醫療電子傳感器發展需解決的四個關鍵問題
發布時間:2015-02-10 責任編輯:xueqi
【導讀】為滿足全球醫療器械製造廠商的需求,本文介紹了傳感器生產廠商必須考慮的四個關鍵問題:小型化、材料規範標準、供應商質量保證、服務與支持。
在醫療器械市場,小型化、低功耗和液媒兼容性高等產品特點已成為全球性的發展趨勢。但在各個國家和地區,材料規範標準、產品需求及成本問題不盡相同。這就要求傳感器生產廠商提供靈活、可擴展的產品係列來滿足全球客戶的需求。另外,傳感器生產廠商還要確保產品質量及供應質量。
小型化影響產品尺寸、便攜性和重量
為開發更小、更輕、更(geng)便(bian)於(yu)攜(xie)帶(dai)的(de)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei),從(cong)而(er)節(jie)省(sheng)病(bing)房(fang)空(kong)間(jian)並(bing)方(fang)便(bian)醫(yi)務(wu)人(ren)員(yuan)使(shi)用(yong),設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)正(zheng)麵(mian)臨(lin)著(zhe)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。例(li)如(ru),傳(chuan)統(tong)的(de)輸(shu)液(ye)泵(beng)和(he)胰(yi)島(dao)素(su)泵(beng)體(ti)積(ji)都(dou)較(jiao)大(da),經(jing)過(guo)設(she)計(ji)優(you)化(hua)後(hou),便(bian)攜(xie)式(shi)與(yu)可(ke)移(yi)動(dong)式(shi)設(she)備(bei)的(de)出(chu)現(xian)為(wei)病(bing)人(ren)和(he)醫(yi)護(hu)人(ren)員(yuan)帶(dai)來(lai)了(le)極(ji)大(da)的(de)益(yi)處(chu)。例(li)如(ru),尺(chi)寸(cun)更(geng)小(xiao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)輕(qing)鬆(song)地(di)集(ji)成(cheng)到(dao)空(kong)間(jian)有(you)限(xian)的(de)輸(shu)液(ye)泵(beng)中(zhong)。由(you)於(yu)尺(chi)寸(cun)小(xiao)和(he)功(gong)耗(hao)低(di),輸(shu)液(ye)泵(beng)的(de)便(bian)攜(xie)性(xing)得(de)以(yi)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)升(sheng),有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)升(sheng)病(bing)人(ren)的(de)生(sheng)活(huo)便(bian)利(li)性(xing)。此(ci)外(wai),越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)患(huan)者(zhe)選(xuan)擇(ze)“在家治療”,而非“住院治療”—這種趨勢在美國和歐盟國家尤其普遍。治療模式的轉型也推動了醫療器械(包括呼吸器械和診斷設備)的小型化趨勢。
mouxieqingkuangxia,xiaoxinghuashejihuikaolvjiangyixiezhenduangongnengneizhiyuwangluohuadeyiliaoqixiezhong,yiyuanchengjiankongbingrendezhiliaoyuhuliqingkuang。yincijiuxuyaoxuanyongjiduozhongjiancegongneng(如濕度與溫度檢測)於單一封裝內的傳感器產品。此舉可為醫療器械製造廠商減小設備體積或提高設備功能性創造可能性。用於呼吸療法的呼吸器械(包括呼吸機和睡眠呼吸機)便得益於這種設計。
圖1:霍尼韋爾傳感與控製部TruStability電路板安裝壓力傳感器的模塊化設計,
使得注射泵生產廠商可選擇一個涵蓋多種產品設計的傳感器平台
使得注射泵生產廠商可選擇一個涵蓋多種產品設計的傳感器平台
傳感器生產廠商滿足上述要求的另一種方式是進一步開發傳感器產品線,這種產品線能提供各式各樣的機械接口、安裝形式、封裝和I/O選項。這樣,醫療器械設計人員就能選擇合適的接口來減少占用空間、降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)並(bing)消(xiao)除(chu)額(e)外(wai)的(de)組(zu)件(jian)。例(li)如(ru),壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)應(ying)提(ti)供(gong)多(duo)種(zhong)安(an)裝(zhuang)選(xuan)項(xiang)以(yi)便(bian)在(zai)空(kong)間(jian)受(shou)限(xian)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)安(an)裝(zhuang),進(jin)而(er)便(bian)於(yu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)安(an)置(zhi)在(zai)正(zheng)確(que)位(wei)置(zhi)用(yong)以(yi)進(jin)行(xing)精(jing)準(zhun)檢(jian)測(ce)。