nghiên cứu ảnh hưởng của thiết bị di ðộng trong môi trường bệnh viện

Tiểu luận Tương thích điện từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
------oOo------

TIỂU LUẬN

MÔN TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

Đề tài:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ DI ĐỘNG
TRONG MÔI TRƯỜNG BỆNH VIỆN
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS.TĂNG TẤN CHIẾN

0


Tiểu luận Tương thích điện từ

MỤC LỤC

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AM

Amplitude Modulation

BPSK

Binary Phase Shift Keying

CDMA

Code Division Multiple Access

CT

Cordless Telephone

DART

Digital Advanced Radio for Trains

DECT

Digital European Cordless Telecommunications

DCS

Digital Cellular System

DQPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying
DTI

Department of Trade and Industry

DTX

Discontinuous Transmission

EM

Electromagnetic

EMC

Electromagnetic Compatibility

EMI

Electromagnetic Interference

EPSRC

Engineering and Physical Sciences Research
Council

ETSI

European Telecommunications Standards Institute

FDD

Frequency Division Duplex

FDMA

Frequency Division Multiple Access

FM

Frequency Modulation

GFSK

Gaussian Frequency Shift Keying

GMSK

Gaussian Minimum Shift Keying

GSM

Global System for Mobile communications

1


Tiểu luận Tương thích điện từ
IT

Information Technology

LAN

Local Area Network

PCN

Personal Communications Network

PCP

Personal Communications Programme

PMR

Private Mobile Radio

PCS

Personal Communications System

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

RF

Radio Frequency

RFI

Radio Frequency Interference

TACS

Total Access Communications System

TDD

Time Division Duplex

TDMA

Time Division Multiple Access

TETRA Trans-European Trunked Radio Architecture
UMTS

Universal Mobile Telecommunication System

MỤC LỤC
Contents

2


Tiểu luận Tương thích điện từ
LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................................... 6
1. CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH THAM SỐ GÂY NHIỄU........................................................7
1.1.

Xác định tham số gây nhiễu:...................................................................................7

1.1.1

Xác định các tham số gây nhiễu:......................................................................8

1.1.2

Sơ đồ điều chế..................................................................................................9

1.1.3

Hiệu quả điều chế biên độ:.............................................................................10

1.1.4

Các kiểu :........................................................................................................11

1.2.

Tần suất đe dọa :...................................................................................................11

1.2.1.

Phương pháp và tham số :..............................................................................12

1.2.2.

Mối quan hệ để mô hình hóa và đo lường......................................................13

1.2.3.

Xác định thống kê các mối đe dọa..................................................................14

1.2.4.

Mối quan hệ tiêu chuẩn EMC tiêu chuẩn và các phương pháp đo thử............14

2. CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÁY DI ĐỘNG Ở MÔI TRƯỜNG
BỆNH VIỆN.......................................................................................................................... 16
2.1

Miêu tả kịch bản :.................................................................................................16

2.1.1

Xét môi trường bệnh viện:.............................................................................16

2.2. Phân tích :................................................................................................................18
2.2.1.

Vấn đề tương thích điện từ của thiết bị di động ở bệnh viện:.........................18

2.1.2

Tóm lược khả năng nhiễu EM:.......................................................................24

2.2

Kỹ thuật Mitigation ( Kỹ thuật làm nhẹ đi):..........................................................25

2.2.2

Các thử nghiệm thêm về chống nhiễu EM.....................................................25

2.2.3

Giới hạn sử dụng điện thoại di động..............................................................31

3. KẾT LUẬN VÀ CÁC KHUYẾN NGHỊ.........................................................................33
3.2

Tổng quát:.............................................................................................................33

3


Tiểu luận Tương thích điện từ
3.3

Cho nhà thiết kế và các nhà sản xuất thiết bị :......................................................34

3.4

Đối với việc vận hành hệ thống viễn thông di động:.............................................34

3.5

Đối với tiêu chuẩn của các tổ chức :.....................................................................34

3.6

Đối với quản trị viên và người quản lý:................................................................35

4

Tiểu luận Tương thích điện từ
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Sự bức xạ từ nguồn đẳng hướng.............................................................................................7
Hình 1-2 Các phần tử gây nhiễu.............................................................................................................8
Hình 1-3 Phổ mô phỏng của tín hiệu GMSK.......................................................................................10
Hình 1-4 Điều chế GMSK, dựa trên vuông góc, kiến trúc baseband...................................................11
Hình 1-5 Concept of Variability Applied to EMC................................................................................12
Hình 1-6 Extension of Variability Concept to Measurements and Modelling.....................................12
Hình 2-1 Đường bao của tín hiệu từ 3 điện thoại di động GSM hoạt động trên kênh 1, 47 và 124
..............................................................................................................Error! Bookmark not defined.
Hình 2-2 Đường bao của tín hiệu từ 3 điện thoại di động GSM hoạt động trên kênh 1, 3 và 5
..............................................................................................................Error! Bookmark not defined.
Hình 2-7 Phân phối thiết bị thu biến của EMI từ nhiều nguồn khác nhau dọc theo chiều dài của
cáp............................................................................................................................................................
Hình 2-11 Cấu hình test Generic..........................................................................................................30
Hình 2-12 Các dạng sóng điều chế.......................................................................................................30

