OEM 의료기기 및 장비에서 스트레인 게이지 기술의 이점에 대한 이해

고객 맞춤 스트레인 게이지 센싱 기술은 환자들의 로봇 수술에서부터 X선을 이용한 유방암 검진까지 모든 시스템에서의 경험을 향상시킵니다.

소개

오늘날 매우 경쟁적인 의료기기 시장에서, 주문자 상표에 대한 제품 생산자(OEM)와 그것들과 관련된 디자인 그리고 엔지니어는 보다 큰 비즈니스 이점 달성을 위한 수단으로써, 완제품의 디자인에 고객 맞춤형 스트레인 게이지 센싱 기술을 포함하여 선택합니다. 그러한 기술의 능력, 정확도와 연장된 서비스 기간들은 이러한 어플리케이션이 있는 현장에서 검증되었습니다. 또 다른 측정 이점은 전반적인 시스템 성과, 이것의 핵심인 “추가 경쟁력”을 더한 OEM방식, 그로 인한 주요 계약과 프로젝트에서 판매량 증가와 전체적인 “적중률”에서의 고객 만족 증가입니다. 스트레인 게이지 기술은 또한 장비 진단 능력의 급격한 향상을 이루는데 기여합니다. 이로 인해 필요한 유지보수 시간과 비용 감소, 보다 적은 현장 실패 그리고 궁극적으로, 환자를 돌보는 능력 향상을 이루었습니다. 그러한 이유로 스트레인 게이지 기술은 종종 OEM사이에서 기술적인 “성공의 비밀”로 여겨집니다.

의료기기 및 장비를 위한 고객 맞춤형 스트레인 게이지 센싱 기술의 성공적인 설계, 개발, 제조에서 60년 이상의 경험을 가지고 있는, HBM은 이러한 시장에서 세계적인 자체 제조 운용 및 수백 개의 성공적인 어플리케이션에서 얻은 자체 특별 전문지식의 이점으로 산업 개척자가 되었습니다. 스트레인 게이지 기술의 이점을 정확하게 이해하기 위해, 스트레인 게이지 자체의 운용과 구조를 이해하는 것이 중요합니다. 이 기사에서는 스트레인 게이지 기술의 개요와 의료기기 및 장비 제조의 실질적인 어플리케이션을 제공합니다; 의료기기 디자인에서의 소개된 고객 맞춤형 스트레인 게이지 기술의 일반적인 과정을 설명합니다; 그리고 성공적인 기술 결합을 통하여 달성된 장비 개선의 사례를 제공합니다.

스트레인 게이지의 이해

일반적인 휘스톤 브릿지 회로 디자인

스트레인 게이지는 일반적으로 매우 작거나 정밀한 기계적인 스트레인을 측정합니다.

그 결과, 저항의 변화 또한 매우 작기에 옴미터로 바로 측정할 수 없습니다. 그러므로 스트레인 게이지는 저항 변화를 정밀하게 측정 가능한 측정 시스템에 포함되어져야만 합니다. 이를 이루기 위해, 휘스톤 브릿지 회로를 구성해야만 합니다. 휘스톤 브릿지 시스템의 첫 구성요소는 스트레인 게이지 자체로 구성되어집니다. 그것은 전기적인 저항의 변화에서 기계적 스트레인으로 변환됩니다.

물리적인 센스에서 스트레인 게이지와 측정회로 둘 다 패시브 요소입니다. 각각의 스트레인 게이지는 안정된 회로에서 연결되어지고, 동일한 저항 값 두 부분으로 이루어지며, 휘스톤 브릿지 회로 내에서 형성됩니다. (HBM은 또한 완벽한 휘스톤 브릿지를 위하여 고정된 저항이 필요한 1/4-와 1/5-브릿지 디자인의 게이지를 구성합니다.) 브릿지 배열에 상관없이, 에너지는 회로의 자극에 의하여 게이지를 통하여 통과해야만 합니다. 회로는 유용한 시그널을 얻기 위하여 입력 에너지 소스를 가지고 있어야만 합니다. 보조 에너지는 분리된 소스로부터 가지게 됩니다. 일정한 전기 전압은 가장 일반적으로 사용되어지지만, 일정한 교류 전원의 사용 또한 가능합니다.

