سنسورهای فشار پزشکی: تطبیق خروجی و بسته بندی MEMS با دستگاه های بالینی

هر پمپ انفوزیون، ونتیلاتور و مانیتور فشار خون غیرتهاجمی به آن متکی است سنسورهای فشار پزشکی که کالیبراسیون خود را از طریق سالها خدمات بالینی انجام می دهند. وقتی یکی را برای دستگاه تماس با بیمار مشخص می‌کنید، سه تصمیم تعیین می‌کنند که آیا محصول اعتبارسنجی می‌شود: کلاس دقت، فرمت خروجی و بسته‌بندی. آنها را به درستی انتخاب کنید و حسگر به یک جزء آرام تبدیل می شود. بد انتخاب کنید و به گرانترین شکست میدانی در صورتحساب مواد شما تبدیل می شود.

چه چیزی سنسور فشار پزشکی را برای استفاده بالینی تعریف می کند؟

سنسور فشار MEMS درجه پزشکی با یک گواهینامه مشخص نمی شود بلکه با مشخصات پایداری، سازگاری مواد و کالیبراسیون در سطح واحد تعریف می شود.

سنسور فشار MEMS یک دستگاه میکروالکترومکانیکی است که فشار را از طریق دیافراگمی که تحت فشار اعمال شده خم می شود به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. یک عنصر پیزومقاومتی در داخل دیافراگم آن انحراف را اندازه گیری می کند. طرح‌های خازنی وجود دارد، اما سنسورهای فشار پیزومقاومتی MEMS بر ابزار پزشکی تسلط دارند زیرا پاسخ DC پایدار، پسماند کم و فرآیند کالیبراسیون بالغ را ارائه می‌دهند.

مشخصات مهم دقت است. یک سنسور 1 درصد FSS روی خط تزریق 0 تا 300 میلی‌متر جیوه، دقتی در حدود 6 میلی‌متر جیوه دارد. این حاشیه زمانی اهمیت دارد که آستانه هشدار در 30 میلی متر جیوه باشد. پارامتر دوم جداسازی متوسط ​​است: حسگرهای تماس با مایع به یک ژل محافظ یا مانع از فولاد ضد زنگ نیاز دارند تا دیافراگم با نمک، خون یا دارو تماس نگیرد.

دقت سنسور فشار پزشکی: محدودیت‌هایی برای اندازه‌گیری‌های حیاتی بیمار

برای دستگاه‌های بالینی، اهداف با دقت عملی بین 0.5 تا 1 درصد از گستره مقیاس کامل قرار دارند و هر واحد باید با داده‌های کالیبراسیون فردی ارسال شود.

مهندسان دستگاه اغلب سنسورهایی را با دقت 1.0 درصد FSS مشخص می‌کنند و سپس هنگامی که سیستم در دمای بالا بدن تحمل نمی‌کند، با مشکل مواجه می‌شوند. علت معمولاً رانش حرارتی است، نه دقت پایه. یک سنسور کالیبره شده در 23 درجه سانتیگراد می تواند چندین درصد از FSS را در هنگام استفاده از دستگاه تا 37 درجه سانتیگراد گرم کند، مگر اینکه تامین کننده جبران دما را در کارخانه اعمال کند.

سنسور فشار سری MCP5XXXDP با جبران دما برای کاربردهای پزشکی این مبدل پیزورمقاومتی سیلیکونی خروجی آنالوگ را ارائه می دهد و دمای آن بین 10 تا 60 درجه سانتیگراد جبران می شود و آن را در محدوده های کاری قابل اعتماد می کند. این برای تجهیزات پزشکی مانند ونتیلاتورها و مانیتورهایی است که در آن جابجایی حرارتی مهم است. مشاهده محصول →

از آنجا که رانش حرارتی بر بودجه خطا غالب است، از تامین کننده مشخصات جبران دما را بخواهید، نه فقط یک عدد دقت دمای اتاق. جبران معمولاً با یک تصحیح 2 یا 3 نقطه ای در دمای 0-50 درجه سانتیگراد انجام می شود. نتیجه باید حسگری باشد که خروجی خود را در محدوده باند دقت اعلام شده در کل محدوده دمای تولید نگه می دارد، نه فقط در 23 درجه سانتیگراد.