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Summary of EMC Radiated Immunity Standards................................................................15
Bảng 2-2-1 Peak E Field Strength for One and Three Sources in Overlapping Time-Slots................18
Bảng 2-2-2 Đỉnh điện áp tải cho loại cáp không bọc 3m, Against a Single Source.............................22
Bảng 2-3 Cường độ điện trường E tối đa cho 1 và 3 nguồn khi các khe thời gian chồng lấn..............23
Bảng 2-4 Cường độ trường E tối đa cho 1 và 5 nguồn trong các khe thời gian chồng lấn..................24
Bảng 2-5 Các tham số cho hệ thống di động........................................................................................27
Bảng 2-6 Xác định mức nghiêm trọng và Field Multiplier..................................................................28
Bảng 2-7 Cường độ trường đỉnh cho hệ thống điển hình ở mức nghiêm trọng...................................28

5

Tiểu luận Tương thích điện từ

LỜI MỞ ĐẦU
Tương thích điện từ (Electromagnetic Compatibility: EMC) là khả năng của một hệ thống
điện tử mà chức năng hoạt động của nó trong môi trường trường điện từ không ảnh hưởng,
không gây nhiễu đến các hệ thống khác cùng hoạt động trong môi trường đó. Đó là một hệ
thống điện tử phải không bị nhiễu từ các tín hiệu bức xạ của các hệ thống khác, không gây
nhiễu làm ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống khác cũng như không gây nhiễu với
chính hoạt động của bản thân nó.
Mục đích của tiểu luận này là xác định những nguy cơ liên quan đến tương thích điện từ
không mong muốn tương tác giữa thiết bị thông tin di động, chẳng hạn như điện thoại di
động và thiết bị điện/điện tử xung quanh. Trong phạm vi bài này chỉ xem xét cụ thể vấn đề
tương thích điện từ của thiết bị thông tin di động khi sử dụng ở môi trường yêu cầu chặt
chẽ như bệnh viện.
Nội dung của tiểu luận này gồm 2 chương :
-

Chương 1: Xác định các tham số gây nhiễu

-

Chương 2: Phân tích tương thích điện từ cụ thể ở môi trường bệnh viện.

-

Kết luận và các khuyến nghị cho việc sử dụng máy điện thoại di động, các nhà sản
xuất

Trong quá trình thực hiện tiểu luận, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng vẫn còn tồn tại nhiều

sai sót. Rất mong Thầy và các bạn đóng góp thêm ý kiến để tiểu luận được hoàn chỉnh.

Đà Nẵng, 10/2013

Võ Hoàng Nam

6


Tiểu luận Tương thích điện từ

2. CHƠNG 1: XÁC ĐỊNH THAM SỐ GÂY NHIỄU
1.1.

Xác định tham số gây nhiễu:

Trong phần này giới thiệu các thông số của môi trường tần số vô tuyến (RF) tạo nên các đe
dọa EMC đến các thiết bị vô tuyến điện và các hệ thống được xác định, liên quan đến kết
quả đo lường ở nơi thích hợp.

Hình CHƠNG 1: XÁC ĐỊNH THAM SỐ GÂY NHIỄU-1 Sự bức xạ từ nguồn đẳng hướng

Nguồn đẳng hướng trong không gian tự do, năng lượng bức xạ lan truyền như nhau trong
tất cả các hướng và do đó mật độ phổ công suất Pd W/m2 tại khoảng cách d từ nguồn, ta có
:
Phương trình 1 :

- PT : tổng sự bức xạ công suất ( W)
Phương trình 2:

7


Tiểu luận Tương thích điện từ

Với E : cường độ điện trường
Một kiểu phần tử đe dọa được thể hiện ở hình 3 :

Hình CHƠNG 1: XÁC ĐỊNH THAM SỐ GÂY NHIỄU-2 Các phần tử gây nhiễu

1.1.1

Xác định các tham số gây nhiễu:

Có 2 tham số :
- Chiều dài của dây dẫn điện, liên quan chiều dài bước sóng của trường tới.
- Sức bền, các loại và sự phân cực của trường tới trên vật dẫn điện.
Mỗi tham số này là chính nó phụ thuộc vào một số lượng lớn các yếu tố khác. Rõ ràng
trước tiên phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn, nhưng cũng phụ thuộc vào quang phổ của
trường phát xạ là lần lượt phụ thuộc vào điều chế tín hiệu và các hiệu ứng biên độ và pha.
Cường độ trường tới phụ thuộc vào nhân tố có liên quan đến công suất phát, hiệu ứng điều
chế biên độ, khoảng cách giữa dây dẫn và nguồn tần số vô tuyến có liên quan tới hình học
của trường và dây dẫn. Phương trình 3 minh họa các mối quan hệ giữa các thông số chính
đóng góp vào mối đe dọa
Phương trình 3: sẽ mô tả các tham số chính gây nhiễu :

8


Tiểu luận Tương thích điện từ

-

t: đe dọa

-

k: hệ số tỉ lệ

-

N : số lượng các máy cầm tay

-

P : công suất truyền của máy cầm tay thứ n

-

p : tổn hao lan truyền, bao gồm thống kê.

