Povezovalni konektorji tipa »board-to-board« v medicinski tehniki
Pravi stiki na področju medicinske tehnologije
V medicinski tehnologiji bodo prevladale povezane naprave MedTech z vedno več pametnimi senzorji. Najstrožji predpisi in najvišja zaščita pred okvarami določajo smer, ki jo morajo slediti uporabljeni izdelki in sestavni deli. Miniaturizacija, hitrost prenosa podatkov in elektromagnetno sevanje so izrecne zahteve, ki veljajo za vtičnike za povezavo med ploščami. Za razvijalce strojne opreme so to merila, ki bistveno vplivajo na zasnovo naprav.
Danes se morajo bolniki še vedno prilagajati strukturam zdravstvenega sistema. Že jutri – in napovedi podjetja Deloitte veljajo za leto 2025 – se bo zdravstvena oskrba ravno nasprotno prilagajala bolnikom, njihovemu kraju bivanja in časovnim zahtevam. Prehod k tej »4P-medicini« (predictive, preventative, personalized, participatory) spodbujajo številne digitalne inovacije.
Ta sprememba paradigme se bo pokazala pri proizvajalcih medicinskih naprav. Število pametnih senzorjev narašča s povezovanjem izdelkov v internetu medicinskih stvari (IoMT). Pri oskrbi pacientov se povečuje udobje, na primer z brezžičnimi povezavami do elektronske kartoteke pacienta ter prenosom in spremljanjem vitalnih parametrov v realnem času. Z analitiko podatkov, kognitivnimi metodami in robotiko se odpirajo nova področja potenciala v zdravstvu.
Ta sprememba paradigme se bo pokazala pri proizvajalcih medicinskih naprav. Število pametnih senzorjev narašča s povezovanjem izdelkov v internetu medicinskih stvari (IoMT). Pri oskrbi pacientov se povečuje udobje, na primer z brezžičnimi povezavami do elektronske kartoteke pacienta ter prenosom in spremljanjem vitalnih parametrov v realnem času. Z analitiko podatkov, kognitivnimi metodami in robotiko se odpirajo nova področja potenciala v zdravstvu.
Visoke hitrosti in elektromagnetna združljivost v središču pozornosti pri medicinskih napravah
Medicinski sistemi za slikanje, kot so CT-skenerji, MRI-aparati in digitalni rentgenski aparati, v realnem času obdelujejo do 20 Gbit/s slikovnih podatkov in podatkov o pacientih. Enako velja za aplikacije na področju telemedicine in daljinskega nadzora. Tudi v kirurški robotiki je potrebna prenos slik in ukazov v realnem času med kirurško konzolo in robotskim sistemom. Visokoločljivostna endoskopija ter vsadljive naprave in sistemi za spremljanje pacientov so dodatna področja, ki se opirajo na prenos podatkov, hkrati pa dajejo velik poudarek vidikom EMC-oblikovanja za odpornost proti motnjam in varnost pacientov.
Nadaljnje trende, kot so povečanje senzorjev iz več virov in vedno bolj povezani celotni sistemi, zahtevajo hiter, zanesljiv in varen prenos podatkov prek različnih vmesnikov – dejstvo, ki velja zlasti za naprave MedTech. Pri tem igra integriteta signala odločilno vlogo, saj v aplikacijah prevladujejo visoko natančni in zanesljivi podatki. Konstantni tokovi in natančni podatki so nepogrešljivi za zagotavljanje funkcionalne varnosti, zanesljivosti in učinkovitosti naprav. Visoke hitrosti prenosa podatkov, včasih tudi na velike razdalje, lahko pri motnjah, kot so šum, izgube zaradi (povratne) vezave ter popačenja in presluh, tako močno vplivajo na električne signale, da pride do napak in izpadov naprav.
Nadaljnje trende, kot so povečanje senzorjev iz več virov in vedno bolj povezani celotni sistemi, zahtevajo hiter, zanesljiv in varen prenos podatkov prek različnih vmesnikov – dejstvo, ki velja zlasti za naprave MedTech. Pri tem igra integriteta signala odločilno vlogo, saj v aplikacijah prevladujejo visoko natančni in zanesljivi podatki. Konstantni tokovi in natančni podatki so nepogrešljivi za zagotavljanje funkcionalne varnosti, zanesljivosti in učinkovitosti naprav. Visoke hitrosti prenosa podatkov, včasih tudi na velike razdalje, lahko pri motnjah, kot so šum, izgube zaradi (povratne) vezave ter popačenja in presluh, tako močno vplivajo na električne signale, da pride do napak in izpadov naprav.
