醫療設備的電磁兼容性（xìng）分析

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

通常認為電磁幹擾傳輸有兩種方式：一種是傳導傳輸方式；另一種是輻射（shè）傳輸方式。因此從被幹擾的敏感器來看，幹擾耦合可分為傳導耦合和輻射耦合兩大類。傳導傳輸必須（xū）在幹擾源和敏感器之間有（yǒu）完整的電路連接，幹擾信號沿（yán）著這個連接電路傳遞到敏感器，發生幹擾現象。這個傳輸電路可（kě）包括導線，設備的導電（diàn）構件、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和（hé）互感元件等。　　

輻射傳輸是（shì）通過介質以電磁（cí）波的（de）形式傳播，幹擾能量按電磁場的規律向周圍空間（jiān）發射。常見（jiàn）的（de）輻射耦合由三種：　　

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

2. 空間電磁場經（jīng）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（de）高頻信號感應，稱為線對線（xiàn）的感應耦合（hé）。在（zài）實際工程中，兩個設備（bèi）之（zhī）間（jiān）發生幹（gàn）擾通常（cháng）包含著許（xǔ）多種途徑的耦合。正因（yīn）為多種途徑的耦合同時存在，反複交叉（chā）耦合，共同產生幹擾，才使電磁幹擾變得難（nán）以控製。

醫療設備在診斷和治（zhì）療方麵所起的重要作（zuò）用，使得電磁幹擾（rǎo）對其的影響直接關係到（dào）患者的人身安全，目前醫療（liáo）設備小型、高靈敏度和智能化的實現，使它們更易受電磁幹擾的影響，特別是那（nà）些抗幹攏（lǒng）能力差的（即電磁兼容性差的（de）診（zhěn）斷儀器（qì），為醫生提供了失真的數據、波形（xíng）及圖像等信息，使得醫生不能做出正確診斷，當然會影響有效的治療，甚（shèn）至危及人的（de）生命，有許多這方麵的報道。　　

經美國FDA認定（dìng）的疑為因（yīn）醫療器（qì）械受電（diàn）磁幹攏（lǒng）引（yǐn）發的事故；植人心髒起搏器的患者在乘坐救護車急救過程中，因（yīn）救護（hù）人員使用雙向無線通訊設（shè）備而（ér）導致（zhì）起博失效。病人監（jiān）護儀受電磁幹擾影響，致使病人因檢測不出心律不齊（qí）而死亡。設備的CAT顯示器上過（guò）度幹擾，醫務人（rén）員難以（yǐ）判斷心率（lǜ），致使病人無法複蘇。　　

手機對嬰兒暖箱、輸液泵、人工透析器、心髒起（qǐ）博（bó）器、心髒除顫裝置產生的幹擾，因此美國的醫院（yuàn）明令禁止（zhǐ）在有這類設備的病房使用（yòng）手機新生兒呼吸監護儀（新生兒呼吸停止而專（zhuān）門設計的報警裝置）受調頻電台FM發射（shè）的（de）幹（gàn）擾調製（zhì）波的影響，擾亂了呼吸節律導致報警失靈。　　

上麵的例子僅談了外界的電磁幹擾對醫用設備的（de）影（yǐng）響，殊不知現代醫療中使用了各種高頻、射頻發射機高敏感性電氣（qì），電子元件和部件以及使用射頻（pín）能量做（zuò）為診斷或治療的設備或係統（MAI），其工（gōng）作（zuò）時可能作為（wéi）一EMI幹擾源通過（guò）不同的藕合途徑向周圍傳播出不同（tóng）頻率範圍和電磁場強度的有（yǒu）用或無用的電磁波，無線（xiàn）電廣播通訊業（yè）務和周圍其它設備（bèi）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（zǐ）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（shè）備也就是說它存在幹擾（rǎo）和被幹擾兩重性，如此以（yǐ）來一個間題值得我們思考，在（zài）此複雜的電磁環境下，醫療設備如何達到一個既不（bú）受或盡量減少（shǎo）受到其（qí）它各種電（diàn）磁幹擾的影響，又能盡（jìn）量減少（shǎo）對其它設備（bèi）或人體（tǐ）的電磁幹擾，從而（ér）達到（dào）一種平（píng）衡，電磁兼性就是這樣的一個概念。　　