-

c : sự kết nổi từ trường để load, bao gồm thống kê.

-

Zone : chiều dài tối đa mà sự ảnh hưởng trực tiếp có thể xuất hiện

*Các tham số gây nhiễu trong hệ thống vô tuyến thực tế :

1.1.2

-

Băng tần, kênh và băng thông hệ thống

-

Khoảng cách của nguồn RF từ dây dẫn điện

-

Công suất truyền

-

Sơ đồ điều chế

-

Kỹ thuật đa truy nhập

-

Kỹ thuật song công

Sơ đồ điều chế :
Kỹ thuật đường bao không đổi như PSK và FSK đã được tinh chế theo từng giai đoạn để
giảm

quang phổ lan rộng do đó pha gián đoạn tức thời hoặc thay đổi tần số, dẫn đến minimum
shift keying (MSK) and gaussian minimum shift keying (GMSK). Ở GMSK, băng thông
của bộ lọc Gaussian (B), liên quan đến tốc độ dữ liệu (1/T), có thể chọn để đạt một sự thỏa
thuận giữa tốc độ lỗi bit và giao thoa ngoài dải. Ở hệ thống GSM giá trị 1/3 được chọn cho
BT và T=3.69µs và băng thông bộ lọc là 90.3kHz. Một phổ điển hình của tín hiệu GMSK
được thể hiện ở hình 4.

9


Tiểu luận Tương thích điện từ

Hình CHƠNG 1: XÁC ĐỊNH THAM SỐ GÂY NHIỄU-3 Phổ mô phỏng của tín hiệu GMSK

Trong trường hợp này, mỗi sóng mang có thể được xem xét như một tín hiệu băng hẹp, sự
thay đổi biên độ có thể được mong đợi do hiệu ứng pha giữa đa sóng mang khi máy thu
nhận được nhiều hơn một nhà cung cấp dịch vụ. Trong trường hợp đơn giản, nếu có N
sóng mang cách đều nhau K Khz phần, có (N-m) tương tác mà độ vòm tần số mK ( KHZ)
với m nằm từ 1 đến N-1. Ví dụ với 5 sóng mang với khoảng cách 20KHZ, có 3 sự kết hợp
sóng mang với tần số 40KHZ (N=5, k=20KHZ, m=2, N-m= 3).
Thực tế tín hiệu không phải là băng hẹp mà mỗi khoảng cách xấp xỉ 200KHZ. Sự lan
truyền nhiều đường và chuyển động của máy di động làm giảm cải tiến đáng kể của sóng
mang và quan trọng hơn làm giảm số lượng handset trong vùng xác định.
1.1.3

Hiệu quả điều chế biên độ:

Hệ thống vô tuyến dùng sơ đồ điều chế bao bọc không đổi có thể sản sinh ra điều chế biên
độ của sóng mang RF. Có 2 kết quả chính phát sinh ra từ sự thay đổi biên độ tín hiệu, có
thể là lý do vấn đề tương thích điện từ ở hệ thống có dây:

1. Tốc độ thay đổi điện áp (dV/dt) ghép vào dây dẫn, qua các cơ chế xuyên âm, làm
tăng vọt điện áp ở chất bán dẫn.

10


Tiểu luận Tương thích điện từ
2. Điều chế biên độ lặp lại chứa các thành phần tần số mà nằm trong phạm vi dải tần
của thiết bị điện.
Trong hệ thống thông tin vô tuyến di động được xem xét ở đây, điều chế biên độ được đưa
ra cho cấu trúc khung TDMA và bộ điều khiển đáp ứng công suất. Cấu trúc TDMA có điều
chế biên độ với tần số cơ bản bằng tốc độ của khung, do đó số lượng công suất khác nhau
nhận được từ mỗi khe thời gian. Tại trạm gốc công suất điều khiển sẽ cố gắng duy trì bằng
công suất nhận ở mỗi khe thời gian, đây là vấn đề có tính quyết định trong hệ thống
CDMA. Tuy nhiên nếu nhiều khe thời gian không sử dụng, hoặc nếu những máy thu không
có ý định nhận thông tin sẽ không trùng hợp với trạm gốc, sự thay đổi biên độ đặc trưng sẽ
xuất hiện.
Các nguồn khác của thay đổi biên độ là tự điều khiển công suất của mình. Nếu 1 hệ thống
kiểm soát công suất phát từ một điện thoại di động để duy trì công suất không đổi ở trạm
gốc, máy thu gần giống máy di động sẽ giám sát kết quả thay đổi biên độ. Đó là sự cần
thiết để đạt tốc độ tối đa mà tại đó điều khiển công suất có thể hoạt động.
1.1.4

Các kiểu :

Hình CHƠNG 1: XÁC ĐỊNH THAM SỐ GÂY NHIỄU-4 Điều chế GMSK, dựa trên vuông góc, kiến trúc
baseband

11

Tiểu luận Tương thích điện từ

1.2.

