Les dispositifs médicaux miniaturisés soutiennent la croissance de l'industrie

23rd January 2019
Posted By : Victoria Chercasova
Les dispositifs médicaux miniaturisés soutiennent la croissance de l'industrie

L'industrie médicale connait une croissance spectaculaire de l'utilisation de stéthoscopes, de scanners, de lasers et d’appareils de gestion de la douleur, tous numériques et portables. Les pratiques médicales électroniques évoluent avec l'utilisation de bracelets connectés, de capteurs cutanés, de capteurs neurologiques, et de techniques de balayage optique pour le bien-être corporel. 

Des systèmes de chirurgie à distance sont utilisés pour certaines opérations de haute précision, et des interfaces informatiques contrôlées par la pensée capturent les signaux permettant de faire fonctionner des prothèses afin d'améliorer la qualité de vie et d'offrir plus de mobilité dans le monde réel.    

Des connecteurs micro et nano-métriques sont reliés à des câbles flexibles miniaturisés à l’intérieur de ces nouveaux appareils biomédicaux en plein essor. Les puces et les processeurs des circuits de détection se voient déplacés du boîtier principal de l’appareil jusqu’à l'intérieur de la sonde à l'extrémité du câble. Des appareils à ultrasons portatifs permettent d’évaluer un large éventail d'organes internes, depuis l'analyse de caillots sanguins jusqu’à des tests de dépistage de cancer. De nouvelles puces de capteurs sont utilisées en environnement clinique pour le traitement de minuscules cellules sanguines, afin de fournir immédiatement des données lors de visites chez le médecin. Des circuits intégrés implantés dans le cerveau permettent aux amputés de mouvoir leurs jambes ou leurs mains. Des produits pharmaceutiques aux implants de modulation neurologique, nous assistons à l’évolution du traitement des micro-signaux qui permettent à des systèmes de surveillance d’apporter une assistance ou de réparer certaines lésions du corps humain. Les écrans numériques deviennent portables et partagés avec le patient en temps réel.  

Un bon exemple d'interconnexion miniature est l'utilisation de connecteurs micro-circulaires pour permettre le changement rapide de sondes et de capteurs dans le secteur du diagnostic médical. La partie insérable du connecteur circulaire miniature est surmoulée de sorte à pouvoir servir à la fois de connecteur et de poignée pour une petite sonde électronique. Dans ce cas, l'extrémité de la sonde renferme une thermistance dont la résistance varie électriquement avec la température. 

Un chirurgien peut ainsi insérer la sonde dans le corps et surveiller la température du sang et des tissus du patient. Les données sont capturées et imprimées en temps réel sur un écran ou un ruban papier. Cela permet au médecin de disposer d’informations plus tôt pour l'aider à intervenir et prévenir le risque de complication durant l'intervention. Les inserts de connecteurs peuvent être précâblés avec différents systèmes de contacts dont l’espacement peut descendre à 0.635 mm et ces inserts sont moulés dans différents matériaux. Les câbles de plus petit diamètre sont désormais beaucoup plus robustes et sont en général recouverts de matériaux anti-bactériens. La fabrication se fait le plus souvent en salle blanche de qualité médicale.   

La fiabilité et la qualité des dispositifs d'interconnexion à usage médical sont au cœur du développement des nouveaux connecteurs miniaturisés. Cela commence par l'utilisation d'éléments très fiables. Lorsqu'ils prévoient une utilisation dans des environnements dynamiques de traitement des patients, les concepteurs de connecteurs optent souvent pour un système à pins mâles et femelles à ressorts. Un tel système garantit une fiabilité et des performances éprouvées, même en cas de chocs, de vibrations et de variations thermiques.  Les pins mâles à ressort sont fabriquées en BeCu (cuivre-bérylium) à haute résistance à la traction (17.200 ksi soit près de 120.000 MPa) pour résister aux rigueurs de l'utilisation et aux abus. Les pins mâles et femelles sélectionnées passent également des tests de métallisation extrêmes pour garantir leur fiabilité. Le revêtement métallique est  constitué d’une solide barrière de nickel, qui est ensuite recouverte de 50 micro-pouces (environ 1.25µ) d'or. Les pins sont ensuite insérées dans des matrices isolantes miniatures, moulées à partir de LCP (Liquid Crystal Polymer, ou polymère cristallin liquide). Ce format offre les meilleures performances aux tests de fiabilité dans les industries médicales, militaires et aérospatiales. Les câbles et systèmes de fils font le plus souvent appel à des fils à isolant Teflon® qui sont soigneusement dénudés au laser pour éviter toute entaille. Les câbles et les fils sont sertis dans la partie arrière des pins mâles et femelles, ce qui assure une meilleure fiabilité à long terme que la soudure. L’ensemble des pins et des fils est inséré dans des isolateurs en LCP robustes et maintenu en place à l’époxy. Les isolateurs peuvent subir un traitement spécifique pour répondre aux critères du concepteur pour certaines unités spécialisées. 

