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Medizinische Steckverbinder

Im Notfall intuitiv gesteckt

6. September 2023, 13:00 Uhr | Von Lee Burgess, Interplex

Vernetzung ist essentiell in modernen Medizinsystemen, Daten und Energie fließen u.a. dank spezifischer Steckverbinder. Was sind die wichtigsten technischen Kriterien für deren Konzeption und Entwicklung? Welche Rolle spielen dabei medizinische Fachkräfte und Patienten?

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Ohne Steckverbinder geht im klinischen Alltag wenig. Sie sichern die Patientenüberwachung an Medizingeräten und Monitoren oder übertragen Sensor- oder Sondendaten an ein Analysegerät. Steckverbinder können aber auch dazu dienen, tragbare Überwachungsgeräte mit Strom zu versorgen. Je nach Einsatzzweck müssen medizinische Steckverbinder unterschiedlichste Funktionen erfüllen und zudem robust, einfach zu handhaben und sicher zu desinfizieren sein.

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Besonderheiten medizinischer Anwendungen

Im Gesundheitswesen wird unter hohem Druck gearbeitet, schnelles Handeln kann gerade in Notsituationen den Unterschied machen und Leben retten. Alles, was auch nur den Bruchteil einer Sekunde zu Unentschlossenheit oder Fehlern führen könnte, muss daher vermieden werden. Aus diesem Grund ist die Art und Weise, wie Steckverbinder gehandhabt werden, von größter Bedeutung – und ihre äußere Form muss dem gerecht werden.

Eine Form, bei der das korrekte Stecken, die richtige Ausrichtung beim ersten Handgriff intuitiv klar ist, ist ein Vorteil und wichtiges Nutzerkriterium. So kann auch nicht geschultes Personal den Steckverbinder schnell und ohne Steckfehler, die sonst die Kontakte beschädigen könnten, an die entsprechenden Medizingeräte stecken. Das bedeutet nicht nur, dass Krankenschwestern und Ärzte effektiver arbeiten können, sondern sorgt auch dafür, dass die Steckverbinder länger halten. Dadurch sinkt der Aufwand für ihren Austausch. Die Integration eines haptischen Elements, das erfühlbar ist, bietet eine weitere Orientierungshilfe – denn im klinischen Alltag müssen unter Zeitdruck arbeitende Fach- und Pflegekräfte oft Kabel einstecken, ohne genau hinsehen zu können.

Neben Fehlsteckungen gibt es noch andere Faktoren, die die Lebensdauer von Steckern beeinträchtigen können. Ganz gleich, ob Geräte in einer klinischen Umgebung, wie etwa auf einer Intensivstation, in einem Krankenwagen oder von einem Sanitäter im Außeneinsatz, verwendet werden: die Stecker und Kabel müssen einiges aushalten. Dabei könnte jeder Ausfall schwerwiegende Folgen haben, sodass die Teile ein hohes Maß an Robustheit mitbringen müssen. Die Einkäufer in Krankenhäusern wünschen sich daher Steckverbinder, die möglichst lange halten. Je unwahrscheinlicher es ist, dass sie ausgetauscht werden müssen, desto niedriger sind die Gesamtbetriebskosten (TCO) und desto geringer wiederum sind die Auswirkungen auf das Budget.

Eigenschaften von Steckverbindern

In einigen medizinischen Bereichen, insbesondere in der Notaufnahme und in OPs, kommen Steckverbinder mit Blut und anderen Substanzen in Berührung. Ebenso kommen bei der regelmäßigen Reinigung scharfe Chemikalien und Desinfektionsmittel zum Einsatz. Daher müssen Steckverbinder in diesen Bereichen vollständig gegen das Eindringen von Flüssigkeiten geschützt sein.

