超音波溶接された流量センサーが人工呼吸器の設計に重要な理由

ディディエ・ペレ著

2023 年 8 月 17 日

15:00

Emerson の Branson Welding and Assembly の医療事業開発マネージャーである Didier Perret 氏は、ハミルトン メディカルの人工呼吸器で超音波溶接されたフロー センサーが果たした役割について説明します。

ハミルトン メディカルは、集中治療室や救命救急搬送向けのインテリジェントな換気ソリューションを製造しています。 新型コロナウイルス感染症のパンデミックによる人工呼吸器の爆発的な需要に応えるため、ハミルトン・メディカルはゼネラルモーターズの現地チームの支援を受けて、米国ネバダ州リノに新しい人工呼吸器の生産拠点を設立した。

4 か月で新しいハミルトン メディカル サイトは裸の床から完全な生産体制に移行し、2020 年 9 月に米国保健福祉省との契約に基づいて購入した数千台の HAMILTON-T1 人工呼吸器の最初の 1 台を納品しました。

1983 年以来、近位流量センサーはすべてのハミルトン メディカル人工呼吸器の中心となってきました。 患者の気道開口部から貴重なデータを直接提供します。 センサーは、患者が自然に呼吸しようとしていることを知らせる小さな圧力変化さえも検出でき、必要な量の酸素を含んだ空気で患者自身の吸入プロセスを快適にサポートできるように調整できなければなりません。

高度に設計された極めて正確な流量センサーを使い捨てコンポーネントから大量生産することに成功するのは簡単ではありませんでした。 ハミルトン メディカルにとって、設計、組み立て、コストに大きな課題が生じました。 幸いなことに、同社はすでにスイスで長年にわたる設計と開発の取り組みに投資しており、エマソンや地元の機械製造業者と協力して、ブランソンの超音波溶接技術を使用して全プラスチック製フローセンサーを組み立てる自動化システムを作成および検証していました。 超音波溶接は、高周波振動と圧縮力を組み合わせて摩擦加熱を引き起こし、嵌合する熱可塑性プラスチック部品の界面で目的の溶融を引き起こし、部品を永久的に接合することができます。 このプロセスは、熱、機械的ストレス、またはセンサーの脆弱な膜への汚染のリスクを事実上排除するため、フローセンサーの組み立てに非常に適しています。

完全に自動化されたフローセンサー組立システムは、ハミルトンの監督の下、スイスに本拠を置くインペリア システムズによって構築され、エマソンは医療生産対応の Branson 2000Xc 超音波溶接機、溶接工具、およびファストトラック組立プロジェクトへの技術および統合サポートを提供しました。 。 納入後、システムは 2020 年 9 月の量産開始に間に合うように、IQ/OQ/PQ (設置、運用、および性能の認定) に合格しました。

動作中、組立システム ロボットは、下部溶接ツールの上に 3 つのセンサー コンポーネントを選択して配置します。 まず下半分が来て、そこに膜を含むフラップが挿入されます。 ロボットがリング膜の適切な位置を検証した後、上半分がその上に配置されます。 次に、Branson 2000Xc 溶接機のアクチュエーターが下降し、上部の溶接ツールをセンサー コンポーネントに押し付けます。 圧縮力によって超音波溶接が作動し、1 秒未満で完了します。

超音波溶接が行われると、Branson 2000Xc 溶接機のデジタル制御がすべての溶接パラメータをリアルタイムで監視し、各部品の完全な溶接データ記録を保存します。 医療対応の Branson 溶接機には、階層型パスワード保護や高度なデータ暗号化などのデータ セキュリティ機能が装備されています。 これらは、ISO 13485 を含む主要な世界製造基準への準拠をサポートするだけでなく、欧州連合の医療機器規制および米国食品医薬品局 (FDA) の 21 CFR Part 11 規制における医療機器の製造および部品のトレーサビリティ要件への準拠もサポートします。

ラインハルトのカーニバル

人工呼吸器の仕組み

HAMILTON-T1 のような人工呼吸器は、怪我や呼吸器疾患により自力で十分な呼吸ができない患者の肺に呼吸サポートを提供します。 挿管（患者の気管への気管内チューブの挿入）後、人工呼吸器は肺に十分な酸素を安全に供給し、二酸化炭素を除去するための複数のモードを提供します。 モードは患者の残りの呼吸能力に基づいて選択され、完全自動から補助的（たとえば、患者自身の呼吸努力によってトリガーされる）までの範囲に及びます。