中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
聯(lián)系人：李鋒
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各種尺寸和類(lèi)型的醫療設備都依靠連接器來(lái)確保安全可靠的電力輸送、數據傳輸和流體管理。其中許多醫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)介紹各種醫療連接器，例如植入式設備、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(xiàn)對板集成的直插式選項，以及用于可穿戴和便攜式醫療設備的彈簧式連接器。最后，本文回顧了廣泛使用的醫用級連接器，包括圓形金屬和快速斷開(kāi)管。
一、用于植入式醫療設備的專(zhuān)用連接器
如圖所示，植入式醫療設備（如心臟起搏器、人工耳蝸和胰島素泵）采用專(zhuān)用連接器，旨在實(shí)現長(cháng)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)現基本功能，包括供電、數據傳輸和無(wú)線(xiàn)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，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)現起搏器和除顫器的安全植入和一致作。大多數植入式心臟器械都符合 IS-1、DF-1、IS-4 和 DF-4 的嚴格標準。
高密度微型：該技術(shù)通過(guò)將電源、數據和傳感器傳輸集成到緊湊的設計中來(lái)支持小型化植入式設備，而不會(huì )影響性能。
射頻同軸：通過(guò)保持強大的信號傳輸和最小的干擾來(lái)確保高效的無(wú)線(xiàn)通信。
其中許多連接器采用耐用的醫用級材料，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(shí)實(shí)現了 ~5 MΩ 的電氣隔離，遠遠超過(guò)傳統的植入物連接器。
二、使用卡邊緣連接器促進(jìn)高速醫療數據傳輸
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，從而促進(jìn)高速數據傳輸和復雜處理。
數據采集 （DAQ） 卡通過(guò)模數 （A/D） 采樣系統轉換血液分析儀中的傳感器數據。同樣，高級患者監護系統使用卡邊緣連接器來(lái)擴展存儲或測試功能。
醫療級卡邊緣連接器必須滿(mǎn)足嚴格的可靠性標準。在高振動(dòng)環(huán)境中頻繁的插拔會(huì )加速微動(dòng)腐蝕并降低接觸表面質(zhì)量，而試劑暴露會(huì )進(jìn)一步增加磨損。較厚的鍍金可防止賤金屬氧化，提高導電性，并形成保護屏障，最大限度地減少材料損失。
三、實(shí)現可靠的板對板和線(xiàn)對板連接
針座插針連接器采用高導電性銅合金制造，廣泛用于醫療設備，如 X 射線(xiàn)、CT 掃描儀、超聲系統和 MRI 機器。它們還支持診斷心臟病學(xué)設備、心肺支持系統、患者監護儀和血液分析儀。
針座插針連接器通過(guò)最大限度地減少電阻并保持強大的接觸力，提供可靠的板對板和線(xiàn)對板連接。高功率接頭支持高達 20A 的板對板電源應用，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，確保高功率醫療系統的安全性。
雖然針座插針連接器支持板對板和線(xiàn)對板連接，但直插式連接器為線(xiàn)對線(xiàn)和線(xiàn)對板應用提供了更緊湊的解決方案，尤其是在醫療線(xiàn)束中。如圖所示，許多醫用接頭插針連接器設計都采用了全密封環(huán)氧樹(shù)脂保護，實(shí)現了 IP67 等級的防塵性能和對醫療環(huán)境中臨時(shí)液體浸泡的抵抗力。
四、用于可穿戴和便攜式醫療設備的彈簧式連接器
彈簧加載 （pogo-pin） 連接器有助于為可穿戴健康監測器、便攜式醫療設備和家庭健康設備提供可靠的充電和對接。許多設計都結合了磁性對準，以提高穩定性和易用性。堅固耐用的 IP 級版本可抵抗振動(dòng)和輕微的錯位，確保在助聽(tīng)器等緊湊型應用中連續運行。彈簧加載連接器在轉彎、行走和行駛過(guò)程中保持穩定接觸。
用于數據、電源和流體管理的醫療級連接器
除了植入式和板級連接器外，各種醫療級連接器還有助于在關(guān)鍵醫療應用中實(shí)現安全的數據傳輸、可靠的電氣連接和高效的流體管理。這些包括：
快速斷開(kāi)管： 圖 4 顯示這些連接器可實(shí)現安全、無(wú)泄漏的流體和空氣傳輸。帶閥機構在斷開(kāi)連接時(shí)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(guò)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(gè)鍵控選項可防止錯位，高插拔次數耐用性支持在惡劣和苛刻的環(huán)境中長(cháng)期使用。
USB：USB 有助于患者監護系統、診斷設備和醫學(xué)成像設備的數據傳輸和連接。 醫療級 USB 連接器采用堅固耐用的設計、防水密封和安全的鎖定機制，可提供額外的耐用性。
HDMI：HDMI 支持醫療成像應用中的視頻顯示，例如床旁超聲。這些系統需要多個(gè)視頻輸出選項，包括 VGA、DVI、HDMI 和 S-video 或 C-video 等傳統格式。醫療級 HDMI 連接器專(zhuān)為苛刻環(huán)境而設計，可抵抗振動(dòng)、機械沖擊和潮濕。其防水設計采用保護性密封，可防止飛濺并抵御腐蝕性物質(zhì)。
D-sub （D-sub）：該連接器支持醫療監視器中的傳感器和執行器連接，同時(shí)確保強大的電氣性能。鍍金和安全安裝可防止觸點(diǎn)因持續振動(dòng)而退化，專(zhuān)用的 IP 級密封可保護 D-sub 免受灰塵和濕氣的影響。許多連接器都包含接地到機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(lèi)型在 MRI 機器、超聲設備和患者監護系統等應用中傳輸高頻信號。它需要精確的阻抗匹配和強大的屏蔽，以保持信號完整性并防止 EMI。醫療級射頻連接器設計也集成到可穿戴設備中，以促進(jìn)可靠的無(wú)線(xiàn)通信。
五、結論
在植入式、可穿戴和診斷設備中，醫療級連接器支持可靠的電力輸送、數據傳輸和流體管理。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(dòng)、頻繁的配接次數以及惡劣的臨床和生理條件。
