FőoldalKonstruktőrBeágyazott memóriák az eldobható orvosi eszközökben
2012. október 09., kedd ::

Beágyazott memóriák az eldobható orvosi eszközökben

Az endoszkópok, protézisbeültetők, szőrtelenítőlézerek stb. olyan orvosi eszközök, amelyek eldobható alkatrészekkel is rendelkeznek, hiszen a sterilizálás és újrafelhasználás helyett kifizetődőbb, ha az eljárás végeztével kidobják őket. A steril, szigetelt csomagolásban forgalmazott, egyszer használatos kiegészítőket csak az eljárás megkezdésekor nyitják meg, és mivel nem olyan robusztusra tervezik őket, hogy ellenálljanak a sterilizálásnak, ezek a kiegészítők olcsók, könnyűek, rugalmasabbak

Problémát jelent ezen eszközöknél a gyártók és végfelhasználók mellett harmadik felek belépése, akik szolgáltatásokat nyújtanak ezen eldobható kiegészítők felújítására, sterilizálására és végeredményben újrafelhasználására, adott esetben jelentősen meghaladva az eszköz specifikált élettartamát, megsértve a higiéniai szabályokat is. Ezenfelül probléma adódhat a nem megfelelő vagy lejárt kiegészítő használatából is.
Ha az orvosi rendszernek része a digitális vezérlés vagy mérés, adott a lehetőség az eldobható részekkel történő, elektronikus kommunikáció kiépítésére is. Az 1. ábra egy olyan rendszer egyszerű összeállítását szemlélteti, amely képes az egyedi kiegészítők azonosítására, valamint az eszközbe integrált memóriánál a felhasználási adatok lehívására és rögzítésére.

1. ábra. Egyedi orvosi kiegészítők azonosítására alkalmas, az eldobható kiegészítőbe ágyazott memóriával működő, egyszerű rendszer összeállítása

Az eldobható kiegészítőknél többféle, különböző olyan adattípus létezik, amelyek az eszközgyártó számára fontosak lehetnek, és le szeretné hívni az általa gyártott eszköz működésének biztosítására. Az alábbi információtípusok az eldobható, orvosi kellékanyagoknál és kiegészítőknél a fontosak között szerepelnek:

  • felhasználási statisztikák: az eldobható kiegészítők is képesek arra, hogy naplózzák a felhasználásukat, és rögzítsék mellé a használatukban részt vevő eszköz(ök) sorozatszámát. Ezen információ rögzítése megakadályozza, hogy az eldobható kiegészítőt helytelenül, másik rendszerben (újra)felhasználják. Ezek az eszközök képesek mérni a használat teljes idejét, valamint az összes felhasználás számát olyan kiegészítőkhöz, amelyek élettartama bizonyos használati időben vagy alkalomban korlátozott,
  • kalibrációs információk: minden legyártott kiegészítőnek szükségszerűen egyformának kell lennie, azonban a gyártási folyamatokban jelen lévő toleranciák azt eredményezik, hogy egyes darabok vagy gyártmánysorozatok között mégis lehetnek eltérések. Az orvosi rendszer képes lehet ezen eltérések kompenzálására, ha a gyártás folyamán ezekre fény derül. A kiegészítők tesztelhetők a gyártás során is, amikor is felmérik teljesítményét, kompenzációs értékeit pedig a beépített memóriában eltárolják. A korrekciós adatok kiegészítőben történő letárolása a kezelők számára transzparenssé teszi a kompenzációt, és biztosítja a megfelelő adatok megfelelő eszközökben történő alkalmazását,
  • lejárati dátum: az eldobható orvosi kiegészítőknél a lejárati dátum beprogramozásához és érvényesítéséhez mindössze annyira van szükség, hogy az őket használó rendszer ismerje az aktuális dátumot és időt, és azt képes legyen összevetni a kiegészítőbe táplált szavatossági értékekkel. Ebben az esetben rendkívül egyszerűen történhet az eszköz lejáratának ellenőrzése,
  • modellszám: a kiegészítő modellszámának ellenőrzési lehetősége garantálja, hogy az operátor az orvosi rendszerhez a megfelelő kiegészítőt használja,
  • sorozatszám: az egészségügyben nagy szerepe van annak, hogy minden alkalommal rögzítésre kerüljön a beavatkozásokhoz használt eszközök sorozatszáma, elősegítve a garanciális ügyintézést, valamint a hibaelemzést. Ha a gyártónak például rendelkezésére áll egy terepi használatban lévő, saját gyártású eszközéhez egy kommunikációs összeköttetés, a hibás gyártmányok visszahívása például automatizáltan történhet, hiszen a sorozatszám alapján a kiegészítők használata letiltható.

