FSR-Sensor für die medizinische Kraftüberwachung | VMANX

Ultradünner FSR-Kraftsensor zur Rückmeldung bei Wiederbelebungsmaßnahmen (CPR), zum Erkennen von Bettverlassen und zur Überwachung in der Rehabilitation.

VMANX, ein nach ISO 13485 zertifizierter Hersteller für gedruckte Elektronik mit Sitz in Dongguan, China, liefert den CPR-FS01-Kraftsensor (Dokument VF-CPR99139) – einen ultradünnen FSR-Sensor mit einer Dicke unter 0,3 mm, der aufgebrachte Körperkraft in ein analoges Widerstandssignal für medizinische Geräte umwandelt. Der Sensor wurde speziell für medizinische OEMs entwickelt, die Systeme für CPR-Rückmeldung, Bettverlassensalarme und Rehabilitationsmonitore herstellen; er erfasst die Brustkompressionstiefe mit einer Genauigkeit von 0,1 cm und reagiert innerhalb von weniger als 5 ms – denn bei der Reanimation entscheidet der Unterschied zwischen wirksamer und unwirksamer Kompression über Zentimeter und Millisekunden, nicht über klinische Einschätzung.

Warum Kraftsensoren in der Patientenversorgung unverzichtbar sind

Menschliche Beurteilung ist unter Druck unzuverlässig. Bei einem Herzstillstand unterschätzen Ersthelfer systematisch sowohl die Kompressionstiefe als auch die Kompressionsfrequenz – sie drücken zu flach, wenn die Ermüdung zunimmt, oder weichen unbemerkt vom vorgegebenen Rhythmus ab. Derselbe blinde Fleck existiert in der Stationärversorgung: Krankenschwestern können nicht erkennen, dass ein Patient das Bett verlassen hat, bevor ein Alarm sie darauf hinweist, und Rehabilitations-Therapeuten können die Belastung ohne Messinstrumente nicht quantifizieren.

Ein FSR wandelt dieses unsichtbare mechanische Ereignis in eine Zahl um, auf die ein Gerät reagieren kann. Da das Sensorelement aus einer gedruckten Polymer-Dickfilmschicht besteht und nicht aus einer gefrästen Kraftmesszelle, kann es weniger als 0,3 mm dick sein und so flexibel, dass es in eine Kompressionsauflage, eine Matratzenauflage oder eine Einlegesohle laminiert werden kann – wodurch die Kontaktfläche instrumentiert wird, ohne das Empfinden des Produkts für den Patienten zu verändern.

Hauptmerkmale & Vorteile

Auflösung der Kompressionstiefe: 0,1 cm

Der CPR-FS01 erfasst einen Bereich, der einer Kompressionstiefe von 1,5 cm bis 8,0 cm entspricht, mit einer Auflösung von 0,1 cm und einer Genauigkeit von ±0,5 cm oder 10 %, je nachdem, welcher Wert größer ist. Dieser Bereich umfasst die von Notfall-Richtlinien empfohlene Erwachsenen-Kompressionstiefe von 5–6 cm und bietet auf beiden Seiten Spielraum.

Für einen OEM, der ein CPR-Feedback-Gerät entwickelt, bedeutet dies, dass der Sensor eine 4,5-cm-Kompression von einer 5,5-cm-Kompression unterscheiden kann – genau die Differenzierung, die zwischen einer Aufforderung „drücken Sie fester“ und einer Bestätigung „gute Kompression“ liegt.

Reaktionszeit unter 5 ms für Frequenz und Rückstoß

Die Reaktionszeit beträgt weniger als 5 ms und ist damit schnell genug, um das dynamische Profil jeder einzelnen Kompression zu erfassen – nicht nur eine gemittelte Umhüllung. Aus dieser Wellenform kann ein Gerät die Kompressionsfrequenz im Bereich von 40 bis 160 Kompressionen pro Minute ableiten und diese anhand des Richtwertziels von 100–120 cpm überprüfen.

Entscheidend ist, dass der Sensor auch die vollständige Entlastung erkennt. Sobald die Kompressionskraft wieder nahezu auf Null zurückgeht, kann das Gerät eine vollständige Brustrekompensation bestätigen – den Parameter, der bei realen Reanimationsmaßnahmen am häufigsten verpasst wird und der darüber entscheidet, ob sich das Herz zwischen den Kompressionen wieder füllt.

Ultra-dünne, überall laminierbare Bauform

Die Gesamtdicke beträgt weniger als 0,3 mm mit einem kreisförmigen aktiven Bereich von 12,7 mm Durchmesser; geliefert mit einer klebenden Unterseite und einem Standard-Stiftanschluss. Ein 100 cm langes zweikerniges abgeschirmtes Kabel ist Standard und anpassbar; optional ist ein 3-poliger JST-Stecker für werkzeuglose Wartung erhältlich.

