Thời lượng pin của các thiết bị y tế cấy ghép

Ngoài ra, sử dụng thiết bị y tế cấy ghép tim mạch cho bệnh nhân cũng đang là một xu hướng. Nhiều người phải sử dụng máy tạo nhịp để duy trì nhịp tim. Bệnh nhân bị rung nhĩ và cuồng động nhĩ có thể sử dụng máy khử rung tim cấy ghép (ICD). Máy tạo nhịp tim và ICD đều chạy bằng pin, và khi hết điện, viên pin của máy có thể trở thành mối nguy hiểm cho bệnh nhân.

Tuy nhiên, hầu hết các máy này đều có tính năng cảnh báo pin yếu cho phép bệnh nhân lên kế hoạch tiến hành phẫu thuật thay thế thiết bị trước khi pin thực sự bị hỏng.

Ông Brad Jolly, kỹ sư ứng dụng cấp cao của Keysight Technologies đã có những chia sẻ về tầm quan trọng của pin trong các thiết bị y tế cấy ghép:

Cái giá của viên pin lỗi

Pin bị kiệt có thể gây tử vong cho bệnh nhân, do đó thiết bị cấy ghép cần được thay thế pin kịp thời. Một thủ thuật ngoại trú cần nhiều loại chi phí để thực hiện, bao gồm chi phí cho bác sĩ phẫu thuật, phòng và thiết bị phẫu thuật, y tá phòng phẫu, bác sĩ gây mê và thuốc gây mê, chi phí phòng hồi sức hoặc phòng bệnh, chi phí chăm sóc theo dõi và chi phí vật tư.

Không chỉ chi phí, phẫu thuật cũng đặt bệnh nhân vào tình thế rủi ro, nhiều bệnh nhân là người cao tuổi và thường có các nguy cơ khác về sức khỏe. Thời lượng pin dài mang lại lợi ích cho bệnh nhân và bác sĩ, đồng thời giảm rủi ro về các hậu quả pháp lý và quy định đối với nhà sản xuất thiết bị.

Thiết bị đo lường hiện đại

Hoạt động thiết kế và xác nhận hợp chuẩn có nhiều lựa chọn về công cụ phần cứng đo dòng điện để đảm bảo thời lượng pin dài cho các thiết bị y tế. Một trong những công cụ phổ biến nhất là đồng hồ vạn năng số (DMM), đo rất chính xác dòng điện thấp, đồng thời đây cũng là một đồng hồ vạn năng có thể đo điện áp, điện trở, điốt và các loại linh kiện khác.

Nhược điểm của DMM là không có băng thông để đo chính xác quá trình chuyển tiếp nhanh, và cũng có thể không có đủ dải động để đo quá trình chuyển đổi giữa chế độ ngủ dòng thấp và chế độ hoạt động dòng tương đối cao.

Bộ phân tích nguồn DC đắt và ít phổ biến hơn DMM, nhưng có băng thông rộng hơn đáng kể và linh hoạt hơn DMM vì là một sản phẩm mô-đun.

Máy hiện sóng là một loại máy đo thông dụng khác và với các đầu đo dòng điện chuyên dụng cho thực hiện tốt các phép đo dòng điện. Tuy nhiên, thiết bị này không có tính năng đo nguồn và phụ tải điện tử như bộ phân tích nguồn DC, nhưng có băng thông cao hơn và khả năng kích hoạt đa dạng hơn.

Bộ phân tích dạng sóng dòng điện của thiết bị là một trong những loại thiết bị đo cao cấp hiện nay. Thiết bị này có thể được sử dụng như một máy hiện sóng với băng thông đo dòng điện cao và độ chính xác cao để đo dòng điện thấp.

Xử lý kết quả đo

Mặc dù các thiết bị đo nói trên có thể thu thập một lượng lớn dữ liệu chính xác, nhưng để tối ưu hóa thiết kế, các kỹ sư cần lấy được thông tin từ các dữ liệu thu thập được này. Cần sử dụng phần cứng (firmware) và phần mềm tinh vi để nhanh chóng phân tích tất cả dữ liệu thu thập được, chiết xuất thông tin quan trọng thông qua các số liệu thống kê kỹ thuật và biểu đồ rõ ràng,

Phần mềm ghi nhật ký dữ liệu cũng là một công cụ quan trọng. Các thiết bị y tế được cấy ghép và đeo trên cơ thể thường có cách thức hoạt động rất khác nhau tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của tình trạng bệnh nhân. Đối với các thiết bị sử dụng tín hiệu RF để giao tiếp, các điều kiện điện từ trường bên ngoài cơ thể bệnh nhân cũng có thể khiến các thiết bị tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, do thiết bị có thể phải phát lại tín hiệu nhiều lần nhằm bảo đảm dữ liệu được truyền thành công.

Thông tin chiết xuất được từ lượng lớn dữ liệu đã được thu thập thông qua ghi nhật ký dữ liệu có thể được sử dụng không chỉ để phân tích mức tiêu hao pin mà còn cho nhiều mục tiêu khác. Ví dụ, một số phần mềm có thể sử dụng các kỹ thuật trí tuệ nhân tạo để phân tích lượng dữ liệu khổng lồ và tìm ra những bất thường trong dạng sóng dòng điện của thiết bị.

Một loại phần mềm khác giúp các kỹ sư hiểu được hành vi của thiết bị là phần mềm phân tích công suất tiêu thụ theo sự kiện. Phần mềm này là một phần của giải pháp tối ưu hóa thời lượng pin cho thiết bị IoT. Phần mềm này xác định mối tương quan giữa mức tiêu thụ nguồn với các sự kiện vô tuyến RF và nguồn một chiều DC. Sau đó, phần mềm sẽ phân tích thông tin thu thập được để ước tính thời lượng pin và xác định các sự kiện chính tiêu thụ nhiều thời gian và năng lượng trong thiết bị.

Những lợi ích cụ thể đối với kỹ sư ngành thiết bị y tế

Mọi thiết bị IoT dùng nguồn pin đều có thể thụ hưởng những lợi ích của các công cụ phần cứng và phần mềm nói trên. Tuy nhiên, đối với các kỹ sư ngành thiết bị y tế, các công cụ này còn có thể cung cấp dữ liệu và các biểu đồ có thể được sử dụng làm tài liệu trong hệ thống quản lý chất lượng (QMS) của nhà sản xuất.

Những dữ liệu này cũng có thể cung cấp thông tin quan trọng để các kỹ sư đưa ra những biện pháp giảm thiểu rủi ro cho bệnh nhân và giúp các chuyên gia y tế giảm thiểu nhu cầu phẫu thuật thay thế thiết bị khi thời lượng pin được kéo dài.