医疗设备的电磁兼容性分析

EMI传播路径通常分为两种类型：传导耦合和辐射耦合。 任何电磁干扰的发生都必须有干扰能量的传输和传输路径（或传输通道）。 一般认为，电磁干扰传输有两种形式：一是传导传输方式；二是传导传输方式。 另一种是辐射传输法。 因此，从受干扰传感器的角度来看，干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合两类。 传导传输必须在干扰源和传感器之间有完整的电路连接。 干扰信号沿着这个连接电路传输到传感器，造成干扰。 该传输电路可以包括导线、设备的导电预制部件、电源、公共阻抗、地平面、电阻、电感、电容和互感器件等。

辐射传输以电磁波的形式通过介质传播，根据电磁场定律向周围空间发射干扰能量。 辐射耦合有三种常见类型：

1、天线A发射的电磁波意外被天线B接收到，称为天线间耦合；

2、空间电磁场通过导线感应耦合，称为场单耦合；

3、两根平行导线之间的高频信号感应称为单线的感应耦合。 在实际工程中，两个设备之间的干扰通常涉及多种方式的耦合。 正是由于多种耦合途径同时存在，反复交叉耦合，共同形成干扰，使得电磁干扰变得不可控。

医疗设备在诊疗中发挥的重要作用，电磁干扰对其的影响直接关系到患者的人身安全。 当前医疗设备的大规模、高灵敏、智能化的实现，使其更容易受到电磁干扰的影响。 尤其是这些抗干扰能力差（即电磁兼容性差）的诊断仪器，为医生提供了失真的数据、波形、图像等信息，阻碍了医生做出正确的诊断。 事实上，它会影响有效的根治治疗，甚至酿成灾难。 国际上有许多关于人类生命的报告。

日本FDA判定车祸疑似医疗设备电磁干扰造成； 一名装有肾除颤器的患者在救护车上时，除颤失败，因为救护人员使用单向无线通信设备。 病人监护仪受到电磁干扰，导致病人因无法察觉的心律失常而死亡。 设备 CAT 显示屏受到过度干扰，导致医护人员无法确定心律，导致患者难以复苏。

中国联通手机会干扰儿童保育箱、输液泵、人工透析器、除颤器和心脏起搏器。 因此，日本诊所严格禁止在有此类设备的病房内使用手机婴儿呼吸监测仪（婴儿呼吸监测仪）。 专门为阻止事件而设计的报告装置）受到调频广播电台发射的干扰调制波的影响，扰乱了呼吸节律，导致报告失败。

里面的例子只讲外部电磁干扰对医疗设备的影响。 然而，现代医疗使用各种高频和射频发射器、高灵敏度的电气和电子装置和元件，以及利用射频能量作为诊断或治疗的设备。 系统（MAI）在工作时，可能作为EMI干扰源，通过不同的耦合途径向周围传播不同频率范围和电磁场硬度的有用或无用的电磁波，无线电广播通信服务的工作和其他周围设备，而且它们在常见的电磁环境中，还可能存在周围电源、电子设备、医疗设备的干扰。 因此，很多医疗设备既是干扰源，又是敏感设备，也就是说它们具有干扰和被干扰的双重特性。 因此，一个值得我们思考的问题是，在这种复杂的电磁环境下，医疗设备如何才能达到既不免受干扰又最小化的状态？ 它可以减少其他类型的电磁干扰的影响，最大限度地减少对其他设备或人体的电磁干扰，从而达到平衡。 电磁矛盾就是这样一个概念。

电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中按要求运行而不对其环境中的任何设备造成无法忍受的电磁干扰的能力。 为此，EMC包括两个要求：一方面，是指设备正常运行时对环境产生的电磁干扰不能超过一定限度； 另一方面，意味着该设备对环境中存在的电磁干扰有一定的影响。 一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

为了实现同一电磁环境中的医疗设备或系统能够正常运行，不妨碍正常的无线电通信，不干扰周围设备的正常运行，必须构建一个规则，不仅控制设备的抗干扰能力或系统规定，即设备的抗干扰水平不能太低。 如果将发射水平和抗干扰水平限制在规定的发射限值和规定的抗扰度限值内，设备就达到了电磁兼容的目的。 任何有源的医疗电子设备都会向外界辐射电磁场。 然而，辐射磁场很强并且具有不同的频率。 磁场越强，对外界的干扰就越强。

发射值与抗扰度限值的距离越大，电磁兼容性越大，设备的电磁兼容性越高。 因此，限制医疗设备的对外发射水平，增强其对电磁环境的抗扰度，可以实现设备与环境的相互协调。

随着医疗设备的电磁兼容问题日益凸显，世界许多国家都采取了监管措施来控制医疗设备产品的电磁兼容性。 中国政府也特别关注这个问题。 2005年4月1日，国家乳品药品监督管理局批准发布了行业标准《YY0505-2005医用电气设备电磁兼容要求及试验》。 经过三年的实施过渡期，将于2007年4月1日起实施。这就要求我们在医疗实践中贯彻这一行业标准，努力提高医疗设备的电磁兼容性，提高设备的抗干扰能力，并最大限度地减少潜在的电磁干扰风险。 YY0505-2012将于2015年1月1日实施。

