我院医疗设备电磁兼容问题分析和解决三例

张影，龚仕明

首都医科大学附属北京佑安医院 医学工程中心，北京 100069

我院医疗设备电磁兼容问题分析和解决三例

张影，龚仕明

首都医科大学附属北京佑安医院 医学工程中心，北京 100069

本文针对我院发生的由电磁干扰引起的医疗设备运行不良事件进行了分析，事件包括：高频电刀对控温毯的电磁干扰、电焊机对CT机工作站阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）显示器的电磁干扰、电源线路对彩超心脏探头的电磁干扰。通过分析明确了电磁干扰现象产生的原因，并分别采用不同的抗电磁干扰措施进行处理，结果表明三例电磁干扰现象均得到良好解决。

医疗设备；电磁兼容；接地；滤波；电磁屏蔽

现代医疗设备不仅使用了多种高敏感性电气、电子元件和部件，并且与电脑、移动通信系统等结合组成广泛的远程医疗诊断网络，它们在工作时会向周围发射不同频率范围、不同电磁场强度的电磁波，同时还可能受到周围电力、电子设备以及医疗电气设备的电磁干扰，这些因素都会影响医疗设备的正常使用，严重时甚至会发生严重的人身伤害、造成患者死亡[1]。因此，从医疗设备的研发设计开始至其生命周期结束为止，必须充分考虑其电磁兼容性，既要保证不对别的设备产生电磁干扰，也要具有防电磁干扰性能，从而保证医疗设备使用的安全性和有效性[2-3]。

构成电磁干扰的要素有3个，即电磁干扰源、敏感设备和耦合路径。解决电磁兼容问题需从以上3个要素来着手：控制骚扰源的电磁辐射、抑制电磁干扰的传播途径、增加敏感设备的抗干扰能力。设备抗电磁干扰的方法主要有3种：接地、滤波和屏蔽[4]。本文从构成电磁干扰的因素出发，对我院3起医疗设备因电磁兼容性而出现问题的现象进行描述，分析电磁干扰产生的原因，并给出了相应的解决方案。

1 电磁干扰实例分析

1.1 高频电刀对控温毯的电磁干扰

1.1.1 电磁干扰现象

我院某患者因“肝炎后肝硬化-门静脉高压症”而在全麻下行脾切除术和门奇静脉断流术。术中对患者使用了控温毯进行加温，同时使用了高频电刀进行组织切割，这一过程中控温毯的温度显示面板出现过温度忽高忽低的跳变现象，术后患者背部有轻微烫伤。

1.1.2 干扰分析及解决方案

经多次手术室调研确定该事故并非由高频电刀漏电击穿引起，而是控温毯和高频电刀的电磁兼容性出了问题。术中高频电刀采用的是单极工作模式，即电路由高频发生器、作用电极、人体组织、负极板形成，输出的射频频率在250 kHz～2.5 MHz。控温毯的温度传感器（体温探头）置于患者腋下，它所测量的温度信号要与水温或设置温度进行比较，形成控温毯加热或制冷工作的反馈信号，温度传感器线缆长度约2 m。当使用高频电刀时，输出了高频信号，控温毯的温度传感器导线起到接收天线的作用，通过天线效应进行了耦合，致使真实温度高于控温毯检测温度，从而发生了患者烫伤事件。

具体解决办法为：给温度传感器导线加装屏蔽电缆并进行接地。模拟实验证明，通过改进该电磁兼容性问题得到解决。建议控温毯厂家进行电磁兼容设计时，选择具有双芯箔叠型屏蔽层的温度传感器，并且在连接屏蔽层时接口处与地面形成360º连接，避免将线缆屏蔽层拧成一根线连接到接地点的“猪尾巴”方式[5]。

1.2 电焊机对CT机工作站CRT显示器的电磁干扰

1.2.1 电磁干扰现象

我院CT机房楼上进行施工电焊作业时，CT机工作站的CRT显示器屏幕上出现波纹干扰，且抖动厉害，以致于检查操作人员无法进行图像浏览查看，成像质量大大受损，严重影响了患者的CT影像检查。电焊机停止工作后，CRT显示器恢复正常。

