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Medizinische Bediengeräte: Die Anwendung bestimmt das Design

Formschöne Designgeräte, optional mit PCAP, sind in der Entwicklung von Medizingeräten heute Standard. An den Monitor werden hohe Anforderungen an Funktionalität, Handhabbarkeit und Design gestellt. Aber auch das Risiko- und Bauteilmanagement sind entscheidende Faktoren bei der Bauteilauswahl.

Medizinisches Bediengerät (Symbolbild) Bildquelle: © Data Modul

Medizinisches Bediengerät (Symbolbild)

Die für den Medizinsektor angebotenen Thin-Film-Transistor-Displays (TFT) sind und bleiben vermutlich für hochwertige Medizin Monitorlösungen obligat. Kostengünstigere, in ihrer Spezifikation nicht so hochwertige, schlanke Displays aus dem Consumermarkt sind für die medizinischen Anforderungen kaum geeignet. Sie können Anforderungen, wie Lebensdauer, Robustheit, konstante Verfügbarkeit und vor allem das geforderte Änderungs- und Abkündigungsmanagement nicht erfüllen.

Deutlich geeigneter sind Displays mit MVA (Multiple Vertical Alignment) und IPS (In-Plane Switching) Technologie, abhängig von der jeweiligen Applikation.  Beide Technologien bieten eine sehr gute Bilddarstellung, große Farbtreue, große Blickwinkel und einen hohen Kontrast. Insbesondere die IPS-Technologie überzeugt durch eine stabile Graustufen- beziehungsweise Farbdarstellung über den gesamten Blickwinkel.

Glas bleibt meist genutzte Bedienoberfläche

Für medizinische Applikationen können spezielle antibakterielle Glasoberflächen zum Einsatz kommen. Dieses Glas beseitigt durch die antimikrobielle Wirkung integrierter Silber-Ionen bereits 99 Prozent der auf der Oberfläche befindlichen Bakterien. Es verhindert deren Ausbreitung und kommt in Umgebungen zum Einsatz, in denen strenge Hygieneanforderungen vorherrschen. 

Mittlerweile gibt es verschiedene antibakterielle Nano freie Klarglas-Oberflächen, zum Beispiel von Data Modul. Das sogenannte Coverglas fungiert dabei gleichzeitig als Schutz- und Trägerglas für den PCAP-Sensor und ist in unterschiedlichen Dicken, Bedruckungen, Eigenschaften und/oder Formen verfügbar. Der Touchsensor kann individuell mit jedem Coverglas verklebt (Optical Bonding) werden, was wiederum eine hohe Flexibilität im Glasdesign bietet.

Um den Anforderungen medizinischer Applikationen gerecht werden zu können, muss das Touchsystem (Coverglass+Bonding+ Sensor) belastbar sein und mit vielen unterschiedlichen Arten von Flüssigkeiten und Handschuhen störungsfrei in harschen Umgebung funktionieren. Entscheidend für die fehlerfreie Funktion ist auch die Auswahl des Touchcontrollers. Dieser muss die geforderten Funktionen (Flüssigkeiten, Handschuhe, ..) der Anwendung unterstützen. Darüber hinaus ist eine individuelle, auf die Umgebung abgestimmte Firmware zwingend erforderlich.

Touch-Sensorik: Glas oder PET

Der Aufbau der Touch-Sensorik bei kapazitiven Touchscreens hat sich seit 20 Jahren kaum verändert. Das Grundgerüst bilden zwei Ebenen (X und Y) mit einem leitfähigen Rautenmuster (Diamond Pattern). Bestandteil dieser Technologie ist das transparente, leitende Material ITO (Indium Thin Oxid = Indium Zinn Oxid). Im Wesentlichen kann es auf zwei unterschiedlichen Sensorsubstraten aufgebracht werden: Glas oder Polyethylenterephthalat (PET-Film).

Glasbasierende Sensoren ermöglichen ein wesentlich schlankeres Sensordesign als Film-basierende Sensoren. Die Außenabmessungen sind dabei kaum größer als die des TFT-Displays. Weiterhin hat Glas den Vorteil eines erweiterten Temperaturbereiches von -30 bis +85°C und einer langen stabilen Verfügbarkeit. Durch den Glasaufbau sind diese Sensoren besonders für raue Bedingungen und auch für den Außeneinsatz gut geeignet; sie sind zum Beispiel gegenüber starker Sonneneinstrahlung unempfindlich.

Die Verfügbarkeit der PET-Sensoren hingegen richtet sich grundsätzlich nach dem verwendeten Kunststoff. Regelmäßige Materialänderungen können die Stabilität und die optische Performance eines bestehenden Systems erheblich beeinträchtigen.

Steuerung und Gehäuse

In medizinischen Anzeigeeinheiten müssen bei der Entwicklung die besonderen Anforderungen der Branche berücksichtigt werden. Die Geräte-Ansteuerung ist dabei eine der zentralen Herausforderungen. Individuelle Funktionalitäten, Bauformen, aber auch Bauteilmanagement kommen hier zusammen.

Um die optimale Gehäusekonstruktion zu erreichen, müssen Design- und Funktionalitätsaspekte in puncto Material, Abmessung, Fertigungsmöglichkeit und -machbarkeit analysiert werden. Direkt in das Gehäuse integrierte Lautsprecher, Kameras, Lichtleiter, halbtransparente Oberflächen und spezifische Oberflächenrauigkeit des Frontrahmens sind Herausforderungen bei der Entwicklung eines Gehäusekonzepts.

 

 

Data Modul, seit 2016 ISO 13485:2016 zertifiziert, entwickelt ein umfangreiches Portfolio an
eigenen Komponenten und hat mit der Controllerserie eMotion bedarfsorientierte
Monitor-Ansteuerlösungen entworfen. Die Serie bietet von der Einkabellösung eMotion USB Type
C 3.1 im Alternate Mode bis hin zur High Performance Lösung UHD-II alle Optionen zum
Gerätedesign.

ARM basierende Lösungen können durch den i.MX6 basierten Single Board Computer
eDM-SBC-iMX6-PPC abgedeckt werden. Mit Abmessungen von 130mm x 80 mm bietet dieses
Format eine sehr flache Designoption.

Abgerundet werden die möglichen Ansteueroptionen durch die im Haus entwickelten
COM Express Module Type 6. Mit einem Standard oder kundenspezifischem Carrierboard
und zusammen mit den Modulen können alle Anforderungen – von der Intel ATOM Klasse bis hin
zur Intel Core CPU – erfüllt werden.