医疗器械中的灵活性设计

【 2013-06-04 发布】　美迪医讯

在医疗器械设计中，灵活性好的零部件能够降低成本、加速上市、减少装配时间以及简化供应链。如果有一个产品平台能够提供各种选件，那么医疗器械设计人员就能够快速地选择满足其应用要求的产品，而不必花费高昂的成本去定制。

霍尼韦尔传感与控制部已经对其传感器产品线进行了平台化处理，能够满足设计团队快速开发样品、更改设计以及生产的要求。通过迅速提供多种选件及零部件，我们能够帮助设计人员以最低的成本设计产品，并及时上市。

这些基于平台化设计的传感器能够用于大多数应用场合，并可在软件中对其进行微调。这些传感器具有多种端口类型、安装类型、电压及输出模式（数字或模拟）供用户选择。因此医疗器械工程师可简单快速地更改其产品设计和规格而不必重新设计，避免了产品发布延迟和成本增加等问题。

产品线平台化处理能够满足医疗器械设计的多种特殊性能要求，包括产品尺寸和外形、制造工艺以及与传感器连接的其它电子设备等。此外，构成传感器平台的各种构建模块从初始阶段就经过了验证，确保了产品优质、可靠。

当评估不同种类的传感器时，不论是压力、气流还是触力传感器，设计人员都需要关注正确的问题。例如，传感器产品系列能够提供哪些种类？产品线提供的产品是否可在全球范围内使用？传感器是否经过验证和校准？能否快速提供不同的配置？这些问题可确保您根据设备的性能和上市时间要求选择最佳的传感器。

在下列六个连载的博文中，我将讨论使用平台进行产品研发是如何使各种医疗器械应用受益的，这些应用包括呼吸机及麻醉系统、透析仪、眼外科手术、伤口治疗、注射泵以及分析仪器等。通过该平台，医疗器械设计人员能够在多种应用中轻易地获得满足其要求的定制传感器。

标题：灵活的传感器设计对呼吸机及麻醉系统研发人员的好处

通过灵活设计气流和压力传感器，麻醉机及呼吸机制造商能够简化产品制造、维护及产品使用培训过程。传感装置的平台化处理为客户提供了数千种选择以满足其不同的封装形式、外形及尺寸要求。另外，它还能够让设计人员在不同的产品线内使用同一种基础型传感器设计。例如，新生儿呼吸机和成人呼吸机就可以使用同一种基础型传感器进行设计，只需在校准上稍作改变即可。

在任何类型呼吸机的设计过程中，一个主要的挑战就是由不同制造商提供的不同种类的空气泵的运用。这意味着每种设备的同一输出实际上会有所差异，因此需要灵活的传感器性能。此外，每种设备的气流通道尺寸和长度也会有所不同，这将影响到封装要求以及感测气流。

麻醉机用于将药物输送至病人体内，让病人感觉不到医疗过程中的不适或降低和消除病人的疼痛。在麻醉机应用中，气体质量流量传感器用于测量空气、氧气及一氧化二氮气体流，从而将规定量的气体输送至病人体内。同样地，呼吸机则是用于将空气和氧气的混合气体输入和抽出病人的肺部，帮助病人呼吸。测量空气和氧气流的气体质量流量传感器需要能够比较容易地进行校准，确保输入病人体内的氧气量是准确的。传感器还要具有调整和校准的能力，以便测量出精确的流量。

气体质量流量传感器，如霍尼韦尔传感与控制部的Zephyr™ HAF系列传感器，具有宽广的气流测量范围，设计人员可选择其中一部分来优化应用的整体性能。HAF系列产品采用模块化搭建设计，能够在软件中进行微调校准，使得设计人员可以根据具体设计缩放气流测量范围（+/ - 50 SCCM到200 SLPM）。这一功能是非常重要的，因为呼吸机等呼吸设备经常会为了实现不同功能而使用多个气体质量流量传感器，这些功能的实现需要传感器有不同的气流范围和灵敏度。

