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医疗电子设备的电磁兼容性

1医疗电子设备电磁兼容的现状及影响因素

在这种复杂的电磁环境下,电磁干扰会影响电子系统的稳定性,甚至导致其瘫痪。1994年,美国温切斯特市分析和工程中心对医疗电子设备在不同环境中可能遇到的电磁场进行了专研,研究表明,在各种不同电磁场包围下的医疗电子设备会受到不同程度的辐射,影响了设备的兼容性和稳定性。虽然当前我国医疗电子设备的电磁兼容性取得了长足进步,但与医学发达国家相比仍然有进步的空间。电磁干扰是影响医疗电子设备电磁兼容性的主要因素,有内外部干扰。内部干扰,顾名思义,就是指医疗电子设备各个部件的干扰;外部干扰,是指设备和系统外形成的干扰。具体表现上,内部干扰,元器件发热干扰、工作电源因绝缘电阻和线路分布电容形成漏电产生的感染、高电压部件和大功率产生的电场和磁场干扰、信号因电源和传导线耦合产生的干扰;外部干扰,如供电所网络形成的干扰、外部高电压因绝缘漏电形成的干扰、空间电磁波形成的干扰、外部大功率设备形成的强磁场干扰等。

2提高医疗电子设备电磁兼容性的有效措施

一般而言,医疗电子设备产生电磁兼容问题的重要三个因素分别是敏感设备、电磁干扰源和耦合路径。所有,为了有效提高医疗电子设备电磁兼容性,就可以从抑制这三个影响因素入手,通过抑制干扰源、消除干扰途径等手段进行,具体如下。

2.1科学利用好屏蔽技术屏蔽就是指将两个空间区域之间的金属

隔离,对电磁场、电磁波从一个区域到另一个区域的辐射进行控制,达到隔断电磁场耦合的目的,其中选择屏蔽体材料是很重要的,分为电和磁两种屏蔽,关键是要选择合适的金属材料,其选择依据就是相对电导率σr和相对磁导率Ur。如银的σr和Ur分别是1.05和1.0、金的σr和Ur分别是0.7和1.0、铝的σr和Ur分别是0.61和1.0等,技术人员在对对设备电磁兼容性设计时,必须要选择合适的屏蔽材料,来提高设备对电磁屏蔽效果。同时,技术人员要做好缝隙电磁屏蔽设计。一般而言,缝隙的最大线形尺寸是干扰源半波长的整数倍时,缝隙能泄露最大的电磁,影响设备的使用效果,缝隙的最大线形尺寸要在λ/10波长至λ/100波长之间。为了更好的弥补缝隙,技术人员可以通过使用导电柔性介质的屏蔽设计、布置螺钉、扩大接触面的屏蔽设计等手段来完成。具体缝隙的结构示意图和等效电路见图1。

2.2正确处理好接地工作

开展有效的接地工作是提高医疗电子设备电磁兼容性的重要手段,能很的消除干扰、避免噪声,有设备接地、供电系统接地、屏蔽接地和电路信号接地等。为了能有效避免共用电源的医疗电子设备间通过电源线导致的相互电磁干扰,工作人员可以使用单点接地、多点接地和悬浮地等接地方法。高频适用于多点接地,即频率在10MHz以上;低频适用于单点接地,即频率小于1MHz,在这两者之间就可以选用单点和多点混合接地方法。因此,医院必须要不断建立完整的接地网,形成各种接地的自成体系,避免使用同一个接地极。医院每个医用建筑都要建立独立的交流接地网,每个病房、诊疗室、办公室等房间必须避免多地接地的出现。同时,严谨使用自来水管作接地线、使用暖气管作接地线,避免出现无接地工作。

2.3提高设备的滤波性能

这是阻断和消除电磁干扰,提高电磁兼容性的重要手段,使用滤波网络能有效阻断干扰源、防止干扰耦合、提高接收设备的抗干扰能力。提高设备滤波性能的主要工作原理是,按照噪声、信号的频率分布范围把相应频带的滤波器带入信号传输的通道中去,将噪声弱化和过滤到,进而达到将电磁干扰波过滤掉的目的。在使用该措施的过程中,选择有效的滤波器是极为重要的。一般而言,带阻滤波器、低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器等都是较为常见的滤波器。工作人员在选用滤波器的过程中,要根据干扰源的频谱特点、信号频谱的特点等因素进行合适的选择,只有这样才能消除耦合。如高频电路的抗干扰上,可以选择由一个电感器和两个电容器构成的CLCπ型的滤波器,使用干容和阻容去耦网路隔离电源和电路,阻断各个电路之间的耦合,进而达到消除干扰信号的目的。

2.4做好设备软件抗干扰设计

医疗电子设备的软件是重要的组成部分,影响了其电磁兼容性,必须做好其抗干扰设计。技术人员要使用查询来替代中断,如有中断,其信号连线长度也要小于0.1米,以免产生误触发问题;在A/D转换上,技术人员可以采用数字滤波,如比较平均法和平均法,以免产生突发性干扰;输入的开关信号要延时去抖动;I/O口操作过程中,必须要检查口执行命令的具体情况,以免外部故障产生的不执行控制命令;软件的关键部位要设计看门口,以免软件走飞,即便走飞也能从头开始。

3结语

总之,医疗电子设备的电磁兼容性问题是当前医学领域研究和进步的重要问题,为了更好的消除和避免电磁波、干扰源和干扰信号的产生,医院及其工作人员可以通过利用静电屏蔽和电磁屏蔽技术,做好各项接地工作,利用滤波网,通过过滤电磁波、隔离电磁波、浮置和平衡电源等手段来实现。只有这样才能更好的消除和避免干扰信号和干扰源,清除电磁波,提高医疗电子设备的电磁兼容性,增强设备诊疗的精准性,更好确保患者的身心健康,促进我国医学的可持续发展。

作者:薛治明


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