تداخل الکترومغناطیسی (EMI) تهدید جدی برای دقت، ایمنی و قابلیت اطمینان دستگاه های پزشکی قابل حمل است.از مانیتور گلوکز و پمپ های انسولین تا دستگاه های قابل حمل و یا سونوگرافی تشخیصی، این دستگاه ها باید به طور بی عیب و نقص در محیط های اشباع شده با سیگنال های الکترومغناطیسی عمل کنند.یک فساد داده های منفرد ناشی از EMI می تواند منجر به تشخیص نادرست، تحویل درمان نادرست، یا دستگاه های قابل حمل و قابل حمل شود، به عنوان دستگاه های تنظیم دقیق تر و یکپارچه تر، و ساده تر، و ساده تر از این تجزیه و فشرده، و نرم افزار مدیریت این مشکل در کنترل کننده، و بی سیم، و بی سیم، و فشرده، و نرم افزار پردازش می کند.

درک EMI در دستگاه های پزشکی قابل حمل

EMI زمانی رخ می دهد که انرژی الکترومغناطیسی از یک زوج منبع خارجی به مدار دستگاه، تحریک ولتاژ های ناخواسته یا جریان ها، در دستگاه های پزشکی قابل حمل، که اغلب نزدیک بیماران و مراقبان حامل تلفن های هوشمند، قرص ها یا روترهای Wi-Fi، منابع ذخیره سازی عمومی شامل فرستنده های فرکانس رادیویی (RF)، تعویض برق، موتور و حتی تجهیزات پزشکی دیگر است که اغلب می توانند از دستگاه های قفل کننده و قفل کننده استفاده کنند، به ویژه وسایل قفل کردن نوروهای پلاستیکی، به طور قابل حمل و دستگاه های نورودگی کوچک، به طور معمول، به طور قابل حمل و تجهیزات نوروبارک و قفل کردن فرکانس های طبیعی، به طور معمول، به طور معمول می توانند به طور قابل حمل و تجهیزات نورودگی، به طور قابل حمل و تجهیزات نوروضر، به طور معمول استفاده کنند.

انواع EMI

EMI به عنوان تابش (propagated از طریق هوا) یا انجام شده (سفر به امتداد برق یا کابل سیگنال) هر دو نوع باید مورد توجه قرار گیرد.Raated EMI اغلب با ارتباطات بی سیم و خطوط دیجیتال سرعت بالا ارتباط دارد.

استانداردهای نظارتی برای EMI در دستگاه های پزشکی

انطباق با استانداردهای بین المللی EMI اختیاری نیست - آن را یک استاندارد قانونی و ایمنی است. استاندارد اولیه برای تجهیزات الکتریکی پزشکی است ]IEC 60601-1-2 [ ، که تعریف می کند انتشار و محدودیت های ایمنی.در ایالات متحده، کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) تنظیم در بخش 15، در حالی که اتحادیه اروپا نیاز به انطباق با دستگاه های ورودی حمل و نقل و یا محدودیت های قابل حمل و نقل از این دستگاه های بازار، باید به تأخیر.

الزامات کلیدی شامل:

  • محدودیت های انتشار گازهای گلخانه ای - اغلب از 30 مگاهرتز تا 1 گیگاهرتز اندازه گیری می شود، با آستانه های سخت.
  • محدودیت های انتشار گازهای گلخانه ای - به طور معمول از 150 کیلوهرتز به 30 مگاهرتز در پورت های برق اندازه گیری می شود.
  • تخلیه الکترواستاتیک (ESD) ایمنی - تا ± 15 kW تخلیه هوا.
  • ایمنی RF را تسریع کرد [FLT 1] - دستگاه ها باید به درستی در زمینه های تا 3 V / متر (یا بالاتر برای تجهیزات پشتیبانی از زندگی) عمل کنند.

درک این الزامات اولین گام در یک استراتژی کاهش موفق EMI است.

استراتژی های اثبات شده برای کاهش EMI

۱-سپردگی

مهار مدار حساس در یک مانع رفتاری که امواج الکترومغناطیسی را منعکس و جذب می کند، بسته می شود.برای دستگاه های پزشکی قابل حمل، وزن و محدودیت های اندازه مواد سپر مشترک شامل موارد زیر است:

  • محفظه های فلزی - آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ اثربخشی سپر عالی اما افزایش جرم ارائه می دهند.
  • و در این میان، رنگ ها و اسپری های آن ها [FLT 1] – برای مسکن های پلاستیکی بکار گرفته می شود؛ اثربخشی به ضخامت پوشش و چسبندگی بستگی دارد.
  • مخازن گاز - استفاده در دریا، خروجی و باز کردن اتصال برای حفظ تداوم، فوم هدایت کننده یا پارچه بیش از حد گاز برای دستگاه های باتری محبوب است.

