电子胆道镜连接部信号传输的可靠性研究

引言

胆道疾病诊疗对超细胆道镜需求迫切，3mm 直径、 390mm 以上工作长度的设计虽适配临床操作，但小尺寸限制使连接部信号传输面临挑战。传统传输方案易因空间局促导致信号衰减，影响图像传感器与 LED 灯珠信号稳定性，制约诊疗精准度，亟待针对性优化。

一、电子胆道镜系统与连接部的基本结构

电子胆道镜系统由光学系统、机械结构与图像处理系统构成，其中机械结构按功能分为头端部、弯曲部、插入部、操作部和连接部，共同支撑 3mm 直径、 390mm 以上工作长度的超细镜体设计。头端部含 OVM6946 图像传感器（ 1.05mm×1.05mm 尺寸、120°视场角、 ,3-50mm 景深）、0301 型号LED 贴片灯珠、聚碳酸酯材质头端座与连接环，还固定聚四氟乙烯器械通道管；弯曲部以不锈钢蛇骨管为核心，外覆不锈钢编织网与聚氨酯套管，内置拉动弯曲的不锈钢丝绳；插入部由Pebax 编织管及内部不锈钢毛细管组成，提供支撑与防弯曲作用；操作部含 ABS 材质手柄、旋转件与推杆构成的弯曲操控装置，以及 6% 鲁尔圆锥锁定器械通道接头。连接部作为信号传输关键环节，由手柄线与航空插头组成，手柄线在操作部手柄内部，一端连接头端部图像传感器与LED 灯珠的线缆，另一端衔接航空插头，航空插头则与适配的电子内窥镜图像处理器（搭载 OK_ES201_V4 主板）连接，实现信号的稳定传导。

二、连接部信号传输的主要技术路径

连接部信号传输以“前端器件 - 中间传导 - 后端处理”为核心路径，实现图像与照明控制信号的精准传递。首先，头端部 OVM6946 图像传感器将光学信号转化为电信号，0301 型号 LED 贴片灯珠的工作状态控制信号同步生成，两类信号通过专用线缆汇总至操作部手柄内部，与连接部的手柄线建立物理连接。手柄线作为中间传导载体，采用适配超细镜体的微型线缆结构，在有限空间内实现电信号的低损耗传输，避免因线缆排布导致的信号干扰。随后，信号通过连接部的航空插头输出，航空插头凭借高稳定性的接口设计，确保与电子内窥镜图像处理器（搭载 OK_ES201_V4 主板）的可靠对接。接入处理器后，图像信号经主板的 Bayer 模型颜色差值算法、颜色矫正矩阵及 FPGA 降噪处理，照明控制信号则同步反馈调节 LED 灯珠亮度，最终实现高清图像输出与稳定照明控制的协同。

三、信号传输可靠性影响因素分析

连接部信号传输可靠性受多维度因素制约，首要为硬件性能局限：手柄线采用适配3mm 超细镜体的微型结构，线芯截面积小导致信号传输损耗增加，长期使用易因金属疲劳出现线芯断裂；航空插头若存在接触件氧化、插拔磨损等问题，会破坏接口密封性与导电性，造成信号间断。其次是电磁干扰影响：图像传感器电信号与LED 灯珠控制信号在手柄线中近距离传输，易产生信号串扰；诊疗环境中医疗器械的电磁辐射，也会干扰信号传输稳定性。再者是机械应力作用：操作部操控弯曲动作时，手柄线随器械形变反复弯折，可能导致线缆内部布线位移、绝缘层破损；插入部推进与弯曲部活动产生的牵拉，会加剧航空插头与线缆连接处的机械应力，引发接触不良。最后是环境适应性不足：临床使用中若有消毒液渗入连接部，会腐蚀线缆绝缘层与插头金属件；温度变化则可能导致线缆材质热胀冷缩，影响信号传输参数稳定性。

