Steckverbinder in der Patientenüberwachung Verbindungen, die Leben retten

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Binder SWISS AG

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Das Internet der Dinge prägt einen der wichtigsten Zukunftstrends im Gesundheitswesen: Unter dem Begriff Smart Healthcare werden Technologien zusammengefasst, die beispielsweise eine nahtlose Überwachung der Vitalparameter von Patienten mit chronischem Herzversagen, Diabetes oder Krebs ermöglichen sollen. Präzise elektrische Verbindungstechnik sorgt für eine zuverlässige Übertragung der Gesundheitsdaten – zwischen verschiedenen Geräten sowie an das medizinische Personal.

Bis 2050 wird sich die Zahl der Menschen, die 60 Jahre oder älter sind, weltweit auf 2 Milliarden verdoppeln. 430 Millionen, dreimal so viele Personen wie heute, werden 80 Jahre und älter sein. Zudem wächst die Anzahl chronisch kranker Patienten in der westlichen Gesellschaft – der Bedarf an einem breiten Spektrum medizinischer Geräte und Dienstleistungen wird weiter steigen. Vor diesem Hintergrund wird die Fernüberwachung von Parametern wie Blutzuckerspiegel und Blutdruck in Zukunft eine wichtige Massnahme sein, um Ärzte und Gesundheitsdienste bei der Betreuung ihrer Patienten zu unterstützen.

Aufgabe des Patientenmonitorings ist es, das Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten festgelegter Vitalparameter festzustellen und die Gesundheitsdienstleister zu benachrichtigen, wenn ein Eingreifen erforderlich ist. Die Daten helfen dem medizinischen Personal, Muster und frühe Anzeichen einer Verschlechterung des Gesundheitszustands zu erkennen. Über den klinischen Einsatz hinaus geht der Trend zur Fernüberwachung von Patienten in ihrer häuslichen Umgebung.

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Komponenten und kritische Anforderungen

Zu den wichtigsten Baugruppen in Patientenmonitoren gehören Sensoren, beispielsweise zur Erfassung physiologischer Parameter wie Körpertemperatur, Blutdruck und Sauerstoffsättigung. Um die Sensordaten für Analysen an weitere Geräte oder an eine Überwachungsstation zu übertragen, sind Schnittstellen erforderlich. Grundlegende Kriterien sind dabei Präzision und funktionale Zuverlässigkeit; darüber hinaus spielen Benutzerfreundlichkeit und Mobilität eine tragende Rolle: Geräte zur medizinischen Versorgung sollten mit intuitiven Bedienelementen ausgestattet und mit wenig Aufwand einzurichten sein, damit selbst Personen ohne technisches Wissen oder medizinische Ausbildung in der Lage sind, sie zu bedienen. Ergonomische Griffe und klare Markierungen sind wichtig, um das Risiko von Verzögerungen oder gar Fehlern zu minimieren. Merkmale wie Verriegelungsmechanismen mit taktiler Rückmeldung oder Farbkodierungen helfen, inkorrektes Verbinden oder versehentliches Trennen beziehungsweise Verwechslungen zu vermeiden.

Elektrische Verbindungstechnik in Medizingeräten unterliegt Standards, die unter anderem elektrische und funktionale Sicherheit sowie eine hersteller- und geräteübergreifende Interoperabilität sicherstellen sollen. Wichtige normative Vorgaben fasst am Ende dieses Textes der Abschnitt «Normen für Schnittstellen der Medizintechnik» zusammen.

Neben einer robusten und zuverlässigen Funktion ist es für medizinische Steckverbinder entscheidend, trotz häufigen Gebrauchs über viele Steckzyklen hinweg die Signalintegrität aufrechtzuerhalten. Daher ist Resistenz gegen mechanischen Verschleiss erforderlich, um eine lange Lebensdauer zu erreichen. Weiterhin dürfen Umwelteinflüsse wie Staub und Feuchtigkeit, chemische Einflüsse sowie häufige Reinigung und Hochtemperaturdesinfektion die korrekte und stabile Datenübertragung nicht beeinträchtigen.

Nach Medizintechnik-Kriterien ausgelegt

Rundsteckverbinder für medizinische Anforderungen des Neckarsulmer Spezialisten binder wurden nach den oben dargestellten Applikationskriterien entwickelt und sind speziell für den klinischen beziehungsweise den Einsatz zur häuslichen Gesundheitsversorgung ausgelegt. Insbesondere einfach handhabbare und intuitive Verriegelungstechniken wie der Snap-in-Mechanismus zeichnen die Produkte aus: etwa die Miniaturserie 720 von binder, die sich beispielsweise in der Magnetresonanztomografie (MRT), Infiltrationspumpen und Muskelmassagegeräten bewährt. Die Kunststoffsteckverbinder in den Polzahlen: 3, 5, 8 und 12 entsprechen der Schutzart: IP67 und sind biokompatibel gemäss ISO 10993-5.