理论和实践研究表明，无论是复杂的系统还是简单的设备，任何电磁干扰的发生都必须满足三个基本条件：一是要有干扰源；二是要有干扰源。 其次，要有传播干扰能量的方式和渠道； 第三，必须有被干扰物体的反应。 在电磁兼容理论中，受干扰的物体统称为敏感设备（或传感器）。 因此，干扰源、干扰传播路径（或传输通道）和敏感设备被称为电磁干扰三要素。

对于医疗设备和系统，要求具有不影响广播、电视、无线电通信等业务或其他设备和系统的基本性能，还要求具有一定的抗电磁干扰能力。 其基本性能不受电磁干扰的影响。 所谓抗扰度是指设备或系统在不增加运行性能的情况下面对电磁威胁的能力。 这表明设备或系统在面对电磁干扰时不提高性能的能力。 免疫力越高。 越高，就越能抵御外界电磁干扰。

电磁恐吓源可分为自然恐吓源和人为恐吓源。 自然恐吓源包括月球上随处可见的闪电引起的雷电噪声、爆燃和太阳黑子活动引起的噪声等。恐吓源包括家用电器或其他电气设备引起的电磁恐吓。 恐吓，本文涉及的主要是人为的恐吓。

增强敏感设备的抗扰度是实现电磁兼容的有效手段。 医疗设备的抗扰度分为7类：

(1)静电放电，(2)射频辐射抗扰度，(3)快速瞬变脉冲群，(4)雷电浪涌，(5)射频场感应传导抗扰度，(6)工频磁场，(7)电流电压骤降​​、短期中断和电流变化抗扰度。 提高这7个方面的抗扰度是提高电磁兼容性的好方法。 解决电磁兼容问题，只需从以上三个要求入手，控制干扰源即可。 电磁辐射，抑制电磁干扰的传播路径，降低敏感设备的抗干扰能力。 只要三要素缺一，电磁干扰就难以实现。

作为医疗设备的用户，我们更关心系统间的电磁兼容问题。 系统间的兼容技术也是通过屏蔽、接地和混合技术来实现的，但实现方法有所不同。

屏蔽的意思是遮盖或阻挡。 在不同的地方，它有不同的含义。 屏蔽也指隔离。 如：屏蔽服、屏蔽保护膜等。其作用是避免静电和其他辐射。

系统间屏蔽是两个空间区域的金属隔离，以控制电场、磁场和电磁波从一个区域到另一个区域的感应和辐射。 其目的是阻挡电磁场的组合路径。 它有两个方面：一是用屏蔽罩包围敏感设备或系统，以避免外部磁场的干扰。 另一方面，对干扰源进行屏蔽，防止干扰磁场向外扩散，影响其他无线设备或人体。 屏蔽干扰源和敏感家电，依靠利用屏蔽罩的原理，阻止高频电磁场在空间传播，减少系统间电磁感应的影响，有效提高电磁兼容性能。

屏蔽层对电磁波有吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽层上的反射）、抵消能量（电磁感应在屏蔽层上形成反向电磁场抵消部分干扰电磁波）场从外部或内部。 作用达到减缓干扰的功能。 当电磁场频率较低时，吸收损耗较小，屏蔽作用主要是反射损耗。 采用高导磁材料作为屏蔽层，将磁力线限制在屏蔽体内，避免向外扩散。 当干扰电磁场频率较高时，吸收损耗随频率升高而减小，反射损耗随频率升高而增大。 建议采用导电性能良好的金属材料作为屏蔽层。 借助高频干扰电磁场，在屏蔽金属中形成涡流，对外界电磁波产生抵消作用。

屏蔽体越厚或相对磁导率越大，屏蔽效果越强，但屏蔽体不能无限加厚。 为了提高屏蔽效果，可采用单层屏蔽方法。 影响屏蔽效果的主要诱因是间隙通风孔、电源线、信号线等。为了达到良好的屏蔽效果，要求每个间隙都要进行电磁密封。 在实践中，我们减小间隙的深度并减小间隙的长度。 混合导电套管或涂敷导电油墨是非常有效的方法。 通风孔也是屏蔽效果的关键。 为了提高通风坑的屏蔽效能，我们在机械结构上采取了采用方形坑、减少坑面积、用金属网覆盖坑等措施。 信号线和电源线采用屏蔽线，或减少输入、输出端口上的混频器，以提高屏蔽效果。