Implementáció
Ha a kiegészítőket használó orvosi eszköz már rendelkezik mikroprocesszoros vagy mikrokontrolleres vezérléssel, a felsorolt funkciók implementálására mindössze egy interfészre van szükség a kiegészítő felé. A korlátozott adatmennyiségre való tekintettel egy soros adatprotokoll tökéletesen megfelel a célra, amennyiben elektromos kapcsolat rendelkezésre áll a főrendszer felé. Ez a felállás kielégíti a költséghatékonyságra és kis fizikai méretekre vonatkozó követelményeket is, amelyek minden eldobható orvosi kelléknél adottak. Ha a rendszer képes belső, soros busz kezelésére, az felhasználható a kiegészítő kezelésére is.
A visszafogott komplexitású, alacsony alkatrészszámú rendszer legjobban alighanem soros hozzáférésű memóriával valósítható meg, mivel a kiegészítő elektronikája csak kommunikációra és adattárolásra hivatott. A soros hozzáférésű memóriák különféle buszokat támogató formában érhetők el, amelyeket az 1. táblázat foglal össze.

1. táblázat. Soros memóriás kommunikációs buszok főbb jellemzőinek összehasonlítása

Az 1. táblázatban látható információk szerint a leggyorsabb kommunikációt az SPI buszos megoldás nyújtja, azonban a hatvezetékes kialakítás fizikailag nagyobb, és használatához drágább csatlakozókra van szükség az orvosi rendszer és a kiegészítő között.
Az ismertetett célokra az I2C protokoll és az egyvezetékes buszon alapuló protokollok (mint pl. a Microchip UNI/O) jobb megoldást jelentenek. Az alacsonyabb kommunikációs sebesség az ebben a felhasználásban igencsak korlátozott adatmennyiségek okán nem jelent problémát, az elektromos vezetékek kisebb száma pedig kisebb méretű, olcsóbb csatlakozók használatát teszi lehetővé, megbízható rendszer formájában.
A kétvezetékes I2C kommunikációs protokoll egyszerűen implementálható, szinkronizált kialakításának hála időzítési problémákkal sem kell számolni a tervezés során. A mai mikrokontrollerek és mikropro­cesszorok tekintélyes hányada biztosít hardveres I2C-támogatást dedikált, buszkezelést megvalósító hardverrész formájában, szemben az egyvezetékes buszokkal, amelyeknél gyakran szoftveres megvalósításra vagy hídáramkörre van szükség - jóllehet például a szükséges szoftverek széles körben elérhetők.
A piacon ma több konkurens megoldás érhető el egyvezetékes buszprotokollokra. A vezető megoldások támogatják az órajel-visszanyerést az adatfolyamokból, így nem szükséges nagy pontosságú oszcillátorok használata az adás-vétel mindkét felén. Az alacsony adatsebesség folytán hosszú, nagy kapacitású jelátviteli kábelek és egyszerű zajszűrés is használható. Sok egyvezetékes protokoll támogatja a tápfeszültség adatvonalon keresztüli átvitelét is, amely esetben még tápvezetékre sincs szükség, csupán néhány további külső alkatrészre.

