醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容性分析

電磁干擾傳播途徑一般也分為兩種：即傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式。任何電磁干擾的發(fā)生都必然存在干擾能量的傳輸和傳輸途徑（或傳輸通道）。通常認(rèn)為電磁干擾傳輸有兩種方式：一種是傳導(dǎo)傳輸方式；另一種是輻射傳輸方式。因此從被干擾的敏感器來(lái)看，干擾耦合可分為傳導(dǎo)耦合和輻射耦合兩大類。傳導(dǎo)傳輸必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接，干擾信號(hào)沿著這個(gè)連接電路傳遞到敏感器，發(fā)生干擾現(xiàn)象。這個(gè)傳輸電路可包括導(dǎo)線，設(shè)備的導(dǎo)電構(gòu)件、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和互感元件等。　　

輻射傳輸是通過(guò)介質(zhì)以電磁波的形式傳播，干擾能量按電磁場(chǎng)的規(guī)律向周圍空間發(fā)射。常見(jiàn)的輻射耦合由三種：　　

1. 甲天線發(fā)射的電磁波被乙天線意外接受，稱為天線對(duì)天線耦合；　　

2. 空間電磁場(chǎng)經(jīng)導(dǎo)線感應(yīng)而耦合，稱為場(chǎng)對(duì)線的耦合；　

3.兩根平行導(dǎo)線之間的高頻信號(hào)感應(yīng)，稱為線對(duì)線的感應(yīng)耦合。在實(shí)際工程中，兩個(gè)設(shè)備之間發(fā)生干擾通常包含著許多種途徑的耦合。正因?yàn)槎喾N途徑的耦合同時(shí)存在，反復(fù)交叉耦合，共同產(chǎn)生干擾，才使電磁干擾變得難以控制?！　?/p>

醫(yī)療設(shè)備在診斷和治療方面所起的重要作用，使得電磁干擾對(duì)其的影響直接關(guān)系到患者的人身安全，目前醫(yī)療設(shè)備小型、高靈敏度和智能化的實(shí)現(xiàn)，使它們更易受電磁干擾的影響，特別是那些抗干攏能力差的（即電磁兼容性差的診斷儀器，為醫(yī)生提供了失真的數(shù)據(jù)、波形及圖像等信息，使得醫(yī)生不能做出正確診斷，當(dāng)然會(huì)影響有效的治療，甚至危及人的生命，國(guó)際有許多這方面的報(bào)道?！　?/p>

經(jīng)美國(guó)FDA認(rèn)定的疑為因醫(yī)療器械受電磁干攏引發(fā)的事故；植人心臟起搏器的患者在乘坐救護(hù)車急救過(guò)程中，因救護(hù)人員使用雙向無(wú)線通訊設(shè)備而導(dǎo)致起博失效。病人監(jiān)護(hù)儀受電磁干擾影響，致使病人因檢測(cè)不出心律不齊而死亡。設(shè)備的CAT顯示器上過(guò)度干擾，醫(yī)務(wù)人員難以判斷心率，致使病人無(wú)法復(fù)蘇。　　

移動(dòng)電話對(duì)嬰兒暖箱、輸液泵、人工透析器、心臟起博器、心臟除顫裝置產(chǎn)生的干擾，因此美國(guó)的醫(yī)院明令禁止在有這類設(shè)備的病房使用手機(jī)新生兒呼吸監(jiān)護(hù)儀（新生兒呼吸停止而專門設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置）受調(diào)頻電臺(tái)FM發(fā)射的干擾調(diào)制波的影響，擾亂了呼吸節(jié)律導(dǎo)致報(bào)警失靈?！　?/p>

