Medizinische Bildgebungssysteme

Mehr Funktionen, weniger Stecker

Größerer Funktionsumfang und Flexibilität bei geringeren Kosten - so lauten die Hauptanforderungen aus der Medizintechnik. Innovative Komponenten, die dies vereinen, ermöglichen die Entwicklung von Geräten für erfolgreichere Behandlungen und mehr Sicherheit für die Patienten. Dazu gehören auch Steckverbinder.

Kasuga Huang 

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Kasuga Huang

Vor allem die Innovationen bei bildgebenden Verfahren haben zu exakteren und bedienerfreundlicheren Technologien geführt, von denen eine alternde Bevölkerung sowohl in Krankenhäusern als auch zu Hause profitiert. Treibende Kraft für die wachsende Nachfrage nach medizinischen Bildgebungssystemen sind hauptsächlich die Investitionen der Krankenhäuser in Scanner-Systeme, die Erneuerung älterer Einrichtungen in der ambulanten Behandlung, der Austausch analoger durch digitale Röntgensysteme, das Wachstum bei Ultraschall-Diagnosegeräten sowie der Trend zur Kombination unterschiedlicher Technologien in einem Gerät, etwa die Computertomografie (CT) und die Magnetresonanztomografie (MRT).

Aufgrund der immer höher entwickelten medizinischen Untersuchungs- und Behandlungsmethoden müssen die Elektronikkomponenten mehr bieten als nur Zuverlässigkeit. Das gilt auch für Steckverbinder. Kunden verlangen zunehmend nach Bauteilen, die mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten, eine höhere Dichte bieten, mit weniger Montagefläche und flacheren Profilen auskommen und dabei immer strengere Branchenstandards erfüllen. Das gilt vor allem für Bildgebungsanwendungen, aber auch für Datenspeicherungsgeräte, Kommunikationssysteme, Bildarchivierung und die Online-Bearbeitung von Bildern.

Die Forderung nach höherer Geschwindigkeit ergibt sich aus dem Wunsch nach Echtzeitdiagnosen, höherer Genauigkeit und schnellerer Bildverarbeitung, um die Sicherheit für den Patienten zu erhöhen und eine effektivere Diagnostik zu gewährleisten. Ein größerer Funktionsumfang der eingesetzten Komponenten wird notwendig durch die Kombination von Bildgebungsverfahren, etwa der Positronenemissionstomografie (PET) und der Computer-tomografie (CT).

Diese kombinierten Methoden bieten Ärzten die Möglichkeit, Krebs, Herzprobleme oder Störungen des Gehirns schneller und besser zu erkennen und zu diagnostizieren als bisher. Geschwindigkeit ist ein fundamentaler Konstruktionsparameter mit Auswirkungen auf das gesamte System, von der einzelnen Leiterplatte bis zum PCI-Bus.

Ohne vollständiges System-Redesign

Es ist wichtig, dass ein Distributor diese Anforderungen an das Endprodukt versteht: Denn die Wahl des richtigen Steckverbinders kann im Konstruktions- und Testprozess Zeit sparen, die dann für andere Aspekte des Systems zur Verfügung steht. Außerdem können Bauteile mit höherer Leistung, wie Steckverbinder speziell für High-Speed-Anwendungen, dazu beitragen, die Gesamtkosten medizinischer Bildgebungssysteme zu senken. Denn die höhere Leistungsfähigkeit macht weniger Komponenten in der Gesamtkonstruktion erforderlich. Die Endproduktpreise sinken zudem durch eine immer kompaktere Gesamtgröße der Systeme.

Hersteller bieten hierfür Steckverbinder mit deutlich erhöhter Dichte, die mehr Geschwindigkeit und Leistung auf kleinerem Raum vereinen. Dazu gehören auch die Produkte von FCI (Vertrieb: Ru-tronik). Dessen Produktingenieure versuchen Herstellern medizinischer Geräte ein vollständiges System-Redesign zu ersparen, indem sie die Steckverbinder auf Nachrüstfähigkeit auslegen. So sollen diese einfacher und schneller mit Markttrends Schritt halten können.

Skalierbarkeit ist damit ein wichtiges Kriterium - sowohl bei den Systemen als auch bei den Komponenten. Zum Beispiel bieten High-Speed-Backplane-Steckverbinder vielseitige Konstruktionsmöglichkeiten dank variabler Anzahl der Kontaktspalten und der Kontakte pro Spalte sowie veränderbarem Spaltenabstand. Sie ermöglichen außerdem eine gemischte Anschlussbelegung (differenzielle oder Single-Ended-Signale oder Leistung) und eröffnen Systemdesignern damit noch mehr Flexibilität.