پایه گذاری مناسب بسیار مهم است.یک سپر بدون یک مسیر زمینی کم ارتفاع به عنوان یک آنتن عمل می کند.از نقاط مختلف زمینی استفاده کنید و از ایجاد حلقه های زمینی اجتناب کنید.در PCBs، یک هواپیمای زمینی مداوم در زیر مناطق محافظت شده به طور قابل توجهی عملکرد را بهبود می بخشد.

۲- فیلتر کردن

فیلترها باعث سرکوب سر و صدا قبل از رسیدن به مدارهای حساس برای دستگاه های پزشکی قابل حمل می شوند، موثرترین فیلترهای آن عبارتند از:

  • مهره های فِرِیت – در رشته ای با خطوط برق یا سیگنال برای جذب سر و صدای با فرکانس بالا، مهره هایی را با رتبه بندی های نامناسب مناسب برای فرکانس نگرانی انتخاب کنید.
  • Common-mode - ضروری برای جفت سیگنال های مختلف (به عنوان مثال، USB، I2C) برای مسدود کردن سر و صدا رایج بدون تاثیر بر سیگنال.
  • Capacitors و inductors - فیلترهای کم تحرک (Pi یا T) در ریل های برق. Place خازنs تا جایی که ممکن است برای پین های قدرت IC برای جدا کردن ترانسفرهای با فرکانس بالا.

انتخاب فیلتر باید برای بار فعلی، رتبه بندی ولتاژ و فرکانس خود را به صورت خود تنظیم کند. Over-filtering می تواند تمامیت سیگنال را کاهش دهد، بنابراین شبیه سازی و تست توصیه می شود.

طراحی PCB چیدمان Design

طرح دقیق مدار یکی از قوی ترین ابزارهای کاهش EMI است. اصول کلیدی برای دستگاه های پزشکی قابل حمل عبارتند از:

  • بند ناف - حداقل چهار لایه استفاده کنید: بالا (signal/ جزء)، هواپیما، سطح برق، پایین (نشانه) هواپیما زمین یک مسیر بازگشت کم و کم و کم و کم و پایین را فراهم می کند و لایه های سیگنال را محافظت می کند.
  • جداسازی مدارهای آنالوگ و دیجیتال - فیزیکی تقسیم هیئت مدیره. Keep the آنالوگ Front-end (حساس، تقویت کننده) را از پردازنده های دیجیتال و تنظیم کننده های تغییر استفاده از یک تقسیم زمین تنها در صورت لزوم؛ یک هواپیمای زمینی مداوم با قرار دادن دقیق اغلب برتر است.
  • مناطق حلقه ای را برای هر علامتی، اطمینان حاصل کنید که مسیر فعلی بازگشت به طور مستقیم در زیر است.
  • کوتاه کردن رد سرعت بالا - خطوط ساعت، اتوبوس های داده و مسیرهای RF باید به عنوان کوتاه مدت باشد.استفاده از خاموش کننده های سری برای مرطوب کردن زنگ.
  • حلقه های نگهبان و انزوا - برای ورودی های آنالوگ حساس، حلقه های محافظ می توانند از سر و صدا به زمین اجتناب کنند، برای مدارهای متصل به بیمار، انزوای گالوانیزه (به عنوان مثال، استفاده از ایزوبولاتورها یا رائوزوزوزوزوزوزوزوزوزومرها).

از قدرت اختصاص داده شده و زمین ریخته می شود. Depart هر IC فعال با خازن های متعدد قرار داده شده در پین بسته - ترکیبی از 0.1 μF و 1 μF سرامیک با اندازه های کوچک مورد (7402 یا 0603) برای اکثر برنامه ها به خوبی کار می کند.

۴- کابل و مدیریت اتصال

دستگاه های پزشکی قابل حمل اغلب شامل کابل هایی برای سنسورها، شارژ یا انتقال داده ها هستند – هر یک از نقاط ورودی بالقوه برای EMI.

  • (FLT:0) کابل های شول شده – از فویل یا سپرهای بر روی کابل های خارجی استفاده کنید.در یک انتها (ترجیحاً در انتهای دستگاه) سپر را در یک انتها (به طور قابل ملاحظه ای در انتهای دستگاه) قرار دهید تا از حلقه های زمینی جلوگیری شود.
  • مسیریابی قابل قبول - کابل ها را به عنوان کوتاه تر نگه دارید، از مسیریابی آنها در نزدیکی منابع سر و صدا مانند ترانسفورماتورها یا آنتن ها اجتناب کنید.
  • بند - ضمیمه کلیپ های روی فریتی به کابل های خارجی برای سرکوب جریان های رایج.
  • [FLT 1] انتخاب اتصال دهنده [FLT 1] - کانکتورها را با سپر یکپارچه و اتصال قوی زمینی (به عنوان مثال، USB-C با پوسته پوسته پوسته) انتخاب کنید.

