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医疗设备的电磁兼容分析

发布时间:2014-09-12作者:器械科(转载)


电磁干扰传播途径一般也分为两种:即传导耦合方式和辐射耦合方式。任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径(或传输通道)。通常认为电磁干扰传输有两种方式:一种是传导传输方式;另一种是辐射传输方式。因此从被干扰的敏感器来看,干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合两大类。传导传输必须在干扰源和敏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递到敏感器,发生干扰现象。这个传输电路可包括导线,设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。

  

辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播,干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合由三种:1. 甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受,称为天线对天线耦合;2. 空间电磁场经导线感应而耦合,称为场对线的耦合;3.两根平行导线之间的高频信号感应,称为线对线的感应耦合。在实际工程中,两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在,反复交叉耦合,共同产生干扰,才使电磁干扰变得难以控制。

  

医疗设备在诊断和治疗方面所起的重要作用,使得电磁干扰对其的影响直接关系到患者的人身安全,目前医疗设备小型、高灵敏度和智能化的实现,使它们更易受电磁干扰的影响,特别是那些抗干拢能力差的(即电磁兼容性差的诊断仪器,为医生提供了失真的数据、波形及图像等信息,使得医生不能做出正确诊断,当然会影响有效的治疗,甚至危及人的生命,国际有许多这方面的报道。

  

经美国FDA认定的疑为因医疗器械受电磁干拢引发的事故;植人心脏起搏器的患者在乘坐救护车急救过程中,因救护人员使用双向无线通讯设备而导致起博失效。病人监护仪受电磁干扰影响,致使病人因检测不出心律不齐而死亡。设备的CAT显示器上过度干扰,医务人员难以判断心率,致使病人无法复苏。

  

移动电话对婴儿暖箱、输液泵、人工透析器、心脏起博器、心脏除颤装置产生的干扰,因此美国的医院明令禁止在有这类设备的病房使用手机新生儿呼吸监护仪(新生儿呼吸停止而专门设计的报警装置)受调频电台FM发射的干扰调制波的影响,扰乱了呼吸节律导致报警失灵。

  

上面的例子仅谈了外界的电磁干扰对医用设备的影响,殊不知现代医疗中使用了各种高频、射频发射机高敏感性电气,电子元件和部件以及使用射频能量做为诊断或治疗的设备或系统(MAI),其工作时可能作为一EMI干扰源通过不同的藕合途径向周围传播出不同频率范围和电磁场强度的有用或无用的电磁波,无线电广播通讯业务和周围其它设备的工作,且它们在共同的电磁环境中,还可能受到周围电力、电子设备,以及医疗设备之间干扰。所以许多医用设备既是干扰源又是敏感设备也就是说它存在干扰和被干扰两重性,如此以来一个间题值得我们思考,在此复杂的电磁环境下,医疗设备如何达到一个既不受或尽量减少受到其它各种电磁干扰的影响,又能尽量减少对其它设备或人体的电磁干扰,从而达到一种平衡,电磁兼性就是这样的一个概念。

  

电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。

  

为实现在同一电磁环境中的医疗设备或系统在自身工作正常的情况下,又能达到不妨碍正常的无线电通讯工作,又不干扰周围设备的正常工作,就须建立一种规则,既要对设备或系统的抗干扰能力作出规定,即设备的抗干扰度水平不能太低,将发射电平和抗干扰度电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辐射电磁场,只不过辐射磁场强大小、频率不同,场强愈强对外干扰愈强。

  

发射值与抗扰度限值的间隔愈大,则电磁兼容度就愈大,设备的电磁兼容性愈高。所以限制医疗设备的对外发射电平,提高其对电磁环境的抗扰度能力,两者兼顾,才能达到设备与环境的互相协调。

  

随着医疗设备的电磁兼容问题日益突显,国际上许多国家从法规上采取了措施对医疗设备产品的电磁兼容性进行控制,我国政府也非常重视这个问题,已于2005年4月1日,由国家食品药品监督管理局批准发了:"Y Y05 05-2005医用电气设备电磁兼容性要求和试验"行业标准,经过两年执行过渡期,已于2007年4月1日起正式执行,这就需要我们在医疗实践中贯彻这个行业标准,努力提高医疗设备的电磁兼容性,提升设备的抗干扰能力,将潜在的电磁干扰风险降到最低。

  

理论和实践的研究表明,不管复杂系统还是简单装置,任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件:首先应该具有干扰源;其次有传播干扰能量的途径和通道;第三还必须有被干扰对象的响应。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备(或敏感器)。因此干扰源、干扰传播途径(或传输通道)和敏感设备称为电磁干扰三要素。

  

对于医用设备和系统而言,既要求它具有不影响无线电广播、电视、无线电通讯等业务或不影响其它设备和系统的基本性能,又要求它对电磁干扰有一定的抗扰度,它的基本性能不受电磁干扰的影响,所谓抗扰度是指装置设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力,这是表明设备或系统面对电磁干扰不降低性能的一种能力,抗扰度越高,表明它越能承受外界的电磁干扰。

  

电磁骚扰源可分为自然骚扰源和人为骚扰源,自然骚扰源包括地球上各处雷电产生的天电噪声,太阳黑子爆炸和活动产生的噪声等,骚扰源由电器或其它用电装置产生电磁骚扰,本篇所涉及的多为人为骚扰。

  

提高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、{3)快速舜变脉冲群、}4)浪涌、{5)射频场感应的传导、{6)工频磁场、(7)电压暂降短时中断和电压变化抗扰度,提高这7个方面的抗扰度是提高电磁兼容性的好办法解决电磁兼容问题只需从以上3个要求来着手,控制干扰源的电磁辐射,抑制电磁干扰的传播途径,增加敏感设备的抗干扰能力,3个要素中只要缺少一个要素,电磁干扰就无法实现。

  

作为一个医用设备的用户,我们更多的是考虑系统间的电磁兼容性的问题,系统间的兼容性技术也是通过屏蔽,接地和滤波等技术实现,只不过实施方法不同。

   

屏蔽技术

  

屏蔽的愿意是指遮蔽、阻挡的意思。在不同的地方,有不同的意义。屏蔽还指隔离。如:屏蔽服,屏蔽保护膜等等。其作用是防止静电和其他辐射。

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