集中治療装置における超音波測定

集中治療は、特に現在のCOVID-19パンデミックのような世界的な医療危機の中、病院の患者治療において重要性を増している領域です。肝疾患や心疾患などの既往症のある人は特に、ウィルスやその他の感染症に感染しやすい状態にあります。このような病気の処置や治療に関し、医療機器の使用の需要もますます高まっています。ピエゾ技術は、こうした医療機器を改善するさまざまな可能性を提供します。たとえば、ピエゾトランスデューサーを使用すると、点滴装置などの集中治療装置がよりスマートになり、患者のバイタル監視が容易になります。

点滴装置は、慢性腎疾患の治療に用いる血液透析器など、集中治療医学で広く使用されています。これらの装置は、ダイアライザーでの体外循環で患者の血液を浄化します。血液と透析液の間で拡散が起こり、生体適合のある透析膜によって分離されます。このプロセスで、処置しなかった場合には腎障害のために血流に残り、やがて解毒機能を損なう毒素が血液から除去されます。透析後、血液は患者の循環系に戻されます。

別の使用事例としては、点滴装置が輸血に使われる場合、または心肺装置として知られているいわゆる心肺バイパスに使われる場合があります。救命手術中、たとえば心臓切開中に、これらの装置が心臓のポンプ機能を引き継ぎ、通常は肺によって行われる血液酸素化を行います。

超音波センサーに統合された>> ピエゾコンポーネントは、超音波のトランスミッターとレシーバーとして同時に動作することができます。ソリッドステートの圧電変換によりコンポーネント内に摩擦や摩耗が生じないため、メンテナンスは不要になります。圧電セラミックディスクに電圧が印加されると、動的モーションのアクチュエーターとして動作し、超音波を生成します（逆圧電効果）。直圧電効果を使用することで、圧電セラミックは音波を検出して、電気信号に変換できます。流れの方向に対して斜めの音響経路にポジショニングすると、ピエゾコンポーネントが流れの方向および逆方向の音響伝播時間を測定します。流れの速度は、音波パルスの伝搬時間の差から求めることができます。

点滴装置などの医療機器は、血流の測定や命に関わる気泡の検出で超音波センサーへの依存度を高めています。これこそが、ピエゾコンポーネントが最適な分野です。これらの超音波センサーの大きな強みは、非常にコンパクトで、クランプオン式センサーとしてチューブの外側から取り付けられることです。このプロセスは非侵襲的かつ非侵入的であるため、監視している体液が測定装置によって汚染されるのを防ぎます。

統合型のピエゾプレートまたはディスクは、液体の粘度、密度、色やチューブに左右されずに、さまざまなチューブ内の液体の流れを測定できます。これらのセンサーは、血流に混入した気泡をリアルタイムに検出することもでき、医療従事者が早い段階で気付き、命に関わる空気塞栓症を防げるようにします。ピエゾ式測定装置のもう１つの利点は、生産量が多いために、ピエゾセンサーのコスト効率が非常に良いことです。

気泡検出は、患者の安全性を著しく高めます。点滴装置に複数の気泡検出器を組み込んで、監視を強化できます。点滴装置では、誘発音波の実行時測定を利用します。2つの媒体の間のインピーダンスには差があるため、チューブ内の音波が気泡に当たると、気泡の界面で反射します。気泡のないチューブ内の実行時測定と比較すると、音波の実行時間が短くなるため、気泡を即座に検出できます。たとえば心肺装置のチューブ内で気泡が検出された場合、点滴装置のポンプ処理が即座に中断されます。気泡が混入した血液は、体外の血液循環が中断されずにもう一度機能できるように、貯血槽に迂回されます。

さまざまな形状、電極配置、柔軟な生産量に加え、人手による処理手順の多くを肩代わりすることもできます。ピエゾを超音波トランスデューサーに統合する場合でも、ピエゾを膜に接着する場合でも、PIセラミックにはピエゾ要素の製造以上のことができます。テストやパッケージ化における豊富なノウハウとクリーンルーム環境を組み合わせることで、私たちは>>圧電コンポーネントの接着や接触のほか、トランスデューサー全体のセットアップにおいても、お客様をサポートします。当社エキスパートにお問い合わせください。