خروجی آنالوگ یا دیجیتال: زنجیره سیگنال و رابط مناسب

هنگامی که مبدل و زنجیره تقویت کننده شما از قبل ثابت هستند، خروجی آنالوگ را انتخاب کنید. زمانی که به خوانش های کالیبره شده از طریق I2C یا SPI نیاز دارید و می خواهید از برش افست هر واحد اجتناب کنید، دیجیتال را انتخاب کنید.

سنسورهای آنالوگ یک ولتاژ نسبتی تولید می کنند که با منبع تغذیه و فشار کاهش می یابد. آنها برای تیم طراحی ساده، ارزان و راحت هستند. از سوی دیگر، سنسورهای دیجیتال شامل یک ADC روی تراشه، یک سنسور دما و مجموعه ای از ضرایب کالیبراسیون هستند. آنها خوانش فشار کاملا جبران شده را از طریق یک رابط سریال برمی گردانند.

سنسورهای فشار MCP-H20 و MCP-H21 برای تجهیزات پزشکی این سنسورهای فشار SOP در نسخه های آنالوگ و دیجیتال عرضه می شوند. H21 فشار و دمای دیجیتال 24 بیتی را از طریق I²C فراهم می کند، در حالی که H20 خروجی آنالوگ را ارائه می دهد. هر دو برای لوازم الکترونیکی مصرفی و پزشکی طراحی شده اند و دارای گزینه هایی برای محدوده های مختلف فشار هستند. مشاهده محصول →

دستگاه‌های پزشکی با فضای محدود PCB و یک MCU آماده معمولاً در یک سنسور دیجیتال قرار می‌گیرند. اگر ابزار شما از قبل دارای یک ADC دقیق است، یک سنسور آنالوگ هزینه را بدون به خطر انداختن دقت کاهش می دهد.

بسته بندی و پیکربندی پورت: خطر مونتاژ در میدان

بسته، و نه سیلیکون، رایج ترین منبع خرابی میدان در سنسورهای فشار پزشکی است.

یک سنسور فشار MEMS هنگامی که دیافراگم آلوده می شود، هنگامی که پورت نشتی دارد یا زمانی که تنش مکانیکی به بسته منتقل می شود، به سرعت از بین می رود. سه تصمیم بسته بندی بر عملکرد مونتاژ شما تأثیر می گذارد.

1. ردپای بسته: SOP (mount سطحی) کوچکتر است و برای ادغام PCB مناسب است. DIP/SIP (شاخه مستقیم) امکان نصب روی دیوار و سرویس آسان‌تر را فراهم می‌کند.
2. نوع بندر: درگاه های لوله مناسب لوله های سیلیکونی انعطاف پذیر. پورت های نوک پستان به یک خط پنوماتیک متصل می شوند. درگاه های نصب PCB در جایی استفاده می شود که سنسور مستقیماً روی یک حفره مهر و موم شده قرار می گیرد.
3. پوشش ژل: یک لایه ژل سیلیکونی روی دیافراگم سیلیکون را از مدارهای سیال جدا می کند و امکان اندازه گیری مایع در خطوط دیالیز و فشار خون را فراهم می کند.

