เซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์: จับคู่เอาต์พุต MEMS และบรรจุภัณฑ์กับอุปกรณ์ทางคลินิก

ปั๊มแช่ เครื่องช่วยหายใจ และเครื่องวัดความดันโลหิตแบบไม่รุกรานทุกเครื่องไว้วางใจได้ เซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์ ซึ่งมีการสอบเทียบตลอดการให้บริการทางคลินิกเป็นเวลาหลายปี เมื่อคุณระบุอุปกรณ์หนึ่งสำหรับอุปกรณ์ที่สัมผัสกับผู้ป่วย การตัดสินใจสามประการจะกำหนดว่าผลิตภัณฑ์ผ่านการตรวจสอบหรือไม่ ได้แก่ ระดับความแม่นยำ รูปแบบผลลัพธ์ และบรรจุภัณฑ์ เลือกสิ่งที่ถูกต้องและเซ็นเซอร์จะกลายเป็นส่วนประกอบที่เงียบ เลือกไม่ดีและกลายเป็นความล้มเหลวในสนามที่แพงที่สุดในรายการวัสดุของคุณ

อะไรเป็นตัวกำหนดเซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์สำหรับการใช้งานทางคลินิก

เซ็นเซอร์ความดัน MEMS เกรดทางการแพทย์ไม่ได้ถูกกำหนดโดยใบรับรองเดียว แต่ตามข้อกำหนดด้านความเสถียร ความเข้ากันได้ของวัสดุ และการสอบเทียบระดับหน่วย

เซ็นเซอร์ความดัน MEMS เป็นอุปกรณ์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็กที่แปลงความดันเป็นสัญญาณไฟฟ้าผ่านไดอะแฟรมที่โค้งงอภายใต้แรงกดที่ใช้ องค์ประกอบเพียโซรีซิสทีฟภายในไดอะแฟรมจะวัดการโก่งตัว การออกแบบแบบคาปาซิทีฟมีอยู่ แต่เซ็นเซอร์ความดัน MEMS แบบพายโซเรสซิสตีมีอิทธิพลเหนือเครื่องมือทางการแพทย์ เนื่องจากมีการตอบสนอง DC ที่เสถียร ฮิสเทรีซิสต่ำ และกระบวนการสอบเทียบที่สมบูรณ์

ข้อกำหนดที่สำคัญคือความถูกต้อง เซ็นเซอร์ FSS 1 เปอร์เซ็นต์บนสายการแช่ 0-300 mmHg มีความแม่นยำถึงภายใน 6 mmHg อัตรากำไรขั้นต้นนั้นมีความสำคัญเมื่อเกณฑ์การเตือนอยู่ที่ 30 mmHg พารามิเตอร์ที่สองคือการแยกระดับปานกลาง: เซ็นเซอร์ที่สัมผัสกับของเหลวจำเป็นต้องมีเจลป้องกันหรือแผงกั้นที่ทำจากสเตนเลสสตีล เพื่อให้ไดอะแฟรมไม่สัมผัสกับน้ำเกลือ เลือด หรือยา

ความแม่นยำของเซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์: ขีดจำกัดสำหรับการตรวจวัดที่สำคัญต่อผู้ป่วย

สำหรับอุปกรณ์ทางคลินิก เป้าหมายความแม่นยำในทางปฏิบัติจะอยู่ระหว่าง 0.5 เปอร์เซ็นต์ถึง 1 เปอร์เซ็นต์ของช่วงเต็มสเกล และทุกหน่วยควรจัดส่งพร้อมข้อมูลการสอบเทียบแต่ละรายการ

