Hur man minskar elektromagnetisk störning (EMI) i medicinska kabelförband

Operationssalar, intensivvårdavdelningar och diagnostikområden i sjukhus är tätt packade med övervakningsutrustning – andningsapparater, elektrokirurgiska enheter, avbildningsenheter och kommunikationsenheter – som alla genererar elektromagnetiska fält som kan störa känslig medicinsk instrumentering. Denna elektromagnetiska störning kan visa sig som falska signaler och avbildningsartefakter på medicinsk kabel montage som överför kritisk information, till exempel ekon från en ultraljudsundersökning, en EEG-vågform eller ablationsenerginivåer, och i värsta fall helt inaktivera instrumentet. En sådan störning måste elimineras.

Förståelse av EMI-källor i Medicinsk Miljöer

Innan några motåtgärder kan vidtas måste de störande signalerna identifieras. Vissa källor till störande signaler inom sjukvården.

Elektrokirurgiska enheter (ESU): ESU:er genererar högspännings-, högfrekvent energi för att skära och koagulera vävnad.

Magnetresonansavbildningssystem (MRI): Detta är starka källor till statiska och radiofrekventa fält.

Trådlösa enheter: WiFi-rutrar, Bluetooth-enheter och mobiltelefoner sänder ut radiofrekvent störning.

Motorer och pumpar: Ventilatorer, infusionspumpar och robotiska kirurgiska instrument innehåller motorer som genererar ledningsburen och utstrålad störning.

Strömförsörjningar med switchteknik: Dessa komponenter är vanliga i nästan alla medicinsk elektronik .

Medicinska kablar är utformade för att inte påverkas av störningar och inte sända ut störningar. Kablar kan fungera som sändande antenn för högfrekvent elektromagnetisk störning (EMI).

Skärmning: Första försvarslinjen

Den bästa försvarsmetoden mot EMI i en medicinsk kabelsats är effektiv skärmning. Skärmning har till syfte att dämpa externa elektromagnetiska fält så att de inte når signalledarna. Den begränsar också utsläppen från kablarnas ledare inom kabelsatsen.

Olika sköldkonstruktioner ger olika nivåer av skyltverkan:

Folieskydd (aluminium/polyesterband): Med 100 % täckning ger det utmärkt skydd mot elektromagnetisk störning (EMI) vid hög frekvens, även om det ger lägre EMI-skydd vid låg frekvens. Det är lättviktigt och mycket flexibelt, men kommer troligen att spricka om det utsätts för kontinuerlig böjning.

Vävskydd (koppartråd): Används vanligtvis för att ge 70–95 % täckning. Effektivt mot störningar vid låg frekvens. Är mekaniskt starkare än folie och mer motståndskraftigt mot upprepad böjning än folie. Tyngre och mindre flexibelt än folie.

Kombinationsskydd (folie + väv): Genom att kombinera folie- och brädskärmning kan ännu högre skärmeffektivitet uppnås. Det kan vara ett perfekt val för medicinska kablar (t.ex. ultraljudsprobcablar och endoskopcablar från Hotten), som används i farliga EMI-miljöer (t.ex. operationsrum med högsta nivå av EMI). Medicinska kablar från Hotten kan utformas med en idealisk skärm för varje applikation.

Vriden parkonstruktion för differentiella signaler

EMI-immunitet i vridna parsignalers som LVDS eller vissa sensorgränssnitt är inbyggd. Eftersom EMI inducerar identisk störning på båda ledningarna när två ledningar är vridna samman, tar den differentiella mottagaren ut den gemensamma störningen och lämnar endast signalen kvar. Viktiga designparametrar som påverkar EMI-prestandan för vridna par:

Vridningslängd: tätare vridningar minskar gemensam störning men ökar signalens dämpning.

Parskärmning: Individuella skärmar för varje par ger ytterligare signalisolering.

Konstant geometri: En konstant vridning längs kabelns längd måste upprätthållas.

Våra Hotten LVDS-kabelharnessar och EEG-ledningskablar använder tvinnad parkonstruktion med utmärkt störavvisning för elektriskt bullriga medicinska miljöer.

Rätt jordning och skärmslutning

Effektiviteten hos en kabelförbandsskärm är starkt beroende av hur skärmen är ansluten. Dåligt utförda jordanslutningar kan leda till jordloopar (oönskade kretsar som transporterar ström), vilket faktiskt kan orsaka att elektromagnetisk störning (EMI) tas upp på signalledningarna.

Rätta metoder för skärmslutning är:

Dräneringsledare: En dräneringsledare ska ha kontakt med skärmen längs hela kablens längd.

360-graders slutning: Kabelns skärm ska anslutas till kontaktdosens skal runt hela omkretsen, istället för en enskild pigtail som har hög impedans vid höga frekvenser.

Jordningsstrategi: I de flesta medicinska applikationer är skärmen jordad vid en enda ände för att förhindra jordloopar. Ibland, om EMI vid lägre frekvenser är det främsta problemet, kan den jordas vid båda ändarna. Hotten anpassade medicinska kabelsatsar utformar alltid en lämplig skärmslutning med anslutning för varje applikation.

Kabelkonstruktion och lagering

Kabelsatsens prestanda i en EMI-miljö påverkas starkt av lagerkonstruktionen hos de interna komponenterna. Signalledare separeras från andra bruskällor med barriärer.

Om vi tittar på konstruktionen:

Separering av signal och ström: se till att högströmsströmföringsledningar inte kommer i närheten av känsliga signalledningar.

Användning av fyllnadsmaterial och band: används för att bibehålla kabelns form och lägga till en extra barriär mot inträngande störningar.

Övergripande skärm över delsatsar: genom att använda en yttre väv och folie säkerställs att signalledningarna och strömföringsledningarna omges av en flerskiktad skärm.

Hotten:s robotik-kabelförbindningar och kirurgiska skalpeller är utformade med optimal lagerning för att förhindra interaktion mellan kraft- och signalledningarna.

Slutsats

Hottens styrka ligger i dess utmärkta team av ingenjörer med bred kunskap om EMI, en smidig utvecklingsprocess och en tillverkningsprocess som kräver hög precision, vilket gör att Hotten kan leverera robusta och pålitliga medicinska kabelförbindningar för extrema medicinska miljöer. En mängd olika kabelförbindningar finns tillgängliga, från ultraljudsprobkablar till EEG-ledningskablar, kirurgiska skalpellkablar och RF-ablationskablar.