Medisinsk MEMS trykksensorutvalg: spesifikasjoner, drift og innkjøpskontroller

En 40 Pa offset i en ventilators inspiratoriske lem er nok til å skyve et spontant pust utenfor triggervinduet, og den offset kommer nesten aldri fra slangen. Den kommer fra den medisinske MEMS-trykksensoren som sitter på pasientkretskortet. Designteam som spesifiserer denne delen har raskt en tendens til å bruke de neste seks månedene på å jage nulldrift, alarmplager og en kalibreringsrutine ingen budsjetterte med. Alle disse problemene er billige å forhindre på dataarkstadiet og dyre å fikse etter verktøy.

Trykkføling er et av de få stedene i et medisinsk utstyr der en del som koster noen få dollar avgjør om en kliniker stoler på nummeret på skjermen. Spesifikasjonene nedenfor er de som endrer klinisk atferd.

Hva en medisinsk MEMS-trykksensor faktisk måler

En medisinsk MEMS-trykksensor konverterer en trykkforskjell til en spenning ved å måle hvor langt en mikromaskinert silisiummembran avbøyer seg, og kompenserer og kalibrerer den spenningen til en definert utgang.

To tall forklarer hvorfor den bare terningen aldri er produktet. Fullskala avbøyning er vanligvis under én mikrometer, og råbroeffekten måles i titalls millivolt. Isolasjonsgelen, portgeometrien, den signalkondisjonerende ASIC-en og kalibreringsposten gjør derfor like mye arbeid som selve silisiumet.

Solid-state deler har forskjøvet væskefylte katetre i overvåkingslinjer av en praktisk grunn: en væskesøyle har etterlevelse og fanger luft, som demper raske bølgeformer og tvinger en spyling før hver avlesning. En silisiummembran har ingen kolonne å avboble og reagerer i kilohertz-området. Publiserte anmeldelser av miniatyrtrykksensorer beskriver enheter som er små nok til å måle trykket inne i blodårene med en indre diameter på 200 til 1000 mikrometer, som er det samme sanseprinsippet nedskalert.

Absolutt, Måler eller Differensial: Velg referansen før området

Få trykkreferansen feil og hver senere avgjørelse er feil med omtrent en atmosfære. Absolutte, gauge og differensielle deler svarer på forskjellige spørsmål, og en enkelt pasientmonitor trenger ofte to av de tre.

Differensielle deler dominerer ventilator- og strømningsdesign fordi strømning utledes fra trykkfallet over en kjent restriksjon. Sensoren måler derfor en liten forskjell når den kjører på et stort common-mode-trykk. En del som er klassifisert for 10 kPa differensial, men bare 30 kPa vanlig modus vil svikte i en krets som presenterer 60 cm H2O luftveistrykk til begge portene.

Måledeler forblir arbeidshesten for mansjettbaserte blodtrykks- og gassleveringslinjer, der en omgivelsesreferanse er akseptabel. Absolutte deler kreves når referansen må reise med pasienten, som i en invasiv linje eller en barometrisk høydekanal. En blodtrykksmodul bygget rundt et gelisolert måleelement er et vanlig utgangspunkt.

MCP-H10 og MCP-H11 medisinske trykksensorer MCP-H10 gir analog spenningsutgang; MCP-H11 legger til I2C digital trykk- og temperaturutgang, som dekker -100 til 1000 kPa for medisinsk og forbrukerdesign. Se produkt →

Spesifikasjonene som bestemmer en designgjennomgang

Fem tall avgjør om en trykksensor overlever en designgjennomgang: fullskala rekkevidde, nøyaktighetsgrunnlaget, termisk drift, langsiktig stabilitet og sprengningstrykk. Alt annet er innpakningsdetaljer.

• Fullskala rekkevidde og takhøyde. Plasser det normale driftspunktet mellom 25 % og 75 % av full skala. En 10 kPa-del brukt ved 9,5 kPa har ikke plass igjen for alarmgrenser, og feilbudsjettet er brukt før temperaturen i det hele tatt vurderes.
• Nøyaktighetsgrunnlaget. Prosent av full skala, prosent av lesing og prosent av spenn er tre forskjellige tall. Konverter dem alle til pascal ved det trykket du faktisk må løse.
• Termisk drift. Be om forskyvning og spenndrift over det kliniske båndet, ikke det kommersielle båndet. En del kompensert fra 0 til 70 C sier svært lite om atferd ved 41 C hudkontakt.
• Langsiktig stabilitet. Drift per år, uttrykt i prosent av full skala, avgjør om enheten trenger rekalibrering i løpet av levetiden eller kan forsegles og glemmes.
• Sprengning og bevistrykk. En ledningsokkklusjon eller en ventil som smeller kan overskride full skala med en stor faktor. Sensoren må overleve det og gå tilbake til spesifikasjonen, ikke bare unngå å sprekke.

Hvor medisinske MEMS-trykksensorer brukes i klinisk utstyr

Fem enhetsfamilier står for den mest medisinske etterspørselen etter disse delene, og hver av dem understreker en annen spesifikasjon.

