Bryan Hovey, Honeywell
כיום מהנדסי תכנון של התקנים רפואיים מתייצבים מול הזדמנויות ואתגרים ללא תקדים, אשר נוצרו על-ידי שוק המתפתח במהירות. אולי האתגר הלוחץ ביותר הוא יצירת מרכיבי חיישנים המסוגלים לעקוב אחר תהליך המזעור המתרחש כמעט בכל ההתקנים הרפואיים, החל ממוני לחץ-דם פשוטים ועד מכונות לב-ריאות מורכבות.
מזעור – מדוע הממדים והניידות חשובים
המשימה לקראת ציוד רפואי קטן יותר, נייד יותר, משפיעה כמעט על כל תחום הטיפול הרפואי החדיש. דבר זה ברור במיוחד בסביבות הובלת המטופלים, קליטתם והטיפול האמבולטורי בהן ככל שהציוד קטן יותר, כך הוא יוכל להגיע מהר יותר אל המטופל.
מנשימים ממוזערים, משאבות אינפוזיה ומנטרי סימני חיים מסייעים לבתי-החולים לשפר את איכות הטיפול בחדרים וביחידות טיפול נמרץ. אפילו חדרי ניתוח יכולים ליהנות ממנטרים (monitors), משאבות וציוד שאיבה קומפקטיים המעניקים לצוות הטיפול גישה נוחה יותר אל המטופל והמנטרים, ציוד החייאה וטיפול אשר הם תלויים בו.
תכנונים חוסכי-מרווח גם מגדילים את ניידות המוצר, ומאפשרים למטפלים להעביר במהירות ובקלות את הציוד ממטופל אחד לשני. ציוד נייד ביותר יכול להיות נפרס במהירות במצבים קריטיים בהם כל שנייה קובעת. ניידות גם מאפשרת למטופלים תנועה קלה יותר במהלך שהותם בבית-החולים, ומעניקה להם עצמאות ונוחות גדולות יותר, ובמקרים רבים, החלמה מהירה יותר.
בחירת חיישנים חדשים מאפשרת תכנונים קומפקטיים
עד לא מזמן, אמנם, חיישנים היוו מחסום למהירות בתהליך לקראת מזעור. פלטפורמות של חיישנים אשר מציעות אפשרויות אחדות עבור ממשקים מכניים, התקנה, זיווד ואופציות I/O נותנות למתכנני ציוד רפואי דרגות חופש חדשות. חיישני לחץ, למשל, מספקים אופציות אחדות עבור מחברים תואמים (שיטות חיבור), זיווד
(DIP, SIP, התקנות-שטח), ומוצאים (אנלוגי או דיגיטלי) שניתן להשתמש בהם לשם סיפוק הדרישות התובעניות של עלות המקום על הכרטיס (איור 1).
היתרונות המרובים המוצעים על-ידי חיישנים בעלי זיווד הניתן להתקנה על כרטיסים הפכו אותם לאחד הרכיבים החוסכים-מקום הנפוצים ביותר עבור תכנונים רפואיים ותעשייתיים. במקרה של חיישנים המודדים לחץ נוזלים או זרימה, הזיווד המותקן על כרטיס מאפשר את מרכיב החישה להיות מוצמד היטב אל המעגל המודפס קרוב ככל האפשר למטופל ו/או לחומר הנוזלי (דם, חומרים כימיים או מים) שהוא חש בו.
דבר זה חשוב במיוחד ביישומים מסוימים, כגון מכונות דיאליזה הדורשות מדידה מדויקת של חומר הדיאליזה ולחץ ורידי כדי להבטיח ביטחון ונוחות המטופל במהלך הטיפול.
אפשרויות הזיווד המשלבות את מוצא החיישן עם התקן תרום-משולב יכולות לספק חסכונות מיקום נוספים עבור יישומים אחדים. ביטול הצנרת והחיבורים הקשורים אליה בין מערך החיישן/כניסה ותווך המטרה שלה מביא לתכנון פשוט יותר וקומפקטי יותר.
מארזים רבי-חיישנים/רב-תפקידים
התקנים רפואיים רבים יכולים ליהנות מפתרונות חיישן משולבים המשלבים פונקציות מרובות, כגון טמפרטורה ולחות, או טמפרטורה ולחץ. ניתן לממש פתרונות רבי-חיישנים הן על-ידי זיווד משותף של שניים או יותר מרכיבי חיישן והן על-ידי שילוב חיישנים המזוודים בנפרד בתוך מערך קומפקטי ברמה גבוהה יותר (איור 2).
מארזי רב-חיישנים מציעים יתרונות אחדים ליצרני הציוד הרפואי הכוללים:
תכנוני התקן מפושטים שיכולים להפחית את עלויות הייצור.
תהליכי אישור תכנון מפושטים.
נוחות ובטיחות משופרות של המטופלים מאחר שלרב-חיישנים יש פחות חלקים שעלולים להישבר ופחות נקודות חיבור (כלומר מקורות כשל פוטנציאליים).