Die Kabel sind im Laufe eines durchschnittlichen Arbeitstages verschiedenen Torsionskräften ausgesetzt und müssen ausreichend biegsam sein. Geräte können eng aneinandergestellt oder gegen die Wand eines Krankenwagens gedrückt werden. Dadurch kann es passieren, dass die Kabel in einem spitzen Winkel geknickt werden. Wenn sie nicht angemessen geschützt sind, können Schäden entstehen, die zu einem Ausfall der Steckverbinder führen. Wenn beim Biegen ein Spalt zwischen Kabel und Stecker entsteht, kann außerdem Flüssigkeit eindringen und so zu einer Fehlfunktion führen.

Egal, ob PVC, Silikon oder ein anderes Material verwendet wird, es muss der optimale Härtegrad gewählt werden. Wenn das Material zu biegsam ist, verbiegt sich der Steckverbinder zu stark. Ist es dagegen zu steif, lässt es sich nicht leicht genug biegen und es entstehen Risse. Das Material muss einerseits haltbar sein, aber andererseits auch weich genug, um den Patienten nicht zu verletzen, wenn es direkt mit ihm in Berührung kommt.

Wenn das Design geändert werden muss, weil z. B. Kabel mit größerem Durchmesser zum Einsatz kommen, die mehr Adern führen können, sind Anpassungen erforderlich. Nach der Durchführung einer Finite-Elemente-Analyse muss möglicherweise der Härtegrad des Kabelmaterials oder die Länge des Overmolds geändert werden, damit er richtig auf die erforderlichen funktionellen Eigenschaften abgestimmt ist. Das richtige Verhältnis zwischen Steifigkeit und Biegsamkeit kann dann erneut ermittelt und anschließend umgesetzt werden.

Biege-/Zugentlastung

Um ihr dauerhaftes Funktionieren zu gewährleisten, sind Biege- und Zugentlastungsmechanismen bei Steckverbindern für medizinische Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Unter bestimmten Umständen kann ein zusätzliches Vergießen (sogenanntes Backpotting) erforderlich sein. Dies erhöht jedoch die Produktionskosten, sodass dieses Verfahren normalerweise nur verwendet wird, wenn es unbedingt notwendig ist. In vielen Fällen wird die Zugentlastung durch ein geripptes Overmold erreicht. Der Nachteil dabei ist, dass die Rillen in solchen Umspritzungen nur sehr schwer sauber zu halten sind. Die daraus resultierende Ansammlung von Bakterien kann das Risiko einer Infektion beim Patienten erhöhen.

Kosten- und logistische Aspekte

Es sollte auch beachtet werden, dass medizinische Geräte teuer in der Anschaffung sind, sodass sie in der Regel über einen längeren Zeitraum – teilweise bis zu zwei Jahrzehnte oder länger – in Betrieb bleiben. Aus diesem Grund müssen Steckverbinder, auch wenn sie neue Funktionen oder Leistungsverbesserungen bieten, mit älteren Steckverbindern, die ursprünglich für diese Geräte entwickelt wurden, rückwärtskompatibel sein.

Für die Hersteller von medizinischen Steckverbindern besteht der größte Teil ihrer Arbeit darin, maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln. Dies erweist sich für die Hersteller medizinischer Geräte jedoch regelmäßig als problematisch, da sie erhebliche Vorauszahlungen an die Steckverbinderlieferanten leisten müssen, um deren Werkzeugkosten zu decken. Darüber hinaus müssen die benötigten Mengen ausreichend groß sein, um diese Investition zu rechtfertigen, da die Kosten sonst schlicht zu hoch sind. Außerdem kann der Anpassungsprozess lange dauern, sodass mehrere Monate vergehen können, bis die Steckereinheiten fertig sind.

Neue Steckerstrategien

Was die OEMs von medizinischen Geräten in Zeiten kürzerer Entwicklungszyklen brauchen, ist Zugang zu Standardlösungen aus dem Katalog, die ihnen akzeptable Stückpreise und eine schnellere Markteinführung ermöglichen. Dazu kommen machbare Upgrades, bei denen neue Funktionen hinzugefügt werden können, während die Kompatibilität erhalten bleibt.

