Lựa chọn cảm biến áp suất MEMS y tế: Kiểm tra thông số kỹ thuật, độ lệch và nguồn cung ứng

Độ lệch 40 Pa trong nhánh hít vào của máy thở là đủ để đẩy nhịp thở tự phát ra ngoài cửa sổ kích hoạt của nó và độ lệch đó hầu như không bao giờ đến từ ống. Nó đến từ cảm biến áp suất MEMS y tế đặt trên bảng mạch của bệnh nhân. Các nhóm thiết kế xác định phần này nhanh chóng có xu hướng dành sáu tháng tiếp theo để theo đuổi độ lệch bằng 0, các khiếu nại phiền toái về cảnh báo và quy trình hiệu chỉnh mà không ai có ngân sách dành cho. Mọi vấn đề trong số đó đều rẻ để ngăn chặn ở giai đoạn bảng dữ liệu và tốn kém để khắc phục sau khi tạo công cụ.

Cảm biến áp suất là một trong số ít vị trí trong thiết bị y tế có một bộ phận trị giá vài đô la quyết định liệu bác sĩ lâm sàng có tin tưởng vào con số trên màn hình hay không. Các thông số kỹ thuật dưới đây là những thông số thay đổi hành vi lâm sàng.

Cảm biến áp suất MEMS y tế thực sự đo được những gì

Cảm biến áp suất MEMS y tế chuyển đổi chênh lệch áp suất thành điện áp bằng cách đo độ lệch của màng chắn silicon được gia công vi mô, sau đó bù và hiệu chỉnh điện áp đó thành đầu ra xác định.

Hai con số giải thích tại sao khuôn trần không bao giờ là sản phẩm. Độ lệch toàn diện thường dưới một micromet và đầu ra của cầu thô được đo bằng hàng chục milivolt. Do đó, gel cách ly, hình dạng cổng, ASIC điều hòa tín hiệu và bản ghi hiệu chuẩn thực hiện nhiều công việc như chính silicon.

Các bộ phận ở trạng thái rắn thay thế các ống thông chứa đầy chất lỏng trong đường dây giám sát vì một lý do thực tế: cột chất lỏng có độ giãn nở và giữ lại không khí, làm giảm các dạng sóng nhanh và buộc phải xả sạch trước mỗi lần đọc. Màng chắn silicon không có cột để khử bong bóng và phản hồi ở phạm vi kilohertz. Các đánh giá được công bố về cảm biến áp suất thu nhỏ mô tả các thiết bị đủ nhỏ để đo áp suất bên trong mạch máu với đường kính trong từ 200 đến 1.000 micromet, tương tự như nguyên lý cảm biến được thu nhỏ lại.

Tuyệt đối, Đồng hồ đo hoặc Vi phân: Chọn Tham chiếu Trước Phạm vi

Nhận sai tham chiếu áp suất và mọi quyết định sau đó đều sai khoảng một atm. Các bộ phận tuyệt đối, thước đo và vi phân trả lời các câu hỏi khác nhau và một máy theo dõi bệnh nhân thường cần hai trong ba bộ phận đó.

Các bộ phận vi sai chiếm ưu thế trong thiết kế thông gió và lưu lượng vì lưu lượng được suy ra từ sự sụt giảm áp suất qua một hạn chế đã biết. Do đó, cảm biến đo lường sự khác biệt nhỏ dựa trên áp suất ở chế độ chung lớn. Một bộ phận được xếp hạng cho chênh lệch 10 kPa nhưng chỉ ở chế độ chung 30 kPa sẽ bị hỏng trong mạch tạo áp suất đường thở 60 cm H2O cho cả hai cổng.

Các bộ phận của máy đo vẫn là thiết bị chính cho đường truyền khí và huyết áp dựa trên vòng bít, trong đó có thể chấp nhận tham chiếu môi trường xung quanh. Các bộ phận tuyệt đối được yêu cầu bất cứ khi nào tham chiếu phải di chuyển cùng với bệnh nhân, như trong đường xâm lấn hoặc kênh đo độ cao khí áp. Một mô-đun huyết áp được chế tạo xung quanh một phần tử đo cách ly bằng gel là điểm khởi đầu phổ biến.