對(dui)於(yu)需(xu)要(yao)精(jing)準(zhun)測(ce)量(liang)的(de)應(ying)用(yong)而(er)言(yan),傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)安(an)裝(zhuang)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)。例(li)如(ru),在(zai)透(tou)析(xi)治(zhi)療(liao)中(zhong),使(shi)用(yong)傳(chuan)感(gan)器(qi)對(dui)透(tou)析(xi)液(ye)和(he)靜(jing)脈(mai)的(de)壓(ya)力(li)進(jin)行(xing)精(jing)準(zhun)的(de)測(ce)量(liang)直(zhi)接(jie)關(guan)乎(hu)病(bing)人(ren)的(de)生(sheng)命(ming)安(an)全(quan)。
對於便攜式應用,傳感器尤其需要滿足低電壓和低功耗這兩個要求,這樣能延長電池使用壽命。傳感器還應提供啟動/休眠兩種模式,設備隻有在啟動模式下才會耗電。傳感器的休眠模式能延長電池使用壽命,減小電源尺寸進而減少醫療設備的重量。
材料/規範標準影響全球生產商
例(li)如(ru),在(zai)歐(ou)盟(meng)國(guo)家(jia),隻(zhi)要(yao)有(you)一(yi)丁(ding)點(dian)兒(er)證(zheng)據(ju)表(biao)明(ming)某(mou)種(zhong)材(cai)料(liao)有(you)害(hai)或(huo)具(ju)危(wei)險(xian)性(xing),政(zheng)府(fu)監(jian)管(guan)部(bu)門(men)就(jiu)可(ke)能(neng)將(jiang)該(gai)材(cai)料(liao)列(lie)入(ru)法(fa)規(gui)禁(jin)止(zhi)之(zhi)列(lie)。由(you)於(yu)歐(ou)盟(meng)國(guo)家(jia)的(de)醫(yi)療(liao)保(bao)障(zhang)係(xi)統(tong)完(wan)善(shan)、資zi金jin充chong足zu,於yu是shi造zao就jiu他ta們men的de醫yi療liao器qi械xie市shi場chang十shi分fen龐pang大da。因yin此ci,全quan球qiu醫yi療liao器qi械xie製zhi造zao廠chang商shang進jin入ru歐ou盟meng市shi場chang前qian,必bi須xu確que保bao其qi產chan品pin符fu合he歐ou盟meng標biao準zhun。影ying響xiang全quan球qiu電dian子zi產chan品pin行xing業ye的de兩liang項xiang法fa規gui是shi《關於限製在電子電器設備中使用某些有害成分的指令》(RoHS)和《關於化學品注冊、評估、許可和限製法案》(REACH)。前者旨在限製以往電子製造業使用的六種化學物質,後者則在歐盟範圍內為電子行業提供控製有害物質使用的框架。RoHS和REACH影響著終端產品和生產流程中材料的使用。為將產品銷往歐盟國家,全球製造商和分銷商必須遵守這些法規。
為保證測量的精確,傳感器必須盡可能貼近流體(血液、傳染性物質、鹽溶液等),並與患者氣體通道或液體通道頻繁接觸。因此,傳感器生產廠商必須保證所選材料、供應鏈和生產流程符合歐盟材料規範標準。
此外,歐盟法規還推動各類醫療器械(從化學分析儀到呼吸機)采用符合RoHS標準的液媒兼容傳感器。為幫助醫療器械製造廠商解決成本這個“老大難”問題,傳感器生產商必須進一步開發產品線,提供各式各樣的輸出類型、壓力類型、壓力範圍、安裝選項和封裝類型,以滿足歐盟各國需求。
chanpinpingtaiyingtigongduozhongxuanxianghebujianyimanzubutongguojiadetedingxuqiu,tongshiyingbangzhuyiliaoqixieshejigongchengshimanzuquanqiugedizhizaoshanghefenxiaoshangduichanpindedingjia。lingwai,tahaiyingyunxugongchengshigenjuyingyonghegeguoxuqiutiaozhengchanpindelinghuoxing。
圖2:霍尼韋爾HumidIcon 數字式溫濕度傳感器在單一小型封裝內集成兩大功能,能在2.3Vdc低電壓下運行
