艦船手術(shù)室的電磁防護(hù)探究

付奇?zhèn)ィ鶑?qiáng)，徐棟，錢齊榮

（1.上海長征醫(yī)院，上海 200003；2.山東威高集團(tuán)醫(yī)用高分子制品股份有限公司，山東 威海 264211）

電子系統(tǒng)和裝備是現(xiàn)代艦船完成預(yù)定作業(yè)和承擔(dān)使命任務(wù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。雷達(dá)探測、武器制導(dǎo)、氣象探測、內(nèi)外的通信等等，狹窄的船體承載了如此密集的電子系統(tǒng)，使得電子系統(tǒng)使用密度極大，頻譜的擠、天線的扎堆、各類儀器信號接收閾值的不斷降低、各種金屬制造的天線及相關(guān)設(shè)施等，這些都為電磁干擾的產(chǎn)生和傳播提供了基礎(chǔ)和途徑。使用電磁鎖定技術(shù)的手術(shù)室處在這樣的環(huán)境下，勢必會受到電磁干擾，影響正常的工作和運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)防和解決電磁干擾問題不僅對海上衛(wèi)勤保障有著重大意義，對于艦船其他工作單元在電磁防護(hù)下的正常作業(yè)和任務(wù)的完成也有著重要的作用。

1 電磁干擾的產(chǎn)生、傳播和影響

1.1 電磁干擾的產(chǎn)生和傳播

電磁干擾為（EMI）為“任何可以中斷、阻礙、降低或限制電子設(shè)備有效性能的電磁能量”。可使電信號模糊丟失、差異化和錯誤，導(dǎo)致信息錯誤、丟失或虛假，造成相關(guān)電子電氣設(shè)備工作性能發(fā)生不允許的降低。如前所述，艦船本身就是各類型電子設(shè)備的集合體，這些電子設(shè)備都能產(chǎn)生電磁能量相互影響，對于醫(yī)療單元或者手術(shù)室來說，艦船平臺本身就是一個(gè)巨大的電磁干擾源，海軍艦船開發(fā)利用了從0Hz～40GHz 的整個(gè)無線電頻譜，相對于其他極高功率設(shè)備的醫(yī)療平臺而言，更易受到電磁干擾的影響。

電磁干擾主要通過傳導(dǎo)耦合和輻射耦合影響敏感設(shè)備。傳導(dǎo)耦合是艦船等海上作業(yè)平臺上電力電子設(shè)備產(chǎn)生的一種常見的、典型的電磁干擾，具體有共模干擾和差模干擾兩種形式。輻射耦合是指來自干擾源的電磁干擾信號通過空間輻射將干擾傳遞給受擾設(shè)備的途徑，輻射耦合的傳導(dǎo)基礎(chǔ)是“場”，它與傳導(dǎo)干擾的明顯區(qū)別在于傳導(dǎo)干擾是以導(dǎo)線器件等有形介質(zhì)作為傳輸通道的干擾，而輻射耦合是以自由空間傳播的一種電磁波干擾，具有明顯的不確定性和影響廣泛性。

1.2 電磁干擾的危害

EMI 危害深廣，對于醫(yī)療單元來說，主要在于：

（1）降低功能指標(biāo)。對某些大型醫(yī)療設(shè)備如CT 機(jī)、MRI和DR 等機(jī)器，以及小型設(shè)備如心電圖機(jī)、心電監(jiān)護(hù)儀等，會造成無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者傳遞的信息缺失、錯誤，如圖像失真。

（2）誤動作、誤燃。采用電磁鎖定技術(shù)的手術(shù)室在電磁干擾下可能會失靈，無法正常工作甚至出現(xiàn)錯誤動作造成醫(yī)療事故；醫(yī)療單元會有酒精、某些氣體制劑等易燃易爆制品，在金屬體上強(qiáng)電磁場可以通過感應(yīng)電壓產(chǎn)生金屬之間的電弧，從而引起誤燃引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。

（3）輻射危險(xiǎn)。人員距大功率發(fā)射天線近距離受到照射時(shí)，眼睛等脆弱器官極易受到強(qiáng)電場輻射造成生理功能的失常甚至疾病，特別對于身體狀況較差甚至失去意識和自我保護(hù)能力的傷員。對于長期處在此條件下的醫(yī)護(hù)人員健康也是一種較大的損害。

