用于醫(yī)療器械的線纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電氣線纜(100)，用于在兩個(gè)設(shè)備之間交換通信信號，尤其是涉及集成到導(dǎo)管或?qū)Ыz(5)中的線纜(100)。線纜(100)包括至少一對(120、130)差分線(D1+、D1-、D2+、D2-)，在工作過程中為其提供相反的電壓，從而限定在它們之間的電壓中性面(VNP)。此外，線纜(100)包括至少一組(140)單端線(S11、S12；S21、S22；S31、S32)，其相對于所述電壓中性面(VNP)對稱布置?？扇芜x的芯線(110)可以用于提供機(jī)械穩(wěn)定性和額外的電氣功能。由于線的特定布置使得從差分線到單端線(反之亦然)的電磁干擾最小。
【專利說明】用于醫(yī)療器械的線纜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電氣線纜組件和用于在兩個(gè)設(shè)備之間，具體地是在由導(dǎo)管或?qū)Ыz連接的設(shè)備之間，交換通信信號的方法，以及包括這樣的線纜組件的醫(yī)療系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]W02011/092202A1公開了一種用于導(dǎo)絲的電氣線纜組件，其中，所述導(dǎo)絲的芯金屬絲在傳送傳感器信號時(shí)得以有效地使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供允許在兩個(gè)設(shè)備之間的改進(jìn)的通信的手段，具體地是由導(dǎo)管或?qū)Ыz連接的設(shè)備，在所述導(dǎo)管或?qū)Ыz中，僅有很少的空間可用于電線。
[0004]這個(gè)目的由根據(jù)權(quán)利要求1的電氣線纜組件、根據(jù)權(quán)利要求2的方法和根據(jù)權(quán)利要求15所述的醫(yī)療系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中公開了優(yōu)選實(shí)施例。
[0005]根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種電氣線纜組件，用于在兩個(gè)設(shè)備之間交換通信信號，例如在傳感器與數(shù)據(jù)處理單元之間交換通信信號。應(yīng)注意，通信信號的“交換”應(yīng)包括單向通信和雙向通信這兩種情況。電氣線纜組件包括以下部件:
[0006]a)至少一對線，即導(dǎo)電的(典型地是金屬的)線。由于打算為這些線提供相反的電壓，為了引用的目的，在下文中將它們稱為“差分線”。此外，兩條差分線限定在它們之間的“電壓中性面”，依據(jù)限定，它是在為兩條差分線提供相反電壓(假如在周圍沒有或僅有可忽略的電位)時(shí)，在面中的電壓變?yōu)?近似)零的平面。例如，在以鏡面對稱方式布置的兩條相同差分線的情況下，電壓中性面與所述對稱面重合。
[0007]b)至少一組線，具有相對于前述電壓中性面對稱的結(jié)構(gòu)。參考它們預(yù)期的操作模式，為了引用，在下文中將這個(gè)組的線稱為“單端線”。該組可以包括僅一條或(優(yōu)選地)兩條或更多條這樣的單端線。
[0008]在本上下文中，應(yīng)在以下意義上來理解“線組的對稱結(jié)構(gòu)”:幾何對稱地布置每一條線的特征點(diǎn)，例如其中心線。但通常，不必全部線自身都是幾何對稱物體(例如它們可以具有不同的橫截面)，盡管優(yōu)選地是這種情況。
[0009]還應(yīng)注意，將“電壓”限定為在兩個(gè)不同點(diǎn)處的電位之間的差。關(guān)于電壓(例如，施加到線的，或者在電壓中性面中的)的以上描述因此隱含地假定相對于某些(公共)參考電位來確定所述電壓，所述參考電位典型地稱為“地”且依據(jù)這個(gè)限定具有零電壓。
[0010]此外，相對于理論情形來限定“電壓中性面”(的幾何位置)，其中，僅為兩條差分線-不為任何其他部件-提供電壓，即相反的電壓。一旦被限定，電壓中性面就保持相同，即使將其他電壓施加到差分線和/或即使將電壓施加到其他部件(例如單端線)，盡管在電壓中性面中的實(shí)際電壓于是通常不再為零。