在麻醉机上使用电路板安装型和不锈钢介质隔离型压力传感器同样可实现类似的好处，这些传感器可用于测量空气和氧气压力，确保压力不会大于设定限度。这些传感器需要具有高精确度和稳定性，以确保读数精确且不会随时间变化而改变，并减少错误的发生。呼吸机同样使用了多个电路板板安装型低压传感器，可用来测量病人吸入或呼出的空气和氧气压力，保证压力不会大于设定水平。这些传感器需要具有高稳定性和高精度以确保每次测量的可重复性及可靠性，提高了病人的安全性。

电路板安装型压力传感器，如霍尼韦尔TruStability® HSC/SSC系列传感器，为用户提供了多种选择，包括封装形式、安装方式、电源、信号输出模式以及在产品平台上可实现的自定义校准功能，简化了产品制造及供应链。

TruStability传感器平台能够提供具有高稳定性和高精确度的传感器，这些传感器的压力测量范围为+/-1inH2O到150 psi，并具有两种总误差（+/-1%或+/-2%）。此外，这些传感器还经过了充分的补偿、校准和放大，使用起来非常简单，缩短了设计时间，降低了成本，增加了可靠性。

产品要针对全球市场进行设计是另一个需要考虑的重要因素。在不同的国家，呼吸设备的设计可能完全不同。这就导致了基于世界地区而不同的大量的封装要求。灵活性强的传感器应能够提供多种封装选项，既可满足常用于发达地区的集成歧管设计，又可满足常用于发展中地区的包含许多导管与接线的陈旧设计。

标题：透析机——温度控制与压力检测的结合

在透析机中，温度控制解决方案与压力传感器紧密合作，精确地向病人输入与其身体同等温度的透析液，这对病人的安全是至关重要的。从一家零部件制造商选择柔性加热器及压力传感器而非从多个供应商处选择多种温控产品及传感器，可以有效简化产品制造和供应链。同时，从一家制造商选购产品还能够简化产品装配，缩短设计时间，使设计人员能够空闲出来以进行其它系统的工作。此外，通过供应满足合规要求的完整组件，制造商还能够为产品系统认证提供帮助。

在血液或透析液再次被输入病人体内以前，加热器会将血液或透析液加热到与病人身体同等的温度。加热器需要精确地控制透析液的温度，电路板安装型压力传感器则控制着流入和流出病人身体的透析液的流速。它们需要在不影响液体流动的前提下实现对透析液和静脉血压的测量。

采用结合温度传感器和温控器设计的柔性加热器应具有多种加热技术及材料，这对其用于不同种类的透析机是非常重要的。透析机设计中常要求使用不同尺寸和温度的加热器，会影响到加热器所需的温度控制类型。

例如，霍尼韦尔传感与控制部的柔性加热器采用热交换（恒温槽）或加热板直接加热技术来控制热量。此外，该加热器还集成了温度传感元件和温控器。

为了更高的应用灵活性，霍尼韦尔的加热器提供了多种尺寸、功率、安装选项、温度监测及温度控制功能供您选择。此外，它还提供有多种配置（扁平型，螺旋型，透明型，组合型及高温型）和制造材料（硅、聚酰亚胺、聚酯铟锡氧化物以及其它电介质）。

在透析治疗中，精准地测量透析液和静脉压力对病人的安全是至关重要的。压力传感器需要准确地监测透析液和血流压力，以将压力维持在预定范围内，确保不会出现压力过高或过低的情况，否则将会引起血管破裂或输液管内出现气泡。

获得准确、精确及较好的系统变化响应时间的最佳方法是将感测元件放置在离液体尽可能近的地方。这就要求压力传感器通过液体介质兼容性来消除设计的复杂性，节省用于保护传感器的成本。