上面的例子僅談了外界的電磁干擾對(duì)醫(yī)用設(shè)備的影響，殊不知現(xiàn)代醫(yī)療中使用了各種高頻、射頻發(fā)射機(jī)高敏感性電氣，電子元件和部件以及使用射頻能量做為診斷或治療的設(shè)備或系統(tǒng)（MAI），其工作時(shí)可能作為一EMI干擾源通過(guò)不同的藕合途徑向周圍傳播出不同頻率范圍和電磁場(chǎng)強(qiáng)度的有用或無(wú)用的電磁波，無(wú)線電廣播通訊業(yè)務(wù)和周圍其它設(shè)備的工作，且它們?cè)诠餐碾姶怒h(huán)境中，還可能受到周圍電力、電子設(shè)備，以及醫(yī)療設(shè)備之間干擾。所以許多醫(yī)用設(shè)備既是干擾源又是敏感設(shè)備也就是說(shuō)它存在干擾和被干擾兩重性，如此以來(lái)一個(gè)間題值得我們思考，在此復(fù)雜的電磁環(huán)境下，醫(yī)療設(shè)備如何達(dá)到一個(gè)既不受或盡量減少受到其它各種電磁干擾的影響，又能盡量減少對(duì)其它設(shè)備或人體的電磁干擾，從而達(dá)到一種平衡，電磁兼性就是這樣的一個(gè)概念。　　

電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性?！　?/p>

為實(shí)現(xiàn)在同一電磁環(huán)境中的醫(yī)療設(shè)備或系統(tǒng)在自身工作正常的情況下，又能達(dá)到不妨礙正常的無(wú)線電通訊工作，又不干擾周圍設(shè)備的正常工作，就須建立一種規(guī)則，既要對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾能力作出規(guī)定，即設(shè)備的抗干擾度水平不能太低，將發(fā)射電平和抗干擾度電平限制在規(guī)定的發(fā)射限值和規(guī)定的抗擾度限值內(nèi)，設(shè)備就達(dá)到了電磁兼容的目的。任何有源的醫(yī)療電子設(shè)備都會(huì)向外輻射電磁場(chǎng)，只不過(guò)輻射磁場(chǎng)強(qiáng)大小、頻率不同，場(chǎng)強(qiáng)愈強(qiáng)對(duì)外干擾愈強(qiáng)。　　

發(fā)射值與抗擾度限值的間隔愈大，則電磁兼容度就愈大，設(shè)備的電磁兼容性愈高。所以限制醫(yī)療設(shè)備的對(duì)外發(fā)射電平，提高其對(duì)電磁環(huán)境的抗擾度能力，兩者兼顧，才能達(dá)到設(shè)備與環(huán)境的互相協(xié)調(diào)?！　?/p>

隨著醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容問(wèn)題日益突顯，國(guó)際上許多國(guó)家從法規(guī)上采取了措施對(duì)醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)品的電磁兼容性進(jìn)行控制，我國(guó)政府也非常重視這個(gè)問(wèn)題，已于2005年4月1日，由國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)發(fā)了：Y Y05 05-2005醫(yī)用電氣設(shè)備電磁兼容性要求和試驗(yàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)兩年執(zhí)行過(guò)渡期，已于2007年4月1日起正式執(zhí)行，這就需要我們?cè)卺t(yī)療實(shí)踐中貫徹這個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，努力提高醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容性，提升設(shè)備的抗干擾能力，將潛在的電磁干擾風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

理論和實(shí)踐的研究表明，不管復(fù)雜系統(tǒng)還是簡(jiǎn)單裝置，任何一個(gè)電磁干擾的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件：首先應(yīng)該具有干擾源；其次有傳播干擾能量的途徑和通道；第三還必須有被干擾對(duì)象的響應(yīng)。在電磁兼容性理論中把被干擾對(duì)象統(tǒng)稱為敏感設(shè)備（或敏感器）。因此干擾源、干擾傳播途徑（或傳輸通道）和敏感設(shè)備稱為電磁干擾三要素?！　?/p>

對(duì)于醫(yī)用設(shè)備和系統(tǒng)而言，既要求它具有不影響無(wú)線電廣播、電視、無(wú)線電通訊等業(yè)務(wù)或不影響其它設(shè)備和系統(tǒng)的基本性能，又要求它對(duì)電磁干擾有一定的抗擾度，它的基本性能不受電磁干擾的影響，所謂抗擾度是指裝置設(shè)備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾不降低運(yùn)行性能的能力，這是表明設(shè)備或系統(tǒng)面對(duì)電磁干擾不降低性能的一種能力，抗擾度越高，表明它越能承受外界的電磁干擾。　　