Tần suất đe dọa :

Đã được xác định trong các phần trước các thông số mối đe dọa có thể tương tác EMC.
Mục đích của phần này là để cố gắng xác định mức độ rủi ro như thế nào sẽ thực sự xảy ra.

1.2.1. Phương pháp và tham số :
Khái niệm đơn giản có thể được minh họa bằng sơ đồ thể hiện trong hình 32, nơi mà mỗi
yếu tố chính của vấn đề EMC (nguồn, bộ ghép và tải nhạy cảm) có mức độ biến đổi liên
quan. Các yếu tố chính này với mối đe dọa có thể có được xác định, ví dụ, về tần suất các
điện áp trong một thiết bị bán dẫn sẽ vượt quá một ngưỡng cụ thể.
Do đó, nếu tất cả các thông số nói trên được xác định đầy đủ chi tiết, tần suất mà mối đe
dọa vượt ngưỡng, có thể được xác định như hình sau :

Hình CHƠNG 1: XÁC ĐỊNH THAM SỐ GÂY NHIỄU-5 Concept of Variability Applied to EMC

12


Tiểu luận Tương thích điện từ

Hình CHƠNG 1: XÁC ĐỊNH THAM SỐ GÂY NHIỄU-6 Extension of Variability Concept to Measurements
and Modelling

Các tham số có đóng góp vào sự thay đổi thống kê của mỗi phần tử ở hình 1-6 như sau:
I. Các đặc điểm của nguồn truyền :

a) Công suất truyền bị ảnh hưởng bởi trạm BTS.
b) Loại điều chế giao thức / duplex / đa truy cập (GSM, UTRA, vv)
c) Điều khiển công suất (như tốc độ, vv)
d) Loại máy di động
e) Sự phân bố các nguồn ở các vị trí khác nhau
II. Tần số
a) Phân bổ cho mỗi nhà khai thác dịch vụ
b) Sự phân bố các nguồn ở các vị trí khác nhau
III. Sự lan truyền
a) Phụ thuộc vào các đối tượng trong môi trường hoạt động (mặc dù không gian tự do có
thể được giả định cho trường hợp xấu nhất)
IV. Loại cáp
a) chiều dài
b) cơ chế ghép nối

13


Tiểu luận Tương thích điện từ
c) truyền tải
V. Tải
a) ghép nối và chế độ chuyển đổi từ cáp
b) mức độ nhạy cảm
1.2.2. Mối quan hệ để mô hình hóa và đo lường
Mô hình và các phép đo được thực hiện trong các giai đoạn khác nhau của dự án đã xây
dựng
các điểm khác nhau của hệ thống như đã nêu trong hình 33:
1. Mô hình trường tập hợp (Modelling of ensemble field): tập hợp các thiết bị cầm tay có
phân phối thống kê.
3. Mô hình ghép nối cáp (Modelling of field/wire coupling)

4. Các ghép nối thực tế (Field/wire coupling experiment): các ghép nối được thử nghiệm
bằng thực nghiệm. Đó là chỉ ra rằng máy di động cầm tay có thể sản sinh điện áp tải đáng
kể gắn liền với một cáp Ethernet.
5. Đo lường trên thiết bị của người tiêu dùng (Measurements on consumer equipmen): một
phạm vi giới hạn của thiết bị thử nghiệm miễn dịch đã được thực hiện, ví dụ tập trung vào
các thiết bị an toàn của bệnh viện.
1.2.3. Xác định thống kê các mối đe dọa
Theo quan điểm của nhiều loại hình học và bố trí các thiết bị cầm tay di động trong thực tế
của tình huống này, không phải là có thể lấy được phép định lượng mối đe dọa hoặc có
nguy cơ cho môi trường.
Nếu đủ dữ liệu đã có sẵn để mô tả các số liệu thống kê của tất cả các thông số được liệt kê
trong
mục 1.2.1, cho một tình huống cụ thể, sau đó nó sẽ có thể tính toán deterministically các
mối đe dọa (tức là xác suất mà điện áp tải sẽ vượt quá một số ngưỡng). Trong phạm vi này
nó đã không thể xác định tất cả các thông số cần thiết. Vì vậy chúng ta sẽ tiếp cận để xem
xét ba kịch bản ở môi trường bệnh viện, IT và trạm ga tàu lửa ở chương 2.

