Zabezpieczanie czujników biomedycznych w miejscu i ograniczanie błędów dzięki medycznym taśmom zabezpieczającym

Przez: Bill Giovino

Przekazane przez: Północnoamerykańscy redaktorzy Digi-Key

Wraz z rozwojem Internetu rzeczy (IoT) w urządzeniach medycznych nastąpił wzrost liczby i różnorodności czujników biometrycznych, które muszą być przymocowane do ludzkiej skóry. Zbierane dane są wykorzystywane do monitorowania i diagnozowania stanów chorobowych, a także do badania i poprawy wyników sportowców oraz skuteczności komercyjnych domowych programów treningowych.

Chociaż do zabezpieczania czujników powszechnie stosuje się specjalnie wyprodukowane medyczne taśmy zabezpieczające, nie są to taśmy uniwersalne. Trzeba tutaj wziąć pod uwagę różne czynniki, takie jak komfort, przepuszczalność powietrza i wilgoci oraz odporność na płyny, a wszystko to zwiększa złożoność wyboru taśmy. Ponadto w przypadku niektórych zastosowań taśmę musi dać się szybko i łatwo usunąć oraz ponownie przymocować do skóry w celu zmiany położenia czujników, co może być ważne w nagłych przypadkach. Potrzebne są różnorodne taśmy medyczne, które można łatwo rozróżnić, aby można je było zastosować w odpowiedniej sytuacji.

Niniejszy artykuł przedstawia grupę taśm medycznych firmy 3M przeznaczoną do różnych przypadków wymagających przytwierdzania do ludzkiej skóry. W artykule wyjaśniono zastosowania czterech taśm medycznych 3M oraz omówiono, w jaki sposób odpowiadają na konkretne potrzeby branży medycznej. Na podstawie jednej grupy taśm medycznych przeanalizowano również zalety standaryzacji, m.in. uproszczenie procesu zakupowego, spójność dokumentacji i łatwość użytkowania.

Zastosowania medycznych taśm zabezpieczających

Tak jak dostępność i szeroki wybór czujników środowiskowych pobudziły rozwój komercyjnego i przemysłowego Internetu rzeczy (IIoT), tak dostępność i różnorodność czujników biometrycznych stymuluje tworzenie nowych medycznych urządzeń czujnikowych, w tym medycznych urządzeń Internetu rzeczy (IoT). Konsumenckie produkty biometryczne, takie jak smartwatche z monitorami tętna, można łatwo założyć na nadgarstek, a konsumenckie monitory pracy serca można przypiąć paskiem do klatki piersiowej osoby, aby zapewnić jeszcze lepszą dokładność pomiaru. Ta zwiększona dokładność wynika nie tylko z zastosowania bardziej precyzyjnego czujnika, ale także ze stabilnego przymocowania monitora pracy serca nad sercem. Dokładność danych z czujnika biometrycznego jest bezpośrednio związana zarówno z rodzajem czujnika, jak i jego prawidłowym umieszczeniem na skórze.

Jednak wiele czujników biometrycznych klasy medycznej wymaga przymocowania w miejscach, w których nie można zastosować zwykłego paska. Ponadto w celu uzyskania wiarygodnego odczytu biometrycznego może być konieczne mocniejsze i lepiej zabezpieczone połączenie z powierzchnią skóry. Utrzymanie czujnika na miejscu wymaga użycia medycznej taśmy zabezpieczającej. Jak widać na ilustracji 1, większość medycznych taśm zabezpieczających składa się z nadającego się do nadruku i pisania nośnika, którym jest sama taśma, kleju do mocowania taśmy do skóry oraz papieru zewnętrznego, który zdejmuje się w celu odsłonięcia kleju.

