醫（yī）療設備的電磁兼容（róng）性分析

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

通常認為電（diàn）磁幹擾傳輸（shū）有兩種方式：一種是（shì）傳導（dǎo）傳輸方式；另一種是輻射傳輸方（fāng）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（zhī）間（jiān）有完整的電路連接，幹（gàn）擾信號沿著這個連接電路傳遞到（dào）敏感器，發生幹（gàn）擾現象（xiàng）。這個傳輸電路可包括（kuò）導（dǎo）線，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。　　

輻射傳輸是通過介質以電磁波（bō）的形式（shì）傳播，幹擾能（néng）量按電磁場的規律向周圍空間發射。常見的輻射耦合由三種：　　

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

2. 空間電磁場經導（dǎo）線感應而耦合，稱為場對線的（de）耦合；　

3.兩根平行導線之間的高頻（pín）信號感應，稱為線對（duì）線的感應耦合。在實際工程（chéng）中，兩個設備之間發生幹擾通常包含著許多種途徑的耦合。正因為多種途徑的耦合同時存（cún）在，反複交叉耦合，共同產生幹擾（rǎo），才使電磁幹擾變得難以控製。

醫療設備在診斷（duàn）和治療方麵（miàn）所（suǒ）起（qǐ）的重要作用，使得（dé）電磁幹擾對其的影響直（zhí）接關係到（dào）患者的人身安全，目前醫療設（shè）備小型、高靈敏度和智能化的實現，使它們（men）更易受電磁幹擾的影響，特別（bié）是那些抗幹攏（lǒng）能力差的（即電磁兼容性差（chà）的診斷（duàn）儀器，為醫生（shēng）提供了失真（zhēn）的數據、波形及圖像等信息，使得醫生不能做出正確診斷，當然會（huì）影響有效的治療，甚（shèn）至危（wēi）及人的（de）生命，有許多這方麵的報道（dào）。　　

經美國FDA認定的疑為因醫（yī）療器械受電磁幹攏引（yǐn）發（fā）的事故；植人心髒起搏器的患者在乘坐救護車急救過程中，因救護人員使用雙向無（wú）線通訊設備而導致起博失效。病人監護儀受電磁幹擾影（yǐng）響，致使病人因檢測不出心律不齊而死亡。設備的CAT顯示器上（shàng）過度幹擾，醫務人員難以判斷心率，致（zhì）使病人無法複蘇。　　

手機對嬰兒暖箱、輸（shū）液泵、人工透析器、心髒起博器、心髒除顫裝置產生的幹擾，因此美國的醫院明令禁止在有這類設備的病房使用手機新（xīn）生兒呼吸監護儀（新生兒（ér）呼吸（xī）停止而專門設計的報警裝置）受（shòu）調頻電台FM發射的幹擾調製波的影響（xiǎng），擾亂（luàn）了呼吸節律導致報警失靈。　　

上麵的（de）例子僅談了外界的電磁幹（gàn）擾對醫用設備的影響，殊不（bú）知現代醫療（liáo）中使用（yòng）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頻（pín）能量做為診斷（duàn）或治療的設備或係統（MAI），其工作時可能作為一EMI幹擾源通過不同的藕合途徑向周圍傳播出不同頻率（lǜ）範圍和電（diàn）磁場強度（dù）的有用或無用的電磁波，無線電廣播通訊業務（wù）和周圍其它設（shè）備的工（gōng）作，且它們在共同（tóng）的電磁環境中，還可能受到周圍電（diàn）力、電子設備，以及醫療設備之間（jiān）幹擾。所以許多醫（yī）用設備既是（shì）幹擾源又是敏感設備（bèi）也就是說它存在幹擾（rǎo）和被幹擾兩（liǎng）重性，如此以來一（yī）個間（jiān）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（dào）一個既不受或（huò）盡量減少受到其它各種電磁幹擾的影響，又（yòu）能盡量（liàng）減少對其它設備或（huò）人體的電磁幹擾，從而達到一種（zhǒng）平衡，電磁兼性就是這樣的（de）一個概念。　　

