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Wandler von Aimtec auf dem Markt der Medizin-Netzteile

2020-09-18

WANDLER VON AIMTEC AUF DEM MARKT DER MEDIZIN-NETZTEILE

Die heutige Medizin verfügt über eine ganze Palette der Apparatur zur Diagnostik und Behandlung von verschiedenen Krankheiten. Die Medizingeräte spielen oft eine entscheidende Rolle bei der Arbeit der Ärzte und können ein Faktor sein, der über die Rettung des menschlichen Lebens entscheidet. Die Ärzte wenden mit Erfolg Werkzeuge und Geräte an, die jedoch sehr rigoröse Tests bestehen und den höchsten Standards entsprechen müssen. Auch die Netzteile, die diese Geräte mit Elektrizität versorgen, müssen strenge Normen erfüllen, die sowohl dem Personal, als auch den Patienten die Sicherheit gewähren.Damit ein Netzteil für medizinische Anwendungen klassifiziert werden kann, ist seine Konformität mit der Norm (Standard) IEC 60601-1, mit eventuellen Änderungen, die von den Vorschriften der jeweiligen Länder abhängig sind. Die Norm 60601-1 wurde 1977 eingeführt. Seit dieser Zeit wurden viele Änderungen und Aktualisierungen eingeführt, um die Anwendungssicherheit der Medizingeräte zu gewährleisten. Die Grundbegriffe der Norn 60601-1 sind unten erklärt:

Schutzmittel (MOP)

Um die Patienten und das Personal vor dem Risiko eines elektrischen Schocks zu schützen, führt die Norm IEC 60601-1 den Begriff der Schutzmittel (MOP, eng. Means of Protection) ein. Es gibt zwei Arten von Schutzmitteln: Schutzmittel für die Operatoren (Personal), MOOP (eng. Means of Operator Protection) und Patientenschutzmittel, MOPP (eng. Means of Patient Protection). Da die Patienten meistens nicht in der Lage sind, im Falle eines elektrischen Schocks entsprechend zu reagieren, müssen die Patientenschutzmittel (MOPP) deutlich strengeren Standards entsprechen. Die Schutzmittel werden durch eine entsprechende Kriechstrecke (creepage), einen Isolierungsspalt (clearance) und Erdung realisiert.Für verschiedene Geräte, je nach ihrer Betriebsspannung, werden verschiedene Kriechstrecken, Isolierungsabstände und Testmethoden definiert. Einige Gerätearten müssen die Normen 2xMOOP oder 2xMOPP erfüllen.

Elemente, die an den Körper des Patienten angeschlossen werden (AP)

Je nach der Art des Geräts, ist der physikalische Kontakt zwischen dem Körper des Patienten und den Elementen des Geräts manchmal erforderlich. Dieser Kontakt kann einen Leckstrom leiten und den Patienten einer potenziellen Gefahr aussetzen. Um das erforderliche Schutzniveau zu bestimmen, werden die Teile, die während einer üblichen Anwendung in einen direkten Kontakt mit dem Patienten treten, in drei Gruppen aufgeteilt:

  • Typ CF (Elemente, die an den Herzmuskel angelegt werden, eng. cardiac float)
    • Es sind Elemente, die einen direkten Kontakt mit dem Herzen des Patienten haben, z.B. Schrittmacher, Defibrillatoren (AED), usw.
  • Typ BF (Elemente, die an den Körper angeschlossen werden, eng. body float)
    • Es sind Elemente, die direkt an den Körper des Patienten angeschlossen werden. Es geht um Beatmungsgeräte, EKG-Apparatur, usw.
  • Typ B (eng. body)
    • Es sind Elemente, die nicht direkt an den Körper des Patienten angeschlossen werden, z.B. Betten in einer Intensivstation, Röntgenapparate usw. Geringe Leckströme

