醫(yī)療電磁環(huán)境和電磁干擾EMI

一、EMI的一般性質(zhì)
      世界工業(yè)化國家越來越依賴于使用電氣和電子設(shè)備，無論是在家中，還是在工業(yè)和商業(yè)中，每個人都受到這種趨勢的影響。隨著我們的社會越來越依賴于不同類型的電氣/電子系統(tǒng)進(jìn)行日常活動，EMI源的數(shù)量和多樣性也可望增加; EMI的相應(yīng)影響可能會變得更加多樣化，并且可能更加微妙。

      如果它們對公共健康和安全構(gòu)成直接威脅，或者如果它們導(dǎo)致關(guān)鍵的電氣/電子系統(tǒng)發(fā)生故障，例如在醫(yī)療保健設(shè)施，制造業(yè)，通信或國防中，則這些影響尤其引起關(guān)注。此外，如果EMI水平超過規(guī)定限值，在不引起故障的情況下，這也引起關(guān)注，因?yàn)樗鼘⑻峁┍纫?guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中假設(shè)的更嚴(yán)重的EMI環(huán)境; 隨后引入該環(huán)境的新設(shè)備和系統(tǒng)因此具有更高的故障概率。

1.通常，影響特定電氣或電子系統(tǒng)的EMI源可歸入“內(nèi)部”EMI和“外部”EMI的兩個標(biāo)題下，內(nèi)部EMI與系統(tǒng)中存在的器件和元件相關(guān)聯(lián)，例如電阻器，晶體管等。

2.外部EMI由相關(guān)系統(tǒng)外部的源產(chǎn)生，典型的來源可能是汽車點(diǎn)火系統(tǒng)，熒光燈，電動機(jī)或發(fā)電機(jī)，微型計(jì)算機(jī)，雷暴，太陽能干擾等。

3.外部EMI通常在EMC環(huán)境中具有重要的意義，但是，內(nèi)部噪聲可能會對測量精度產(chǎn)生基本限制。在本文的其余部分，注意力將僅限于EMI的外部來源。

4.EMI的影響是設(shè)計(jì)師，制造商，進(jìn)口商，零售商和電氣和電子設(shè)備用戶非常關(guān)注的一個原因。這些設(shè)備必須設(shè)計(jì)成在其預(yù)期的環(huán)境中令人滿意地運(yùn)行，并且不會影響現(xiàn)有設(shè)備。換句話說，設(shè)備必須設(shè)計(jì)為具有內(nèi)置兼容性。

 
二、電磁干擾EMI傳播機(jī)制
對于引起干擾的電磁干擾，它們必須以某種方式傳播。電磁傳播的三個主要物理機(jī)制是：
1.傳導(dǎo)
2.反應(yīng)耦合
3.輻射。
EMI耦合路徑圖1：EMI耦合路徑的示意圖

1、傳導(dǎo)
電磁能量可以以共?；虿钅＿M(jìn)行，這可以通過電力電纜，接地導(dǎo)體，信號電纜，天線饋線或其他低阻抗路徑。在30 MHz以下的頻率下傳導(dǎo)干擾的風(fēng)險更大。高于該頻率，傳導(dǎo)干擾會受到很大的衰減，并且其他傳播機(jī)制成為主導(dǎo)。

在醫(yī)院中，EMI通?？梢酝ㄟ^電源分配網(wǎng)絡(luò)傳播。如上所述，所使用的電纜類型及其布局方式會對傳導(dǎo)干擾水平產(chǎn)生很大影響。

 
2、無功耦合
電磁能量也可以通過電感或電容的電抗耦合傳播。精確的效果取決于距離，方向，尺寸，接地和其他因素，所有這些都將是系統(tǒng)獨(dú)有的。反應(yīng)耦合可能存在于系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)之間。

通常，電感耦合傾向于與高電流和低阻抗情況相關(guān)聯(lián)，而電容耦合傾向于在高電壓和高阻抗下發(fā)生。通常兩種類型一起存在。導(dǎo)線之間的無功耦合稱為串?dāng)_，并且通常在不同類型的電纜長距離捆綁在一起時發(fā)生。

 
3、輻射
      對于大約30MHz以上的頻率，輻射往往是主要的傳播機(jī)制。輻射發(fā)射器有兩種類型：有意和無意。有意發(fā)射器，如無線電和雷達(dá)，會產(chǎn)生雜散發(fā)射及其預(yù)期信號。這些可以是預(yù)期信號的諧波或互調(diào)產(chǎn)物的形式，并且直接與設(shè)備的主要功能相關(guān)聯(lián)。實(shí)用的無線電發(fā)射器也會輻射寬帶噪聲。無意的發(fā)射器，例如個人計(jì)算機(jī)或晶閘管驅(qū)動器，產(chǎn)生的排放是設(shè)備主要功能的副產(chǎn)品。