14


Tiểu luận Tương thích điện từ
1.2.4. Mối quan hệ tiêu chuẩn EMC tiêu chuẩn và các phương pháp đo thử
Một loạt các tiêu chuẩn EMC và phương pháp thử nghiệm tồn tại trên toàn thế giới. Tại
châu Âu, hầu hết đều thuộc phạm vi của EMC châu Âu chỉ thị (89/336/EEC) mặc dù cả hai
thiết bị y tế (93/92/EEC) và thiết bị đầu cuối viễn thông (91/263/EEC) chứa EMC quy
định cụ thể. Tiêu chuẩn EMC trong phạm vi của EMC chỉ thị châu Âu liên tục được cập
nhật theo yêu cầu thương mại. Một bảng tóm tắt các tiêu chuẩn EMC được sử dụng phổ
biến ở châu Âu được cho trong bảng 8. Tiêu chuẩn EMC này bao gồm nhiều khía cạnh của
môi trường hoạt động của thiết bị điện bao gồm: công suất tần số trường điện từ, trường
RF, phóng điện (ESD), chế độ phổ biến RF, quá trình chuyển tiếp nhanh bằng điện, siêu

dòng và độ dốc điện áp và bị ngắt điện. Ở đây chỉ nghiên cứu các liên quan chủ yếu với
hiện tượng bức xạ RF và bảng sau đây tóm tắt các tiêu chuẩn hiện hành áp dụng cho các
loại khác nhau của thiết bị điện
Bảng CHƠNG 1: XÁC ĐỊNH THAM SỐ GÂY NHIỄU-1 Summary of EMC Radiated Immunity Standards

Về bản chất, hầu hết các tiêu chuẩn xác định rằng các thiết bị kiểm tra phải được miễn dịch
với một mức độ 3V / m hoặc 10V / m trên một phạm vi tần số xác định (thường lên đến
1GHz).
Tiêu

chuẩn

hiện

đại

xác

định

ba

loại

dạng

sóng

thử

nghiệm:

1. Sóng mang RF không điều chế: mức 3V / m là một trường rms và do đó đỉnh sóng mang

15


Tiểu luận Tương thích điện từ

với thời gian là 1,41 tức là 4.23V / m (đỉnh)
2. 80%, biên độ 1 Khz điều chế sóng RF : tiêu chuẩn quy định cụ thể 3V / m rms trước
điều chế được áp dụng là tương đương với 3.36V / m rms hoặc 5.4V / m đỉnh
3. Khóa sóng mang: để mô phỏng GSM, DECT, TD-CDMA... Các tiêu chuẩn cơ bản quy
định cụ thể 900 MHz ± 5 MHz, điều chế xung 200Hz với chu kỳ 50%. Trường đỉnh và rms
cho các sóng mang không điều chế.

3. CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÁY DI
ĐỘNG Ở MÔI TRƯỜNG BỆNH VIỆN
2.1 Miêu tả kịch bản :
2.1.1

Xét môi trường bệnh viện:

Ở bệnh viện có đa dạng các thiết bị điện và do đó ta cung cấp môi trường tưởng tượng để
nghiên cứu tương thích điện từ. Các đặc điểm chính tương thích điện từ ở môi trường này :
1. Sự đa dạng của các thiết bị bị ảnh hưởng tiềm năng
2. Giới hạn an toàn
3. Miền giới hạn rộng lớn của hệ thống di động ở khu vực công cộng và văn phòng
4. Mật độ phổ trung bình thấp của máy di động cầm tay.
Hiện nay có rất nhiều máy phát vô tuyến di động với kích thước lớn hơn hay nhỏ hơn ở

các bệnh viện. Điện thoại không dây và hệ thống nhắn tin được sử dụng bởi các nhân
viên, hệ thống PMR công suất cao được sử dụng bởi các dịch vụ khẩn cấp và nhân
viên bảo mật. Trong khi đó các hệ thống tế bào được sử dụng ở nơi công cộng và văn
phòng.