例如，霍尼韦尔的TruStability HSC/SSC电路板安装型压力传感器和26PC直通式压力传感器能够直接与液体接触，并提供多种不同接口和封装设计，使得透析机制造商可以将传感器与液流相连接。在为病人做透析治疗时，由于它们能够直接与液体介质相接触，所以能够快速地提供透析液压力反馈。

另外，压力传感器还应当具有多种安装选项以适应各种应用。例如，通过提供电缆组件，传感器平台能够适应远端安装应用以及受限空间应用等。这使得设计人员能够将传感器安装在正确的位置，实现准确和精密的测量。

标题：眼外科手术——传感器是怎样帮助外科医生的

密封是在白内障或青光眼等眼科手术过程中需要注意的最大问题之一。手术过程需要很精准地对眼睛或眼压进行监测和控制。例如，在治疗难治的青光眼时，手术装置必须聚焦于眼睛上，要在非常低的压力状态下高度精确地测量气流和空气压力，对空气泄漏进行检测，从而有效地避免对敏感的眼部组织造成任何伤害。

在眼外科手术应用中，传感器具备将气流或压力缩放到一定量程的能力非常关键。通过平台化处理，传感器制造商能够迅速地缩放传感器流量测量范围，实现设计人员的自定义应用。

维持眼压的压力泵集成了气流和压力传感器，这些传感器对保证病人的安全是非常关键的。气体质量流量传感器用于控制空气压力，而压力传感器则用作安全阀。

用户可以自定义所需压力量程，这也将便于制造商将其设计成自己的产品。例如，霍尼韦尔传感与控制部的Zephyr™ HAF系列气体质量流量传感器可提供从+/- 50 SCCM到+/- 750 SCCM的气流量程，使得设计人员能够选择合适的传感器来优化应用的整体性能。此外，它还允许设计人员将同一基础型传感器集成到多种设计中。

在手术中，压力传感器需要维持精确的压力并抑制吸入压力损失，从而避免对病人眼睛造成任何伤害。当用作安全阀或用于视网膜手术时，霍尼韦尔TruStability®电路板安装型压力传感器能够提供应用所需的高灵敏度和精度。这些电路板安装型压阻式硅传感器能够提供非常高的精度，可达到满刻度量程的+/-0.25%（最佳拟合直线的误差为+/-0.25% FSS）。

通过提供压力范围自定义（+/- 1 inH2O到150 psi）、多种连接选项、校准、放大及温度补偿等功能，这些压力传感器可很容易地被设计到不同的产品中去，从而使产品成本更低，上市时间更快，装配时间更短。

标题：伤口治疗——使用压力传感器测量真空度

在病人负压伤口治疗过程中，压力传感器用于控制压力。许多设计人员面对的一个关键挑战是伤口治疗设备要用于不同危急程度的护理环境，这将影响到对零部件的要求。例如，医院中使用的伤口治疗设备需要准确地测量真空度，而在家庭护理设备中，真空度测量就没有那么关键，通常只需要提供预设压力功能即可。但无论是何种情况，确保伤口上施加了适量的真空度是十分重要的。

随着老年人口对家庭医疗护理设备需求的增加，提供家庭医疗护理设备已经变得越来越重要，但同时还要提供医院护理用的高质量设备，这就要求传感器产品平台具有足够的灵活性，能够同时生产出急救护理设备和家庭护理设备。这样有利于简化产品制造、装配以及供应链等。

例如，负压（真空）伤口治疗泵通过在密封伤口处施加负压将血液和易传染物等液体移除，可有效加速病人伤口的愈合。在伤口处施加合适的真空度是非常重要的，可确保伤口或手术缝合线不会裂开，并为伤口的愈合提供最优的干燥度。

在这些真空泵中，压力传感器用于测量真空度或负压值，而非正空气压力。通过使用平台化处理方式，医疗器械制造商能够在多种伤口护理产品中使用同一基础型传感器，设计人员能够缩放传感器的输出范围，以精确满足应用要求。在高度灵活的产品平台上，传感器可根据个别用户要求进行校准。