      輻射發(fā)射的有用量度是電場強(qiáng)度，通常以伏特/米表示，V / m。對醫(yī)院EM環(huán)境的調(diào)查往往發(fā)現(xiàn)外部發(fā)射器（如無線電和電視桅桿）的場強(qiáng)小于1V / m。標(biāo)準(zhǔn)EN60601-1規(guī)定大多數(shù)設(shè)備的RFI抗擾度高達(dá)3V / m，安全關(guān)鍵設(shè)備的抗RFI抗性高達(dá)10V / m。

應(yīng)當(dāng)注意，在任何給定情況下，EMI傳播很可能是通過上述機(jī)制中的兩個或三個的組合，而不是由于單獨(dú)的單獨(dú)機(jī)制。

 
三、EMI的來源
醫(yī)院的典型來源包括電機(jī)，熒光燈，開關(guān)裝置和配備開關(guān)模式電源的設(shè)備。

      電外科，也稱為電烙術(shù)或手術(shù)透熱療法，是醫(yī)院中EMI的重要來源，超過1A的電流和超過4kV的EMF用于切割和凝結(jié)組織。典型頻率為500kHz，足夠高，不會給患者帶來電擊。然而，這也意味著設(shè)備會以此頻率的諧波輻射，特別是在1到10MHz之間。這種類型的設(shè)備非常善于產(chǎn)生EMI，它在第二次世界大戰(zhàn)期間被用于干擾雷達(dá)。它可以在1米處產(chǎn)生40-50V / m的場，使得在同一房間內(nèi)使用監(jiān)視器變得困難。起搏器也可能受到影響。屏蔽是不可行的，因?yàn)榛颊邩?gòu)成輻射天線的一部分。但是，通過仔細(xì)放置引線可以減少問題。

      SW物理治療的ISM頻率為27MHz ，它將能量沉積到溫?zé)岬慕M織。RF信號通常是脈沖的，盡管幾乎沒有證據(jù)表明這對臨床有益。這通過解調(diào)產(chǎn)生音頻信號而產(chǎn)生問題，在電話上產(chǎn)生嗡嗡聲。附近的計(jì)算，監(jiān)控和視頻設(shè)備可能會中斷。更好地屏蔽涂抹器可以減少問題。

      EMI的另一個來源是移動無線電發(fā)射機(jī) - 蜂窩電話和緊急服務(wù)無線電。這些產(chǎn)生非常高的場強(qiáng)但僅在短距離內(nèi)。理論上，場與天線的距離成反比，可以使用表達(dá)式7√P/ d估算，其中P是以瓦為單位的輻射功率，d是以米為單位的距離。然而，有證據(jù)表明，醫(yī)院走廊對輻射具有“指導(dǎo)性”影響，而且這些田地的衰退速度略微慢于此。

20世紀(jì)90年代的一些研究表明，各種設(shè)備都容易受到移動無線電發(fā)射機(jī)的RFI影響。幸運(yùn)的是，手機(jī)的EMI不太可能超過2米。高場強(qiáng)不僅由手機(jī)產(chǎn)生，還由救護(hù)車和其他緊急車輛上的發(fā)射器產(chǎn)生。

 
3.4 EMI的受害者
      如果遭受足夠大的干擾，任何設(shè)備都將失效。數(shù)字電路通常更具免疫力，但當(dāng)它們終這樣做時會失敗更具災(zāi)難性。電路故障不一定對患者有害。監(jiān)視器上的搖晃圖片可能被視為僅僅是一種麻煩，而呼吸機(jī)，輸液泵或自動除顫器的故障可能是致命的。

      設(shè)計(jì)用于拾取電場或磁場的設(shè)備顯然很脆弱，一個例子是配有telecoil選項(xiàng)或'T-switch'的組聽器。這使得輔助設(shè)備能夠從電話中獲取磁場，也可以從會議廳，教堂等中的特殊安裝的感應(yīng)環(huán)中獲取磁場。不幸的是，該系統(tǒng)容易受到來自電機(jī)驅(qū)動器，電信電纜和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器的低頻輻射場的影響，這些輻射場未被覆蓋按EMC標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈兊陀?50kHz。

生理監(jiān)測設(shè)備容易受到脈沖RF的影響，可以通過放大器電路中的非線性元件進(jìn)行解調(diào)。有些監(jiān)護(hù)儀直接連接到患者，以檢測小的生理信號，如下表所示：

表1：小生理信號的測量值
 

眾所周知，腦電圖對EMI非常敏感，外部起搏器包含ECG傳感器，并且已被證明易受TETRA系統(tǒng)的17Hz脈沖率影響，用于私人無線電，目前警方和其他緊急服務(wù)部門正在采用這種方式。

主電源設(shè)備，包括呼吸機(jī)，嘛醉機(jī)和注射泵，也可能容易受到主電源的干擾。電池/電源設(shè)備采用電池供電，主電源連續(xù)充電，對電源電壓變化具有很好的免疫力，如跌落和跌落。

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