醫療設備的電磁兼容性分析

電磁幹擾傳播途徑一般也分為兩種：即傳導耦合方式和輻射耦合（hé）方式。任何電（diàn）磁幹擾的發生都必然存在幹擾能量的傳輸和傳輸途徑（或傳輸通道）。

通常（cháng）認為電磁幹擾傳輸有（yǒu）兩種方式：一種是（shì）傳導傳輸方式；另（lìng）一種是輻射傳輸方式。因（yīn）此從被幹（gàn）擾的（de）敏感器來（lái）看，幹擾（rǎo）耦合可分為傳導耦合（hé）和輻射耦合兩大類。傳導傳輸必須（xū）在幹（gàn）擾源和敏感器之間（jiān）有完整的電路連（lián）接，幹擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏（mǐn）感器，發（fā）生幹擾現象。這個傳輸電路可包括導線（xiàn），設備的導電構件、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和互感元件等（děng）。　　

輻射傳輸是通過介質以電磁波的形式傳（chuán）播，幹擾能量按電（diàn）磁場的規律向（xiàng）周圍空間發射。常見的輻射（shè）耦合由三種：　　

1. 甲（jiǎ）天線發射的（de）電磁（cí）波（bō）被乙天線（xiàn）意外接受，稱為天（tiān）線對天線耦合；　　

2. 空間（jiān）電磁場經導線感應而耦合（hé），稱為場對線的耦合；　

3.兩根平行導線之間的高頻信號感（gǎn）應，稱為線對線的感應耦合。在實際工程中，兩個設備（bèi）之間（jiān）發生（shēng）幹擾通常包含著許多種途（tú）徑的耦合。正因為多種途徑的耦合同時存在，反複交（jiāo）叉耦合，共同產生幹擾（rǎo），才使電磁幹擾變（biàn）得難以控製。

醫療（liáo）設（shè）備在診斷和（hé）治療方麵所起的重要作用（yòng），使（shǐ）得電磁幹擾對其的影響直接關係到患者的人身安全（quán），目前（qián）醫療設備（bèi）小型、高靈敏度和智能化的實現，使它們更易受電磁幹擾的影響，特別是（shì）那些抗幹攏能力差的（即電（diàn）磁兼容性差的診斷儀器，為醫生提供了失真的數據、波形及圖像等信息，使得醫生（shēng）不能做出正確診斷（duàn），當然（rán）會（huì）影響（xiǎng）有效的治療（liáo），甚至（zhì）危及人的生命，有許多這方麵的報道。　　

經（jīng）美（měi）國FDA認定的疑為因醫（yī）療器械受電磁幹攏引發的事故（gù）；植人心髒起搏器的患者在乘坐救護車急救過程中，因救護人員（yuán）使用雙（shuāng）向無線通訊設備而導致起博失效。病人監（jiān）護儀受電磁幹擾影（yǐng）響，致使病人因檢測不出（chū）心律不齊而死亡（wáng）。設（shè）備的CAT顯示器上（shàng）過度幹擾，醫務人員難以判斷心率，致使病人無法複蘇。　　

手機對嬰（yīng）兒（ér）暖箱（xiāng）、輸（shū）液泵、人工透析器、心髒起博器、心髒除顫裝置產生的（de）幹擾（rǎo），因此（cǐ）美國的醫院明令禁止（zhǐ）在有這類設備（bèi）的病房使用手機新生兒呼吸監護儀（新生兒呼吸停止而（ér）專門設計的報（bào）警裝置）受調頻電台FM發射的幹擾調製波的影響，擾亂了呼吸節律導致（zhì）報警失（shī）靈。　　

上麵的例（lì）子僅談了外界的電磁幹擾對醫用設備的影響，殊不知現代醫療中使用了各種（zhǒng）高頻、射頻發射機高敏感性電氣，電子元件和部件以及使用射（shè）頻能（néng）量做為診斷或治（zhì）療的設備或係統（MAI），其工（gōng）作時可能作為一（yī）EMI幹擾源通過不同的藕合途徑向周圍傳（chuán）播出不同頻率範圍和電磁場強度的有（yǒu）用或無用的電磁（cí）波，無線電廣播通訊業務和周圍（wéi）其它設備的工作，且它們在共同的電磁環境中，還可能受到周圍電力、電子設備，以及醫療設備之間幹擾。所以許多醫用設備既是幹擾源又是敏感設備也就是說它存在幹擾（rǎo）和被幹擾兩重性，如此以來（lái）一個間題值得我們思（sī）考，在此複雜的電磁環境下，醫療設備如何達到一個（gè）既不受或盡量減少受到其它各種電磁幹擾的影響，又（yòu）能盡量減少對（duì）其它設備或人體的電磁（cí）幹擾，從而達到一種平衡，電磁兼（jiān）性就是這樣的一個概念（niàn）。　　