Cảm biến áp suất y tế MCP-H10 và MCP-H11 MCP-H10 cung cấp đầu ra điện áp analog; MCP-H11 bổ sung đầu ra nhiệt độ và áp suất kỹ thuật số I2C, bao gồm -100 đến 1000 kPa cho các thiết kế y tế và tiêu dùng. Xem sản phẩm →

Thông số quyết định đánh giá thiết kế

Năm con số quyết định xem cảm biến áp suất có vượt qua được quá trình đánh giá thiết kế hay không: phạm vi toàn thang đo, cơ sở chính xác, độ lệch nhiệt, độ ổn định lâu dài và áp suất nổ. Mọi thứ khác là chi tiết đóng gói.

• Phạm vi toàn diện và khoảng không. Đặt điểm vận hành bình thường trong khoảng từ 25% đến 75% toàn thang đo. Một bộ phận 10 kPa được sử dụng ở mức 9,5 kPa không còn chỗ cho giới hạn cảnh báo và mức sai số của nó sẽ được sử dụng thậm chí trước khi xem xét đến nhiệt độ.
• Cơ sở chính xác. Phần trăm của toàn thang đo, phần trăm số đọc và phần trăm nhịp là ba số khác nhau. Chuyển đổi tất cả chúng thành pascal với áp lực mà bạn thực sự phải giải quyết.
• Trôi nhiệt. Yêu cầu bù đắp và chênh lệch nhịp trên dải lâm sàng, không phải dải thương mại. Một phần được bù từ 0 đến 70 C nói rất ít về hoạt động khi tiếp xúc với da ở nhiệt độ 41 C.
• Sự ổn định lâu dài. Độ lệch mỗi năm, được biểu thị bằng phần trăm của toàn thang đo, quyết định liệu thiết bị có cần hiệu chuẩn lại trong suốt thời gian sử dụng hay có thể bị niêm phong và lãng quên.
• Áp lực nổ và bằng chứng. Tắc nghẽn đường ống hoặc van bị đóng có thể vượt quá quy mô đầy đủ bởi một hệ số lớn. Cảm biến phải tồn tại và trở lại thông số kỹ thuật chứ không chỉ đơn thuần là tránh bị nứt.

Nơi sử dụng cảm biến áp suất MEMS y tế trong thiết bị lâm sàng

Năm dòng thiết bị đáp ứng hầu hết nhu cầu y tế cho những bộ phận này và mỗi dòng nhấn mạnh một thông số kỹ thuật khác nhau.

Cảm biến áp suất chênh lệch MCP-H20 và MCP-H21 Cảm biến vi sai cổng kép có đầu ra I2C tương tự hoặc tốc độ cao, trải rộng từ -100 đến 200 kPa để đo lường y tế, khí nén và môi trường. Xem sản phẩm →

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.), nhà sản xuất cảm biến có trụ sở tại Khu Công nghệ cao Quốc gia Vô Tích, tổ chức phạm vi y tế của mình cho chính xác các dòng này và xuất bản một báo cáo danh mục cảm biến áp suất y tế ánh xạ từng mô hình tới loại áp suất, tín hiệu đầu ra, phạm vi đo và gói. Việc lập bản đồ đó quan trọng hơn một con số về độ chính xác của tiêu đề đơn lẻ, bởi vì kỹ sư máy thở và kỹ sư lọc máu đang tối ưu hóa các giới hạn khác nhau trong cùng một danh mục.

Bù nhiệt độ và trôi dạt: Những lỗi xuất hiện sau này

Nhiệt độ là nguồn lỗi lớn nhất trong cảm biến áp suất y tế và đó là thông số kỹ thuật được trích dẫn ít nhất quán nhất. Hai bộ phận có độ chính xác ở nhiệt độ phòng giống hệt nhau có thể khác nhau tới 5 lần ở 45 C.

Ba thói quen sẽ thu hẹp phần lớn khoảng cách đó trước khi nó đến với bệnh nhân:

1. Kiểm tra số bộ phận chính xác trong vỏ chính xác ở cả hai đầu của dải nhiệt độ lâm sàng, không phải dải nhiệt độ thương mại.
2. Ghi lại độ lệch bằng 0 khi bật nguồn và ghi lại sau 20 phút hoạt động liên tục, sau đó so sánh hai giá trị trên mười đơn vị từ ba lô.
3. Thêm van điều chỉnh zero và quy trình bù phần sụn để hệ thống sửa chữa những gì cảm biến không thể đảm bảo.

