醫療設備控制中電氣隔離技術的應用探討

沈金龍（南京新穎氧醫療科技有限公司,南京 211500）

醫療設備控制中電氣隔離技術的應用探討

沈金龍
（南京新穎氧醫療科技有限公司,南京 211500）

摘 要：我國醫療技術的飛速發展和醫療設備不斷提高的精準度密切相關。隨著科學技術的社會應用性逐漸提高，許多醫療設備也開始引進高新技術，電氣隔離技術就是一個成功的典型。因為醫療設備上經常會使用到電子設備，它產生的電磁場和噪音會影響醫療設備的精確度，所以必須應用電氣隔離技術以防止電氣設備噪聲的干擾。本文介紹了電氣隔離技術的隔離原理，并以此為基礎分析了電氣隔離技術在醫療設備中的具體應用。

關鍵詞：醫療設備；電氣隔離設備；電氣隔離技術；應用

將電氣隔離技術應用到醫療設備上，其主要目的就是在電路上就把干擾源和易被干擾的設備進行隔離，進而實現控制電磁場和噪音信號干擾的最終目的，提高醫療設備的精準度。目前電氣隔離技術已經順利地應用在醫療設備上，大部分的電子設備的電磁場都能得到有效控制，電路噪音也有效隔離。

1 電氣隔離技術的隔離原理

目前醫療設備中應用的光電隔離技術主要是通過光電耦合設備完成。光電耦合設備由發光元件和光敏性較高的器件組合而成，有效實現了光、電之間的轉化。該設備的工作原理為：當光電耦合設備的輸入接口接受到傳遞的電信號后，其中的發光元件因為通電而發光，當光敏性較高的器件感應到光線后就產生電流，系統電路導通；當光電耦合設備沒有接收到電信號時，發光元件不會發生變化，光敏性較高的器件也不會產生電流，系統斷開[1]。

2 電氣隔離技術的優點

光電耦合設備不僅具有傳遞信號的功能，還能有效地減少噪聲并控制隔離電磁場的干擾。這種隔離技術主要優點有：

（1）光電耦合設備具有高壓隔離作用。因為有些設備能夠承受上千伏的電壓，如果設備的外部設施出現安全問題如傳遞信號短接，光電耦合設備就會就會發揮它的承高壓功能，保護設備儀器安全運行不受損害。

（2）常態下光電耦合設備的反應速度非常快，響應快速靈敏，它的反應時間一般不會超過5微秒，因此它能及時抑制磁場信號的干擾。

（3）光電耦合設備內的輸入阻抗非常小，只有300～500歐姆，但是磁場干擾源的阻抗卻非常大，差不多有105～106歐姆。根據分壓理論我們可以知道，電氣隔離設備可以減弱較大的干擾電壓幅度，使得進入該設備內輸入接口的噪聲電壓變小，從而產生較小的電流，以至于不能使發光原件發光，進而將電信號與醫療設備隔離[2]。

（4）設備兩個端口之間不存在電氣，而且分布在兩端的電容微乎其微，然而設備中的絕緣電阻又非常大，所以在這種情況下電路中的噪聲干擾無法經由光電耦合設備傳輸，消除對設備的干擾。

3 醫療設備控制中電氣隔離技術的應用

光電耦合設備的兩端分別安裝有發光器和受光器，因此該設備中的電氣是通過感光和發光元件聯系，而沒有直接以電流的方式實現電力傳遞。光電耦合設備中的輸入抗阻值遠遠小于干擾源的阻抗值，因此在該設備的輸入接口處實行分壓不會產生較大干擾，傳輸過來的電流也變得十分微弱，很難使設備上的發光元件發光。此外，光電耦合設備不但能夠抑制電磁場的干擾，還能降低干擾信號反饋到醫療設備的可能性，從而實現干擾隔離。醫療設備控制中電氣隔離技術的具體應用主要體現在以下幾個方面：

（1）信號傳遞過程中的隔離。光電隔離技術的經常應用在醫療設備控制系統的信號傳遞過程中。因為醫療設備控制系統中的測控設備和被測控設備要進行信號傳遞就必須經過一段較長的距離，在這段距離中信號極易被干擾，從而使信號發生失真或者變異，降低醫療設備的精確度。同時信號傳遞過程中經常會因為兩個設備之前電位值不同而產生電位差，對醫療設備電壓造成干擾[3]。光電耦合設備的應用大大減少了信號傳遞過程的干擾，它將兩設備之間的電氣隔開，提高設備的獨立性，消除了形成環路的可能。

（2）醫療設備控制中接口處的隔離。實踐中，一般會在醫療設備控制系統的接口處安裝光電耦合設備隔離干擾噪音和干擾電磁場。醫療設備的檢測信號通過線路傳遞，最終全部匯集到控制系統的信號輸入接口，不同的接口接受的信號類型也不同，經過系統處理產生操作命令，這些命令信號會被控制進而傳遞到操作設備，由操作設備執行相應的命令。如果醫療設備的檢測環境達不到標準，電力中就會產生較強的電磁場，一旦被磁場影響的檢測信號在醫療設備中傳遞、被執行，就會產生較多失誤，使醫療設備的準確性大幅度降低。將光電耦合設備安裝在醫療設備控制系統的信號接收端口，能夠最大程度上抑制干擾信號的傳遞。

（3）過零檢測中的隔離。目前，研究人員已經將光電耦合設備和過零檢測設備結合在一起。所謂過零檢測就是通過醫療室設備控制系統自我檢測交流電路中的電壓過零點，繼而發出驅動命令控制電路的開關。光電耦合設備應用在在這一檢測過程中，可以降低電路中的電磁場干擾信號的強度，從而提高過零檢測的準確度，利于醫療設備功能的正常發揮。

（4）醫療設備驅動電路的隔離。在控制醫療設備時通常會利用計算機內的程序控制系統的開關，但是這種開關的驅動功能不足，不能控制某些電磁執行設備，此時就需要在該控制系統內加裝驅動電路。為了降低驅動電路內電磁場和信號的干擾，需要在該系統內裝設光電耦合設備隔離來自驅動電路干擾。目前使用最多的驅動電路是馬達高壓電路，它依靠MOSFET功率管產生電流進而控制開關，其產生的開關命令經過光電耦合設備的隔離后準確無誤的傳遞到控制系統內[4]。

4 結束語

文章以電氣隔離技術的隔離原理為中心，介紹了目前效果最好的光電耦合設備，著重分析了光電耦合設備在醫療控制系統內的具體應用。醫療設備控制系統中的電氣隔離普遍利用光電耦合設備實現，在應用設備該設備時，必須將兩個獨立電源分別安裝在輸入接口處和輸出接口處，如果兩個電源合為一個，那么光電耦合設備就會完全失去隔離作用。在應用光電耦合設備室必須確保所有的信號都被隔離，以達到完美的隔離效果。

參考文獻：

[1]于敏.光電隔離技術在醫療設備控制上的應用[J].中國醫療設備,2010(05):41-43.

[2]王燕妮.電氣隔離在醫療設備控制系統上的應用[J].醫療裝備,2011(03):9-12.

[3]王燕妮.電氣隔離在醫療設備控制系統上的應用[C].《醫療裝備》雜志社、全國臨床醫學工程學會.57屆中國國際醫療器械博覽會論文集.《醫療裝備》雜志社、全國臨床醫學工程學會,2014:4.

[4]李輝.醫療設備電氣控制線路的各種隔離與技術措施分析[J].科技創新與應用,2013(05):87.

作者簡介：沈金龍（1988-），男，江蘇南京人，本科，研究方向：醫療器械自動控制。