스트레인과 변화의 최소량의 감지에 의해 스트레인 게이지 저항이 바뀔 때, 브릿지 회로는 그것의 균형을 잃고 불안정하게 됩니다. 브릿지 출력 전압은 불균형한 브릿지 상태에 비례하여 얻어집니다. 만약 안정된 저항에서 변화가 없다면, 전기적인 출력은 값이 없거나 0이 나올 것 입니다. 평균적으로, 스트레인 게이지는 10피트 공간에의 1-dB진동을 충분히 감지하기 위한 1/10,000 마이크로 스트레인의 측정이 가능합니다. 그러므로 말 그대로 다양한 스트레인 게이지의 측정 가능성은 무한대입니다. 앰프는 지시계기나 모니터링 컴퓨터와 호환이 되는 수준의 브릿지 출력 전압을 올리기 위하여 측정 프로세스 안에 포함되어져야만 합니다. 때때로, 앰프는 전압에서 브릿지 출력에 비례하는 출력을 공급하도록 설계되어집니다. HBM은 각각의 OEM 요구에 맞는 가능한 다양한 출력 옵션을 제공합니다.

의료기기 및 장비에서 스트레인 게이지 기술의 결합

설계 엔지니어는 의료기기 설계에서 스트레인 게이지 기술을 통합하는 과정을 매우 전문화 할 수 있습니다. 실행은 최종 설계 요구조건에 직접적인 영향을 주는 산업이나 정부 규정, 둘 다를 목적으로 합니다.

HBM에서, 기술 작업에 대한 브리핑과 적용되는 규제 기준을 토의 한 후에, 최초의 프로토 타입 센서 디자인 컨셉이 만들어집니다. 이 과정은 다양한 기하학적 구조, 홀, 컷 아웃, 저항, 스레드 등과 같은 옵션을 포함하여 대상 제품의 성능을 달성하기 위하여 스트레인 게이지의 최적 타입을 위한 추천과 세부적인 어플리케이션 분석을 포함합니다. 스트레인 게이지를 위한 한정된 요소 분석과 다른 고급 엔지니어링 디자인 툴의 사용, 프로토 타입에서의 적절한 장소들이 정의 됩니다. 그 다음에, 게이지는 구체적인 작동 조건하에서 결합됩니다. 이 프로세스의 한 부분으로서, 설계자는 적용되는 하중, 실사용 조건에서 구조적 특성처럼 보이기 위한 부분의 구체적인 편차를 허용하기 위한 구조적 부분을 전략적으로 약화시킬 수 있습니다. 그 다음에 완벽하고, 정확하며 반복적으로 측정을 실행하기 위하여 조정, 보정됩니다. 이 부분들의 내부 테스트는 또한 산업기준과 OEM지침에 완벽하게 부합되어야만 합니다. 일단 고객에 의해 테스트 되어지고 받아 들여진 성공적인 프로토 타입이 만들어 지면, 그것은 생산을 위해 보내집니다.

HBM은 프로토 타입 개발을 위한 분석으로부터 24시간의 짧은 리드타임에 수많은 스트레인 게이지 제조를 위한 특별한 내부 능력을 가지고 있습니다. 기간에 영향을 받는 필요한 수량, 부품들은 미국, 유럽, 아시아에 위치한 HBM 제조시설 중 어디서나 생산될 수 있습니다. HBM은 또한 디자인, 개발, 정밀한 하위부품의 성능을 보장하기 위한 추가적인 내부 테스트 능력으로, 요구되는 하중 도입부를 추가할 수 있습니다.

의료기기 OEM은 또한 측정된 프로토 타입 부품으로부터 자체-제작 완성된 센서를 선택할 수 있습니다. 그러나, 스트레인 게이지 제조의 내부 전문기술의 전략적인 이점은 고객에게 품질과 제조된 센서의 균일성에 대해 완벽한 확신을 주는 것입니다. 각각의 센서는 최초 프로토 타입과 같은 엄격한 내부 기준에 따라 테스트되어집니다. 그리고 공급자는 중요한 구성요소의 정확성과 신뢰성, 장비 제조 일정에 맞추기 위한 정확한 배송을 약속합니다. 내부 생산 위험요소의 경감은 궁극적으로 장비 제조에 걸리는 시간, 비용, 자원을 절감할 수 있습니다.

