電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對RFID設(shè)備在醫(yī)療環(huán)境中電磁干擾的分析

電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對RFID設(shè)備在醫(yī)療環(huán)境中電磁干擾的分析射頻識別(RadioFrequencyIdentification，RFID)技術(shù)作為一種快速、準(zhǔn)確、有效的識別方式，目前已在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。隨著近年來醫(yī)院信息化的快速發(fā)展，RFID技術(shù)在醫(yī)院的人員跟蹤管理、血液制品管理、藥品管理、病床管理、耗材及設(shè)備跟蹤管理等方面都得到了廣泛應(yīng)用[1]。一方面它可以提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率，另一方面也可以減少醫(yī)療失誤的發(fā)生，降低病人的治療風(fēng)險。1、RFID技術(shù)介紹RFID技術(shù)是現(xiàn)代化的信息采集技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。RFID系統(tǒng)通常由讀寫器(Reader)和電子標(biāo)簽(Transponder)組成。讀寫器天線通過發(fā)射或收取加載無線信號的電磁波，使得儲存在標(biāo)簽上的電子信息能夠被讀取或者改寫。根據(jù)能量供給方式的不同，RFID標(biāo)簽主要分為被動(Passive)、主動(Active)和半主動(SemiActive)形成;根據(jù)工作頻率的不同，RFID標(biāo)簽分為低頻(LowFrequency，LF)、高頻(HighFrequency，HF)、超高頻(UltraHighFrequency，UHF)和微波頻段(SuperHighFrequency，SHF)標(biāo)簽[2]。在應(yīng)用方面，低頻和高頻的電子標(biāo)簽，讀取距離較短、數(shù)據(jù)量少，因此適合用于近距離的識別。超高頻系統(tǒng)由于具有不同的電磁感應(yīng)方式，讀寫器和標(biāo)簽的讀取距離可>10m，數(shù)據(jù)速率可達(dá)640kbps。RIFD常用頻段參數(shù)特性，見表1。表1RFID常用頻段參數(shù)特性RFID分類頻率標(biāo)準(zhǔn)讀取距離低頻(LF)125~134kHzISO18000-2<0.1m高頻(HF)13.56MHzISO18000-3