这些传感器还需要能够耐受某些液体物质。传感器要尽可能地放置在离液体（血液、易传染物质、生理盐水等）近的地方，以确保最精确的测量，此外传感器还应该易于清洗。

电路板安装型压力传感器（如霍尼韦尔传感与控制部的TruStability®系列）进行了充分的放大、补偿和校准，并且具有可扩展性和液体介质兼容性，因此能够很好地适应这种应用。它能够提供校准范围自定义、液体介质兼容性以及多种输出方式、压力类型、压力范围、安装选项及封装类型等，使得传感器平台能够用于各种产品线中。

成本同样是一个问题。因为有大量医用以及家用的伤口护理产品类型，所以传感器制造商需要提供具有同等质量和可靠性的低成本及小型化解决方案。

例如，霍尼韦尔的NBP系列基本型电路板安装压力传感器在保持成本效益的同时采用了独立的构建模块设计。这些传感器提供了各种封装形式、压力范围、外壳以及端口选项，能够很容易地集成到医疗器械制造商的应用中。相比于TruStability系列产品，虽然这些传感器的成本和性能都要低一些，但它们与霍尼韦尔的其它传感器产品一样，都是按照六西格玛标准设计的。NBP系列传感器具有小至7 mmx7 mm的紧凑的封装尺寸，能够满足便携式家庭医疗护理产品空间受限的要求。

标题：注射泵中触力和压力传感器的三个关键因素

注射泵用于将药物通过静脉注射输入到病人体内。在选择注射泵的触力和压力传感器时需要考虑三个关键因素，即可靠性、灵敏度和小型化。随着注射泵由传统型向便携式、移动式及植入式设备方向发展，其精度更高，功能也更加多样。设计人员应考虑能够提供大量选择的传感器平台，从而使传感器能够更容易地应用到各类设计中去。

设计人员还要注意压力传感器需要经过充分的补偿、放大和校准，从而能够更快的使用这些传感器。这种传感器具有更低的总成本、更高的可靠性及更快的产品上市速度等优势。

触力和压力传感器必须具有高可靠性和高灵敏度，以确保向病人注射合适剂量的药物。注射泵内部使用的是电路板安装型压力传感器，用于监测和控制液体流量；同时其外部使用的是触力传感器，用于测量注射药物的输液管的触力。触力传感器能够检测出注射泵管路是否阻塞，并在其不能输送药物时发出声音警报。

霍尼韦尔传感与控制部的TruStability®板安装型压力传感器采用模块化和灵活性设计，使得注射泵制造商能够在多种应用中使用单一传感器模型。传感器产品平台提供了自定义校准以及多种输出形式、电源、压力、安装和封装选项等，增加了设计的灵活性。

The TruStability sensors provide stable performance with low drift over time, allowing for accurate pressure monitoring of the fluid flow to maintain the right pressure. The sensors offer a flexible pressure range from +/- 1 inch of water to 150 psi.

TruStability传感器具有低时漂等稳定性能，能够精确监测流体压力，以使流体保持适当压力。该传感器可提供+/- 1inH2O到150 psi的压力范围。

触力传感器特也能够从产品的平台化处理中受益。例如，霍尼韦尔的触力传感器使用了与压力传感器相同的感测元件，即传感器设计中最小的构建模块。通过在触力和压力传感器中对感测元件进行验证，霍尼韦尔能够在量程范围内迅速地缩放触力传感器的测量范围，同时提供制造灵活性以满足需求激增以及快速样品研发的要求。

霍尼韦尔1865、FSS、FSG和FS01/FS03系列触力传感器可提供多种选项，如提供多种封装形式，以适应传感器与注射泵管路的各种连接方式。这些传感器采用了压阻技术，能够以较小的封装尺寸精确可靠地感测触力。传感器对触力变化的高灵敏度能够使其及时发现阻塞现象，提高了病人的安全性。

