Medicinsk MEMS-tryksensorvalg: Specifikationer, drift- og indkøbstjek

En 40 Pa offset i en ventilators inspiratoriske lem er nok til at skubbe et spontant åndedræt uden for dets udløservindue, og den offset kommer næsten aldrig fra slangen. Det kommer fra den medicinske MEMS-tryksensor, der sidder på patientkredsløbskortet. Designteams, der specificerer denne del, har hurtigt en tendens til at bruge de næste seks måneder på at jagte nuldrift, alarmgener og en kalibreringsrutine, som ingen havde budgetteret med. Hvert eneste af disse problemer er billigt at forhindre på dataarkstadiet og dyrt at rette efter værktøj.

Trykføling er et af de få steder i et medicinsk udstyr, hvor en del, der koster et par dollars, afgør, om en kliniker har tillid til nummeret på skærmen. Nedenstående specifikationer er dem, der ændrer klinisk adfærd.

Hvad en medicinsk MEMS-tryksensor faktisk måler

En medicinsk MEMS-tryksensor konverterer en trykforskel til en spænding ved at måle, hvor langt en mikrobearbejdet siliciummembran afbøjes, og kompenserer og kalibrerer derefter denne spænding til et defineret output.

To tal forklarer, hvorfor den blottede matrice aldrig er produktet. Fuldskala afbøjning er normalt under en mikrometer, og den rå bro-output måles i titusinder af millivolt. Isolationsgelen, portgeometrien, den signalbehandlings-ASIC og kalibreringsregistreringen gør derfor lige så meget arbejde som selve siliciumet.

Solid-state dele har forskudt væskefyldte katetre i overvågningslinjer af en praktisk grund: en væskesøjle har compliance og fanger luft, som dæmper hurtige bølgeformer og tvinger en skylning før hver læsning. En siliciummembran har ingen søjle til at afboble og reagerer i kilohertz-området. Publicerede anmeldelser af miniaturetryksensorer beskriver enheder, der er små nok til at måle trykket inde i blodkar med en indre diameter på 200 til 1.000 mikrometer, hvilket er det samme sanseprincip nedskaleret.

Absolut, Måler eller Differential: Vælg referencen før området

Få trykreferencen forkert, og hver senere beslutning er forkert med omtrent en atmosfære. Absolutte, gauge og differentielle dele besvarer forskellige spørgsmål, og en enkelt patientmonitor har ofte brug for to af de tre.

Differentielle dele dominerer ventilator- og flowdesign, fordi flow udledes af trykfaldet over en kendt restriktion. Sensoren måler derfor en lille forskel på et stort common-mode tryk. En del, der er normeret til 10 kPa differens, men kun 30 kPa common mode, vil fejle i et kredsløb, der præsenterer 60 cm H2O luftvejstryk til begge porte.

Måledele forbliver arbejdshesten til manchetbaserede blodtryks- og gastilførselslinjer, hvor en omgivende reference er acceptabel. Absolutte dele er påkrævet, når referencen skal rejse med patienten, som i en invasiv linje eller en barometrisk højdekanal. Et blodtryksmodul bygget op omkring et gel-isoleret måleelement er et almindeligt udgangspunkt.

MCP-H10 og MCP-H11 medicinske tryksensorer MCP-H10 giver analog spændingsudgang; MCP-H11 tilføjer I2C digital tryk- og temperaturoutput, der dækker -100 til 1000 kPa til medicinske og forbrugerdesignede designs. Se produkt →

Specifikationerne, der bestemmer en designanmeldelse

Fem tal afgør, om en tryksensor overlever en designgennemgang: fuldskala-område, nøjagtighedsgrundlaget, termisk drift, langtidsstabilitet og sprængtryk. Alt andet er emballagedetaljer.

• Fuldskala rækkevidde og frihøjde. Placer det normale driftspunkt mellem 25 % og 75 % af fuld skala. En 10 kPa del brugt ved 9,5 kPa har ingen plads tilbage til alarmgrænser, og dens fejlbudget er brugt, før temperaturen overhovedet er taget i betragtning.
• Nøjagtighedsgrundlaget. Procent af fuld skala, procent af læsning og procent af spændvidde er tre forskellige tal. Konverter dem alle til pascal ved det pres, du faktisk skal løse.
• Termisk drift. Bed om offset- og spændviddedrift på tværs af det kliniske bånd, ikke det kommercielle bånd. En del kompenseret fra 0 til 70 C siger meget lidt om adfærd ved 41 C hudkontakt.
• Langsigtet stabilitet. Drift pr. år, udtrykt som en procentdel af fuld skala, afgør, om enheden skal genkalibreres i løbet af sin levetid eller kan forsegles og glemmes.
• Sprængning og prøvetryk. En linjeokklusion eller en smækket ventil kan overstige fuld skala med en stor faktor. Sensoren skal overleve det og vende tilbage til specifikationen, ikke blot undgå at revne.

Hvor medicinske MEMS-tryksensorer bruges i klinisk udstyr

Fem enhedsfamilier tegner sig for den største medicinske efterspørgsel efter disse dele, og hver enkelt fremhæver en anden specifikation.

