高频电刀工作模式下的EMI设计

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高频电刀工作模式下的EMI设计

EMIdesign of high frequency electric surgical under work mode

史昌兵

杭州通鉴科技有限公司 浙江杭州 310018

摘要

    按GB9706.4-2009 高频手术设备安全专用要求第36节，“高频手术设备电源接通而高频输出不激励且接上所有电极电缆”，在此试验状态下，高频手术设备应符合CIPSR11第1组的限值要求。本设计就是基于实际出发，着重优化工作状态下的高频电刀的EMI特性，降低高频电刀对其他医疗设备的影响，提高整个手术环境下医疗设备的EMI特性。

关键词

电磁兼容；高频电刀；电磁干扰；辐射发射；传导发射

Abstract

   According to the section 36 of GB9706.4-2009 requirements,HF SURGICAL EQUIPMENT shall comply with the requirements of 36.201, when it isswitched on but the HF output is not energized and with all the electrodecables attached to the HF SURGICAL EQUIPMENT. The HF surgical equipment needmeet the Group 1 limit in CISPR11. In order to reduce the emission of the HF surgicalequipment in normal working status, the manufacture need redesign and optimizethe EMI characteristics based on the real working environment. This articleshows a high-level design for HF surgical to reduce the emission in highfrequency electromagnetic environment.

Keyword

ElectromagneticCompatibility; High frequency electric surgical; Electromagnetic interference;Radiated emission; Conducted emission

引言

随着医疗设备在国内的蓬勃发展，入网注册成为各家企业的第一门槛，其中电磁兼容为医疗设备的必须通过项目。按GB9706.4-2009 高频手术设备安全专用要求第36节，“高频手术设备电源接通而高频输出不激励且接上所有电极电缆”，在此试验状态下，高频手术设备应符合CIPSR11第1组的限值要求。

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                图1：GB9706.2-2009 36 电磁兼容性

这一规定是考虑到高频电刀工作状态下的高频特性，这一工作频率会导致EMI超标严重，而导致大部分设备不能通过测试，在此背景下IEC60601-2-2 评定为待机模式进行EMI测试，GB9706.4在IEC60601的指导下，也延伸引用了这一规定。但是实际应用环境中，医生在使用高频电刀时，会同时使用其他监控或者生命维持类医疗设备，此时高频电刀的工作频率的高次谐波会经过中性极作用于人体，从而干扰到其他设备，导致其他医疗设备工作不正常。本文基于实际出发，着重优化工作状态下的高频电刀的EMI性能，降低高频刀在工作模式对其他医疗设备的影响。

1 高频电刀工作原理

目前国内国际上的高频电刀主要分为两类，一类是单极高频电刀，一类是双极高频电刀

单极模式中，一极为中性电极，常常作用于患者大腿侧；另一极医生手持，作用于患者病灶。如图2所示，高频电刀发生器将高频信号从患者病灶到中性电极，此电流将病灶组织加热，从而使病灶组织达到切割、凝血等效果。

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图2：高频电刀单极模式应用示意图(来源于：IEC60601-2-2:2018)

双极模式中，通过双极镊子的两个尖端向病灶组织提供高频能量，从而达到冷凝效果，如图3所示。

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图3：高频电刀双极模式应用示意图(来源于：IEC60601-2-2:2018)

高频电刀的发生器主要用固态电路或者采用火花间隙电路来产生需要的波形，图4所示本文所述高频电刀原理简图，网电源给系统提供电源，电源滤波器1滤除公网中的噪声，同时也滤除系统内部产生的噪声，经过AC/DC电源模块2隔离并产生升压电路所需要的直流电压DC,两路直流电压分别供给管理电路5和升压电路3，升压电路产生的高压经过修正电路4产生设计所需要的高频信号，再通过手术电极和中性电极作用于患者。双极模式高频电刀原理与单极相似，区别主要在外接线缆。

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图4：本案高频电刀原理简图

3 高频电刀EMI测试数据

     因本文所述案例是重点研究高频电刀在工作状态下的EMI测试数据，这一状态对患者或者医生而言是真实状态，能真实反应在手术过程中的电磁环境。然而实际入网注册认证时，仅要求待机测试，这是基于高频电刀自身的基频考虑，即工作频率处于测试频段范围内。本文所述案例高频电刀的工作频率为480KHz，刚好落在传导发射（150KHz~30MHz）范围内，而且它所有的谐波都会影响整体的测试。

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图5：样品L相传导发射CE测试数据

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图6：样品N相传导发射CE测试数据

图5图6为本文所述案例样品的电源端传导发射数据，从数据中可以看出，整个高频段(10MHz~30MHz)全部超出CLASS A限值要求，最高达到90db,超出了30db。

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图7：样品辐射发射RE测试数据

图7为样品辐射发射RE测试数据，从数据中可以看到低频段超标严重(30MHz~230MHz)，最高频率点30MHz超出限值16db。

从这些数据可以看出，在工作状态下，不论是辐射发射RE数据还是传导发射CE数据都远远超出了标准的限值要求。

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直接下载即可，细节暂时不用管