精密電子醫療儀器的供電情況在維修中的地位

作者/姜娓娓，深圳市浩宇偉華科技設備有限公司

精密電子醫療儀器的供電情況在維修中的地位

作者/姜娓娓，深圳市浩宇偉華科技設備有限公司

技術的進步讓醫院現代化醫療設備的水平逐步的提高，其中精密的電子醫療設備也被投入到醫療過程中來。這些設備在使用中由于各種因素會產生一些故障問題。在對設備進行后續維修時我們不難找到問題的關鍵，而儀器的供電問題也逐漸成為了維修時的焦點。供電是儀器正常使用的基本前提，電源中一旦存在著干擾因素，將會對電子醫療儀器造成不同程度的后果。本文主要是對精密儀器的故障問題加以總結，并且筆者在研究中將會以目前較為常用的無線醫療儀器作為切入點，對儀器的供電情況做出相應的分析，通過對其潛在問題的挖掘并針對性的提出應對方案，給國內醫療設備的使用提供一些指導和建議。

醫療儀器；無線設備；供電情況

1. 醫療儀器的故障

1.1 斷電故障

用電設備在醫療中使用的數量有較大的提高，特別是空調等大功率的設備，它們被啟動時便會產生較高的功率，幾乎在電源開關的瞬間可以引起超過600V的功率峰值，如果供電無法滿足好它的需求，將會產生超負荷引起的斷電故障。一般的，過壓與浪涌現象容易造成保險被燒毀，嚴重的也會影響的儀器的正常運行，而如果產生斷電的情況也很容易造成計算機中的數據缺失，進一步的毀壞設備中的硬盤。在醫院中比較常見的儀器，比如CE、動態心電圖等，這些大多數都是由計算機來控制并運行的【1】。比如一臺心電監護儀，一旦在運行中產生斷電的現象，就會使得其中的數據缺失，而事后想通過各種辦法來修復數據是一件非常艱難的事情，而供電引起的硬盤損傷也使得設備無法進行而格式化，最終只能以更改硬盤的方式才能恢復設備的程序，讓其能夠正常的運行。但是，之前所存儲的信息將無法再被保存下來，這對醫療工作來說是有較大的影響的。

1.2 欠壓下陷故障

電源的功率一般都會有一定的限制，如果電源的負荷超載，將會產生電壓瞬間的被下降，然后出現欠壓和下陷的故障。這些情況的產生都會造成設備的紊亂，一些不明原因的現象也有極大可能是由于這種超載原因而造成的。有時候設備表現出的故障是斷斷續續的。如果電壓保持到了正常水平，那么故障便會因此消失。相反，一旦電壓出現了不正常的現象，那么故障便會因此再次產生，而維修人員在檢修時可能會認為是軟故障，這種不確定性如果沒有得到有效的控制，長此以往，對設備的傷害非常大。

1.3 尖峰射頻的干擾故障

電源線與系統地線之間是可以產生噪聲的。線路的截面積如果不適應或者存在著接地不良的現象，就會引起火線和零線對地的擾動電壓【2】。這種現象往往會產生尖峰和射頻干擾現象。這類現象的干擾對一些輸入信號選用生理信號的儀器將會有較大的干擾，醫院中這種設備也比較常見，比如腦電圖機、心電圖等，這些設備一旦受到干擾將會造成工作上的紊亂而無法有效進行。一般的，電源系統產生的噪聲干擾現象，容易對精密的儀器造成數據處理失誤、計算機記憶丟失等現象，嚴重的還會使得儀器設備中的電路板遭到損壞。當然，有些輻射性較強的儀器，例如微波治療儀，這類儀器如果在開機時也會出現射頻干擾的現象，這時，我們需要知道的是這些故障的產生有時候并不是由于設備本身，更多的是來自于外部環境的干擾而引起的故障，因此，維修人員在排查時要做好排除工作，以免誤判故障對儀器造成損害。

2. 無線醫療儀器的供電情況

在護理儀器的選用上，無線醫療儀器給患者帶來了較大的便利，但與此同時，儀器的系統架構也面臨著一些技術上的障礙。低功率高精度的組件讓無線醫療設備得到較為快速的發展，但考慮到醫療產品的實用性，高標準下的醫療儀器的負擔也在加劇，這種負擔大多會體現在電源系統以及其支持的組件上面。醫療儀器如果要正常的運行，就需要電源之間做好切換的工作，比如AC電源。另外，設備的供電保護也是儀器中必須注意的一項問題。最大限度地控制好醫療設備的供電時間，保持持續的電源供應，才能讓系統正常運行。便攜式的醫療設備作為目前技術發展高水平下的產物，比如一些遠程的監視系統，都讓很多患者減少了住院的頻率，也幫助他們降低了就醫的成本。與傳統的在醫院觀察相比，患者在家中通過醫療設備進行使用，快速的將醫療數據傳給醫院，讓醫生做出相關的分析。因此，保證好醫療設備的電源運行，確保醫療設備的無線數據能夠被有效地傳送到醫院中去，也需要系統的設計師能夠做好電源框架的設計，能夠保證系統的可靠和高效率性。

