Medicínsky výber tlakového senzora MEMS: Špecifikácie, drift a kontroly zdrojov

40 Pa offset v inspiračnej končatine ventilátora je dostatočný na vytlačenie spontánneho dychu mimo jeho spúšťacie okienko a tento posun takmer nikdy nepochádza z hadičky. Pochádza z lekárskeho tlakového senzora MEMS umiestneného na doske s obvodmi pre pacienta. Dizajnérske tímy, ktoré rýchlo špecifikujú túto časť, majú tendenciu stráviť nasledujúcich šesť mesiacov honbou za nulovým posunom, sťažnosťami na obťažovanie alarmov a kalibračnou rutinou, na ktorú nikto nemal rozpočet. Každému z týchto problémov je lacné predchádzať vo fáze údajového listu a je drahé ho opraviť po obrábaní nástrojov.

Snímanie tlaku je jedným z mála miest v zdravotníckom zariadení, kde súčiastka stojaca niekoľko dolárov rozhoduje o tom, či lekár číslu na obrazovke dôveruje. Špecifikácie uvedené nižšie sú tie, ktoré menia klinické správanie.

Čo v skutočnosti meria lekársky tlakový senzor MEMS

Medicínsky tlakový senzor MEMS premieňa tlakový rozdiel na napätie meraním toho, ako ďaleko sa mikroobrobená silikónová membrána vychýli, potom toto napätie kompenzuje a kalibruje na definovaný výstup.

Dve čísla vysvetľujú, prečo holá kocka nikdy nie je produktom. Úplná výchylka je zvyčajne pod jeden mikrometer a výstup surového mostíka sa meria v desiatkach milivoltov. Izolačný gél, geometria portu, ASIC na úpravu signálu a kalibračný záznam teda odvedú toľko práce ako samotný kremík.

Časti v tuhej fáze vytlačili katétre naplnené tekutinou v monitorovacích linkách z praktického dôvodu: stĺpec tekutiny má poddajnosť a zachytáva vzduch, ktorý tlmí rýchle tvary vĺn a vynucuje si preplach pred každým odčítaním. Kremíková membrána nemá žiadny stĺpec, ktorý by sa mohol odbublávať, a reaguje v rozsahu kilohertzov. Publikované recenzie miniatúrnych tlakových senzorov popisujú zariadenia dostatočne malé na meranie tlaku vo vnútri krvných ciev s vnútorným priemerom 200 až 1 000 mikrometrov, čo je rovnaký princíp snímania zmenšený.

Absolútne, meradlo alebo diferenciál: Vyberte referenciu pred rozsahom

Pomýlite si referenciu tlaku a každé neskoršie rozhodnutie bude nesprávne približne o jednu atmosféru. Absolútna, meracia a diferenciálna časť odpovedajú na rôzne otázky a jeden monitor pacienta často potrebuje dva z troch.

Diferenciálne časti dominujú ventilátorom a dizajnom prietoku, pretože prietok je odvodený od poklesu tlaku cez známe obmedzenie. Senzor preto meria malý rozdiel pri veľkom tlaku v bežnom režime. Časť dimenzovaná na rozdiel 10 kPa, ale iba 30 kPa v bežnom režime, zlyhá v okruhu, ktorý predstavuje 60 cm H2O tlaku v dýchacích cestách do oboch portov.

Časti merača zostávajú ťahúňom pre vedenie krvného tlaku založeného na manžete a prívod plynu, kde je prijateľná referencia okolia. Absolútne diely sa vyžadujú vždy, keď sa referencia musí pohybovať s pacientom, napríklad v invazívnej línii alebo v barometrickom výškovom kanáli. Spoločným východiskovým bodom je modul krvného tlaku postavený okolo gélom izolovaného meracieho prvku.