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

為實現在同一電磁環境（jìng）中的醫療設（shè）備或係統在自身工作正常的情況下，又能達到不妨（fáng）礙正常的無線（xiàn）電通訊工作，又（yòu）不幹擾周圍設備的正常工作（zuò），就須建立（lì）一種規則，既要對設備或（huò）係統（tǒng）的抗幹擾能力作出規定，即設備（bèi）的抗幹擾度水平不能太低，將發射電平和抗幹擾度電平限製在（zài）規定的發射限值和規（guī）定的抗擾度限值內，設備就達到（dào）了（le）電磁兼容的目的。任何有源的醫療電子設備都（dōu）會向外輻射電磁場，隻不過輻射磁場強（qiáng）大小（xiǎo）、頻（pín）率不同，場強愈強對外幹擾愈強。　　

發射值與抗擾度限值的間隔愈大，則（zé）電磁兼容度就愈大，設備的電磁兼容性愈高（gāo）。所以限製（zhì）醫療設備（bèi）的對外發射電平，提高（gāo）其對電磁環境的抗擾度能力，兩者兼顧，才能達到設備與（yǔ）環（huán）境的互相協調。　　

理論和實踐的研究表明，不管複雜係統還是簡單裝置，任（rèn）何一個電磁幹擾的發生必須具備三（sān）個基本條件：首先（xiān）應該具有幹擾源；其（qí）次有（yǒu）傳播幹擾能量（liàng）的途徑和通道；第三還必須有被幹擾對（duì）象的響應（yīng）。在電磁兼容性理論中把被幹擾對象統（tǒng）稱為敏感設（shè）備（或敏（mǐn）感器）。因此幹擾源、幹擾傳播途徑（或傳輸通道）和敏感設備稱（chēng）為電磁幹擾三要素。　　

對於（yú）醫用設備和係統而言，既要求它具有不影響無線電（diàn）廣播（bō）、電視、無線電通訊等業務或不影響其它設備（bèi）和係統的基本性（xìng）能，又要求它對電磁幹擾（rǎo）有一定的抗擾度，它的基本（běn）性（xìng）能不受電磁幹擾的影響，所謂抗擾度是指（zhǐ）裝置設備或係統麵臨電磁騷擾不降低運行性能的能力，這是表明設備或係統麵對電磁幹擾不降低性（xìng）能的一（yī）種能力，抗擾度越高，表明它越能承受外界的電磁幹擾。　　

電磁騷擾源（yuán）可（kě）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（chù）雷電產生的天電噪聲，太陽黑子爆炸和活動產（chǎn）生的噪聲等，騷擾源（yuán）由電器或其它用電裝置產生電（diàn）磁（cí）騷擾，本篇所涉及的多（duō）為人為騷擾。　　

提高敏感設備的抗擾度是實現（xiàn）電磁兼容的有效手段，醫（yī）療（liáo）設（shè）備的抗擾度分為7類：　　

（1）靜電放電、（2）射頻輻射、（3）快速舜變脈衝群、（4）浪湧、（5）射頻場感應的傳（chuán）導、（6）工頻磁場、（7）電壓暫降短時中（zhōng）斷和電壓變（biàn）化抗擾度，提高這7個方麵的抗（kàng）擾度是提高電磁兼容性的好辦法解決電磁兼容問題隻需（xū）從以上3個要求來著手，控製幹擾源的電磁輻射，抑製電（diàn）磁幹擾的傳播途徑，增加敏感設備（bèi）的抗幹擾能力，3個要素中隻要缺少一個要素，電（diàn）磁幹擾就無法實現。　　

作為一個醫用設備的用戶，我們更多的是考慮係統間的（de）電磁兼容性的問題（tí），係統間的兼容（róng）性（xìng）技術也是通過屏蔽，接地和濾波等（děng）技術實現，隻不過（guò）實施（shī）方法不同。　　