성공적인 어플리케이션

고객맞춤 스트레인 게이지 기술은 고정밀 로봇 수술에서 환자의 체중 분포, 의료 펌프 압력, 유동 측정까지 모든 의료기기 및 장비에서 사용됩니다. 아래에 HBM에 의해 개발되어진 수백 개의 성공적인 스트레인 게이지 기술 어플리케이션 중 몇 가지 일반적인 사례를 기술하였습니다.

비외과 의료 영상 및 진단 장비

일반적인 CT스캔 장비는 하위부품에 다축 스트레인 게이지를 사용함으로써 더욱 부드럽고, 일관된 움직임과 테이블 위치 조정이 가능합니다.

CT 스캔 기기

CT 스캔기기는 매우 반복적인 테이블 위치 측정뿐만 아니라, 동일한 환자 몸무게 분포, CT스캔 영상장비의 정밀한 움직임까지 요구됩니다. 정밀성은 스캐닝튜브 안에 있는 환자가 과도하게 이동되는 것을 막는 동안 고정밀 영상 기능을 실행하기 위하여 요구되어집니다. 이러한 환경에서, 하위부품의 여러 축의 스트레인 측정의 결합은 무게 분포를 위하여 조정하는 동안 부드럽고, 일관성 있는 움직임과 위치 조정을 더욱 확실히 하기 위한 효과적인 수단임을 증명합니다. HBM 스트레인 게이지 기술의 성공적인 통합에 의해 만들어진, 이러한 디자인 향상은 더욱 정확한 의료 진단 영상 장비의 제조를 가능하게 합니다.

이축과 삼축 스트레인 게이지 힘 센서의 사용은 가능한 매우 높은 이미지 해상도와 유방조영상 동안 환자를 편안하게 해줄 수 있습니다.

X선을 이용한 유방암 검진 장치

비 침습성의 의료 영상 진단 장비로서, 유방조영술 장비는 유방암 검출을 위해 의료계에서 가장 일반적으로 사용되는 장비입니다. 이런 타입의 어플리케이션을 위하여, 의료기기OEM은 이미지를 찍으려고 할 때 기계자체에 의해서 환자에게 적용되는 물리적 힘의 양을 모니터링 할 목적으로 요구됩니다. 제안된 고객 솔루션은 편안하게 환자의 위치를 유지하고 기기가 과도하게 움직이는 것을 막는 동안 가능한 매우 높은 이미지 해상도를 감안해야만 합니다. 이 어플리케이션의 시도는 불필요한 다축 센서의 결합과 이축, 삼축 스트레인 게이지 힘 센서에 의해 해결되었습니다. 센서들은 유방조영술 장비의 클램프 위와 아래에 설치되어집니다.; 기계적 정지는 장비의 과도한 이동과 중복 측정을 막기 위해 통합되었습니다. 그 결과로서, OEM은 유방조영술 장비 설계에서 제공된 더욱 정확한 위치 조정, 더 나은 환자의 편안함과 향상된 이미지 해상도의 개선이 도입될 수 있었습니다. 그 외에 HBM 스트레인 게이지 기술의 성공적인 의료기기 위치 및 모션 어플리케이션은 수술 테이블 조정, 척추지압 침대 및 치과 수술 의자를 포함합니다.

무게 분포 어플리케이션

리프트 시스템 침대 핸들에 고객맞춤형 스트레인 게이지 힘센서의 조립은 환자 리프트 시스템의 이동률을 더욱 쉽게 조절할 수 있도록 도와줍니다.

환자를 위한 리프트 시스템

모터가 달린 리프트 시스템은 환자를 휠체어나 들 것으로부터 침대로 옮기거나 이동하는 일반적인 수단 뿐만 아니라 폐렴이나 압박궤양의 발달의 잠재적인 요소를 최소화하기 위해 이용합니다. 환자의 침대 옆에 설치된 핸들 장치로 구성된 시스템은 필요할 때 모터를 이용하여 움직이기 위하여 당길 수 있습니다. 이러한 고객맞춤형 어플리케이션 요구조건을 위하여, 주요한 의료 장비 OEM은 적절한 무게 분포 모니터링, 무게 중심과 속도 및 모터로 움직이는 리프트 움직임의 일관성에 대한 더 나은 방법을 위하여 HBM이 시도하였습니다. 리프트 시스템 침대 핸들에 고객맞춤형 스트레인 게이지 힘 센서 조립에 의해, OEM은 움직임의 시스템 율을 더욱 쉽게 조절 할 수 있었습니다.: 핸들은 힘의 양에 비례하기에, 전문의료진들은 편리하게 리프트 속도를 조절할 수 있습니다.