電磁兼容性（EMC）是指（zhǐ）設備或係統在其電磁環境中符合要（yào）求運行並不對其環境中的任何設備產生無法忍受的（de）電磁幹擾的能力。因此，EMC包括兩個（gè）方麵的要求：一方麵是指（zhǐ）設備在正（zhèng）常運行過程中對所在環境產生的電磁幹（gàn）擾不能超過一定的限（xiàn）值；另一方麵（miàn）是指器具對所在環境中存在的電磁幹擾具有一定程度的抗擾度，即（jí）電磁敏感性。　　

為實現在同一電磁環境中的醫療設備或係統在自身工作正常的情況下，又（yòu）能達到不妨礙正常的（de）無線電通訊工（gōng）作，又（yòu）不幹（gàn）擾周圍設備的正常工作，就須建立（lì）一種規則，既要對設備或係統的抗（kàng）幹擾能力作出規定，即設備的抗幹擾（rǎo）度水平不能太低，將發射電平和抗幹擾（rǎo）度電平（píng）限製在規定的發射（shè）限值和規定的抗擾度限（xiàn）值內，設備（bèi）就達到了電磁兼容的目的。任何有源的醫療電子設備（bèi）都（dōu）會向外輻射電（diàn）磁（cí）場，隻不過輻射磁場強大小、頻率不同，場強愈強對（duì）外幹擾愈強。　　

發射（shè）值與抗擾度（dù）限值的間隔愈大，則電磁兼容度（dù）就愈（yù）大，設備的電磁兼容性愈高（gāo）。所以限製醫療設備的對外發射（shè）電（diàn）平，提高（gāo）其對（duì）電磁環境的抗擾度能力，兩者兼顧，才能達到設備與環境的互相協調。　　

理論和實踐的研究（jiū）表（biǎo）明，不管複雜係統還是簡單裝置，任何一個電（diàn）磁幹擾的發生（shēng）必須具備三個基本條件：首先應該具有幹擾源；其次有傳（chuán）播幹擾能量（liàng）的途徑和通道；第三還必須（xū）有被幹擾對象的響應。在電（diàn）磁兼容性理論中把被幹擾對象統稱為敏（mǐn）感設備（或敏感器）。因此幹擾源、幹擾（rǎo）傳播途徑（或傳輸通道）和（hé）敏感設備稱為電磁幹擾三要素。　　

對（duì）於（yú）醫用設備和係統而言，既要求它具（jù）有不影響無線電廣播、電視、無線電通訊等（děng）業務或不影響（xiǎng）其它（tā）設備和係統的基本性能，又要求它對電磁幹擾有一（yī）定的抗擾度，它的基本性能不受電（diàn）磁幹擾的影（yǐng）響，所謂抗擾度是指裝置設備或係統麵臨電磁（cí）騷擾不降低運行性能的能力，這是（shì）表明設備或係統麵對電磁幹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幹擾。　　

電磁（cí）騷擾源可分為自然騷擾源和人（rén）為騷擾（rǎo）源，自然騷擾（rǎo）源包括地（dì）球上各處雷電產生的天（tiān）電噪聲，太陽黑子爆炸和活動產生（shēng）的（de）噪聲等，騷擾源由電器或其它用（yòng）電裝置產生電磁騷擾，本篇（piān）所涉及的多為人為騷擾。　　

提高敏感設備的抗擾（rǎo）度（dù）是實現電磁兼容的有效手段，醫療設（shè）備的抗擾度（dù）分（fèn）為7類：　　

（1）靜電放電、（2）射頻輻（fú）射（shè）、（3）快速舜變脈衝群、（4）浪（làng）湧、（5）射頻場感應的傳導、（6）工頻磁（cí）場、（7）電壓暫降短時中斷和電壓變化抗擾度，提高這7個方麵的抗擾度是提高電磁兼（jiān）容性的好辦法解決電磁兼容問題隻需從以上3個要求來（lái）著手，控製幹擾源的電磁輻射，抑製電磁幹（gàn）擾的傳播途徑，增加敏感設備（bèi）的抗（kàng）幹擾能（néng）力，3個要素中隻要缺少一個要素，電磁幹擾就無法實現。　　

作為一個（gè）醫用設備（bèi）的用戶，我們更多的是考慮係（xì）統間的電磁兼容性的（de）問題，係（xì）統間的兼容性技術（shù）也是通過屏蔽，接地和濾波等技術實現，隻不過實施方法不同。　　

屏蔽

屏蔽的願意（yì）是指遮蔽、阻擋的意（yì）思。在不同的地方，有不同的意義。屏蔽還指隔離。如：屏蔽服，屏蔽保護膜等等。其（qí）作（zuò）用是防（fáng）止靜電和其他輻射。　　