1.2.2 干扰分析及解决方案

分析干扰现象可确定电焊机施工作业导致了CRT显示器显像受到干扰。电焊机采用电感原理，电感量在接通和断开时会产生巨大的电压变化暂态过程，利用两电极在瞬间短路时产生的高压电弧来熔化电焊条上的焊料以达到焊接目的。电焊机的工作电流可达到几十到几百安培，其快速通断电引起了供电线路的电压浪涌与跌落，产生了许多杂波和谐波，对周围50 Hz的工频电网产生干扰，使CRT显示器的供电电压不稳。这些电磁干扰通过电源线耦合到显示器上，从而使显示器屏幕发生抖动。

解决此问题的方法可以为：① 更换对电压波动要求不高的液晶显示器；② 采用加带滤波功能的稳压电源，把杂散谐波滤掉；③ 使用在线式不间断电源（Uninterrupted Power Supply，UPS）。我院CT工作站没有配置二次供电装置，因此针对这一电磁干扰问题，配置了一台在线式UPS（不建议选用后备式UPS），解决了CRT显示器受电焊机施工干扰的问题。同时，这也为突然断电或供电故障时对工作站Unix系统和图像数据提供了保护功能。建议医院对高精度医用设备加装二次供电装置，以实现高品质的交流供电。在输入电压过压或欠压时提供稳定的电压输入，同时抑制尖峰、衰减振荡脉冲和高频的干扰。

1.3 电源线路对彩超心脏探头的电磁干扰

1.3.1 电磁干扰现象

我院日立彩超Hi Vision Preirus在安装完毕临床试用时发现，相控阵心脏探头EUP-S70出现干扰问题。具体表现为：该设备所配备的其它探头成像基本正常，但使用心脏探头时扇形区图像上出现密集的小白点干扰伪影，极大地影响了图像质量，使操作医生无法做出正确诊断。

1.3.2 干扰分析及解决方案

首先排除了心脏探头本身和设备故障的问题，然后确认该现象是电磁干扰引起的。干扰电磁场进入彩超设备的途径一般有两种：一是通过彩超设备的电源线路引入；二是从探头、屏蔽不良的连线、接头、机壳等处窜入[6]。该检查室虽然距离可发射强大电磁干扰波的设备，如放射科的X光机、手术室的高频电刀较远，但同楼层有电子胃肠镜、心电图、脑电图等检测设备，稍远的地方还有电梯，这些设备都可能产生空间杂散电磁场干扰。因此，需要解决杂散场的辐射干扰问题。

首先对设备加强了屏蔽措施，在设备底部垫了一块1 m×0.5 m的铁皮，主要目的是抑制从地下管线串入的干扰信号，干扰现象没有得到解决；寻找一根专用地线，对该块铁皮进行了可靠接地，干扰现象没有得到解决；调整彩超设备的多种放置方向，以避开可能的电磁波干扰方向，干扰现象仍未得到解决。考虑电磁干扰耦合途径或许不是辐射，而是传导途径，我院之前使用的彩超设备都配备了交流净化稳压电源，极大地滤除了电源线路引入的干扰，这些设备一直工作良好，本台新引入设备尚未配备交流净化稳压电源。把已在用彩超的交流净化稳压电源转接过来，再进行测试，发现心脏探头干扰伪影问题得到解决。

本实例为电源线传导耦合的典型案例，墙壁电源输出电路中存在大电流的尖端脉冲或波形中包含的高次谐波通过输出连线在空间产生电磁场[7]。这些尖端脉冲或谐波使输入的电压波形和电流波形发生畸变，成为强大的干扰源，这些干扰与彩超设备的电源和内部电路耦合成高频噪声，在3.0 MHz附近形成信号并叠加到视频线路上[8]。因此建议医院针对彩超设备配置交流净化稳压电源，除保护彩超免于被供电电压波动烧坏外，还可以阻断干扰电磁波从电源线路的引入。