Diese Bauform ermöglicht die Wiederverwendbarkeit derselben Sensierplattform in verschiedenen Produkten: laminiert unter der Haut eines CPR-Manikins, eingebettet in eine Kompressions-Feedback-Matte, integriert in ein handgehaltenes ALS-Gerät oder verbaut in einer Bettverlass-Matte oder einer drucksensitiven Einlegesohle.

Extrem geringer Stromverbrauch für batteriebetriebene Geräte

Der statische Stromverbrauch ist vernachlässigbar, und der typische Betriebsstrom liegt unter 0,5 mA. Für ein batteriebetriebenes, handgehaltenes Feedback-Gerät oder einen drahtlosen Bett-Sensor belastet die kraftsensitive Schicht das Energiebudget praktisch nicht – die Konstruktionsbeschränkung verschiebt sich auf Funkmodul und Anzeige, nicht auf die Erfassung.

mechanische Lebensdauer von 100.000 Zyklen

Unter Bedingungen, die standardmäßige CPR-Kompressionen mit einer Tiefe von 5–6 cm und einer Frequenz von 110 Kompressionen pro Minute simulieren, hält der Sensor mehr als 100.000 fortlaufende Kompressionszyklen stand, wobei die Leistungsverschlechterung auf weniger als 10 % des Anfangswerts begrenzt bleibt. Die Wiederholgenauigkeit liegt innerhalb von ±3,0 % der Gesamtskala. Für einen täglich genutzten Trainings-Manikin ist diese Dauerfestigkeit das entscheidende Kriterium, das ein Verbrauchsteil von einer dauerhaften Komponente unterscheidet.

Technische Spezifikationen

Typische Werte. Wird als OEM-Komponente geliefert – die Zertifizierung des Gesamtgeräts erfolgt durch den Gerätehersteller.

Integrationsleitfaden für Gerätehersteller

Der Sensor liefert eine sich ändernde Widerstandswertausgabe, keine kalibrierte Spannung. Ein in Reihe geschalteter Lastwiderstand wandelt diese Änderung in eine nutzbare Spannungsausgabe um; der Widerstandswert – typischerweise zwischen 10 kΩ und 100 kΩ – ist anhand des Kraftbereichs, der ADC-Eingangsspannungsbandbreite und der für die jeweilige Anwendung erforderlichen Empfindlichkeit auszuwählen. Eine sorgfältige Auswahl bestimmt, ob die digitalisierte Kennlinie den gesamten Umwandlungsbereich ausnutzt oder lediglich einen Bruchteil davon belegt.

Als Komponente für medizinische elektrische Geräte ist der Sensor so konzipiert, dass Hersteller von Geräten die für ihr Endprodukt geltenden Normen erfüllen können: IEC 60601-1 / EN 60601-1 für grundlegende Sicherheit und wesentliche Leistungsfähigkeit, IEC 60601-1-2 für elektromagnetische Verträglichkeit sowie Umweltprüfungen nach GB/T 14710 oder der entsprechenden IEC 60068-2-Serie zu Hoch- und Tieftemperatur, feuchter Wärme, Vibration, Stoß und Transport. Die Zertifizierung des gesamten Geräts bleibt weiterhin Verantwortung des Herstellers, der das fertige Gerät auf dem Markt bereitstellt.

Häufig gestellte Kundenfragen

F: Was ist ein Kraftmesswiderstand und wie unterscheidet er sich von einer Kraftmessdose?

A: Ein FSR ist ein gedrucktes Polymer-Dickfilms-Element, dessen Widerstand sich nichtlinear verringert, wenn die aufgebrachte Kraft zunimmt. Im Gegensatz zu einer maschinell gefertigten Dehnungsmessstreifen-Waage besitzt er keinen starren Metallkörper und kann daher weniger als 0,3 mm dick sowie flexibel sein. Der Kompromiss besteht darin, dass er ein nichtlineares widerstandsbezogenes Signal ausgibt, das eine Signalverarbeitung und Kalibrierung erfordert, anstatt eine präzise lineare Ausgabe – was ihn für Anwendungen mit Kraftschwellen und Kraftprofilen eignet, jedoch nicht für Laborwaagen.

F: Wie genau ist die Kompressionstiefenmessung auf Basis eines FSR?

A: Innerhalb des wirksamen Bereichs von 1,5–8,0 cm beträgt die Genauigkeit ±0,5 cm oder 10 %, je nachdem, welcher Wert größer ist, bei einer Auflösung von 0,1 cm. Dies wird nach Systemkalibrierung und algorithmischer Verarbeitung erreicht – der Sensor liefert das rohe Kraftsignal, und der Algorithmus des Geräteherstellers wandelt dieses in eine Tiefenangabe um.

F: Kann ein einzelner Sensor sowohl die Kompressionstiefe als auch die Kompressionsrate erfassen?