Für besonders bauraumkritische Szenarien empfiehlt sich hingegen die kleinere Serie 620, ebenfalls mit Schnappverriegelung. Sie steht 3-, 4-, 5- und 8-polig zur Verfügung, ist ebenso biokompatibel und IP67-geschützt und wurde bereits als Schnittstelle in Geräte zur Behandlung von Schlafapnoe, LED-Rotlicht- und Beatmungsgeräte implementiert.

Erfolgt der Einsatz unter weniger kritschen Umgebungsbedingungen, eignet sich die Subminiatur-Snap-in-Serie 719. Beispielanwendungen der medizinischen Gerätetechnik finden sich in der Pulsoximetrie, in der Atmungsüberwachung, im nicht ferngesteuerten Patientenmonitoring sowie in Diagnose-Tools für Herzanomalien. Diese Serie ist in Kunststoffgehäusen sowie in den Polzahlen 3, 4 und 5erhältlich.

Innovative Verriegelung: ELC und NCC

Den Anforderungen vieler Medizintechnik-OEMs entsprechend, haben binder-Ingenieure ein einzigartiges Snap-in-System mit Rasthaken entwickelt, das der Anwender blind stecken kann und welches mehr als 5.000 Steckzyklen gewährleistet. Der Easy Locking Connector (ELC) aus der Serie 570 erfüllt die Kriterien der Schutzart IP54 im gesteckter Zustand; ungesteckt ist die Flanschdose gegen das Eindringen von Flüssigkeiten und Spritzwasser sowie gegen versehentlichen elektrischen Kontakt geschützt.

Auch der Bajonett-NCC (Not Connected Closed) aus der Serie 770 ist eine medizinische Schnittstelle des binder-Portfolios mit hoher Schutzart. Der NCC mit Bajonett-Verriegelungsmechanismus genügt der Schutzart IP67, wenn die Verbindung hergestellt ist; eine Flanschversion erreicht IP67 auch ungesteckt. Anwender können auch hier auf mehr als 5.000 Steckzyklen vertrauen.

Beiden Produkten liegen biokompatible Werkstoffe zugrunde, und sie werden in den Polzahlen 4, 8 und 12 (ELC) beziehungsweise 8 (NCC) ausgeliefert.

Fazit: Künftig stärker kundenspezifisch

Elektrische Schnittstellen für die Medizintechnik sind durch Fortschritte bei den Materialien und der Miniaturisierung sowie durch eine sichere, robuste Signalübertragung gekennzeichnet. Konstruktive Verbesserungen gewährleisten die intuitive Bedienung und den zuverlässigen Einsatz unter klinischen Bedingungen sowie in der häuslichen Versorgung. In der Zukunft werden individuelle Lösungen eine immer grössere Rolle spielen, um die Anforderungen von OEM-Kunden an medizinische Geräte für bestimmte Patientengruppen zu erfüllen.

Normen für Schnittstellen der Medizintechnik

Medizinische Steckverbinder müssen Sicherheitsvorgaben etwa gemäss der Norm IEC 60601-1 einhalten, um elektrische Sicherheit, Isolation und Erdung zu gewährleisten. Beständigkeit gegenüber Schock und Vibrationen nach DIN EN 60601-1-11, sowie bei rauer Handhabung entsprechend DIN EN 60601-1 sind insbesondere für den Einsatz in tragbaren Geräten relevant.

Geräteschnittstellen der Medizintechnik müssen zudem Industrienormen wie der ISO 13485 genügen, die besondere Massnahmen für das Qualitätsmanagement vorschreibt. Deren Ziel ist es zu gewährleisten, dass die Steckverbinder nach anerkannten Best Practices produziert und geprüft werden.

Hat der Steckverbinder Kontakt zum Körper ist die Prüfung der Biokompatibilität gesetzlich vorgeschrieben. Die Beurteilung erfolgt anhand verschiedener Testverfahren, unter anderem des Zytotoxizitätstests nach DIN EN ISO 10993-5. Anhand dieses Tests wird untersucht, ob ein Produkt Gewebe oder Zellen schädigen oder deren Wachstum hemmen kann. Dafür werden Fibroblasten (Bindegewebszellen) auf dem Produkt oder einem Extrakt des Produktes angebracht und mehrere Tage inkubiert. Die Beurteilung der Zytotoxizität erfolgt anhand der Rate des Absterbens der Zellen.

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