Odabir medicinskog MEMS senzora tlaka: specifikacije, drift i provjere izvora

Pomak od 40 Pa u inspiratornom kraku ventilatora dovoljan je da izbaci spontani dah izvan njegovog prozora okidača, a taj pomak gotovo nikada ne dolazi iz cijevi. Dolazi iz medicinskog MEMS senzora tlaka koji se nalazi na strujnoj ploči pacijenta. Dizajnerski timovi koji brzo preciziraju ovaj dio imaju tendenciju provesti sljedećih šest mjeseci jureći za pomakom nule, pritužbama na alarme i rutinom kalibracije za koju nitko nije izdvojio proračun. Svaki od tih problema jeftino je spriječiti u fazi podatkovne tablice i skupo je popraviti nakon alata.

Senzor tlaka jedno je od rijetkih mjesta u medicinskom uređaju gdje dio koji košta nekoliko dolara odlučuje hoće li kliničar vjerovati broju na zaslonu. Specifikacije u nastavku su one koje mijenjaju kliničko ponašanje.

Što medicinski MEMS senzor tlaka zapravo mjeri

Medicinski MEMS senzor tlaka pretvara razliku tlaka u napon mjereći koliko se mikrostrojno izrađena silikonska dijafragma otklanja, zatim kompenzira i kalibrira taj napon u definirani izlaz.

Dva broja objašnjavaju zašto goli kalup nikada nije proizvod. Otklon u punoj skali obično je ispod jednog mikrometra, a neobrađeni izlaz mosta mjeri se u desecima milivolta. Izolacijski gel, geometrija priključka, ASIC za kondicioniranje signala i kalibracijski zapis stoga obavljaju onoliko posla koliko i sam silicij.

Dijelovi u čvrstom stanju istisnuli su katetere ispunjene tekućinom u vodovima za praćenje iz praktičnog razloga: stupac tekućine ima popustljivost i zadržava zrak, koji prigušuje brze valne oblike i prisiljava ispiranje prije svakog očitanja. Silicijska dijafragma nema stupac za uklanjanje mjehurića i reagira u kilohercnom rasponu. Objavljene recenzije minijaturnih senzora tlaka opisuju uređaje dovoljno male za mjerenje tlaka unutar krvnih žila s unutarnjim promjerom od 200 do 1000 mikrometara, što je isti princip osjeta smanjen.

Apsolutni, mjerni ili diferencijalni: Odaberite referencu prije raspona

Pogrešite referencu tlaka i svaka će kasnija odluka biti pogrešna za otprilike jednu atmosferu. Apsolutni, mjerni i diferencijalni dijelovi odgovaraju na različita pitanja, a jedan monitor pacijenta često treba dva od tri.

Diferencijalni dijelovi dominiraju dizajnom ventilatora i protoka jer se protok izvodi iz pada tlaka preko poznatog ograničenja. Senzor stoga mjeri malu razliku na temelju velikog zajedničkog tlaka. Dio koji je ocijenjen za razliku od 10 kPa, ali samo 30 kPa uobičajenog načina rada, neće uspjeti u krugu koji predstavlja 60 cm H2O tlaka u dišnim putovima na oba priključka.

Dijelovi mjerača ostaju pogonski konj za krvni tlak i vodove za isporuku plina koji se temelje na manšeti, gdje je ambijentalna referenca prihvatljiva. Apsolutni dijelovi su potrebni kad god referenca mora putovati s pacijentom, kao u invazivnoj liniji ili kanalu barometarske visine. Modul krvnog tlaka izgrađen oko mjernog elementa izoliranog gelom uobičajena je početna točka.

MCP-H10 i MCP-H11 medicinski senzori tlaka MCP-H10 daje analogni naponski izlaz; MCP-H11 dodaje I2C digitalni izlaz tlaka i temperature, pokrivajući -100 do 1000 kPa za medicinske i potrošačke dizajne. Pogledajte proizvod →

Specifikacije koje odlučuju o recenziji dizajna

Pet brojeva odlučuje hoće li senzor tlaka preživjeti pregled dizajna: raspon pune skale, osnova točnosti, toplinski pomak, dugoročna stabilnost i tlak pucanja. Sve ostalo su detalji pakiranja.

• Puni raspon i prostor za glavu. Postavite normalnu radnu točku između 25% i 75% pune skale. Dio od 10 kPa koji se koristi pri 9,5 kPa nema mjesta za ograničenja alarma, a proračun pogreške se troši prije nego što se temperatura uopće uzme u obzir.
• Osnova točnosti. Postotak pune skale, postotak očitanja i postotak raspona tri su različita broja. Pretvorite ih sve u paskale na tlak koji zapravo morate riješiti.
• Toplinski drift. Zatražite pomak i pomak raspona preko kliničkog pojasa, a ne komercijalnog pojasa. Dio kompenzirani od 0 do 70 C govori vrlo malo o ponašanju na 41 C u kontaktu s kožom.
• Dugoročna stabilnost. Odstupanje po godini, izraženo kao postotak pune skale, odlučuje treba li uređaj ponovno kalibrirati tijekom radnog vijeka ili se može zapečatiti i zaboraviti.
• Tlak pucanja i otpornosti. Začepljenje voda ili zalupljeni ventil može u velikoj mjeri premašiti punu skalu. Senzor to mora preživjeti i vratiti se na specifikaciju, a ne samo izbjeći pucanje.

Gdje se medicinski MEMS senzori tlaka koriste u kliničkoj opremi

Pet obitelji uređaja pokriva većinu medicinske potražnje za ovim dijelovima, a svaka od njih ističe različite specifikacije.

