電子醫(yī)療設(shè)備電磁兼容研究

王春明

摘要 隨著電子科技的不斷進(jìn)步，大量醫(yī)院積極引進(jìn)電子醫(yī)療設(shè)備，但是同時(shí)也暴露在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，本文針對(duì)此種問題開展了對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容性研究，分析了電磁干擾對(duì)電磁醫(yī)療設(shè)備的危害，研究了FDTD的分析方法在電磁兼容計(jì)算中的應(yīng)用，提出了抗電磁干擾設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞]電子 醫(yī)療設(shè)備 電磁兼容 電磁干擾

1 研究背景

1.1 電磁干擾的概念及其傳播途徑

一般認(rèn)為，電子干擾（EMI）是指任何能夠引起設(shè)備信號(hào)傳輸系統(tǒng)性能下降的電磁騷擾;而電磁騷擾是一種電磁現(xiàn)象，這種現(xiàn)象能夠降低設(shè)備系統(tǒng)的性能，甚至能夠危害人類的身體健康。例如，人類隨身攜帶的手機(jī)就會(huì)時(shí)時(shí)刻刻的向外發(fā)射電磁場(chǎng)，也就是大家通常所說的電磁輻射，當(dāng)他把手機(jī)帶入醫(yī)院，接近電子醫(yī)療設(shè)備時(shí)，就會(huì)降低該設(shè)備的性能和準(zhǔn)確度。

電磁干擾形成實(shí)質(zhì)損害必須具備三個(gè)要素：

（1）騷擾源，騷擾源即是產(chǎn)生騷擾的主體，包括電子元器件，設(shè)備和自然現(xiàn)象等;

（2）騷擾途徑，也叫耦合通道，是騷擾源把騷擾能量傳播到騷擾對(duì)象的途徑，一般有直接耦合、感應(yīng)耦合與輻射耦合三種;

（3）騷擾對(duì)象，也就是被騷擾源騷擾的敏感電子元器件或設(shè)備系統(tǒng)。

從圖1可以看出，要使設(shè)備達(dá)到電磁兼容性，必須從該三個(gè)方面入手，即：

（1）削弱騷擾源的電磁干擾強(qiáng)度;

（2）切斷或破壞騷擾途徑;

（3）提高騷擾對(duì)象的抗干擾能力。

1.2 電磁干擾對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備的危害

近年來，越來越多的醫(yī)院進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)，引進(jìn)了大批的先進(jìn)的電子醫(yī)療設(shè)備，例如心電圖、CT、電子心臟起搏器、電子胃鏡、電子注射泵等等。但是各種電子設(shè)備也在各領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，例如，手機(jī)，iPad等等。這些人們隨著攜帶的電子設(shè)備很可能對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備造成干擾，影響檢查或治療結(jié)果，使電子醫(yī)療設(shè)備暴露在更復(fù)雜的電磁環(huán)境當(dāng)中。

根據(jù)諸多醫(yī)生的反饋及調(diào)查報(bào)告，作者發(fā)現(xiàn)電磁干擾對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備的主要危害事件有：

（1）使心電圖機(jī)或呼吸機(jī)顯示錯(cuò)誤的波形。

（2）電子監(jiān)視器發(fā)生錯(cuò)誤的報(bào)警信息。

（3）心肺復(fù)蘇機(jī)突然停止工作等等。

2 FDTD計(jì)算方法與電磁抗干擾設(shè)計(jì)

2.1 FDTD在電磁兼容計(jì)算中的應(yīng)用

數(shù)值法是電磁兼容的常用計(jì)算方法之一，數(shù)值法又包括有限元法（FEM），時(shí)域有限差分法（FDTD）和矩量法（MOM）等等，而時(shí)域有限差分法（FDTD）是最簡(jiǎn)單最直觀最容易掌握的數(shù)值分析法。

