近年来，传感系统在围术期和围透析期患者的护理中得到了广泛应用， 其
可用于监测治疗设备的状态和患者的生理信号，例如监测肿瘤切除术后的镇痛
药物输注过程、 糖尿病患者的胰岛素输注过程、 心脏手术中的血压变化及尿毒
症患者的血液透析过程等。传感器准确、可靠的测量结果有助于医务人员及时
识别疾病相关的并发症并针对性调整治疗方案，提升救治效果。 本文基于输液
泵输液管路堵塞情况监测、有创血压监测和血液透析过程相对血容量监测三个
应用场景，开展传感器的理论研究与结构优化设计，主要内容如下：
（1） 经输液泵进行药物静脉输注是临床上常见的治疗手段， 但输液管路的
意外堵塞会严重影响药物输注剂量，降低治疗效果。 常见的管路外压力监测堵
塞方法会受到软管力学参数、输液速度及装配误差等因素的影响，识别效果较
差。 针对这一问题， 本文进行如下研究： 通过建立输液过程的集总参数模型，
发现输液速度和装配误差对输出信号幅值影响较大，但对信号波形影响较小。
提出了一种堵塞波形识别方法，并应用于输出信号的处理。经测试， 所设计的
堵塞监测系统在输液管路堵塞监测中表现出较低的误报率和较高的一致性。
（ 2）有创血压是评估危重症患者血流动力学状态和心血管功能的重要指
标。 常见用于血压监测的 MEMS 压力传感器制备流程复杂、生产成本较高，而
低成本的应变式压力传感器无法同时满足血压监测场景对高灵敏度和低温度系
数的要求。 针对这一问题，本文从结构设计角度出发对传感器性能进行优化：
建立考虑敏感栅变形约束的轴对称薄板模型，获得了传感器对压力和温度载荷
的响应形式。通过优化敏感栅的布置位置，实现灵敏度的提升。 通过引入温度
补偿栅降低不同布置方向上敏感栅的热应变差异，实现温度系数的降低。最后
通过实验展示了其在有创血压监测领域应用的潜力。
（3）相对血容量在评估患者透析并发症发生概率方面具有参考意义。 传统
基于光吸收定律的相对血容量监测方法依赖于血液对近红外光的吸收和散射作
用， 然而后者在设计中通常被忽略，容易导致测量值偏高。针对这一问题， 本
文提出了一种考虑散射效应的修正方法，并通过标定实验建立了传感器输出信
号与相对血容量之间的关系，修正后最大测量误差降至 1.2%。最后将传感器搭
载于血液透析机，展示了其在血液透析过程中进行相对血容量监测的潜力。
本文提出的传感器设计方案和优化方法可为其他传感器在特征信号识别、
温度系数优化等方面提供参考，具有一定的实际应用价值。