四、信号传输可靠性提升的设计与优化措施

4.1 线缆与连接件的优化设计

在线缆优化设计上，针对手柄线信号损耗与易断裂问题，选用高导电率的超细镀银铜芯作为线芯材料，在维持 3mm 镜体尺寸限制的同时，降低信号传输阻抗；线芯外采用双层绝缘结构，内层为耐弯折的聚酰亚胺薄膜，外层为低摩擦的氟橡胶，增强线缆抗疲劳性能，减少反复弯折导致的绝缘层破损与线芯断裂风险。在连接件优化上，航空插头接触件采用镀金处理，提升抗氧化与耐磨性能，延长插拔使用寿命；插头接口处增设双层密封圈，内层为丁腈橡胶密封圈实现密封，外层为金属防尘圈防止异物进入，既保障接口导电性，又避免消毒液渗入腐蚀内部元件；同时优化插头与线缆的连接结构，采用激光焊接工艺固定连接处，替代传统压接方式，增强连接强度，减少牵拉应力导致的接触不良问题。

4.2 信号调理与抗干扰技术

在信号调理方面，针对图像传感器与 LED 灯珠信号串扰问题，在手柄线靠近前端处增设信号预处理模块，通过差分放大电路对图像传感器输出的微弱电信号进行增强，同时采用电平隔离技术将图像信号与 LED 控制信号的传输通道进行电气隔离，避免两类信号在同线缆中传输时产生相互干扰。在抗电磁干扰上，对连接部手柄线采用屏蔽层设计，选用镀锡铜网作为屏蔽材料，包裹于线缆绝缘层外侧，可有效阻挡诊疗环境中外部设备产生的电磁辐射；同时在航空插头与图像处理器连接端加装共模电感，滤除信号传输过程中引入的共模干扰，减少噪声对图像信号的影响。此外，在图像处理器主板（OK_ES201_V4 型号）的信号输入端优化滤波电路，采用 RC 低通滤波与 π 型滤波组合方案，进一步抑制高频干扰信号，保障输入处理器的信号稳定性，为后续图像降噪、色彩还原等处理提供高质量信号源。

4.3 机械结构与布线优化

机械结构优化聚焦应力分散，在连接部与操作部衔接处增设柔性过渡段，采用高弹性聚氨酯材质，吸收弯曲操控时产生的机械应力，避免手柄线因反复形变出现线芯断裂；同时在航空插头与线缆连接处加装金属加固套，通过卡扣式结构固定，增强抗牵拉能力。布线优化遵循“分区隔离”原则，在手柄内部将图像信号线缆与 LED 控制线缆分开排布，采用聚四氟乙烯分隔片隔离，减少布线交叉导致的信号干扰；对线缆转折处采用圆弧过渡设计，避免直角弯折造成的绝缘层磨损，并使用耐高温硅胶固定座将线缆分段固定，防止器械活动时线缆位移，保障信号传输路径稳定，适配胆道镜 390mm 以上工作长度的操作需求。

4.4 环境适应性与可靠性提升

环境适应性优化以临床实际场景为核心，首先针对诊疗后消毒需求，对连接部关键区域进行全密封设计：航空插头接口除原有双层密封圈外，额外涂抹医用级硅橡胶密封胶，形成长效防水屏障，防止消毒液渗入腐蚀内部元件；手柄线与操作部衔接处采用热缩管包裹并加热密封，避免液体沿线缆缝隙侵入。在温度适应性提升上，选用耐高低温的特种氟塑料作为线缆绝缘层材料，可承受 -20℃ ~80℃的温度波动，适配不同诊疗环境的温度变化，防止材质热胀冷缩导致信号传输参数偏移。为进一步强化可靠性，对连接部易损耗部件进行结构加固：手柄线外层增加编织加强层，选用耐磨损的尼龙材质，减少临床操作中摩擦对线缆的损伤；定期维护环节设计可拆卸式检查窗口，便于快速排查线缆与插头连接状态，同时通过加速老化试验验证优化效果，确保连接部在 3000次以上插拔与弯折操作后，仍能维持稳定的信号传输性能，满足超细胆道镜长期临床应用的可靠性要求。

结语

本文围绕超细电子胆道镜连接部信号传输可靠性展开研究，明确系统与连接部结构，梳理信号传输路径，分析多维度影响因素，并从线缆连接件、抗干扰等方面提出优化措施。优化后连接部可应对消毒、温变等环境，经验证能稳定传输信号，为超细胆道镜临床精准诊疗提供可靠支撑，也为同类内镜连接部设计提供参考。

参考文献：

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* 基金项目：吉林省科技发展计划项目（20220204088YY）