係統間的屏蔽是對兩個空間區域進（jìn）行金屬隔離，以控製電（diàn）場、磁場和電磁波由一個區域對另一區域感應和輻射，其目的是隔斷電磁場的r合途（tú）徑。它有兩個方麵：一是將敏感（gǎn）設備或係統（tǒng）用（yòng）屏蔽體包圍起來，防止受外界磁場的幹擾。另一方麵是將幹擾源屏蔽（bì）起來，防止幹擾磁場向外擴（kuò）散，影（yǐng）響其它的無（wú）線（xiàn）設備（bèi）或人體。對幹擾源和敏感電器（qì）進行屏蔽，是利用屏蔽體阻止高頻電磁場在空間傳播（bō）的原理，減少係統間電磁 感（gǎn）應的（de）影響，有效提高電磁兼容性（xìng）能。　　

屏蔽體對來自外部或內部的（de）電磁波場（chǎng）有著吸收能量（渦流損耗），反射能量（liàng）（電磁（cí）波在屏蔽體上的反射）和抵消能量（電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場（chǎng），抵消部分幹擾電磁波）的作用，達到減弱幹擾的功能。當電磁場頻率較低時，吸收（shōu）損耗較小，屏蔽作用以反射損（sǔn）耗為主，采（cǎi）用高導磁材料做屏蔽層，使磁力線限製（zhì）在屏（píng）蔽體內，防（fáng）止向外擴散。當幹擾電磁場頻率較高時，吸（xī）收損耗隨頻率上升而增加，反射（shè）損耗隨頻率上（shàng）升而下降宜采（cǎi）用導電良好的金屬材料做屏蔽（bì）層，利用高頻幹擾電磁場，在屏（píng）蔽金屬內（nèi）產生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用。　　

屏蔽體（tǐ）較厚或相對磁導率較大，則屏蔽效（xiào）能較強，但屏蔽體也不可能無限加厚，為了增強屏蔽效果，可采用（yòng）雙層屏蔽法。影響屏蔽效果的主要因素為縫隙通風空洞、電源線、信號（hào）線等，為達到良好的屏蔽效果，要求每條縫隙（xì）都應（yīng）該是電磁密封的，實踐上（shàng）我（wǒ）們采用增（zēng）加縫隙深度，減小縫隙長度，在縫隙中輥人導電襯墊或塗上導電塗料等都（dōu）是十分有效（xiào）的方法。通風洞（dòng）孔也（yě）是屏蔽效果好（hǎo）壞的關鍵點，為提（tí）高通風孔洞的屏蔽效能（néng），我們在機械結構上采取措施，比如采用圓形（xíng）孔洞、減（jiǎn）小孔洞麵積，孔洞上覆蓋金屬絲網，采用屏（píng）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，達到提高屏蔽效果目的。　　

接地

接地技（jì）術接地技術的引入初是為（wéi）了防止電力或電子等設備（bèi）遭雷擊而采取的保護性措施，目的是把雷電產（chǎn）生的雷擊電流通過（guò）避雷針引入（rù）到大地，從而起到保護建築物的作用。同時，接地也是保護人身安全的一種有效手段，當某種原因引起的相線（xiàn）（如電線絕緣不良（liáng），線路（lù）老化（huà）等）和設備外殼碰觸時，設備的外殼就會有危險電壓產生（shēng），由此生成的故障電流就會流經PE線到大地，從而起到保護作用。　　

隨著電子通信和（hé）其它數字領域的發展，在接地係統中（zhōng）隻考慮防雷和安全已遠遠不能（néng）滿足要求了。比如在通信係統中，大量設備之間信號的互連要求各設（shè）備都要有一個基（jī）準''''''''地''''''''作為信號的參考地（dì）。而且隨著電子設（shè）備的複雜化（huà），信（xìn）號頻率越來越高，因此，在接地設計中，信號之間的互擾等電（diàn）磁兼容問題必須給予特（tè）別關注，否則，接地不當（dāng）就會嚴重影響係統運行（háng）的可靠性和穩（wěn）定（dìng）性。近，高速信號的信號回流（liú）技術中也引入了"地"的概念。