[0011]線纜組件將典型地包括額外的部件，例如外部絕緣材料或外套，將線彼此分離的絕緣材料等。此外，所提及的(差分和單端)線將典型地沿線纜組件的軸彼此平行地延伸。[0012]根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種用于經(jīng)由電氣線纜組件在兩個(gè)設(shè)備之間交換通信信號的方法。所述方法包括以下步驟，其可以按所列出的順序或任何其他適當(dāng)?shù)捻樞騺韴?zhí)行:
[0013]a)向兩條“差分線”提供(典型地高頻/HF)相反的信號電壓。如以上，兩條差分線將在它們之間的電壓中性面限定為當(dāng)僅為兩條差分線提供相反電壓時(shí)，其中電壓近似為零的平面。
[0014]b)向相對于前述電壓中性面具有對稱結(jié)構(gòu)的“單端線組”提供另外的信號電壓。
[0015]電氣線纜組件和方法是相同發(fā)明構(gòu)思的不同實(shí)現(xiàn)方式，即相對電壓中性面對稱的線布置。為這些實(shí)現(xiàn)方式之一所提供的解釋和限定因此對于其他實(shí)現(xiàn)方式也是有效的。
[0016]以上限定電氣線纜組件和方法的優(yōu)點(diǎn)在于它們允許在兩個(gè)設(shè)備之間魯棒的通信，即使在連接線纜組件內(nèi)部的線必須彼此接近地布置的情況下。這是因?yàn)樘峁┝瞬罘志€，借助它，可以以差分操作發(fā)送高速信號，且提供了額外的單端線，用于借助單端信號的低速通信。由高速差分信號引起的電磁干擾可以影響相鄰單端線。但由于相對于高速信號的電壓中性面對稱的布置，這些干擾會(huì)在單端線中大體上彼此補(bǔ)償。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種醫(yī)療系統(tǒng)，包括第一設(shè)備和第二設(shè)備，它們由上述類型的電氣線纜組件連接，從而允許根據(jù)以上方法的通信信號的交換。醫(yī)療系統(tǒng)可以特別地包括導(dǎo)管或?qū)Ыz，在其中集成了所述電氣線纜組件。這是特別有利的，因?yàn)樵絹碓蕉嗟匦枰c在導(dǎo)管或?qū)Ыz尖端的傳感器或激勵(lì)器的通信，而另一方面線的可用空間被嚴(yán)格地限制。
[0018]在下文中，將公開本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，它們可以結(jié)合以上限定的電氣線纜組件、方法和醫(yī)療系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
[0019]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，除了上述的相反信號電壓以外，還將DC共模電壓提供給差分線。如果相反信號電壓例如是(+VI)和(-VI)，所述DC共模電壓是(V0)，那么在一條差分線上的有效電壓將為(V0+V1)，在另一條差分線上的為(V0-VI)。如果沒有電壓施加到周圍的任何其他部件，那么在電壓中性面中得到的電壓在此情況下將等于(VO)。如果存在多于一對差分線，就可以為每一對獨(dú)立地提供不同的共模電壓。而且，共模電壓可以可任選地為低頻信號(例如，具有低于約5MHZ的頻率)。這樣，能夠在差分對上多路復(fù)用例如用于控制的額外信號。
[0020]單端線應(yīng)具有相對于電壓中性面對稱的結(jié)構(gòu)。這可以包括位于電壓中性面自身中的一條或多條單端線(因而是對于自己對稱的)。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，存在至少一對單端線，包括在電壓中性面外延伸的第一單端線，和在電壓中性面的相反側(cè)上布置在相對于所述第一線的鏡面對稱位置的第二單端線。前述對的兩條單端線于是可以共同用于傳送單個(gè)電壓信號(即在電氣線纜組件的輸入端將相同電壓施加到兩條線)。這是有利的，因?yàn)橛刹罘志€上的差分信號引起的可能的干擾會(huì)因?yàn)閮蓷l單端線的特定對稱布置而彼此補(bǔ)償。
