中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
聯(lián)系人：李鋒
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各種尺寸和類型的醫(yī)療設(shè)備都依靠連接器來確保安全可靠的電力輸送、數(shù)據(jù)傳輸和流體管理。其中許多醫(yī)療級連接器都符合生物相容性 （ISO 10993）、環(huán)境密封 （IEC 60529） 和抗電磁干擾 （EMI） （IEC 60601-1-2） 的等級。
本文重點(diǎn)介紹各種醫(yī)療連接器，例如植入式設(shè)備、卡邊緣解決方案和板級互連。此外，還探討了針座引腳、用于板對板和線對板集成的直插式選項(xiàng)，以及用于可穿戴和便攜式醫(yī)療設(shè)備的彈簧式連接器。最后，本文回顧了廣泛使用的醫(yī)用級連接器，包括圓形金屬和快速斷開管。
一、用于植入式醫(yī)療設(shè)備的專用連接器
如圖所示，植入式醫(yī)療設(shè)備（如心臟起搏器、人工耳蝸和胰島素泵）采用專用連接器，旨在實(shí)現(xiàn)長期可靠性、材料兼容性和高性能作。
這些連接器可防止污染并實(shí)現(xiàn)基本功能，包括供電、數(shù)據(jù)傳輸和無線通信。它們還可以最大限度地降低 EMI 并抵抗外部干擾，以保持信號完整性。主要功能包括：
氣密密封： 提供氣密保護(hù)，防止壓力變化、潮濕和其他可能影響電氣連接的環(huán)境因素。
生物相容性： 實(shí)現(xiàn)起搏器和除顫器的安全植入和一致作。大多數(shù)植入式心臟器械都符合 IS-1、DF-1、IS-4 和 DF-4 的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。
高密度微型：該技術(shù)通過將電源、數(shù)據(jù)和傳感器傳輸集成到緊湊的設(shè)計中來支持小型化植入式設(shè)備，而不會影響性能。
射頻同軸：通過保持強(qiáng)大的信號傳輸和最小的干擾來確保高效的無線通信。
其中許多連接器采用耐用的醫(yī)用級材料，如塑料、金屬、陶瓷、玻璃，以及 PEEK 和 PEK 等高性能聚合物。某些設(shè)計的絕緣電阻為 ≥5000 MΩ，漏氣率為 1×10?3 Pa·cm3/s，工作溫度范圍為 -40°C 至 105°C。 值得注意的是，新興的微墊片技術(shù)在 10 kHz 時實(shí)現(xiàn)了 ~5 MΩ 的電氣隔離，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的植入物連接器。
二、使用卡邊緣連接器促進(jìn)高速醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸
如圖所示，卡邊緣連接器使帶有邊緣安裝接觸墊的印刷電路板 （PCB） 能夠直接連接到其他系統(tǒng)，從而促進(jìn)高速數(shù)據(jù)傳輸和復(fù)雜處理。
數(shù)據(jù)采集 （DAQ） 卡通過模數(shù) （A/D） 采樣系統(tǒng)轉(zhuǎn)換血液分析儀中的傳感器數(shù)據(jù)。同樣，高級患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)使用卡邊緣連接器來擴(kuò)展存儲或測試功能。
醫(yī)療級卡邊緣連接器必須滿足嚴(yán)格的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。在高振動環(huán)境中頻繁的插拔會加速微動腐蝕并降低接觸表面質(zhì)量，而試劑暴露會進(jìn)一步增加磨損。較厚的鍍金可防止賤金屬氧化，提高導(dǎo)電性，并形成保護(hù)屏障，最大限度地減少材料損失。
三、實(shí)現(xiàn)可靠的板對板和線對板連接
針座插針連接器采用高導(dǎo)電性銅合金制造，廣泛用于醫(yī)療設(shè)備，如 X 射線、CT 掃描儀、超聲系統(tǒng)和 MRI 機(jī)器。它們還支持診斷心臟病學(xué)設(shè)備、心肺支持系統(tǒng)、患者監(jiān)護(hù)儀和血液分析儀。