MCP-H20 og MCP-H21 differenstryksensorer Differentialsensorer med to porte med analog eller højhastigheds I2C-udgang, der spænder -100 til 200 kPa til medicinsk, pneumatisk og miljømæssig måling. Se produkt →

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.), en sensorproducent baseret i Wuxi National High-Tech District, organiserer sit medicinske udvalg på tværs af præcis disse familier og udgiver en medicinsk tryksensor portefølje der kortlægger hver model til en tryktype, udgangssignal, måleområde og pakke. Denne kortlægning betyder mere end et enkelt overskriftsnøjagtighedstal, fordi en ventilatoringeniør og en dialyseingeniør optimerer forskellige begrænsninger ud af det samme katalog.

Temperaturkompensation og drift: De fejl, der dukker op senere

Temperatur er den største enkeltfejlkilde i en medicinsk tryksensor, og det er den mindst konsekvente specifikation. To dele med identisk rumtemperaturnøjagtighed kan afvige med en faktor på fem ved 45 C.

Tre vaner lukker det meste af dette hul, før det når en patient:

1. Test det nøjagtige varenummer i det nøjagtige hus i begge ender af det kliniske temperaturbånd, ikke det kommercielle bånd.
2. Log nul offset ved tænding og igen efter 20 minutters kontinuerlig drift, og sammenlign derefter de to på tværs af ti enheder fra tre lots.
3. Tilføj en nulstillingsventil og en firmware-offset-rutine, så systemet korrigerer, hvad sensoren ikke kan garantere.

Producenter med intern kalibrering absorberer en del af dette arbejde. Hver enhed, der sendes af MemsTech, er nul- og fuldskalakalibreret, termisk cyklisk og evalueret for langsigtet stabilitet før frigivelse, med bedste tilfældes nøjagtighed angivet til 0,2 % FSS. Den resterende verifikation hører stadig til i din egen testplan, fordi kun du kender mediet, monteringsspændingen og steriliseringscyklussen, som delen faktisk vil se.

Pakke-, grænseflade- og indkøbstjek, før du frigiver en PO

To valg lukker specifikationen: hvordan sensoren monteres, og hvordan signalet forlader kortet. Begge bestemmes af produktionsvolumen og af, hvem der ejer kalibreringstrinnet.

MCP5XXXDP Integrerede tryksensorer til medicinsk og industriel brug Absolut, gauge, and differential pressure options with analog output, covering 0 to 700 kPa for microcontroller-based medical and industrial designs. Se produkt →

1. Anmod om kalibreringsposten for det nøjagtige parti, inklusive nul- og fuldskalaværdier, ikke kun en generisk nøjagtighedserklæring.
2. Bekræft temperaturkompensationsområdet skriftligt og spørg, hvad der sker uden for det.
3. Bekræft mediekompatibilitet med den steriliseringsmetode, du rent faktisk bruger, inklusive antal cyklusser.
4. Spørg efter parti-til-parti nul-fordeling, fordi det tal styrer, om dit samlebånd har brug for et trimtrin.
5. Bekræft kapacitet og gennemløbstid mod din rampe, og tjek om delen er bygget internt eller videresolgt.

For en bredere teknisk baggrund om formkonstruktion, emballering og applikationsafvejninger, er webstedets MEMS tryksensor teknologi oversigt dækker over, hvordan disse enheder er bygget, og hvor deres praktiske grænser sidder.

Ofte stillede spørgsmål om medicinsk MEMS-tryksensor

Hvad er forskellen mellem en MEMS tryksensor og en piezoelektrisk tryksensor?

En MEMS tryksensor måler membranafbøjning og kan aflæse statisk tryk, så den holder en gyldig værdi for luftvejstryk, manchettryk eller dialysetransmembrantryk. Piezoelektriske elementer reagerer på skiftende kraft og kan ikke holde en statisk aflæsning, hvilket gør dem velegnede til dynamiske hændelser frem for kontinuerlig overvågning.

Kan en medicinsk MEMS tryksensor overleve autoklave sterilisering?

Det afhænger af pakken, ikke matricen. Gelisolerede porte i forseglede huse bruges almindeligvis i forbindelse med sterilisering, men nulforskydningen skal verificeres igen efter gentagne cyklusser ved 121 C eller 134 C, fordi termisk hysterese akkumuleres i gelen og klæbemiddellagene.

Hvordan vælger jeg mellem en analog og en digital medicinsk tryksensor?

Vælg analog, hvis dit board allerede har en støjsvag ADC, og du ejer kalibrerings- og temperaturkompensationsrutinen. Vælg en fabrikskalibreret digital del, hvis du hellere vil købe nøjagtigheden end at bygge den, hvilket normalt er den hurtigere vej for små teams og lavere volumener.

Hvilken nøjagtighed kan en medicinsk MEMS-tryksensor realistisk levere?

Best-case linearitet og nøjagtighed når 0,2 % af fuld skala på velmatchede medicinske platforme, men det tal, der betyder noget i feltet, er summen af ​​nøjagtighed, termisk drift og langtidsstabilitet på tværs af det kliniske temperaturbånd. Det samlede antal er typisk to til fem gange overskriftstallet.