[0021]至少一對差分線、至少一組單端線、和/或這個(gè)對或組的一條或多條線分別可以可任選地由電屏蔽件包圍。這有助于減小在多條線之間的串?dāng)_。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，電氣線纜組件包括“芯線”，其向電氣線纜組件提供機(jī)械穩(wěn)定性。芯線典型地是金屬線，例如由不銹鋼構(gòu)成，盡管其他導(dǎo)電或非導(dǎo)電材料也可以。如同其名稱所指的，“芯線”優(yōu)選地設(shè)置在電氣線纜組件內(nèi)的某些中心位置。
[0023]前述芯線優(yōu)選地布置在由差分線對限定的電壓中性面中。于是能夠使得在芯線(如果導(dǎo)電的)中的電磁干擾最小。
[0024]芯線可以可任選地連接到線纜組件的至少一條其他線和/或線纜組件的屏蔽件。如果芯線導(dǎo)電，它就從而一除了其機(jī)械功能以外一滿足電氣功能，例如傳送公共的參考電壓(“地”)。
[0025]在另一個(gè)實(shí)施例中，芯線可以具有非圓形橫截面(依據(jù)限定，所述橫截面位于垂直于線纜組件的軸的平面中)。橫截面例如可以是多邊形的。非圓形橫截面的優(yōu)點(diǎn)是其有助于在限定的位置布置并固定電氣線纜組件的其他部件。
[0026]電氣線纜組件可以可任選地包括多于一對差分線，以允許多個(gè)(差分)信號的傳送。在此情況下，與每一對差分線相關(guān)的電壓中性面優(yōu)選的重疊(即所有差分線對具有同一電壓中性面)。
[0027]前述兩對或更多對差分線優(yōu)選地布置在相對于彼此的最大距離上，其中，可能的最大值當(dāng)然受到電氣線纜組件的給定尺寸的限制。彼此相距盡可能遠(yuǎn)地布置差分線對的優(yōu)點(diǎn)是使得相互串?dāng)_最小。
[0028]當(dāng)提供了兩對或更多對差分線時(shí)，上述的芯線優(yōu)選地布置在它們之間，從而提供針對串?dāng)_的額外屏蔽。
[0029]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，線纜組件相對于由差分線對限定的電壓中性面幾何對稱。這表示電氣線纜組件的所有組件的幾何形狀和布置(差分線、單端線、屏蔽件、絕緣材料等)是對稱的。因此，幾何對稱包括線中心的通常布置以及線的橫截面。另外，對稱還可以包括各個(gè)組件的材料。因而可以實(shí)現(xiàn)相對于電壓中性面的最佳平衡，其有助于使得來自差分線(及差分線上的)電磁干擾的總影響最小。
[0030]提供給差分線的相反電壓信號(例如(+VI)和(-Vl))和/或提供給單端線的另外信號電壓典型地是AC信號(即Vl的符號重復(fù)改變)。更具體地，在差分線上的相反電壓信號優(yōu)選地是高速信號，具有高于約20MHz的頻率。在單端線上的另外信號電壓優(yōu)選地是低速信號，具有低于約5MHz的頻率。因而可以利用各個(gè)信號的最佳范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的這些及其他方面依據(jù)下文所述的實(shí)施例會(huì)是顯而易見的，并參考其來加以闡明。
[0032]在附圖中:
[0033]圖1示意性地顯示了線纜組件在醫(yī)療系統(tǒng)中的應(yīng)用；
[0034]圖2顯示了通過常規(guī)同軸線纜組件的橫截面；
[0035]圖3顯示了未屏蔽的雙絞線對的側(cè)視圖；
[0036]圖4顯示了通過包括根據(jù)本發(fā)明的線纜組件的導(dǎo)絲的示意性橫截面；
[0037]圖5顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的可替換的線纜組件的橫截面，其中芯線具有非圓形橫截面；
[0038]圖6示出了當(dāng)驅(qū)動(dòng)具有5MHz頻率的差分電流通過頂部差分線對時(shí)，為根據(jù)本發(fā)明的線纜組件模擬的電場(左側(cè))、磁通量(中間)和感應(yīng)電流密度(右側(cè))；
[0039]圖7示出了當(dāng)驅(qū)動(dòng)具有IOOMHz頻率的差分電流通過頂部差分線對時(shí)，為根據(jù)本發(fā)明的線纜組件模擬的電場(左側(cè))、磁通量(中間)和感應(yīng)電流密度(右側(cè))；[0040]圖8示出當(dāng)驅(qū)動(dòng)具有5MHz頻率的單端電流通過一對單端線時(shí)，為根據(jù)本發(fā)明的線纜組件模擬的電場(左側(cè))、磁通量(中間)和感應(yīng)電流密度(右側(cè))。