屏蔽

屏蔽的願意是指遮蔽、阻擋的意思。在不同的（de）地方，有不同的意義。屏蔽還指隔離。如（rú）：屏蔽服，屏蔽保護膜等等。其作用是防止靜電和其他輻射。　　

係統間的屏蔽是對兩個空間區域進行金屬（shǔ）隔離，以控製電場、磁場和電磁波由一個區域對另一區域感應和輻射，其（qí）目的（de）是隔斷電磁場的r合途徑。它有兩個方麵：一是將敏感設備或係統用屏（píng）蔽體包圍起來，防止受外界磁場的幹擾。另一方麵是（shì）將幹擾源屏蔽起來，防止幹擾磁場向外擴（kuò）散，影響其它的（de）無線設備或人體。對幹擾源和敏感電器進行屏蔽，是（shì）利用屏蔽體阻止高頻電磁場在空間傳播的原理，減少係統間電磁 感應（yīng）的影響，有效提高（gāo）電磁兼容性（xìng）能。　　

屏蔽體對來（lái）自外部或內部的電磁波場有著吸收能量（渦流損耗），反射能量（電磁波在屏蔽體上（shàng）的反射）和抵（dǐ）消能量（liàng）（電磁感應在屏蔽層上產（chǎn）生反向電磁場，抵消部分幹擾電磁波）的作用，達到減弱幹擾的功能。當電磁（cí）場頻率較低時，吸收損耗較小，屏蔽作（zuò）用以反射損耗為主，采用高導磁（cí）材料做屏蔽層，使磁力線限製在屏蔽體內，防止向（xiàng）外擴散。當幹擾（rǎo）電磁場頻率較高時，吸收損耗隨頻率上升而增加，反射損耗隨頻率上升（shēng）而下降宜采用導電良好的金屬材料做屏蔽（bì）層（céng），利用高頻幹（gàn）擾電（diàn）磁場，在屏蔽金屬（shǔ）內產生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用。　　

屏蔽體較厚（hòu）或（huò）相對磁導率較大，則屏蔽效能較強，但屏蔽體也不可能無限加厚，為了（le）增強屏蔽效果，可采用雙層屏蔽法。影響屏蔽效果的主要因素為縫隙（xì）通風空洞、電源線、信號線等，為達到良好的（de）屏蔽（bì）效（xiào）果，要求每條縫（féng）隙都應該是電磁密封的（de），實踐上我們（men）采用增（zēng）加縫隙深度，減小縫隙長度，在縫隙（xì）中輥人導電襯墊或塗（tú）上導電塗料等都是十分有效的方（fāng）法。通風洞孔也是（shì）屏蔽效果好壞的關（guān）鍵點，為提高通風孔洞的屏蔽效能，我們在機械結構上采取措（cuò）施，比（bǐ）如采用圓（yuán）形孔洞、減小孔洞麵積，孔（kǒng）洞上覆蓋金屬（shǔ）絲（sī）網，采用屏蔽電纜做信號線和電源線，或在輸入輸（shū）出端口上增加濾波器等方式，達到提高（gāo）屏蔽效果目的。　　

接地

接地（dì）技術接（jiē）地技術的（de）引入初是為了防止電（diàn）力或電子等（děng）設備遭雷擊而采取的保護性措施，目（mù）的是把雷電產生的雷擊電流通過避（bì）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（duàn），當某種原（yuán）因引起（qǐ）的相（xiàng）線（如電線絕緣不良，線路老化等）和設備外殼碰觸時，設備的（de）外殼就會有危險電壓（yā）產生，由此生成的故障電流就會流經PE線到大（dà）地，從而（ér）起到保護作用。　　

隨著電子通信和其它數字領域的發展，在接地係統中隻考慮防雷（léi）和安全已遠遠不能滿足（zú）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備都要有一個基準（zhǔn）''''''''地''''''''作為信號的參考地。而且隨著電子設備的複雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設計中，信（xìn）號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關注，否則，接地不當就會嚴（yán）重影響係統運行的可靠性和穩定（dìng）性。近，高速信號的信（xìn）號回流（liú）技術中也引入了"地"的概念。

