Konektory typu doska-doska v medicínskej technike
Správne kontakty v oblasti zdravotníckej techniky
V oblasti zdravotníckej techniky budú dominovať prepojené zariadenia MedTech vybavené čoraz väčším počtom inteligentných senzorov. Najprísnejšie predpisy a najvyššia ochrana proti výpadkom určujú smer, ktorým sa musia uberať používané produkty a komponenty. Miniaturizácia, rýchlosť prenosu dát a elektromagnetické žiarenie sú výslovnými požiadavkami, ktorým musia spĺňať konektory typu board-to-board. Pre vývojárov hardvéru sú to kritériá, ktoré výrazne ovplyvňujú dizajn zariadenia.
Dnes sa pacienti ešte musia prispôsobovať štruktúram zdravotníckeho systému. Už zajtra – a prognózy spoločnosti Deloitte sa vzťahujú na rok 2025 – sa zdravotná starostlivosť bude orientovať presne naopak, na pacientov, na ich miesto pobytu a časové možnosti. K tomuto prechodu k „4P medicíne“ (predictive, preventative, personalized, participatory) prispieva mnoho digitálnych inovácií.
Táto zmena paradigmy sa prejaví u výrobcov zdravotníckych zariadení. Počet inteligentných senzorov rastie s prepojením produktov v rámci internetu vecí v zdravotníctve (IoMT). V starostlivosti o pacientov sa zvyšuje komfort, napríklad prostredníctvom bezdrôtových pripojení k elektronickej zdravotnej dokumentácii, ako aj prenosu a monitorovania vitálnych parametrov v reálnom čase. Vďaka dátovej analýze, kognitívnym metódam a robotike vznikajú ďalšie oblasti potenciálu v zdravotníctve.
Táto zmena paradigmy sa prejaví u výrobcov zdravotníckych zariadení. Počet inteligentných senzorov rastie s prepojením produktov v rámci internetu vecí v zdravotníctve (IoMT). V starostlivosti o pacientov sa zvyšuje komfort, napríklad prostredníctvom bezdrôtových pripojení k elektronickej zdravotnej dokumentácii, ako aj prenosu a monitorovania vitálnych parametrov v reálnom čase. Vďaka dátovej analýze, kognitívnym metódam a robotike vznikajú ďalšie oblasti potenciálu v zdravotníctve.
Vysoká rýchlosť a elektromagnetická kompatibilita v centre pozornosti zdravotníckych zariadení
Systémy medicínskeho zobrazovania, ako sú CT skenery, MRI prístroje a digitálne röntgenové prístroje, spracúvajú v reálnom čase až 20 Gbit/s obrazových a pacientových údajov. To isté platí pre aplikácie v telemedicíne a diaľkovom monitorovaní. Rovnako aj v chirurgickej robotike je potrebný prenos obrazov a riadiacich príkazov v reálnom čase medzi konzolou chirurga a robotickým systémom. Endoskopia s vysokým rozlíšením, ako aj implantovateľné zariadenia a systémy monitorovania pacientov sú ďalšie oblasti, ktoré sa spoliehajú na prenos dát, ale kladú tiež dôraz na aspekty dizajnu EMC z hľadiska odolnosti proti rušeniu a bezpečnosti pacientov.
Ďalšie trendy, ako je nárast senzorov z viacerých zdrojov a čoraz viac prepojených celkových systémov, vyžadujú rýchly, spoľahlivý a bezpečný prenos dát cez rôzne rozhrania – čo platí najmä pre zariadenia v oblasti zdravotníckej techniky. Pri tom hrá rozhodujúcu úlohu integrita signálu, kde v aplikáciách prevládajú vysoko presné a spoľahlivé dáta. Konštantné prúdy a presné údaje sú nevyhnutné na zabezpečenie funkčnej bezpečnosti, spoľahlivosti a efektívnosti zariadení. Vysoké prenosové rýchlosti, niekedy aj na veľké vzdialenosti, môžu v prípade rušení, ako je šum, straty spôsobené spätnou väzbou, ako aj skreslenia a presluchy, ovplyvniť elektrické signály natoľko, že dochádza k chybám a zlyhaniu zariadení.
Ďalšie trendy, ako je nárast senzorov z viacerých zdrojov a čoraz viac prepojených celkových systémov, vyžadujú rýchly, spoľahlivý a bezpečný prenos dát cez rôzne rozhrania – čo platí najmä pre zariadenia v oblasti zdravotníckej techniky. Pri tom hrá rozhodujúcu úlohu integrita signálu, kde v aplikáciách prevládajú vysoko presné a spoľahlivé dáta. Konštantné prúdy a presné údaje sú nevyhnutné na zabezpečenie funkčnej bezpečnosti, spoľahlivosti a efektívnosti zariadení. Vysoké prenosové rýchlosti, niekedy aj na veľké vzdialenosti, môžu v prípade rušení, ako je šum, straty spôsobené spätnou väzbou, ako aj skreslenia a presluchy, ovplyvniť elektrické signály natoľko, že dochádza k chybám a zlyhaniu zariadení.