Auch ein geringer elektrischer Strom, der durch den Körper fließt, kann eine ernste Gefahr darstellen. Gemäß der Norm IEC 60479-1 kann ein Wechselstrom von 0,5 bis 5 mA unwillkürliche Muskelkompression verursachen. Bei einer Wirkung von einem Wechselstrom im Bereich 5 bis 40 mA können unwillkürliche Muskelkompressionen, das Anhalten oder die Störung des Herzrhythmus. Wenn ein Strom über 40 mA mehr als 3 Sekunden lang von der linken Hand bis zu beiden Füßen fließt, kann folgendes auftreten: Herzstillstand, Atemstillstand und andere Beschädigungen der Körperzellen. Die Vorbeugung einer Aussetzung einem solchen Strom, insbesondere im Fall der Patienten, die bewusstlos sein können oder nicht entsprechend reagieren können, ist ungemein wichtig.Daher, um die Patienten vor den Schäden zu schützen, die durch die Leckströme verursacht werden, bestimmt die Norm IEC 60601-1 strenge Vorgaben zu den Werten der Leckströme.

Leckstrom für Patienten (μA) Normalbedingungen Einzelne Störung
Typ B 100 500
Typ BF 100 500
Typ CF 10 50

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Schemata der Medizingeräte und ihre Versorgungsarten mit den Wandlern von AIMTEC:

Gerät zur automatischen Isolierung der Nukleinsäuren:

Die Isolierung (Extraktion) der Nukleinsäuren ist die Einleitung zu vielen biomedizinischen Experimenten. Ihre fehlerfreie Durchführung stellt die hohe Qualität der nächsten Etappen des Experiments sicher. Da die Isolierung der Nukleinsäure nicht im Kontakt mit dem Patienten stattfindet, reichen hier die Lösungen aus, die in Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT) verwendet werden.

Gefordert werden jedoch die hohe elektromagnetische Kompatibilität (EMC) und hohe Störungsbeständigkeit, um die Störungen in der Arbeit des Schreibmoduls zu vermeiden. Das unten dargestellte Gerät besteht aus einem Kommunikationsmodul, einem Rechner, einem Steuerpanel (HMI), einem Motor, einem Antrieb, einem UV-Desinfektionselement und zwei Heizmodulen. Die wichtigste AC/DC-Quelle ist hier der Wandler von AIMTEC; Serie AMESP-NZ mit PFC-Funktion (Korrektur des Leistungskoeffizienten), die die Beständigkeit gegen die Netzstörungen erhöht. Drei isolierte DC/DC-Module gewährleisten die Spannung, die jeder Baugruppe entsprechen und von Störungen isolieren.

Gerät zur automatischen Isolierung der Nukleinsäuren

Abb. 1. Automatisches Gerät zur Isolierung der Nukleinsäuren.

Röntgenapparat (RTG) für Medizinanwendungen:

Apparatur für Röntgenstrahlung ist in der klinischen Diagnostik unersetzlich. Es gibt drei Arten von solchen Geräten: Computertomographen (CT), Durchleuchtungsapparaten und traditionelle Röntgengeräte. Sie werden in der Diagnostik verschiedener Krankheiten angewendet.Da die Röntgenapparatur in der direkten Nähe des Patienten angewendet wird, doch ihre Teile nicht an den Körper befestigt werden, müssen diese Geräte die Normen erfüllen, die für die B-Elemente definiert wurden.

Unten wird ein Beispiel der Steuerung eines RTG-Geräte mit einem C-Bogen dargestellt. Das Gerät besteht aus einem Mikrocontroller (MCU), einem RTG-Modul, einem Verschiebungserkennungsmodul und einem Bildverstärker. Der AC/DC-Wandler AMESP-NZ der Klasse ITE versorgt das System mit einer Spannung von 24 V. Drei Wandler der Medizinklasse 2xMOPP verarbeiten die Spannung für die Versorgung von weiteren Modulen. Es besteht eine Möglichkeit, zwischen den Netzteil-Modellen AM6TW-NZ mit einer Isolierung 6KVDC und AM20EWM-NZ mit einer Isolierung 5KVAC zu wählen, um die Anforderungen zu erfüllen, die mit der zulässigen Leckstromstärke und dem Isolierungsschutz verbunden sind.

