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小型化高可靠性互连方案促进医疗设备的创新和发展

2023-03-13 09:46:08 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平编译 作者:Bob Stanton 点击:7073

较小的医疗设备需要小型化的互连方案,在医疗诊断、监测和外科设备中实现更强大的功能,以及移动更轻便。

医疗

患者需要家庭监测,尽量减少门诊就诊,成本要求更低和住院时间更短。医生希望为难以到达或服务不足的地区提供更精确数据和远程移动护理。这些趋势推动了对紧凑、便携式监测设备的需求,这些设备可跟随患者一起移动,并通过云向医生传达关键数据。为了满足这些目的,人们正在开发具有强大处理能力的高度可靠的便携式设备。设备设计中的每个元素都是面临小型化要求。

微型电子产品发展的早期模型来自于其它行业。在消费市场上,小型可穿戴产品包含高性能芯片技术。在电信和石油工业中,便携式测试设备具有诊断功能,同时为现场应用提供了可靠性和坚固性。GPS模块、导弹制导系统和便携式军事设备也推动了电子行业创新小型化解决方案。C-MOS芯片技术是重要的解决方案。C-MOS技术可以显著提高功能和处理能力,同时提高密度,减少尺寸和重量,并有助于加固便携式电子产品,这是繁忙的临床或家庭环境中使用医疗设备的一个重要考虑因素。

在医疗小型化产品开发中,美敦力(Medtronic )公司和波士顿科技(Boston Scientific)公司等起搏器制造商使用C-MOS技术将模拟和数字信号结合,制造出了单芯片起搏器。这减少了尺寸和重量,同时增加了设备的分析和控制功能。很快,从听诊器到除颤器的数字医疗器械的设计都利用了类似于开发用于小型、轻便、强大的军用和消费产品的芯片技术。从那时起,处理芯片、仪器、连接器、探头和传感器等应用于医疗设备的器件都面向小型化加速发展趋势。

连接器

Omnetics “Bi-Lobe”纳米微型矩形连接器应用于医疗便携式设备

硅芯片设计者也发展小型医疗设备技术,主要是C-MOS和相关技术。在过去,使用模拟技术或甚至更早的数字芯片需要相对较高的电压和更大电流。在仪器内配备大电源和较复杂电线系统运行的电路,满足内部的耗电。电线必须足够大,才能处理大电流,绝缘层必须足够厚,防止电路彼此短路。电缆被设计用于处理长期运行的模拟正弦波信号,同时需要屏蔽,以减少仪器内部的电噪声。

然而,当今基于芯片上的微型医疗系统已经改变了整个仪器的规则和电气需求。新的医疗芯片不需要相同级别的支持和保护,目前这些信号主要是数字信号。电压通常从12伏降到低至3伏。电流从近3安培下降到100毫安左右,甚至更低。电源或电池比过去要小得多,也更轻。仪器内的互连系统可以显著减少尺寸。此外,布线也可以相应减少,载流能力同样可以满足要求。在较低电压下,电路中的绝缘材料可以明显更小、更紧凑。因此,微型连接器和较小的电线解决了医疗器械中尺寸和可靠性问题。如果设计者使用以前在比如军用或飞机上使用的高科技应用高可靠性标准,就可以实现高可靠性、耐用性和长寿命。

连接器

Omnetics的微尺寸和纳米尺寸的圆形连接器

电缆连接器制造商已经专门为医疗行业开发了微型和纳米微型连接器。使用由30AWG导体(直径约0.012千英寸)组成的布线,电缆变得更加灵活,可以在更小更轻的互连系统中容纳更多的信号。相配的连接器可减少尺寸到0.050”(1.3 mm)和0.025”(0.625mm)间距。

这些微型连接器可以满足增加的芯片功能,占有的空间只有原来使用线束的四分之一左右。便携式设备可以探头尖端使用芯片,并通过微型电缆连接到监测仪器上。使用专门为仪器设计的微型连接器,可以轻松地断开它们进行清洗或处理。

连接器

Omnetics公司的纳米微型连接器

医疗器械中的小型连接器必须符合严格的质量和可靠性标准。弹簧销和插座连接系统在大量冲击、振动和热变化中已证明了可靠性。这种结构由BeCu(铍铜)制成,具有高抗拉强度(17200ksi),可承受在快节奏医疗环境中持续使用。所选的PIN针和插座也应通过军用贵重中B488-type II, Code C class 1.27的电镀实验。这需要在镍板上电镀50微英寸的黄金。当放置在由LCP成型的绝缘壳中时,连接器将以最高水平的可靠性进行测试。

这种组装还包括铁氟龙绝缘线,使用激光剥离,避免割伤微型线的内部。然后将其压接到PIN针的尾部。在LCP壳子内固定PIN和线。也可以根据设计者的标准进行INSERT MOLDING完成组装。另外,针和线组插入金属外壳,制造微型医疗连接器。这种高可靠性的装配方法有时被称为“crimp-and-poke” 技术。这种装配过程的优点是精度高、公差小和质量高,性能大大超过了在较低质量的塑料外壳中的单PIN针方式。

材料的选择是区分医疗级与消费级连接器另一个重要因素。抵抗细菌生长的材料是必不可少的。材料必须通过各种严格的工艺进行灭菌,而不损害设计的完整性。

在早期设计阶段就应选择微型和纳米微型连接器。固体模型设计可用于调整外壳和绝缘体,以适应手柄,探头,或定制安装。实体模型设计界面的另一个好处是,可以快速和缩短原型周期。帮助确定仪器设计和模块化组件过程的最佳配置。今天的小型化互连系统比以往任何时候都要小,同时为现代医学的需求提供了更强大、更可靠的选择。

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