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影响医疗线缆设计的关键因素
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影响医疗线缆设计的关键因素

2022-08-26 16:14:54 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平编译 作者:Wayne Shockloss

【哔哥哔特导读】影响医疗电缆设计的重要因素——材料。

材料的选择和技术进步在混合供电、信号传输、铜缆、光纤等设计中发挥着重要作用。

电缆设计的影响因素首选是材料,然后是性能,并随着应用要求越来越高而继续发展。更强大和精确的连接技术应用于高可靠性环境,线缆的可靠性很关键。速度的不断增加、尺寸和重量的减少、柔韧性和弯曲半径的要求、恶劣操作条件和苛刻的安装要求,都会影响设计师做出的电缆决策。光纤应用越来越广。多功能电缆和解决方案有助于简化当今复杂的布线架构。

连接器

新的医疗应用电缆要求更严格

医疗应用针对安全性有特定要求。用于医疗设备和组件必须提供高可靠性。具有挑战性的使用条件使坚固性成为另一个首要考虑因素。为防止病菌感染传播,以及能满足清洁和消毒要求的电缆需求将持续增长。

Northwire,作为LEMO集团下一家制造电线和多导线电缆的公司,可以生产一种USP VI级、具备生物兼容性的硅胶替代品。生物兼容电缆材料不含邻苯二甲酸盐、卤素或乳胶,符合ISO 10993-5细胞毒性和ISO10993-10刺激和皮肤致敏要求。该材料耐化学物质、切割、磨损和破碎等特性,并兼容蒸汽、H202、伽马和EtO等灭菌方式。当与LEMO的REDEL SP连接器集成时,它为手持手术设备、牙科设备、美容手术、腹腔镜手术、听力诊断提供了一个强大的医疗电缆组装解决方案。

连接器

LEMO的REDEL SP连接器及线缆

抗菌电缆组件在医疗器械应用中起着重要作用。银离子以其对一系列抗微生物的有效性而闻名,它们在医疗环境中的应用已变得普遍。Axon的Nosofree抗菌电缆组件使用银离子微通量技术来抑制微生物的生长。Axon的电缆和电缆组件满足医疗市场对生物相容性、灭菌、灵活性和小型化的要求。Axon的医用电缆组件可以用热塑性聚合物绝缘,如聚氯乙烯、TPU、TPE和其它塑料。电缆护套材料的选择是基于生物相容性要求,以及应用所需的清洁、消毒等要求。

连接器

Axon电缆使用液体硅橡胶(LSR)和其他耐用的热塑性塑料来制造组件,可承受高压灭菌。

一种新的涂层技术,称之为特殊涂层系统(SCS)microRESIST 抗菌技术,消除了电缆和特殊涂层设备上的微生物。这项技术结合了生物相容性芳烃的优点和抗菌特性。SCS对苯二甲苯涂层是一种超薄膜,用于涂层硅酮和TPE电缆护套。它具有USP类Vi类聚合物认证,并与医疗设备和电缆生物兼容,可用于支架、心脏辅助设备、电外科、人工耳蜗植入物、导管等。

SENSOCAB是尼科莱(NICOLAY GmbH)有限公司的内部电缆制造实体,专为医疗设备设计生产连接器、电缆、电缆组件、传感器等,同时生产金属丝线、镀银或镀锡铜带丝,分层并包裹在Kevlar 或尼龙纺织品加强线等。金属丝线通常通过绝缘材料卷曲,与金属带接触,而不是剥离绝缘材料,因为金属带相对脆弱,芯可能会被高温损坏,这使得通过焊接终止金属丝是不现实的。SENSOCAB的金属线通常封装在一个挤压聚氨酯夹套中。柔性,耐用,并具备最小的扭转旋转记忆。另一家金属丝制造商Maeden用薄铜箔包裹纺织芯,并采用特殊的抗氧化处理扩大其环境性能。

医疗应用中的混合布线

不断增加的数据流量和高速传输需要抗干扰和灵活的电缆,在极其敏感的环境和机械负荷下必须极其可靠、耐用、可管理、并具备生物兼容性。在早期开发阶段,组件和线束的系统工程师应了解应用中的干扰因素,并确定电缆系统中需要加强或保护的关键点。此过程应包括应用分析、电缆路由和对连接系统中每个元素的仔细评估。在医疗设备的开发阶段,电缆供应商和产品设计人员之间的合作有助于确定适当的医疗电缆设计和规范。