ISO144430.1~1m超高頻(UHF)歐洲國家主要采用868MHz，美國和其他國家采用905~916MHzISO18000-6

EPCclass1GEN21~10m微波頻段(SHF)2.45GHz和5.8GHzISO18000-4主動標(biāo)簽可＞100m2、RFID在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用中的電磁干擾現(xiàn)象隨著近年來醫(yī)院信息化管理的快速發(fā)展，RFID技術(shù)也逐漸得到了醫(yī)療行業(yè)的青睞，它能夠?qū)崿F(xiàn)與醫(yī)院現(xiàn)有信息系統(tǒng)的無縫連接，實現(xiàn)醫(yī)院數(shù)據(jù)采集的智能化和醫(yī)療行為的有效管理。然而，一項新技術(shù)在帶來便捷的同時，也必然會帶來未知的問題。電子醫(yī)療設(shè)備存在著電磁干擾(ElectromagneticInterference，EMI)的風(fēng)險。對于RFID設(shè)備在醫(yī)療環(huán)境中的應(yīng)用，我國目前還沒有制定相應(yīng)的使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因此一些學(xué)者質(zhì)疑它是否會像手機(jī)或者其他無線電發(fā)射設(shè)備一樣，對正常運(yùn)作的醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生潛在的電磁干擾[3]。國外已展開了相關(guān)的研究，2007年，美國FDA的Seidman等人證明了RFID設(shè)備對心臟起搏器和植入式心臟除顫儀會產(chǎn)生一定的電磁干擾[4]。在這項報告中，71%的低頻設(shè)備和11%的高頻設(shè)備會對植入式產(chǎn)品產(chǎn)生干擾波。2008年，荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)醫(yī)療中心的Togt等人證明了RFID系統(tǒng)會對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生不同程度的電磁干擾[5]。這項研究在受控環(huán)境下進(jìn)行，結(jié)果顯示，超高頻RFID對63%的醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生了干擾。德國醫(yī)療技術(shù)和人體工學(xué)中心的Hoelsher等人也通過實驗證明了RFID超高頻系統(tǒng)會對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生超過安全標(biāo)準(zhǔn)的電磁場[6]。這些國外的測試研究均證明了，現(xiàn)有RFID設(shè)備會對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生潛在的電磁干擾，從而影響設(shè)備的正常運(yùn)作，甚至威脅患者的生命安全。因此RFID對醫(yī)療器械的電磁干擾問題尤其值得慎重考慮。3、醫(yī)療環(huán)境中電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求RFID的信號通過不同頻段的電磁波進(jìn)行傳輸和反饋，因此當(dāng)它在醫(yī)療環(huán)境中運(yùn)用時，要考慮到可能對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾。電磁干擾信號可能會影響一些高敏感度的醫(yī)療設(shè)備和相應(yīng)的診斷、治療和監(jiān)護(hù)進(jìn)程，干擾或改變治療參數(shù)，甚至導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行，從而影響醫(yī)療效果，產(chǎn)生負(fù)作用[7]。就醫(yī)療設(shè)備本身而言，一方面需要自身具有一定的抗電磁干擾的能力，另一方也要能夠采集到最小的信息信號。因此，醫(yī)療電子設(shè)備的電磁兼容性(ElectromagneticCompatibility，EMC)測試被認(rèn)為是一項重要的質(zhì)量指標(biāo)，它主要包括抗干擾測試(ImmunityTest)和發(fā)射測試(EmissionTest)[8]。在IEC60601-1-2《醫(yī)用電氣設(shè)備第1-2部分：安全通用要求并列標(biāo)準(zhǔn)：電磁兼容要求和試驗》中，規(guī)定了對生命支持設(shè)備和非生命支持設(shè)備的電磁抗擾度，他們的抗干擾水平分別為10V/m和3V/m[9]。生命支持設(shè)備主要指呼吸機(jī)、血透機(jī)等對維持患者生命起著關(guān)鍵作用的醫(yī)療設(shè)備，相較于非生命支持設(shè)備，這類設(shè)備的安全性能要求更為嚴(yán)格，抗電磁干擾水平也高于非生命支持設(shè)備。在IEC61000-4-3《電磁兼容性(EMC)第4-3部分：測試及測量技術(shù)?放射性、射頻式、電磁場抗干擾度試驗》針對所有電子電氣設(shè)備的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中，醫(yī)療設(shè)備屬于其中的水平等級3和水平等級2[10-11]。低頻率的干擾主要來源于傳導(dǎo)發(fā)射產(chǎn)生的干擾電壓;而高頻率的干擾主要來源于輻射發(fā)射產(chǎn)生的電磁干擾場強(qiáng)。同時在IEC60601-1-2標(biāo)準(zhǔn)中，也給出了在電磁環(huán)境中醫(yī)療設(shè)備抗干擾度的推薦距離，在相同的發(fā)射功率下，生命支持設(shè)備的抗電磁干擾水平要高于非生命支持設(shè)備，推薦距離也相對較遠(yuǎn)，如表2~3所示。表2生命支持設(shè)備的抗干擾度水平標(biāo)準(zhǔn)IEC60601-1-2頻段符合電平推薦距離(m)IEC61000-4-6(傳導(dǎo)干擾)150kHz~80MHz且在ISM頻帶外3Vrms3.5150kHz~80MHz且在ISM頻帶內(nèi)10Vrms12IEC61000-4-3(輻射干擾)80MHz~800MHz10V/m1.2800MHz~2.5GHz10V/m2.3表3非生命支持設(shè)備的抗干擾度水平標(biāo)準(zhǔn)IEC60601-1-2頻段符合電平推薦距離(m)IEC61000-4-6(傳導(dǎo)干擾)150kHz~80MHz3Vrms1.2IEC61000-4-3(輻射干擾)80MHz~800MHz3V/m1.2