16


Tiểu luận Tương thích điện từ
Các bệnh viện nhận thấy thỉnh thoảng có tương thích điện từ. Ở UK sự phá vỡ các thiết
bị y tế từ ảnh hưởng của thiết bị di động được chứng nhận từ cơ quan thiết bị y tế
(MDA) vào năm 1994, và đã bắt buộc nhiều bệnh viện hạn chế sử dụng điện thoại di
động ở bệnh viện.
Hầu hết các vùng giới hạn ở bệnh viện là những vùng chăm sóc chuyên sâu và phòng
cấp cứu. Những vùng đặc trưng này có rất nhiều thiết bị điện tử được hạn chế trong 1
khu vực nhỏ. Thiết bị được tìm thấy trong vùng này được nhóm lại thành 1 đến 3
nhóm:
1. Chuẩn đoán : thiết bị dùng để đánh giá chẩn đoán về tình trạng cho bệnh nhân
và không thường dùng trực tiếp các bệnh nghiêm trọng.
2. Trị liệu : thiết bị dùng để cung cấp vài hình thức điều trị.
3. Không y tế : các thiết bị điện tử khác mà không áp dụng trực tiếp y học nhưng
rất quan trọng trong bệnh viện.
Thiết bị chẩn đoán bao gồm máy ghi điện tim ECG và các loại thiết bị theo dõi bệnh
nhân. Loại thiết bị này là loại điển hình để kết nối bệnh nhân với sợi dây cáp dài khoảng
vài mét, nhiều loại không bao che. Bộ cảm biến có thể tại điểm cuối của sợi cáp ( Vd: thiết
bị chuyển đổi áp suất,..) hay tại thiết bị cuối cùng ( Vd: máy ghi điện tim,….). Các tần số y
sinh bao phủ trong dải tần từ 1Hz – 200Hz, mà xác định băng thông cho thiết bị chẩn đoán.
Nguồn công suất chính ở tần số 50Hz là 1 nguồn can nhiễu được thừa nhận cho thiết bị
giám sát điện sinh học và kỹ thuật bảo vệ như các bộ lọc khuyết, thường được giới thiệu để
làm nhẹ bớt vấn đề này.

Thiết bị y học có thể bao gồm các loại bơm dùng để đưa các chất lỏng và thuốc. Máy trợ
tim bên ngoài để cung cấp sự hỗ trợ tạm thời cho bệnh nhân; sự thẩm tách; máy khử rung
tim; máy gây tê, gây mê và thông gió.
Nguy cơ bị ảnh hưởng cao nhất là các thiết bị trị liệu, điển hình là máy gây tê, gây mê,
máy trợ tim bên ngoài và truyền thuốc. Thiết bị chẩn đoán ít ảnh hưởng trực tiếp đến nạn
nhân. Ví dụ nhiễu gây ra việc tự động điều khiển dụng cụ trị liệu (như máy trợ tim bên

17


Tiểu luận Tương thích điện từ
ngoài), sự trục trặc của thiết bị chẩn đoán có thể dẫn đến ảnh hưởng đến sự an toàn của
bệnh nhân.
Các thiết bị y tế khác có thể ảnh hưởng đến sự an toàn của bệnh nhân, bao gồm các thiết bị
công nghệ thông tin, các thiết bị mạng lưới. Ví dụ như việc remote giám sát bệnh nhân qua
mạng LAN.
Các mối đe dọa chính trong môi trường bệnh viện là khả năng của một chiếc điện thoại di
động được đưa vào rất gần với thiết bị quan trọng trong điều trị, gây ra các lỗi đe dọa.
Thiết bị hoạt động khi không giám sát, chẳng hạn như máy bơm truyền, dẫn đến nguy cơ
cao cho bệnh nhân.

2.2. Phân tích :
2.2.1.

Vấn đề tương thích điện từ của thiết bị di động ở bệnh viện:

Đối với môi trường này, chúng tôi có thể xác định các giá trị sau cho các tham số có mối
đe dọa chính:
-

Số lượng máy điện thoại cầm tay : từ 1 đến 3 máy

-

Công suất của máy : tối đa.

-

Tầm phủ sóng của thiết bị : 1 nguồn tại 1m và 3 nguồn tại 2m.

Việc sử dụng điện thoại di động của nhân viên bệnh viện nghĩa là có 3 nguồn được sử
dụng trong vùng chăm sóc đặc biệt, và tình hình ngày càng gia tăng sử dụng điện thoại di
động ở các khu vực bị hạn chế. Vì vậy việc sử dụng điện thoại di động ở nơi công cộng sẽ
bị hạn chế. Khu vực chăm sóc chuyên sâu có thể ở trong tòa nhà lớn hay ở giới hạn một
cell, và giả định rằng máy di động hoạt động với công suất tối đa. Một điện thoại di động
có thể được di chuyển trong vòng 1m hay ít hơn, tuy nhiên với 3 máy di động thì khu vực
nói chuyện trở nên hạn chế hơn và nằm trong khoảng 2m được xem xét để thực hiện các
tình huống xấu hơn.

18


Tiểu luận Tương thích điện từ
Bảng 2-CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÁY DI ĐỘNG Ở MÔI TRƯỜNG BỆNH VIỆN-2
Peak E Field Strength for One and Three Sources in Overlapping Time-Slots