電磁騷擾源可分為自然騷擾源和人為騷擾源，自然騷擾源包括地球上各處雷電產(chǎn)生的天電噪聲，太陽(yáng)黑子爆炸和活動(dòng)產(chǎn)生的噪聲等，騷擾源由電器或其它用電裝置產(chǎn)生電磁騷擾，本篇所涉及的多為人為騷擾?！　?/p>

提高敏感設(shè)備的抗擾度是實(shí)現(xiàn)電磁兼容的有效手段，醫(yī)療設(shè)備的抗擾度分為7類：　　

（1）靜電放電、（2）射頻輻射、（3）快速舜變脈沖群、（4）浪涌、（5）射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)、（6）工頻磁場(chǎng)、（7）電壓暫降短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度，提高這7個(gè)方面的抗擾度是提高電磁兼容性的好辦法解決電磁兼容問(wèn)題只需從以上3個(gè)要求來(lái)著手，控制干擾源的電磁輻射，抑制電磁干擾的傳播途徑，增加敏感設(shè)備的抗干擾能力，3個(gè)要素中只要缺少一個(gè)要素，電磁干擾就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。　　

作為一個(gè)醫(yī)用設(shè)備的用戶，我們更多的是考慮系統(tǒng)間的電磁兼容性的問(wèn)題，系統(tǒng)間的兼容性技術(shù)也是通過(guò)屏蔽，接地和濾波等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，只不過(guò)實(shí)施方法不同?！　?/p>

屏蔽的愿意是指遮蔽、阻擋的意思。在不同的地方，有不同的意義。屏蔽還指隔離。如：屏蔽服，屏蔽保護(hù)膜等等。其作用是防止靜電和其他輻射?！　?/p>

系統(tǒng)間的屏蔽是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域進(jìn)行金屬隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粎^(qū)域感應(yīng)和輻射，其目的是隔斷電磁場(chǎng)的r合途徑。它有兩個(gè)方面：一是將敏感設(shè)備或系統(tǒng)用屏蔽體包圍起來(lái)，防止受外界磁場(chǎng)的干擾。另一方面是將干擾源屏蔽起來(lái)，防止干擾磁場(chǎng)向外擴(kuò)散，影響其它的無(wú)線設(shè)備或人體。對(duì)干擾源和敏感電器進(jìn)行屏蔽，是利用屏蔽體 阻止高頻電磁場(chǎng)在空間傳播的原理，減少系統(tǒng)間電磁 感應(yīng)的影響，有效提高電磁兼容性能?！　?/p>

屏蔽體對(duì)來(lái)自外部或內(nèi)部的電磁波場(chǎng)有著吸收能量（渦流損耗），反射能量（電磁波在屏蔽體上的反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng)，抵消部分干擾電磁波）的作用，達(dá)到減弱干擾的功能。當(dāng)電磁場(chǎng)頻率較低時(shí)，吸收損耗較小，屏蔽作用以反射損耗為主，采用高導(dǎo)磁材料做屏蔽層，使磁力線限制 在屏蔽體內(nèi)，防止向外擴(kuò)散。當(dāng)干擾電磁場(chǎng)頻率較高時(shí)，吸收損耗隨頻率上升而增加，反射損耗隨頻率上升而下降宜采用導(dǎo)電良好的金屬材料做屏蔽層，利用高頻干擾電磁場(chǎng)，在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生的渦流，形成對(duì)外來(lái)電磁波的抵消作用。　　

