Радиопомехи, создаваемые электромедицинской аппаратурой и борьба с ними

1. Общие понятия о радиопомехах

Интенсивное развитие телевидения, радио, спутникового телевещания и сотовой телефонии поставило вопрос электромагнитной совместимости – качества и надежности каналов приема/передачи информации.

Решение этой проблемы может быть достигнуто, с одной стороны повышением помехоустойчивости аппаратуры, а с другой – освобождением эфира от радиопомех.

Пример: радиотелефоны корейского производства, мешающие работе 1 канала телевидения – это пример несогласованности отечественной сетки вещания зарубежной.

Индустриальные помехи создаются различными электроустройствами (кроме радиопередающих) – коллекторными электродвигателями, устройствами высоковольтного поджига ксеноновых ламп и т.д.

Радиопомехи распространяются по эфиру во всех направлениях, а также вдоль проводов питающей сети. Интенсивность радиопомех, распространяющихся по эфиру, определяется по напряженности ими создаваемого поля. Измеряется приемниками с калиброванной антенной.

Интенсивность радиопомех, распространяющихся по сети, измеряется по величине шумового относительно земли измерителем радиопомех.

Многие электромедицинские аппараты являются источниками радиопомех. Это в первую очередь относится к высокочастотной физиотерапевтической аппаратуре, имеющей электроды, индукторы, излучатели, и создающие различные поля для воздействия на пациента. При проведении процедуры часть генерируемой энергии неминуемо рассеивается в окружающем пространстве в виде электромагнитных волн. Эта часть энергии и оказывает мешающее воздействие на окружение.

Высокочастотная аппаратура может создавать помехи, например, TV за счет высокочастотных гармоник, попадающих в полосу пропускания ВЧ тракта телевизионного приемника. Гармоники аппаратов ультразвукового исследования мешают работе систем радиовещания в диапазонах длинных и средних волн.

Минимальная напряженность поля телевизионного сигнала, обеспечивающая нормальный прием 1 канала составляет 500 мкВ/м.

В условиях города, большого уровня индустриальных помех уровень сигнала как правило гораздо выше.

Несмотря на цепи селекции во входных каскадах телевизионных приемников, высокочастотные медицинские аппараты приходится оснащать устройствами, подавляющими излучение на гармониках основной частоты.

Измерение и нормирование радиопомех

Государственные законоположения регламентируют нормы допускаемых радиопомех, в том числе и для аппаратуры медицинского применения.

Нормы индустриальных радиопомех распространяются на все радиопомехи от электронных устройств в диапазоне частот от 0,15 до 300 МГц.

По напряженности поля радиопомех при измерении на расстоянии 10 м от источника.

За начало отсчета (0дб) принято значение напряженности 1 мкВ/м.

Для высокочастотных аппаратов, эксплуатируемых с электрическими сетями для напряжения радиопомех установлены следующие нормы.

За начало отсчета (0дб) принята величина напряжения 1 мкВ.

В диапазоне частот 30-300 МГц на гармониках, не попадающих в полосу частот телевизионных или служебных каналов, допускается превышение норм на 20 дб.

Учитывая невозможность подавления основных частот излучения высокочастотных физиотерапевтических аппаратов, им выделены особые полосы частот, в которых уровень радиопомех не нормируется или допускается существенное его превышение.

Для медицинской аппаратуры выделено 19 частотных диапазонов, разделенных в свою очередь на 2 группы:

В первой группе уровень радиопомех не нормируется.

Вторая, дополнительная группа частот, при которой допустимая величина поля радиопомех не превышает 70 дБ на расстоянии до 30м, что существенно превышает нормы для остальных устройств.

Измерение уровня радиопомех

Для измерения помех, излучаемых приборами по сети, измерительный прибор снабжается кабелем и сетевым эквивалентом, отсекающим помехи, поступающие из питающей сети, и обеспечивающим подачу сетевого питания на испытуемый прибор и подключение измерителя радиопомех.

Рис.3

(**) Испытуемый прибор устанавливается на расстоянии 0,4 м от заземленного экранирующего вертикально расположенного листа, размером 2х2 м. Кабель питания укладывается в петли, длиной 0,3 м и подключается к эквиваленту сети на расстоянии 0,8 м от источника помех. Напряжение помех определяется измерителем, подключенным к клеммам сетевого эквивалента параллельно испытуемому прибору.

