Konektory typu board-to-board v lékařské technice
Správné kontakty v oblasti zdravotnické techniky
V oblasti zdravotnické techniky budou scénu ovládat propojená zařízení s rostoucím počtem inteligentních senzorů. Nejpřísnější předpisy a nejvyšší ochrana proti výpadkům udávají směr, kterým se musí použité produkty a komponenty ubírat. Miniaturizace, rychlost přenosu dat a elektromagnetické záření jsou výslovně požadavky, kterým musí konektory typu board-to-board vyhovět. Pro vývojáře hardwaru jsou to kritéria, která výrazně ovlivňují design zařízení.

Dnes se pacienti ještě musí přizpůsobovat struktuře zdravotnického systému. Zítra už – a prognózy společnosti Deloitte se vztahují k roku 2025 – se zdravotní péče bude orientovat přesně opačně, a to na pacienty, na místo jejich pobytu a na jejich časové možnosti. K tomuto přechodu k „4P medicíně“ (predictive, preventative, personalized, participatory) přispívá řada digitálních inovací.
Tento paradigmatický posun se projeví u výrobců zdravotnických zařízení. Počet inteligentních senzorů roste s propojením produktů v rámci Internetu věcí ve zdravotnictví (IoMT). V péči o pacienty se zvyšuje komfort, například díky bezdrátovému připojení k elektronické zdravotní dokumentaci pacienta a přenosu a monitorování vitálních parametrů v reálném čase. Díky datové analytice, kognitivním metodám a robotice se otevírají další oblasti potenciálu ve zdravotnictví.
Tento paradigmatický posun se projeví u výrobců zdravotnických zařízení. Počet inteligentních senzorů roste s propojením produktů v rámci Internetu věcí ve zdravotnictví (IoMT). V péči o pacienty se zvyšuje komfort, například díky bezdrátovému připojení k elektronické zdravotní dokumentaci pacienta a přenosu a monitorování vitálních parametrů v reálném čase. Díky datové analytice, kognitivním metodám a robotice se otevírají další oblasti potenciálu ve zdravotnictví.
Vysoká rychlost a elektromagnetická kompatibilita v centru pozornosti u zdravotnických přístrojů
Lékařské zobrazovací systémy, jako jsou CT skenery, MRI přístroje a digitální rentgeny, zpracovávají až 20 Gbit/s obrazových a pacientových dat v reálném čase. Totéž platí pro aplikace v telemedicíně a dálkovém monitorování. Stejně tak je v chirurgické robotice vyžadován přenos obrazů a řídicích příkazů v reálném čase mezi konzolí chirurga a robotickým systémem. Endoskopie s vysokým rozlišením, implantovatelné přístroje a systémy pro monitorování pacientů jsou dalšími oblastmi, které sázejí na přenos dat, ale kladou také důraz na aspekty návrhu EMC pro odolnost proti rušení a bezpečnost pacientů.
Další trendy, jako je nárůst senzoriky z více zdrojů a stále více propojených celkových systémů, vyžadují rychlý, spolehlivý a bezpečný přenos dat přes různé rozhraní – což platí zejména pro zařízení v oblasti zdravotnické techniky. Zásadní roli zde hraje integrita signálu, kde v aplikacích převládají vysoce přesná a spolehlivá data. Konstantní proudy a přesná data jsou nezbytné pro zajištění funkční bezpečnosti, spolehlivosti a účinnosti zařízení. Vysoké přenosové rychlosti, někdy i na velké vzdálenosti, mohou při rušení, jako je šum, ztráty způsobené zpětnou vazbou, zkreslení a přeslechy, narušit elektrické signály natolik, že dochází k chybám a výpadkům zařízení.
Další trendy, jako je nárůst senzoriky z více zdrojů a stále více propojených celkových systémů, vyžadují rychlý, spolehlivý a bezpečný přenos dat přes různé rozhraní – což platí zejména pro zařízení v oblasti zdravotnické techniky. Zásadní roli zde hraje integrita signálu, kde v aplikacích převládají vysoce přesná a spolehlivá data. Konstantní proudy a přesná data jsou nezbytné pro zajištění funkční bezpečnosti, spolehlivosti a účinnosti zařízení. Vysoké přenosové rychlosti, někdy i na velké vzdálenosti, mohou při rušení, jako je šum, ztráty způsobené zpětnou vazbou, zkreslení a přeslechy, narušit elektrické signály natolik, že dochází k chybám a výpadkům zařízení.
Dodržování příslušných průmyslových norem

