精密電子醫(yī)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(shè)備有限公司

精密電子醫(yī)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(shè)備有限公司

技術(shù)的進(jìn)步讓醫(yī)院現(xiàn)代化醫(yī)療設(shè)備的水平逐步的提高，其中精密的電子醫(yī)療設(shè)備也被投入到醫(yī)療過程中來。這些設(shè)備在使用中由于各種因素會產(chǎn)生一些故障問題。在對設(shè)備進(jìn)行后續(xù)維修時我們不難找到問題的關(guān)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(yī)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(jié)，并且筆者在研究中將會以目前較為常用的無線醫(yī)療儀器作為切入點，對儀器的供電情況做出相應(yīng)的分析，通過對其潛在問題的挖掘并針對性的提出應(yīng)對方案，給國內(nèi)醫(yī)療設(shè)備的使用提供一些指導(dǎo)和建議。

醫(yī)療儀器；無線設(shè)備；供電情況

1. 醫(yī)療儀器的故障

1.1 斷電故障

用電設(shè)備在醫(yī)療中使用的數(shù)量有較大的提高，特別是空調(diào)等大功率的設(shè)備，它們被啟動時便會產(chǎn)生較高的功率，幾乎在電源開關(guān)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(chǎn)生超負(fù)荷引起的斷電故障。一般的，過壓與浪涌現(xiàn)象容易造成保險被燒毀，嚴(yán)重的也會影響的儀器的正常運行，而如果產(chǎn)生斷電的情況也很容易造成計算機(jī)中的數(shù)據(jù)缺失，進(jìn)一步的毀壞設(shè)備中的硬盤。在醫(yī)院中比較常見的儀器，比如CE、動態(tài)心電圖等，這些大多數(shù)都是由計算機(jī)來控制并運行的【1】。比如一臺心電監(jiān)護(hù)儀，一旦在運行中產(chǎn)生斷電的現(xiàn)象，就會使得其中的數(shù)據(jù)缺失，而事后想通過各種辦法來修復(fù)數(shù)據(jù)是一件非常艱難的事情，而供電引起的硬盤損傷也使得設(shè)備無法進(jìn)行而格式化，最終只能以更改硬盤的方式才能恢復(fù)設(shè)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(yī)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(fù)荷超載，將會產(chǎn)生電壓瞬間的被下降，然后出現(xiàn)欠壓和下陷的故障。這些情況的產(chǎn)生都會造成設(shè)備的紊亂，一些不明原因的現(xiàn)象也有極大可能是由于這種超載原因而造成的。有時候設(shè)備表現(xiàn)出的故障是斷斷續(xù)續(xù)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(xiàn)了不正常的現(xiàn)象，那么故障便會因此再次產(chǎn)生，而維修人員在檢修時可能會認(rèn)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(shè)備的傷害非常大。

1.3 尖峰射頻的干擾故障

電源線與系統(tǒng)地線之間是可以產(chǎn)生噪聲的。線路的截面積如果不適應(yīng)或者存在著接地不良的現(xiàn)象，就會引起火線和零線對地的擾動電壓【2】。這種現(xiàn)象往往會產(chǎn)生尖峰和射頻干擾現(xiàn)象。這類現(xiàn)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(yī)院中這種設(shè)備也比較常見，比如腦電圖機(jī)、心電圖等，這些設(shè)備一旦受到干擾將會造成工作上的紊亂而無法有效進(jìn)行。一般的，電源系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲干擾現(xiàn)象，容易對精密的儀器造成數(shù)據(jù)處理失誤、計算機(jī)記憶丟失等現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會使得儀器設(shè)備中的電路板遭到損壞。當(dāng)然，有些輻射性較強(qiáng)的儀器，例如微波治療儀，這類儀器如果在開機(jī)時也會出現(xiàn)射頻干擾的現(xiàn)象，這時，我們需要知道的是這些故障的產(chǎn)生有時候并不是由于設(shè)備本身，更多的是來自于外部環(huán)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(yī)療儀器的供電情況

在護(hù)理儀器的選用上，無線醫(yī)療儀器給患者帶來了較大的便利，但與此同時，儀器的系統(tǒng)架構(gòu)也面臨著一些技術(shù)上的障礙。低功率高精度的組件讓無線醫(yī)療設(shè)備得到較為快速的發(fā)展，但考慮到醫(yī)療產(chǎn)品的實用性，高標(biāo)準(zhǔn)下的醫(yī)療儀器的負(fù)擔(dān)也在加劇，這種負(fù)擔(dān)大多會體現(xiàn)在電源系統(tǒng)以及其支持的組件上面。醫(yī)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(shè)備的供電保護(hù)也是儀器中必須注意的一項問題。最大限度地控制好醫(yī)療設(shè)備的供電時間，保持持續(xù)的電源供應(yīng)，才能讓系統(tǒng)正常運行。便攜式的醫(yī)療設(shè)備作為目前技術(shù)發(fā)展高水平下的產(chǎn)物，比如一些遠(yuǎn)程的監(jiān)視系統(tǒng)，都讓很多患者減少了住院的頻率，也幫助他們降低了就醫(yī)的成本。與傳統(tǒng)的在醫(yī)院觀察相比，患者在家中通過醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行使用，快速的將醫(yī)療數(shù)據(jù)傳給醫(yī)院，讓醫(yī)生做出相關(guān)的分析。因此，保證好醫(yī)療設(shè)備的電源運行，確保醫(yī)療設(shè)備的無線數(shù)據(jù)能夠被有效地傳送到醫(yī)院中去，也需要系統(tǒng)的設(shè)計師能夠做好電源框架的設(shè)計，能夠保證系統(tǒng)的可靠和高效率性。