Провод защитного заземления аппарата располагается параллельно сетевому на расстоянии 10 см от него и подключается к заземлению на эквиваленте.

В качестве измерительной аппаратуры для регистрации индустриальных радиопомех используются специальные измерительные радиоприемники со стандартизованными полосами пропускания, чувствительностью и постоянной времени детектора.

В диапазоне частот от 0,15 до 30 МГц используется измерители ради-опомех, снабженный рамочной и штыревой антеннами для измерения горизонтальной составляющей магнитного и вертикальной составляющей электрического полей. Нижняя точка антенн находится на расстоянии 1 м от земли.

Для измерения напряженности электромагнитного поля в диапазоне частот от 30 до 300 МГц используется измеритель с дипольной антенной с высотой ее установки до 3 м от уровня земли.

Измерение напряженности поля радиопомех производится на открытой измерительной площадке, предварительно проверенной на фоновую активность поля радиопомех и на их отражение. В большинстве случаев требованиям удовлетворяет площадка, расположенная на расстоянии 30-50 м от кирпичных и деревянных сооружений, в том числе и леса.

(**) Схема расположения оборудования при измерении в диапазоне 0,1-30 МГц приводится ниже. Испытуемый прибор устанавливается на диэлектрическом столе, стоящем на заземленном металлическом листе 2х2 м.

Рис.4

Расстояние (R) между источником помех и приемником составляет 10м для ВЧ и 3 м для низкочастотных аппаратов.

При измерении радиопомех, создаваемых медицинскими аппаратами, необходимо учитывать, что медицинские аппараты работают в режимах максимального излучения и широкополосности.

Кроме уровня создаваемых радиопомех контролируется стабильность частоты излучения и уровня излучений на гармониках. Измерение проводится волномерами, аналоговыми или цифровыми анализаторами спектра, обеспечивающими погрешность измерения на порядок меньшую, чем разрешенный допуск по частоте (в худшем случае в три раза).

Борьба с радиопомехами

Борьба с радиопомехами ведется тремя основными методами. Первое – это подавление помех в месте их возникновения – кардинальный метод.

Действие помех может быть ослаблено на путях их распространения рациональным размещением электрических сетей, их экранировкой, емкостной блокировкой и т.д. Наконец, в месте приема действие помех может быть ослаблено повышением избирательных свойств приемной аппаратуры (медицинской и не только).

В общем случае необходимо осознание принципиальных отличий в особенностях путей борьбы с радиопомехами в измерительной диагностической и терапевтической (излучающей) аппаратурах. Рассмотрим структурную схему измерительной диагностической аппаратуры, функционирующей в условиях помех.

Рис.5

Помеха в данном случае воздействует на сам объект исследований, на диагностический аппарат и на цепи источника питания. Основными приемами борьбы с помехами в этом случае являются экранирование блоков, аппаратуры и пациента, установка помехоподавляющих фильтров, препятствующих проникновению сетевой помехи в прибор.

Для терапевтической аппаратуры, излучающей, в том числе и помехи, структурная схема может иметь следующий вид:

Способы борьбы с помехами в данном случае идут по трем направлениям:

1. Подавление излучения на гармониках основной частоты

2. Стабилизация основной частоты излучения.

3.Установка помехоподавляющих фильтров по цепи сетевого питания, препятствующих прохождению помехи из аппарата в сеть.

Рис.6

Рассмотрим экранирование, как один из вариантов борьбы с помехами. В качестве основного экрана раньше применялись преимущественно металлические корпуса устройств. По мере появления различных пластических материалов экраны переместились во внутрь корпуса аппарата, при этом возможны различные сочетания вариантов блочного экранирования, экранирования межблочных соединений и общего экрана прибора. Эти рассуждения относятся к электромагнитным экранам. Существуют примеры электростатических экранов, когда, например, пластины выходного конденсатора УВЧ системы подключают к выходу усилителя мощности экранированным кабелем, причем экранирующая оплетка последнего присоединяется к "земле" только в одной точке. Это сделано для исключения протекания по оплетке тока.