800MHz~2.5GHz3V/m2.3注：ISM頻帶包括6.765~6.795MHz、13.553~13.567MHz、26.957~27.283MHz、40.66~40.70MHz等;符合電平是指將某給定電磁干擾施加于某一設(shè)備，而其仍能正常工作并保持所需性能等級的干擾強(qiáng)度水平;rms指電壓均方根值，即有效電壓;P指制造商提供的發(fā)射機(jī)最大輸出額定功率。在2009年出臺的IEC60601-1-4(第4版)以及IEC醫(yī)用電氣設(shè)備電磁兼容性和安全方面的工作建議中，增添了關(guān)于醫(yī)療設(shè)備的抗電磁干擾的內(nèi)容，其中主要有：定義了新的安全抗干擾水平(SafetyImmunityTestLevels)和性能抗干擾水平(PerformanceImmunityTestLevels)，規(guī)定醫(yī)療設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)要求要高于性能標(biāo)準(zhǔn)要求[12]，對現(xiàn)有電磁環(huán)境進(jìn)行新的定義和分類，介紹ISO14971《風(fēng)險管理對醫(yī)療器械的應(yīng)用》風(fēng)險評估的方法。這些新增的內(nèi)容都是為了確保無線設(shè)備在醫(yī)療環(huán)境中能夠更安全、有效地應(yīng)用。4、不同醫(yī)療環(huán)境中的電磁兼容在過去關(guān)于醫(yī)療設(shè)備抗電磁干擾的標(biāo)準(zhǔn)中，往往僅考慮醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院內(nèi)的使用情況。但隨著科技的發(fā)展，許多設(shè)備逐漸變得輕巧、簡便，方便患者在各個地點使用，特別是一些便攜式、植入式及可穿戴的醫(yī)療設(shè)備。例如植入式的心臟起搏器，要保證在各種場所能正常安全地工作，不會被其他電子發(fā)射信號或設(shè)備干擾。因此IEC60601-1-4《醫(yī)用電氣設(shè)備第1-4部分：基本安全和必要性能的通用要求：電磁干擾的測試和要求》，提出了電磁環(huán)境的分類以及如何根據(jù)環(huán)境來合理地確定抗干擾水平。在這版標(biāo)準(zhǔn)中，強(qiáng)調(diào)了不同的電磁環(huán)境，分別是醫(yī)院、診所、住家、交通工具[12]。不同環(huán)境中的醫(yī)療設(shè)備所需的抗干擾水平，見表4~5。表4不同環(huán)境的電磁安全抗干擾水平

醫(yī)院診所住家交通工具電磁場強(qiáng)10V/m10V/m20V/m30V/m信號調(diào)制80%AM1kHz表5不同環(huán)境的電磁性能抗干擾水平

醫(yī)院/診所/住家交通工具電磁場強(qiáng)3V/m10V/m信號調(diào)制80%AM1kHz5、討論本文通過分析現(xiàn)有的醫(yī)療行業(yè)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，指出RFID對醫(yī)療設(shè)備存在潛在的電磁干擾，并指出不同醫(yī)療環(huán)境中抗電磁干擾的要求不同。因此在加護(hù)病房、手術(shù)室及其他類似的醫(yī)療環(huán)境下，實施RFID技術(shù)需要依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行現(xiàn)場的電磁干擾測試[13-15]。在實施過程中，可依據(jù)CISPR11《工業(yè)、科技和醫(yī)療設(shè)備-無線電頻率干擾特性-測量限值和方法》或ANSIC63.18《評估醫(yī)療設(shè)備對具體射頻發(fā)射機(jī)輻射電磁抗擾性的現(xiàn)場測試方法》測試不同環(huán)境下的電磁干擾程度，并通過ISO14917《醫(yī)療器械風(fēng)險管理對醫(yī)療器械的應(yīng)用》進(jìn)行相關(guān)的設(shè)備風(fēng)險評估。在市場層面，RFID設(shè)備制造廠商已經(jīng)逐漸重視其在醫(yī)療行業(yè)的市場，通過不斷地發(fā)展技術(shù)，將會研發(fā)出更適合在醫(yī)療環(huán)境中使用的RFID設(shè)備，在保證信息傳輸?shù)耐瑫r減少電磁波對