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Qual è l'impatto delle EMI irradiate nei dispositivi medici?

Qual è l’impatto delle EMI irradiate nei dispositivi medici?

Esistono particolari condizioni mediche che richiedono l’utilizzo o l’impianto di dispositivi critici, come dispositivi indossabili per il monitoraggio dei parametri vitali, pacemaker, defibrillatori e microinfusori di insulina. Ma quale è l’impatto EMI nei dispositivi medici? Questi dispositivi includono componenti elettroniche che non devono assolutamente risentire della presenza di altri dispositivi elettronici, come ad esempio i telefoni cellulari, altrimenti potrebbero verificarsi dei comportamenti anomali. Per soddisfare i requisiti di compatibilità elettromagnetica dei dispositivi medici impiantabili e indossabili, sono stati definiti degli standard per le interferenze elettromagnetiche.

Qual è la differenza tra EMI e RFI?

I termini interferenza a radiofrequenza (RFI) e interferenza elettromagnetica (EMI) vengono spesso utilizzati in modo intercambiabile, in quanto le onde radio sono semplicemente un sottoinsieme dello spettro elettromagnetico. Tuttavia, nella pratica c’è una differenza sostanziale. L’EMI si riferisce a qualsiasi frequenza di rumore elettrico, mentre l’RFI è un sottoinsieme specifico di rumore elettrico all’interno dello spettro EMI. L’RFI è classificato come un disturbo che può influire su un circuito elettrico a causa della conduzione elettromagnetica o della radiazione elettromagnetica emessa da una fonte esterna.

La Compatibilità Elettromagnetica (EMC) è un pilastro fondamentale della progettazione e produzione di dispositivi elettronici. Questa disciplina, definisce la capacità di un apparecchio di operare efficacemente nel suo ambiente, senza introdurre disturbi elettromagnetici che potrebbero compromettere il funzionamento di altri dispositivi. A livello europeo e italiano, esistono diverse normative che delineano gli standard da rispettare, come ad esempio la norma IEC 60601-1-2 per il settore medico.

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La norma IEC 60601-1-2

La norma IEC 60601-1-2 è lo standard principale per le EMI e la compatibilità elettromagnetica (EMC) nelle apparecchiature e nei sistemi medicali elettronici. Questo standard è stato creato per definire le aspettative di sicurezza e prestazioni per le apparecchiature elettroniche mediche in presenza di interferenze elettromagnetiche.

Ad esempio, nella sezione 4.2 vengono specificati i test di immunità per una vasta gamma di disturbi, inclusi quelli provenienti da dispositivi di radiofrequenza. Ciò è cruciale in ambienti ospedalieri dove apparecchi come pacemaker o scanner MRI devono funzionare senza errore in presenza di segnali elettromagnetici potenzialmente perturbativi.

Effetti EMI sull’elettronica impiantabile o indossabile medicale

Le interferenze elettromagnetiche possono avere effetti significativi sui dispositivi medici impiantabili e indossabili, mettendo a rischio la loro funzionalità e la sicurezza dei pazienti. Le onde elettromagnetiche emesse da dispositivi di comunicazione (smartphone, ecc.) o da scariche elettrostatiche (ESD) possono causare disturbi di alimentazione, provocando un aumento della corrente conduttiva e un campo transitorio irradiato localizzato.

Il percorso di accoppiamento dalla sorgente al recettore potrebbe essere un campo magnetico, una corrente elettrica o persino un campo elettromagnetico. Ad esempio, i fulmini sono fonti di EMI di origine naturale. Altre fonti di EMI possono includere radio, reti wireless, computer, cellulari o qualsiasi altro dispositivo elettrico che trasmette segnali.

Un esempio tipico è rappresentato dai pacemaker e dai defibrillatori impiantabili, i cui cavi lunghi possono agire come antenne, captando segnali EMI e interferendo con la corretta rilevazione dei ritmi cardiaci. Questo può portare a falsi allarmi o, in casi estremi, a scariche elettriche non necessarie, causando disagio o danni al paziente.

I Neurostimolatori, utilizzati per trattare condizioni come il dolore cronico e i disturbi del movimento, possono essere interferiti da campi elettromagnetici generati da dispositivi come i metal detector degli aeroporti e i sistemi di identificazione a radiofrequenza (RFID). Questo può portare a stimolazioni non intenzionali, con conseguente dolore o disagio per il paziente.

Schermatura contro le EMI

Con la diffusione di un numero di dispositivi elettronici in forte crescita, occuparsi della schermatura EMI al giorno d’oggi è una vera e propria sfida. L’utilizzo e la produzione di nuovi dispositivi medici che implementano circuiti più piccoli e veloci, potrebbe diventare un punto debole che li rende suscettibili ai campi elettromagnetici e interferenze.

