医疗设备中的热挑战:在炎热和不断发展的技术空间中保持凉爽

2018年，FDA批准或批准了40多种医疗设备很明显，医疗技术反映了一般技术的行为——它正在迅速发展。FDA今年批准的范围很广，包括支架、缝合线、植入式隐形眼镜、葡萄糖监测系统和人工心脏瓣膜。

这些设备的用途各不相同，但它们都有一个共同点:它们面临着独特的热挑战。医疗设备——无论是用于植入、暂时放置在体内，还是用于辅助手术室——都必须能够承受热负荷。这对工程师和设计师意味着什么?这里有一个他们几乎没有办法确保最新的医学发展能够承受压力．

较小的尺寸会带来集中的热量

笔记本电脑和手机并不是唯一需要缩小尺寸的设备。医疗器械也紧随其后，仍然拥有巨大的能量。虽然更小更强的仪器有明显的好处，比如无创和准确，但它们也必须设计成在适当的温度范围内工作。

其中一种可行的解决方案是两相冷却。虽然有几种不同的方法，但目标是利用蒸汽快速有效地传递热量，使其更容易消散。热管和蒸汽室都以比单相冷却或散热器更高的效率和更高的导电性实现了这一目标。

另一种选择是使用石墨，它具有很高的天然导电性和导热性。石墨可以用作热扩散剂，降低热部件的温度，保护敏感部件不受热点的影响。其快速均匀分布温度的能力有助于它作为一个空间高效的屏蔽，延长敏感仪器的寿命。

防止热噪声破坏图片

成像设备，如磁共振成像(MRI)，计算机断层扫描(CAT扫描)，超声波和x射线摄影(x射线)-依赖于速度和准确性。这些扫描的需求很大，需要很高的正常运行时间和承受频繁使用的能力。这些庞大而复杂的机器也带来了多热源的挑战，比如与电子元件相结合的电源。最后，必须控制噪音和碎片，这通常排除了使用冷却选项，如风扇。

医学成像中的噪声，包括由热影响或冷却机制引起的噪声，可能导致图像难以读取，甚至导致误诊．较大的机器需要相当大的热力学管理，这导致热管与较大的散热器合作。机架式热管组件也可用于冷却较小的便携式医疗设备。冷却过程没有移动部件，使得设备既安静又不易发生故障。

在外科应用中保护精度

神经外科是一个最典型的例子，证明了精确度的重要性。精确度是通过使用双极钳之类的工具来获得的，这种工具使用电流来烧灼或消融组织。但是电会带来热量，过多的热量会导致组织粘在产钳上。在外科应用中，热管理必须快速和一致，以防止致命错误。

这个问题的解决方案之一来自于NASA的小型热管技术“衍生”．NASA最初对热管的兴趣是由于太空中温度的巨大差异，特别是当从太阳移动到阴影时。由美国国家航空航天局资助开发的热管被用于x射线，最终，用于今天脑外科手术的双极钳。

无论是脑外科手术还是火箭科学，在医疗设备的热管理设计过程中，工程师都应该考虑几个因素。通过考虑患者接触、使用频率、操作环境和可靠性，设计师可以选择正确的热管理解决方案保持设备的平稳运行和按需运行。