許多植入了心臟起搏器等醫(yī)療植入物的人會被告知應(yīng)與磁場保持一定距離，以避免其影響或干擾身上植入的挽救生命的設(shè)備。這是因為，手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦等現(xiàn)代消費類電子設(shè)備中的永磁體周圍，會產(chǎn)生漏磁場，如果無屏蔽措施加以控制，可能會擴(kuò)展至以外的區(qū)域。

圖1：人體、心臟和磁體場疊加圖的側(cè)視圖

磁場源可能來自多處且強(qiáng)度各異。例如，地球磁場的強(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。

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

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

如何針對生物醫(yī)療應(yīng)用評估磁場？

在Ansys Maxwell里，可以定義任意磁體組件，并在3D空間中評估磁場。使用者可以使用人體模型評估不同位置上的磁場，運(yùn)用Maxwell中的自動自適應(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)建實驗設(shè)計，可以研究相關(guān)醫(yī)療設(shè)備附近的磁場強(qiáng)度。這便于研究不同的磁結(jié)構(gòu)，評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，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。

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

繪制B場的大小與距離和磁體等級的關(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，人體心臟周圍的磁場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的關(guān)系

呈現(xiàn)時采用場疊加圖，方便使用者查看人體周圍的磁場。場疊加圖的動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，可以了解消費類電子產(chǎn)品中永磁體產(chǎn)生的磁場與敏感醫(yī)療設(shè)備之間的相互作用，獲得關(guān)于磁體組件的磁場強(qiáng)度和影響醫(yī)療設(shè)備的磁場強(qiáng)度等關(guān)鍵信息。

審核編輯：劉清