医療機器、デバイス、プローブの電子システムは、制御活動、正確な診断、治療の基礎としてセンサー信号に依存しています。 医療用途の厳しさに耐え、FDAやCEなどの必要な登録に準拠した厳格な仕様に合わせてセンサーを設計することで、コンセプトをスマートで接続された創造物に変える革新的なシステムが可能になります。
生命に関わるアプリケーションにおけるセンサー設計は複雑に思えるかもしれませんが、アプリケーションと監視する必要のあるパラメータが明確に理解されていれば、適切なセンサーを選択するのは簡単です。たとえば、医療環境では通常、アプリケーション固有の要件だけでなく、製品のコンセプトから製造まで考慮する必要がある標準およびカスタムの製品要件も組み込まれています。さらに、1つのアプリケーションに複数のセンサー テクノロジが存在する場合もあります。
特定のセンサー技術を独自の医療環境にどのように適用できるかを知ることは、設計者が効果的なセンシング ソリューションを実装するのに役立ちます。
正確な患者モニタリング
最近の医療の進歩は、センサーがいかにしてイノベーションを前進させ、病状をより深く理解し、患者のケアと健康を改善しているかを実証しています。
光学ベースのセンサー は、パルスオキシメトリー（SpO2）などのピーク波長の選択が優先される医療用途で使用されており、パルスオキシメトリーモニタリングアプリケーション用の完全なプローブアセンブリにパッケージ化できます。 TE Connectivity（TE） は、デュアル LED、2波長エミッター、スペクトルペアの光検出器を備えた光学センサーと、再利用可能なフィンガークリップ、柔らかいシリコンブーツ、さまざまな使い捨てセンサーを含むSpO2 プローブプラットフォームを提供しています。
非常に用途の広いセンサー技術である圧電フッ素ポリマーフィルムは、独自の機能を備えており、動的ひずみに比例した電圧または電荷を生成します。このフィルムは、さまざまなカスタム設計、構成、アプリケーションに適しています。医療用途では、ピエゾフィルムセンサーを鼻の下や胸ストラップに配置して、患者の呼吸数を検出することができます。また、フィルムセンサーは薄いため、ウェアラブル医療機器アプリケーションに適しています。
TEのデジタル湿度および相対湿度と温度センサー は、独自の静電容量セルを設計に組み込んでいます 。これらの 低電力デバイスは、スペースの制約が厳しいOEMのコスト重視のアプリケーションに適しており、医療アプリケーションも例外ではありません。 実際、 湿度センサー は、呼吸器アプリケーションで空気の質を監視するためのさまざまな方法を提供し、単一のコンポーネントとしてだけでなく、さまざまな形式で使用できます。
NTC (負の温度係数) サーミスタ のセラミック設計の進歩により、スタンドアロンの患者体温モニタリング アプリケーションの精度が向上し、より侵襲性の低い温度検知方法によって患者の快適性が向上します。これらの進歩により、パッケージング方法がますます小型化され、新しい革新的な患者の体温モニタリング アプリケーションでの使用が可能になります。
湿度トランスデューサーは、PCB（プリント回路基板）モジュールとして周波数（デジタル）出力を提供し、10～95%の相対湿度に対して3～5%の範囲の精度で校正できます。 また、電圧 (アナログ) 出力用にパッケージ化することもでき、湿度の補正が必要な空気品質アプリケーションで使用するために、相対湿度 (RH) 10 ～ 95% の範囲で2% の精度で設計されます。
呼吸器ケアにおける使用
人工呼吸器または人工呼吸器のマスクに取り付けられたボードレベルの低圧センサーは、連続的な空気圧を測定してフィードバックを提供するとともに、吸入と呼気のサイクルを検出して補助します。
マスクボックスにはCOを監視するためのサーモパイル温度センサーも搭載されている。 2 患者の呼気パターンのレベルを監視し、体や顔に装着した皮膚温度センサーで体温を監視します。気道供給システム内に配置された温度センサーは、患者に供給される空気の温度を測定し、制御します。
SpO 2 人工呼吸器または人工呼吸器自体に接続された光学センサーが心拍数と血液中の飽和酸素レベルを検出します。
タンクでは、磁気抵抗位置センサーが残水位を監視し、水位が低くなりすぎるかどうかを感知します。 一方、水タンクやヒーターに統合された湿度センサーコンポーネント、アセンブリ、またはPCBモジュールは、湿度レベルを監視および制御して、呼吸の快適さを維持します。
CPAP (持続陽圧呼吸療法) 装置では、継続的な空気圧を監視するために、ボード レベルの低圧センサーがポンプまたはマスクの内側または外側に配置されます。CPAPマシン内部で使用する場合、これらのセンサーは吸入と呼気の発生をカウントします。
CPAPマシンの湿度レベルも、呼吸器や人工呼吸器で使用されるものと同じセンサー コンポーネント、アセンブリ、PCBモジュールによって呼吸の快適さのために制御されます。この場合、センサーは呼吸マスクまたは湿度発生器モニターに統合されます。
センサーは睡眠時無呼吸の研究においても重要なデータを提供します。 額と手足に取り付けられたNTC温度センサー皮膚パッチが体温を測定し、ウェアラブル指先パルスオキシメーター内部で使用されるSpO2 光センサーが飽和血中酸素濃度と脈拍を測定します。
ピエゾフィルムシートは、いびきなどの振動を検出するために鼻に貼るパッチとして使用したり、呼吸パターンを監視するために鼻の下に置いたりすることができます。このフィルムを額や手足に貼ると、睡眠中の体の動きや乱れを検知します。
麻酔の投与において、神経筋伝達 (NMT) センサーとして使用されるピエゾフィルムは、麻酔の深さを監視して患者ケアを向上させることができます。
医療用途に革新をもたらすセンサーのこれらのいくつかの例は、患者のケア、監視、および全体的な生活の質を改善するために達成できることのほんの一部に過ぎません。以下は、医療用途全体で物理的特性を監視するために効果的に使用できるその他のセンサー技術のリストです。
医療用途で使用されるTEの特定のセンサーの詳細については、 ここをクリックしてください。
医療用途で使用される代表的なセンサー技術
プレッシャー
• 圧電抵抗型MEMSシリコンチップ
• マイクロフューズ接合シリコンひずみゲージ
• 媒体隔離圧力カプセル
• 接着箔ひずみゲージ (BFSG)
• 小型MEMSひずみゲージ
温度
• NTCサーミスタ
• ミニチュア熱電対
• 非接触サーモパイル（パッシブIR）
• 白金薄膜抵抗
温度検出器 (RTD)
• デジタル温度チップ技術
湿度
• 独自の静電容量式
• 湿度と温度の組み合わせモジュール
フォトオプティクス
• デュアル波長
• フォトダイオードセンサー
• エミッターとセンサーを組み合わせたモジュール
力と負荷
• 圧電抵抗型MEMSシリコンチップ
• マイクロフューズ接合シリコンひずみゲージ
• 接着箔ひずみゲージ (BFSG)
圧電
• 圧電ポリマーフィルム
• 圧電セラミック
液面レベル
• シングルポイントリードスイッチ
• シングルポイント超音波
• 連続超音波
• 侵襲的
• 非侵襲的
位置
• リニアLVDT
• 回転可変差動変圧器 (RVDT)
• ケーブル延長（ストリングポット）
• 線形磁気抵抗
• 回転磁気抵抗
• 傾斜および角度センサー
振動と加速
• MEMSベースの加速度計
• 圧電型加速度計
• 単軸、二軸、三軸構成