2.1 潛在的問題

系統設計師在設計無線傳送功能時往往會使得線性變壓器存在著問題。因為現行的線性穩壓器的主要作用在于用它來降低EMI以及可能的噪聲輻射。而開關穩壓器的噪聲雖然比線性穩壓器高，不過其效率也比線性穩壓器較好。在大量的敏感型的實驗里，只要設備的開關行為是可控的，那么其產生的EMI以及噪聲輻射都是處于穩定水平的。如果開關穩壓器能夠正常進行工作，穩定地切換頻率，并在轉換時不會產生其他問題，也沒有產生過沖現象，那么此情況下是可以幫助減少EMI水平的。另外，將開關穩壓器的使用結合陶瓷電容器，可以幫助降低輸入以及輸出電壓的紋波，而這些紋波都是噪聲產生的因素【3】。

目前醫療設備中主要的輸入電源是來自于AC/DC適配器下的電壓保持在24V或者12V的DC電源?？梢赃\用同步的降壓型轉換器幫助降低相應的電壓值，一般可以降到5V。不過，值得注意的是，當電壓在降低的同時，后置穩壓的電源數量將會有明顯的提升，因此在實際運用中還需要加入3.xV、 2.xV 或 1.xV 軌的使用，用這種方式來降低功率傳感器的供電。為了保證醫療設備能夠正常運行，在設備設計時便會加入電池備份系統，以免在造成電源故障時保存相應的數據，避免系統硬盤造成損傷。

傳統意義上來講，低電壓軌的一般會有降壓型的開關穩壓器來進行供電，當然，低壓差的穩壓器也是能夠達到相應程度的選擇。這類IC的使用無法覆蓋到電池所有的運用范圍，因此設備電池的運行范圍事實上已經被縮短了一些。但是，目前降壓—升壓轉換器是可以覆蓋到全部的電池運行范圍的。電池容量的上升，可幫助提高其運行的時間，特別是在放電曲線的末端。

2.2 應對方案特性

為了解決上述闡述的一些問題，在應對方案的選擇上需要考慮到DC轉換器的特性。這些特性主要涉及到以下幾個方面。首先，要對轉換結構的輸入電壓做到控制，使電源設備在運行中能夠盡可能地調整自身的電壓范圍。第二，持續的超低靜態電流也是供電系統中需要規范的，以此擴大電池的可運行時間。第三，使用高效的系統電源軌。第四，確保電池的電量能夠進行準確的計量，保證庫侖計數無法影響IC的靜態電流。最后，電池的占板面積要盡可能的少，采用重量較輕的扁平方案。

3. 醫療設備供電故障的應對方法

在對醫療設備的設計上，需要盡可能的減少電源引起的設備故障，只有改善好電源的供電線路，才能保證醫療儀器的正常使用。在一些電源環境較為惡劣的地方，儀器需要采用交流的穩壓電壓，做好自動調整電壓軌，并對過壓狀況做好保護措施，這些能夠在一定程度上改善過壓欠壓造成的問題。一些帶計算機的儀器需要運用不間斷的UPS電源，這種電源可以保證儀器在突然斷電的情況下而導致意外的故障。另外，未處理程序的儀器需要加入濾波器來保證其邏輯電波不會出錯。

儀器的接地技術也是我們可以考慮使用的一種方式。接地可以幫助可以讓一些運用生理信號處理的儀器更加穩定地工作，也能夠幫助保障其運行的安全性。接地系統中的電阻不能超過4歐姆，而接地線的使用需要根據儀器自身的特性來采用，比如一些電源供應中采用三相五線制的地線，零線N和所使用的保護接地線PE要相互的分離鋪設，這樣可以保證儀器能夠做好接地工作，防止受到噪聲的干擾，與此同時也能夠降低一定的漏電風險，這也是防治儀器靜電產生的主要手段【4】。另外利用相應的屏蔽技術也可以有效的降低射頻產生的干擾。而針對目前給家中護理使用的醫療系統，系統架構中存在的技術問題還需要研究人員進一步深入的驗證和探討。噪聲干擾問題的緩解也需要通過提高電池的備份能力來防止因斷電產生的故障，需要控制好其使用的尺寸以及成本才能提高相應的運行效率。

4. 結語

在儀器的設計中做好電源線路的鋪設，保證電源之間的獨立性，針對這一點，系統設計師需要運用更多先進的技術來幫助其巧妙的運行。因此，有效的改善設備中使用的電源供電條件，可以幫助儀器減少電源故障，并且保證其能夠正常使用。

＊ [1]陳治明. DC—DC變換器的單片集成[A]. 中國電工技術學會.中國電工技術學會電力電子學會五屆三次理事會議暨學術報告會論文集[C].中國電工技術學會：,2001：6.

＊ [2]王清. 精密電子醫療儀器的供電情況在維修中的地位[A]. 新疆維吾爾自治區醫學會醫學工程學會.新疆醫學工程學會第二屆學術年會論文匯編[C].新疆維吾爾自治區醫學會醫學工程學會：,1998：2.

＊ [3]Tony Armstrong. 無線醫療儀器需要恰當的供電方法[J]. 電子產品世界,2016,04：73—75.

＊ [4]Tony Armstrong. 適用于電池供電醫療儀器的先進轉換器[J].今日電子,2016,09：49—50.