我院醫(yī)療設(shè)備電磁兼容問題分析和解決三例

張影，龔仕明

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程中心，北京 100069

我院醫(yī)療設(shè)備電磁兼容問題分析和解決三例

張影，龔仕明

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程中心，北京 100069

本文針對(duì)我院發(fā)生的由電磁干擾引起的醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行不良事件進(jìn)行了分析，事件包括：高頻電刀對(duì)控溫毯的電磁干擾、電焊機(jī)對(duì)CT機(jī)工作站陰極射線管（Cathode Ray Tube，CRT）顯示器的電磁干擾、電源線路對(duì)彩超心臟探頭的電磁干擾。通過分析明確了電磁干擾現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并分別采用不同的抗電磁干擾措施進(jìn)行處理，結(jié)果表明三例電磁干擾現(xiàn)象均得到良好解決。

醫(yī)療設(shè)備；電磁兼容；接地；濾波；電磁屏蔽

現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備不僅使用了多種高敏感性電氣、電子元件和部件，并且與電腦、移動(dòng)通信系統(tǒng)等結(jié)合組成廣泛的遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷網(wǎng)絡(luò)，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)會(huì)向周圍發(fā)射不同頻率范圍、不同電磁場(chǎng)強(qiáng)度的電磁波，同時(shí)還可能受到周圍電力、電子設(shè)備以及醫(yī)療電氣設(shè)備的電磁干擾，這些因素都會(huì)影響醫(yī)療設(shè)備的正常使用，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生嚴(yán)重的人身傷害、造成患者死亡[1]。因此，從醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)開始至其生命周期結(jié)束為止，必須充分考慮其電磁兼容性，既要保證不對(duì)別的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，也要具有防電磁干擾性能，從而保證醫(yī)療設(shè)備使用的安全性和有效性[2-3]。

構(gòu)成電磁干擾的要素有3個(gè)，即電磁干擾源、敏感設(shè)備和耦合路徑。解決電磁兼容問題需從以上3個(gè)要素來著手：控制騷擾源的電磁輻射、抑制電磁干擾的傳播途徑、增加敏感設(shè)備的抗干擾能力。設(shè)備抗電磁干擾的方法主要有3種：接地、濾波和屏蔽[4]。本文從構(gòu)成電磁干擾的因素出發(fā)，對(duì)我院3起醫(yī)療設(shè)備因電磁兼容性而出現(xiàn)問題的現(xiàn)象進(jìn)行描述，分析電磁干擾產(chǎn)生的原因，并給出了相應(yīng)的解決方案。

1 電磁干擾實(shí)例分析

1.1 高頻電刀對(duì)控溫毯的電磁干擾

1.1.1 電磁干擾現(xiàn)象

我院某患者因“肝炎后肝硬化-門靜脈高壓癥”而在全麻下行脾切除術(shù)和門奇靜脈斷流術(shù)。術(shù)中對(duì)患者使用了控溫毯進(jìn)行加溫，同時(shí)使用了高頻電刀進(jìn)行組織切割，這一過程中控溫毯的溫度顯示面板出現(xiàn)過溫度忽高忽低的跳變現(xiàn)象，術(shù)后患者背部有輕微燙傷。

1.1.2 干擾分析及解決方案

經(jīng)多次手術(shù)室調(diào)研確定該事故并非由高頻電刀漏電擊穿引起，而是控溫毯和高頻電刀的電磁兼容性出了問題。術(shù)中高頻電刀采用的是單極工作模式，即電路由高頻發(fā)生器、作用電極、人體組織、負(fù)極板形成，輸出的射頻頻率在250 kHz～2.5 MHz。控溫毯的溫度傳感器（體溫探頭）置于患者腋下，它所測(cè)量的溫度信號(hào)要與水溫或設(shè)置溫度進(jìn)行比較，形成控溫毯加熱或制冷工作的反饋信號(hào)，溫度傳感器線纜長度約2 m。當(dāng)使用高頻電刀時(shí)，輸出了高頻信號(hào)，控溫毯的溫度傳感器導(dǎo)線起到接收天線的作用，通過天線效應(yīng)進(jìn)行了耦合，致使真實(shí)溫度高于控溫毯檢測(cè)溫度，從而發(fā)生了患者燙傷事件。