Röntgenapparat (RTG) für Medizinanwendungen

Abb. 2. Röntgenapparat (RTG) für Medizinanwendungen

Analysegerät für immunologische Tests:

Analysegerät für immunologische Tests wird verwendet, um die untersuchten Substanzen in einer bestimmten Probe zu identifizieren. Die Funktionsweise solcher Tests basiert auf der Verwendung von markierten Teilchen, die mit Antikörpern ummantelt werden und die untersuchte Substanz erkennen, sich an sie anschließen und erkennen lassen. Die markierten Teilchen sensen Licht mit bestimmten Wellenlängen, das durch einen entsprechen Fotodetektor empfangen wird. Die empfangenen Informationen werden dann analysiert und in ein Testergebnis weiterverarbeitet.

Ähnlich wie im Fall einer Apparatur zur Isolierung der Nukleinsäuren, wird der immunologische Analysegerät nicht in der Nähe des Patienten gestellt – deswegen werden im u.g. Beispiel die Wandler eingesetzt, die den ICT-Normen entsprechen.Dieses Analysegerät besteht aus einer Überwachungseinheit, einem Küvettenplatzierungssystem, einem Probenplatzierungssystem und einem Modul für die Kontrollkommunikation. Das Modell AIMTEC AMESP-NZ ist eine 24V-Spannungsquelle, die für die Versorgung eines Hochspannungsgenerators (HV) geeignet ist, Heizelementen und einer Elektronlampe. Drei isolierte DC/DC-Wandler verarbeiten die Spannungen von 24 V in 5 V und 12 V, die für die Versorgung von einem empfindlichen Kommunikationsmodul und Motoren notwendig sind, die einen hohen Grad an elektromagnetischer Interferenz (EMI) aufweisen. Die restlichen Module werden durch drei wirtschaftliche, nicht isolierte Spannungsstabilisatoren versorgt.

Analysegerät für immunologische Tests

Abb. 3. Analysegerät für immunologische Tests

Beatmungsgeräte

Beatmungsgeräte sind für Patienten bestimmt, die nicht in der Lage sind, selbstständig zu atmen. Diese lebensrettenden Geräte bestehen aus einer Pumpe (einem Gebläse), die die Luft zum Atmen liefert und das Kohlendioxid aus den Lungen entfernt. Je mach der Methode, mit der das Gerät die Luft an die Lungen des Patienten liefert, können zwei Arten von Beatmungsgeräten unterschieden werden: die nicht invasiven und die invasiven Beatmungsgeräte.

Beatmugsgeräte

Abb. 4. Das Schema eines Beatmungsgeräts

  • Ein nicht invasives Beatmungsgerät liefert die Luft in die Lungen durch eine Maske, die auf den Mund und die Nase des Patienten aufgesetzt wird
  • Ein invasives Beatmungsgerät bläst die Luft in die Lungen des Patienten durch ein Rohr ein, das in der Luftröhre platziert wird, durch den Mund und die Nase führt und mit der Leitung des Beatmungsgeräts verbunden wird.

Die Beatmungsgeräte von heute sind in der Regel rechnergesteuerte Geräte, die auf einer Luftpumpe sowie einer Reihe von Sensoren und Ventilen bestehen. Die Pumpe schiebt die Luft von der Atemgasquelle (das pure Luft oder eine Luft-Sauerstoffmischung sein kann) durch das Einatmungsventil und eine Reihe von Sensoren, bis zu den Lungen des Patienten. Gleichzeitig überwacht der Mikrocontroller die Ablesewerte des Sensors und Regelt die Geschwindigkeit des Ausblasens und den Öffnungsgrad des Ventile, um einen geforderten Druck, Durchflussgeschwindigkeit und Sauerstoffniveau zu erhalten. Beatmungsgeräte für Intensivstationen:

Die Beatmungsgeräte für Intensivstationen sind für die Anwendung in den Intensivbehandlungsstationen bestimmt. Sie verfügen über eine breitere Palette der Optionen für die Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit und des Drucks, sie sind oft auch größer als die Beatmungsgeräte von anderen Typen, weil die kompakten Abmessungen bei der Entwicklung solcher Geräte keine hohe Priorität haben.