Parmi les autres solutions favorisant l'utilisation d'appareils médicaux portables et miniatures, on peut citer la combinaison de deux câbles miniaturisés en un seul.  Comme la plupart des conceptions nécessitent un courant et une tension assez faibles, il est possible d'utiliser un seul câble pour acheminer à la fois la puissance et les signaux dans une même interconnexion médicale.  Les qualifications UL et de sécurité sont également améliorées grâce à l'isolement et à des connecteurs à codage mécanique rendant impossible leur branchement dans les 

mauvaises prises. L'alimentation est acheminée à l'intérieur du même câble et est bien isolée des parasites électromagnétiques présents dans la salle d'opération.  De nombreux nouveaux instruments médicaux fournissent des images aux médecins et aux radiologues. Ces systèmes d'imagerie renferment de grandes quantités de données numériques. Les nouveaux circuits fonctionnent souvent à des débits pouvant atteindre 5 Gbits/s. De tels débits nécessitent des connecteurs numériques haut-débit à câblage spécial pour fournir des images haute-résolution et permettre au médecin de gagner du temps.

De plus, de nouveaux produits médicaux améliorent la portabilité des dispositifs et l'utilisation quotidienne par les patients en dehors de l'environnement clinique. Les câbles et les connecteurs sont conçus pour le port par le patient, la collecte  des données et leur partage avec le médecin traitant. De nouveaux systèmes de câbles et de connecteurs plats permettent de s'adapter aux vêtements, tout en assurant la surveillance des données biométriques clés. Ces systèmes sont similaires aux systèmes de surveillance corporelle conçus pour la NASA et les troupes militaires au sol.  

La nouvelle électronique utilisée dans les prothèses est nécessairement miniaturisée et très robuste. Les câbles, très flexibles mais résistants à l'usure, sont gainés et souples et doivent de plus en plus être utilisables avec des exo-costumes robotisés souples. Des exo-squelettes médicaux sont testés pour faciliter la réadaptation initiale et, dans certains cas, le soutien à plus long terme des patients qui marchent, comme ceux qui naissent avec un spina-bifida (malformation de la colonne vertébrale).

En outre, l'équipement médical utilisé dans les ambulances peut être exposé à des températures extrêmement élevées ou extrêmement basses quand le véhicule est en stationnement. Lors de l’utilisation, l’équipement subit souvent des manipulations brutales, des tractions importantes ou un pliage extrême des câbles. Les connecteurs doivent résister à de nombreuses connexions et déconnexions successives en cours d'utilisation.  La technologie miniature à pins mâles et femelles à ressorts répond bien à ces contraintes.  

Les systèmes de connecteurs et de câbles micro-miniatures et nano-miniatures étendent rapidement leurs capacités, tout en réduisant leur taille et leur poids. L'avènement de la technologie des puces basse-tension à haute densité a créé des opportunités pour des systèmes rapides et fiables destinés à un secteur médical en pleine évolution. De nouveaux matériaux et de nouvelles méthodes de conception de connecteurs et de câbles permettent  désormais de traiter des signaux numériques à très haut débit sous un encombrement minime, qui réduit la taille et le poids, tout en améliorant à la fois l'intégrité du signal et la robustesse du système. Des versions personnalisées de connecteurs miniatures existants peuvent être rapidement développées et partagées avec les concepteurs d'appareils médicaux à l'aide de modèles informatiques. Une fois approuvées, les données de fabrication sont automatiquement envoyées vers les équipements d'usinage et les laboratoires de fabrication pour la production des premières pièces.

 


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