MCP-H20 og MCP-H21 differensialtrykksensorer Differensialsensorer med doble porter med analog eller høyhastighets I2C-utgang, som spenner over -100 til 200 kPa for medisinsk, pneumatisk og miljømåling. Se produkt →

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.), en sensorprodusent basert i Wuxi National High-Tech District, organiserer sitt medisinske utvalg på tvers av akkurat disse familiene og publiserer en medisinsk trykksensorportefølje som tilordner hver modell til en trykktype, utgangssignal, måleområde og pakke. Denne kartleggingen betyr mer enn et enkelt tall for overskriftsnøyaktighet, fordi en ventilatoringeniør og en dialyseingeniør optimaliserer forskjellige begrensninger fra samme katalog.

Temperaturkompensasjon og drift: feilene som dukker opp senere

Temperatur er den største enkeltfeilkilden i en medisinsk trykksensor, og det er spesifikasjonen som er sitert minst konsekvent. To deler med identisk romtemperaturnøyaktighet kan avvike med en faktor på fem ved 45 C.

Tre vaner lukker det meste av dette gapet før det når en pasient:

1. Test det nøyaktige delenummeret i det eksakte huset i begge ender av det kliniske temperaturbåndet, ikke det kommersielle båndet.
2. Logg nullforskyvning ved oppstart og igjen etter 20 minutter med kontinuerlig drift, og sammenlign deretter de to over ti enheter fra tre loter.
3. Legg til en nullstillingsventil og en fastvareoffsetrutine, slik at systemet korrigerer det sensoren ikke kan garantere.

Produsenter med egen kalibrering absorberer deler av dette arbeidet. Hver enhet som sendes av MemsTech er null og fullskala kalibrert, termisk syklus og evaluert for langsiktig stabilitet før utgivelse, med best-case-nøyaktighet oppgitt til 0,2 % FSS. Den gjenværende verifiseringen hører fortsatt hjemme i din egen testplan, fordi bare du kjenner media, monteringsbelastningen og steriliseringssyklusen delen faktisk vil se.

Pakke-, grensesnitt- og kildesjekker før du frigir en PO

To valg lukker spesifikasjonen: hvordan sensoren monteres og hvordan signalet forlater brettet. Begge bestemmes av produksjonsvolum og av hvem som eier kalibreringstrinnet.

MCP5XXXDP integrerte trykksensorer for medisinsk og industriell bruk Absolutt, gauge, and differential pressure options with analog output, covering 0 to 700 kPa for microcontroller-based medical and industrial designs. Se produkt →

1. Be om kalibreringsposten for det eksakte partiet, inkludert null- og fullskalaverdier, ikke bare en generisk nøyaktighetserklæring.
2. Bekreft temperaturkompensasjonsområdet skriftlig og spør hva som skjer utenfor det.
3. Bekreft mediekompatibilitet med steriliseringsmetoden du faktisk bruker, inkludert antall sykluser.
4. Be om nullfordelingen fra parti til parti, fordi dette tallet styrer om samlebåndet ditt trenger et trimmetrinn.
5. Bekreft kapasitet og ledetid mot rampen din, og sjekk om delen er bygget internt eller videresolgt.

For en bredere teknisk bakgrunn om formkonstruksjon, pakking og applikasjonsavveininger, er nettstedets MEMS trykksensor teknologioversikt dekker hvordan disse enhetene er bygget og hvor deres praktiske grenser sitter.

Vanlige spørsmål om medisinsk MEMS trykksensor

Hva er forskjellen mellom en MEMS trykksensor og en piezoelektrisk trykksensor?

En MEMS trykksensor måler diafragmaavbøyning og kan lese statisk trykk, så den har en gyldig verdi for luftveistrykk, mansjetttrykk eller dialysetransmembrantrykk. Piezoelektriske elementer reagerer på skiftende kraft og kan ikke holde en statisk avlesning, noe som gjør dem egnet for dynamiske hendelser i stedet for kontinuerlig overvåking.

Kan en medisinsk MEMS-trykksensor overleve autoklavesterilisering?

Det avhenger av pakken, ikke terningen. Gelisolerte porter i forseglede hus brukes ofte ved sterilisering, men nullforskyvningen må verifiseres på nytt etter gjentatte sykluser ved 121 C eller 134 C, fordi termisk hysterese samler seg i gelen og limlagene.

Hvordan velger jeg mellom en analog og en digital medisinsk trykksensor?

Velg analog hvis kortet ditt allerede har en ADC med lite støy og du eier kalibrerings- og temperaturkompensasjonsrutinen. Velg en fabrikkkalibrert digital del hvis du heller vil kjøpe nøyaktigheten enn å bygge den, som vanligvis er den raskere ruten for små team og lavere volum.

Hvilken nøyaktighet kan en medisinsk MEMS-trykksensor gi realistisk?

Best-case linearitet og nøyaktighet når 0,2 % av full skala på veltilpassede medisinske plattformer, men tallet som betyr noe i feltet er summen av nøyaktighet, termisk drift og langsiktig stabilitet over det kliniske temperaturbåndet. Denne summen er vanligvis to til fem ganger overskriftstallet.