提高醫(yī)療電子設(shè)備電磁兼容性的措施有哪些

電磁兼容(Electromagnetic Compatibility，簡寫EMC)是指在有限的空間、時間和頻譜資源等條件下，各種電氣設(shè)備可以共同工作，不發(fā)生性能降級的狀態(tài)。實際上，EMC就是設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中的共存能力，任何設(shè)備或系統(tǒng)都應(yīng)該不受干擾并且不干擾其他設(shè)備。一個設(shè)計理想的電子設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)該既不輻射任何不希望的能量，又應(yīng)該不受任何不希望有的能量的影響。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備的數(shù)量及種類不斷增加，空間電磁波頻段不斷拓展，使電磁環(huán)境日益復(fù)雜。在這種復(fù)雜的電磁環(huán)境中，電子系統(tǒng)有可能受到電磁干擾的影響而偏離正常的工作狀態(tài)，甚至可能會處于癱瘓狀態(tài)。1994年美國溫切斯特市分析和工程中心對醫(yī)療設(shè)備在各種不同環(huán)境可能遇到的電磁場場強(qiáng)作了專題的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)醫(yī)療電子設(shè)備可能隨時處在各種大小不同的電磁場包圍中，受到很大的電磁場場強(qiáng)的輻射。加強(qiáng)醫(yī)療電子設(shè)備的電磁兼容研究，提高設(shè)備的抗干擾能力，將潛在的電磁干擾風(fēng)險降到最低的程度，是擺在我們面前的一個嚴(yán)峻問題。

1、提高醫(yī)療電子設(shè)備電磁兼容性的必要性

事實證明，在電磁環(huán)境中，電磁干擾造成的危害是各種各樣的，輕則產(chǎn)生令人煩惱的現(xiàn)象，如手機(jī)信號對固定電話產(chǎn)生的干擾而引起的通話質(zhì)量的下降，重則會嚴(yán)重影響生產(chǎn)。由于醫(yī)療電子設(shè)備在診斷和治療方面的重要性，使得電磁干擾對醫(yī)療電子設(shè)備的影響直接關(guān)系到患者的人身安全。隨著醫(yī)療和康復(fù)設(shè)備小型、高靈敏度和智能化的實現(xiàn)，使它們更容易受到電磁干擾的影響。電磁干擾將會使電磁兼容性較差的診斷用儀器性能變差，為醫(yī)生提供失真的數(shù)據(jù)、波形及圖像等等醫(yī)學(xué)信息，醫(yī)生不能做出正確的診斷，也就做不了有效的治療。如檢驗分析儀器不準(zhǔn)確時，分析結(jié)果出錯；電生理監(jiān)測儀器出故障，輸出波形失真；使心電圖失靈、報警設(shè)備不能正常工作；呼吸循環(huán)器和心臟監(jiān)護(hù)設(shè)備突然停止；影像診斷裝置出現(xiàn)故障，不但不能做出正確可靠的診斷，而且導(dǎo)管和介入手術(shù)也無法定位，造成手術(shù)失敗等等。2000年，日本一家醫(yī)院在輸液搶救一名老年病人時，輸液泵受到手機(jī)的無線電發(fā)射干擾而失控，停止輸液。

1998年美國德克薩斯州有兩家醫(yī)院使用的無線醫(yī)療遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)設(shè)備受到干擾而停止工作。廣州一名安裝了心臟起搏器的病人，在用手機(jī)進(jìn)行通話時，起搏器受到干擾而工作不正常，險些因此而失去生命。在美國，一名安裝了電動控制假肢的人在駕馭摩托車經(jīng)過高壓線時，由于電動假肢受到干擾而發(fā)生誤動作，造成了車毀人亡的慘劇。由此可見，開展電磁兼容研究，加強(qiáng)電磁兼容管理，提高醫(yī)療電子設(shè)備電磁兼容性，降低電磁干擾的風(fēng)險是醫(yī)療電子設(shè)備設(shè)計者、制造商和使用者的當(dāng)務(wù)之急。

2、提高電磁兼容性的措施

各種形式的電磁干擾是影響電氣設(shè)備電磁兼容性的主要因素。電磁干擾可分為內(nèi)部干擾和外部干擾。內(nèi)部干擾是指電子設(shè)備內(nèi)部各部件之間的相互干擾。例如：工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電造成的干擾，元器件發(fā)熱的干擾，信號通過地線、電源和傳輸導(dǎo)線的阻抗耦合干擾，大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場和電場干擾等。外部干擾是指電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素所產(chǎn)生的干擾。例如：空間電磁波產(chǎn)生的干擾，供電網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的干擾，外部大功率設(shè)備所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場干擾，外部高電壓通過絕緣漏電產(chǎn)生的干擾，環(huán)境溫度不穩(wěn)定引起內(nèi)部電子元器件參數(shù)改變造成的干擾等。為了保證醫(yī)療電子設(shè)備的正常工作，必須削弱和防止干擾的影響。系統(tǒng)之間產(chǎn)生電磁兼容問題必須存在三個因素：電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備，這三個方面缺一不可，因此，我們可以從以上三個方面采取相應(yīng)的措施，如消除或抑制干擾源、切斷干擾途徑以及削弱設(shè)備對干擾的敏感性等，通過采取各種抗干擾技術(shù)措施，使設(shè)備儀器穩(wěn)定可靠地工作，有效地解決電磁兼容問題。常用的抑制干擾的技術(shù)有：