의료체중계

소아과, 수의학, 홈 헬스 모니터링과 제약 사용에 요구되어지는 것처럼, 의료 저울 조립은 성공적으로 결합시킨 HBM의 고객맞춤 스트레인 게이지 기술의 의료OEM 어플리케이션의 예입니다. 이런 타입의 매우 다양한 요구조건은 측정되는 나노 스트레인이나 약간의 다른 값이 수용되는 하위 부품에서부터 500lbf까지 측정되는 무게측정 시스템까지 이릅니다. HBM에서 개발된 성공적인 OEM 의료 무게측정 어플리케이션의 최근 사례는 아기들을 위한 저울의 금속판에 로드셀을 결합시킨 것입니다. HBM은 하위부품을 제조했고 고객에게 전체 저울을 형성하는 모판을 공급하였습니다.

아주 작은 외과 의료 장비

다축 고객맞춤형 스트레인 게이지 센서 하위부품의 시리즈는 OEM으로 더욱 정밀한 실행능력을 가진 고정밀 수술장비의 개발을 할 수 있게 해줍니다.

원격 로봇 수술

아시아 태평양 의료계의 최근 트렌드로 정형외과수술을 위한 로봇 공법이 채택되어졌습니다. 이런 타입의 어플리케이션은, 현장 수술 절차로서 정밀성과 정확성을 같은 수준으로 유지하는 동안, 의사가 원격으로 환자를 수술합니다. 새로운 로봇 수술 장치를 위한 요구사항을 맞추기 위하여, 주요한 의료 장치 OEM은 원격으로 골반 수술을 하는 동안 깊이의 정도와 드릴 날의 회전력 둘 다 정확하게 측정될 필요가 있습니다. 제조자는 동일한 반복을 유지하고 드릴 날의 위치를 정확하게 잡는 동안, X, Y, Z축에서 드릴이 뼛속으로 얼마나 깊이 들어갈 것인지를 정확하게 결정하는 것이 요구됩니다. 위치 조정과 관련하여서는 들락거리는 드릴의 회전운동, 회전토크측정의 지시, 수만 인치 내에 제작된 정확한 요구조건을 나타냅니다. 매우 도전적인 어플리케이션 요구조건들을 다루기 위하여, HBM이 설계하고 상,하향하는 힘, 움직임을 측정하기 위한 압축, 장력 방식, 모두의 다축 고객맞춤 스트레인 게이지 센서 부품 시리즈를 제조하였습니다.
또 다른 스트레인 게이지 센서는 수술대 위의 환자 위치를 정확히 하기 위한, 꺾임 정도와 드릴링 움직임 일관성을 측정하기 위한 직각 배치 내에 설치됩니다. 그 결과, 의료 장비 OEM은 더욱 큰 정확도와 기술능력의 고정밀 로봇 수술 장치를 도입 할 수 있었습니다.

의료 펌프

인슐린 펌프 흐름 모니터링

인슐린 흐름을 모니터링 하기 위하여, HBM은 인슐린 펌프의 나오는 양을 조절, 모니터하기 위한 스트레인 게이지를 개발하기 위하여 HBM은 의료 장치 OEM을 착수하였습니다. 펌프는 테라피 치료가 요구되는 환자들을 위한 추가 요구조건과 혈액 포도당 모니터에 의해 결정되는 지속적인 인슐린을 제공하기 위하여 지속적으로 환자 신체에 사용하기 위하여 설계되었습니다. 어플리케이션 환경은 매우 소형이며 일반적인 환자들이 사용하는 지속적인 충격, 진동 입력 대상이 될 수 있습니다. 그러므로 매우 견고하고, 정밀하며 가벼운 스트레인 게이지 센싱 기술이 요구됩니다. 이런 어플리케이션을 위하여, HBM은 특별한 초소형 스트레인 게이지 센서 조립, 배치를 설계, 개발하였고 인슐린 방출의 수동, 자동 조절을 위해 전략적으로 약화시켰습니다. 세계를 이끄는 많은 인슐린 펌프 제조회사들을 위한 산업표준으로서 스트레인 게이지 센서 결합은 이 기술의 성공적인 통합을 이끌었습니다.

