Как да се намали ЕМИ в кабелните съединения за медицинска употреба

Операционните зали, интензивните отделения и диагностичните зони в болниците са плътно оборудвани с мониторни устройства – вентилатори, електрохирургични уреди, системи за визуализация и комуникационни устройства – всички те генерират електромагнитни полета, които могат да нарушават работата на чувствителни медицински инструменти. Тези електромагнитни смущения могат да се проявят като лъжливи сигнали и артефакти в изображенията при медицински кабел сглобки, които предават критична информация – например ехо от ултразвуково изследване, ЕЕГ вълни или нива на аблативна енергия – а в най-тежките случаи дори напълно да изключат уреда. Такива смущения трябва да бъдат елиминирани.

Разбиране на източниците на електромагнитни смущения в Медицински Среди

Преди да бъдат приложени каквито и да било противоестествени мерки, първо трябва да се идентифицират смущаващите сигнали, които представляват интерес. Някои от източниците на смущаващи сигнали в медицинската практика.

Електрохирургични апарати (ЕХА): ЕХА генерират високонапрежени и високочестотни енергийни импулси за рязане и коагулация на тъкани.

Системи за магнитно-резонансна томография (МРТ): Това са силни източници на статично и радиочестотно поле.

Безжични устройства: Мрежови маршрутизатори за WiFi, устройства за Bluetooth и мобилни телефони излъчват радиочестотни смущения.

Двигатели и помпи: Вентилатори, инфузионни помпи и роботизирани хирургически инструменти съдържат двигатели, които генерират проводимо и излъчвано смущение.

Превключващи източници на захранване: Тези компоненти са разпространени в почти всички медицинска електроника .

Медицинските кабелни съединения са проектирани така, че да не се подлагат на влияние от смущения и да не излъчват смущения. Кабелите могат да действат като предавателни антени за високочестотни електромагнитни смущения (EMI).

Екраниране: Първата линия на защита

Най-добрата защита срещу електромагнитни смущения (EMI) в медицинско кабелно съединение е ефективното екраниране. Екранирането има за цел да намали въздействието на външни електромагнитни полета върху сигнальните проводници. Освен това то ограничава излъчваните от проводниците на кабела смущения в рамките на самото кабелно съединение.

Различните конструкции на екраниране осигуряват различни нива на ефективност на екранирането:

Екраниране с фолио (алуминиево/полиестерно фолио): При 100% покритие то осигурява отлична защита срещу електромагнитни смущения (ЕМС) при високи честоти, макар да има по-ниска ефективност при ниски честоти. Това екранно решение е леко и много гъвкаво, но вероятно ще се напука при непрекъснато огъване.

Екраниране с плетена оплетка (меден проводник): Обикновено се използва за постигане на 70–95% покритие. Добре се справя с нискочестотни смущения. Механично е по-здраво от фолиото и по-устойчиво към многократно огъване в сравнение с фолиото. По-тежко и по-малко гъвкаво от фолиото.

Комбинирано екраниране (фолио + оплетка): Чрез комбинация от фолио и оплетено екраниране може да се постигне още по-високо ниво на ефективност на екранирането. Това може да е идеалният избор за медицински кабелни съединения, използвани в опасна среда с електромагнитни смущения (например операционна зала с най-високо ниво на ЕМИ). Медицинските кабелни съединения от Hotten (като кабели за ултразвукови зонди и кабели за ендоскопи) могат да проектират идеално екраниране за всяка приложение.

Изпълнение с усукана двойка за диференциални сигнали

Имунитетът към ЕМИ при сигнали с усукана двойка, като например LVDS или определени интерфейси за сензори, е вроден. Тъй като ЕМИ индуцира еднакъв шум върху двете жици, когато те са усукани заедно, общият режим на ЕМИ се неутрализира в диференциалния приемник и остава само полезният сигнал. Основните проектни параметри, влияещи върху ефективността на усуканата двойка срещу ЕМИ:

Дължина на усукването: по-плътното усукване намалява общия режим на интерференция, но увеличава затихването на сигнала.

Екраниране на двойката: Индивидуалните екрани за всяка двойка осигуряват допълнителна изолация на сигнала.

Постоянна геометрия: Трябва да се поддържа постоянен усукан кабел по цялата му дължина.

Нашият Hotten LVDS кабелен жгут и електроенцефалографски (ЕЕГ) кабели използват усукана двойка с изключителна устойчивост към смущения в електрически шумни медицински среди.

Правилно заземяване и завършване на екранирането

Ефективността на екранирането на кабелния съединител силно зависи от начина, по който е извършено завършването на екрана. Лошо изпълнените заземявания могат да доведат до заземителни контури (непреднамерени вериги, по които тече ток), които всъщност могат да предизвикат приемане на електромагнитни смущения (ЕМИ) от сигнализиращите линии.

Правилните методи за завършване на екранирането са:

Отводни жици: Една отводна жица трябва да е в контакт с екрана по цялата дължина на кабела.

завършване на 360 градуса: Екранът на кабела трябва да бъде свързан с корпуса на конектора по цялата окръжност, а не чрез единична опашка (pigtail), която има високо омово съпротивление при високи честоти.

Стратегия за заземяване: В повечето медицински приложения екраниращият слой се заземява само от единия край, за да се предотвратят заземителни контури. Понякога, ако основната загриженост е свързана с по-нискочестотен електромагнитен интерференционен шум (EMI), екраниращият слой може да се заземи и от двата края. При проектирането на специализираните медицински кабелни съединения на Hotten винаги се избира подходящо завършване на екраниращия слой заедно с конектора, според конкретното приложение.

Конструкция и слоеве на кабела

Ефективността на кабелното съединение в среда с електромагнитни смущения (EMI) силно зависи от слоистата конструкция на вътрешните компоненти. Сигналните проводници се отделят от други източници на шум чрез бариери.

Разглеждайки конструкцията:

Разделяне на сигнал и захранване: осигурете, че линиите за захранване с висок ток не се доближават до чувствителните сигнали.

Използване на изпълнителни материали и ленти: използват се за поддържане формата на кабела и за добавяне на допълнителна бариера срещу проникването на интерференции.

Обща екранираща обвивка над подсъединенията: използването на външна плетена оплетка и фолио гарантира, че сигналните и захранващите жици са заобиколени от многослойна екранираща обвивка.

Кабелните снопове и хирургическите скалпели на Hotten са проектирани чрез оптимално слоисто разположение, за да се предотврати взаимодействието между силовите и сигналните линии.

Заключение

Силата на Hotten се крие в изключителния ѝ екип от инженери с широки познания по електромагнитна съвместимост (EMI), гъвкав процес на разработка и прецизността на производствения им процес, което позволява на Hotten да доставя здрави и надеждни медицински кабелни съединения за екстремни медицински среди. Налични са различни видове кабелни съединения — от кабели за ултразвукови зонди до електроенцефалографски (ЕЕГ) водачи, хирургически скалпелни кабели и кабели за радиочестотна аблация.