Hvordan redusere elektromagnetisk støy (EMI) i medisinske kabelforbindelser

Operasjonsrom, intensivavdelinger og diagnostiske områder i sykehus har tett plasserte overvåkningsutstyr – ventilatorer, elektrokirurgiske enheter, avbildningsutstyr og kommunikasjonsutstyr – som alle genererer elektromagnetiske felt som kan forstyrre følsomt medisinsk instrumentering. Denne elektromagnetiske forstyrrelsen kan vise seg som falske signaler og avbildningsartefakter på medisinsk kabel monteringer som overfører kritisk informasjon, som ekko fra en ultralydsskanning, en EEG-bølgeform eller ablasjonsenerginivåer, og i verste fall fullstendig deaktivere instrumentet. En slik forstyrrelse må elimineres.

Forståelse av EMI-kilder i Medisinsk Miljøer

Før noen mottiltak kan iverksettes, må de forstyrrende signalene som utgjør bekymring identifiseres først. Noen kilder til forstyrrende signaler innen medisin.

Elektrokirurgiske enheter (ESU-er): ESU-er genererer høy-spennings-, høyfrekvent energi for å kutte og koagulere vev.

Magnetresonansavbildningssystemer (MRI-systemer): Dette er sterke kilder til statiske og radiofrekvente felt.

Trådløse enheter: WiFi-rutere, Bluetooth-enheter og mobiltelefoner sender ut radiofrekvent forstyrrelse.

Motorer og pumper: Ventilatorer, infusjonspumper og robotiske kirurgiske instrumenter inneholder motorer som genererer ledet og utstrålt forstyrrelse.

Bryterstrømforsyninger: Disse komponentene er vanlige i nesten alle medisinsk elektronikk .

Medisinske kabelforbindelser er designet for å ikke bli påvirket av forstyrrelser og for å ikke sende ut forstyrrelser. Kabler kan virke som transmitterende antenner for høyfrekvent EMI.

Skjerming: Første forsvarslinje

Den beste forsvarsmekanismen mot EMI i en medisinsk kabelforbindelse er effektiv skjerming. Skjerming har til formål å redusere eksterne elektromagnetiske felt slik at de ikke når signallederne. Den begrenser også utstrålingen fra kabelforbindelsens ledere til selve kabelforbindelsen.

Forskjellige skjermebygninger gir ulik nivåer av skjermeffekt:

Foliebeskyttelse (aluminium/polyester-bånd): Med 100 % dekning gir den utmerket beskyttelse mot elektromagnetisk støy (EMI) ved høy frekvens, men har lavere EMI-skjerming ved lave frekvenser. Denne er lettvektig og svært fleksibel, men vil sannsynligvis sprekke hvis den utsettes for kontinuerlig bøyning.

Nettbeskyttelse (kupfertråd): Brukes vanligvis for å gi 70–95 % dekning. God til å bekjempe støy ved lave frekvenser. Er mekanisk sterkere enn folie og mer motstandsdyktig mot gjentatt bøyning enn folie. Tungere og mindre fleksibel enn folie.

Kombinasjonsskjerming (folie + nett): Ved å bruke en kombinasjon av folie- og flettskjerming kan enda høyere nivå av skjermeffektivitet oppnås. Dette kan være et perfekt valg for medisinske kabelforbindelser som brukes i farlige EMI-miljøer (for eksempel operasjonsrom med høyest nivå av EMI). Medisinske kabelforbindelser fra Hotten (for eksempel ultralydsonde-kabler og endoskopkabler) kan utforme en ideell skjerming for hver enkelt applikasjon.

Torsjonspar-konstruksjon for differensielle signaler

EMI-immunitet i torsjonspar-signaler, som LVDS eller visse sensorgrensesnitt, er innebygd. Siden EMI induserer identisk støy på begge lederne når to ledere er vunnet sammen, kanselleres fellesmodus-EMI ved den differensielle mottakeren og etterlater bare signalet. Viktige konstruksjonsparametere som påvirker EMI-ytelsen til torsjonspar:

Torsjonslengde: tettere vinding reduserer fellesmodus-forstyrrelser, men øker signaldempningen.

Par-skjerming: Enkeltskjermering for hvert par gir ekstra signalisolering.

Konstant geometri: En jevn vridning langs kabellengden må opprettholdes.

Våre Hotten LVDS-kabelharnesser og EEG-ledningskabler bruker en vridet parekonstruksjon med fremragende støytoleration for elektrisk støyfylte medisinske miljøer.

Riktig jording og skjermavslutning

Effektiviteten til en kabelforbindelsesskjerm er sterkt avhengig av hvordan skjermen er avsluttet. Dårlig utførte jordforbindelser kan føre til jordløkker (uønskede kretser som fører strøm), noe som faktisk kan føre til at elektromagnetisk støy (EMI) blir oppfanget på signallinjene.

Riktige metoder for skjermavslutning er:

Avledningsledere: Én avledningsleder skal være i kontakt med skjermen langs hele kabellengden.

360-graders avslutning: Kabellens skjerm skal kobles til konnektorens skall rundt hele omkretsen, i stedet for én enkelt avledningsleder (pigtail), som har høy impedans ved høye frekvenser.

Jordingsstrategi: I de fleste medisinske applikasjonene er skjermen jordet på én ende for å unngå jordløkker. Noen ganger, hvis EMI ved lavere frekvenser er hovedproblemet, kan den jordes på begge ender. Hotten sine tilpassede medisinske kabelforbindelser er alltid utformet med passende skjermet avslutning og tilhørende koblingsdel for hver enkelt applikasjon.

Kabelkonstruksjon og lagdeling

Kabelforbindelsens ytelse i et EMI-miljø påvirkes sterkt av lagoppbygningen av de interne komponentene. Signalkabler er adskilt fra andre støykilder ved hjelp av barrierer.

Ved å se på konstruksjonen:

Adskillelse av signal og strøm: sørg for at strømledninger med høy strøm ikke kommer i nærheten av følsomme signalledninger.

Bruk av fyllstoff og bånd: brukes for å opprettholde kabelens form og legge til en ekstra barriere mot inntrengende forstyrrelser.

Helhetlig skjerm over undermonteringer: ved bruk av en ytre vev og folie sikres det at signalkabler og strømkabler omgis av en flerlags skjerm.

Hotten sin robotikk-kablingssett og kirurgiske skalpeller er designet ved hjelp av optimal lagdeling for å forhindre vekselvirkning mellom strøm- og signallinjene.

Konklusjon

Hottens styrke ligger i dets fremragende ingeniørteam med bred kunnskap om EMI, en smidig utviklingsprosess og en presis tilnærming til produksjonen, noe som gjør at Hotten kan levere robuste og pålitelige medisinske kablingssett for ekstreme medisinske miljøer. En rekke kablingssett er tilgjengelige, fra ultralydsonde-kabler til EEG-ledninger, kirurgiske skalpell-kabler og RF-ablasjonskabler.