Одним из видов электростатического экрана является разделительная обмотка трансформатора питания, выполненная либо в виде одного ряда намотки проводом, сечением аналогичным сетевому, либо в виде незамкнутого витка фольги с отводом, расположенным поверх первичной обмотки. Отвод экранирующей обмотки соединяется с корпусом прибора.

Требованиями последних ГОСТов предписано раздельное выполнение первичной (сетевой) и вторичных обмоток, с установкой между ними электростатического экрана.

В тех случаях, когда требуется из экранированного блока вывести питающие провода, применяются различного рода фильтры различной структуры.

В зависимости от интенсивности, спектра помех выбираются порядок и структура фильтра. К простейшим фильтрам относят так называемый проходной конденсатор, который можно рассматривать как систему коаксиальных цилиндрических конденсаторов, соединенных параллельно.

На входе питающей сети, как правило, применяют симметричные схемы, содержащие LC звенья, при этом индуктивная ветвь звена всегда ориентирована к источнику помехи: сети при подключении диагностического прибора или непосредственно к аппарату при терапевтическом применении. Фильтры могут быть многозвенными, экранированными друг относительно друга. При симметричном исполнении ВЧ дроссели L наматываются на одном сердечнике для каждой пары катушек параллельно двумя проводами.

НОВЫЕ СТАНДАРТЫ ЭМС ДЛЯ ИМТ

Следует выделить два новшества в стандартах ЭМС для ИМТ. Во-первых, сделана попытка ввести критерий «клинически допустимой деградации» — стандарт EN60601-1-2:2001 допускает снижение рабочих характеристик, но только при условиях сохранения клинической эффективности. Во-вторых, дифференцируются требования устойчивости к электромагнитным помехам различных ИМТ. Например, установки жизнеобеспечения должны быть максимально устойчивы к действию помех, в то время как к мониторам пациента требования снижены, так как величина биопотенциалов, измеряемых этими приборами, крайне мала — часто не более нескольких микровольт (ЭЭГ) или нескольких десятков и сотен микровольт (ЭКГ).

В России действует ГОСТ Р50267.0.2-95, устанавливающий требования ЭМС для ИМТ и подготовленный методом прямого применения стандарта IEC60601-1-2 (1993). Требования к различным видам оборудования конкретизированы в частных стандартах на однородные виды продукции ГОСТ Р 50267.0.3-99, ГОСТ Р 50267.0.4-99, ГОСТ Р 50267.11-99, ГОСТ Р 50267.29-99 и некоторых других.

Разработчикам и изготовителям ИМТ следует понимать, что при технических испытаниях невозможно сымитировать все возможные случаи, возникающие при эксплуатации, по этому помимо технических испытаний любое изделие проходит и клинические испытания, результаты которых также учитываются при сертификации ИМТ. Требования стандартов ЭМС распространяются и на клинические испытания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. К изделиям медицинской техники предъявляются более строгие требования по ЭМС и электробезопасности. Для выполнения этих требований часто требуется прибегать к искусству компромисса. Например, уменьшение токов утечки может означать ухудшение свойств ЭМС.

2.Сегодня на рынке существует достаточно предложений ИВЭП медицинского назначения, имеющих необходимые сертификаты. Их применение в ИМТ может значительно упростить и ускорить и разработку изделия, и проведение его сертификации.

3. Возможно построение полузаказной системы электропитания ИМТ. Например, для отделения ИМТ от сети переменного тока 220 В используется сертифицированный серийно выпускаемый AC/ DC-преобразователь, который и обеспечивает выполнение требований электробезопасности и многих требований ЭМС, а остальная часть системы питания достраивается разработчиком.

4. Не ко всем изделиям, эксплуатирующимся в учреждениях здравоохранения, применяются требования ГОСТ Р 50267.0-92, но лишь к тем, которые находятся в зоне контакта с пациентом, — место, где пациент обычно получает медицинское обслуживание. Зона ограничивается радиусом 1,5 м от места размещения пациента (кровать, смотровой стол, лечебная кабина и т.д.). Высота зоны контакта — 2,28 м от пола.

Дата добавления: 2014-08-09; просмотров: 807; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!