屏蔽體較厚或相對(duì)磁導(dǎo)率較大，則屏蔽效能較強(qiáng)，但屏蔽體也不可能無(wú)限加厚，為了增強(qiáng)屏蔽效果，可采用雙層屏蔽法。影響屏蔽效果的主要因素為縫隙通風(fēng)空洞、電源線、信號(hào)線等，為達(dá)到良好的屏蔽效果，要求每條縫隙都應(yīng)該是電磁密封的，實(shí)踐上我們采用增加縫隙深度，減小縫隙長(zhǎng)度，在縫隙中輥人導(dǎo)電襯墊或涂上導(dǎo)電涂料等都是十分有效的方法。通風(fēng)洞孔也是屏蔽效果好壞的關(guān)鍵點(diǎn)，為提高通風(fēng)孔洞的屏蔽效能，我們?cè)跈C(jī)械結(jié)構(gòu)上采取措施，比如采用圓形孔洞、減小孔洞面積，孔洞上覆蓋金屬絲網(wǎng)，采用屏蔽電纜做信號(hào)線和電源線，或在輸入輸出端口上增加濾波器等方式，達(dá)到提高屏蔽效果目的?！　?/p>

接地技術(shù)接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或電子等設(shè)備遭雷擊而采取的保護(hù)性措施，目的是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過(guò)避雷針引入到大地，從而起到保護(hù)建筑物的作用。同時(shí)，接地也是保護(hù)人身安全的一種有效手段，當(dāng)某種原因引起的相線（如電線絕緣不良，線路老化等）和設(shè)備外殼碰觸時(shí)，設(shè)備的外殼就會(huì)有危險(xiǎn)電壓產(chǎn)生，由此生成的故障電流就會(huì)流經(jīng)PE線到大地，從而起到保護(hù)作用。　　

隨著電子通信和其它數(shù)字領(lǐng)域的發(fā)展，在接地系統(tǒng)中只考慮防雷和安全已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求了。比如在通信系統(tǒng)中，大量設(shè)備之間信號(hào)的互連要求各設(shè)備都要有一個(gè)基準(zhǔn)''''''''地''''''''作為信號(hào)的參考地。而且隨著電子設(shè)備的復(fù)雜化，信號(hào)頻率越來(lái)越高，因此，在接地設(shè)計(jì)中，信號(hào)之間的互擾等電磁兼容問(wèn)題必須給予特別關(guān)注，否則，接地不當(dāng)就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。最近，高速信號(hào)的信號(hào)回流技術(shù)中也引入了地的概念。

電路和用電設(shè)備的接地按功能分為安全接地或信號(hào)接地兩方面。安全接地就是采用低阻抗的導(dǎo)體將用電設(shè)備的外殼連接到大地上，使操作使用人員不致因設(shè)備外殼漏電或故障放電而發(fā)生觸電危險(xiǎn)，另一種安全接地為防雷接地。信號(hào)接地是在系統(tǒng)和設(shè)備中采用低阻抗的導(dǎo)線或地平面為各種電路提供具有共同參考電位的信號(hào)返回通路，使流經(jīng)該地線的各電路信號(hào)電流互不影響，信號(hào)接地的主要目的是為了抑制電磁干擾，是以電磁兼容性為目標(biāo)的接地方式，包括：（1）屏蔽接地為了防止電路由于寄生電容存在產(chǎn)生干擾、電路輻射電場(chǎng)或?qū)ν饨珉妶?chǎng)敏感，必須進(jìn)行必要的隔離和屏蔽，這些屏蔽的金屬必須接地，（2）濾波器接地，濾波器中一般包含信號(hào)線和電源線接地的旁路電容，當(dāng)濾波器不接地時(shí)，這些電容就處于懸浮狀態(tài)，起不到旁路作用，（3）噪聲干擾抑制，對(duì)內(nèi)部噪聲和外部干擾的控制需要設(shè)備或系統(tǒng)上許多點(diǎn)與地相連，從而為干擾信號(hào)提供最低阻抗通道（4）電位參考地，電路之間信號(hào)要正確傳輸須有一個(gè)公共電位參考點(diǎn)，這個(gè)公共電位參考點(diǎn)就是地，所以互相連接的電路必須接地。信號(hào)接地方式有四類，它們是將所有電路按信號(hào)特性分類分別接地，形成四個(gè)獨(dú)立接地系統(tǒng)，每個(gè)地子系統(tǒng)采用不同接地方式?！　?/p>