Solche Beatmungsgeräte erfordern eine physikalische Verbindung mit dem Patienten, deswegen müssen sie die Anforderungen erfüllen, die den BF-Geräten gestellt werden. Da eine solche Apparatur einen höheren Druck und eine höhere Luftdurchflussgeschwindigkeit erzeugen lässt, muss ein AC/DC-Wandler der Medizinklasse mit einer höheren Leistung hierzu verwendet werden – und zwar von 200 bis 300 W. In diesem Beispiel versorgt der AC/DC-Wandler von AIMTEC das Display und den Pumpenmotor direkt, mit einer Spannung von 24 V. Vier isolierte DC/DC-Wandler verarbeiten die 24V-Spannnung zu 5V und -12V. Da die Ventile die meisten elektromagnetischen Störungen verursachen, ist es möglich, die Netzteile AM10TWM-YZ oder AM20EWM-NZ einzusetzen, die für Ventile bestimmt sind, um die Störungen zu isolieren.

Beatmungsgerät für Intensivstationen

Abb. 5. Beatmungsgerät für Intensivstationen

Die Spannung von 5 V, die auch durch die Modelle der Serien AM10TWM-YZ und AM29EWM-NZ erzeugt wird, versorgt einen elektronischen Steuerungskreis und ein Kommunikationsmodul. Um eine hohe RS232-Signalqualität zu gewährleisten, können die Modelle AM1DM-NZ oder AM2DM-NZ eingesetzt werden, die eine Isolierung von 6000KVDC zur Versorgung der Signallinie sicherstellen. Die Spannung von -12 V, die durch das Modell AM2DM-NZ zur Verfügung gestellt wird, gewährleistet die notwendige Referenzspannung dem Operationsverstärker (OPA) und dem Digital-Analog-Wandler (DAC).

Mobiles Beatmungsgerät:

Die mobilen Beatmungsgeräte unterliegen strikten Einschränkungen bezüglich des Gewichts und der Abmessungen, deswegen haben sie eingeschränkte Möglichkeiten im Bereich der Geschwindigkeits-, Durchfluss- und Druckeinstellungen im Vergleich mit den Beatmungsgeräten für Intensivstationen.Aufgrund einer engeren Auswahl von Funktionen und Einstellungen, benötigen solche Geräte geringere Leistungen – etwa 80 bis 150 W. Das im unteren Schema dargestellte Gerät kann durch einen eingebauten AC/DC oder einen externen 24V-Adapter der Medizinklasse versorgt werden.

Mobiles Beatmungsgerät

Abb. 6. Mobiles Beatmungsgerät

Das 24V-Strom aus dem eingebauten AC/DC-Wandler oder einem externen Adapter versorgt direkt den Motor und das Ventil. Der DC/DC-Wandler AIMTEC AM20EWM-NZ mit einer Isolierung von 5000KVAC wird verwendet, um die Störungen zu isolieren, die von Motor und den Ventilen stammen, um die Spannung von 24 auf 5 V umzuwandeln und um die Kontrollkreise, die Sensoren und das Display zu versorgen. Um die Integrität des RS232-Signals des Kommunikationsmoduls sicherzustellen, wurden in diesem Beispiel auch die Netzteil-Modelle AM1DM-NZ oder AM2DM-NZ eingesetzt.

Mechanisches Beatmungsgerät:

Die mechanischen Beatmungsgeräte haben die kleinsten Abmessungen und die kleinste Auswahl an Optionen im Vergleich zu den anderen Zwei Typen von Beatmungsgeräten. Die Einschränkung der Funktionsauswahl ermöglicht es, bei geringerer Versorgungsleistung zu arbeiten. Ähnlich wie bei dem mobilen Beatmungsgerät, kann das Gerät aus dem Beispiel unten an die AC- und DC-Quellen angeschlossen werden. In das Gerät ist ein DC/DC-Wandler der Medizinklasse von AIMTEC eingebaut – Modell AM20EWM-NZ mit einem Eingangsleistungsbereich von 4:1, was den Anschluss an externe DC-Versorgungsquellen ermöglicht. Der Eingangsstrom wird in 24 V umgewandelt und versorgt das Ventil, das Gebläse und den Lüfter des Systems. Zur Versorgung von Sensoren und Mikrocontrollern können auch die Spannungsstabilisatoren eingesetzt werden, die die Spannung von 24 V in 9 oder 5 V verarbeiten.