電路和用電（diàn）設備的接地按功能分為安全接地或信號接地（dì）兩方麵。安全接地就（jiù）是采用低阻抗的導體將用電設備的外殼連接到大地上，使操作使用人員不致因設備外殼漏電或故障放電而發生觸電危（wēi）險，另一（yī）種安全接地為防雷接地。信號接地是在係統和設備中采用（yòng）低阻抗的（de）導線或地平（píng）麵（miàn）為各種電（diàn）路提供具有共同參考電位的信號返回通路，使流經該地線的（de）各電路信（xìn）號電流互不影響，信號接地的主要目的是為了抑製電磁幹擾，是以電磁兼容性為目標的接地方式，包括：（1）屏蔽接地為了防（fáng）止電路由於寄生電容存在產生幹擾、電（diàn）路輻射電場或對外界電場（chǎng）敏感，必須進行必要的隔離和屏蔽，這些（xiē）屏蔽的金屬必須接地，（2）濾（lǜ）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（dāng）濾波器不接地時，這些電（diàn）容就處於懸（xuán）浮（fú）狀態，起不到旁路作（zuò）用，（3）噪聲幹擾（rǎo）抑製，對內部噪聲和（hé）外部幹擾的控製需要設備或係統上許多點與地相連，從而為幹擾信號提供"低阻抗"通道（4）電位參考地，電路之間信號要正確（què）傳輸須有一個公共電（diàn）位參考點，這個公共（gòng）電位參考點就是地（dì），所以互相連接的電路必須接地。信（xìn）號接地方式有四類，它們是（shì）將所有電路按信號特性分類分（fèn）別接地，形成四個獨立接地係統，每個"地"子係統采用不同（tóng）接地方式。　　

第1類，敏感信號（hào）和小信號地線係統，這些電路工作電平低，信號幅度弱，容（róng）易受（shòu）幹擾失效或降級，其地線應避免混雜於其（qí）他電路中。　　

第2類，不敏（mǐn）感信號和大信號地線係統，這些電（diàn）路中工作電流大，地線（xiàn）係統電流也大，須與（yǔ）小信號電路的地線分（fèn）開（kāi），否則將（jiāng）通（tōng）過地線的r合作用對小信號電路造成幹擾。　　

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

第4類，金屬構件為防止發生人身觸（chù）電事故，外（wài）界電磁場的（de）幹擾及摩擦產生（shēng）靜電等須將機殼接地。　　

同類電路中，根據接地（dì）點連接方式不同，又分為單點接地，適用於（yú）低頻（（（1MHz》和公（gōng）共接地麵尺寸小的（de）情況，可有（yǒu）限避免點之間的地阻幹擾）；多點接地，對於高頻{>lOMHz）和公共接地麵尺寸大的情況，單（dān）點和多點混合（hé）接地：適（shì）用於頻率在1MHz-lOMHzo 懸浮接地，可以防止機箱上（shàng）的幹擾電流直接r合到信號電路，但是容易出現靜電累積，當電荷達到（dào）一定（dìng）程度後，會產生靜電放電，變壓器和光電藕（ǒu）器就是典型的浮（fú）地。　　

濾波　

濾波是將信號中（zhōng）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，對另一與之有（yǒu）關的隨機過程進行估計的概率理論與方法。濾波一詞起源於通信理論（lùn），它是從含有幹擾（rǎo）的（de）接收信號中提取有用（yòng）信號的（de）一種技術。"接收信號"相當於被觀測的隨機過程，"有用信號"相當於被（bèi）估計的隨（suí）機過程。例如用雷達跟蹤飛機，測得的飛機位置的數（shù）據中，含有測量誤差及（jí）其（qí）他隨機幹擾，如何利用這些數據盡可能（néng）準確地（dì）估（gū）計出飛機在每一時刻的位置、速度、加速度等，並（bìng）預測飛機未來（lái）的位置，就是一個濾波與預測問題。這類問題在電子技術、航天（tiān）科學、控製工程及（jí）其他（tā）科學技術部門中都是大量（liàng）存在的。原來初（chū）考慮的是維納濾波，後來（lái）R.E.卡爾（ěr）曼和（hé）R.S.布西於20世紀60年代提出了卡爾曼濾波。現（xiàn）對一般的非線性濾波（bō）問題的研究（jiū）相（xiàng）當活躍（yuè）。　　

總之，醫院作（zuò）為醫（yī）療設備的主要使用方，應重視對操作的醫護人員、采（cǎi）購、維修人員（yuán）進行（háng）必要的電磁兼容（EMC）知識的學習培訓，按（àn）照使用現場的電磁環境選購符合EMC要求的產品並正確地按（àn）設備使用說明書或技術說明書安裝、操作，為了廣（guǎng）大公眾的（de）健康和安全，應讓其（qí）能按照設計，不受幹擾正常運行。