2.1.1靜電屏蔽

是利用與大地相連接的導(dǎo)電性良好的金屬容器進(jìn)行屏蔽，使內(nèi)部的電場不外傳，同時外部的電場也不影響內(nèi)部。

2.1.2電磁屏蔽

利用屏蔽體對來自外部或內(nèi)部的電磁波均起著吸收能量(渦流損耗)、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界面反射)和抵消能量(電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場，抵消部分干擾電磁波)的作用，達(dá)到減弱干擾的功能。當(dāng)干擾電磁場頻率較高時，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在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用。當(dāng)干擾電磁場頻率較低時，采用高導(dǎo)磁材料做屏蔽層，使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止向外擴(kuò)散。

近年來，塑料機(jī)箱、塑料部件或面板廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療電子設(shè)備上，于是外界的電磁波很容易穿透外殼或面板，對儀器的正常工作產(chǎn)生干擾，而儀器所產(chǎn)生的電磁波，也非常容易輻射到周圍空間，影響其它電子儀器正常工作。對這樣的儀器可采用塑料金屬化處理的工藝方法，如濺射鍍鋅、化學(xué)鍍銅、粘貼金屬箔和涂覆導(dǎo)電涂料等進(jìn)行處理，經(jīng)過金屬化處理后，使完全絕緣的塑料表面具有金屬那樣反射、吸收、傳導(dǎo)和衰減電磁波的特性，起到屏蔽電磁波干擾的作用。中外具有顯示功能的儀器設(shè)備，由于顯示屏采用普通玻璃，不具備電磁屏蔽的功能，內(nèi)部模塊工作時所產(chǎn)生的電磁波通過這里向外輻射，形成干擾。為提高儀器的電磁兼容性，可將原顯示屏玻璃改換成加網(wǎng)屏蔽玻璃以切斷電磁耦合途徑。

2.2接地

接地是抑制噪聲防止干擾的主要辦法，包括供電系統(tǒng)接地、設(shè)備接地、電路信號接地、屏蔽接地等。接地的目的主要有：

(1)防止外界電磁場的干擾。通過使機(jī)殼接地，將由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通入大地，防止這些電荷形成的高壓對設(shè)備的干擾。

(2)使整個電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定的工作。

(3)保證安全工作。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，電子設(shè)備的機(jī)殼，必須與大地相連接。為防止共用電源的醫(yī)療電子設(shè)備間通過電源線造成相互的 電磁干擾，應(yīng)采用三相五線和單相三線制供電方式。醫(yī)院內(nèi)必須要規(guī)范完善接地網(wǎng)。各類接地應(yīng)自成體系，不可共用同一個接地極。醫(yī)用建筑內(nèi)應(yīng)有獨(dú)立交流接地網(wǎng)，每個房間不允許多點(diǎn)接地。不準(zhǔn)用暖氣管、自來水管作接地線，嚴(yán)禁無接地線工作。

2.3濾波

濾波是抑制和防止干擾的一項重要措施。根據(jù)信號及噪聲頻率分布范圍，將相應(yīng)頻帶的濾波器接入信號傳輸通道中，濾去或盡可能衰減噪聲，達(dá)到提高信噪比的目的。采用濾波網(wǎng)絡(luò)無論是抑制干擾源和消除干擾耦合，或是增強(qiáng)接收設(shè)備的抗干擾能力，都是有力措施。濾波器的種類很多，如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等，根據(jù)信號頻譜的特點(diǎn)和干擾的頻譜特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)臑V波器能消除不希望的耦合。例如：對高頻電路可采用兩個電容器和一個電感器(高頻扼流圈)組成的CLCπ型濾波器。用阻容和感容去耦網(wǎng)絡(luò)能把電路與電源隔離開，消除電路之間的耦合，并避免干擾信號進(jìn)入電路。

2.4浮置

又稱浮空，浮接，是指電子設(shè)備儀器儀表的輸入信號放大器公共線不接機(jī)殼也不接大地的一種抑制干擾的措施。目的是阻斷干擾電流的通路。

2.5隔離

隔離是破壞干擾途徑、切斷噪聲耦合通道，從而達(dá)到抑制干擾目的一種技術(shù)措施。常用的電路隔離方法有變壓器隔離法和光電耦合法。

2.6平衡電路

又稱對稱電路，是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到導(dǎo)線的所有電路，對地或?qū)ζ渌麑?dǎo)線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導(dǎo)線所檢到的干擾信號相等。這時的干擾噪聲是一個共態(tài)信號，可在負(fù)載上自行消失。

3、結(jié)語

隨著電磁環(huán)境的不斷變化，醫(yī)療電子設(shè)備的電磁兼容問題日益突出。關(guān)注醫(yī)療電子設(shè)備的電磁兼容問題，加強(qiáng)醫(yī)療電子設(shè)備的電磁兼容研究，分析電磁干擾的來源，采取相應(yīng)的抑制措施，加快對原有儀器設(shè)備的改進(jìn)，推出電磁兼容性強(qiáng)的新型診斷和治療儀器設(shè)備，對于提高設(shè)備診斷信息的準(zhǔn)確性，幫助醫(yī)生采取行之有效的治療措施，保障人民身體健康具有重要意義。