วิศวกรอุปกรณ์มักจะระบุเซ็นเซอร์ที่มีความแม่นยำ FSS 1.0 เปอร์เซ็นต์ จากนั้นจะต้องประสบปัญหาเมื่อระบบไม่ทนต่ออุณหภูมิของร่างกายที่สูงขึ้น สาเหตุมักเกิดจากการเคลื่อนตัวของความร้อน ไม่ใช่ความแม่นยำของฐาน เซ็นเซอร์ที่ปรับเทียบที่อุณหภูมิ 23 องศา C สามารถเบี่ยงเบน FSS ได้หลายเปอร์เซ็นต์เมื่ออุปกรณ์อุ่นถึง 37 องศา C ระหว่างการใช้งาน เว้นแต่ซัพพลายเออร์จะใช้การชดเชยอุณหภูมิที่โรงงาน

เพรสเชอร์เซนเซอร์ซีรีส์ MCP5XXXDP พร้อมการชดเชยอุณหภูมิสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ ทรานสดิวเซอร์แบบซิลิคอนไพโซรีซิสทีฟนี้มีเอาต์พุตแบบอะนาล็อกและได้รับการชดเชยอุณหภูมิมากกว่า 10 ถึง 60°C ทำให้เชื่อถือได้ตลอดช่วงการทำงาน เหมาะกับอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น เครื่องช่วยหายใจและจอภาพที่การเคลื่อนตัวของความร้อนมีความสำคัญ ดูผลิตภัณฑ์ →

เนื่องจากการเคลื่อนตัวของความร้อนมีอิทธิพลเหนือข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น โปรดสอบถามซัพพลายเออร์เกี่ยวกับข้อกำหนดการชดเชยอุณหภูมิ ไม่ใช่แค่ตัวเลขความแม่นยำของอุณหภูมิห้อง โดยปกติการชดเชยจะทำด้วยการแก้ไข 2 จุดหรือ 3 จุดในช่วง 0-50 องศาเซลเซียส ผลลัพธ์ควรเป็นเซ็นเซอร์ที่เก็บเอาต์พุตไว้ภายในแถบความแม่นยำที่ระบุไว้ตลอดช่วงอุณหภูมิการผลิตทั้งหมด ไม่ใช่แค่ที่ 23 องศาเซลเซียส

เอาต์พุตแบบอะนาล็อกหรือดิจิทัล: ห่วงโซ่สัญญาณและอินเทอร์เฟซพอดี

เลือกเอาต์พุตแอนะล็อกเมื่อคอนเวอร์เตอร์และสายแอมพลิฟายเออร์ของคุณได้รับการแก้ไขแล้ว เลือกดิจิทัลเมื่อคุณต้องการอ่านค่าที่ปรับเทียบแล้วผ่าน I2C หรือ SPI และต้องการหลีกเลี่ยงการตัดแต่งออฟเซ็ตต่อหน่วย

เซ็นเซอร์อะนาล็อกจะส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าอัตราส่วนที่แปรผันตามแรงดันและแรงดัน พวกมันเรียบง่าย ราคาไม่แพง และสะดวกสบายสำหรับทีมออกแบบ ในทางกลับกัน เซ็นเซอร์ดิจิทัลประกอบด้วย ADC บนชิป เซ็นเซอร์อุณหภูมิ และชุดค่าสัมประสิทธิ์การสอบเทียบ โดยจะส่งกลับการอ่านค่าแรงดันที่ได้รับการชดเชยอย่างสมบูรณ์ผ่านอินเทอร์เฟซแบบอนุกรม

เพรสเชอร์เซ็นเซอร์ MCP-H20 และ MCP-H21 สำหรับอุปกรณ์การแพทย์ เซ็นเซอร์ความดัน SOP เหล่านี้มีจำหน่ายในเวอร์ชันอะนาล็อกและดิจิทัล H21 ให้แรงดันและอุณหภูมิแบบดิจิทัล 24 บิตผ่าน I²C ในขณะที่ H20 ให้เอาต์พุตแบบอะนาล็อก ทั้งสองรุ่นได้รับการออกแบบสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและอุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยมีตัวเลือกสำหรับช่วงแรงดันที่หลากหลาย ดูผลิตภัณฑ์ →