LEONI的定制医疗电缆通过特定应用结构、可靠的组装和特殊材料的使用来满足动态和卫生要求。该公司可提供单根电缆、复杂的组件或线束、以及全电缆模块。

连接器

LEONI电缆产品

LEONI医疗保健业务部门的负责人Siemen-Jannes Meinders说:“在设计医疗电缆组件时,我们要确保选择电缆护套和封装材料,优化产品性能。我们提供独特的定制混合电缆,结合信号、功率、数据、光或媒体传输,可承受数千个弯曲周期,以及在290° F高温下的高压消毒循环。为了在弯曲或卫生医疗应用中实现最可靠的组装设计,我们使用不同的热塑性和弹性塑料高低压注塑,包括生物相容性材料。”

二次成型技术可以进一步优化功能,保护连接器和其它易损的电子元件,承受极端温度、多重弯曲和恶劣的环境,包括严格的清洁、消毒和灭菌要求。

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Timbercon公司设计了各种定制的光纤和混合电缆组件和线束。

先进的医疗设备依赖于高带宽、抗EMI电磁干扰、降低铁磁含量和显著降低重量。作为Radiall属下的一家公司,Timbercon提供扩展光束光纤互连电缆解决方案,可以取代铜线,以及可定制的光纤,大功率激光组件,探头等。

恶劣环境应用

航空航天、军事、医疗和一些工业市场需要电缆和连接器,要求在紧密的路径和弯曲装置、极端温度或高冲击和高重力环境中性能优异。

Carlisle 互连技术公司 (Carlisle IT)作为一家军工互连产品提供商能满足这些应用要求。 Carlisle IT的 LITEflight 光纤提供非常优异性能和在各种恶劣环境的耐久性。

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CarlisleIT的LITEflight 光纤

Draka是Prysmian 集团的一个品牌,提供单模光纤。即使在空间受限的地板、门窗条、架子和其它相当复杂的环境中,也能显著降低衰减损失。Draka的G.657.A1光纤衰减损耗仅为0.2 dB,比之前的11 dB损耗降低了很多。这种新的光纤技术扩展了信号传输能力。可以有力支持5G、物联网和人工智能的高速传输和更低延迟要求。

可持续性和布线选择

在对气候变化日益担忧之际,美国正在重新加入《巴黎气候协定》(PCA),这是一项具有法律约束力的气候变化国际条约。196个缔约方通过了PCA,其明确目标是将全球变暖限制在远低于2摄氏度,最好是1.5摄氏度。为了实现这一长期温度目标,各国目标是到2035年或更早时间前减少全球温室气体和碳排放。

《巴黎协定》强调为所有发达国家和发展中国家与气候有关的能力建设,并要求前者支持后者。因此,大多数国家都强调零碳排放解决方案,重点是电力和交通部门,为早期实行者创造了新的商机。这可能意味着加快发展电力基础设施电网和电缆建设,将在未来10至20年向大城市提供可再生能源。

NKT和其它六个设计合作伙伴一起,正在开发世界上最长的超导体电力电缆。该超级链接项目预计全长12公里,额定功率为500兆瓦,电压水平为110 kV,旨在为慕尼黑市中心的一个地区提供清洁的可再生能源。该超级链接将使用现有的基础设施进行安装,尽量减少施工中断。该电缆将在采用环保氮气制冷,将封闭回路冷却至-200ºC。

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超导高压电缆

影响电缆的其它因素还包括安全和可持续的材料考虑。随着零部件行业继续尽量减少电子零部件生产过程中危险材料的影响,一些传统材料和产品正在逐步淘汰。设计师必须提前计划,选择可持续和长期可用的产品。

据Cutting-Edge 电缆解决方案的创始人Mark Vanderwoude说:“一些制造商正在经历原材料子供应商停产夹克化合物短缺的风险。我们预计会有更多RoHS和REACH法规相冲突的化合物整合和消除,或者随着化合物超过传统产品的生命周期而导致需求下降。因此,制造商和客户将面临寻找替代材料的挑战,并面临成本增加和重新验证的代价。这迫使客户对材料透明度要求更高,并坚持至少两家供应商来保护他们的供应链。能够提供独特解决方案的供应商为市场提供了非常大的价值。”

总之,材料的选择在布线设计决策中扮演着越来越重要的角色。

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