電路和用電設備的接地（dì）按功能分為安全接地或信號接（jiē）地兩方麵（miàn）。安全接地就是采用（yòng）低阻抗的導體將用電（diàn）設備的外殼連接到大地上，使操作使用人員不致因設（shè）備（bèi）外（wài）殼漏（lòu）電（diàn）或故障放（fàng）電（diàn）而發生（shēng）觸電危險，另一種安全接地為防雷接地。信號接地（dì）是（shì）在係（xì）統和設備中采用（yòng）低阻（zǔ）抗的導線或地平麵為各種電路提供具有共同參（cān）考電位的（de）信號返回通路，使流經該地線的各電路信號電流互不影響，信號（hào）接地的（de）主要目的是為了抑製（zhì）電磁（cí）幹擾，是以電磁兼容性為目（mù）標的接地方式，包括：（1）屏蔽接地為了防止電路（lù）由於寄生電容存在產生幹擾、電路輻射電場（chǎng）或對外（wài）界（jiè）電場敏（mǐn）感，必須進（jìn）行必要的隔（gé）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線和電源線接地的旁路電容，當濾波器不接地時，這些電容（róng）就（jiù）處於懸浮（fú）狀態，起不到旁路作用，（3）噪聲幹擾（rǎo）抑製，對內部噪聲和外部幹擾的控製需要設備（bèi）或係（xì）統上許多（duō）點與地相連，從（cóng）而（ér）為幹（gàn）擾信（xìn）號提供"低阻抗"通道（4）電位參考地，電路之間信號要正確傳輸須有一個（gè）公共電位參考點，這（zhè）個（gè）公共電位（wèi）參考點就是地（dì），所以互相連接的電路必須接（jiē）地。信號接（jiē）地（dì）方式（shì）有四類，它們是將所有電路按信號特性分類分別（bié）接地，形成四個獨立接地係統，每個"地"子係統采用不同接地方式。　　

第1類，敏感信號（hào）和小信（xìn）號（hào）地線係統，這（zhè）些電路工作電平低，信號幅度弱，容（róng）易（yì）受幹擾失效或降級，其地線應避（bì）免混雜（zá）於其他電路中。　　

第2類，不（bú）敏感信（xìn）號（hào）和大信號（hào）地線係統（tǒng），這些電路中工（gōng）作電流大，地線係統電流（liú）也大，須與小信號電路的地線分開（kāi），否則（zé）將通過地線（xiàn）的r合作用對小信（xìn）號電路造成幹擾。　　

第3類，幹擾源源設備的地係統，這類設備（bèi）工作時產生火花或衝擊電流等，往往對電子電路產生嚴（yán）重幹擾，除要采用屏蔽隔離技術外，地線須與電子電（diàn）路分（fèn）開設置。　　

第4類，金屬構件為防（fáng）止（zhǐ）發生人身觸電事故，外界電磁場的幹擾及摩擦產生靜（jìng）電等須將機殼接地。　　

同類電路中，根據接地點連（lián）接方式不同，又（yòu）分為單點接地，適用於低頻（（（1MHz》和公共接（jiē）地麵（miàn）尺寸小的情況，可有（yǒu）限避免點之（zhī）間的地（dì）阻（zǔ）幹擾（rǎo））；多點接（jiē）地，對於高頻{>lOMHz）和公共接地麵（miàn）尺寸（cùn）大的情況，單點和多點混合接地：適（shì）用於頻（pín）率（lǜ）在1MHz-lOMHzo 懸浮接地（dì），可（kě）以（yǐ）防止機箱上的幹擾電流（liú）直接r合到（dào）信（xìn）號電路（lù），但是容（róng）易（yì）出現靜電累積，當電荷達到（dào）一定程度後，會產生靜電放電，變壓器（qì）和光電藕器就是典型的浮地。　　

濾波　

濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作，是抑製和防止幹擾的一項重要措施。根據觀察某一隨機過程的結果，對另一與（yǔ）之有（yǒu）關的隨機（jī）過程進行估計的概率（lǜ）理論與方法（fǎ）。濾波一詞起源於通信理論，它是從含有幹擾的接收信號中提取有用信號的一種技術。"接收信號"相當於被觀（guān）測的隨機過程，"有用信號"相當（dāng）於被估計的隨機過程。例如用雷達（dá）跟蹤飛機，測得的（de）飛機位（wèi）置的數（shù）據中，含有測量（liàng）誤差及其他（tā）隨機幹擾，如何利用這些數據盡（jìn）可能準確地估（gū）計（jì）出飛（fēi）機在每一時刻的位置、速度、加速度等，並（bìng）預測飛機未來的位置，就是一個濾波與預（yù）測問題。這類（lèi）問題在電子技術、航天科（kē）學（xué）、控製工程及其他科學技術部門中都是（shì）大量存在的。原來初（chū）考慮的是維納濾波，後來R.E.卡爾曼和R.S.布西於20世紀60年代提出了（le）卡爾（ěr）曼濾波。現對一般的非線性濾波問題的（de）研究相當活躍。　　

總之，醫院作為醫療設備的（de）主要（yào）使用方，應重視對操作（zuò）的醫護人（rén）員（yuán）、采購、維修人員進（jìn）行必要的電磁兼（jiān）容（EMC）知識的學習培訓，按照使用現場的電（diàn）磁環境選購符合EMC要求（qiú）的產品並正確地按設備使用說明書或技術說明書安裝、操作，為了廣大公眾的健康和安全，應讓其（qí）能按照設計，不受幹擾正常運行。