（4）通信中斷。數(shù)字集約化手術(shù)室可以通過5G 等途徑與后方連接進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷甚至手術(shù)治療，電磁干擾會中斷這種信息傳遞，影響正常醫(yī)療工作的開展。

2 電磁兼容的措施

電磁兼容性是指設(shè)備設(shè)施、子系統(tǒng)、各分級系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能共同正常執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。它包含兩層含義：一是設(shè)備設(shè)施、各系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中運(yùn)行工作時(shí)，可在規(guī)定的安全裕度下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)好的工作性能且不因電磁干擾而受到影響或產(chǎn)生不可接受的工作性能降低；二是設(shè)備設(shè)施、各系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中正常地運(yùn)行且不會成為其他環(huán)境或電子設(shè)備的干擾源。

艦船的電磁干擾主要包括3 個(gè)方面的基本要素：干擾源、敏感設(shè)備和耦合途徑（包括輻射耦合和傳導(dǎo)耦合）。因此，艦船手術(shù)室的電磁防護(hù)要納入整個(gè)艦船系統(tǒng)來考慮，而要達(dá)到電磁兼容狀態(tài)，就要從這3 方面入手。

2.1 電磁兼容的整體設(shè)計(jì)與控制

電磁兼容的達(dá)成并不單純靠單一措施或局部設(shè)計(jì)就能完成，它必然是一個(gè)從整體出發(fā)，始于艦船設(shè)計(jì)建造，落實(shí)完善于末端細(xì)節(jié)的一項(xiàng)系統(tǒng)精密的工程。

（1）劃分專業(yè)作業(yè)區(qū)。需要對某些電磁干擾源設(shè)備進(jìn)行空間上的劃分，還需要分層設(shè)置相關(guān)裝備，如及時(shí)控制搜索雷達(dá)工作扇面，對艦船警戒區(qū)進(jìn)行劃分；將雷達(dá)、無線電通信設(shè)備分開置放，對天線布置的區(qū)域進(jìn)行劃分。作為醫(yī)療單元，盡量避免直接處在高功率設(shè)備如雷達(dá)的潛在影響界面內(nèi)，目的是增大隔離度，減少耦合度。

（2）時(shí)間分隔。合理規(guī)劃作業(yè)時(shí)間，主要為了解決同頻干擾問題。

（3）頻率分隔。為了保證整個(gè)艦船或作業(yè)平臺的工作順利進(jìn)行，需要對每類每種設(shè)備的工作頻率進(jìn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化，使每種設(shè)備依據(jù)制定頻率完成工作，完善細(xì)化對頻率的管理是達(dá)成頻率分隔的基礎(chǔ)。

（4）分級頻譜管理體系的建立。艦船容易出現(xiàn)電磁干擾問題，頻譜問題是主要的因素之一。建立系統(tǒng)、科學(xué)地頻譜管理體系能極大地推進(jìn)電磁防護(hù)的進(jìn)步，確實(shí)地提高艦船等海上作業(yè)平臺的能力。很早以前，國外大部分國家就開始研究艦船頻譜管理技術(shù)，隨著時(shí)代的快速發(fā)展，極大地加快新軍事不斷變革，我國也將積極采取措施解決分級頻譜管理體系，尤其是我國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對電磁頻譜管理方法進(jìn)行研究，最終加快建設(shè)國家級頻譜管理體系。

2.2 電磁兼容的具體措施

（1）使用EMI 濾波裝置和隔離變壓器。傳導(dǎo)干擾是艦船和海上作業(yè)平臺電子設(shè)備設(shè)施產(chǎn)生的一種常見的典型的電磁干擾，具體包括差模干擾和共模干擾兩種類型，采用EMI濾波干擾來減少和阻斷這傳導(dǎo)干擾是普遍采用的有效措施。因?yàn)樗须娮?、電器設(shè)備由電網(wǎng)共同供電，如可在醫(yī)療單元的相關(guān)設(shè)備的工作艙室內(nèi)加裝濾波器或隔離變壓器，濾波器外殼必須可靠接地，同時(shí)，為了獲得更好的抑制和防磁效果，可將電容器接在隔離變壓器次級。