V rámci regulačních požadavků, jako je nařízení o zdravotnických prostředcích (MDR) v Evropské unii nebo předpisy Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) v USA, je třeba zajistit schválení a bezpečné používání těchto zařízení. Trendem u všech návrhářů hardwaru je navíc požadavek na ještě efektivnější využití stále se zmenšujícího montážního prostoru v lékařských přístrojích, přičemž namáhání přístrojů v podobě nárazů, vibrací a kmitání, jakož i tepelné a chemické vlivy prostředí i nadále kladou vysoké nároky na odolnost všech přístrojů.
Dále existují tři specifické průmyslové normy pro zařízení v oblasti zdravotnické techniky, které je třeba zohlednit při všech návrzích. Za prvé, norma ISO 80369-1, která se zabývá metodikou návrhu pro snížení rizika nesprávného připojení zdravotnických zařízení nebo příslušenství. Za druhé, norma IEC 60601, která popisuje obecné požadavky na základní bezpečnost a základní výkonnostní charakteristiky, včetně elektromagnetického rušení (EMI) a elektromagnetické kompatibility (EMC). A za třetí norma ISO 13485, která se týká systémů kvality a zajišťuje sledovatelnost komponent a postupů použitých ve výrobním procesu.
Dále existují tři specifické průmyslové normy pro zařízení v oblasti zdravotnické techniky, které je třeba zohlednit při všech návrzích. Za prvé, norma ISO 80369-1, která se zabývá metodikou návrhu pro snížení rizika nesprávného připojení zdravotnických zařízení nebo příslušenství. Za druhé, norma IEC 60601, která popisuje obecné požadavky na základní bezpečnost a základní výkonnostní charakteristiky, včetně elektromagnetického rušení (EMI) a elektromagnetické kompatibility (EMC). A za třetí norma ISO 13485, která se týká systémů kvality a zajišťuje sledovatelnost komponent a postupů použitých ve výrobním procesu.
Konektory typu board-to-board jako přenašeče signálu
Vzhledem k tomu, že složitost a hustota integrace v lékařských přístrojích neustále roste a je třeba integrovat stávající i nové funkce na velmi omezeném prostoru, jsou požadavky na konektory typu board-to-board, které slouží jako most mezi deskami plošných spojů, nesmírně vysoké. Nejrůznější místa a oblasti použití vystavují přístroje vibracím a otřesům. Konektory musí zajistit dlouhodobou spolehlivost kontaktů i při mikropohybech. Robustnost, přenos dat a stínění EMC jsou pro vývojáře hardwaru třemi základními pilíři při mechanickém návrhu zařízení.
Konektory nejnovější generace musí minimalizovat rušení při přenosu signálu a konstrukce kontaktů konektorů musí být na to perfektně přizpůsobena. Cílem je proto vždy obejít rizika při přenosu dat, mezi která patří především kolísání impedance v důsledku změn materiálu a geometrie, jakož i útlum způsobený vložnou ztrátou a zpětnou ztrátou a také přeslech.
Konektory nejnovější generace musí minimalizovat rušení při přenosu signálu a konstrukce kontaktů konektorů musí být na to perfektně přizpůsobena. Cílem je proto vždy obejít rizika při přenosu dat, mezi která patří především kolísání impedance v důsledku změn materiálu a geometrie, jakož i útlum způsobený vložnou ztrátou a zpětnou ztrátou a také přeslech.
Ochrana signálu jako základ

