2025上海医疗器械创新展Medtec浅谈电子内窥镜绝缘设计
2024-12-02
结构组成
2025上海医疗器械创新展指出,电子内窥镜由照明传输模块和图像传送模块构成,其纵截面图见图1。照明传输模块指从光源装置输出的光经由导光束加以传导,通过头端部的照明透镜照射;图像传送模块通过图像传感器,从物镜入射的来自被摄物的光被转换为电气信号,图像处理装置将电气信号转换为影像信号。
图1 头端部纵截面图
图2 内窥镜成像流程图
绝缘要求
GB 9706.218要求电子内窥镜的应用部分为BF型或CF型应用部分。根据临床实际使用情况,插入患者体内的内窥镜结构部分均应按照该要求定义为F型应用部分。
2025上海医疗器械创新展指出,不同于光学镜结构,电子内窥镜其CMOS/CCD传感器与光学组件邻近放置并位于其后方,传感器将接收到的光信号转为电信号,再将电信号通过传送电缆传输给后方的图像处理装置;同时整个电子内窥镜中的次级电路还需后方主机供电。所以在绝缘设计时,这些在内窥镜内部的电路往往成为设计薄弱点。
在标准GB 9706.218附录J中,提供了两组绝缘示例——示例1和示例2。个人理解两组绝缘示例,制造商可以选择其中一组作为参考来进行绝缘设计。
图3 电子内窥镜绝缘示例1和示例2
示例1和示例2均包含绝缘路径9,10。9为供给装置(设备主机)初次级之间的双重绝缘;10为F型应用部分基于最大网电源的一重绝缘和基于工作电压的两重绝缘。注意路径9在示例1中是2MOPP,示例2中则是2MOOP,这点微小的差别是什么意思呢?我们接着看后面的路径分析。
从路径11开始,两个绝缘示例有更多不同。路径11是电子内窥镜内部电路与外部F型应用部分之间的绝缘,示例2要求实现该绝缘,而示例1中未要求。对于示例1,如果这里的F型应用部分绝缘没有要求,那么一定是在其他地方要求,不然不符合电气安全的要求,就像有句话说的好“总有人替你负重前行”。当路径11未实现绝缘时,也就是应用部分患者连接和内部电路未绝缘时,按照GB 9706.1的逻辑,此时两部分可以被视作一个整体,该部分整体作为F型应用部分需要满足GB 9706.1中8.5.2.1的要求,与其他部分全部隔离。示例1中绝缘路径9,10,12,13便是为了满足这一要求而必需实现的所有绝缘路径,替未实现的路径11“负重前行”。
其实路径11在这里未实现的原因主要是由于工艺和结构的限制。电子镜的外径通常不超过1cm,在这寸土寸金的结构内部需要塞下光学件,光纤,电子传感器,信号电缆,供电电缆等多个零部件,对结构设计是一个不小的挑战。如果按照路径11的要求进行绝缘,无非有两种方式,一种是靠空气绝缘(爬电距离空气间隙),一种是固体绝缘。前者在结构中难以实现,后者则需要科学巧妙的绝缘设计及较高的装配工艺,但无疑良品率和成本又往往成为瓶颈。其实医疗器械成本较高,开发难度较大,一个重要的原因便是因为合规。这里的合规不仅是质量体系层面的合规,也有为满足标准要求,设计上安全可靠的合规。
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接着再看示例2,在实现了路径11后,路径12只需满足次级电路操作者两重防护,而在示例1中该路径是按照患者防护,且同时满足F型应用部分和次级电路的绝缘要求。
同时这也回答了最开始的问题,在示例1中,带电内窥镜的结构2作为F型应用部分的一部分,其相关绝缘路径是对患者的防护,故路径9与初级应是2MOPP而不是2MOOP;示例2中在经过路径11的防护后,路径9次级电路与初级之间防护可视为操作者防护,即2MOOP。
那么具体到实际产品中,针对示例1和示例2核心的一个问题,F型应用部分的隔离设计在哪里实现,应该就不难回答了。示例1中电子内窥镜内部电路和应用部分可整体设计,隔离可设计在成像系统中。2025上海医疗器械创新展指出,示例2中电子内窥镜内部电路和应用部分之间进行隔离设计,成像系统和电子内窥镜内部电路之间可不做隔离设计。
另外,以上要求仅是电子内窥镜部分的绝缘要求,搭配主机使用时还应整体满足GB9706.1-2020绝缘要求,如下图(from GB9706.1-2020附录J):
漏电流
为实现电磁兼容抗扰度和高频设备抗扰的要求,通常在图3的路径10会选用一个或多个Y电容串接,以将外部干扰尽可能的从设备接地外壳中导走;同时在路径10和11也存在着分布电容,尤其路径11。电子内窥镜内部电路在结构上与患者连接部分耦合较多,存在着不容忽视的分布电容。这对电子内窥镜患者漏电流和F型应用部分患者加压漏电流可能会带来影响。
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