接地技术的引入最初是为了防止电气或电子设备遭受雷击而采取的保护措施。 目的是通过避雷针将雷电形成的雷击电压引入大地，从而保护建筑物。 同时，接地也是保护人身安全的有效手段。 当某些诱因（如电缆绝缘不良、线路老化等）引起的地线与设备外壳接触时，设备外壳内会形成危险电流。 产生的故障电压会通过PE线流到大地，从而起到保护作用。

随着电子通信等数字领域的发展，接地系统仅仅考虑防雷和安全已经不够了。 例如，在通信系统中，大量设备之间信号的互连，要求每个设备必须有一个基础地作为信号的参考地。 并且随着电子设备的复杂化，信号的频率也越来越高。 因此，在接地设计中，必须高度重视信号之间的相互干扰等电磁兼容问题。 否则，接地不当将严重影响系统的运行。 可靠、稳定。 最近，高速信号的信号返回技术中也引入了“地”的概念。

电路和电气设备的接地按其功能分为安全接地和信号接地两个方面。 安全接地是用低阻抗导体将电气设备的外壳与大地连接起来，使操作人员不会因设备外壳短路或故障放电而面临触电危险。 另一种安全接地是防雷接地。 信号接地是利用系统和设备中的低阻抗导线或接地平面，为各电路提供具有共同参考电位的信号返回路径，使流经相线的各电路信号电压互不影响。 信号接地的主要目的是为了抑制电磁干扰、以电磁兼容性为目标的接地方法，包括：

(1)屏蔽和接地 为了防止电路因寄生电容的存在、电路辐射电场或对外部电场敏感而产生干扰，必须进行必要的隔离和屏蔽。 该屏蔽层的金属必须接地。

(2)搅拌机接地。 混频器通常包含一个带有接地信号线和电源线的旁路电容器。 当混频器不接地时，该电容处于浮动状态，不能起到旁路的作用。

(3)噪声干扰抑制。 控制内部噪声和外部干扰需要设备或系统上的许多点接地，从而为干扰信号提供“最小阻抗”通道。

(4) 潜在参考地。 为了电路之间信号的正确传输，必须有一个公共电位参考点。 这个公共电位参考点是地，因此互连电路必须接地。 信号接地形式有四种。 它们根据信号特性将所有电路分开接地，形成四个独立的接地系统。 每个“接地”子系统采用不同的接地形式。

第一类是敏感信号和小信号相线系统。 这类电路工作电平低，信号幅度弱，容易受到干扰、故障或退化。 其相线应防止与其他线路混在一起。

第二类是不敏感信号和大信号相线系统。 该电路工作电压较大，相线系统电压也较大。 必须与小信号电路的相线分开，否则小信号电路会受到相线的r相互作用的影响。 信号电路造成干扰。

第三类是干扰源设备的地面系统。 这类设备工作时会产生火花或脉冲电压，往往对电子电路造成严重干扰。 除了使用屏蔽和隔离技术外，相线还必须与电子电路分开设置。

第四类：金属预制构件的外壳必须接地，以避免触电和车祸，以及外部电磁场干扰和摩擦产生的静电。

同类电路中，根据接地点连接形式的不同，分为单点接地，适用于低频“1MHz”和小型公共地平面规格，可限制点间接地电阻干扰） ; 多点接地，对于高频“10MHz”与公共地平面较大时，单点和多点混合接地：适用于频率在1MHz至10MHz之间的浮动接地，可以防止对地的干扰电压机壳与信号电路直接连接，容易产生静电积聚。 当电荷达到一定程度时，就会形成静电放电。 变压器和光耦合器是典型的浮地。

混合技术：

混合是滤除信号中特定频带的操作。 这是抑制和避免干扰的重要措施。 基于对某个随机过程的观察结果，我们可以对另一个相关的随机过程进行概率论和技术。 检测一词源于通信理论。 它是一种从干扰丰富的接收信号中提取有用信号的技术。 “接收到的信号”相当于观察到的随机过程，“有用信号”相当于观察到的随机过程。 例如，如果使用雷达跟踪客机，则测量到的客机位置数据富含检测误差和其他随机干扰。 如何利用这些数据尽可能准确地确定客机每一时刻的位置、速度、加速度等，并对客机进行预测呢？ 未来的位置是一个混合和预测问题。 此类问题在电子技术、航天科学、控制工程等科技部门大量存在。 历史上最早考虑的是维纳检测，后来RE Kalman和RS Busey在20世纪60年代提出了卡尔曼检测。 目前常见的非线性检测问题的研究相当活跃。

事实上，诊所作为医疗设备的主要使用者，应重视对操作医务人员、采购、维护人员进行必要的电磁兼容（EMC）知识培训，根据使用时的电磁环境购买符合EMC要求的产品。站点，并正确安装它们。 设备应按照设备使用说明书或技术说明书进行安装和操作。 为了广大公众的健康和安全，应让其按照设计正常运行，不受干扰。