如何保護(hù)醫(yī)療設(shè)備中的電纜和連接器免受電磁干擾

引言“當(dāng)今的醫(yī)療設(shè)備充滿了越來(lái)越復(fù)雜的電子設(shè)備，以此完善設(shè)備在監(jiān)測(cè)、顯示、協(xié)助和提醒患者方面的功能范圍。最新一代的醫(yī)療設(shè)備電子設(shè)備更小、更緊湊，但是可以插入更多的監(jiān)測(cè)儀器 ，而隨之而來(lái)的最大設(shè)計(jì)難點(diǎn)是如何有效降低外界電磁波對(duì)設(shè)備的干擾？”

好消息是，軍用和衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了解決狹小空間中的電磁干擾 (EMI) 和電纜噪聲控制問(wèn)題的能力，并且軍用和衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了醫(yī)療設(shè)備行業(yè)意想不到的 EMI 解決方案。為控制問(wèn)題鋪平道路。該行業(yè)在電纜和連接器方面的成熟經(jīng)驗(yàn)有助于醫(yī)療行業(yè)采用更安全的電纜。

從為軍事和衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)電纜中獲得的經(jīng)驗(yàn)很重要，因?yàn)樵S多新的 ICU 儀器基于以千兆赫茲速度運(yùn)行的數(shù)字信號(hào)，與其他電子儀器非常接近。

通常，這將有助于確定在儀器機(jī)架內(nèi)布線的電纜是否會(huì)受到外部電磁波的干擾（不需要的 EMI 的接收器），或者電纜是否可能是 EMI 噪聲的發(fā)射器以傳播到其他設(shè)備 在任何一種情況下，EMI 噪聲都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)醫(yī)療設(shè)備的性能出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題，或者不同程度地降低儀器的準(zhǔn)確性。

醫(yī)療電纜和連接器設(shè)計(jì)人員有多種解決方案來(lái)控制醫(yī)療儀器中的 EMI 噪聲問(wèn)題。以下是目前EMI噪聲的主流解決方案列表：

1、選擇性濾波電路

可以通過(guò)找出干擾噪聲的頻率并在儀器電路板上添加選擇性濾波電路，或者在電纜線束上的連接器上添加濾波器來(lái)解決 EMI 問(wèn)題。薄膜電容器和電阻器可以通過(guò)在噪聲源附近接地來(lái)消除不需要的信號(hào)噪聲。但是，電纜和連接器必須做得足夠小，如果太大，則會(huì)限制同軸濾波電路的性能，從而對(duì)EMI的有效性產(chǎn)生一定的影響。

2、整體屏蔽

在將干擾電磁波與外部復(fù)雜環(huán)境隔離時(shí)，電纜上的編織屏蔽一直是主流方法之一。業(yè)界普遍認(rèn)為，編織通常是最好的屏蔽解決方案，它可以輕松提供高達(dá) 85 dB 的外部噪聲隔離。

為了減少進(jìn)出系統(tǒng)的電線數(shù)量，醫(yī)療設(shè)備可以使用混合電纜和連接器，將電源、信號(hào)和觸發(fā)器組合到單個(gè)連接器和電纜系統(tǒng)中。但請(qǐng)注意，在連接器內(nèi)部，一側(cè)有電源引腳，另一側(cè)有信號(hào)引腳。但更重要的是，從每個(gè)金屬圓形連接器到主接口連接器的電纜是隱藏的編織屏蔽層。

屏蔽必須保持從金屬連接器到每個(gè)較小圓形連接器的 360 度密封。 如果有間隙或未連接屏蔽層，則電纜在開(kāi)環(huán)處變成天線，EMI 會(huì)泄漏到 ICU 單元的儀器架中，對(duì)儀器造成影響。

編織層厚度、金屬材料的選擇、編織層類(lèi)型以及屏蔽層外部的均勻鍍層等因素可用于調(diào)整 EMI 屏蔽效果。對(duì)此，設(shè)備設(shè)計(jì)人員最好提前與電纜設(shè)計(jì)人員溝通，選擇合適的屏蔽效能。

3、簡(jiǎn)化電纜中的布線

許多電纜設(shè)計(jì)支持所需的最高速數(shù)字處理系統(tǒng)，例如實(shí)時(shí)成像或主動(dòng)皮下檢查。根據(jù) IEEE 1394 制造的電纜，有點(diǎn)類(lèi)似于電話公司使用的“火線”，可以顯著提高屏蔽效果。每組高速數(shù)字線都包裹著一根“漏極”線。雙絞線可以處理高千兆位/秒范圍內(nèi)的信號(hào)，而排擾線可以將信號(hào)快速返回源，并消除潛在的 EMI 噪聲和由于極快的信號(hào)速度而產(chǎn)生的額外波動(dòng)。同時(shí)，醫(yī)用電纜還需要安裝輕質(zhì)的整體屏蔽層進(jìn)行保護(hù)，所以在大多數(shù)情況下，選擇鋁箔屏蔽是比較常見(jiàn)的，因?yàn)樗梢员ＷC電纜具有小巧柔軟的特點(diǎn) , 護(hù)套的 EMI 防護(hù)效能仍可提高。

4、導(dǎo)電包覆成型和收縮套管

某些 EMI 電纜應(yīng)用的另一種解決方案是使用由聚烯烴熱縮管制成的特殊護(hù)套，并涂有 Parker Hannifin Chomerics 獨(dú)特的鍍銀銅涂層。在制造商的測(cè)試結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)它們將有源電子設(shè)備從 30 MHz 到 18 GHz 衰減到 50-60 dB，并具有顯著的降噪效果！

隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷創(chuàng)新和變革，如何在有效保護(hù)線纜的同時(shí)做到適當(dāng)?shù)碾姶牌帘问敲總€(gè)設(shè)計(jì)者面臨的挑戰(zhàn)，解決方案也不盡相同。 以上只是對(duì)幾種解決方案的粗淺介紹，希望能給產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供一些思路。

審核編輯：湯梓紅