具體解決辦法為：給溫度傳感器導(dǎo)線加裝屏蔽電纜并進(jìn)行接地。模擬實(shí)驗(yàn)證明，通過改進(jìn)該電磁兼容性問題得到解決。建議控溫毯廠家進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)，選擇具有雙芯箔疊型屏蔽層的溫度傳感器，并且在連接屏蔽層時(shí)接口處與地面形成360o連接，避免將線纜屏蔽層擰成一根線連接到接地點(diǎn)的“豬尾巴”方式[5]。

1.2 電焊機(jī)對(duì)CT機(jī)工作站CRT顯示器的電磁干擾

1.2.1 電磁干擾現(xiàn)象

我院CT機(jī)房樓上進(jìn)行施工電焊作業(yè)時(shí)，CT機(jī)工作站的CRT顯示器屏幕上出現(xiàn)波紋干擾，且抖動(dòng)厲害，以致于檢查操作人員無法進(jìn)行圖像瀏覽查看，成像質(zhì)量大大受損，嚴(yán)重影響了患者的CT影像檢查。電焊機(jī)停止工作后，CRT顯示器恢復(fù)正常。

1.2.2 干擾分析及解決方案

分析干擾現(xiàn)象可確定電焊機(jī)施工作業(yè)導(dǎo)致了CRT顯示器顯像受到干擾。電焊機(jī)采用電感原理，電感量在接通和斷開時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的電壓變化暫態(tài)過程，利用兩電極在瞬間短路時(shí)產(chǎn)生的高壓電弧來熔化電焊條上的焊料以達(dá)到焊接目的。電焊機(jī)的工作電流可達(dá)到幾十到幾百安培，其快速通斷電引起了供電線路的電壓浪涌與跌落，產(chǎn)生了許多雜波和諧波，對(duì)周圍50 Hz的工頻電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，使CRT顯示器的供電電壓不穩(wěn)。這些電磁干擾通過電源線耦合到顯示器上，從而使顯示器屏幕發(fā)生抖動(dòng)。

解決此問題的方法可以為：① 更換對(duì)電壓波動(dòng)要求不高的液晶顯示器；② 采用加帶濾波功能的穩(wěn)壓電源，把雜散諧波濾掉；③ 使用在線式不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）。我院CT工作站沒有配置二次供電裝置，因此針對(duì)這一電磁干擾問題，配置了一臺(tái)在線式UPS（不建議選用后備式UPS），解決了CRT顯示器受電焊機(jī)施工干擾的問題。同時(shí)，這也為突然斷電或供電故障時(shí)對(duì)工作站Unix系統(tǒng)和圖像數(shù)據(jù)提供了保護(hù)功能。建議醫(yī)院對(duì)高精度醫(yī)用設(shè)備加裝二次供電裝置，以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的交流供電。在輸入電壓過壓或欠壓時(shí)提供穩(wěn)定的電壓輸入，同時(shí)抑制尖峰、衰減振蕩脈沖和高頻的干擾。

1.3 電源線路對(duì)彩超心臟探頭的電磁干擾

1.3.1 電磁干擾現(xiàn)象

我院日立彩超Hi Vision Preirus在安裝完畢臨床試用時(shí)發(fā)現(xiàn)，相控陣心臟探頭EUP-S70出現(xiàn)干擾問題。具體表現(xiàn)為：該設(shè)備所配備的其它探頭成像基本正常，但使用心臟探頭時(shí)扇形區(qū)圖像上出現(xiàn)密集的小白點(diǎn)干擾偽影，極大地影響了圖像質(zhì)量，使操作醫(yī)生無法做出正確診斷。

1.3.2 干擾分析及解決方案

首先排除了心臟探頭本身和設(shè)備故障的問題，然后確認(rèn)該現(xiàn)象是電磁干擾引起的。干擾電磁場(chǎng)進(jìn)入彩超設(shè)備的途徑一般有兩種：一是通過彩超設(shè)備的電源線路引入；二是從探頭、屏蔽不良的連線、接頭、機(jī)殼等處竄入[6]。該檢查室雖然距離可發(fā)射強(qiáng)大電磁干擾波的設(shè)備，如放射科的X光機(jī)、手術(shù)室的高頻電刀較遠(yuǎn)，但同樓層有電子胃腸鏡、心電圖、腦電圖等檢測(cè)設(shè)備，稍遠(yuǎn)的地方還有電梯，這些設(shè)備都可能產(chǎn)生空間雜散電磁場(chǎng)干擾。因此，需要解決雜散場(chǎng)的輻射干擾問題。