Đe dọa ở trường tự do:
Cường độ điện trường của 1 nguồn và 3 nguồn ở khoảng cách 1m và 2m được thể hiện ở
hình 5. Những giá trị này được ước lượng từ nguồn đẳng hướng. Ở hệ thống TDMA tín
hiệu từ máy di động được điều chế xung với tần số lặp lại bằng tốc độ khung và chu trình

hoạt động được xác định bởi số lượng khe thời gian ở 1 khung. Kiểu UMTS TDD cũng có
bản chất phân chia theo thời gian với 1 khung 10ms phân chia cho 16 khe thời gian. Kiểu
UMTS FDD không có khía cạnh phân chia thời gian vì nó truyền liên tục.
Nếu 3 điện thoại di động TDMA hoạt động ở môi trường đe dọa phụ thuộc khi chúng
truyền trên cùng 1 khe thời gian giống nhau. Sự chồng lấn trong hệ thống TDMA phụ
thuộc vào số các nhà cung cấp dịch vụ, số các khe thời gian trong 1 khung, đồng bộ giữa
trạm gốc và dung lượng của cell. Thực nghiệm chỉ ra rằng có thể có 3 điện thoại trên ở các
khe thời gian chồng chéo lên nhau khi 6 máy điện thoại di động GSM hoạt động trong
không gian hạn chế.
Trong trường hợp không có chồng lấn lên nhau, cường độ trường tối đa là giống nhau tại
những khoảng cách giống nhau. Nếu 3 điện thoại chồng lấn 1 phần hay tất cả ở TDMA thì
trong suốt khoảng thời gian chồng lấn tín hiệu đa sóng mang sẽ được tạo với cường độ
trường tối đa bằng tổng các cường độ trường của mỗi nguồn. Với nguồn tại khoảng cách
2m, kết quả là cường độ trường tối đa cao hơn 50% so với nguồn 1 ở khoảng cách 1m
(theo hình 5).

19


Tiểu luận Tương thích điện từ

Hình CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÁY DI ĐỘNG Ở MÔI TRƯỜNG BỆNH VIỆN-7
Đường bao của tín hiệu từ 3 điện thoại di động GSM hoạt động trên kênh 1, 47 và 124

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÁY DI ĐỘNG Ở MÔI TRƯỜNG BỆNH VIỆN -8 Đường
bao của tín hiệu từ 3 điện thoại di động GSM hoạt động trên kênh 1, 3 và 5

20

Tiểu luận Tương thích điện từ
Hình 2-2 thể hiện đường bao của tín hiệu GSM với 3 nguồn có cường độ bằng nhau trên
các kênh 1, 47 và 124. Các đỉnh của hình bao có khoảng thời gian 40ns, thời gian xác định
bằng nghịch đảo tổng băng thông của các nguồn ( 25MHz).
Hình 2-3 thể hiện đường bao tạo bởi 3 nguồn GSM trên kênh 1, 3 và 5. thời gian của các
đỉnh bây giờ sẽ dài hơn bởi vì băng thông của tín hiệu nhỏ hơn nhiều, tuy nhiên chu kỳ
hoạt động của các đỉnh là giống nhau. Sự điều chế tín hiệu sóng mang là tham số thứ 2 khi
xem xét tạm thời của hệ thống đường bao không thay đổi như GSM và PCN.
Ở UMTS cường độ trường nguồn thứ 3 tại khoảng cách 2m lớn hơn 50% so với cường độ
trường tại nguồn thứ 1 tại khoảng cách 1m.Tuy nhiên nguồn thứ 3 được truyền với công
suất tối đa và duy trì một lượng thời gian đáng kể, và thấp hơn đáng kể so với GSM.
Kiểu TDD của UMTS phân chia thời gian với chiều dài khung 10ms được chia cho 16 khe
trong khoảng thời gian là 625µs. Một máy phát có thể dùng nhiều hơn 1 khe thời gian để
truyền dữ liệu hay cung cấp các dịch vụ tương thích. Tốc độ của khung là 100Hz với chu
kỳ làm việc cơ bản là 1/16=6.26%. Tuy nhiên với nhiều khe thời gian được sử dụng trong
1 khung sóng hài của TDD sẽ phụ thuộc vào các khe thời gian sử dụng đúng.
Thiết bị Potential Victim :
Thiết bị trị liệu y tế được sử dụng để cung cấp một số hình thức điều trị cho bệnh nhân và
do đó có khả năng gây tổn hại đáng kể. Nó thường được sử dụng trong các điều kiện được
giám sát nhưng điều này không phải là luôn luôn như vậy. Thiết bị như vậy phải xem an
toàn là quan trọng. Nhiều loại thiết bị này sử dụng hệ thống điều khiển điện tử kỹ thuật số
và do đó nó tồn tại tính nhạy cảm giống loại thiết bị điện tử. Khi xem xét khả năng miễn
nhiễm của các thiết bị điện thoại di động tại 2 GHz, lưu ý rằng khẩu độ và chiều dài dây
cáp là 7.5 cm, sẽ có cộng hưởng.
Trong các thiết bị đo lường khả năng miễn nhiễm, chương trình điều trị của chúng ta nói
chung là khá miễn nhiễm (> 30V/m) để mô phỏng tín hiệu GSM và TETRA mặc dù các
máy bơm truyền và ống tiêm bị lỗi tại 11V/m và 18V/m.

