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工程化先进连接器满足便携式医疗设备要求

2021-03-05 09:29:04 Harwin内容市场营销专员Wendy Jane Preston 阅读:
便携式医疗设备越来越朝向更小尺寸的趋势发展,这将对其设计采用的组件产生深远影响,其中包括连接器及其支撑电缆组件,设备制造商需要能够通过连接器供应商分销合作伙伴建立的支持网络购买合适的硬件。

医疗行业正在面临着巨大的人员和资源挑战,因而相关的医疗领域正处在艰难的时期。许多国家人口老龄化给医疗系统带来越来越大的压力,而医疗系统却已经在疲惫地应对预算紧张和人员短缺问题。正在全球泛滥的COVID-19大流行对医务人员和医疗设备都提出了进一步的计划外需求。GbJednc

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1:现代便携式医疗设备示例。GbJednc

在过去十年中,医疗保健行业经历了重大变革。为了改善护理各个阶段的生活质量,人们更加重视对慢性病的家庭监护(甚至在适当情况下进行家庭治疗)。这种方式除了使患者更为方便之外,还降低了相关成本。目前在家中测量的参数包括血糖水平、血压和血氧饱和度等指标,而家庭治疗现在甚至包括透析等复杂的过程。但是,正如本文将要讨论的那样,这种改变也在医疗设备设计和零部件的使用等方面带来了新挑战。GbJednc

那么,这种改变对医疗保健提供商和为其服务的设备制造商意味着什么?对于家庭监护/治疗,上述改变都有非常明显的含义。在这种新形势下,设备不再由训练有素的医学专家操作,而是由没有使用经验的普通民众操作。同样重要的是,要最大限度地提高响应能力并缩短反应时间,同时还有较大比例的医疗设备专门开发用于医护人员、现场医生和急救人员。与家用设备一样,这些专业设备必须紧凑、轻巧且坚固。GbJednc

便携式医疗设备越来越朝向更小尺寸的趋势发展,这将对其设计采用的组件产生深远影响,其中包括连接器及其支撑电缆组件,设备制造商需要能够通过连接器供应商分销合作伙伴建立的支持网络购买合适的硬件。根据市场分析机构Verified Market Research最近进行的一项研究,全球医疗连接器市场目前确定是一个充满活力的领域,正在经历两位数的增长,如果预测正确,到2026年该市场将达到42.8亿美元。GbJednc

选定医疗连接器主要目的

考虑到医疗相关应用的紧要性,互连解决方案的长期可靠性非常重要。由于医疗设备不再处于稳定的临床环境,因而将会承受更大的应力。例如,当护理人员对危及生命的情况做出快速反应时,设备掉落、撞击或震动的概率就会增大。在这些情况下,需要更高的耐用性以防止组件(进而导致设备)发生故障,否则将使患者面临更大的危险。同样,对更高便携性的需求意味着需要更多考虑产品在尺寸和重量方面的限制。GbJednc

尺寸、重量和功率考虑

便携式医疗设备更加紧凑的趋势以及轻量化的需求可能会对互连方案产生重大影响。为了满足尺寸、重量和功率(SWaP)等方面的要求,能够同时传输功率和数据信号的连接器可能是明智的选择,这些类型连接器具有用于这些功能的专用引脚。由于省去第二对连接器,可以节省系统空间并减轻外壳的重量。当电源引脚传输大电流,但又彼此接近时,将它们嵌入到有效的绝缘材料中至关重要,这样可以防止电源线和信号线之间出现电气短路(flashover)问题,避免对设备的数据准确性或电源连续性产生不利影响。GbJednc

电磁干扰

在医院、疗养院或家庭环境中使用的所有设备都必须遵守严格的电磁兼容性(EMC)标准。因此,需要某种形式的内部屏蔽,以便使通过连接器/电缆传输的信号或功率不会干扰系统中的其他数据。同样,也不能允许外部干扰源破坏连接器/电缆内的信号传输。金属后壳可以整合到连接器设计,而电缆则可以采用编织屏蔽层,支撑电缆同样需要网状编织。为了保持用户的永久安全,避免静电放电(ESD)风险是需要解决的另一问题。GbJednc

环境因素

护理人员和现场医疗设备需要在户外使用,并可能暴露在任何天气条件下。裸露区域的防水密封有助于降低液体进入设备内部的风险,避免造成损坏。连接器还应具备抗高湿度和温度波动能力。GbJednc

如果训练有素的医务人员急于解决紧迫问题,或者如果家庭医疗用户没有适当操作设备,都可能造成连接器在配对过程中损坏。智能连接器设计在功能上可帮助容错,并防止出现方向错误。GbJednc

由于医疗设备涉及的任务繁重,建议使用螺钉固定(或其他形式锁定)以提高连接器的固定程度。考虑到医护人员经常遇到的快速变化场景,可能需要快速且易于执行的修复固定。在某些应用中,还需要将后槽(backpot)用于连接器。在此设计中,连接器后部电缆入口处空隙中充满了环氧树脂(然后硬化),这样可以减轻电缆的应力,以防止电缆被拉出。GbJednc

可信工程化互连

凭借强大的机械牢固性和紧凑的外形尺寸,Harwin的高密度超可靠连接器解决方案已被设计用于多种不同的医疗设备。使用这些坚固连接器的最新项目包括便携式呼吸机、超声诊断系统、脑电图(EEG)装置和众多患者监护系统。GbJednc

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图2Harwin公司Datamate连接器的闩锁版本,可为便携式呼吸机系统的警报系统提供电缆连接。GbJednc

Harwin的2mm间距Datamate连接器和1.25mm间距Gecko连接器系列中集成有精密加工的触点,且经过高度优化,可用于医疗设备,特别是紧凑型便携式型号的设计。这些触点采用四指夹(4-finger clip)设计,即使在极端应用条件下,也可确保互连完整性不会中断。每个触点都使用高级铍铜设计,意味着即便遭受冲击或振动,始终会有至少一个接合表面保持电气连接。GbJednc

Harwin连接器的耐用性还意味着可支持高数量的配对循环(Datamate超过500次,Gecko超过1000次)。高质量玻璃填充热塑性绝缘材料用于将触点引脚彼此隔离,还可提供现成的电缆组件以及柔性印刷电路(FPC)选件。FPC基于覆铜箔的聚酰亚胺架构,并有粘合的覆盖层,与传统电缆相比,FPC是减小占用空间和实现更紧密弯曲的理想选择。Gecko-SL上具有的先接合再锁定(mate-before-lock)固定技术能够确保配对双方固定在一起,避免了费时的插口操作(jacking actions),从而加快了配对过程。GbJednc

总之,需要为非医院病床等新兴应用确定最合适的医疗连接器组件,这一点非常重要。随着医疗保健提供商越来越依赖小型便携式设备,医疗连接器组件也需要针对系统小型化而设计。因此,这些连接器必须能够满足所有属性的组合,即高性能、高密度、安全的操作和确信的可靠度。GbJednc

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