[0041]類似的參考標(biāo)記或者以100的整數(shù)倍區(qū)分的標(biāo)記在附圖中指代相同或相似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0042]可以通過在介入式器械一諸如導(dǎo)管和導(dǎo)絲一的尖端集成成像和感測設(shè)備來改進(jìn)在最小侵入性保健過程中的診斷和治療。但這些器械極為有限的尺寸在集成所需功能時(shí)造成了重要的難題。微細(xì)加工(MEMS)傳感器可以與ASIC技術(shù)結(jié)合，在極小區(qū)域中實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的成像和/或感測功能。相關(guān)趨勢是越來越大量的數(shù)據(jù)需要從器械尖端傳送到外部設(shè)備。
[0043]圖1示意性地顯示了例如通過導(dǎo)管或?qū)Ыz延伸的線纜組件100的使用，用于在尖端(在體內(nèi))的設(shè)備I與外部設(shè)備2 (在體外)之間通信。這個(gè)相互連接必須以有效的方式傳送信號，其基本上表示:需要在尖端的很少硬件，少量(最少的)線，同時(shí)保持信號完整性。由于可用于布線的有限空間，低線數(shù)量是重要的。導(dǎo)絲內(nèi)徑的典型尺寸約為260μπι。這還限制了用于在體內(nèi)的功能的區(qū)域。 [0044]因此，需要為了在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)絲中的使用而被優(yōu)化的高速電氣線纜組件。組件典型地具有2米的長度和約250 μ m的直徑。由于涉及的頻率(例如10MHz-500MHz)，線纜特性將由傳輸線效應(yīng)來確定。線纜損耗由布線電阻來支配，其由于小的直徑和長的長度而較高，而與頻率有關(guān)的損耗(趨膚效應(yīng)(skin-and proximity-effect))惡化了對于高頻的情形。
[0045]圖2顯示了在用于 標(biāo)準(zhǔn)傳輸線中時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)同軸線纜組件10的橫截面。典型地，信號電流流過導(dǎo)電芯11，同時(shí)返回電流(沒有任何其他電流！)流過屏蔽件13，其由絕緣材料12隔開。同軸線纜組件的最后層是非導(dǎo)電護(hù)套14，其防止在屏蔽件與外部部件之間的電流路徑。
[0046]如果屏蔽件足夠厚，就可以在同軸電氣線纜組件10內(nèi)部捕獲到產(chǎn)生的電磁(EM)場，而在線纜組件外部沒有產(chǎn)生EM場。同軸的特征阻抗由電介質(zhì)的介電常數(shù)(εκ)和電介質(zhì)的芯的尺寸來按照以下公式確定:
【權(quán)利要求】
1.一種用于在兩個(gè)設(shè)備(1、2)之間交換通信信號的電氣線纜組件(100、200)，包括: a)至少一對(120、130、220、230)“差分線”(D1+、D1_、D2+、D2_)，所述至少一對差分線將位于它們之間的電壓中性面(VNP)限定為平面，在所述平面中，僅當(dāng)所述差分線被提供有相反電壓時(shí)，電壓近似為零； b)至少一組(140,240)“單端線”(S11、S12 ;S21、S22 ;S31、S32)，所述至少一組單端線具有相對于所述電壓中性面(VNP)對稱的結(jié)構(gòu)。
2.一種用于在兩個(gè)設(shè)備(1、2)之間經(jīng)由電氣線纜組件(100、200)交換通信信號的方法，所述方法包括以下步驟: a)向兩條“差分線”(D1+、D1-、D2+、D2_)提供相反的信號電壓，所述兩條差分線將在它們之間的電壓中性面(VNP)限定為平面，在所述平面中，僅當(dāng)所述差分線被提供有相反電壓時(shí)，電壓近似為零； b)向“單端線”(Sll、S12 ;S21、S22 ;S31、S32)的組(140,240)提供另外的信號電壓，所述單端線的組具有相對于前述電壓中性面(VNP)對稱的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 