Bei der Entwicklung der Sureline-Serie von Interplex (Bild) wurden die Bedürfnisse der medizinischen Fachkräfte in vollem Umfang berücksichtigt, sodass eine bequeme und schnelle Nutzung ermöglicht wird. Die Steckverbinder sind sofort ab Lager verfügbar und sollen eine kostengünstige Alternative zu teuren kundenspezifischen Produktionsprojekten mit langen Vorlaufzeiten darstellen. Eine patentierte Ummantelungstechnologie, die eine erhöhte Zugentlastung bietet und gleichzeitig eine glattere Außenfläche aufweist, verhindert die Ansammlung von Schmutz und Blut und damit Bakterienbildung. Die medizinischen Stecker entsprechen den IPC/WHMA-A-620-Standards der Klasse II, womit Robustheit im Betrieb und eine dauerhafte Zuverlässigkeit gewährleistet sind.

Die bei der Sureline-Serie verwendeten Rundsteckelemente sind vollständig kompatibel mit dem REDEL-P1- und P2-Format, das im Gesundheitswesen weit verbreitet ist. Sie sind in 14-poliger (Plex 1) und 34-poliger (Plex 2) Ausführung erhältlich, entweder mit identischen Steckern an beiden Enden oder mit blanken Drähten an einem Ende. Die dazugehörigen Kabelkonfektionierungen können in Längen von 1 m, 2 m und 3 m bestellt werden. Weitere Kabellängen und Pin-Konfigurationen werden demnächst eingeführt.

Das äußere Formdesign sorgt dafür, dass Nutzende diese
Steckverbinder direkt in der gewünschten Ausrichtung in die Hand nehmen. Es fühlt sich tatsächlich falsch an, wenn sie nicht in der richtigen Weise gehalten werden. Jeder Steckverbinder hat eine Vertiefung an der Außenseite, die als weitere Orientierungshilfe für die richtige Ausrichtung dient. All dies gewährleistet, dass die Sureline-Steckverbinder während des Steckvorgangs korrekt in die Anschlüsse der medizinischen Geräte eingeführt werden. So wird die Verbindung schneller hergestellt und der unerwünschte Verschleiß, der durch falsche Steckversuche entsteht, wird verringert.

Die Steckverbinder sind mit einer Lebensdauer von 1500 Zyklen nicht nur für eine große Anzahl von Steckzyklen geeignet, es gibt auch Modelle für Situationen mit begrenzter Nutzungsdauer, wenn sie nach relativ kurzer Zeit entsorgt werden müssen. Sie verfügen über die Schutzart IP50, die das Eindringen von Flüssigkeiten verhindert, und sind autoklavierfähig. Standardmäßig werden Betriebstemperaturen von bis zu 150 °Celsius unterstützt, aber es sind auch Versionen für den Einsatz bis 170 °Celsius erhältlich.

Mit der Steckverbinder-Plattform von Interplex soll für OEMs medizinischer Geräte der Produktvalidierungsprozess vereinfacht werden. Eine erste Validierung kann in der Folge auch auf andere Produkte übertragen werden.

Medizinische Steckverbinder machen den Unterschied

Die Verwendung von medizinischen Steckverbindern mit intuitivem Design ermöglicht eine schnellere Handhabung und beschleunigt die Reaktionsfähigkeit des medizinischen Personals. Dies ist besonders wichtigen in kritischen Situationen, in denen das Leben von Patienten unmittelbar in Gefahr ist. Dezidiert auf die Medizintechnik ausgelegte Standardlösungen aus dem Katalog minimieren die Investitionen, die medizintechnische OEMs oder MedTech-Zulieferer tätigen müssen. Entwicklungsprojekte können zudem schneller abgeschlossen werden.

Innovative Technik kann auch vor einer Beeinträchtigung der Funktionalität schützen und die Gesamtbetriebskosten senken. Ein weiterer, in der Entwicklung sehr vorteilhafter Faktor, ist die Upgrade-Möglichkeit der Steckverbindertechnologie, sodass eine nachträgliche Anpassung an bestehende Geräte erfolgen kann. Diese Eigenschaften könnten die Art und Weise, wie medizinische Steckverbinder in Zukunft eingekauft werden, verändern.