例(li)如(ru),各(ge)國(guo)呼(hu)吸(xi)器(qi)械(xie)的(de)設(she)計(ji)差(cha)異(yi)顯(xian)著(zhu),對(dui)封(feng)裝(zhuang)類(lei)型(xing)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)不(bu)盡(jin)相(xiang)同(tong)。靈(ling)活(huo)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)應(ying)提(ti)供(gong)多(duo)種(zhong)封(feng)裝(zhuang)選(xuan)項(xiang),既(ji)適(shi)用(yong)於(yu)西(xi)方(fang)國(guo)家(jia)的(de)集(ji)成(cheng)式(shi)歧(qi)管(guan)設(she)計(ji),又(you)適(shi)用(yong)於(yu)發(fa)達(da)中(zhong)國(guo)家(jia)常(chang)見(jian)的(de)多(duo)個(ge)支(zhi)管(guan)和(he)接(jie)口(kou)傳(chuan)統(tong)設(she)計(ji)。
供應商質量保證是關鍵
傳感器生產廠商不僅要符合美國UL、加拿大cUL或CSA、歐洲ENEC和中國CQC等各項材料法規和全球電子標準,還應製定質量保證係統,以確保有效實施監管環節和控製產品質量。
供(gong)應(ying)商(shang)生(sheng)產(chan)流(liu)程(cheng)應(ying)符(fu)合(he)六(liu)西(xi)格(ge)瑪(ma)質(zhi)量(liang)標(biao)準(zhun),以(yi)確(que)保(bao)生(sheng)產(chan)出(chu)高(gao)質(zhi)量(liang)的(de)產(chan)品(pin)。醫(yi)療(liao)器(qi)械(xie)產(chan)品(pin)關(guan)乎(hu)患(huan)者(zhe)的(de)生(sheng)命(ming)安(an)全(quan),產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)對(dui)於(yu)製(zhi)造(zao)廠(chang)商(shang)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。
圖3:霍尼韋爾20PC係列液媒兼容壓力傳感器提供多種壓力範圍、封裝類型以及數字/模擬輸出
供(gong)應(ying)商(shang)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)對(dui)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)也(ye)很(hen)重(zhong)要(yao)。傳(chuan)感(gan)器(qi)生(sheng)產(chan)廠(chang)商(shang)應(ying)在(zai)全(quan)球(qiu)範(fan)圍(wei)內(nei)選(xuan)擇(ze)供(gong)應(ying)商(shang),以(yi)支(zhi)持(chi)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)和(he)生(sheng)產(chan)需(xu)求(qiu)。例(li)如(ru),歐(ou)洲(zhou)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)開(kai)發(fa)新(xin)產(chan)品(pin)時(shi),通(tong)常(chang)會(hui)將(jiang)某(mou)些(xie)模(mo)塊(kuai)或(huo)部(bu)件(jian)外(wai)包(bao)給(gei)全(quan)球(qiu)各(ge)地(di)的(de)電(dian)子(zi)製(zhi)造(zao)服(fu)務(wu) (EMS) 公司,最後在歐洲生產商處進行總裝。
新興技術趨勢
醫療器械工程師也需要供應商提供產品支持新興技術趨勢,如數字界麵選項和一次性傳感器。傳感器生產廠商提供數字界麵(尤其是I2C輸出)有以下幾個原因:借助數字I2C輸出,設計人員可去除印刷電路板(PCB)上的信號調節電路,從而節省電路板空間和成本。此外,數字I2C輸出還可減少銅絲和電線的數量,進一步降低成本。零部件的減少有助於電路板向小型化發展。
電路板上的信號調節實現了傳感器的補償、校準和放大,從而提升測量的準確性和可靠性。這有助於提高護理質量和患者舒適度,並降低醫院或門診購買設備的總成本。醫療器械(從透析機、輸液泵到恒溫箱、呼吸設備)的製造廠商都必將由此受益。
為省去與藥液或與患者體液直接接觸區域的清洗工作,越來越多的醫療器械(如輸液泵)選用一次性傳感器。由於傳感器對醫療器械的性能起著決定性作用,醫務人員必須考慮一次性傳感器的可靠性。
如果在需要更換傳感器時卻沒有更換,交叉感染便成為一次性傳感器的重大隱患。當傳感器用於治療可通過體液傳染的HIV/AIDS、qinliuganhejuntuanbinghuanzheshiyouqiruci。jinguanyiliaoqixiezhizaochangshangjunjianyiyicixingchuanganqijinyongyuyiweihuanzhe,danzaiyusuanbuzuhequefajianguandediqu,mouxiezhensuobingbuhuizuncongzheyijianyi。
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