Diagram medycznej taśmy zabezpieczającej składającej się zwykle z nośnika (góra) i kleju (środek)Ilustracja 1: medyczna taśma zabezpieczająca składa się zwykle z nośnika (góra) i kleju (środek). Papier zewnętrzny (dół) chroni klej i jest zdejmowany tuż przed użyciem. (Źródło ilustracji: 3M Medical Materials)

Właściwości użytkowe taśmy medycznej zależą od doboru rodzaju nośnika i kleju taśmy. Nie wszystkie sytuacje wykorzystania medycznej taśmy zabezpieczającej są takie same, a właściwy jej dobór i użycie wymagają uwzględnienia szeregu czynników ergonomii. O budowie nośnika taśmy i doborze użytego kleju decyduje wypadkowa tych czynników.

Ergonomia medycznej taśmy zabezpieczającej

Jedną z ważnych kwestii jest odporność na płyny. W przypadku długotrwałego użytkowania medyczna taśma zabezpieczająca może zamoczyć się z powodu częstego mycia danego miejsca lub podczas prysznica, co powoduje brak przyczepności, co z kolei prowadzi do niewiarygodnych odczytów czujnika. Jeśli wymagana jest odporność na płyny, często wiąże się to z koniecznością użycia polietylenu jako nośnika z klejem medycznym na bazie akrylu. Taka konstrukcja jest nie tylko odporna na działanie płynów, ale także zapobiega przenikaniu pary wodnej przez taśmę - np. pod gorącym prysznicem lub w miejscu o dużej wilgotności.

Dodatkowo do określenia wymogów odnośnie odporności na płyny służy współczynnik przenikalności pary wodnej (MVTR) taśmy. Współczynnik przenikalności pary wodnej (MVTR) jest zwykle określany w gramach na metr kwadratowy (gm/m²) wilgoci przepuszczanej przez materiał w ciągu 24 godzin. Podczas gdy w niektórych sytuacjach przez taśmę nie mogą przedostawać się żadne płyny ani para wodna (MVTR = ~0), w innych może być konieczne przepuszczanie wilgoci, takiej jak pot. W tej drugiej sytuacji nośnik taśmy z włókniny umożliwia skórze oddychanie i odparowywanie potu.

Istnieją pewne przypadki, w których konieczna jest łatwa zmiana miejsca przyklejenia taśmy, aby można było szybko umieścić czujnik w innym miejscu lub umożliwić kilkukrotne użycie u tego samego pacjenta. Jednorazowe taśmy występują z wieloma różnymi klejami, a łatwe usunięcie czujnika i ponowne jego bezpieczne zamocowanie umożliwiają kleje medyczne na bazie silikonu.

Wygoda użytkowania taśmy jest zawsze ważna, szczególnie w przypadku taśm o wolniejszym zużyciu. Zwykle najwygodniejsza jest taśma z włókniny o przynajmniej umiarkowanym współczynniku przenikania pary wodnej (MVTR), chociaż taśma polietylenowa też może być w pewnym stopniu wygodna, w zależności od jej konstrukcji i umieszczenia. Wygoda użytkowania taśmy jest również związana z grubością nośnika i czasem jej użytkowania. Taśma do noszenia przez dłuższy czas musi być wygodna nawet przez tydzień, nie powodując dyskomfortu u pacjenta, a cieńszy materiał nośnika może zapewnić większą elastyczność i wygodę.

Medyczne taśmy zabezpieczające firmy 3M

Firma 3M Medical Materials produkuje szereg różnych medycznych taśm zabezpieczających na potrzeby różnorodnych zastosowań. Te taśmy zabezpieczające uwzględniają różne czynniki ergonomiczne omówione powyżej. Ponadto, dzięki temu, że taśmy te można ustandaryzować oraz dzięki dostępności u jednego dostawcy, korzystanie z produktów firmy 3M upraszcza zarządzanie zapasami i zapewnia spójność dokumentacji wszystkich produktów, co może uprościć proces zakupowy i zmniejszyć liczbę błędów.

Do zastosowań wymagających spowolnionego zużycia firma 3M produkuje wzmocnioną taśmę włókninową 3M-4077 (ilustracja 2). Taśma 3M 4077 4" X 10YD (ilustracja 1) ma popularne wymiary 10,16cm x 9,14m i biały nośnik z włókniny poliuretanowej o grubości 0,16mm. Wykorzystuje klej akrylowy o przedłużonym działaniu, dzięki któremu jest bardzo wygodna przy długotrwałym użytkowaniu. Jej współczynnik przenikania pary wodnej (MVTR) określono na ok. 185gm/m² i jest w pewnym stopniu odporna na płyny, pozwalając skórze oddychać przez nawet 14 dni zalecanego użytkowania.