تکنیک های نرم افزار و پلتفرم

اصلاح سخت افزار اولیه است، اما سیستم عامل می تواند تکنیک های کاهش EMI را تکمیل کند:

  • ساعت مچی طیف [FLT 1] - سرعت فرکانس ساعت را کمی برای گسترش انرژی خود در سراسر یک گروه گسترده تر، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای.
  • (فَلَّهُمَهُمَهُمَهُمَهُوا مَنَّا مَنَّا مَنَا مَنَّا مَنَا مَنَا مَنَّا مَنَا مَهُمَا مَنَا مَمَا مَهُمَا مَهُمَا مَا مَا مَنْمْهُمَا مَهُمْمْمْمَهُمَهُمَهُمْمَا مَنْمَهُمَهُمَهُمْمَهُمَهُمَهُمَهُمْهُمَهُمَهُمَا مَهُمَا مَهُمَا مَا مَا مَهُمَهُمَهُمَهُوَنَا مَنَنَنَهُوَنَا مَهُوَنَا مَه
  • قدرت محرک قابل تنظیم - برنامه I / O پین برای استفاده از نرخ های پایین تر از حد ممکن، به حداقل رساندن هارمونیک با فرکانس بالا.
  • مدیریت قدرت - استفاده از حالت های خواب و مقیاس ولتاژ پویا برای کاهش کل انرژی تابش.

در حالی که نرم افزار به تنهایی نمی تواند یک طرح ضعیف را اصلاح کند، می تواند چند dB حاشیه را اصلاح کند که ممکن است به اندازه کافی برای انجام تست های انطباق باشد.

تست و اعتبار برای EMI

استراتژی های کاهش EMI باید با آزمایش مناسب تایید شوند.

  • ] تست پیش-compliance [FLT 1 ] - با استفاده از یک بررسی طیف و نزدیک به میدان برای شناسایی مناطق پر سر و صدا در طول توسعه، این ارزان تر از تست های انطباق کامل و هدایت طراحی ⁇ است.
  • تست کامل انطباق - در آزمایشگاه آزمایش معتبر EMC انجام شده است.
  • نظارت مستمر - در طول تولید، نمونه دوره ای تضمین می کند که عملکرد EMI در داخل مشخصات باقی می ماند.

برای راهنمایی بیشتر، منابعی مانند راهنمایی FDA در سازگاری الکترومغناطیسی در دستگاه های پزشکی یا مقالات فنی از کارشناسان صنعت را بررسی کنید.

نکات اضافی برای کاهش قوی EMI

  • [FLT 1] - برای کابل های سنسور، جفت پیچ خورده میدان مغناطیسی را لغو می کند.استفاده از سیگنال های دیفرانسیل (به عنوان مثال، RS-485) برای کاهش بیشتر حساسیت.
  • مسیریابی موازی - هرگز کابل های سیگنال حساس را به طور موازی با خطوط سرعت بالا یا بالا برای بیش از چند میلی متر اجرا نکنید.
  • گرد آوردن یکپارچگی - استفاده از پیکربندی ستاره پیش زمینه برای دستگاه های مختلف علامت گذاری.اطمینان از هر بخش فلزی شناور (به عنوان مثال، براکت، پوسته اتصال) به زمین گره خورده است.
  • طراحی لباس پوشیدن - پوشش های رسانا را در محفظه های پلاستیکی در نظر بگیرید.
  • مدیریت امور بدنی - سینکهای حرارتی می توانند به عنوان رادیاتورهای ناخواسته عمل کنند، یا در صورت امکان از مواد جذب کننده در اطراف خود استفاده کنند.
  • انتخاب مشارکتی - IC ها را با ویژگی های کاهش مولد EMI انتخاب کنید، مانند نوسانات گسترده یا خروجی های کنترل شده با حجم زیاد.

نتیجه گیری

کاهش EMI در دستگاه های پزشکی قابل حمل یک نظم مهندسی انتقادی است که نیاز به ترکیبی از سپر، فیلترینگ، طرح متفکرانه و دانش انطباق دارد. هر استراتژی باید متناسب با اندازه دستگاه، محدودیت های قدرت و استفاده در نظر گرفته شده محیط استفاده با پیاده سازی تکنیک های شرح داده شده در اینجا - و اعتبار آنها را از طریق تست دقیق - تولید کنندگان می توانند محصولات را ارائه دهند که امن و قابل اعتماد در چشم انداز مدرن تلاش برای بهبود سریع تر، کاهش هزینه های بیمار، و کاهش می دهد.

برای مطالعه بیشتر، یک مرور جامع از تکنیک های طراحی EMC برای دستگاه های پزشکی از استانداردهای و راهنمایی طرح عملی می تواند در یادداشت های کاربردی از شرکت های نیمه هادی برجسته یافت می شود.