FDTD的一般求解步驟如下：

（1）列出時(shí)域麥克斯韋旋度方程，用中心差分法替代各場(chǎng)分量對(duì)時(shí)間、空間的微分，從而得到正交坐標(biāo)系下的差分迭代式，如式（1），（2）所示。

麥克斯韋旋度方程：

（2）選擇合適的網(wǎng)格尺寸，要求λmin≥10△，△=min（△x，△y，z）;

（3）選擇合適的時(shí)間步長△t;

（4）確定計(jì)算空間大小;

（5）設(shè)置邊界條件;

（6）確定激勵(lì)源;

（7）確定總時(shí)間步數(shù)。

通過上述步驟，可以運(yùn)用時(shí)域有限差分法（FDTD）求出電場(chǎng)和磁場(chǎng)的量值。

2.2 抗電磁干擾設(shè)計(jì)

2.2.1 屏蔽技術(shù)

電磁屏蔽是抑制電磁干擾的最常用也是最重要的方法。它是利用屏蔽體對(duì)電磁騷擾能量隔離的特性，阻擋電磁騷擾能量傳播的一種技術(shù)。電磁屏蔽效能是衡量電磁屏蔽效果的物理量，用SE表示，是指加屏蔽前后的場(chǎng)強(qiáng)之比。通常，其計(jì)算公式為：

Se= 201g

（3）

其中，E表示加屏蔽前的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，Eo表示加屏蔽后的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。

2.2.2 濾波技術(shù)

濾波技術(shù)是為了抑制電磁干擾的傳導(dǎo)，它是對(duì)屏蔽能力的重要輔助，主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域：

（1）高頻系統(tǒng)中，主要抑制非工作頻段的干擾;

（2）信號(hào)線路中，主要是消除不相關(guān)的頻譜分量;

（3）電源電路中，主要是消除控制或轉(zhuǎn)換電路中發(fā)生的干擾。

3 解決電子醫(yī)療設(shè)備電磁兼容問題的具體措施

3.1 提高電子醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容能力

（1）在進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，做相應(yīng)的電磁兼容性分析;采用屏蔽層屏蔽干擾，濾波器輔助屏蔽干擾的方法。

（2）在進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，做相應(yīng)的電磁兼容性分析.對(duì)醫(yī)療用電源增加過壓、過流、過熱保護(hù)電路，同時(shí)還要另外安裝輔助電源。

（3）在進(jìn)行顯示電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，做相應(yīng)的電磁兼容性分析;優(yōu)先采用LCD顯示，而不是CRT顯示器，從源頭上杜絕電磁輻射。

（4）在進(jìn)行機(jī)箱設(shè)計(jì)時(shí)，做相應(yīng)的電磁兼容性分析。

3.2 提高醫(yī)療單位對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用水平

醫(yī)療單位應(yīng)該制定相對(duì)應(yīng)的規(guī)章制度，保護(hù)電子醫(yī)療設(shè)備遠(yuǎn)離輻射源。例如，規(guī)定在特定區(qū)域內(nèi)禁止使用手機(jī)等無限上網(wǎng)設(shè)備，禁止醫(yī)護(hù)人員、患者攜帶無限設(shè)備靠近電子醫(yī)療設(shè)備，設(shè)置專門區(qū)域用來接打電話，在電子醫(yī)療設(shè)備上張貼告示，禁止無限上網(wǎng)設(shè)備靠近等等。

4 結(jié)論

隨著醫(yī)院積極引進(jìn)電子醫(yī)療設(shè)備，電磁干擾已經(jīng)造成了多起醫(yī)療事故，電磁兼容問題研究已經(jīng)是刻不容緩。利用FTDT時(shí)域分析方法可以簡(jiǎn)單直接的計(jì)算出電磁量，再運(yùn)用抗電磁干擾技術(shù)，設(shè)計(jì)出電磁兼容性較佳的電子醫(yī)療設(shè)備。另外，醫(yī)療單位應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備的管理，禁止一切干擾源靠近電子醫(yī)療設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

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