Mechanisches Beatmungsgerät

Abb. 7. Mechanisches Beatmungsgerät

Desinfizierungskammer UV-C:

Die meisten Desinfizierungsmethoden für Oberflächen erfordern die Anwendung von Chemikalien. Die Effizienz dieser Methoden ist vom ausgewählten Mittel, der Anwendungsart (Eintauchen oder Oberflächenkontakt) und der Kontaktzeit abhängig. Die elektronischen Geräte, wie Telefongeräte, Tablets und Rechner, können der Wirkung der starken Chemikalien, die die Viren und Erreger bekämpfen, nicht ausgesetzt werden. Die Verwendung von chemischen Desinfektionsmitteln kann mit Korrosion der Materialien und der Beschädigung der Geräte selbst folgen (in einigen Fällen ist es ein Grund für Verlust der Garantieansprüche). Die UV-C-Kammer ist eine alternative Methode zur Desinfektion der Oberflächen, die für alle Materialien geeignet ist, die gegen die nichtionisierende UV-C-Strahlung beständig sind.

Desinfizierungskammer UV-C

Abb. 8. Desinfizierungskammer UV-C

Die UV-C-Kammer wird nicht in der Nähe des Patienten platziert, deswegen werden die Netzteile für die Geräte der ICT-Klasse zu ihrer Versorgung eingesetzt. Im unteren Beispiel wird die Lampe mit einer Matrize mit LEDs, die die UV-C-Strahlung emittieren (UV-C LED array), zur Desinfektion der Oberflächen verwendet. AIMTEC bietet AC/DC-Treiber für LEDs mit den Leistungen von 30 bis 60 W, die den AC-Quellstrom in DC-Ausgangsstrom umwandelt, der eine UV-C Lampe vom Typ LED array direkt versorgen kann. Der Mikrocontroller MCU, das LCD-Display, der Touchscreen und Sensoren werden auch mit Gleichstrom versorgt. Dafür können die kompakten AC/DC-Netzteile von AIMTEC zum Einsatz kommen, z.B. die Serie AME3-CJZ, AME3-HANZ oder AME3-VZ.

Desinfizierungsroboter UV-C:

Ein UVC-Desinfizierungsroboter ist die Basis eines autonomen, mobilen Roboters (AMR), die mit einem oberen Modul des UV-Strahlungssenders verbunden wird, der desinfiziert und die Bakterien und Viren aus einem gegebenen Bereich eliminiert. Das System der UVC-Desinfizierungsroboter stellt eine hervorragende Effizienz in der Bakterienbekämpfung sicher – dank der Verwendung der UV-C-Strahlung. Dank einer App in einer Cloud kann die klinische Abteilung der Infektionskontrolle die Einführung ihrer sanitären Protokolle regelmäßig überwachen und registrieren, und somit die Anzahl der Infektionsfälle im Krankenhaus verringern und die Versorgungsqualität erhöhen.

Die Versorgungsquelle dieses Geräts ist eine 48VDC-Batterie, die die Motoren, Laser-Sensoren, die Kamera, den Rechner sowie die UV-C- oder UV-C-LED-array-Lampen antreibt. Das Netzteil-Modell AIMTEC AMSROL10-NZ kann den Strom mit einer Spannung von 48 V in 24 V umwandeln – dieser kann vor allem das Gehirn des Roboters versorgen, nämlich die Rechenplattform. Das Modell AMSRI-NZ verarbeitet die Spannung von 24 V in 12 V, mit der die Kamera und die Sensoren versorgt werden, um dem Roboter die Erkennung und das Sehen von Objekten und Hindernissen zu ermöglichen. Die isolierten DC/DC-Wandler, wie AM6C-NZ und AM6G-Z stellen eine isolierte Spannung von 5 V sicher, die das Unterkontrollsystem und den Peripheriesensor versorgt. Das Modell AMLDV-NZ verarbeitet direkt den Strom mit einer Spannung von 48 V in 5V aus einer Batterie, zur Versorgung der Lampen UV-C LED array, die den gegebenen Bereich desinfizieren.

