便攜式醫(yī)療器械設計需要更加靈活的部件封裝

 醫(yī)療器械行業(yè)一個最大的趨勢就是小型化，即開發(fā)更小型、更便攜的設備來應對醫(yī)院和家庭健康護理空間有限的挑戰(zhàn)，使得醫(yī)護人員能夠快速簡單地把設備從一個病人處移到另一個病人處。呼吸機、診斷設備、泵及抽吸設備現(xiàn)都正在改進以適應這種趨勢變化。健康護理行業(yè)的發(fā)展為促進醫(yī)療設備小型化做出了重要貢獻，特別是在歐美，他們竭力將病人從住院治療盡快轉為家庭護理治療，而在家庭護理治療中便攜性對于病人接受護理和使用設備來說是至關重要的，這有助于他們獲得盡可能高的生活質量。

設備小型化對醫(yī)療器械設計人員是一個挑戰(zhàn)，他們不僅要縮減產(chǎn)品的尺寸，還要設計出能夠實現(xiàn)各種配置和護理設置的設備。因而，傳感器制造商開始通過提供靈活的安裝選項、更小的尺寸以及將多個傳感器功能集成到一個封裝中來響應設備小型化的需求。在某些情況下，有些傳感器甚至在以前未曾涉及到的領域中得到應用，如外科手術器械。

傳感器平臺提供了多種機械接口、安裝方式、封裝類型和I/O選項，使得醫(yī)療器械設計人員能夠在降低成本和減小電路板空間的同時為其應用選擇合適的接口。例如，壓力傳感器就可集成到多種設計中，因為它提供有多種連接方式(端口樣式)、封裝形式(DIP、SIP、表面安裝)以及輸出(模擬或數(shù)字)選項。

靈活的傳感器封裝選項

傳感器具有靈活的封裝形式(包括歧管安裝和電纜組件選項)，使得設計者在印刷電路板(PCB) 上放置傳感器時具有更大的靈活性，此外，它還消除了管道和相關連接件的使用，使得醫(yī)療器械外形更加小巧，設計更加簡單，裝配更加快捷。靈活的安裝選項還可確保傳感器被精確地放置在所需位置，即靠近患者或液體介質(如血液、化學品或水)的位置，以實現(xiàn)準確和高精度的測量。

壓力傳感器

傳感器能夠放置在靠近患者的位置對于許多應用來說非常關鍵，比如在透析應用中，準確地測量透析液和靜脈壓力就非常重要。壓力傳感器必須能夠精確地監(jiān)測透析液和血液的壓力以確保其維持在所設定的范圍內。

此類型應用需求傳感器必須外形小巧且能夠耐受液體介質。在許多情況下，與液體介質不兼容的傳感器需要額外安裝部件來保護它，增加了產(chǎn)品的體積、費用以及復雜性。液體介質耐受力在監(jiān)測病人呼吸時顯得特別重要，因為此處的傳感器必須能夠承受病人的咳嗽和呼出的潮濕空氣。

例如，霍尼韋爾TruStability® HSC/SSC電路板安裝型壓力傳感器和26PC流通式壓力傳感器就可直接接觸液體，在過濾患者使用的透析液時迅速反饋透析液壓力。這些傳感器還為透析儀生產(chǎn)廠家提供了多種端口選項和封裝設計。

圖片說明：霍尼韋爾傳感與控制部的TruStability®電路板安裝型壓力傳感器提供了一系列機械接口、安裝方式和I/O選項以及液體介質兼容性選項，使醫(yī)療器械設計人員能夠選擇正確的接口和封裝來減少電路板空間。

用于傷口護理的傳感器

負壓創(chuàng)面治療是另一種得益于壓力傳感器微型化的應用，微型化傳感器能夠在最大限度地降低產(chǎn)品成本的同時為產(chǎn)品提供高可靠性和出色的質量。通過平臺化的方式，醫(yī)療器械制造商可以在各種傷口護理產(chǎn)品中使用相同的基本型傳感器，設計人員能夠縮放輸出以滿足應用的具體需求。例如，霍尼韋爾的NBP系列電路板安裝基本型壓力傳感器就提供了一系列封裝類型、壓力范圍、外殼和端口選項，使其能夠在考慮到成本的同時更容易地集成到醫(yī)療器械中。NBP系列傳感器被封裝在一個7 mm x 7 mm的空間內，能夠滿足便攜式家庭健康護理產(chǎn)品的空間需求。

圖片說明：霍尼韋爾的NBP系列電路板安裝基本型壓力傳感器外形小巧，易于放置在緊密間隔的印刷電路板上或小型設備中。一系列封裝類型、壓力范圍、外殼、凝膠涂層以及端口選項能夠滿足醫(yī)療設計人員特定的應用需求。