سنسورهای فشار MCP-H10 و MCP-H11 با نازل برای مصارف پزشکی این سنسورهای SOP فشرده، تقویت و جبران را یکپارچه می کنند. H10 ولتاژ آنالوگ را از 0.5 ولت تا 4.5 ولت خروجی می دهد، در حالی که H11 فشار و دمای دیجیتال 24 بیتی را ارائه می دهد. آنها برای اندازه گیری فشار خون و سایر دستگاه های پزشکی با دامنه فشار گسترده مناسب هستند. مشاهده محصول →

اگر سنسور در محیط مرطوب استفاده می شود، ژل باید با ضخامت دیواره و مشخصات پخت مشخص شود، زیرا ضخامت ژل به طور مستقیم بر زمان پاسخ و تاخیر حرارتی تأثیر می گذارد.

کالیبراسیون و سازگاری دسته ای در سنسورهای فشار پزشکی

هر سنسور باید قبل از خروج از کارخانه صفر شده و در خط تولید کننده قرار گیرد و آزمایش نمونه برای دستگاه های تماس با بیمار قابل قبول نیست.

در MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.)، فرآیند کالیبراسیون خودکار است، با هر واحد تنظیم صفر و در مقیاس کامل به اضافه جبران دما. خروجی یک سازگاری دسته ای است که به صورت توزیع تنگاتنگی از انحرافات در سراسر قرقره نشان داده می شود، این همان چیزی است که یک مهندس با کیفیت می خواهد در هنگام رسیدن تعداد زیادی تولید ببیند.

رتبه پایداری معمولاً به صورت رانش FSS در سال گزارش می شود. به دنبال عدد زیر 0.1 درصد در سال برای محدوده های مورد استفاده در نظارت بر بیمار باشید، زیرا سنسور یک بار تایید می شود و سپس در طول عمر مفید آن مورد اعتماد قرار می گیرد.

جدول مرجع متقابل برای تیم های تجهیزات پزشکی

از این جدول برای تبدیل الزامات اندازه گیری به پیکربندی سنسور فشار استفاده کنید.

به جای حفظ شماره قطعات، عوامل تصمیم گیری را که در واقع صورتحساب مواد و مشخصات ریسک شما را تغییر می دهند، مقایسه کنید.

سوالات متداول

سوالات زیر تصمیماتی را که تیم های تجهیزات پزشکی اغلب در حین منبع یابی سنسور فشار مطرح می کنند را پوشش می دهد.

چه دقتی را باید برای سنسور فشار درجه بالینی مشخص کنم؟

اکثر برنامه های کاربردی تماس با بیمار، 1 درصد از دهانه در مقیاس کامل را به عنوان دقت پایه، با 0.5 درصد برای تهویه و انفوزیون بحرانی مشخص می کنند. پلتفرم MemsTech سنسورهایی با دقت 0.2 درصد FSS ارائه می دهد.

آیا می توان از یک سنسور فشار هم برای اندازه گیری هوا و هم برای اندازه گیری مایع استفاده کرد؟

یک تراشه استاندارد MEMS فشار هوا یا گاز را اندازه گیری می کند. برای اندازه گیری تماس مایع، سنسور باید یک پوشش ژل سیلیکونی یا یک مانع جداسازی فولاد ضد زنگ داشته باشد تا محیط هرگز دیافراگم سیلیکونی را لمس نکند.

تفاوت سنسور فشار آنالوگ و دیجیتال MEMS چیست؟

یک سنسور آنالوگ ولتاژ متناسب با فشار را برمی گرداند. یک سنسور دیجیتال شامل یک ADC و ضرایب کالیبراسیون روی تراشه است که اندازه گیری جبران شده را در I2C یا SPI برمی گرداند. خروجی های دیجیتال کار سیستم عامل را کاهش می دهند اما کمی بیشتر هزینه می کنند.

چگونه جبران دما بر قابلیت اطمینان تأثیر می گذارد؟

حسگرهای جبران نشده می توانند 8 درصد از FSS بین 0 تا 50 درجه سانتیگراد جابجا شوند. یک حسگر کاملاً جبران شده خروجی خود را در 1 درصد یا کمتر نگه می دارد، به همین دلیل است که جبران نیاز ضروری برای اندازه گیری های همراه بیمار است.