A memória kiválasztása
Számos gyártó biztosít I2C-s vagy egyvezetékes interfészt olcsón elérhető, elektromosan törölhető, programozható, csak olvasható memóriákhoz (EEPROM-okhoz). A memóriák tárkapacitása széles tartományban mozog, lehet 128, de több mint egymillió bájt is, így alighanem bármely igényhez megtalálható a megfelelő memória. A könnyű integrációt támogatják a SOT-23, SC-70 és CSP típusú tokozások, az EEPROM-technológia sajátossága pedig az akár 200 éven át tartó, nagy hőmérsékleti tűrésű, robusztus információtárolás.
A rendszer képes az éppen használatában lévő kiegészítőnél is a tárolt adatok felülírására, így rendkívül rövid átfutási idő alatt aktualizálható a kiegészítő állapota. A kiegészítő felhasználási előzményei szintén rögzíthetők (lásd 2. ábra).

2. ábra. Egy eldobható orvosi kiegészítő fedélzeti memóriájával folytatott, tipikus adatkommunikáció folyamatábrája
Az EEPROM írása gyorsan történik, amely gyorsaság miatt célszerű az írást követően egyből egy ellenőrző visszaolvasást is végezni, mivel ráadásul az orvosi gyakorlat szerint a kiegészítő leválasztása bármikor megtörténhet. Az EEPROM-ok tartóssága kiemelkedő, minden egyes bit átlagosan több mint egymilliószor is újraírható, a tárolt adatok ezáltal a memória elhasználódásának veszélye nélkül is, gyakorlatilag tetszőleges gyakorisággal újraírhatók, frissíthetők.
A Serial Presence Detect1 (SPD) funkciót támogató EEPROM-ok támogatják a szoftveres írásvédelmet is, amely fokozott biztonságot jelent, hiszen a memória vagy annak bizonyos területe írás ellen zárolható, amely csak paranccsal oldható fel. Ez védelmet jelent a rendszer által esetlegesen végzett, téves írások ellen, melyet kiválthatnak például az előírttól eltérő működési feltételek is. Bizonyos EEPROM-ok támogatnak állandó írásvédelmi sémákat is, amelyek a zárolást követően már nem oldhatók fel. Ez a lehetőség felhasználható például arra, hogy amint egy kiegészítő további használata már nem engedélyezett, azt visszavonhatatlanul rögzítsék benne. Ez az információ harmadik fél szerepében lévő eszközfelújítók által nem törölhető, és az orvosi eszközök bármikor ki tudják olvasni azokat. Az SPD-t támogató
EEPROM-ok I2C-alapúak, és minden nagyobb EEPROM-gyártó kínálatában fellelhetők. Ezek a memória-áramkörök szabványosak, nem áll fenn a beszállítók eltűnésének veszélye. Az egyes gyártók kínálatában további, fejlettebb szolgáltatásokat nyújtó SPI EEPROM-ok is megtalálhatók.

Összefoglalás
Az eldobható orvosi kiegészítőkbe és kellékanyagokba integrált memória lehetővé teszi a gyártók számára, hogy típusszámokat, sorozatszámokat, kalibrációs adatokat, szavatossági dátumokat, használati adatokat stb. rögzítsenek bennük, amely lehetővé teszi a szigorú egészségügyi követelmények költséghatékony, megbízható kielégítését teljes életciklusuk alatt.


1. Olyan szabványosított, számítástechnikában használt eljárás, amely lehetővé teszi memóriamodulokra vonatkozó információk automatikus hozzáférhetőségét

A Microchip honlapja

Tudomány / Alapkutatás

tudomany

CAD/CAM

cad

Járműelektronika

jarmuelektronika

Led technológia

Led technológia

Rendezvények / Kiállítások

Mostanában nincsenek események
Nincs megjeleníthető esemény