Ako znížiť elektromagnetické rušenie (EMI) v káblových zariadeniach pre medicínske účely

V operačných sálach, jednotkách intenzívnej starostlivosti a diagnostických priestoroch nemocníc je monitorovacie vybavenie – ventilátory, elektrokirurgické jednotky, zobrazovacie zariadenia a komunikačné zariadenia – umiestnené veľmi husto. Všetky tieto zariadenia vytvárajú elektromagnetické polia, ktoré môžu narušiť citlivé zdravotnícke prístroje. Toto elektromagnetické rušenie sa môže prejaviť ako falošné signály alebo artefakty na obrazoch medicínsky kábel v zväzkoch, ktoré prenášajú kritické informácie, napríklad ozveny z ultrazvukového skenovania, EEG vlny alebo úrovne energie pri ablácii; v najhoršom prípade môže dokonca úplne zakázať funkciu prístroja. Takéto rušenie je potrebné úplne odstrániť.

Pochopenie zdrojov EMI v Medicínske Prostredia

Predtým, než sa zavedú akékoľvek protiopatrenia, je potrebné najprv identifikovať rušivé signály, ktoré predstavujú riziko. Niektoré zdroje rušivých signálov v lekárskej praxi.

Elektrokirurgické jednotky (ESU): ESU generujú vysokonapäťovú a vysokofrekvenčnú energiu na rezy a koaguláciu tkanív.

Systémy magnetickej rezonancie (MRI): Toto sú silné zdroje statických a rádiofrekvenčných polí.

Bezdrôtové zariadenia: Smerovače WiFi, zariadenia Bluetooth a mobilné telefóny vyžarujú rádiofrekvenčné rušenie.

Motory a čerpadlá: Ventilátory, infúzne čerpadlá a robotické chirurgické nástroje obsahujú motory, ktoré generujú vedené a vyžarované rušenie.

Spínacie napájacie zdroje: Tieto komponenty sa vyskytujú takmer vo všetkých medicínska elektronika .

Lekárske káblové zostavy sú navrhnuté tak, aby neboli ovplyvnené rušením a nevyžarovali rušenie. Káble môžu pôsobiť ako vysielačové antény pre vysokofrekvenčné EMI.

Stínovanie: prvá obranná línia

Najlepšou obranou proti EMI v lekárskej káblovej zostave je účinné stínovanie. Stínovanie slúži na tlmenie vonkajších elektromagnetických polí, aby nedosiahli signálové vodiče. Zároveň tiež obmedzuje vyžarovanie z vodičov kábla do priestoru okolo kábovej zostavy.

Rôzne konštrukcie ochranných štítov poskytujú rôznu úroveň účinnosti ochrany:

Fóliová ochrana (hliníková/polyesterová páska): Pri 100 % pokrytí poskytuje vynikajúcu ochranu proti elektromagnetickým rušeniam (EMI) pri vysokých frekvenciách, avšak má nižšiu účinnosť ochrany proti EMI pri nízkych frekvenciách. Je ľahká a veľmi pružná, ale pravdepodobne sa praskne, ak je vystavená nepretržitému ohýbaniu.

Pletená ochrana (medený drôt): Zvyčajne sa používa na dosiahnutie 70–95 % pokrytia. Je účinná pri potlačovaní rušenia nízkych frekvencií. Mechanicky je pevnejšia ako fóliová ochrana a odolnejšia opakovanému ohýbaniu v porovnaní s fóliou. Je ťažšia a menej pružná ako fólia.

Kombinovaná ochrana (fólia + pletenina): Použitím kombinácie fóliového a plieteného stínovania je možné dosiahnuť ešte vyššiu úroveň účinnosti stínovania. Môže to byť ideálna voľba pre lekárske káblové zostavy používané v nebezpečnom prostredí elektromagnetických rušení (napr. operačná sála s najvyššou úrovňou EMI). Lekárske káblové zostavy od spoločnosti Hotten (napr. káble pre ultrazvukové sondy a káble pre endoskopy) umožňujú navrhovať ideálne stínovanie pre každú aplikáciu.