2 总结讨论

国际上，欧盟《89/336/EEC电磁兼容指令》从1996年1月1日开始强制执行[8]。而我国于2012年12月17日发布了新版《YY 0505-2012》标准，并要求于2014年1月1日起实施。国内电磁兼容方面的研究起步较晚、相对薄弱，电磁兼容设计能力、标准执行能力和检测检修能力还需加强。

从长远来看，医疗设备生产企业生产符合电磁兼容要求的产品是必然趋势。应当分别从电磁干扰源、耦合路径和敏感设备3个方面考虑进行电路设计，这样才能保证医疗设备单独使用或联合使用时的安全性和可靠性。医院作为医疗设备的主要使用方，不可能参与到电磁兼容性设计中，但是在使用维护过程中，可以联合生产厂方的工程师，对产生的电磁兼容问题进行分析、查找原因，并针对问题采用接地、滤波和屏蔽技术进行解决；对产生的医疗器械不良事件要进行申报，作为医疗器械再评价工作的一部分；要重视对相关医技医护人员进行必要的电磁兼容知识培训，按照使用现场的电磁环境选购符合电磁兼容性要求的产品；按照使用说明书或技术说明书进行安装和操作，以保证医疗设备按照预期设计用途、在不受干扰的条件下正常运行。

[1]YY0505-2012.医用电气设备第1-2部分:安全通用要求并列标准:电磁兼容 要求和试验[S].

[2]余学飞,叶继伦,张宁,等.现代医学电子仪器原理与设计[M].广州:华南理工大学出版社,2013.

[3]焦红.《医用电气设备 第1-2部分：安全通用要求并列标准:电磁兼容 要求和试验》标准解读[M].北京:中国标准出版社,2013.

[4]李佳戈,张艳丽,苏宗文,等.医疗器械电磁兼容标准关键细节解析[J].中国医疗设备,2014,29(8):70-72.

[5]徐亮.设备电缆的天线效应分析及测试[A].中国电子学会天线分会.2009年全国天线年会[C].北京:电子工业出版社,2009.

[6]蔡爱萍.浅谈彩超设备抗电磁场干扰的对策[J].中国医疗设备,2004,19(6):36.

[7]储晓韵.UPS电源对高档彩超的干扰及解决方法[J].医疗装备,2002,15(2):228.

[8]李明,朱中文,蔡伟勇.电磁兼容技术研究现状与趋势[J].电子质量,2007,(7):61-64.

图6 改进后的清洗站内外洗腔及增加堵棒的结构图

改进后的清洗站经200次日清洁、200次患者请求测试、多台仪器重复测试，外/内壁清洗腔和溢流腔中溅液率均低于1%，说明仪器的改进有效减少了溅液现象的发生，达到了预期效果。

3 小结

样本针清洗站结构决定了样本针清洗效果，本文从水膜产生原理分析该清洗站溅液现象产生的原因，同时对样本针清洗站结构进行改进。经过多次重复试验证明，改进后的样本针清洗站大大缓解了溅液现象的发生，具有临床应用推广价值。

[参考文献]

[1]李延斌,孙志华.全自动生化分析仪的分类、结构和选购[J].中国医疗器械信息,2008:14(3):34-40.

[2]尹志军,隋洪,郑文婷.罗氏Cobas e411加样/试剂针日常保养的重要性[J].中国医疗设备,2013,28(5):142-143.

[3]张建鹏.全自动化学分析免疫分析仪[D].天津:天津大学,2005.

[4]江铭伯.对液滴表面张力的探讨[J].齐齐哈尔轻工业学报,1988,4(3):24-29.

[5]刘国杰,胡英.液体的表面张力与内压[J].化学学报,1989,(10):935-940.

[6]任文辉,林志群,彭道林.液体表面张力系数与温度和浓度的关系[J].湖南农业大学学报,2004,30(1):77-79.

[7]明仁雄,万会雄.液压与气压传动[M].北京:国防工业出版社,2003.

[8]许毅.液压系统气泡的危害与防治[J].机械制造与自动化,2008,38(2):89-90.

[9]王彦华.液压系统油液中气泡的防范[J].装备制造技术,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 [文献识别码]B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.09.034

1674-1633(2016)09-0119-03

2015-10-08

作者邮箱：pengzhangying@sina.com