如何提高醫(yī)療電子設(shè)備的電磁兼容性

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的輻射。加強醫(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，防止向外擴散。

近年來，塑料機箱、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。通過使機殼接地，將由于靜電感應(yīng)而積累在機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)有獨立交流接地網(wǎng)，每個房間不允許多點接地。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)信號頻譜的特點和干擾的頻譜特點，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。