Konštrukcia skrúteného páru pre diferenciálne signály

Odolnosť voči EMI u signálov skrúteného páru, ako sú LVDS alebo určité rozhrania senzorov, je vlastnou charakteristikou tejto konštrukcie. Keďže EMI indukuje identický šum na oboch vodičoch, ak sú tieto dva vodiče navzájom skrútené, spoločný šum sa na diferenciálnom prijímači ruší a zostáva iba užitočný signál. Kľúčové návrhové parametre ovplyvňujúce výkon skrúteného páru voči EMI:

Dĺžka skrútenia páru: tesnejšie skrútenie zníži spoločný šum, avšak zvýši útlm signálu.

Stínovanie páru: Individuálne stínovanie pre každý pár poskytuje ďalšiu izoláciu signálu.

Konštantná geometria: Po celej dĺžke kábla musí byť udržiavaný rovnaký skrutový moment.

Naše nízkoproudé LVDS káblové zväzky a EEG vodiče používajú konštrukciu skrútených párov s vynikajúcou odolnosťou voči rušeniu v elektricky šumových lekárskych prostrediach.

Správne uzemnenie a ukončenie ochranného plášťa

Účinnosť ochranného plášťa káblového zväzku je veľmi závislá od spôsobu, akým je plášť ukončený. Zle vykonané uzemnenia môžu viesť k uzemňovacím slučkám (neželaným obvodom prechádzajúcim prúd), ktoré môžu v skutočnosti spôsobiť zachytenie elektromagnetického rušenia na signálnych vodičoch.

Správne metódy ukončenia ochranných plášťov sú:

Odtokové vodiče: Jeden odtokový vodič by mal byť po celej dĺžke kábla v kontakte s ochranným plášťom.

ukončenie o 360 stupňov: Ochranný plášť kábla by mal byť pripojený ku kovovému puzdru konektora po celom obvode, namiesto jedného jednoduchého odtokového vodiča (pigtail), ktorý má pri vysokých frekvenciách vysokú impedanciu.

Stratégia uzemnenia: V väčšine lekárskych aplikácií je stínovanie uzemnené na jednom konci, aby sa predišlo vzniku uzemňovacích slučiek. Ak je hlavným problémom elektromagnetický rušenie (EMI) nižších frekvencií, môže byť stínovanie uzemnené na oboch koncoch. Hotten špeciálne lekárske káblové zostavy vždy navrhujú vhodné ukončenie stínovania spolu s konektorom pre každú aplikáciu.

Konštrukcia kábla a vrstvenie

Výkon káblovej zostavy v prostredí s elektromagnetickým rušením (EMI) je výrazne ovplyvnený vrstvenou konštrukciou vnútorných komponentov. Signálové vodiče sú od iných zdrojov rušenia oddelené bariérmi.

Pozrime sa na konštrukciu:

Oddelenie signálu a napájania: zabezpečte, aby vysokoproudové napájací vedenia neboli umiestnené blízko citlivých signálových vedení.

Použitie vyplňovacích materiálov a pásov: slúžia na udržanie tvaru kábla a poskytujú dodatočnú bariéru proti vnikaniu rušenia.

Celkové stínovanie podzostáv: použitie vonkajšej pletenej a fóliovej vrstvy zabezpečuje, že signálové a napájacie vodiče sú obklopené viacvrstvným stínovacím plášťom.

Káblové zväzky a chirurgické skalpely značky Hotten sú navrhnuté pomocou optimálneho vrstvenia, aby sa zabránilo vzájomnému ovplyvňovaniu napájacích a signálových vodičov.

Záver

Silnou stránkou spoločnosti Hotten je jej vynikajúci tím inžinierov s rozsiahlymi poznatkami o elektromagnetickom rušení (EMI), agilnom vývojovom procese a presnosti ich výroby, čo umožňuje spoločnosti Hotten dodávať odolné a spoľahlivé lekárske káblové zostavy pre extrémne lekárske prostredia. K dispozícii je široká škála káblovo-konektorových zostáv – od káblov pre ultrazvukové sondy cez vodiče pre EEG až po káble pre chirurgické skalpely a káble pre RF abláciu.