อุปกรณ์การแพทย์ที่มีพื้นที่ PCB จำกัด และ MCU ที่พร้อมใช้งานมักจะพอดีกับเซ็นเซอร์ดิจิทัล หากเครื่องมือของคุณมี ADC ที่มีความแม่นยำอยู่แล้ว เซ็นเซอร์แบบอะนาล็อกจะช่วยลดต้นทุนโดยไม่กระทบต่อความแม่นยำ

บรรจุภัณฑ์และการกำหนดค่าท่าเรือ: ความเสี่ยงในการประกอบในภาคสนาม

บรรจุภัณฑ์ไม่ใช่ซิลิคอน เป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวในภาคสนามในเซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์

เซ็นเซอร์ความดัน MEMS จะหยุดทำงานอย่างรวดเร็วเมื่อไดอะแฟรมปนเปื้อน เมื่อพอร์ตรั่ว หรือเมื่อความเค้นเชิงกลถูกส่งไปยังบรรจุภัณฑ์ การตัดสินใจเลือกบรรจุภัณฑ์สามประการส่งผลต่อผลผลิตการประกอบของคุณ

1. รอยเท้าบรรจุภัณฑ์: SOP (Surface Mount) มีขนาดเล็กกว่าและเหมาะสำหรับการรวม PCB DIP/SIP (ปลั๊กโดยตรง) ช่วยให้สามารถติดตั้งแผงกั้นและให้บริการได้ง่ายขึ้น
2. ประเภทพอร์ต: พอร์ตท่อพอดีกับท่อซิลิโคนที่มีความยืดหยุ่น พอร์ตหัวนมเชื่อมต่อกับสายนิวแมติก พอร์ตยึด PCB ถูกใช้โดยที่เซ็นเซอร์วางอยู่บนช่องที่ปิดสนิทโดยตรง
3. เคลือบเจล: ชั้นซิลิโคนเจลบนไดอะแฟรมจะแยกซิลิคอนออกจากวงจรของเหลว ช่วยให้สามารถตรวจวัดของเหลวในสารฟอกขาวและสายความดันโลหิตได้

เพรสเชอร์เซ็นเซอร์ MCP-H10 และ MCP-H11 พร้อมหัวฉีดสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ เซ็นเซอร์ SOP ขนาดกะทัดรัดเหล่านี้รวมการขยายและการชดเชยเข้าด้วยกัน H10 ส่งสัญญาณแรงดันแอนะล็อกตั้งแต่ 0.5V ถึง 4.5V ในขณะที่ H11 ให้แรงดันและอุณหภูมิดิจิทัล 24 บิต เหมาะสำหรับเครื่องวัดความดันโลหิตและอุปกรณ์ทางการแพทย์อื่นๆ ที่มีช่วงความดันกว้าง ดูผลิตภัณฑ์ →

หากใช้เซ็นเซอร์ในสภาพแวดล้อมที่เปียก จะต้องระบุเจลด้วยความหนาของผนังและโปรไฟล์การบ่ม เนื่องจากความหนาของเจลส่งผลโดยตรงต่อเวลาตอบสนองและความหน่วงจากความร้อน

การสอบเทียบและความสม่ำเสมอของแบตช์ในเซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์

เซ็นเซอร์ทุกตัวจะต้องตั้งศูนย์และขยายไปที่สายการผลิตของซัพพลายเออร์ก่อนที่จะออกจากโรงงาน และอุปกรณ์ที่สัมผัสกับผู้ป่วยไม่ยอมรับการทดสอบตัวอย่าง

ที่ MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.) กระบวนการสอบเทียบจะเป็นแบบอัตโนมัติ โดยแต่ละหน่วยจะได้รับการปรับเป็นศูนย์และการปรับเต็มสเกลพร้อมการชดเชยอุณหภูมิ ผลลัพธ์ที่ได้คือความสม่ำเสมอของแบทช์ที่แสดงเป็นการกระจายออฟเซ็ตที่แน่นหนาทั่วทั้งม้วน ซึ่งเป็นสิ่งที่วิศวกรคุณภาพต้องการเห็นเมื่อล็อตการผลิตมาถึง