Datenraten sind ohne Redesign der Plattform skalierbar von 2,5 GBit/s bis über 12 GBit/s. So ermöglichen die Steckverbinder die Entwicklung medizinischer Geräte mit mehr Leistung unter Beibehaltung ihrer grundsätzlichen Architektur.

Rutronik Elektronische Bauelemente 

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Bild 1: Für stationäre und mobile Scanner-Anwendungen eignen sich Mezzanine-Steckverbinder mit Datenraten bis 10 GBit/s.

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Rutronik Elektronische Bauelemente

Bild 1: Für stationäre und mobile Scanner-Anwendungen eignen sich Mezzanine-Steckverbinder mit Datenraten bis 10 GBit/s.

Mobile Systeme wie tragbare Überwachungsstationen oder Handgeräte, zum Beispiel vor Ort einsetzbare CT-Scanner, sowie der Trend zu ambulanter Behandlung forcieren die Miniaturisierung von Steckverbindern, die nicht nur flachere Profile haben, sondern auch eine kleinere Montagefläche.

Eine der besten Steckverbinderlösungen für solche Geräte sind Steckverbinder mit flexiblen Kabeln. Früher ging dies oft einher mit einer geringeren elektrischen Leistung. Inzwischen stehen Steckverbinder zur Verfügung, die für Anwendungen mit geringerer Beanspruchung flexible Folien verwenden und damit eine hohe elektrische Leistung auf kleinstem Raum bieten.

Für stationäre und mobile Scanner-Anwendungen hat sich aus Sicht von Rutronik vor allem ein Mezzanine-Steckverbindersystem mit hoher Dichte bewährt (Bild 1). Dies erfüllt alle Anforderungen an eine Echtzeit-Bildverarbeitung mit höherer Auflösung bei Bildgebungsanwendungen wie der Magnetresonanztomografie oder der Computertomografie. Der Mezzanine-Steckverbinder schließt die Fotodiode im Scanner an und ermöglicht dank höherer Systemdichte mehr Schichtbilder und damit genauere Bilder. Mit der hohen mechanischen und elektrischen Leistung lassen sich Datenraten bis 10 GBit/s erreichen.

Standards liegen im Trend

Viele Hersteller medizinischer Geräte möchten in neue Gerätedesigns auch immer mehr neue Industriestandards integrieren, zum Beispiel USB, PCI, RJ45, DVI, MicroTCA und PCI Express (PCIe) und verlangen hierfür die passenden Komponenten. Denn im Vergleich zu proprietären Systemen ermöglichen solche Standards kürzere Konstruktionszyklen und schnellere Systemeinführungen bei geringeren Kosten. Außerdem bietet eine Technologie mit offenen Standards vorgefertigte Lösungen für die wachsenden Konnektivitätsanforderungen. Diese Argumente sind speziell im Medizinmarkt mit extrem langen Test-, Prüf- und Freigabeprozessen überaus wichtig.

Rutronik konnte seinen Kunden Lösungen bieten, da dessen Franchisepartner FCI schon früh einen PCIe-Steckverbinder in SMT-Technik auf den Markt gebracht hat. PCI Express ist inzwischen der Standard der Wahl bei PC-basierten Systemen und setzt sich allmählich auch bei medizinischen Geräten durch.

Insbesondere bei Ultraschallsystemen verdrängt der offene PCIe-Standard die bislang üblichen proprietären Systeme. In herkömmlichen Ultraschallsystemen wurden Architekturen wie der CompactPCI-Bus oder VMEbus verwendet, die auf Standards basieren. Doch da die Backplane-Leistung bei Standardarchitekturen an ihre Grenzen stößt, sind heute Steckverbinder-Technologien gefragt, die höhere Leistung und Zuverlässigkeit zu vernünftigen Kosten bieten. Für diese Backplane-Anschlüsse ist die Card-Edge-Technologie die sinnvollste Wahl, weil sie hohe Geschwindigkeiten und Zuverlässigkeit mit niedrigen Anwendungskosten verbindet. Aufgrund der langen Lebensdauer medizinischer Geräte ist die Fähigkeit, Systeme über offene Standards zu erweitern und nachzurüsten, ebenso wichtig wie eine hohe Zuverlässigkeit. Dies gilt vor allem für komplexe und teure Kombinationssysteme wie MRT, die eine ununterbrochene Nutzung erfordern, um wirtschaftlich rentabel zu sein.

Über den Autor:

Danijel Corko ist Product Sales Manager und Mitglied des Vertical Market Teams Medical bei Rutronik.

Weiterführende Links:

• Entwicklerforum Embedded goes medical