容易地从绷带下方去除，而不损失由该绷带向该腿部施加的压力的任何功能性变化。为了有效性，该设备的一些特征为:
[0041]I)在使用之前预充气，以提高灵敏度
[0042]2)在使用之后使用负压力放气，以使得能够容易地去除传感器
[0043]3)超薄的厚度
[0044]4)单次使用的设备
[0045]5)确保每次得到对腿部的恰当的渐变压力
[0046]6)容易使用传感器与电子设备和气动设备的连接
[0047]实施例2——电容传感器(图2)
[0048]电容传感器的构造如实施例1 一样，其中添加了金属板，该金属板固定至顶层中的凹陷，并且鼓包的内侧是金属涂.覆的。连接轨在隔膜材料的下侧上或者在有槽的导管中。经由连接块与电子单元连接。
[0049]在操作中，按照上述气动方案(pneumatic version)对隔膜进行充气。随着鼓包膨胀，顶层上的金属板与鼓包内侧上的金属之间的距离变化，从而电容值变化。鼓包内侧的金属的面积也会变化，从而电容发生额外的变化。一旦电容值已稳定(鼓包完全充气)，鼓包形状的任何变化就会显示出电容的可测量的变化。这些变化将与改变鼓包形状的压力有关系，并且可被校准以给出线性关系。在该测量完成时，鼓包被放气，如在气动传感器中一样。
[0050]实施例3——应变计传感器(图3)
[0051]应变计传感器的构造如实施例2 —样，但应变计被装配在顶层上的电容器板的位置，并且鼓包的中心附接至应变计的中心。图3a和图3b示出了该应变计的两个可行方案。
[0052]在操作中，随着鼓包被充气，该应变计的中心被拉起(3a)，从而改变了该应变计的电阻。当鼓包已完全充气时，向鼓包施加的外部压力将对应变计造成与所施加的压力成比例的变化。
[0053]一个替代方案是，用导电成分涂覆鼓包的内侧(3b)，则它会成为应变计。再一次，由外部压力导致的充气鼓包形状的任何变化将造成导电涂层的从而其电阻的变化。这则可被校准以形成压力与电阻之间的关系。
[0054]实施例4——光学传感器(图4)
[0055]构造如实施例2和实施例3 —样，除了用在鼓包内侧具有反射镜的光学收发器代替应变计。随着鼓包被充气，收发器与反射器之间的距离变化；这可被从外部监测，以产生距离与压力之间的关系。一旦鼓包已完全充气，外部压力就将改变鼓包形状并造成光路变化。[0056]实施例5—不可充气的半刚性传感器(图5)
[0057]以与其他实施例的设备类似的方式制造，但没有隔膜。在该方案中，顶部片材是变薄的半刚性鼓包形状，可向其施加压力。在该设备中将存在非常很小的鼓胀，并且可实现不同类型的传感器(2-4)。该设备仅具有三个层压层。
[0058]除了上文描述的感测方法以外，这种半刚性构造类型以及可充气类型可容易地与压电、磁性、感应、静电和电磁感测联合使用。
[0059]已设计了一项研究来测试本发明的传感器在溃疡治疗中的效力。
[0060]研究
[0061]对于具有适合渐变压迫包扎(使用别处描述的三层或四层系统并且作为常规临床管理的一部分)的(静脉)溃疡区域的患者的下肢，对溃疡进行清洁和局部敷药。将本发明的单次使用的可丢弃的传感器预充气，以升高(4至6个)所纳入的压力感测“气球”的轮廓。该设备中的压力被维持在稳定状态，并且在此点被校准以使读数为“零”。
[0062]将该传感器竖直放置，靠在小腿(calf)的外侧，以使得其下侧处于外侧踝(lateral malleolus)(踝“骨”的外部)的上部的水平。包扎从前脚开始，以标准方式且在该压力传感器之外向上朝膝盖进行。施加三层或四层包扎，绷带本身是弹性且重载(heavyduty)的。理想地，该绷带被施加以使得在脚踝的水平感测到的压力将为约40mmHg，在膝盖处降至约30mmHg，其中在它们之间的区间中感测到的压力渐次且稳定地下降，以提供沿小腿向上移动的“渐变”压迫。该压力传感`器需要不大于2mmHg的精度(容限)。
【权利要求】
1.一种适合测量由绷带施加的压力的传感器，该传感器的形式为长形带，该带具有沿着其长度布置的多个垫，其中该传感器包含到各个垫的连接，由此能够独立地确定向各个垫施加的压力，其中各个垫可充气以形成在该带的表面上突出的膨胀的垫，并且可放气以使得它不妨碍将该传感器从该绷带上去除。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中各个垫包含应变计。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中各个垫包含使电容根据各个垫的充气情况而变化的装置。
4.根据权利要求1所述的传感器，其中各个垫包含光学传感器。
5.根据以上任一项权利要求所述的传感器，该传感器包括到各个垫的导管以及提供了到压力源的连接的元件，借此各个垫是独立地可充气的。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的传感器与连接至或可连接至它的、用于确定向各个垫施加的压力装置的组合。
7.根据权利要求5所述的传感器与连接至或可连接至它的、使所述垫能够被充气和在负压力下放气的装置以及用于确定向各个垫施加的压力的装置的组合。
8.一种无菌包装，包含根据权利要求1至5中任一权利要求所述的传感器或者根据权利要求6或权利要求7所述的组合。
9.一种用于测试缠绕着肢体的绷带的压迫的方法，该方法包括:将该绷带缠绕在该肢体和根据权利要求1至4中任一权利要 求所述的传感器上，该传感器沿着该肢体和目标绷带的长度定位；以及确定在各个相应点向该肢体施加的压力。
10.根据权利要求9所述的方法，使用根据权利要求5所述的传感器，该方法包括:依次将各个垫充气；确定在各个相应点向该肢体施加的压力；以及将各个垫放气，然后将该传感器从该绷带上去除。
【文档编号】A61F13/00GK103429200SQ201280010087
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年1月5日 优先权日:2011年1月5日
【发明者】R·F·戴维斯, E·霍克, S·G·E·巴克 申请人:Sfh牛津有限公司