觸力傳感器

觸力傳感器在醫(yī)療應用中(如輸液泵等)用于測量藥物輸送管中的壓力。這些傳感器采用了壓阻技術，外形小巧，能夠精確、可靠地感觸力 (<100 ppm)。傳感器對壓力變化的高靈敏度使其能夠盡早地發(fā)現(xiàn)堵塞問題并及時發(fā)出聲音報警通知醫(yī)護人員，從而提高了病人的安全性。這些傳感器的量程還能夠縮放至不同的壓力范圍，包括0到1½磅力 (FS01) 和0至3磅力 (FS03)，并針對多個量程范圍提供了預驗證，從而實現(xiàn)了更大的設計靈活性。

觸力傳感器有多種封裝類型可選，能夠按照多種附著方式安裝到設備管道上，提供了最大的靈活性，尤其是在輸液泵和透析應用中?；裟犴f爾的FSS、FSG及FS01/FS03系列觸力傳感器提供了多種封裝類型和結構尺寸，易于集成到空間受限的輸液泵應用中且更加便攜，提高了患者的生活質量。此外霍尼韋爾的FSS和FSG觸力傳感器產(chǎn)品線還增加了翼形引腳，使得醫(yī)療器械制造商能夠從通孔設計變?yōu)楸砻姘惭b設計，更有利于當前的大批量生產(chǎn)。

集成元件

有些傳感器(如溫度傳感器和濕度傳感器)集成了多種功能，這將進一步促進設備的小型化趨勢，具有多種裝配和制造優(yōu)勢，包括：

- 通過消除電路板上的多個傳感器簡化了設備的設計、制造和安裝。

- 增強了設備的功能。

- 提高了患者的舒適度和安全性：由于設備帶有集成傳感器，其易損壞的零部件數(shù)量以及連接點變少了，減少了潛在的故障源數(shù)量。

- 通過消除PCB板到微處理器的電路板輪廓，設計驗證過程更加簡單。

- 減少了總成本。

傳感器內部包含的智能化裝置本身也有助于產(chǎn)品的微型化。例如，經(jīng)過完全校準、溫度補償和放大的傳感器減少了PCB板所需的零部件數(shù)量，有助于降低產(chǎn)品的尺寸、重量以及成本。通常情況下，這些設計無需使用電阻器和放大器等補償和校準傳感器信號的外部元件。正是因為不需要補償和校準，所以制造商就可以免去在測試流程上所耗費的時間和費用，最終縮短產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期。

制造商還可以通過增加一個傳感器數(shù)字接口選件進一步消除外部電阻器、電容器和放大器。數(shù)字接口能夠使傳感器信號直接與微處理器連接，從而為空間受限的醫(yī)療器械設計節(jié)省了電路板空間。

圖片說明：霍尼韋爾的HumidIcon™數(shù)字式溫濕度傳感器能夠在一個小型封裝內提供兩種功能，從而實現(xiàn)更大程度的微型化。

例如，霍尼韋爾的HumidIcon™數(shù)字式溫濕度傳感器就可以提供具有溫度補償?shù)臄?shù)字I2C輸出，消除了PCB板上與信號調節(jié)相關的元件，從而減小了電路板空間以及與這些元件相關的成本。這不僅簡化了傳感器與微處理器的集成，而且還可以消除伴隨PCB板上多信號調節(jié)元件產(chǎn)生的各種問題。

傳感器采用超小型SOIC-8表面安裝式封裝，具有兩種配置：無過濾器、無冷凝的HIH-6130型和具有阻水過濾器、抗冷凝的HIH-6131型。這些傳感器可以在低至2.3V的電壓下工作，能夠用于低功耗應用以延長電池壽命，這對于設備的便攜性非常重要。

平臺化傳感器

基于平臺的傳感器具有多種端口類型、安裝方式、額定電壓和輸出形式(數(shù)字或模擬)，可用于各種醫(yī)療應用。其靈活性使得設計人員能夠針對他們的應用選擇合適的傳感器而無需昂貴的定制化組件，同時也使得工程師能夠很容易地對他們的設備設計和技術規(guī)格進行更改。通常這種選項組合方式會降低潛在的額外成本和加快產(chǎn)品上市時間。

這種平臺化的方式能夠適應醫(yī)療器械設計的許多特殊需求，包括設備尺寸和形狀。傳感器平臺構建模塊對所有的標準選項和配置都進行了預驗證，有助于從一開始就為客戶提供高質量和可靠的產(chǎn)品，同時還加快了研發(fā)和制造速度。

傳感器制造商可以幫助設計人員設計出適用于現(xiàn)今醫(yī)療環(huán)境的醫(yī)療器械，無論是醫(yī)院還是家庭護理設備，產(chǎn)品的尺寸、易用性、便攜性、可靠性、精度和成本都是最重要的。在努力研發(fā)越來越小型化的設備時，設計人員必須了解其應用所需的壓力類型和范圍、精度、供電電壓、封裝需求以及輸出類型，這樣才能夠為其具體應用選擇最合適的傳感器。此外，他們還需要知道傳感器可能會接觸的液體介質，以選擇能夠兼容這些液體的傳感器。正是因為傳感器具有一系列尺寸、封裝方式、裝配選件、端口類型和輸出可供選擇，所以它們可應用于各種應用。