21

Tiểu luận Tương thích điện từ
Thiết bị chẩn đoán được sử dụng để theo dõi bệnh nhân và do đó thường liên quan đến các
cáp kết nối đến bệnh nhân. Các loại cáp thông thường dài khoảng 3m và hoặc là
không được bảo vệ hoàn toàn hoặc một phần. Do tính chất của họ loại thiết bị này có thể
cho tần số thấp đi qua (1-200 Hz) với tính nhạy cảm với EMI rất cao; Can thiệp một vài
millivolts của tần số thấp có thể gây ra lỗi trong các hệ thống. Điều này là mối quan tâm
đặc biệt trong trường hợp ở đó thiết bị chẩn đoán được sử dụng để điều khiển tự động một
quá trình điều trị, chẳng hạn như máy điều hòa nhịp tim ở ngoài.
Chế độ UMTS TDD với tốc độ khung 100 Hz là có lẽ chỉ đủ cao để ngăn chặn hầu hết
những vấn đề được thấy với TETRA tốc độ khung 17 Hz chống lại thiết bị y tế chẩn đoán.
Tình hình sẽ được cải thiện hơn nữa bởi các 'đỉnh' trường cấp thấp hơn được tạo ra bởi
điện thoại di động UMTS là 14dB, ít hơn TETRA, tại cùng một khoảng cách giống nhau.
Cable Coupled Threat
Các cáp của thiết bị y tế, điển hình là thiết bị chẩn đoán, giống như băng thông rộng phân
bố các anten ở tần số cao sử dụng hệ thống vô tuyến di động. Để dự đoán EMI trong tải
cáp, các kiểu được tạo bởi các kết nối cân bằng cao và các kết nối cân bằng thấp để phạm
vi mức giao thoa có thể xuất hiện ở hệ thống thực.
Hình 28 thể hiện hàm truyền của nguồn lưỡng cực đơn từ 1m đến 3m 115Ω loại cáp xoắn
không bọc để cường độ trường tối đa (13.4V/m for GSM). Có sự khác nhau lên đến 30dB
với đầu cuối cân bằng thấp. Bảng 6 thể hiện đỉnh điện áp tải ước lượng từ hàm truyền ở
hình 28 cho số nguồn máy di động cầm tay ở công suất tối đa.

22


Tiểu luận Tương thích điện từ
Bảng 2-CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÁY DI ĐỘNG Ở MÔI TRƯỜNG BỆNH VIỆN-3
Đỉnh điện áp tải cho loại cáp không bọc 3m, Against a Single Source

2.3 Xác định nhiễu điện từ trong những trường hợp giả định điển hình:
Những phần bên dưới xem xét nhiễu điện từ (“threat”) trong những trường hợp giả định
điển hình đã nêu ở mục trên.
2.3.1 Trường hợp trong bệnh viện
Nhiễu điện từ (EM) gây ra từ những thiết bị di động cầm tay trong môi trường bệnh viện
đã được thảo luận ở mục 2.1.1, trong cả 3 trường hợp, trường hợp này là điển hình nhất.
Xem xét về nhiễu trường bức xạ, những giá trị trong bảng 5 có thể được so sánh với những
tiêu chuẩn kiểm tra đã được thảo luận trước đó, và nó có thể được kết luận rằng những
trường vượt quá tiêu chuẩn kiểm tra có thể được tính đến.

23


Tiểu luận Tương thích điện từ
Bảng CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÁY DI ĐỘNG Ở MÔI TRƯỜNG BỆNH VIỆN-4
Cường độ điện trường E tối đa cho 1 và 3 nguồn khi các khe thời gian chồng lấn

Những phép đo trên những thiết bị dễ bị ảnh hưởng chỉ ra rằng hầu hết vấn đề xảy ra liên
quan tới tốc độ khung TDMA. Những tiêu chuẩn kiểm tra hiện tại về vấn đề này được giới
thiệu gần đây trong tiêu chuẩn cơ bản ENV 50204, nhưng nó đưa ra cách tiếp cận linh hoạt
hơn, đề cập tới nhiều tốc độ và duty cycles.
Bảng CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÁY DI ĐỘNG Ở MÔI TRƯỜNG BỆNH VIỆN-5
Cường độ trường E tối đa cho 1 và 5 nguồn trong các khe thời gian chồng lấn

Đối với trường hợp trong bệnh viện, những con số này đã vượt ngưỡng tiêu chuẩn thử
nghiệm là 4.23 V/m (mức đỉnh khi không điều chế) và 5.4 V/m ( được điều chế) đã được
thảo luận ở trên. Mức nhiễu này nên được xem là một trường hợp xấu nhất không quá
nghiêm trọng ở mức độ ngày càng tăng của điện thoại di động. Tuy nhiên, với thiết bị hệ
thống UMTS, do công suất thấp và không dựa vào khe thời gian, không vượt ngưỡng tiêu
chuẩn thử nghiệm, ngay cả trong những điều kiện xấu nhất.

24