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[导读]医疗器械行业一个最大的趋势就是小型化,即开发更小型、更便携的设备来应对医院和家庭健康护理空间有限的挑战,使得医护人员能够快速简单地把设备从一个病人处移到另一个病人处。呼吸机、诊断设备、泵及抽吸设备现都

 医疗器械行业一个最大的趋势就是小型化,即开发更小型、更便携的设备来应对医院和家庭健康护理空间有限的挑战,使得医护人员能够快速简单地把设备从一个病人处移到另一个病人处。呼吸机、诊断设备、泵及抽吸设备现都正在改进以适应这种趋势变化。健康护理行业的发展为促进医疗设备小型化做出了重要贡献,特别是在欧美,他们竭力将病人从住院治疗尽快转为家庭护理治疗,而在家庭护理治疗中便携性对于病人接受护理和使用设备来说是至关重要的,这有助于他们获得尽可能高的生活质量。

设备小型化对医疗器械设计人员是一个挑战,他们不仅要缩减产品的尺寸,还要设计出能够实现各种配置和护理设置的设备。因而,传感器制造商开始通过提供灵活的安装选项、更小的尺寸以及将多个传感器功能集成到一个封装中来响应设备小型化的需求。在某些情况下,有些传感器甚至在以前未曾涉及到的领域中得到应用,如外科手术器械。

传感器平台提供了多种机械接口、安装方式、封装类型和I/O选项,使得医疗器械设计人员能够在降低成本和减小电路板空间的同时为其应用选择合适的接口。例如,压力传感器就可集成到多种设计中,因为它提供有多种连接方式(端口样式)、封装形式(DIP、SIP、表面安装)以及输出(模拟或数字)选项。

灵活的传感器封装选项

传感器具有灵活的封装形式(包括歧管安装和电缆组件选项),使得设计者在印刷电路板(PCB) 上放置传感器时具有更大的灵活性,此外,它还消除了管道和相关连接件的使用,使得医疗器械外形更加小巧,设计更加简单,装配更加快捷。灵活的安装选项还可确保传感器被精确地放置在所需位置,即靠近患者或液体介质(如血液、化学品或水)的位置,以实现准确和高精度的测量。

压力传感器

传感器能够放置在靠近患者的位置对于许多应用来说非常关键,比如在透析应用中,准确地测量透析液和静脉压力就非常重要。压力传感器必须能够精确地监测透析液和血液的压力以确保其维持在所设定的范围内。

此类型应用需求传感器必须外形小巧且能够耐受液体介质。在许多情况下,与液体介质不兼容的传感器需要额外安装部件来保护它,增加了产品的体积、费用以及复杂性。液体介质耐受力在监测病人呼吸时显得特别重要,因为此处的传感器必须能够承受病人的咳嗽和呼出的潮湿空气。

例如,霍尼韦尔TruStability® HSC/SSC电路板安装型压力传感器和26PC流通式压力传感器就可直接接触液体,在过滤患者使用的透析液时迅速反馈透析液压力。这些传感器还为透析仪生产厂家提供了多种端口选项和封装设计。

霍尼韦尔传感与控制部的TruStability电路板安装型压力传感器

图片说明:霍尼韦尔传感与控制部的TruStability®电路板安装型压力传感器提供了一系列机械接口、安装方式和I/O选项以及液体介质兼容性选项,使医疗器械设计人员能够选择正确的接口和封装来减少电路板空间。

用于伤口护理的传感器

负压创面治疗是另一种得益于压力传感器微型化的应用,微型化传感器能够在最大限度地降低产品成本的同时为产品提供高可靠性和出色的质量。通过平台化的方式,医疗器械制造商可以在各种伤口护理产品中使用相同的基本型传感器,设计人员能够缩放输出以满足应用的具体需求。例如,霍尼韦尔的NBP系列电路板安装基本型压力传感器就提供了一系列封装类型、压力范围、外壳和端口选项,使其能够在考虑到成本的同时更容易地集成到医疗器械中。NBP系列传感器被封装在一个7 mm x 7 mm的空间内,能够满足便携式家庭健康护理产品的空间需求。

霍尼韦尔的NBP系列电路板安装基本型压力传感器

图片说明:霍尼韦尔的NBP系列电路板安装基本型压力传感器外形小巧,易于放置在紧密间隔的印刷电路板上或小型设备中。一系列封装类型、压力范围、外壳、凝胶涂层以及端口选项能够满足医疗设计人员特定的应用需求。

