휴대용 의료기기 설계를 위한 Hi-Rel 커넥터

June 10, 2024

오래 전부터 의료행위는 임상 환경 내에서만 거의 독점적으로 이루어져 왔지만, 지난 10년 사이 커다란 변화가 일어났습니다. 이제는 일반 가정에서 환자를 모니터링하고 치료하는 데 초점이 맞춰지고 있습니다. 이러한 변화의 주요 요인들은 다음과 같습니다.

▶ 이미 확장된 의료 자원에 대한 부담 완화.

▶ 만성질환 환자가 정기적으로 병원을 방문하여 치료나 검진을 받아야 하는 불편함을 없애 삶의 질 향상

▶ 황색 포도상구균(MRSA)이나 코로나 바이러스(COVID-19) 같은 질병에 걸릴 위험을 줄임으로써 병원이 환자 보호에 대한 부담을 줄임

휴대용 의료기기 설계를 위한 Hi-Rel 커넥터 (출처: Jaromir Chalabala/Shutterstock.com)

혈당 수치 및 산소 포화도 모니터링뿐 아니라 투석과 같은 보다 복잡한 절차까지, 가정에서의 의료 활동에 대한 의존도가 증가함에 따라 의료 장비 제조사들은 새로운 과제를 안게 되었습니다. 이러한 과제에는 다음이 포함됩니다.-

▶ 훈련된 의료진이 아닌 환자 자신이 휴대용 장비를 사용하므로 장비 오용의 가능성 존재

▶ 장비가 가정에서 너무 많은 공간을 차지하거나 환자가 휴대하기 어려워서는 안 됨

▶ 휴대용 의료 장비는 응급 상황에서 손상되기 쉽기 때문에 기계적 견고성이 높아야 함

▶ 커넥터와 케이블은 장비함 외부에 위치할 수 있으며, 이 경우 내부에 포장되는 구성 요소들보다 열악한 환경에 노출될 가능성이 큼

따라서 의료 장비의 고장이나 장애가 환자의 생명을 위협하는 결과를 초래할 수도 있으므로, 인터커넥트 설계는 장비의 작동 안정성을 보장하도록 신중한 고려가 필요합니다. 이 글에서는 오늘날의 휴대용 의료 장비 설계 요건에 부합하도록 커넥터가 충족해야 하는 사양에 대해 알아보겠습니다.

의료용 커넥터에 요구되는 속성

장비가 작고 휴대가 간편하도록 크기와 무게에 대한 설계 제약이 심하므로 부품들도 그러한 요건들에 최적화되어야 합니다. 차지하는 면적과 무게를 줄이려면 전원 및 데이터 신호의 조합을 전달할 수 있는 커넥터의 규격을 지정하는 것이 좋습니다. 발열 효과 및 신호 무결성 문제를 피하기 위해서는 이들 각각의 목적에 요구되는 적절한 크기의 전용 접점 핀이 필요합니다. 또한 플래시오버가 장비의 데이터 수집 기능에 영향을 미칠 수 있으므로 플래시오버를 방지하도록 효과적인 절연 재료를 커넥터에 통합해야 합니다.

최초 대응자가 사용하는 휴대용 장비는 열악한 환경에 대처할 수 있을 만큼 충분히 견고해야 합니다. 따라서 장비의 부품들 역시 극한의 온도, 높은 습도 및 수분 침투에 대해 탄력적이어야 합니다. 또한 삶과 죽음의 상황에 대응하는 압박감 속에서 작업하는 동안, 최초 대응자는 연결을 신속하게 맺거나 끊고, 커넥터는 잘못된 결합 오류에 대처할 수 있어야 합니다.

가정에서 환자 스스로 장비를 사용하거나 환자 가족이 모니터링하는 경우, 일반적으로 의료 장비를 올바로 작동하는 방법에 대해 잘 알지 못하기 때문에 커넥터가 잘못 결합될 가능성이 매우 큽니다. 분극 및 덮개가 있는 커넥터를 선택하면 이러한 상황을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 인터커넥트 유지는 또 다른 중요한 요소이며, 잠금 메커니즘을 도입하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 때에 따라서는 연결된 케이블에 대한 변형을 완화하기 위해 커넥터에 백포팅을 적용해야 할 수도 있습니다.

의료 장비의 적합성 준수 승인을 위해서는 전자기 간섭(EMI) 문제를 해결해야 합니다. 내부 차폐는 시스템 내의 다른 전자 장치와의 간섭을 막는 데 필요합니다. 또한 외부 간섭이 인터커넥트를 통과하는 데이터 신호에 영향을 주어서는 안 됩니다. 커넥터에는 금속 백쉘(backshell)을 장착할 수 있으며 케이블은 EMI 차폐 솔루션으로서 금속 편조(metal braiding)를 사용할 수 있습니다. 정전기 방전(ESD)으로 인한 위협을 완화하기 위해 몇 가지 메커니즘을 사용할 수 있습니다.

효과적인 의료 커넥터 소싱

하윈(Harwin)의 신뢰성 높은 Hi-Rel 커넥터 솔루션은 의료 분야의 많은 선도 기업들의 장비에 사용됩니다. 이 회사의 게코(Gecko, 1.25mm 피치) 및 데이터메이트(Datamate, 2mm 피치)(그림 1) 커넥터 시리즈는 각각 1000회 및 500회 이상의 결합 주기를 지원합니다. 접점의 4-핑거 베릴륨 구리(Beryllium Copper) 구조는 심한 충격과 지속적인 진동이 발생하는 경우에도 최소 1개 이상의 결합 표면을 통한 전기 연결을 이용해 인터커넥트 무결성이 항상 유지된다는 것을 의미합니다. 고급의 빠른 작동 잠금 메커니즘은 장비가 신속히 사용될 준비가 되어 있고 장기간 작동이 보장된다는 것을 의미합니다.

그림 1: 하윈(Harwin)의 Datamate J-Tek 양방향 암컷 케이블 어셈블리는 완전한 플러그 앤 플레이 솔루션의 단순성과 필요한 수직 공간 축소의 이점을 결합한 로우 프로파일 설계로 높은 신뢰성을 제공합니다.

하윈은 입증된 실적을 통해 의료 애플리케이션에 매우 적합한 광범위한 커넥터 포트폴리오를 보유하고 있으며, 이들 커넥터 제품군은 폭 넓은 기성 케이블 및 FPC(Flexible Printed Circuits) 어셈블리 옵션에 의해 지원됩니다(그림 2).

그림 2: 하윈의 FPC(Flexible Printed Circuits), 로우 프로파일 케이블은 표준 10 컨택트 어셈블리의 단방향 및 양방향 설계로 Datamate J-Tek 1mm 피치 또는 Gecko 0.5mm 피치로 제공되며, 짧아진 수직 공간과 go-anywhere 케이블 연결이 특징입니다(출처: 하윈)