首先對(duì)設(shè)備加強(qiáng)了屏蔽措施，在設(shè)備底部墊了一塊1 m×0.5 m的鐵皮，主要目的是抑制從地下管線串入的干擾信號(hào)，干擾現(xiàn)象沒有得到解決；尋找一根專用地線，對(duì)該塊鐵皮進(jìn)行了可靠接地，干擾現(xiàn)象沒有得到解決；調(diào)整彩超設(shè)備的多種放置方向，以避開可能的電磁波干擾方向，干擾現(xiàn)象仍未得到解決?？紤]電磁干擾耦合途徑或許不是輻射，而是傳導(dǎo)途徑，我院之前使用的彩超設(shè)備都配備了交流凈化穩(wěn)壓電源，極大地濾除了電源線路引入的干擾，這些設(shè)備一直工作良好，本臺(tái)新引入設(shè)備尚未配備交流凈化穩(wěn)壓電源。把已在用彩超的交流凈化穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)接過來，再進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)心臟探頭干擾偽影問題得到解決。

本實(shí)例為電源線傳導(dǎo)耦合的典型案例，墻壁電源輸出電路中存在大電流的尖端脈沖或波形中包含的高次諧波通過輸出連線在空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)[7]。這些尖端脈沖或諧波使輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變，成為強(qiáng)大的干擾源，這些干擾與彩超設(shè)備的電源和內(nèi)部電路耦合成高頻噪聲，在3.0 MHz附近形成信號(hào)并疊加到視頻線路上[8]。因此建議醫(yī)院針對(duì)彩超設(shè)備配置交流凈化穩(wěn)壓電源，除保護(hù)彩超免于被供電電壓波動(dòng)燒壞外，還可以阻斷干擾電磁波從電源線路的引入。

2 總結(jié)討論

國際上，歐盟《89/336/EEC電磁兼容指令》從1996年1月1日開始強(qiáng)制執(zhí)行[8]。而我國于2012年12月17日發(fā)布了新版《YY 0505-2012》標(biāo)準(zhǔn)，并要求于2014年1月1日起實(shí)施。國內(nèi)電磁兼容方面的研究起步較晚、相對(duì)薄弱，電磁兼容設(shè)計(jì)能力、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行能力和檢測(cè)檢修能力還需加強(qiáng)。

從長遠(yuǎn)來看，醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)符合電磁兼容要求的產(chǎn)品是必然趨勢(shì)。應(yīng)當(dāng)分別從電磁干擾源、耦合路徑和敏感設(shè)備3個(gè)方面考慮進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，這樣才能保證醫(yī)療設(shè)備單獨(dú)使用或聯(lián)合使用時(shí)的安全性和可靠性。醫(yī)院作為醫(yī)療設(shè)備的主要使用方，不可能參與到電磁兼容性設(shè)計(jì)中，但是在使用維護(hù)過程中，可以聯(lián)合生產(chǎn)廠方的工程師，對(duì)產(chǎn)生的電磁兼容問題進(jìn)行分析、查找原因，并針對(duì)問題采用接地、濾波和屏蔽技術(shù)進(jìn)行解決；對(duì)產(chǎn)生的醫(yī)療器械不良事件要進(jìn)行申報(bào)，作為醫(yī)療器械再評(píng)價(jià)工作的一部分；要重視對(duì)相關(guān)醫(yī)技醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行必要的電磁兼容知識(shí)培訓(xùn)，按照使用現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境選購符合電磁兼容性要求的產(chǎn)品；按照使用說明書或技術(shù)說明書進(jìn)行安裝和操作，以保證醫(yī)療設(shè)備按照預(yù)期設(shè)計(jì)用途、在不受干擾的條件下正常運(yùn)行。

[1]YY0505-2012.醫(yī)用電氣設(shè)備第1-2部分:安全通用要求并列標(biāo)準(zhǔn):電磁兼容 要求和試驗(yàn)[S].