電磁兼容性（EMC）是指設備或係（xì）統在其電（diàn）磁環境中符合要求運行並不對（duì）其環境中的任何（hé）設備產生無（wú）法忍受的電磁幹擾的能力。因（yīn）此，EMC包括兩個方麵的要求：一方（fāng）麵是指設備在正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（dìng）的限值；另一方麵（miàn）是指器具對所在環境（jìng）中存在的電磁幹擾具有一定程度的抗擾度，即（jí）電磁敏（mǐn）感性。　　

為實現在同一電磁環（huán）境中的醫療設備或係統在自身工作正常的情況下，又能達到不妨礙正常的無線電通（tōng）訊工作，又不幹（gàn）擾周（zhōu）圍（wéi）設備的正常工作，就須建立一種規則，既要（yào）對設備或係統的抗幹擾能力作出規定，即設備（bèi）的抗幹擾（rǎo）度水平不能太低，將發射電平和抗幹擾（rǎo）度電平限製在（zài）規定的發射限值和規定的抗擾度限值內，設（shè）備就達到了電磁兼容的目的。任何（hé）有源的醫療電子設備都會向外輻射電磁場，隻不過輻射磁場（chǎng）強大小、頻率不同，場強愈強（qiáng）對（duì）外幹擾愈強。　　

發射值與抗擾度限值的間隔（gé）愈大，則電磁兼容度就愈大（dà），設備（bèi）的電磁兼容性（xìng）愈高。所以限製醫療設備的對外發射電平，提高其對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（diào）。　　

理論和實踐的（de）研（yán）究表（biǎo）明，不管複雜係統還是簡單裝置，任何一個（gè）電磁幹擾的發（fā）生必須具備三個基本條件：首（shǒu）先應該具有幹擾源；其次有傳播幹擾能量的途徑和通道；第三還必須有被幹擾對象的響應。在電磁兼容（róng）性理論中把被幹（gàn）擾對（duì）象統稱為敏感（gǎn）設備（或敏感器）。因此幹（gàn）擾源、幹擾傳播（bō）途徑（或傳輸通道）和敏感設備稱為電磁幹擾三（sān）要素。　　

對於醫用設備和係統而（ér）言，既要求它具（jù）有不影響無線電廣播、電視（shì）、無線電通訊等業務或不影響其它設備和係統的基本性能，又要求它對電（diàn）磁幹擾有一定的抗擾（rǎo）度，它的基本性能不受電磁幹擾（rǎo）的影響（xiǎng），所謂抗擾度是指裝置設備或係統麵（miàn）臨電磁騷擾不降低運行性能的能力（lì），這是表明設備或係統麵對電磁幹擾（rǎo）不（bú）降低性能的一種能力，抗擾度（dù）越高，表明它越能承受外界的電磁幹擾。　　

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（léi）電產（chǎn）生的天電噪聲，太陽黑子爆炸（zhà）和活動產生的噪聲等，騷擾源由電（diàn）器或其它用電裝置產生電磁騷擾，本篇所涉及的多為人為騷擾（rǎo）。　　

提高敏感設備的抗擾度是實現電磁（cí）兼容的有效手段（duàn），醫療設備的（de）抗擾度分為7類：　　

（1）靜電放（fàng）電、（2）射（shè）頻輻（fú）射、（3）快速舜變脈衝群、（4）浪湧、（5）射頻場（chǎng）感應的傳導（dǎo）、（6）工頻（pín）磁場、（7）電壓暫降短時中斷和電壓變化抗擾（rǎo）度，提高（gāo）這7個方（fāng）麵的抗擾度是提高（gāo）電磁兼容性的好（hǎo）辦法解決電磁兼容問題隻需從以上3個要（yào）求來著手，控製幹擾源的電磁輻射，抑製電磁幹（gàn）擾的傳播途徑，增加敏感設備的抗幹擾能力，3個要素中隻要缺少一個要素，電磁幹（gàn）擾就無法實（shí）現。　　

作為一個醫用設備的用（yòng）戶，我們（men）更多的是考慮係統間的電磁兼容（róng）性的問（wèn）題，係統間（jiān）的兼容性技術也是通過（guò）屏蔽（bì），接地（dì）和濾波等技術實現，隻不過實施方法不同（tóng）。　　