触力传感器

触力传感器在医疗应用中(如输液泵等)用于测量药物输送管中的压力。这些传感器采用了压阻技术,外形小巧,能够精确、可靠地感触力 (<100 ppm)。传感器对压力变化的高灵敏度使其能够尽早地发现堵塞问题并及时发出声音报警通知医护人员,从而提高了病人的安全性。这些传感器的量程还能够缩放至不同的压力范围,包括0到1½磅力 (FS01) 和0至3磅力 (FS03),并针对多个量程范围提供了预验证,从而实现了更大的设计灵活性。

触力传感器有多种封装类型可选,能够按照多种附着方式安装到设备管道上,提供了最大的灵活性,尤其是在输液泵和透析应用中。霍尼韦尔的FSS、FSG及FS01/FS03系列触力传感器提供了多种封装类型和结构尺寸,易于集成到空间受限的输液泵应用中且更加便携,提高了患者的生活质量。此外霍尼韦尔的FSS和FSG触力传感器产品线还增加了翼形引脚,使得医疗器械制造商能够从通孔设计变为表面安装设计,更有利于当前的大批量生产。

集成元件

有些传感器(如温度传感器和湿度传感器)集成了多种功能,这将进一步促进设备的小型化趋势,具有多种装配和制造优势,包括:

- 通过消除电路板上的多个传感器简化了设备的设计、制造和安装。

- 增强了设备的功能。

- 提高了患者的舒适度和安全性:由于设备带有集成传感器,其易损坏的零部件数量以及连接点变少了,减少了潜在的故障源数量。

- 通过消除PCB板到微处理器的电路板轮廓,设计验证过程更加简单。

- 减少了总成本。

传感器内部包含的智能化装置本身也有助于产品的微型化。例如,经过完全校准、温度补偿和放大的传感器减少了PCB板所需的零部件数量,有助于降低产品的尺寸、重量以及成本。通常情况下,这些设计无需使用电阻器和放大器等补偿和校准传感器信号的外部元件。正是因为不需要补偿和校准,所以制造商就可以免去在测试流程上所耗费的时间和费用,最终缩短产品的研发和生产周期。

制造商还可以通过增加一个传感器数字接口选件进一步消除外部电阻器、电容器和放大器。数字接口能够使传感器信号直接与微处理器连接,从而为空间受限的医疗器械设计节省了电路板空间。

霍尼韦尔的HumidIcon数字式温湿度传感器

图片说明:霍尼韦尔的HumidIcon™数字式温湿度传感器能够在一个小型封装内提供两种功能,从而实现更大程度的微型化。

例如,霍尼韦尔的HumidIcon™数字式温湿度传感器就可以提供具有温度补偿的数字I2C输出,消除了PCB板上与信号调节相关的元件,从而减小了电路板空间以及与这些元件相关的成本。这不仅简化了传感器与微处理器的集成,而且还可以消除伴随PCB板上多信号调节元件产生的各种问题。

传感器采用超小型SOIC-8表面安装式封装,具有两种配置:无过滤器、无冷凝的HIH-6130型和具有阻水过滤器、抗冷凝的HIH-6131型。这些传感器可以在低至2.3V的电压下工作,能够用于低功耗应用以延长电池寿命,这对于设备的便携性非常重要。

平台化传感器

基于平台的传感器具有多种端口类型、安装方式、额定电压和输出形式(数字或模拟),可用于各种医疗应用。其灵活性使得设计人员能够针对他们的应用选择合适的传感器而无需昂贵的定制化组件,同时也使得工程师能够很容易地对他们的设备设计和技术规格进行更改。通常这种选项组合方式会降低潜在的额外成本和加快产品上市时间。

这种平台化的方式能够适应医疗器械设计的许多特殊需求,包括设备尺寸和形状。传感器平台构建模块对所有的标准选项和配置都进行了预验证,有助于从一开始就为客户提供高质量和可靠的产品,同时还加快了研发和制造速度。

 

传感器制造商可以帮助设计人员设计出适用于现今医疗环境的医疗器械,无论是医院还是家庭护理设备,产品的尺寸、易用性、便携性、可靠性、精度和成本都是最重要的。在努力研发越来越小型化的设备时,设计人员必须了解其应用所需的压力类型和范围、精度、供电电压、封装需求以及输出类型,这样才能够为其具体应用选择最合适的传感器。此外,他们还需要知道传感器可能会接触的液体介质,以选择能够兼容这些液体的传感器。正是因为传感器具有一系列尺寸、封装方式、装配选件、端口类型和输出可供选择,所以它们可应用于各种应用。

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