고객맞춤 스트레인 게이지 조립은 정맥마취주사, 통증관리요법과 수혈장비를 위한 중요한 약물양의 모니터링, 조절을 합리적인 가격으로 제공합니다.

의료 투입 펌프/ 흡입 펌프

의료 투입펌프의 흐름 모니터링을 위해, HBM은 배관 클램프를 통해 받는 정맥주사 약물의 양을 모니터하고 조절하기 위한 스트레인 게이지 시리즈를 개발하였습니다. 기기는 약물과 접촉이 없이 일정한 양을 전달하도록 설계되어야 합니다. 이 어플리케이션을 위해, HBM은 특별한 1.5 lbf 스트레인 게이지 센서를 조립, 배치합니다. 그리고 날개 모양의 구성은 전략적으로 약화되었습니다. 날개 모양과 함께, 조립은 매우 높은 반복성과 용액 자체와의 비접촉식을 위하여 약물의 흐름이 멈췄을 때, 완벽한 스프링, 영복귀의 움직임을 모방합니다. 센서는 튜브라인이나 정맥이 막히는 것과 같은, 외부요소에 의해 야기되는 지속적인 흐름의 잠재적인 방해뿐만 아니라 교체를 위한 시그널링, 용액무게뿐만 아니라 증가된 용액 손실을 측정하기 위한 장치, 배관 클램프 위, 펌프의 다양한 전략적 위치에서 적용됩니다. 이 특별한 기술의 사용은 병원 모든 환자 치료조건에 적합하며, 정맥마취를 위한 중요한 용액 흐름의 모니터링 및 조절, 통증관리요법, 수혈 장비의 합리적인 비용으로서 다양한 형태 내에서 다양한 펌프 OEM에 의해 적용됩니다.

신장 투석 기계

스트레인 게이지 센싱 기술이 결합된 신장투석기계는 균일한 용액흐름과 적정비율의 순환, 비율 그리고 파라미터에 따른 주파수를 확인하기 위하여 수반하는 전자제어기기에 저장됩니다. 이 흐름 측정 시스템의 타이밍은 몸에서 빠져나간 피를 확인하며 걸러주고, 시너지 타임프레임에서 재순환 과정이 발생합니다. 이 어플리케이션에서, 스트레인 게이지 부품은 의료 펌프뿐만 아니라 혈액과 폐기물 금속용기 무게, 걸려있는 정맥 주입의 흐름을 모니터하기 위해 사용됩니다. 일반적으로, 이 센서들의 데이터는 투석과정 처리 전자제어기기에 의해 사용됩니다. 이 어플리케이션을 위해서, HBM은 금속용기무게를 측정하기 위해 수반되는 로드셀 기술을 포함, 다양한 고객맞춤 스트레인 게이지 센서 조립을 설계하였습니다. 이 포괄적인 기술 결합과 함께, OEM은 펌프와 매끄러운 투석과정운영을 확인하기 위한 필수 점검과 밸런스를 통합시킨 캐니스터 시스템 둘 다를 보장합니다.

결론

비교적 간단한 구조의, 의료기기와 장비의 HBM 고객맞춤 스트레인 게이지 기술의 OEM결합은 많은 장점을 제공합니다. 스트레인 게이지의 비교적 저렴한 가격의 디자인은 다양한 비외과적인 치료와 최소한의 절개를 하는 장치 디자인을 완벽하게 결합하기 위하여 높은 정확도와 반복성을 제공합니다. 특별한 측정 요구조건을 충족시키는 수정, 변경을 위한 스트레인 게이지의 광범위한 능력은 산업에서 사용이 점차 증가하는 추세입니다. 수백 개의 어플리케이션에 대한 60년 이상의 전문기술로, HBM의 팀은 의료 시장과 그것과 관련된 과제들을 이해합니다. OEM 스트레인 게이지 부품을 개발하기 위한 세계적인 제조 능력을 통하여, 프로토 타입 작업을 완료하여 회송하는데 걸리는 시간은 겨우 24시간뿐이며, HBM은 매우 만족하는 의료장치의 점차 증가하는 수와 디자인 효율과 성능을 향상시키기 위한 새로운 옵션을 추가한 고객 장비를 지속적으로 제공합니다.

Authors:

Robert Chevalier
Director of Sensor Sales, Americas
HBM

Molly Chamberlin
President and Founder
Embassy Global PR & Marketing Communications, LLC
www.embassyglobalpr.com