（2）機(jī)箱屏蔽。屏蔽技術(shù)和屏蔽裝置在電子電力設(shè)備機(jī)箱設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常普遍，主要作用和目的是盡最大可能減少電磁干擾向外界輻射的強(qiáng)度，同時(shí)這項(xiàng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用不會影響設(shè)備和系統(tǒng)整體的電路設(shè)計(jì)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。屏蔽技術(shù)一般可分為兩大類，一是對輻射電磁波部位的屏蔽，二是對易受電磁波影響的元器件的屏蔽。

（3）電路板的抗干擾設(shè)計(jì)和處理。電路板在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮它的布局、布線、布置及接地等方面的抗電磁干擾措施，以減少電路板本身產(chǎn)生的電磁輻射干擾和電路板上各電路和線路之間的相互串?dāng)_和影響。

（4）接地處理。接地處理是抑制電子設(shè)備電磁干擾的重要方法之一，有安全性接地和電磁兼容性接地，為防止電磁干擾主要是指電磁兼容性接地，即以“船殼”的電位作為基準(zhǔn)，泄放機(jī)箱感應(yīng)電荷。

（5）減少非線性鏈接。這特別指艦船和海上作業(yè)平臺露天甲板上金屬制的零構(gòu)件、活動欄桿、索具、已被腐蝕或者已經(jīng)氧化的結(jié)構(gòu)連接部位等組成的非線性鏈接和結(jié)構(gòu)，處于似接觸非接觸的狀態(tài)，形成一個(gè)個(gè)小開關(guān)，當(dāng)射頻信號掃射到這些非線性鏈接和結(jié)構(gòu)時(shí)，它們就起到了天線和中繼站作用，向空中二次輻射。設(shè)法減少這些設(shè)備，能極大減少非線性鏈接的影響。

（6）提高EMC 診斷技術(shù)。對現(xiàn)役艦船或需改裝的艦船以及運(yùn)行一段時(shí)間新出現(xiàn)的EMC 問題的分析、判斷與解決，國外大部分采取的是EMC 分析技術(shù)、EMC 診斷技術(shù)等。EMC診斷技術(shù)可以把潛在電磁問題找到。在加強(qiáng)我國艦船EMC 設(shè)計(jì)技術(shù)、強(qiáng)化艦船總體EMC 評估的同時(shí)，加速艦船EMC 診斷技術(shù)的發(fā)展，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，對解決現(xiàn)役的EMC 問題至關(guān)重要，對新型艦船EMC 的設(shè)計(jì)也有很大幫助。

（7）運(yùn)用電磁兼容仿真技術(shù)。飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)便于人們發(fā)現(xiàn)和解決電磁兼容和電磁防護(hù)問題，可使用多種方式方法來實(shí)現(xiàn)，如人機(jī)對話、循環(huán)替代等；另外，為了更直觀、更具體地分析電磁干擾的具體情況，可采取可視化的方式來進(jìn)行。除此之外，在研究解決艦船電磁兼容問題時(shí)，應(yīng)積極采取預(yù)測仿真手段來進(jìn)行，也就是基于理論計(jì)算更加有效地分析評估設(shè)備或系統(tǒng)地兼容程度。

3 結(jié)語

海上醫(yī)療平臺往往置于艦船這樣的綜合作業(yè)平臺上，是一個(gè)復(fù)雜的電磁環(huán)境。要做好電磁兼容問題的解決，一定是從整體入手，從平臺設(shè)計(jì)建造之初開始，在具體細(xì)節(jié)上著手。縱觀國內(nèi)外，電磁兼容是一大類問題，是一個(gè)極其專業(yè)的領(lǐng)域，需要專業(yè)機(jī)構(gòu)來制定規(guī)范、引領(lǐng)工作，需要建立數(shù)據(jù)庫、仿真實(shí)驗(yàn)室等基礎(chǔ)平臺，更需要在實(shí)際問題中具有測量、分析、解決問題和發(fā)現(xiàn)并預(yù)防潛在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的能力。推動電磁兼容問題的解決不僅對海上醫(yī)療平臺的建設(shè)發(fā)展意義重大，同樣對整個(gè)艦船綜合能力的提升也是至關(guān)重要。