עלות-בעלות כוללת מוקטנת הנוצרת עקב האמינות וביצועים הנוספים של רכיבים רב-חיישנים.
דוגמה אחת של פיתרונות חישה תרום-משולבים היא משפחת “פלטפורמות החישה” התרום-מהונדסות ®TruStability של Honeywell (איור 3) המשלבת את מרכיב החישה עם סגנונות יציאה, סוגי התקנה, מתחים ומוצאים (דיגיטליים או אנלוגיים) שונים רבים. גרסאות שונות של חיישני פתרונות משולבים אלה הן מקוזזות, מכוילות ומוגברות במלואן. תכנונים המשתמשים בממשקים דיגיטליים יכולים לתרום חסכונות נוספים במקום על-ידי ביטול הנגדים, הקבלים והמגברים החיצוניים הנדרשים על-ידי מוצאים אנלוגיים. ניתן לעצב פלטפורמות חיישנים ®TruStability כדי לענות לדרישות ייחודיות של התקן רפואי מסוים. בנוסף, אבני הבניין המרכיבות את פלטפורמות החיישנים מאומתות מהתחלה כדי להבטיח איכות גבוהה ומוצרים אמינים. ביטול הצורך לקזז ולכייל חיישני מוצרים במהלך ההרכבה גם מאפשר ליצרנים להקטין או לבטל תהליכי בדיקה הגוזלים זמן והשקעות, וליצור מחזורי הרכבה מהירים יותר ועלויות ייצור נמוכות יותר. אם פיתרון מוכן-ליישום איננו אפשרי, צוותי התכנון של Honeywell יכולים לבנות מערכי מוצרים של לחץ, תכונות תרמיות ולחות היכולים לכלול חישה משולבת, מערכים משולבים, זיווד ממשקי לקוח, סיומות לא-תקניות ופתרונות של ניהול תרמי.
תאימות לנוזלים
הרבה התקנים רפואיים ישנים יותר משתמשים בחיישנים שאינם תואמים תווך נוזלי בסביבות לחות או רטובות, ודורשים רכיבים נוספים כדי להגן על החיישן היכולים להוסיף גודל, עלות ומורכבות לתכנון ההתקן.
למרבית המזל, התקדמויות בטכנולוגיית הזיווד והחומרים אפשרו פיתוח של חיישנים קומפקטיים המסוגלים לפעול בתנאים מאתגרים אלה. לדוגמה, חיישני הלחץ המורכבים על כרטיס ®TruStability HSC/SSC וחיישני הלחץ בזרימה 26PC המתוכננים למגע ישיר עם הנוזל.
ביישומים כגון מכונות דיאליזה, המגע הישיר של החיישן עם תמיסת הדיאליסט מאפשרת לה לספק משוב לחץ מהיר אל בקר המשאבה בשעה שהוא עובר סינון עבור המטופל. פלטפורמת החיישן הבסיסי זמינה במספר תצורות על-פי היישום אשר משלבות אופציות כניסה ותכנוני זיווד שנוצרו עבור יצרני מכונות הדיאליזה. כתוצאה, מהנדסי תכנון יכולים ליצור ציוד רפואי קומפקטי, באיכות גבוהה, תוך ניצול של צמצום סיכוני התכנון ומאמץ פיתוח יעיל.
סיכום
חיישנים משחקים תפקיד קריטי במגמה לקראת ציוד רפואי יותר נייד ויותר קטן אשר מבטיח לשפר את האיכות ואת היעילות-לעלות של הטיפול הרפואי. כתוצאה, אחד האתגרים הגדולים ביותר שמתכנני ציוד רפואי צריכים להתמודד איתו הוא יצירת מרכיבי חישה שהם די קומפקטיים עבור החלל המצומצם של המוצרים של היום. רבים מאתגרים אלה ניתן למלא בעזרת צירוף של טכנולוגיות שילוב חיישנים חדשות ונוהלי תכנון חדשים המנצלים אותם במידה מרבית.
דוגמאות מצוינות רבות של פתרונות חישה משולבים ניתן למצוא במשפחת ®TruStability של פלטפורמות חישה קדם-מהונדסת. הם מציעים ערב רב של רכיבים אלקטרוניים פסיביים ואקטיביים, ממשקי I/O מתאימים ליישום ואף מגוון רחב של חיישנים קדם-מתוכננים. בנוסף לסיוע של המתכננים לזכות במרוץ המרווח, המגוון הרחב של אופציות זיווד ושילוב עשוי לסייע להם לקצר תכנונים ומחזורי אישור של מוצרים המציעים למשתמשים אמינות יתרה ועלות בעלות פחותה.
על המחבר:
Bryan Hovey is Product Marketing Manager for Pressure and Thermal Products for EMEA region at Honeywell.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת דטא ג’י.סי.אי מפיצת HONEYWELL בישראל.