Các nhà sản xuất có hiệu chuẩn nội bộ sẽ đảm nhận một phần công việc này. Mỗi thiết bị do MemsTech vận chuyển đều bằng 0 và được hiệu chuẩn toàn diện, luân chuyển nhiệt và được đánh giá về độ ổn định lâu dài trước khi phát hành, với độ chính xác trong trường hợp tốt nhất được trích dẫn ở mức 0,2% FSS. Việc xác minh còn lại vẫn thuộc về kế hoạch kiểm tra của riêng bạn, bởi vì chỉ có bạn mới biết phương tiện, ứng suất lắp đặt và chu trình khử trùng mà bộ phận đó sẽ thực sự nhìn thấy.

Kiểm tra gói hàng, giao diện và nguồn cung ứng trước khi bạn phát hành PO

Hai lựa chọn sẽ hoàn thiện thông số kỹ thuật: cách gắn cảm biến và cách tín hiệu rời khỏi bảng. Cả hai đều được quyết định bởi khối lượng sản xuất và ai là người thực hiện bước hiệu chuẩn.

Cảm biến áp suất tích hợp MCP5XXXDP dùng trong y tế và công nghiệp Tuyệt đối, gauge, and differential pressure options with analog output, covering 0 to 700 kPa for microcontroller-based medical and industrial designs. Xem sản phẩm →

1. Yêu cầu bản ghi hiệu chuẩn cho lô chính xác, bao gồm các giá trị 0 và toàn thang đo, chứ không chỉ là tuyên bố về độ chính xác chung chung.
2. Xác nhận phạm vi bù nhiệt độ bằng văn bản và hỏi điều gì xảy ra bên ngoài nó.
3. Xác minh tính tương thích của phương tiện với phương pháp khử trùng mà bạn thực sự sử dụng, bao gồm cả số chu kỳ.
4. Yêu cầu phân phối bằng 0 giữa các lô vì con số đó quyết định xem dây chuyền lắp ráp của bạn có cần bước cắt bớt hay không.
5. Xác nhận công suất và thời gian thực hiện so với đoạn đường nối của bạn và kiểm tra xem bộ phận đó được sản xuất nội bộ hay được bán lại.

Để có nền tảng kỹ thuật rộng hơn về xây dựng khuôn, đóng gói và cân bằng ứng dụng, trang web Tổng quan về công nghệ cảm biến áp suất MEMS bao gồm cách các thiết bị này được chế tạo và giới hạn thực tế của chúng nằm ở đâu.

Câu hỏi thường gặp về cảm biến áp suất MEMS y tế

Sự khác biệt giữa cảm biến áp suất MEMS và cảm biến áp suất áp điện là gì?

Cảm biến áp suất MEMS đo độ lệch của cơ hoành và có thể đọc áp suất tĩnh, do đó, nó giữ giá trị hợp lệ cho áp suất đường thở, áp suất vòng bít hoặc áp suất xuyên màng lọc máu. Các phần tử áp điện phản ứng với lực thay đổi và không thể giữ số đọc tĩnh, điều này khiến chúng phù hợp với các sự kiện động hơn là giám sát liên tục.

Cảm biến áp suất MEMS y tế có thể tồn tại trong quá trình khử trùng trong nồi hấp không?

Nó phụ thuộc vào gói, không phải khuôn. Các cổng cách ly bằng gel trong vỏ kín thường được sử dụng khi khử trùng, nhưng độ lệch bằng 0 phải được xác minh lại sau các chu kỳ lặp lại ở 121 C hoặc 134 C, vì hiện tượng trễ nhiệt tích tụ trong gel và các lớp kết dính.

Làm cách nào để chọn giữa cảm biến áp suất y tế analog và kỹ thuật số?

Chọn analog nếu bo mạch của bạn đã có ADC có độ ồn thấp và bạn sở hữu quy trình hiệu chỉnh và bù nhiệt độ. Chọn bộ phận kỹ thuật số được hiệu chỉnh tại nhà máy nếu bạn muốn mua độ chính xác hơn là chế tạo nó, đây thường là con đường nhanh hơn cho các nhóm nhỏ và khối lượng thấp hơn.

Cảm biến áp suất MEMS y tế có thể mang lại độ chính xác thực sự như thế nào?

Độ tuyến tính và độ chính xác trong trường hợp tốt nhất đạt 0,2% trên toàn thang đo trên các nền tảng y tế phù hợp, nhưng con số quan trọng trong hiện trường là tổng độ chính xác, độ lệch nhiệt và độ ổn định lâu dài trên dải nhiệt độ lâm sàng. Tổng số đó thường gấp hai đến năm lần con số tiêu đề.