A: Ja. Die Tiefe ergibt sich aus der Signalamplitude, und die Frequenz aus der Zeitgebung der dynamischen Wellenform. Da die Ansprechzeit unter 5 ms liegt, bleiben einzelne Kompressionen bis zu 160 Kompressionen pro Minute (cpm) unterscheidbar; daher werden Tiefe, Frequenz und Rückstoß alle aus demselben Kanal abgeleitet.

F: Für welche Anwendungen außer der Herz-Lungen-Wiederbelebung (CPR) wird dieselbe Sensorenplattform genutzt?

A: Derselbe FSR-Plattform unterstützt Bettverlass-Alarme und Patienten-Sturzprävention, Stuhlverlass- und Sitzhaltungsüberwachung, Rehabilitation sowie Druckmessung in Einlegesohlen und allgemeine taktilen Kraftmessungen. Das zugrundeliegende Messprinzip bleibt unverändert, während aktive Fläche, Kraftbereich und Geometrie des Anschlusses je nach Anwendung konfiguriert werden.

F: Muss der Sensor direkt mit der Haut des Patienten in Kontakt stehen?

A: Normalerweise nicht. In den meisten Konstruktionen befindet es sich unter einer Auflage, einer Matratzenhülle, einer Manikinhaut oder einer Einlegesohle, sodass die Deckschicht die patientenseitige Kontaktfläche bildet. Wenn eine Konfiguration jedoch direkten oder langanhaltenden Hautkontakt vorsieht, gilt ISO 10993 zur Biokompatibilität für die kontaktierenden Materialien; diese wird bereits in der OEM-Entwurfsphase festgelegt.

F: Wie lange hält der Sensor in einem Trainingsgerät, das täglich genutzt wird?

A: Die mechanische Lebensdauer übersteigt 100.000 Kompressionszyklen bei einer Tiefe von 5–6 cm und einer Frequenz von 110 Schlägen pro Minute, wobei die Leistungsabnahme innerhalb von 10 % des Anfangswerts bleibt. Praktisch betrachtet kann ein Trainingsmanikin jahrelang intensive tägliche Sitzungen durchlaufen, bevor die Drift diesen Grenzwert erreicht.

F: Welche Zertifizierung besitzt der Sensor?

A: VMANX fertigt gemäß dem Qualitätsmanagementsystem ISO 13485 und erfüllt die Richtlinien RoHS 2011/65/EU sowie REACH hinsichtlich Stoffe; für Konfigurationen mit Patientenkontakt gilt die Biokompatibilität nach ISO 10993. Der Sensor ist ein OEM-Komponente; die elektrische Sicherheit und die EMV-Zertifizierung nach IEC 60601 erfolgen durch den Hersteller des Endgeräts, der das Produkt auf den Markt bringt.

OEM-Engineering-Unterstützung

VMANX unterstützt medizinische OEM-Programme von der Festlegung des Kraftmessbereichs bis zur Serienfreigabe – inklusive Dimensionierung der aktiven Fläche, Auswahl des Lastwiderstands, Führung der Anschlussleitungen, Wahl des Steckverbinders sowie Validierung der Lebensdauer. Die vollständigen Spezifikationen sind auf den CPR flexiforce-Taktilsensor und VF-CPR99139-Sensor-Spezifikationsseiten veröffentlicht; das breitere kraftmessender Widerstand sortiment sowie das medizinische Sensorsortiment umfassen EEG-, EMG-, SpO2- und Sicherheitsüberwachungsprodukte, die alle auf derselben Technologieplattform basieren. flexible Leiterplatten plattform.

Fazit

Kraftsensoren wandeln mechanische Ereignisse, die Kliniker nur schätzen können, in Daten um, auf die ein Gerät reagieren kann. Mit einer Dicke von unter 0,3 mm, einem Stromverbrauch von unter 0,5 mA, einer Tiefenauflösung von 0,1 cm, einer Reaktionszeit unter 5 ms und einer Lebensdauer von über 100.000 Zyklen bietet der CPR-FS01 medizinischen OEMs eine Sensorschicht, die sich nahezu in jede patientenberührende Oberfläche laminieren lässt – hergestellt unter ISO-13485-Kontrolle, sodass das Verhalten von Charge zu Charge reproduzierbar bleibt.

VMANX — flexible Kraftsensierung, entwickelt für klinisches Vertrauen.

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Zertifizierungsumfang (medizinische F1-Familie): ISO 13485 · ISO 10993 · RoHS 2011/65/EU · REACH

Hinweis zur Konformität: Umfang der OEM-Komponente. IEC 60601-1 / IEC 60601-1-2 werden als Normen genannt, die das fertige Gerät erfüllen muss – die Zertifizierung des Gesamtgeräts erfolgt durch den Kunden. Keine Behauptungen zur Registrierung des Endgeräts dürfen zu diesem Asset hinzugefügt werden.

Veröffentlichungshinweis: datum der Veröffentlichung auf der News-Startseite anzeigen; ein Erscheinungsrhythmus von 2–4 Artikeln pro Monat einhalten.