透析装置向け IC / リファレンス・デザイン

透析装置は、人工腎臓であり、血液、または腎機能が低下した患者の処置が可能です。透析装置は、電気機械的に制御される体外の血液管路を含むプロセッサ・ベースの一連の機器であり、ポンプと半永久的な透析膜を使用して患者の血液をろ過します。 動作の観点では、透析機器は特定の安全基準を満たす必要がありますが、その中の 1 つが単体でのフォールト・トレランスです。 これは、ポンプ、モーター、チューブ（管）、エレクトロニクスのいずれのシングル・ポイント障害も、患者を危険にさらすか危機的な状況を引き起こさないことを意味します。これは、複数の冗長コンポーネントと冗長回路が存在すること、および「ウォッチドッグ」によって管理される障害回避メカニズムがシステム内に存在することも意味します。 これらのデバイスには、制御デバイス、センサ、モーター、ヒーター、ポンプ、バルブ・ドライバなどが含まれます。多くの場合、「安全モード」の動作とは、動脈ポンプを動作停止にし、静脈ラインを閉じて、安全ではない血液が患者の体内に流れ込むのを防止することを意味します。

透析装置の中にある代表的な電子回路として、以下のものが考えられます:

• センサ制御ボード： AD コンバータ、高精度リファレンス（基準電圧）、クロック、VCO、および計測アンプかオペアンプ。 これらの回路は迅速に応答する必要がありますが、ここに記載したデバイスは多くの場合、現時点で高速であると考えられるデバイスより高い精度で使用するよう調整されます。 これらのデバイスの一部は、測定値または警報シグナルの確認、システム全体にわたる応答の調整、ランダムな刺激への対応などのニーズを満たす目的でも使用されます。 ここで使用される AD コンバータは、高い信頼性、良好なノイズ耐性（システム内にモーターとポンプが存在することに注意してください）、良好な精度を提供する必要があります。
• 動脈と静脈の制御カード： システムのうちこれらの部分には、以下の機能が含まれます。動脈と静脈の圧力センサ、血液ポンプ、管路の閉鎖、液面センサ、血液検出センサ、およびさまざまな他の監視機能と制御機能。 TI の C2xxx DSP は、モーター駆動と産業用センサ・アプリケーションを対象としていて、これらのブロックのマイクロコントローラに最適です。 駆動能力と診断能力に加えて、RPM（回転数測定）の実装、モーター・コイルの電流センス、圧力トランスデューサの読み取りに関する機能も提供します。 コストに及ぼす影響を最小限に抑えて、システムで必要とされる冗長性もサポートします。
• モーター・ドライバ/ポンプ・ドライバ： 透析装置の中には多数のモーター、ポンプ、バルブ、ヒーターがあります。 それぞれは固有の駆動回路を必要としますが、C2xxx コントローラからいくつかを直接駆動することも可能です。 モーター/ポンプを制御するため、およびモーター/ポンプの想定寿命を達成するために、適切な DA コンバータと駆動アンプを選択することが重要です。 どのバルブやモーターも過酷に駆動されるものであり、ノイズの多い信号はそれらの機器の温度を上昇させて急速に性能を低下させる可能性があり、装置に接続されている患者の全体的な快適さに影響を及ぼします。

高性能の 32 ビット・コントローラである TI の C2xxx ファミリは、関連する高精度アナログ製品であるアンプやデータ・コンバータと組み合わせることにより、広い範囲のパワー・マネージメント・ソリューションを実現でき、適切にサポートされる適切なコンポーネントも TI から提供されています。