Per la schermatura contro le interferenze elettromagnetiche (EMI) possono essere utilizzati diversi materiali. L’oro è uno dei materiali migliori sia dal punto di vista di una schermatura ottimale, che dalla compatibilità biologica dato che non provoca alcuna reazione quando viene a contatto con il corpo umano. Quindi, si tratta della migliore soluzione per i rivestimenti EMI per dispositivi medici (come i pacemaker). Occasionalmente, per la schermatura dei pacemaker viene utilizzato anche il platino, resistente alla corrosione, ma con un costo superiore a quello dell’oro, che è già di suo molto costoso. Un’altra possibilità è quella di utilizzare una schermatura non ferromagnetica a base di polimeri, la quale non disturba le immagini di risonanza magnetica.

Schermatura EMI a più cavità

I progettisti di dispositivi medici devono sempre trovare la migliore soluzione di schermatura EMI, in modo da evitare guasti alle apparecchiature e rispettare tutti gli standard previsti nelle normative di riferimento. Una schermatura EMI multi-cavità aiuta a risolvere molteplici problemi di schermatura.

Una schermatura EMI multi-cavità prevede l’utilizzo di un leggero materiale plastico metallizzato che può essere modellato e adattarsi a qualsiasi design. Presenta un’eccellente capacità di schermatura e rispetto alle schermature in metallo perforate e saldate, ha un meccanismo di fissaggio molto semplice.

Quindi, il materiale plastico metallizzato viene fissato al circuito stampato (PCB) dopo il processo di rifusione SMT (Surface-Mount Technology). Si tratta di una soluzione vantaggiosa per due motivi principali: rende possibile ispezionare o rilavorare più facilmente i componenti e può essere facilmente rimosso manualmente, senza causare danni alla scheda o alle saldature.

Cosa Sono i Filtri EMI e Come Funzionano

Cosa Sono i Filtri EMI e Come Funzionano?

L’energia rinnovabileNell’era della digitalizzazione e dell’automazione industriale, i disturbi associati alla linea di alimentazione rappresentano un problema non indifferente. Infatti, le interferenze elettromagnetiche possono compromettere il funzionamento di diversi dispositivi sensibili, con ripercussioni che possono essere più o meno gravi in base al campo di interesse.

In questo contesto, i dispositivi per la qualità dell’energia (Power Conditioner), come il filtro EMI, rappresentano una soluzione efficace per proteggere i carichi elettronici da questi disturbi. sta diventando sempre più importante per la transizione verso un’economia a basse emissioni di carbonio.

Filtri EMI

L’impiego di un filtro EMI può essere utile per ridurre le emissioni condotte e soddisfare i requisiti di immunità e di transitori rapidi delle emissioni irradiate. Nello specifico, i filtri EMI possono essere definiti sono dei dispositivi elettronici appositamente progettati per sopprimere le interferenze elettromagnetiche condotte presenti in un circuito elettrico. Il loro impiego è critico in una vasta gamma di applicazioni, da quelle industriali a quelle di consumo, dove oltre a mantenere l’integrità dei segnali è indispensabile rispettare le normative internazionali sulla compatibilità elettromagnetica.

esempio di un filtro EMI monofase ad alte prestazioni
Esempio di un filtro EMI monofase ad alte prestazioni

Un filtro EMI di rete o di linea può essere installato nel punto di ingresso dell’alimentazione dell’apparecchiatura per evitare che il rumore elettromagnetico si diffonda o entri nel dispositivo medico.

Interferenze della tomografia computerizzata (TC) con i dispositivi medici

La Federal Drug Administration (FDA) ha ricevuto segnalazioni di eventi avversi che potrebbero essere associati alla tomografia computerizzata di dispositivi elettronici impiantabili e indossabili, come pompe per insulina, dispositivi elettronici cardiaci impiantabili e neurostimolatori.

Lo scanner TC irradia direttamente i circuiti di alcuni dispositivi, causando potenzialmente un’interferenza elettronica sufficiente a comprometterne il funzionamento. Anche se la probabilità di causare eventi avversi clinicamente significativi è bassa, è comunque possibile.

L’interferenza può essere evitata quando il dispositivo medico non si trova all’interno del fascio primario di raggi X dello scanner TC. Per i pazienti portatori di dispositivi medici impiantabili o indossabili, la TC è generalmente la tecnologia di imaging tomografico ideale, poiché è più sicura anche per i pazienti che utilizzano dispositivi non compatibili con la risonanza magnetica (RM).

Conclusioni

L’aumento delle tecnologie wireless avanzate ha portato a una sostanziale contaminazione dell’ambiente che ci circonda con un elevato livello di interferenze elettromagnetiche. Questa situazione può influire negativamente sui dispositivi medici indossabili e impiantabili, rappresentando un potenziale pericolo per le persone. Per questo motivo, i progettisti di dispositivi medici devono “peccare di prudenza”. I metodi di schermatura e filtraggio delle EMI devono essere sempre considerati una parte fondamentale dei progetti, garantendo così la sicurezza e l’affidabilità delle apparecchiature mediche.

Ivan Scordato
progettista elettrico e appassionato di nuove tecnologie. Scrive articoli di approfondimento tecnico e conosce anche tecniche SEO per la scrittura su web.