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Die richtigen Anschlüsse für die erfolgreiche Patientenüberwachung mit Wearables : Ausgabe 04/2017, 02.03.2017

Die Lebensqualität beginnt beim Stecker

Das Wachstum im Bereich Fernüberwachung von Patienten zwingt die Anbieter im Bereich Verbindungstechnik dazu, ihre Produkte an diesen Markt anzupassen. Immer mehr kleine, leichte, wasserdichte und mit Verriegelungsmechanismus versehene Stecker kommen auf den Markt, die genau für dieses Segment ausgelegt sind. Bei der Wahl eines Steckers für ein Patientenüberwachungsgerät muss man die besonderen Herausforderungen dieser neuen Anwendung berücksichtigen, um einen Entwicklungserfolg zu garantieren.

Autor: Marco Enge, Senior Product Manager, Avnet Abacus

Bilder: Avnet

Die Fernüberwachung von Patienten ist ein schnell wachsender Markt. Medizinische Geräte zur Überwachung von Patienten ausserhalb des Krankenhauses, etwa durch tragbare Blutzuckermessgeräte und Sturzerkennungssysteme für ältere Menschen, kommen immer häufiger zum Einsatz. Sind diese Geräte klein, handlich und am Körper tragbar, lässt sich die Gesundheit der Patienten verbessern, ihre Unabhängigkeit erhöhen und die Belastung des Gesundheitswesens verringern.

Wearables sind mit dem IoT vernetzt

Diese Geräte sind so ausgelegt, dass sie mit dem Internet der Dinge (IoT) vernetzt werden können, Daten aufzeichnen und Informationen über den Gesundheitszustand des Patienten an den Arzt für weitere Analysezwecke senden können. Telemedizinische Lösungen wie diese sorgen für eine bessere Lebensqualität für Patienten, da sogar Krankenhausaufenthalte verringert werden können. Ärzte haben damit Zugriff auf grosse Datenmengen, um eine detaillierte Forschung und Analyse auf Knopfdruck durchzuführen.

Die Weiterentwicklung medizinischer Geräte in tragbare Überwachungsgeräte stellt eine Herausforderung für Elektronikentwickler und elektronische Bauteile dar. Letztere müssen so klein und leicht wie möglich sein sowie komplexe und leistungshungrige Funktionen wie Touchscreen-LCDs und Funkkommunikation in batteriebetriebe Anwendungen integrieren. Selbst kleinste tragbare medizinische Geräte enthalten drei oder vier Anschlüsse verschiedenster Art. Die Verbindungstechnik muss dabei mit der höheren Leistungsfähigkeit in anderen Bereichen Schritt halten. Neben der erforderlichen Anzahl und Art von Kontakten – einschliesslich der Spannungs- und Stromanforderungen –, kommt es auch auf andere wichtige Kriterien an, wenn ein I/O-Anschluss für diese Anwendungen spezifiziert wird.

Steckverbindungen – vom Einmal­einsatz bis über 10 000 Steckzyklen

Wesentlich bei allen Steckverbindungen ist, für wie viele Steckzyklen sie ausgelegt sind. Während Stecker für Einwegsensoren nur für eine einmalige Anwendung ausgelegt sein müssen, können Peripherie- oder Plati­nensteckverbinder für weniger als zehn Steckzyklen ausgelegt sein. Für die meisten Patienten-Fernüberwachungsgeräte sind Strom- und I/O-Anschlüsse erforderlich, die bei normaler Anwendung durch den Patienten viele Male ein- und ausgesteckt werden. Sie müssen daher für eine hohe Zahl an Steckzyklen ausgelegt sein. Ein Micro-USB-2.0-Stecker von Amphenol FCI ist zum Beispiel für 10 000 Steckzyklen ausgelegt. Der SD-Card-Stecker von Amphenol FCI bietet eine Haltbarkeit von 12 000 Push-Push-Zyklen. Nicht nur die Zahl der erforderlichen Zyklen ist entscheidend, auch die Nutzung des Geräts ist zu berücksichtigen. Trägt der Anwender das Produkt am Arm, steht ihm nur eine Hand zum Ein-/Ausstecken zur Verfügung. Dies beeinflusst die Entscheidung im Hinblick auf die Steckkraft, oder wie stark der Anwender drücken muss, um eine Verbindung herzustellen, oder wie einfach sich die Stecker in Bezug auf ihre Grösse, Form und Positionen anschliessen lassen. Wenn man verhindern will, dass sich Stecker unbeabsichtigt lösen oder lockern, kann ein Stecker mit Verriegelungsmechanismus oder ein rechtwinkliger Stecker zum Einsatz kommen. Die Hirose-ST-Serie beispielsweise ist für tragbare IT-Geräte ausgelegt und bietet einen festen Verriegelungsmechanismus, der einer Zugkraft von 49 N aus jeder Richtung Stand hält. Wünscht man hingegen, dass sich der Stecker löst, um Verletzungen oder eine Beschädigung des Geräts zu verhindern, z. B. wenn der Patient über ein Ladekabel fällt, gibt es zahlreiche Steckerarten, die sich lösen, sobald eine axiale Kraft ausgeübt wird.

