許多植入了心臟起搏器等醫(yī)療植入物的人會(huì)被告知應(yīng)與磁場(chǎng)保持一定距離，以避免其影響或干擾身上植入的挽救生命的設(shè)備。這是因?yàn)椋?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦等現(xiàn)代消費(fèi)類電子設(shè)備中的永磁體周圍，會(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，如果無屏蔽措施加以控制，可能會(huì)擴(kuò)展至以外的區(qū)域。

圖1：人體、心臟和磁體場(chǎng)疊加圖的側(cè)視圖

磁場(chǎng)源可能來自多處且強(qiáng)度各異。例如，地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度大約是30微特斯拉（mT），非常微弱。而永磁體的表面磁場(chǎng)強(qiáng)度可能約有1特斯拉，足以導(dǎo)致某些電子設(shè)備發(fā)生故障問題。

一些消費(fèi)類電子設(shè)備會(huì)使用永磁體來鎖定或校準(zhǔn)無線充電線圈，當(dāng)這些消費(fèi)電子設(shè)備與敏感醫(yī)療設(shè)備鄰近到一定程度，永磁體就可能會(huì)影響醫(yī)療設(shè)備、帶來風(fēng)險(xiǎn)。

永磁鐵周圍的邊緣磁通取決于它的磁場(chǎng)強(qiáng)度以及相鄰的鐵質(zhì)材料的大小和數(shù)量，而后者還會(huì)反過來影響磁鐵在不同距離和不同方向上的磁場(chǎng)強(qiáng)度。因此，在設(shè)計(jì)內(nèi)置有永磁體的消費(fèi)類電子產(chǎn)品時(shí)，評(píng)估醫(yī)療設(shè)備的邊緣磁通至關(guān)重要。

如何針對(duì)生物醫(yī)療應(yīng)用評(píng)估磁場(chǎng)？

在Ansys Maxwell里，可以定義任意磁體組件，并在3D空間中評(píng)估磁場(chǎng)。使用者可以使用人體模型評(píng)估不同位置上的磁場(chǎng)，運(yùn)用Maxwell中的自動(dòng)自適應(yīng)網(wǎng)格剖分，可為任何幾何結(jié)構(gòu)組合創(chuàng)建準(zhǔn)確、高效、合適的網(wǎng)格。為磁體組件的位置或旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以研究相關(guān)醫(yī)療設(shè)備附近的磁場(chǎng)強(qiáng)度。這便于研究不同的磁結(jié)構(gòu)，評(píng)估磁屏蔽方案或制定指南，規(guī)定磁體應(yīng)與醫(yī)療設(shè)備保持合理距離。

圖2（左）：人體、心臟、磁鐵模型的前視圖和側(cè)視圖，圖3（右）：磁體的磁化方向

這里展示的例子使用了Halbach磁體陣列，通過采用特定磁化模式，可以增強(qiáng)和消除磁體不同區(qū)域的磁場(chǎng)，如圖3所示。首先，我們?yōu)樾呐K與磁體陣列之間的距離和磁體材料等級(jí)設(shè)置參數(shù)掃描。我們將距離變量定義為“distance_x”，掃描范圍是+20mm到-20mm，表示遠(yuǎn)離和貼近人體心臟模型的距離。

掃描三種等級(jí)的磁體材料，包括“ShinEtsu_N32EZ_20cel”、 “ShinEtsu_N42SH-R_20cel”和“ShinEtsu_N52_20cel”。

繪制B場(chǎng)的大小與距離和磁體等級(jí)的關(guān)系圖，可以定量地顯示出永磁體與人體心臟之間距離較遠(yuǎn)時(shí)，人體心臟周圍的磁場(chǎng)如何隨不同磁體材料發(fā)生衰減。

圖4. 永磁體的B-H曲線

圖5. 心臟的平均磁通量密度與心臟和磁體之間的距離以及磁體等級(jí)的關(guān)系

呈現(xiàn)時(shí)采用場(chǎng)疊加圖，方便使用者查看人體周圍的磁場(chǎng)。場(chǎng)疊加圖的動(dòng)畫直觀地顯示了心臟周圍的磁通量密度隨永磁體的位置變化發(fā)生改變。

借助Ansys Maxwell，可以了解消費(fèi)類電子產(chǎn)品中永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)與敏感醫(yī)療設(shè)備之間的相互作用，獲得關(guān)于磁體組件的磁場(chǎng)強(qiáng)度和影響醫(yī)療設(shè)備的磁場(chǎng)強(qiáng)度等關(guān)鍵信息。

審核編輯：劉清