Dodržiavanie príslušných priemyselných noriem
V súlade s regulačnými požiadavkami, ako je nariadenie o zdravotníckych pomôckach (MDR) v Európskej únii alebo predpisy Úradu pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) v USA, je potrebné zabezpečiť schválenie a bezpečné používanie týchto zariadení. Trendom medzi všetkými návrhármi hardvéru je navyše požiadavka ešte efektívnejšieho využitia stále menšieho montážneho priestoru v zdravotníckych zariadeniach, pričom zaťaženie zariadení v dôsledku nárazov, vibrácií a kmitania, ako aj tepelné a chemické vplyvy prostredia naďalej kladú vysoké nároky na odolnosť všetkých zariadení.
Okrem toho existujú tri zamerané, aplikačne špecifické priemyselné normy pre zariadenia v oblasti zdravotníckej techniky, ktoré je potrebné zohľadniť pri všetkých návrhoch. Po prvé, ISO 80369-1, ktorá sa zaoberá metodikou návrhu na zníženie rizika nesprávneho pripojenia zdravotníckych zariadení alebo príslušenstva. Po druhé, norma IEC 60601, ktorá opisuje všeobecné požiadavky na základnú bezpečnosť a základné výkonové charakteristiky, vrátane elektromagnetického rušenia (EMI) a elektromagnetickej kompatibility (EMC). A po tretie, norma ISO 13485, ktorá sa týka systémov kvality zodpovedných za sledovateľnosť komponentov a postupov používaných vo výrobnom procese.
Okrem toho existujú tri zamerané, aplikačne špecifické priemyselné normy pre zariadenia v oblasti zdravotníckej techniky, ktoré je potrebné zohľadniť pri všetkých návrhoch. Po prvé, ISO 80369-1, ktorá sa zaoberá metodikou návrhu na zníženie rizika nesprávneho pripojenia zdravotníckych zariadení alebo príslušenstva. Po druhé, norma IEC 60601, ktorá opisuje všeobecné požiadavky na základnú bezpečnosť a základné výkonové charakteristiky, vrátane elektromagnetického rušenia (EMI) a elektromagnetickej kompatibility (EMC). A po tretie, norma ISO 13485, ktorá sa týka systémov kvality zodpovedných za sledovateľnosť komponentov a postupov používaných vo výrobnom procese.
Konektory typu board-to-board ako prenášače signálu
Keďže zložitosť a hustota integrácie v zdravotníckych zariadeniach neustále rastie a je potrebné integrovať existujúce aj nové funkcie na veľmi obmedzenom priestore, požiadavky na konektory typu board-to-board, ktoré slúžia ako most medzi doskami s plošnými spojmi, sú nesmierne vysoké. Najrozmanitejšie miesta a oblasti použitia vystavujú zariadenia vibráciám a otrasom. Konektory musia zabezpečiť dlhodobú spoľahlivosť kontaktu aj pri mikropohyboch. Robustnosť, prenos dát a EMC tienenie sú pre vývojárov hardvéru tromi základnými piliermi mechanického dizajnu zariadení.
Konektory najnovšej generácie musia minimalizovať rušenie pri prenose signálu a konštrukcia kontaktov konektorov musí byť na to perfektne prispôsobená. Cieľom je preto vždy obísť riziká pri prenose dát, medzi ktoré patria hlavne kolísania impedancie spôsobené zmenami materiálu a geometrie, ako aj útlm spôsobený vložnou stratou a spätnou stratou, a tiež presluchy.
Konektory najnovšej generácie musia minimalizovať rušenie pri prenose signálu a konštrukcia kontaktov konektorov musí byť na to perfektne prispôsobená. Cieľom je preto vždy obísť riziká pri prenose dát, medzi ktoré patria hlavne kolísania impedancie spôsobené zmenami materiálu a geometrie, ako aj útlm spôsobený vložnou stratou a spätnou stratou, a tiež presluchy.
Ochrana signálu ako základ
Pokiaľ ide o elektromagnetické vplyvy, vysokorýchlostné signály vyžadujú osobitnú ochranu. Konektor môže v tomto prípade pôsobiť ako zdroj rušenia, ale aj ako jeho prijímač. Odporúča sa preto ochrana signálu pomocou tienenia, aby boli citlivé signály chránené pred vonkajšími vplyvmi. Z obrázku nižšie je zrejmé, že už aj malý elektrický impulz môže skresliť užitočný signál.
Prijímač už nedokáže jednoznačne interpretovať digitálne stavy signálu HDMI už po krátkom impulze s napätím 0,5 kV, zatiaľ čo prenos signálu cez tienený konektor prebieha stabilne aj pri napätí 4,4 kV.