Hirose-ST-Serie mit speziellen Verriegelungsmechanismen

I/O-Stecker müssen den Umgebungsbedingungen Stand halten. Also macht es Sinn, sich über den Einsatzbereich Gedanken zu machen. Ausserhalb des Krankenhauses können Bedingungen wie verschiedenste Temperaturen, Luftfeuchtigkeit und Verunreinigungen vorliegen. Die Schutzart zeigt auf, wieviel Schutz vor Flüssigkeiten besteht. Der Schutzgrad (IP) wird durch die letzte Ziffer angegeben. Je höher die Zahl, desto grösser der Schutz. Nach IP64 ausgelegte Stecker widerstehen Wasserspritzern aus jeder Richtung, während IP67-Stecker ein Eindringen von Wasser aus 1 m Entfernung verhindern. Für Überwachungsgeräte, die regelmässig zum Einsatz kommen, wie z.B. Blutdruckmessgeräte, ist IP64 ausreichend. Soll das Gerät jedoch rund um die Uhr (24/7) getragen werden, ist ein wasserdichter Stecker erforderlich. Die Miniatur-Kunststoff-Rundstecker der H30-Serie von Hirose sind wasserdicht entsprechend IP68.

Die gewählten Stecker müssen mechanisch robust genug sein, um eine grobe Behandlung durch Patienten zu überstehen (im Gegensatz zu ausgebildeten Fachkräften in einem Krankenhaus). Geräte zur Fernüberwachung von Patienten müssen auch stoss- und vibrationsfest sein, da sie versehentlich fallen gelassen werden oder man aus Versehen darauf tritt.

Miniaturisierung und USB-Typ-C

Miniaturisierung ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Wahl der Stecker für tragbare Patientenüberwachungsgeräte. Die Hersteller sind sich dessen bewusst und verkleinern ihre Stecker entsprechend den Anforderungen. So vereinen die USB-Typ-C-Stecker von TE Connectivity schnelle Datenübertragung, Stromversorgung und Audio-/Video-Funktion in einem schlanken Formfaktor, der sich ideal für Handheld-Geräte eignet. Dabei sind die Stecker selbst für industrielle Anwendungen robust genug.

Obwohl der Austausch eines Steckers durch eine kleinere Version sehr verlockend ist, sollte man die Spezifikationen genau überprüfen. Nur so ist sichergestellt, dass die kleinere physikalische Grösse sich nicht negativ auf die Funktion bzw. Leistungsfähigkeit auswirkt. Eine gängige Methode, um die Gesamtgrösse zu verringern, ist ein kleinerer Abstand zwischen den Anschlüssen (Pins). Dies kann aber die Signal- und Stromübertragungsfähigkeit des Steckers beeinträchtigen, sofern dies nicht äusserst sorgfältig erfolgt.

Insgesamt kann man sagen, dass erstklassige Funktionalität und optimierte Kosten ein Garant für den wirtschaftlichen Erfolg sind. Der richtige Stecker basiert auf der perfekten Abwägung dieser oft gegensätzlichen Anforderungen. 

Infoservice

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embedded world 2017: Halle 3, Stand 160



Der Verriegelungsmechanismus eines Hirose-Steckers der ST-Serie


Die kleine, kompakte Steckverbinderserie HR30 von Hirose


Der USB-C-Stecker TE Connectivity kann Daten, Leistung und A/V über einen einzigen Anschluss bei höheren Geschwindigkeiten bereitstellen