屏蔽

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

係統間的（de）屏蔽是對兩（liǎng）個空間區域（yù）進行金屬隔離，以控製電場、磁場和（hé）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合途徑。它有兩個（gè）方麵：一是將敏感設備或係統用（yòng）屏蔽體包圍起來，防（fáng）止受外界磁場的幹擾。另一方麵是將幹擾源屏蔽起來，防止幹擾磁（cí）場向外擴散，影響其（qí）它的（de）無線設備或人體。對幹擾源和敏感電（diàn）器（qì）進行屏蔽，是（shì）利（lì）用屏蔽體阻止高頻電磁場在空間傳播的原理，減少係統間（jiān）電磁 感應的影響，有效提高電磁兼容性能。　　

屏蔽體對來自外部或內部的電磁波場有著（zhe）吸收能量（渦流損耗），反（fǎn）射能量（電磁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，抵消部分幹擾電磁波）的作用（yòng），達到（dào）減弱幹擾的功能。當電磁場頻（pín）率較低時，吸收損耗較（jiào）小，屏蔽作用以反射損耗為（wéi）主，采用高導磁材料做屏蔽（bì）層，使磁（cí）力線限製在屏蔽體內，防止向外擴散。當幹擾電磁場頻率較高時，吸收（shōu）損耗隨頻率上升而增（zēng）加（jiā），反射損耗隨頻率上（shàng）升而下降宜采用導電良好的金屬材料做屏蔽層，利用高頻幹擾電磁場，在屏蔽金屬內產生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作（zuò）用。　　

屏蔽體較厚或相對磁導率較（jiào）大，則屏蔽效能較強，但屏（píng）蔽體也不可能無限加厚，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空（kōng）洞、電源（yuán）線、信號線等，為達到良（liáng）好的屏蔽效果，要求每條縫隙都應（yīng）該是電磁密封的，實踐上（shàng）我（wǒ）們采用增加縫隙深（shēn）度，減小縫隙長度（dù），在縫隙中輥人導電襯墊或塗（tú）上導電塗料等都是十（shí）分有效的方法。通風洞孔也是屏蔽效果好壞的關鍵點，為提高通風孔（kǒng）洞的屏蔽效能，我們在機械結構上采取（qǔ）措（cuò）施，比如（rú）采用圓形孔洞、減小孔洞麵積，孔洞上覆蓋金屬絲網，采用屏蔽電纜做信號線和電源線，或在輸入輸出端口上增加濾波器等方式，達到提高屏蔽（bì）效（xiào）果目的。　　

接地（dì）

接地技術接地技術的引入（rù）初是為了防止電力或電子等設備遭雷擊而采取的保護性措施，目的是把雷電產生的雷擊電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護建築物的作用。同（tóng）時，接地也是保護人身安（ān）全的一種有（yǒu）效手段（duàn），當某種原因引起（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，設備的外殼就會有危險電壓產生（shēng），由此生成（chéng）的故障電流就（jiù）會流經PE線到大地，從而起到保護（hù）作用（yòng）。　　

隨著電子通信和（hé）其它數字領域的發展，在接地係統中隻考（kǎo）慮防雷和安全已遠遠不能滿足要求（qiú）了（le）。比如在（zài）通信係統中，大量設（shè）備之間信號的互連（lián）要（yào）求各設備（bèi）都要有一個基（jī）準''''''''地''''''''作為信號的（de）參考地。而且隨著電子（zǐ）設備的複雜化，信號頻率越來越（yuè）高，因（yīn）此，在接地設計中，信號（hào）之間的互擾等電（diàn）磁兼容問題必須給予特別關注，否則，接地不當就（jiù）會嚴重影響係統運行的（de）可靠性（xìng）和（hé）穩定性。近，高速信號的信號回流技術中也引入了"地"的概念。