另外將DC共模電壓提供給所述差分線(Dl+、Dl-、D2+、D2-)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣線纜組件(100、200)，特征在于， 單端線的所述組(140、240)包括相對于所述電壓中性面(VNP)對稱布置的一對單端線(S1US12 ;S21、S22 ;S31、S32)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣線纜組件(100、200)，其特征在于， 所述對(120、130、220、230)差分線(Dl+、Dl-、D2+、D2-)、所述組(140,240)單端線(S1US12 ;S21、S22 ;S31、S32)、和/或所述對差分線和所述組單端線的線被電屏蔽件(122、172,222)包圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣線纜組件(100、200)，其特征在于， 所述線纜組件(100、200)包括芯線(110、210)，所述芯線提供機(jī)械穩(wěn)定性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電氣線纜組件(100、200)，其特征在于， 所述芯線(110、210)被布置在所述電壓中性面(VNP)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電氣線纜組件(100、200)，其特征在于， 所述芯線(110、210)與所述線纜組件(100、200)的至少一條其他線和/或屏蔽件(122、172、222)電氣連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電氣線纜組件(200)，其特征在于， 所述芯線(210)具有非圓形橫截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣線纜組件(100、200)，其特征在于， 所述線纜組件(100,200)包括至少兩對(120、130)差分線(Dl+、Dl-、D2+、D2-)，所述對具有相同的電壓中性面(VNP)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電氣線纜組件(100、200)，其特征在于， 以相對于彼此的最大距離布置所述對(120、130)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6和10所述的電氣線纜組件(100、200)，其特征在于， 所述芯線(110,210)被布置在所述對(120,130)差分線(Dl+、Dl-、D2+、D2-)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣線纜組件(100、200)，其特征在于，所述線纜組件(100、200)相對于所述電壓中性面(VNP)幾何對稱。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 提供給所述差分線(Dl+、Dl-、D2+、D2-)的相反的電壓信號和/或提供給所述單端線(S1US12 ;S21、S22 ;S31、S32)的另外的信號電壓是AC信號，所述AC信號的頻率優(yōu)選地分別高于約20MHz或低于約5MHz。
15.一種醫(yī)療系統(tǒng)，優(yōu)選為一種包括導(dǎo)管或?qū)Ыz(5)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一設(shè)備 (I)和第二設(shè)備(2)，所述第一設(shè)備和第二設(shè)備由根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣線纜組件(100,200)連接。
【文檔編號】H01B7/04GK103959398SQ201280058586
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月28日
【發(fā)明者】A·C·范倫斯, V·A·亨內(nèi)肯, R·德克爾 申請人:皇家飛利浦有限公司