Upoštevanje veljavnih industrijskih standardov
V okviru regulativnih zahtev, kot sta Uredba o medicinskih pripomočkih (MDR) v Evropski uniji ali predpisi Uprave za hrano in zdravila (FDA) v ZDA, je treba zagotoviti homologacijo in varno uporabo naprav. Poleg tega je trend med vsemi oblikovalci strojne opreme, da še učinkoviteje izkoristijo vedno manjši prostor v medicinskih napravah, pri čemer obremenitve naprav v zvezi z udarci, vibracijami in nihanjami ter tudi toplotnimi in kemičnimi vplivi okolja še vedno zahtevajo robustnost vseh naprav.
Poleg tega obstajajo trije osredotočeni, aplikacijsko specifični industrijski standardi za medicinske naprave, ki jih je treba upoštevati pri vseh projektih. Prvič, ISO 80369-1, ki obravnava metodologijo projektiranja za zmanjšanje tveganja napačnega priključitve medicinskih naprav ali dodatkov. Drugič, IEC 60601, ki opisuje splošne zahteve glede osnovne varnosti in bistvenih zmogljivosti, vključno z elektromagnetnimi motnjami (EMI) in elektromagnetno združljivostjo (EMC). In tretjič, standard ISO 13485, ki se nanaša na sisteme kakovosti, odgovorne za sledljivost komponent in postopkov, uporabljenih v proizvodnem procesu.
Poleg tega obstajajo trije osredotočeni, aplikacijsko specifični industrijski standardi za medicinske naprave, ki jih je treba upoštevati pri vseh projektih. Prvič, ISO 80369-1, ki obravnava metodologijo projektiranja za zmanjšanje tveganja napačnega priključitve medicinskih naprav ali dodatkov. Drugič, IEC 60601, ki opisuje splošne zahteve glede osnovne varnosti in bistvenih zmogljivosti, vključno z elektromagnetnimi motnjami (EMI) in elektromagnetno združljivostjo (EMC). In tretjič, standard ISO 13485, ki se nanaša na sisteme kakovosti, odgovorne za sledljivost komponent in postopkov, uporabljenih v proizvodnem procesu.
Konektorji za povezavo med ploščami kot prenosniki signalov
Ker se kompleksnost in gostota integracije v medicinskih napravah nenehno povečujeta in je treba na zelo omejenem prostoru integrirati obstoječe in nove funkcionalnosti, so zahteve do vmesnikov za povezovanje plošč (board-to-board), ki delujejo kot most med tiskanimi vezji, izjemno visoke. Najrazličnejša mesta in področja uporabe izpostavljajo naprave vibracijam in tresljajem. Konektorji morajo zagotoviti dolgoročno zanesljivost stika pri mikro premikih. Robustnost, prenos podatkov in EMC-zaščita so za razvijalce strojne opreme trije temeljni stebri pri mehanskem načrtovanju naprav.
Konektorji najnovejše generacije morajo zmanjšati motnje pri prenosu signala, zasnova kontaktov pa mora biti temu popolnoma prilagojena. Zato je cilj vedno izogniti se tveganjem pri prenosu podatkov, med katere spadajo predvsem nihanja impedanca zaradi sprememb materiala in geometrije ter dušenje zaradi izgube pri vstavljanju in povratne izgube ter prekrivanje.
Konektorji najnovejše generacije morajo zmanjšati motnje pri prenosu signala, zasnova kontaktov pa mora biti temu popolnoma prilagojena. Zato je cilj vedno izogniti se tveganjem pri prenosu podatkov, med katere spadajo predvsem nihanja impedanca zaradi sprememb materiala in geometrije ter dušenje zaradi izgube pri vstavljanju in povratne izgube ter prekrivanje.
Zaščita signalov kot osnova
Glede elektromagnetnih vplivov visokohitrostni signali potrebujejo posebno zaščito. Konektor lahko pri tem deluje tako kot vir motenj kot tudi kot sprejemnik. V tem primeru se priporoča zaščita signala z oklopno pločevino, da se občutljive signale zaščiti pred zunanjimi vplivi. Iz spodnje slike je razvidno, da že majhen električni impulz lahko izkrivi želeni signal.
Sprejemnik ne more več nedvoumno razbrati digitalnih stanj signala HDMI že po kratkem impulzu 0,5 kV, medtem ko prenos signala prek oklopljenega konektorja ostane stabilen tudi pri 4,4 kV.