電路和用電設備的接地按功（gōng）能分為安全接地或信號接地兩方麵。安全接地就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（yòng）人員不致因設備外殼漏電或故障放電而發生觸（chù）電危險，另一種安全接地為防雷接地。信號接地是在係統（tǒng）和設備中采用（yòng）低阻抗的導線或地平麵為各種電路提供具有共同（tóng）參考電位的信號（hào）返回通路，使流經該地線的各電路信號電流互不影響，信號接地的主要目的是為了抑製電磁幹擾，是以電磁兼（jiān）容性為目標的（de）接地（dì）方式，包括（kuò）：（1）屏蔽接地為了防止電路由於寄生電（diàn）容（róng）存在產生幹（gàn）擾、電路輻射電場或對外界電場敏感（gǎn），必須進行必要的隔離和屏蔽（bì），這些屏蔽的金屬必須接地，（2）濾波器接地（dì），濾波器（qì）中一般包含信號（hào）線和電源（yuán）線接地的旁路電容，當濾波器不（bú）接地時，這些電容就處於懸浮狀態，起不到旁路作用，（3）噪聲幹（gàn）擾抑製，對內部噪聲和外部幹擾的控製需要設備或係統上許多點與地相連（lián），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傳輸須有一個公共電位參考點（diǎn），這個公（gōng）共電位參考點就是地，所（suǒ）以互相連接的電路必須接地。信（xìn）號接地方式有（yǒu）四類，它們（men）是將所有電路按信（xìn）號特性分類分別（bié）接地，形（xíng）成四個獨（dú）立接地係統，每個"地"子係統（tǒng）采用（yòng）不同接地方式。　　

第（dì）1類，敏感信號（hào）和小信號地（dì）線（xiàn）係統，這些電路工作電平低，信號（hào）幅（fú）度弱，容易受幹擾失效或降級，其地線應避免混雜（zá）於（yú）其他電路中。　　

第2類，不敏（mǐn）感信號和大信號地線（xiàn）係統，這些電路中工作電流大，地線係統電流也（yě）大，須與小信號電路的地線分（fèn）開（kāi），否則將通過地線的r合作（zuò）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，除要采用屏蔽隔離技術外，地線（xiàn）須與電子電路分開設置。　　

第4類，金（jīn）屬構件（jiàn）為防止發生人身觸電事故，外界電磁場的幹擾（rǎo）及摩擦（cā）產生靜（jìng）電等須將（jiāng）機殼接地。　　

同類電路中，根據接地點連接（jiē）方式不同，又分為單點接地（dì），適用於低頻（（（1MHz》和公共接地（dì）麵尺寸小的情況，可有限避免點之間的地阻幹擾）；多（duō）點接地，對於（yú）高頻（pín）{>lOMHz）和公共接地麵尺（chǐ）寸大的情況，單（dān）點和多（duō）點混合接地：適用於頻率在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，當電荷達到一定（dìng）程度後，會（huì）產生靜電放電，變壓器和光電藕器（qì）就是典型的浮地。　　

濾波　

濾波是將信號（hào）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（chá）某一隨機過程的結果，對另一與之有關的隨機（jī）過程進行估計的（de）概率理論與方法。濾（lǜ）波一（yī）詞起源於通信（xìn）理論，它是從含有幹擾的接收信號中提取有用信號的一（yī）種技術。"接收信號"相當於被觀測的隨機過程（chéng），"有用信號"相當於（yú）被估計（jì）的隨機過程。例如用雷（léi）達跟（gēn）蹤飛機，測得的飛機位置的數據中，含有測量誤差及其他隨（suí）機幹擾，如（rú）何利用這些數（shù）據盡可能準確（què）地估計出飛機在每一（yī）時刻的位置、速（sù）度、加速度等，並預測飛機未來的位置，就是一個濾波與預（yù）測問題。這類問題（tí）在電子（zǐ）技（jì）術、航天科學、控製工程及（jí）其他科學技術部門中都（dōu）是大（dà）量存在的。原來初考慮的是維納濾波（bō），後來R.E.卡爾（ěr）曼和R.S.布西於20世紀60年（nián）代提出（chū）了卡爾（ěr）曼濾波（bō）。現對一般的非（fēi）線性（xìng）濾波問題的研究相當活躍（yuè）。　　

總之，醫院作為醫療設備的（de）主要（yào）使用方，應重（chóng）視對操作的醫護人員、采購、維修人員進（jìn）行必（bì）要的電磁兼容（EMC）知識的學習培訓，按照使用（yòng）現場（chǎng）的電磁（cí）環境選購符合EMC要求（qiú）的產品並正確地（dì）按設備使用（yòng）說明書或（huò）技術說明書安（ān）裝、操（cāo）作（zuò），為了廣大公眾的（de）健康和安全（quán），應讓其能按照設（shè）計，不受幹（gàn）擾正常運行。