針座插針連接器通過最大限度地減少電阻并保持強(qiáng)大的接觸力，提供可靠的板對板和線對板連接。高功率接頭支持高達(dá) 20A 的板對板電源應(yīng)用，集成接地層觸點(diǎn)可提高電氣性能。例如，4 mm 引腳間距可最大限度地降低電弧風(fēng)險，確保高功率醫(yī)療系統(tǒng)的安全性。
雖然針座插針連接器支持板對板和線對板連接，但直插式連接器為線對線和線對板應(yīng)用提供了更緊湊的解決方案，尤其是在醫(yī)療線束中。如圖所示，許多醫(yī)用接頭插針連接器設(shè)計都采用了全密封環(huán)氧樹脂保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了 IP67 等級的防塵性能和對醫(yī)療環(huán)境中臨時液體浸泡的抵抗力。
四、用于可穿戴和便攜式醫(yī)療設(shè)備的彈簧式連接器
彈簧加載 （pogo-pin） 連接器有助于為可穿戴健康監(jiān)測器、便攜式醫(yī)療設(shè)備和家庭健康設(shè)備提供可靠的充電和對接。許多設(shè)計都結(jié)合了磁性對準(zhǔn)，以提高穩(wěn)定性和易用性。堅固耐用的 IP 級版本可抵抗振動和輕微的錯位，確保在助聽器等緊湊型應(yīng)用中連續(xù)運(yùn)行。彈簧加載連接器在轉(zhuǎn)彎、行走和行駛過程中保持穩(wěn)定接觸。
用于數(shù)據(jù)、電源和流體管理的醫(yī)療級連接器
除了植入式和板級連接器外，各種醫(yī)療級連接器還有助于在關(guān)鍵醫(yī)療應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)傳輸、可靠的電氣連接和高效的流體管理。這些包括：
快速斷開管： 圖 4 顯示這些連接器可實(shí)現(xiàn)安全、無泄漏的流體和空氣傳輸。帶閥機(jī)構(gòu)在斷開連接時進(jìn)行密封，防止泄漏和污染，而生物相容性材料和耐化學(xué)腐蝕密封件可承受消毒劑、藥物和滅菌過程。
圓形金屬：圓形金屬 提供耐用、高可靠性的連接。金屬外殼提供卓越的 EMI 屏蔽， IP68 級密封保證了耐滅菌性。多個鍵控選項(xiàng)可防止錯位，高插拔次數(shù)耐用性支持在惡劣和苛刻的環(huán)境中長期使用。
USB：USB 有助于患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、診斷設(shè)備和醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和連接。 醫(yī)療級 USB 連接器采用堅固耐用的設(shè)計、防水密封和安全的鎖定機(jī)制，可提供額外的耐用性。
HDMI：HDMI 支持醫(yī)療成像應(yīng)用中的視頻顯示，例如床旁超聲。這些系統(tǒng)需要多個視頻輸出選項(xiàng)，包括 VGA、DVI、HDMI 和 S-video 或 C-video 等傳統(tǒng)格式。醫(yī)療級 HDMI 連接器專為苛刻環(huán)境而設(shè)計，可抵抗振動、機(jī)械沖擊和潮濕。其防水設(shè)計采用保護(hù)性密封，可防止飛濺并抵御腐蝕性物質(zhì)。
D-sub （D-sub）：該連接器支持醫(yī)療監(jiān)視器中的傳感器和執(zhí)行器連接，同時確保強(qiáng)大的電氣性能。鍍金和安全安裝可防止觸點(diǎn)因持續(xù)振動而退化，專用的 IP 級密封可保護(hù) D-sub 免受灰塵和濕氣的影響。許多連接器都包含接地到機(jī)箱和電纜屏蔽層的金屬外殼，以最大限度地減少 EMI 并保持信號完整性。
RF：這種連接器類型在 MRI 機(jī)器、超聲設(shè)備和患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等應(yīng)用中傳輸高頻信號。它需要精確的阻抗匹配和強(qiáng)大的屏蔽，以保持信號完整性并防止 EMI。醫(yī)療級射頻連接器設(shè)計也集成到可穿戴設(shè)備中，以促進(jìn)可靠的無線通信。
五、結(jié)論
在植入式、可穿戴和診斷設(shè)備中，醫(yī)療級連接器支持可靠的電力輸送、數(shù)據(jù)傳輸和流體管理。先進(jìn)的材料、精密的工程和環(huán)境密封使這些連接器能夠承受高振動、頻繁的配接次數(shù)以及惡劣的臨床和生理?xiàng)l件。