MCP-H20 i MCP-H21 senzori diferencijalnog tlaka Dvostruki diferencijalni senzori s analognim ili I2C izlazom velike brzine, raspona od -100 do 200 kPa za medicinska, pneumatska mjerenja i mjerenja okoliša. Pogledajte proizvod →

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.), proizvođač senzora sa sjedištem u nacionalnom visokotehnološkom okrugu Wuxi, organizira svoju medicinsku ponudu u točno ovim obiteljima i objavljuje portfelj medicinskih senzora tlaka koji preslikava svaki model na vrstu tlaka, izlazni signal, raspon mjerenja i paket. To mapiranje je važnije od jedne točne brojke u naslovu, jer inženjer ventilatora i inženjer dijalize optimiziraju različita ograničenja iz istog kataloga.

Temperaturna kompenzacija i pomak: pogreške koje kasnije isplivaju na površinu

Temperatura je najveći pojedinačni izvor pogreške u medicinskom senzoru tlaka i to je specifikacija koja se najmanje dosljedno navodi. Dva dijela s identičnom točnošću sobne temperature mogu se razlikovati za faktor pet na 45 C.

Tri navike zatvaraju većinu tog jaza prije nego što stigne do pacijenta:

1. Testirajte točan broj dijela u točnom kućištu na oba kraja kliničkog raspona temperature, a ne komercijalnog raspona.
2. Zabilježite pomak nule pri uključivanju i ponovno nakon 20 minuta kontinuiranog rada, zatim usporedite dvije u deset jedinica iz tri serije.
3. Dodajte ventil za nuliranje i rutinu pomaka firmvera, tako da sustav ispravlja ono što senzor ne može jamčiti.

Proizvođači s vlastitom kalibracijom preuzimaju dio ovog posla. Svaka jedinica koju isporučuje MemsTech kalibrirana je na nuli i punoj skali, podvrgnuta termičkom ciklusu i procijenjena je dugoročna stabilnost prije puštanja u promet, uz točnost u najboljem slučaju navedena na 0,2% FSS. Preostala provjera i dalje pripada vašem vlastitom planu testiranja, jer samo vi znate medij, rastući stres i ciklus sterilizacije koji će dio zapravo vidjeti.

Provjere paketa, sučelja i izvora prije izdavanja narudžbenice

Dva izbora zatvaraju specifikaciju: kako se senzor montira i kako signal napušta ploču. I jedno i drugo ovisi o obujmu proizvodnje io tome tko je vlasnik koraka kalibracije.

MCP5XXXDP integrirani senzori tlaka za medicinsku i industrijsku uporabu Apsolutno, gauge, and differential pressure options with analog output, covering 0 to 700 kPa for microcontroller-based medical and industrial designs. Pogledajte proizvod →

1. Zatražite zapis kalibracije za točnu seriju, uključujući nulte i pune vrijednosti skale, a ne samo generičku izjavu o točnosti.
2. Pismeno potvrdite raspon temperaturne kompenzacije i pitajte što se događa izvan njega.
3. Provjerite kompatibilnost medija s metodom sterilizacije koju stvarno koristite, uključujući broj ciklusa.
4. Zatražite nultu distribuciju lot-to-lot, jer taj broj određuje treba li vašoj tekućoj traci korak dotjerivanja.
5. Potvrdite kapacitet i vrijeme isporuke u odnosu na svoju rampu i provjerite je li dio napravljen unutar tvrtke ili je preprodan.

Za širu tehničku pozadinu o konstrukciji kalupa, pakiranju i kompromisima u primjeni, stranica je Pregled tehnologije MEMS senzora tlaka pokriva kako su ti uređaji izgrađeni i gdje su njihova praktična ograničenja.

Često postavljana pitanja o medicinskom MEMS senzoru tlaka

Koja je razlika između MEMS senzora tlaka i piezoelektričnog senzora tlaka?

MEMS senzor tlaka mjeri otklon dijafragme i može očitati statički tlak, tako da ima važeću vrijednost za tlak u dišnim putovima, tlak u manšeti ili dijalizni transmembranski tlak. Piezoelektrični elementi reagiraju na promjenu sile i ne mogu zadržati statično očitanje, što ih čini prikladnima za dinamičke događaje, a ne za kontinuirani nadzor.

Može li medicinski MEMS senzor tlaka preživjeti sterilizaciju u autoklavu?

Ovisi o paketu, ne o matrici. Priključci izolirani gelom u zatvorenim kućištima obično se koriste sa sterilizacijom, ali pomak nule mora se ponovno provjeriti nakon ponovljenih ciklusa na 121 C ili 134 C, jer se toplinska histereza nakuplja u gelu i ljepljivim slojevima.

Kako mogu odabrati između analognog i digitalnog medicinskog senzora tlaka?

Odaberite analogni ako vaša ploča već ima niskošumni ADC i posjedujete rutinu kalibracije i temperaturne kompenzacije. Odaberite tvornički kalibrirani digitalni dio ako biste radije kupili točnost nego ga izradili, što je obično brži put za male timove i manje količine.

Koju točnost realno može pružiti medicinski MEMS senzor tlaka?

Linearnost i točnost u najboljem slučaju dosežu 0,2% pune skale na dobro usklađenim medicinskim platformama, ali brojka koja je važna na terenu je zbroj točnosti, toplinskog pomaka i dugoročne stabilnosti u rasponu kliničke temperature. Taj je ukupni iznos obično dva do pet puta veći od naslovne brojke.