疫情下的热门产品及技术--热成像摄像机与呼吸机

2020年初,新冠病毒肆虐中国大地。在目前没有特效药的前提下,呼吸机和热成像摄影机在新冠肺炎治疗中意义重大。当新冠肺炎病毒导致肺功能受到明显损害,这时候有呼吸机支持,追加氧气提供,对病人治疗意义很大。贸泽电子也积极参与到此次疫情防控战“疫”中。不仅积极备货,还加大了应用于医疗设备上常用的电子元器件的备货同时还积极推出了适应于呼吸机的医疗设备解决方案,帮助国内医疗设备厂商复产提升产能。本文主要介绍了贸泽电子在CPAP呼吸机上的产品应用、推荐列表以及相关设备的解析图。

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由于本次新型冠状病毒疫情,笔者与多数人一样,天天闭关在家,时刻关注着确诊人数的变动,被广大勇敢的医护及无私国内国际援助所感动。除了疫情相关确诊,疑似,治愈人数数据意外,出于电子行业从业人员的敏感,笔者对媒体多次提到用于防控疫情及相关治疗的一些医疗电子设备及医学名词印象深刻,比如热成像相机,红外测温枪,电子测温计,呼吸机,血氧饱和度,还有据说全国只有400台,极其昂贵的ECMO。

提到红外热像,笔者第一反应就是导弹制导的军用应用,再就是科研以及工业应用,产品质量检测,电力线路检测等等。用于人的面部温度测量是否合适?分辨率如何?由于几乎都是用于人流场景,最小响应时间是否能够满足?

带着种种疑问,我打开了贸泽电子官网,在产品类别测试与测量--热成像摄像机找到了相关产品技术手册,查阅了各种热成像摄像机的技术手册,测温范围大体都上达几百乃至上千度,分辨率也在大体在3摄氏度左右,并且各厂商在技术手册上所列目标应用都是工业相关,没有发现用于人体发热检测的应用。

总体上讲,目前的工业用红外成像相机并不是为了测量人体面部温度来设计的,各方面技术数据,算法都没有提到适用人体体温测量。不过在此严重疫情的特殊时期,红外成像摄像机的易于部署,动态响应,数据便于实时记录分析等优越性能,用于发热个体的筛查也不失为一种特殊条件下的一种应急应用。

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图1: 贸泽电子在医疗行业中的应用

带着对其他医疗电子产品的原理,主流解决方案,核心器件供商等思考,笔者在贸泽电子官网的应用与技术板块探寻相关内容,在医疗应用板块了解了很多应用方案,其内容从简单便宜的电子体温计到复杂昂贵的MRI核磁共振都有所涉及,其中更有最近看到听到无数次的呼吸机。笔者深刻感受到贸泽电子官网除了电子采购交易功能以外,其实对广大电子行业从业人员,电子爱好者和大学生而言,是一个很好的学习的宝库。

下面内容记录了笔者从一个完全不了解呼吸机(CPAP Machine)技术解决方案,到明白其技术原理,关键技术,核心产品供应商等等信息的过程。在呼吸机应用技术介绍板块,一张图非常详细了介绍了呼吸机的电路部分。

“图2:CPAP设备解析框图
图2:CPAP设备解析框图

从上图我们可以了解到呼吸机的基本功能框图,学过工业控制课程的读者,第一反应大概是这就是一个工控系统,三大工控参数齐全--温度、压力、流量。再加上湿度。简单来讲,整个过程就是:

1、以气体输送为控制对象。

2、通过一系列传感器感知压力,流量,温度,湿度。

3、传感器输出的模拟信号经过数据采集系统后送入计算机(MCU/MPU)。

4、计算机根据采集的传感器数据,实时调整风机的输出以保证面罩内产生合适的正向气压,使得呼吸功能障者避免窒息的危险。

医疗设备对系统可靠性要求是非常高的,呼吸机这种直接关乎性命的系统一定对硬件有极高的要求。MCU是整个系统的大脑,除了最基本的良好的抗干扰性能,实时处理能力,支持高可靠系统运行的高级硬件资源以外,用于马达控制的算法需要过硬的浮点运算能力。也就是说除了传统MCU擅长的逻辑处理能力以外,还要求有数字信号处理DSP的能力,可以视为传统MCU与DSP的集合体。另外,智能化与高清显示技术的普及,传统医疗设备也融合了消费电子产品所普及的各种无线传输通道,高速接口,以及大尺寸LCD显示,这些都对MCU所集成的外设提出了相当高的要求。

针对不同的呼吸机方案,贸泽电子官网上推荐了多达1300多颗MCU型号,均来自一线明星供应商,有Texas Instruments、Microchip Technology、NXP Semiconductors、Renesas Electronics、Infineon Technologies等。笔者还发现贸泽电子官网具有无比强大的数据表查阅功能,无需下载即可在线快速阅览各不同厂家的芯片数据手册,这对于项目料号选型工作而言,简直就是“神器”。

“图3:CPAP设备嵌入式控制器筛选项”
图3:CPAP设备嵌入式控制器筛选项

我们再来看看系统的“神经元”传感器,这些温度、压力、流量和湿度传感器不光要保证输出的数据精准、稳定。还要有合适的接口及封装,以及能够通过医疗行业相关的质量认证。以上要求就决定了,在传感器产品线纷繁芜杂的今天,想要找到能够用于呼吸机的传感器,一定是非常困难的。以上情况下,贸泽电子作为海量产品线代理商的价值就体现了出来,面向呼吸机应用,仍然能够推荐数十种来自Amphenol Advanced Sensors、Bourns、Honeywell等知名品牌的温度、压力、湿度和流量传感器,产品系列覆盖了数字输出、模拟输出、贴片安装和直插安装等不同类型。

“图4:CPAP设备应用的传感器筛选项
图4:CPAP设备应用的传感器筛选项

除了单纯物料产品资料,应用与技术板块还汇总了业内一流原厂呼吸机解决方案相关应用笔记,这些内容对于想要开发相关产品的研发工程师,创客,以及采购人员也是非常有价值的。

“作者:马玺”
作者:马玺

多年来深耕半导体产品的技术开发及市场营销。曾任职于梅特勒-托利多研发工程师,富士通半导体产品工程师,贸泽电子技术营销产品经理等职位。具有10多年国际知名企业电子半导体相关领域产品研发及技术营销专业背景,熟悉嵌入式系统、微控制器,存储器及无线领域相关的市场与技术。

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