Induktivnost sklopitve LK opisuje konektor skozi električne razmere v obeh vlogah – viru in odjemniku. To velja tako za odpornost proti motnjam kot tudi za oddajanje motenj. Če so znane indukcijska napetost (Uind), napetost generatorja (UGen) ter konstanta generatorja (kGen), se lahko specifična največja dovoljena induktivnost sklopke (LK) določi s to enačbo:
LK = Uind / (UGen * kGen) (en. 1)
Induktivnost sklopke uporabniku pomaga tudi pri izbiri ustreznega konektorja glede na njegovo elektromagnetno združljivost ter pri izogibanju dragim in časovno zamudnim preskusom po metodi poskusov in napak v laboratoriju za elektromagnetno združljivost. Tukaj je primer: za HDMI-signal je bila pri napetosti 4,4 kV ugotovljena največja induktivnost sklopke, specifična za ta primer, v višini 47 pH. Če je vrednost višja, signal torej ni več prenesen brez motenj.
Induktivnost sklopitve LK opisuje konektor skozi električne razmere v obeh vlogah – viru in odjemniku. To velja tako za odpornost proti motnjam kot tudi za oddajanje motenj. Če so znane indukcijska napetost (Uind), napetost generatorja (UGen) ter konstanta generatorja (kGen), se lahko specifična največja dovoljena induktivnost sklopke (LK) določi s to enačbo:
LK = Uind / (UGen * kGen) (en. 1)
Induktivnost sklopke uporabniku pomaga tudi pri izbiri ustreznega konektorja glede na njegovo elektromagnetno združljivost ter pri izogibanju dragim in časovno zamudnim preskusom po metodi poskusov in napak v laboratoriju za elektromagnetno združljivost. Tukaj je primer: za HDMI-signal je bila pri napetosti 4,4 kV ugotovljena največja induktivnost sklopke, specifična za ta primer, v višini 47 pH. Če je vrednost višja, signal torej ni več prenesen brez motenj.
Posebej za zahtevne industrijske aplikacije
Družina izdelkov Zero8 podjetja ept je bila zasnovana za te visoke zahteve v medicinski tehnologiji in se s svojo visoko prilagodljivostjo idealno prilagaja individualnim potrebam – oblike, višina zlaganja in število kontaktov se lahko izberejo po meri. Ohišja in konektorji so trenutno na voljo v izvedbah Mid-Profile in Low-Profile, v prihodnosti pa bodo na voljo tudi v izvedbah High-Profile in kotnih različicah. Zaradi različnih višin izvedb je z vtičnimi konektorji Zero8 mogoče doseči razmike med tiskanimi vezji od 6,00 mm do 21,00 mm, pri čemer je število polov spremenljivo med dvanajstimi in 80. Za oklop je mogoče izbrati zaščito na obeh straneh para vtičnikov, pri čemer so seveda vsi vtičniki Zero8 med seboj združljivi in jih je mogoče prosto kombinirati.
Dvostranska priključna tehnologija ScaleX je odporna na zahtevne pogoje industrijskih aplikacij in zagotavlja zanesljiv stik tudi ob mehanskih obremenitvah, kot sta udarci in vibracije. Poleg tega v vstavljenem stanju v vseh smereh kompenzira tolerance na strani naprave. Z EMV-zaslonom so signali v industrijskem okolju zaščiteni pred zunanjimi vplivi, materialna sestava pa zagotavlja hitrost prenosa podatkov do 16 Gbit/s.
Več informacij o Zero8 »
Dvostranska priključna tehnologija ScaleX je odporna na zahtevne pogoje industrijskih aplikacij in zagotavlja zanesljiv stik tudi ob mehanskih obremenitvah, kot sta udarci in vibracije. Poleg tega v vstavljenem stanju v vseh smereh kompenzira tolerance na strani naprave. Z EMV-zaslonom so signali v industrijskem okolju zaščiteni pred zunanjimi vplivi, materialna sestava pa zagotavlja hitrost prenosa podatkov do 16 Gbit/s.
Več informacij o Zero8 »
Izbire pravega konektorja za visokohitrostne aplikacije ne smemo podcenjevati. Kot je opisano tukaj, zlasti na področju medicinske tehnologije velja veliko zahtev hkrati. Katere mehanske ali električne lastnosti morajo izpolnjevati konektorji za povezavo med ploščami ali kako je oblikovana priključna periferija konektorja – to so vse drobne podrobnosti, ki so pri izbiri lahko odločilne za vsak posamezni pin.
Vas zanima?
Potem si takoj izberite konektor evropske proizvodnje:
Seznam izdelkov
Imate še kakšna vprašanja?
V tem primeru nas prosimo kontaktirajte!
Pošljite povpraševanje prek obrazca
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
V tem primeru nas prosimo kontaktirajte!
Pošljite povpraševanje prek obrazca
+49 8861 2501 0
sales@ept.de