触力传感器，特别是当用于注射泵和透析机时，在封装形式方面具有很高的灵活性。例如，霍尼韦尔为其FSS触力传感器产品线增加了翼型引脚，使得医疗器械制造商能够将通孔安装设计改为表面贴装设计，消除了手焊操作，简化了生产工艺。

同时，通过提供更小尺寸的传感器，如FSS触力传感器，设计人员能够将其很容易地集成到空间受限的注射泵中。该类传感器具有小尺寸和低功耗等特性，增加了注射泵或胰岛素泵的便携性，改善了病人的生活质量。另外，传感器还具有将量程缩放到不同压力范围的功能，如FS01型传感器为0到1.5磅触力，FS03型传感器为0到3磅触力。通过将量程缩放功能与上述小尺寸选择性相结合，传感器能够在多种量程范围内提供很高的灵活性。

另外，霍尼韦尔触力传感器还提供有可修改的产品设计，这使得传感器设计更容易。这些传感器具有多种输出形式、安装选项、封装形式、操作力范围及灵敏度等。

标题：分析仪器的高灵敏度和可重复性要求

血液分析仪及气相色谱仪等分析仪器要求能够精确测量以相同体积和速度重复流过系统的液体，保证分析的准确性。在这些应用中，压力和气体质量流量传感器对精确度、重复精度及准确度的要求非常高。选择具有自定义气流和压力量程校准、多种安装方式、尺寸及封装选项的传感器能够使医疗器械设计人员在多种应用中使用相同的基础型传感器，从而实现更低的成本，更快的制造速度和简化的供应链。

除了要在低压时提供高精度和高可重复性外，压力传感器还必须能够承受冲洗或清洗时的高压。同时，这也意味着不管是用于血液分析仪（调节泵系统压力以抽取和输送采样样本），还是用于气相色谱仪（控制气流，维持精确的流量），压力传感器必须能够与不同的液体兼容。

例如，霍尼韦尔传感与控制部的TruStability™电路板安装型压力传感器在低压时具有很高的稳定性和精度，能够重复精确地测量压力，确保准确的样本体积以及较快的循环周期。TruStability传感器与多种介质兼容，可直接用于流体通道上。TruStability传感器还提供一系列压力、接线、校准及流体介质兼容性等选项。这些传感器都经过了充分的补偿、校准和放大，易于应用，同时也增强了产品的可靠性。

霍尼韦尔的24PC系列（没有经过放大和补偿）和26PC系列（没有经过放大，但经过温度补偿和校准）压力传感器是专为在液体介质中使用而设计的，具有多种端口选项（包括应用于多种设备的流通式），因此广泛应用于分析仪器中。

通过提供一系列匹配连接（端口选项）、封装形式（DIP、SIP、表面贴装）以及输出模式（模拟或数字）选项，压力传感器应能够很容易地被集成到任意产品设计中去。设计人员选择的所有标准选件和配置应经过预验证，这将显著加快产品的研发和制造。

气体质量流量传感器要具有足够的灵敏度和精度来检测小型气流，此外，该传感器还应使气流能够平稳地流过设备。例如，用于分离和分析样本组成的气相色谱分析就需要精确地控制在一段时间内的气体流速，以保证稳定和可重复的测试结果。

例如，霍尼韦尔Zephyr™ HAF系列空气传感器具有2.5%的高精度，能够在分析仪器中精确地测量气流。由于其能够测量+/- 50 SCCM到200 SLPM范围内的气流，因此设计人员能够选择气体质量流量传感器来优化应用的总体性能。平台化处理使得设计人员能够在软件中对传感器进行微调校准，因此设计人员可以针对每个设备设计缩放气流量程范围。此外，它还能够让设计人员在多个应用中使用相同的传感器平台。

Zephyr传感器采用模块化和灵活性设计，为医疗器械制造商提供了多种封装形式，能够满足设计人员的特定要求，节约了时间和成本。