2.1 潛在的問題

系統(tǒng)設(shè)計師在設(shè)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(xiàn)行的線性穩(wěn)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(guān)穩(wěn)壓器的噪聲雖然比線性穩(wěn)壓器高，不過其效率也比線性穩(wěn)壓器較好。在大量的敏感型的實驗里，只要設(shè)備的開關(guān)行為是可控的，那么其產(chǎn)生的EMI以及噪聲輻射都是處于穩(wěn)定水平的。如果開關(guān)穩(wěn)壓器能夠正常進(jìn)行工作，穩(wěn)定地切換頻率，并在轉(zhuǎn)換時不會產(chǎn)生其他問題，也沒有產(chǎn)生過沖現(xiàn)象，那么此情況下是可以幫助減少EMI水平的。另外，將開關(guān)穩(wěn)壓器的使用結(jié)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(chǎn)生的因素【3】。

目前醫(yī)療設(shè)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。可以運用同步的降壓型轉(zhuǎn)換器幫助降低相應(yīng)的電壓值，一般可以降到5V。不過，值得注意的是，當(dāng)電壓在降低的同時，后置穩(wěn)壓的電源數(shù)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(yī)療設(shè)備能夠正常運行，在設(shè)備設(shè)計時便會加入電池備份系統(tǒng)，以免在造成電源故障時保存相應(yīng)的數(shù)據(jù)，避免系統(tǒng)硬盤造成損傷。

傳統(tǒng)意義上來講，低電壓軌的一般會有降壓型的開關(guān)穩(wěn)壓器來進(jìn)行供電，當(dāng)然，低壓差的穩(wěn)壓器也是能夠達(dá)到相應(yīng)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(shè)備電池的運行范圍事實上已經(jīng)被縮短了一些。但是，目前降壓—升壓轉(zhuǎn)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(yīng)對方案特性

為了解決上述闡述的一些問題，在應(yīng)對方案的選擇上需要考慮到DC轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的輸入電壓做到控制，使電源設(shè)備在運行中能夠盡可能地調(diào)整自身的電壓范圍。第二，持續(xù)的超低靜態(tài)電流也是供電系統(tǒng)中需要規(guī)范的，以此擴(kuò)大電池的可運行時間。第三，使用高效的系統(tǒng)電源軌。第四，確保電池的電量能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的計量，保證庫侖計數(shù)無法影響IC的靜態(tài)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(yī)療設(shè)備供電故障的應(yīng)對方法

在對醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計上，需要盡可能的減少電源引起的設(shè)備故障，只有改善好電源的供電線路，才能保證醫(yī)療儀器的正常使用。在一些電源環(huán)境較為惡劣的地方，儀器需要采用交流的穩(wěn)壓電壓，做好自動調(diào)整電壓軌，并對過壓狀況做好保護(hù)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(jī)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(dǎo)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(shù)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(wěn)定地工作，也能夠幫助保障其運行的安全性。接地系統(tǒng)中的電阻不能超過4歐姆，而接地線的使用需要根據(jù)儀器自身的特性來采用，比如一些電源供應(yīng)中采用三相五線制的地線，零線N和所使用的保護(hù)接地線PE要相互的分離鋪設(shè)，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(fēng)險，這也是防治儀器靜電產(chǎn)生的主要手段【4】。另外利用相應(yīng)的屏蔽技術(shù)也可以有效的降低射頻產(chǎn)生的干擾。而針對目前給家中護(hù)理使用的醫(yī)療系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)中存在的技術(shù)問題還需要研究人員進(jìn)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(chǎn)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(yīng)的運行效率。

4. 結(jié)語

在儀器的設(shè)計中做好電源線路的鋪設(shè)，保證電源之間的獨立性，針對這一點，系統(tǒng)設(shè)計師需要運用更多先進(jìn)的技術(shù)來幫助其巧妙的運行。因此，有效的改善設(shè)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(shù)學(xué)會.中國電工技術(shù)學(xué)會電力電子學(xué)會五屆三次理事會議暨學(xué)術(shù)報告會論文集[C].中國電工技術(shù)學(xué)會：,2001：6.

＊ [2]王清. 精密電子醫(yī)療儀器的供電情況在維修中的地位[A]. 新疆維吾爾自治區(qū)醫(yī)學(xué)會醫(yī)學(xué)工程學(xué)會.新疆醫(yī)學(xué)工程學(xué)會第二屆學(xué)術(shù)年會論文匯編[C].新疆維吾爾自治區(qū)醫(yī)學(xué)會醫(yī)學(xué)工程學(xué)會：,1998：2.

＊ [3]Tony Armstrong. 無線醫(yī)療儀器需要恰當(dāng)?shù)墓╇姺椒╗J]. 電子產(chǎn)品世界,2016,04：73—75.

＊ [4]Tony Armstrong. 適用于電池供電醫(yī)療儀器的先進(jìn)轉(zhuǎn)換器[J].今日電子,2016,09：49—50.