第一類，敏感信號(hào)和小信號(hào)地線系統(tǒng)，這些電路工作電平低，信號(hào)幅度弱，容易受干擾失效或降級(jí)，其地線應(yīng)避免混雜于其他電路中?！　?/p>

第二類，不敏感信號(hào)和大信號(hào)地線系統(tǒng)，這些電路中工作電流大，地線系統(tǒng)電流也大，須與小信號(hào)電路的地線分開(kāi)，否則將通過(guò)地線的r合作用對(duì)小信號(hào)電路造成干擾?！　?/p>

第三類，干擾源源設(shè)備的地系統(tǒng)，這類設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生火花或沖擊電流等，往往對(duì)電子電路產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，除要采用屏蔽隔離技術(shù)外，地線須與電子電路分開(kāi)設(shè)置。　　

第四類，金屬構(gòu)件為防止發(fā)生人身觸電事故，外界電磁場(chǎng)的干擾及摩擦產(chǎn)生靜電等須將機(jī)殼接地?！　?/p>

同類電路中，根據(jù)接地點(diǎn)連接方式不同，又分為單點(diǎn)接地，適用于低頻（（（1MHz》和公共接地面尺寸小的情況，可有限避免點(diǎn)之間的地阻干擾）；多點(diǎn)接地，對(duì)于高頻{>lOMHz）和公共接地面尺寸大的情況，單點(diǎn)和多點(diǎn)混合接地：適用于頻率在1MHz-lOMHzo 懸浮接地，可以防止機(jī)箱上的干擾電流直接r合到信號(hào)電路，但是容易出現(xiàn)靜電累積，當(dāng)電荷達(dá)到一定程度后，會(huì)產(chǎn)生靜電放電，變壓器和光電藕器就是典型的浮地?！　?/p>

濾波技術(shù)：　　

濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。根據(jù)觀察某一隨機(jī)過(guò)程的結(jié)果，對(duì)另一與之有關(guān)的隨機(jī)過(guò)程進(jìn)行估計(jì)的概率理論與方法。濾波一詞起源于通信理論，它是從含有干擾的接收信號(hào)中提取有用信號(hào)的一種技術(shù)。接收信號(hào)相當(dāng)于被觀測(cè)的隨機(jī)過(guò)程，有用信號(hào)相當(dāng)于被估計(jì)的隨機(jī)過(guò)程。例如用雷達(dá)跟蹤飛機(jī)，測(cè)得的飛機(jī)位置的數(shù)據(jù)中，含有測(cè)量誤差及其他隨機(jī)干擾，如何利用這些數(shù)據(jù)盡可能準(zhǔn)確地估計(jì)出飛機(jī)在每一時(shí)刻的位置、速度、加速度等，并預(yù)測(cè)飛機(jī)未來(lái)的位置，就是一個(gè)濾波與預(yù)測(cè)問(wèn)題。這類問(wèn)題在電子技術(shù)、航天科學(xué)、控制工程及其他科學(xué)技術(shù)部門中都是大量存在的。歷史上最早考慮的是維納濾波，后來(lái)R.E.卡爾曼和R.S.布西于20世紀(jì)60年代提出了卡爾曼濾波。現(xiàn)對(duì)一般的非線性濾波問(wèn)題的研究相當(dāng)活躍?！　?/p>

總之，醫(yī)院作為醫(yī)療設(shè)備的主要使用方，應(yīng)重視對(duì)操作的醫(yī)護(hù)人員、采購(gòu)、維修人員進(jìn)行必要的電磁兼容（EMC）知識(shí)的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，按照使用現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境選購(gòu)符合EMC要求的產(chǎn)品并正確地按設(shè)備使用說(shuō)明書或技術(shù)說(shuō)明書安裝、操作，為了廣大公眾的健康和安全，應(yīng)讓其能按照設(shè)計(jì)，不受干擾正常運(yùn)行。