理解应变技术在 OEM 医学设备中的重要性

应变技术能够为机器人手术,输液泵等提供测量解决方案

介绍

今天,高度竞争的医疗设备市场,采用应变技术能够获得竞争优势。高精度,更长的使用寿命是这些应用的关键。通过“额外的竞争优势”,能够获得成功的可能性。应变技术的使用能够降低维护时间和费用,并提高护理质量。应变技术是很多医疗设备制造商的“成功秘诀“。

60 年来,HBM 一直是应变技术的市场领导者,为客户提供完整的解决方案。本文将为你提供如何在医疗设备中应用应变技术提供一些指导,以及一些成功案例。

了解应变片

A typical Wheatstone bridge circuit design
典型的惠斯通电桥

典型用于测量非常小的机械应变,由于变化的电阻非常小,无法采用电阻计进行测量。因此应变测量必须采用一个测量系统,必须能够精确测量电阻变化。因此,惠斯通电桥必须被创立,其中一个电阻使用应变计,使其能够转换为电阻变化的机械应力。

无论是 应变片 还是测量电路,都是被动元件。应变计被接入到桥路中,和两个平衡电阻组成惠斯通电桥 (HBM 提供 1/4- 和 1/2-桥组成惠斯通电桥 ) ,另外必须有外部电源激励电路,这样才能获得有用的信号。很定电压源是最常用的,当然恒流源也是可以的。

应变变化能够导致桥路失去平衡,这样电阻细小变化都能被检测到。桥路输出电压能够反映这种不平衡,如果输出电压为零,意味着桥路是平衡的。一般来 说,1/10,000 微应变就能够测量出 10 平方英尺的 1-dB 振动。可以说,应变测量能够测量出无限范围内的变化。放大器必须被使用,用于提高放大输出电压,并传输到仪表或计算机上。HBM 能够提供完整的应变测量链。

将应变技术集成到医疗设备中

将应变技术集成到医疗设备中需要极高的专业性,不仅要符合政府法规,还需要满足设备的设计要求。

在 HBM, 在和客户沟通后,将为客户提供一个产品原型,并提供测量的最佳建议。 并会采用有限元分析等手段对其在应用环境中进行模拟,以确定最佳方案。

HBM 在德国,美国和中国设有研发中心,能够为客户定制产品提供专业服务。.

成功应用

应变技术可以用于治疗和非治疗型医疗设备,从高精度机器人手术,病人重量分布到输液压力和流量测量。典型的应用包括:

非侵入性医疗成像和诊断设备

通过多轴应变组件,CT 扫描机和手术台能够更平滑稳定地运动。

CT 扫描机

CT 扫描设备需要高重复性的表定位,以及平衡病人重量分布和CT成像设备移动的高精度。为了保证高精度成像并防止病人超行程被放置于扫描管内,高精度定位是非 常必要的。通过多轴应变传感器其可以使调整更平滑,并更有效地进行重量分配。通过 HBM 应变技术,能够满足更精确的成像设备的设计要求。

 

 

The use of dual and triaxial strain gauge force sensors can help achieve the highest possible image resolution and patient comfort during a mammogram.
双轴或三轴力传感器能够使成像更精确.

乳房X光造影机

作为非侵入性医学影像诊断工具,乳房X光检查机属于医学界最常用的设备,用于检测乳腺癌肿瘤和相关条件。在拍摄影像时,医疗设备供应商需要对由设备 产生的力进行监控。在保持病人舒适性并且阻止超行程的同时获得高分辨率的图像。通过采用双轴或三轴应变力传感器,HBM 解决了上述问题。这些传感器安装在检查钳的顶部和底部, 形成一个平台型秤监控设备弯曲,一个机械停车装置用于阻止超行程。因此,设备供应商能够进行更精确地定位,让病人更舒适并提高成像的分辨率。 HBM 应变技术能够使手术台,脊椎治疗床,牙科手术椅等调整,定位更精确。

 

 

 

 

 

重量分布应用

A custom strain gauge force sensing assembly within the lift system bed handle can help achieve better control over a patient lift system's rate of movement.
客户定制应变传感器,能够对升降系统进行更精确地控制.