Lekárske tlakové senzory MCP-H10 a MCP-H11 MCP-H10 poskytuje analógový výstup napätia; MCP-H11 pridáva digitálny výstup tlaku a teploty I2C, pokrývajúci -100 až 1000 kPa pre medicínske a spotrebiteľské dizajny. Zobraziť produkt →

Špecifikácie, ktoré rozhodujú o preskúmaní dizajnu

O tom, či tlakový snímač prežije preskúmanie návrhu, rozhoduje päť čísel: úplný rozsah, základ presnosti, teplotný posun, dlhodobá stabilita a tlak pri roztrhnutí. Všetko ostatné sú detaily balenia.

• Kompletný rozsah a svetlá výška. Umiestnite normálny prevádzkový bod medzi 25% a 75% plného rozsahu. 10 kPa časť používaná pri 9,5 kPa nemá priestor pre limity alarmov a jej chybový rozpočet sa minie ešte pred zvážením teploty.
• Základ presnosti. Percento celej stupnice, percento čítania a percento rozpätia sú tri rôzne čísla. Premeňte ich všetky na pascaly pri tlaku, ktorý skutočne musíte vyriešiť.
• Tepelný drift. Požiadajte o posun a posun rozpätia cez klinické pásmo, nie komerčné pásmo. Časť kompenzovaná od 0 do 70 C hovorí veľmi málo o správaní pri 41 C kontakte s pokožkou.
• Dlhodobá stabilita. Drift za rok, vyjadrený ako percento plného rozsahu, rozhoduje o tom, či zariadenie potrebuje počas svojej životnosti rekalibráciu, alebo je možné ho zapečatiť a zabudnúť.
• Trhací a dôkazový tlak. Oklúzia alebo zabuchnutie ventilu môže výrazne presiahnuť celý rozsah. Senzor to musí prežiť a vrátiť sa k špecifikácii, nielen sa vyhnúť prasknutiu.

Kde sa lekárske MEMS tlakové senzory používajú v klinickom zariadení

Päť rodín zariadení predstavuje väčšinu medicínskych dopytov po týchto častiach a každá z nich kladie inú špecifikáciu.

Snímače diferenčného tlaku MCP-H20 a MCP-H21 Dvojportové diferenciálne snímače s analógovým alebo vysokorýchlostným I2C výstupom, s rozsahom -100 až 200 kPa pre medicínske, pneumatické a environmentálne merania. Zobraziť produkt →

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.), výrobca senzorov so sídlom v okrese Wuxi National High-Tech District, organizuje svoj medicínsky sortiment presne pre tieto rodiny a publikuje portfólio lekárskych tlakových senzorov ktorý mapuje každý model na typ tlaku, výstupný signál, rozsah merania a balenie. Na tomto mapovaní záleží viac ako na jednom hlavnom čísle presnosti, pretože inžinier ventilátorov a dialyzačný technik optimalizujú rôzne obmedzenia z toho istého katalógu.

Kompenzácia teploty a posun: chyby, ktoré sa objavia neskôr

Teplota je najväčším jediným zdrojom chyby v medicínskom tlakovom senzore a je to špecifikácia uvádzaná najmenej konzistentne. Dve časti s rovnakou presnosťou pri izbovej teplote sa môžu pri 45 C líšiť päťkrát.

Tri návyky uzatvárajú väčšinu tejto medzery skôr, ako sa dostane k pacientovi:

1. Otestujte presné číslo dielu v presnom kryte na oboch koncoch pásma klinickej teploty, nie komerčného pásma.
2. Zaznamenajte nulový posun pri zapnutí a znova po 20 minútach nepretržitej prevádzky, potom porovnajte dva v desiatich jednotkách z troch šarží.
3. Pridajte nulovací ventil a rutinu offsetu firmvéru, takže systém opraví to, čo snímač nemôže zaručiť.