Desinfizierungsroboter UV-C

Abb. 9. Desinfizierungsroboter UV-C

Die Medizingeräte werden ständig verbessert und dadurch immer sicherer in der Anwendung. Die Netzteile, die zur Versorgung dieser Geräte verwendet werden, werden auch immer besser und gewährleisten längere Kriechstrecken, bessere Isolierungsspalte und Isolierung, um die Anforderungen zu erfüllen die in der EMC-Norm bestimmt sind. AIMTEC bietet eine breite Palette an Wandlern der Medizinklasse, die verschiedene Medizingeräte versorgen können und dabei helfen können, die für eine Markteinführung der Produkte notwendige Zeit zu verkürzen. Unten werden einige der Netzteile von AIMTEC aufgeführt, die für Medizingeräte geeignet sind:

Angebot der Medizin-Wandler von AIMTEC

Serie Leistung (W) Eingang Ausgang Isolierung (VAC) Sicherheit
AM1DM-NZ 1 2.97-26.4 3.3, 5, 12, 15, ±5, ±9, ±12, ±15 1xMOPP/2xMOOP UL60601-1
AM2DM-NZ 2 2.97-26.4 3.3, 5, 12, 15, ±5, ±9, ±12, ±15 1xMOPP/2xMOOP UL60601-1
AM6TW-NZ 6 9-75 5, 6, 9, 12, 15, 24 2xMOOP EN60601-1 3
AM20EWM-NZ 20 9-75 3.3, 5, 12, 15, 24 2xMOOP EN60601-1 3
AMEL5 MJZ 5 85-264 5, 12, 15, 24 2xMOOP EN60601-1 3
AMEL10-MJZ 10 85-264 3.3, 5, 9, 12, 15, 24 2xMOOP EN60601-1 3
AMEL20 MAZ 20 90-264 3.3, 5, 12,15, 24, ±3.3/5, ±3.3/12, ±3.3/15, 3.3/24, ±5, ±5/12, ±5/15, 5/24, ±12, ±12/15, 12/24, 15/24 2xMOOP UL60601-1
AME30 MAZ 30 90-264 3.3, 5, 12,15, 24, ±5, ±12, ±15, ±24 2xMOOP UL60601-1
AME40 MAZ 40 90-264 3.3, 5, 12,15, 24, ±5, ±12, ±15, ±24 2xMOOP UL60601-1
AMEC30 MAZ 30 90-264 3.3, 5, 12,15, 24, ±5, ±12, ±15, ±24 2xMOOP UL60601-1
AMEC40 MAZ 40 90-264 3.3, 5, 12,15, 24, ±5, ±12, ±15, ±24 2xMOOP UL60601-1
AMES30-MAZ 30 90-264 3.3, 5, 12,15, 24, ±5, ±12, ±15, ±24 2xMOOP UL60601-1
AMES40 MAZ 40 90-264 3.3, 5, 12,15, 24, ±5, ±12, ±15, ±24 2xMOOP UL60601-1

Über AIMTEC:

Die 2002 gegründete Firma AIMTEC ist ein weltklassiger Entwickler und Hersteller von wandelnden AC/DC- und DC/DC-Modulnetzteilen. Die Standardprodukte des Unternehmens umfassen die DC/DC-Wandler mit einer Leistung bis zu 200 W, AC/DC-Wandler sowie LED-Treiber, die eine Leistung von 250 W erreichen.

Die Wandler von AIMTEC helfen den Kunden auf der ganzen Welt, den notwendigen zeitlichen und finanziellen Aufwand zu minimieren, der mit der technischen Entwicklung verbunden ist – dadurch wird die Miniaturisierung erleichtert und die Effizienz der Endprodukte verbessert.

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