Wygląd medycznej taśmy zabezpieczającej 4077 firmy 3MIlustracja 2: medyczna taśma zabezpieczająca 4077 firmy 3M jest zalecana w przypadku konieczności dłuższego noszenia, nawet do 14 dni. Jest dostarczana w wygodnej rolce o średnicy ok. 20cm. (Źródło ilustracji: 3M Medical Materials)

Medycznej taśmy zabezpieczającej 4077 firmy 3M nie można ponownie przyklejać w innym miejscu i jest ona zalecana tylko do jednorazowego użytku, dzięki czemu można ją stosować do czujników biometrycznych o wolniejszym zużyciu, które utylizuje się po jednym zastosowaniu.

Podobnie jak wszystkie omówione tutaj taśmy, również taśma 4077 firmy 3M jest dostarczana w rolce ułatwiającej używanie. Rolka ma średnicę ok. 20cm i można ją łatwo przechowywać w ambulatorium lub na pogotowiu.

W przypadku wykorzystania medycznych taśm zabezpieczających w sytuacjach, w których skóra musi oddychać, taśma musi mieć wysoki współczynnik przenikania pary wodnej (MVTR). Do tych zastosowań firma 3M oferuje taśmę 3M 1530 4" X 10YD. Taśma ta ma wymiary 10,16cm x 9,14m i biały nośnik ze sztucznego jedwabiu o grubości 0,14mm. Jest dostarczana z medycznym klejem akrylowym klasy chirurgicznej. Taka konstrukcja skutkuje bardzo wysokim współczynnikiem przenikania pary wodnej (MVTR) wynoszącym 4200gm/m². Nie można zmieniać jej pozycji i nie jest ona odporna na działanie płynów, co sprawia, że nie nadaje się do większości konsumenckich zastosowań biometrycznych. Dzięki wysokiemu współczynnikowi MVTR i dobremu poziomowi komfortu, taśma ta nadaje się do zastosowań chirurgicznych i przedłużonego monitoringu ambulatoryjnego. Łatwo ją rozerwać dłońmi - to zaleta w nagłych sytuacjach medycznych, w których wydarzenia mogą się potoczyć szybko.

Do zastosowań, w których wymagany jest wysoki poziom komfortu i elastyczności, firma 3M oferuje taśmę chirurgiczną 3M 9836 4" X 10YD z folii poliuretanowej z akrylowym klejem medycznym. Taśma ma standardowe wymiary 10,16cm x 9,14m. Nośnikiem jest folia poliuretanowa o grubości zaledwie 0,03mm - jest to najcieńsza taśma, zapewniająca elastyczność i wygodę. Jej oddychalność wynosi ~450gm/m² i zapewnia dobry kompromis między oddychalnością a wodoodpornością. Cienki, wygodny nośnik, elastyczność, rozsądna oddychalność i wodoodporność tej taśmy sprawiają, że można ją zastosować do mocowania czujników u dziecka, gdzie czujnik i taśma zabezpieczająca muszą wytrzymać pewne skręcenie - jest to szczególnie ważne w przypadku pacjenta, który może nie być w stanie zapewnić skutecznej werbalnej informacji zwrotnej co do komfortu zamocowania czujnika.