Spojovacia indukčnosť LK charakterizuje konektor na základe elektrických vlastností v oboch funkciách – ako zdroja aj ako senzora. To platí tak pre odolnosť voči rušeniu, ako aj pre vyžarovanie rušenia. Ak sú známe indukované napätie (Uind), napätie generátora (UGen) a konštanta generátora (kGen), špecifickú maximálne prípustnú indukčnosť (LK) možno určiť pomocou tejto rovnice:
LK = Uind / (UGen * kGen) (rovnica 1)
Indukčnosť spojenia pomáha používateľovi tiež definovať vhodný konektor z hľadiska elektromagnetickej kompatibility a vyhnúť sa nákladným a časovo náročným testom metódou pokusov a omylov v laboratóriu EMC. Tu je príklad: Pre signál HDMI bola pri napätí 4,4 kV stanovená maximálna indukčnosť pre daný prípad na 47 pH. Ak je hodnota vyššia, signál sa už neprenáša bez rušenia.
Spojovacia indukčnosť LK charakterizuje konektor na základe elektrických vlastností v oboch funkciách – ako zdroja aj ako senzora. To platí tak pre odolnosť voči rušeniu, ako aj pre vyžarovanie rušenia. Ak sú známe indukované napätie (Uind), napätie generátora (UGen) a konštanta generátora (kGen), špecifickú maximálne prípustnú indukčnosť (LK) možno určiť pomocou tejto rovnice:
LK = Uind / (UGen * kGen) (rovnica 1)
Indukčnosť spojenia pomáha používateľovi tiež definovať vhodný konektor z hľadiska elektromagnetickej kompatibility a vyhnúť sa nákladným a časovo náročným testom metódou pokusov a omylov v laboratóriu EMC. Tu je príklad: Pre signál HDMI bola pri napätí 4,4 kV stanovená maximálna indukčnosť pre daný prípad na 47 pH. Ak je hodnota vyššia, signál sa už neprenáša bez rušenia.
Špeciálne pre náročné priemyselné aplikácie
Produktová rada Zero8 od spoločnosti ept bola navrhnutá pre tieto vysoké nároky v oblasti medicínskej techniky a vďaka vysokej škálovateľnosti ponúka ideálne prispôsobenie individuálnym požiadavkám – konštrukčné vyhotovenia, výška stohovania a počet pólov sa dajú individuálne vybrať. Základne a konektory sú v súčasnosti k dispozícii v konštrukčných vyhotoveniach Mid-Profile a Low-Profile a v budúcnosti budú k dispozícii aj v prevedení High-Profile a v uhlovom vyhotovení. Vďaka rôznym výškam konštrukcie je možné pomocou konektorov Zero8 realizovať rozstupy dosiek plošných spojov od 6,00 mm do 21,00 mm, pričom počet pólov sa pohybuje v rozmedzí od dvanástich do 80. Na účely tienenia je možné na oboch stranách konektorovej dvojice zvoliť ochranu, pričom všetky konektory Zero8 sú samozrejme navzájom kompatibilné a voľne kombinovateľné.
Obojstranná pripojovacia technológia ScaleX odoláva náročným podmienkam priemyselných aplikácií a zaručuje spoľahlivé kontaktovanie aj pri mechanickom namáhaní, ako sú nárazy a vibrácie. Okrem toho kompenzuje tolerancie na strane zariadenia vo všetkých smeroch v zapojenom stave. Vďaka EMC tieneniu sú signály v priemyselnom prostredí chránené pred vonkajšími vplyvmi a materiálové vlastnosti zaručujú rýchlosť prenosu dát až 16 Gbit/s.
Viac informácií o Zero8 »
Obojstranná pripojovacia technológia ScaleX odoláva náročným podmienkam priemyselných aplikácií a zaručuje spoľahlivé kontaktovanie aj pri mechanickom namáhaní, ako sú nárazy a vibrácie. Okrem toho kompenzuje tolerancie na strane zariadenia vo všetkých smeroch v zapojenom stave. Vďaka EMC tieneniu sú signály v priemyselnom prostredí chránené pred vonkajšími vplyvmi a materiálové vlastnosti zaručujú rýchlosť prenosu dát až 16 Gbit/s.
Viac informácií o Zero8 »
Výber správneho konektora pre vysokorýchlostné aplikácie sa nesmie podceňovať. Ako je tu opísané, najmä v oblasti zdravotníckej techniky existuje mnoho požiadaviek naraz. Aké mechanické alebo elektrické vlastnosti musia spájacie konektory typu board-to-board spĺňať alebo ako je navrhnuté pripojenie periférnych zariadení konektora – to sú všetko jemné detaily, ktoré môžu byť pri výbere rozhodujúce pre každý jednotlivý pin.
Máte záujem?
V tom prípade si hneď vyberte konektor európskej výroby:
Zoznam produktov
Máte ešte nejaké otázky?
V tom prípade nás prosím kontaktujte!
Dotaz prostredníctvom formulára
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
V tom prípade nás prosím kontaktujte!
Dotaz prostredníctvom formulára
+49 8861 2501 0
sales@ept.de