病人升降系统

电动升降系统是指将病人移动到轮椅或病床上,尽量降低移动对别人产生的伤害,尤其是肺炎或褥疮患者。系统包括一个安装在病床边地设备,按照需求进行 升降。为此,一家著名的医疗设备制造商采用了 HBM 技术,用于监控重量分配,重心移动和速度,并控制升降系统的运动。通过 HBM 应变技术,系统获得了更有效的运动控制,包括力,升降速度等.

医学称重

医疗秤组件,例如用于婴儿,药品称重或者是家庭健康秤。 HBM 应变测量技术可以满足从数克到500磅的称重需求。最近的成功案例是将HBM 称重传感器嵌入到婴儿秤的金属板中。.

微创医疗器械

A series of multi-axis custom strain gauge sensor subassemblies can help OEMs develop high-precision robotic surgical devices with greater accuracy and performance capabilities.
多轴应变传感器组件让医疗设备制造商能够制造高精度远程手术设备.

远程机器人手术

最近,亚太医疗界采用远程机器人进行骨科手术。在此类应用中,医生对病人进行远程操作,在现场使用了高精度的手术设备。 为满足远程机器人手术设备的要求,医疗设备制造商需要远程精确测量髋关节手术钻位旋转深度和力的大小。设备制造商需要知道钻头在骨头上 X-, Y- 和 Z 轴行进的大小,并且准确高重复性地定位。 定位是指扭钻的位置测量,其旋转扭矩精度要求高达千分之一英寸。面对如此高精度的测量要求,HBM 设计并制造出一系列多轴应变传感器组件,用于拉压双向以及上下方向的运动和力。另外一个应变传感器安装在垂直方向,来保证钻探和测量的一致性,确保手术台 病人位置的一致性。从而让远程机器人能够进行高精度地手术。

医学泵

胰岛素泵流量监控

流体监控, 医学设备制造商要求 HBM 开发出可以监控胰岛素泵流体输出的应变片。这种泵专门用于门诊病人,并可按照病人的血糖反馈来提供胰岛素,并可用于病人治疗的全过程。应用环境空间狭小, 并需要能够抵御来自病人使用过程中的震动,因此需啊哟非常结实,高精度,并且非常轻的应变片。 为此, HBM 设计开发出微型的应变传感器组件,大大降低了自动或手工胰岛素给药过程中震动影响。这次测量技术的植入,成为了行业标准,众多的胰岛素泵的生产厂商均采用 此项技术。

Custom strain gauge assemblies provide a cost-effective means of monitoring and controlling critical liquid flow for intravenous anesthesia, pain management therapy and blood transfusion equipment.
客户定制应变片组件提供高性价比流体监控方案用于麻醉注射,疼痛治疗和输液管理.

医用输液泵/注射泵

对于医学输液泵的流体监控, HBM 开发出一系列应变片来检测和控制静脉输液过程。设备的设计需要不接触流体本身。为此, HBM 开发出独特的 1.5 lbf 应变片组件, 形成叶片状, 采用此种形状,此组件能够具有弹簧的特点,当液体停止流动时能够回零, 具有高重复性特点并且不和流体接触。 此传感器可以用于输液泵和管状钳,不仅可以测量流体的重量,还可以感测液体的流失和空袋状态 - 其表示要进行更换,以及外部因素造成的影响,例如管线缠绕和静脉阻塞。 此项极高性价比的技术已经被众多输液泵厂商所接受,用于麻醉注射,疼痛治疗和输液管理,能够满足门诊和住院治疗的要求。

肾透析机

通过集成应变技术,肾透析机能够使流量更均匀,速率更统一。流量测量系统对于为重病人更重要,以确保血液离开身体并被过滤。 在此类应用中,应变技术不仅被用于监控医学泵,还用于称量血液和静脉注射液的重量,以确保治疗的一致性。数据从传感器传送到控制仪表中进行透析过程。 为此, HBM 开发出一系列应变传感器组件,有了这些组件,设备制造商能够确保透析过程的稳定性和精确性。

结论

HBM 应变技术集成到医疗设备中具有很多优势,包括成本低,精度高,重复性好,并可无缝集成等,满足非侵入式设计的所有要求。60年的技术和经验,数以千计的应用案例都为你提供了成功的保证。

作者:

Robert Chevalier
Director of Sensor Sales, Americas
HBM

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

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