W przypadku niektórych zastosowań czujniki monitorujące wymagają zmieniania pozycji na potrzeby różnych zastosowań, a także muszą zabezpieczać przyrząd medyczny na skórze pacjenta. W takich zastosowaniach bardzo przydatna jest taśma dwustronna, taka jak 3M 2477P 4" X 10YD (ilustracja 3). Taśma ma wymiary 10,16cm x 9,14m i bardzo cienki nośnik z termoplastycznego elastomeru poliestrowego (TPE) o grubości 0,04mm oraz klej po obu stronach (warstwa C). Termoplastyczny elastomer poliestrowy (TPE) jest półprzezroczysty, co zapewnia widok na czujnik i skórę oraz pomaga w prawidłowym umieszczeniu. Z jednej strony znajduje się klej silikonowo-akrylanowy (warstwa B), którego właściwości pozwalają na delikatne usunięcie i przeniesienie w inne miejsce na skórze w celu zabezpieczenia czujnika biometrycznego. Po przeciwległej stronie nośnika TPE znajduje się klej na bazie akrylu (warstwa D). Ten drugi klej może służyć do stabilnego przymocowania do miniaturowego medycznego czujnika biometrycznego.

Diagram warstw dwustronnej medycznej taśmy zabezpieczającej 3M 2477P 4 x 10 YDIlustracja 3: warstwy dwustronnej medycznej taśmy zabezpieczającej 3M 2477P 4 x 10 YD zawierają klej silikonowo-akrylanowy z jednej strony (warstwa B) i klej na bazie akrylu (warstwa D) z drugiej. (Źródło ilustracji: 3M medical Materials)

Ta unikalna medyczna taśma zabezpieczająca może służyć dwóm celom. Po pierwsze, jako zabezpieczenie zarówno czujnika, jak i medycznego biometrycznego urządzenia rejestrującego. Zapewnia to kompaktowy biometryczny system rejestracji bez długich przewodów. Czujnik biometryczny może być bardzo lekkim wbudowanym komputerem zasilanym baterią CR2032. Może rejestrować odczyty czujnika w pamięci flash lub wysyłać je przez Bluetooth lub Wi-Fi do komputera lub urządzenia mobilnego. Jest to również użyteczne podczas opracowywania prototypów komercyjnych czujników biometrycznych opartych na komputerach jednopłytkowych (SBC) wielkości znaczka pocztowego.

Po drugie, taśma może być używana jako samodzielna taśma medyczna. Silikonowa strona klejąca może być używana do ponownego przyklejania czujników w innych miejscach lub do wielokrotnego użytku. Pozwala to na codzienne używanie i ponowne wykorzystywanie czujników biometrycznych przez sportowców. Taśma ma umiarkowaną odporność na płyny, a jej współczynnik przenikania pary wodnej (MVTR) wynosi 400gm/m² i jest odpowiedni do krótkotrwałego użytkowania.

W dokumentacji taśmy 3M-2477P nie zaleca się stosowania kleju na bazie akrylu na skórze.

Podsumowanie

Nie wszystkie zastosowania do zabezpieczania czujników biometrycznych są takie same, dlatego istnieje szeroki wybór medycznych taśm zabezpieczających. Warunki użytkowania taśmy medycznej, w tym ergonomia, decydują o wyborze materiału nośnika i rodzaju kleju. Standaryzacja produktów u jednego dostawcy taśm medycznych upraszcza proces zakupów i prowadzenia zapasów, redukuje błędy i zapewnia spójność dokumentacji.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Informacje o autorze

Bill Giovino

Bill Giovino is an Electronics Engineer with a BSEE from Syracuse University, and is one of the few people to successfully jump from design engineer, to field applications engineer, to technology marketing.

For over 25 years Bill has enjoyed promoting new technologies in front of technical and non-technical audiences alike for many companies including STMicroelectronics, Intel, and Maxim Integrated. While at STMicroelectronics, Bill helped spearhead the company’s early successes in the microcontroller industry. At Infineon Bill orchestrated the company’s first microcontroller design wins in U.S. automotive. As a marketing consultant for his company CPU Technologies, Bill has helped many companies turn underperforming products into success stories.

Bill was an early adopter of the Internet of Things, including putting the first full TCP/IP stack on a microcontroller. Bill is devoted to the message of “Sales Through Education” and the increasing importance of clear, well written communications in promoting products online. He is moderator of the popular LinkedIn Semiconductor Sales & Marketing Group and speaks B2E fluently.

Informacje o wydawcy

Północnoamerykańscy redaktorzy Digi-Key