Vzhledem k elektromagnetickým vlivům vyžadují vysokorychlostní signály zvláštní ochranu. Konektor může v tomto případě působit jak jako zdroj rušení, tak jako jeho přijímač. V tomto případě se doporučuje ochrana signálu pomocí stínícího plechu, aby byly citlivé signály chráněny před vnějšími vlivy. Z obrázku níže je patrné, že už i malý elektrický impuls může zkreslit užitečný signál.
Příjemce již nedokáže jednoznačně interpretovat digitální stavy signálu HDMI po krátkém impulzu o napětí 0,5 kV, zatímco přenos signálu ve stíněném konektoru zůstává stabilní i při napětí 4,4 kV.
Vazebná indukčnost LK charakterizuje konektor z hlediska elektrických vlastností v obou funkcích – jako zdroje i jako zátěže. To platí jak pro odolnost proti rušení, tak pro vyzařování rušení. Jsou-li známy indukované napětí (Uind), napětí generátoru (UGen) a generátorová konstanta (kGen), lze specifickou maximální přípustnou vazebnou indukčnost (LK) určit pomocí tohoto vzorce:
LK = Uind / (UGen * kGen) (rov. 1)
Vazebná indukčnost navíc pomáhá uživateli definovat vhodný konektor z hlediska jeho elektromagnetické kompatibility a vyhnout se nákladným a časově náročným testům metodou pokusů a omylů v laboratoři EMC. Zde je příklad: Pro signál HDMI byla při napětí 4,4 kV stanovena maximální vazebná indukčnost 47 pH specifická pro daný případ. Pokud je hodnota vyšší, signál již není přenášen bez rušení.
Vazebná indukčnost LK charakterizuje konektor z hlediska elektrických vlastností v obou funkcích – jako zdroje i jako zátěže. To platí jak pro odolnost proti rušení, tak pro vyzařování rušení. Jsou-li známy indukované napětí (Uind), napětí generátoru (UGen) a generátorová konstanta (kGen), lze specifickou maximální přípustnou vazebnou indukčnost (LK) určit pomocí tohoto vzorce:
LK = Uind / (UGen * kGen) (rov. 1)
Vazebná indukčnost navíc pomáhá uživateli definovat vhodný konektor z hlediska jeho elektromagnetické kompatibility a vyhnout se nákladným a časově náročným testům metodou pokusů a omylů v laboratoři EMC. Zde je příklad: Pro signál HDMI byla při napětí 4,4 kV stanovena maximální vazebná indukčnost 47 pH specifická pro daný případ. Pokud je hodnota vyšší, signál již není přenášen bez rušení.
Speciálně pro náročné průmyslové aplikace

Produktová řada Zero8 společnosti ept byla navržena právě pro tyto vysoké nároky v oblasti lékařské techniky a díky své vysoké škálovatelnosti umožňuje ideální přizpůsobení individuálním požadavkům – provedení, výšku stohování a počet pólů lze volit individuálně. Zásuvky a konektory jsou v současné době k dispozici v provedeních Mid-Profile a Low-Profile a v budoucnu budou k dispozici také v provedeních High-Profile a v úhlové verzi. Díky různým výškám provedení lze pomocí konektorů Zero8 realizovat rozestupy desek plošných spojů od 6,00 mm do 21,00 mm, přičemž počet pólů je variabilní v rozmezí od dvanácti do 80. Pro účely stínění lze na obou stranách konektorové dvojice zvolit ochranu, přičemž všechny konektory Zero8 jsou samozřejmě vzájemně kompatibilní a volně kombinovatelné.
Oboustranná připojovací technologie ScaleX odolává drsným podmínkám průmyslových aplikací a zajišťuje spolehlivé spojení i při mechanickém namáhání, jako jsou nárazy a vibrace. Navíc kompenzuje tolerance na straně zařízení ve všech směrech ve zapojeném stavu. Díky stínění EMC jsou signály v průmyslovém prostředí chráněny před vnějšími vlivy a materiálové vlastnosti zaručují rychlost přenosu dat až 16 Gbit/s.
Více informací o Zero8 »
Oboustranná připojovací technologie ScaleX odolává drsným podmínkám průmyslových aplikací a zajišťuje spolehlivé spojení i při mechanickém namáhání, jako jsou nárazy a vibrace. Navíc kompenzuje tolerance na straně zařízení ve všech směrech ve zapojeném stavu. Díky stínění EMC jsou signály v průmyslovém prostředí chráněny před vnějšími vlivy a materiálové vlastnosti zaručují rychlost přenosu dat až 16 Gbit/s.
Více informací o Zero8 »
Výběr správného konektoru pro vysokorychlostní aplikace nelze podceňovat. Jak je zde popsáno, zejména v oblasti lékařské techniky existuje mnoho požadavků najednou. Jaké mechanické nebo elektrické vlastnosti musí splňovat konektory typu board-to-board nebo jak je navrženo připojovací periferní zařízení konektoru – to vše jsou jemné detaily, které mohou být při výběru rozhodující pro každý jednotlivý pin.
Máte zájem?
Pak si hned vyberte konektor evropské výroby:
Seznam produktů

Máte ještě nějaké dotazy?
Pak nás prosím kontaktujte!
Dotaz prostřednictvím formuláře
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
Pak nás prosím kontaktujte!
Dotaz prostřednictvím formuláře
+49 8861 2501 0
sales@ept.de

