隔離技術(shù)與部件在醫(yī)療系統(tǒng)安全中的應(yīng)用

　　醫(yī)療領(lǐng)域與其它領(lǐng)域的區(qū)別在于隔離要求。隔離在這些醫(yī)療系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用，它必須是強健和可靠的，并且僅需較少空間和成本。然而隨著技術(shù)的發(fā)展，更小、更可靠和高性能隔離器件出現(xiàn)了，如單封裝、多通道數(shù)字隔離器、AC電流感應(yīng)器和隔離柵驅(qū)動器。這些隔離產(chǎn)品采用主流CMOS與USB技術(shù)，其COMS隔離產(chǎn)品與USB隔離器等是眾多電子醫(yī)療系統(tǒng)的理想選擇。

　　本文將對新型隔離技術(shù)與部件在電子醫(yī)療系統(tǒng)安全保障中的應(yīng)用作研剖，并以心電圖與自動外部去纖顫器(AED)及睡眠呼吸機等應(yīng)用系統(tǒng)為例以及USB隔離技術(shù)是醫(yī)療系統(tǒng)中安全保障的有效選擇等作分析說明。

　　CMOS隔離器技術(shù)與安全特征

　　CMOS隔離器的核心是絕緣體，介電強度決定了隔離器的電壓等級，隔離分類包括“基本型”和“增強型”。基本型隔離提供了對電擊的保護特性，但沒有考慮安全失效狀況(即故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)變到一個安全、可靠的狀態(tài));基本型隔離裝置能夠被用戶使用，但必須被包含于系統(tǒng)之內(nèi)。 其CMOS隔離器具有先進的電路設(shè)計技術(shù)和可達150Mbps數(shù)據(jù)傳輸速度、10ns傳播延遲及5.6mW/通道的功耗，以及其他許多業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的性能規(guī)格。CMOS隔離器在最大操作電壓和溫度下平均無故障時間(MTTF)超過1000年，這是光耦合器的10倍。常用差分隔離代替單端隔離，因差分信號路徑和接收靈敏度使在無差錯操作下CMTI(共模瞬變免疫)超過25kV/us，良好的外部RF抗干擾特性可達300V/m，磁場抗擾度可超過1000A/m，這些特性使得CMOS隔離器也適用于惡劣的工作環(huán)境(強電場和磁場)對于基本型隔離設(shè)備的認(rèn)證測試是在1分鐘、1.6kVRMS電壓下，最小漏電距離4mm。增強型隔離為破壞安全操作提供兩級保護，并允許用戶訪問。增強型隔離設(shè)備的認(rèn)證測試是在1分鐘、4.8kVRMS電壓下，最小漏電間距8mm。而醫(yī)療電子系統(tǒng)幾乎總是需要增強型隔離特性，因為它要求具備安全失效保護特性。

　　COMS隔離與DSP技術(shù)在醫(yī)療系統(tǒng)安全中的應(yīng)用例舉

　　COMS隔離器在心電圖中應(yīng)用

　　人類的醫(yī)療數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).特別是患者監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)計人員必須從非常大的共模電壓及噪聲中提取出非常微弱的電信號，前端放大器起到了必不可少的調(diào)節(jié)作用，以補償后續(xù)的數(shù)字處理，從而改進了測量以及與其他系統(tǒng)的通信。要確保該模擬前端(AFE)準(zhǔn)確可靠其首要的是此類醫(yī)療設(shè)備的安全保障，由此在模擬前端(AFE)與處理器之間采用先進隔離技術(shù)成為重中之重。在此僅以心電圖(ECG)的模擬前端COMS隔離器為例作說明。

　　圖1為COMS隔離器在心電圖(ECG)前端應(yīng)用配置圖。圖1中，來自設(shè)備差分放大器的模擬輸出經(jīng)過高通濾波器，然后通過串行ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過增強型(5kV)數(shù)字隔離器si8630進入控制器進行處理。該數(shù)字隔離器每個通道都可進行高達150Mbps“無瓶頸”數(shù)據(jù)傳輸。如果采用并行多個ADC輸出，則隔離功能可以使用少于4個的六通道隔離器實現(xiàn)(對于16位ADC而言)。