Výrobcovia s internou kalibráciou absorbujú časť tejto práce. Každá jednotka dodaná spoločnosťou MemsTech je pred uvedením na trh kalibrovaná na nulu a v plnom rozsahu, tepelne cyklovaná a hodnotená na dlhodobú stabilitu s presnosťou v najlepšom prípade 0,2 % FSS. Zostávajúce overenie stále patrí do vášho vlastného testovacieho plánu, pretože iba vy poznáte médium, montážne napätie a sterilizačný cyklus, ktorý diel skutočne uvidí.

Kontroly balíka, rozhrania a zdrojov pred uvoľnením objednávky

Špecifikáciu uzatvárajú dve možnosti: ako sa snímač montuje a ako signál opúšťa dosku. O oboch rozhoduje objem výroby a kto vlastní kalibračný krok.

Integrované tlakové senzory MCP5XXXDP na lekárske a priemyselné použitie Absolútna, gauge, and differential pressure options with analog output, covering 0 to 700 kPa for microcontroller-based medical and industrial designs. Zobraziť produkt →

1. Požiadajte o kalibračný záznam pre presnú šaržu, vrátane nulových a úplných hodnôt, nielen o všeobecné vyhlásenie o presnosti.
2. Potvrďte rozsah teplotnej kompenzácie písomne ​​a opýtajte sa, čo sa deje mimo neho.
3. Overte si kompatibilitu média s metódou sterilizácie, ktorú skutočne používate, vrátane počtu cyklov.
4. Požiadajte o rozdelenie nuly medzi jednotlivými šaržami, pretože toto číslo určuje, či vaša montážna linka potrebuje úpravu.
5. Potvrďte kapacitu a dodaciu lehotu oproti svojej rampe a skontrolujte, či je diel vyrobený vo vlastnej réžii alebo či sa predáva ďalej.

Pre širšie technické zázemie o konštrukcii lisovníc, balení a kompromisoch v aplikáciách je stránka Prehľad technológie tlakového senzora MEMS popisuje, ako sú tieto zariadenia vyrobené a kde sú ich praktické limity.

Lekársky MEMS tlakový senzor – často kladené otázky

Aký je rozdiel medzi snímačom tlaku MEMS a piezoelektrickým snímačom tlaku?

Tlakový senzor MEMS meria vychýlenie membrány a dokáže čítať statický tlak, takže má platnú hodnotu tlaku v dýchacích cestách, tlaku v manžete alebo dialyzačného transmembránového tlaku. Piezoelektrické prvky reagujú na meniacu sa silu a nedokážu udržať statické čítanie, vďaka čomu sú vhodné skôr na dynamické udalosti ako na nepretržité monitorovanie.

Môže lekársky senzor tlaku MEMS prežiť sterilizáciu v autokláve?

Záleží na obale, nie na matrici. Gélom izolované porty v utesnených krytoch sa bežne používajú pri sterilizácii, ale nulový posun sa musí znovu overiť po opakovaných cykloch pri 121 C alebo 134 C, pretože sa v géli a adhezívnych vrstvách hromadí tepelná hysterézia.

Ako si môžem vybrať medzi analógovým a digitálnym lekárskym tlakovým senzorom?

Ak vaša doska už má ADC s nízkou hlučnosťou a vlastníte rutinu kalibrácie a teplotnej kompenzácie, vyberte si analógový. Vyberte si továrensky kalibrovanú digitálnu časť, ak by ste si presnosť radšej kúpili, než ju postavili, čo je zvyčajne rýchlejšia cesta pre malé tímy a menšie objemy.

Akú presnosť môže medicínsky tlakový senzor MEMS reálne poskytnúť?

Linearita a presnosť v najlepšom prípade dosahuje 0,2 % plného rozsahu na dobre zladených medicínskych platformách, ale číslo, na ktorom záleží v tejto oblasti, je súčet presnosti, teplotného posunu a dlhodobej stability v rámci klinického teplotného pásma. Tento celkový súčet je zvyčajne dvoj- až päťnásobok čísla v titulku.