[2]余學(xué)飛,葉繼倫,張寧,等.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2013.

[3]焦紅.《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1-2部分：安全通用要求并列標(biāo)準(zhǔn):電磁兼容 要求和試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)解讀[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013.

[4]李佳戈,張艷麗,蘇宗文,等.醫(yī)療器械電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵細(xì)節(jié)解析[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2014,29(8):70-72.

[5]徐亮.設(shè)備電纜的天線效應(yīng)分析及測(cè)試[A].中國電子學(xué)會(huì)天線分會(huì).2009年全國天線年會(huì)[C].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[6]蔡愛萍.淺談彩超設(shè)備抗電磁場(chǎng)干擾的對(duì)策[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2004,19(6):36.

[7]儲(chǔ)曉韻.UPS電源對(duì)高檔彩超的干擾及解決方法[J].醫(yī)療裝備,2002,15(2):228.

[8]李明,朱中文,蔡偉勇.電磁兼容技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].電子質(zhì)量,2007,(7):61-64.

圖6 改進(jìn)后的清洗站內(nèi)外洗腔及增加堵棒的結(jié)構(gòu)圖

改進(jìn)后的清洗站經(jīng)200次日清潔、200次患者請(qǐng)求測(cè)試、多臺(tái)儀器重復(fù)測(cè)試，外/內(nèi)壁清洗腔和溢流腔中濺液率均低于1%，說明儀器的改進(jìn)有效減少了濺液現(xiàn)象的發(fā)生，達(dá)到了預(yù)期效果。

3 小結(jié)

樣本針清洗站結(jié)構(gòu)決定了樣本針清洗效果，本文從水膜產(chǎn)生原理分析該清洗站濺液現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，同時(shí)對(duì)樣本針清洗站結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過多次重復(fù)試驗(yàn)證明，改進(jìn)后的樣本針清洗站大大緩解了濺液現(xiàn)象的發(fā)生，具有臨床應(yīng)用推廣價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李延斌,孫志華.全自動(dòng)生化分析儀的分類、結(jié)構(gòu)和選購[J].中國醫(yī)療器械信息,2008:14(3):34-40.

[2]尹志軍,隋洪,鄭文婷.羅氏Cobas e411加樣/試劑針日常保養(yǎng)的重要性[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2013,28(5):142-143.

[3]張建鵬.全自動(dòng)化學(xué)分析免疫分析儀[D].天津:天津大學(xué),2005.

[4]江銘伯.對(duì)液滴表面張力的探討[J].齊齊哈爾輕工業(yè)學(xué)報(bào),1988,4(3):24-29.

[5]劉國杰,胡英.液體的表面張力與內(nèi)壓[J].化學(xué)學(xué)報(bào),1989,(10):935-940.

[6]任文輝,林志群,彭道林.液體表面張力系數(shù)與溫度和濃度的關(guān)系[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,30(1):77-79.

[7]明仁雄,萬會(huì)雄.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2003.

[8]許毅.液壓系統(tǒng)氣泡的危害與防治[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2008,38(2):89-90.

[9]王彥華.液壓系統(tǒng)油液中氣泡的防范[J].裝備制造技術(shù),2007,(9):82-83.

Analysis and Solution of Three Cases of Medical Devices Electromagnetic Interference Problems in Our Hospital

The malfunctions of medical devices resulting from EMI (Electromagnetic Interference) in our hospital were analyzed,including the EMI of high-frequency electric knife on the temperature-controlling blanket,the EMI produced by electric welding machine on the CRT (Cathode Ray Tube) screen of CT workstation,and the EMI of the power supply line on the echocardiography probe head. The reasons for EMI phenomena were identifed through analysis,and the different anti-EMI measures were taken. The results showed that three cases of EMI problems were well solved.

medical devices;electromagnetic compatibility;electrical grounding;wave filtering;electromagnetic shielding

ZHANG Ying,GONG Shi-ming
Center of Medical Engineering,Beijing Youan Hospital Affiliated to Capital Medical University,Beijing 100069,China

TN912 [文獻(xiàn)識(shí)別碼]B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.09.034

1674-1633(2016)09-0119-03

2015-10-08

作者郵箱：pengzhangying@sina.com