โดยทั่วไปการจัดอันดับความเสถียรจะรายงานเป็นการดริฟท์ FSS ต่อปี มองหาตัวเลขที่ต่ำกว่า 0.1 เปอร์เซ็นต์ต่อปีสำหรับช่วงที่ใช้ในการติดตามผู้ป่วย เนื่องจากเซ็นเซอร์จะได้รับการตรวจสอบความถูกต้องเพียงครั้งเดียว จากนั้นจึงเชื่อถือได้ตลอดอายุการใช้งาน

ตารางตัวอ้างอิงโยงสำหรับทีมอุปกรณ์การแพทย์

ใช้ตารางนี้เพื่อแปลข้อกำหนดในการวัดเป็นการกำหนดค่าเซ็นเซอร์ความดัน

แทนที่จะจดจำหมายเลขชิ้นส่วน ให้เปรียบเทียบปัจจัยการตัดสินใจที่เปลี่ยนแปลงรายการวัสดุและโปรไฟล์ความเสี่ยงของคุณ

คำถามที่พบบ่อย

คำถามด้านล่างครอบคลุมถึงการตัดสินใจที่ทีมอุปกรณ์ทางการแพทย์มักถามบ่อยที่สุดระหว่างการจัดหาเซ็นเซอร์ความดัน

ฉันควรระบุความแม่นยำเท่าใดสำหรับเซ็นเซอร์ความดันระดับทางคลินิก

การใช้งานที่ต้องสัมผัสกับผู้ป่วยส่วนใหญ่ระบุ 1 เปอร์เซ็นต์ของช่วงเต็มสเกลเป็นความแม่นยำพื้นฐาน โดยที่ 0.5 เปอร์เซ็นต์สงวนไว้สำหรับการช่วยหายใจและการให้ยาทางหลอดเลือดดำที่สำคัญ แพลตฟอร์ม MemsTech มีเซ็นเซอร์ที่มีความแม่นยำถึง 0.2 เปอร์เซ็นต์ของ FSS

เซ็นเซอร์ความดันเดียวกันสามารถใช้ในการวัดทั้งอากาศและของเหลวได้หรือไม่

ชิป MEMS มาตรฐานจะวัดความดันอากาศหรือก๊าซ สำหรับการตรวจวัดแบบสัมผัสของเหลว เซ็นเซอร์จะต้องมีการเคลือบซิลิโคนเจลหรือแผงกั้นแยกที่ทำจากสเตนเลสสตีล เพื่อไม่ให้ตัวกลางสัมผัสกับไดอะแฟรมซิลิคอน

เซ็นเซอร์ความดัน MEMS แบบอะนาล็อกและดิจิตอลแตกต่างกันอย่างไร

เซ็นเซอร์อะนาล็อกจะส่งกลับแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนของความดัน เซ็นเซอร์ดิจิทัลประกอบด้วย ADC และสัมประสิทธิ์การสอบเทียบบนชิป ซึ่งส่งคืนค่าการวัดที่ได้รับการชดเชยผ่าน I2C หรือ SPI เอาต์พุตดิจิตอลลดการทำงานของเฟิร์มแวร์แต่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

การชดเชยอุณหภูมิส่งผลต่อความน่าเชื่อถืออย่างไร

เซ็นเซอร์ที่ไม่มีการชดเชยสามารถเบี่ยงเบน FSS ได้ 8 เปอร์เซ็นต์ระหว่าง 0 ถึง 50 องศา C เซ็นเซอร์ที่ได้รับการชดเชยเต็มที่จะเก็บเอาต์พุตไว้ภายใน 1 เปอร์เซ็นต์หรือน้อยกว่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการชดเชยจึงเป็นข้อกำหนดที่จำเป็นสำหรับการตรวจวัดควบคู่กับผู้ป่วย