电子医疗设备电磁兼容研究

王春明

摘要 随着电子科技的不断进步，大量医院积极引进电子医疗设备，但是同时也暴露在复杂的电磁环境中，本文针对此种问题开展了对电子医疗设备的电磁兼容性研究，分析了电磁干扰对电磁医疗设备的危害，研究了FDTD的分析方法在電磁兼容计算中的应用，提出了抗电磁干扰设计。

[关键词]电子 医疗设备 电磁兼容 电磁干扰

1 研究背景

1.1 电磁干扰的概念及其传播途径

一般认为，电子干扰（EMI）是指任何能够引起设备信号传输系统性能下降的电磁骚扰;而电磁骚扰是一种电磁现象，这种现象能够降低设备系统的性能，甚至能够危害人类的身体健康。例如，人类随身携带的手机就会时时刻刻的向外发射电磁场，也就是大家通常所说的电磁辐射，当他把手机带入医院，接近电子医疗设备时，就会降低该设备的性能和准确度。

电磁干扰形成实质损害必须具备三个要素：

（1）骚扰源，骚扰源即是产生骚扰的主体，包括电子元器件，设备和自然现象等;

（2）骚扰途径，也叫耦合通道，是骚扰源把骚扰能量传播到骚扰对象的途径，一般有直接耦合、感应耦合与辐射耦合三种;

（3）骚扰对象，也就是被骚扰源骚扰的敏感电子元器件或设备系统。

从图1可以看出，要使设备达到电磁兼容性，必须从该三个方面入手，即：

（1）削弱骚扰源的电磁干扰强度;

（2）切断或破坏骚扰途径;

（3）提高骚扰对象的抗干扰能力。

1.2 电磁干扰对电子医疗设备的危害

近年来，越来越多的医院进行现代化建设，引进了大批的先进的电子医疗设备，例如心电图、CT、电子心脏起搏器、电子胃镜、电子注射泵等等。但是各种电子设备也在各领域中广泛应用，例如，手机，iPad等等。这些人们随着携带的电子设备很可能对电子医疗设备造成干扰，影响检查或治疗结果，使电子医疗设备暴露在更复杂的电磁环境当中。

根据诸多医生的反馈及调查报告，作者发现电磁干扰对电子医疗设备的主要危害事件有：

（1）使心电图机或呼吸机显示错误的波形。

（2）电子监视器发生错误的报警信息。

（3）心肺复苏机突然停止工作等等。

2 FDTD计算方法与电磁抗干扰设计

2.1 FDTD在电磁兼容计算中的应用

数值法是电磁兼容的常用计算方法之一，数值法又包括有限元法（FEM），时域有限差分法（FDTD）和矩量法（MOM）等等，而时域有限差分法（FDTD）是最简单最直观最容易掌握的数值分析法。

FDTD的一般求解步骤如下：

（1）列出时域麦克斯韦旋度方程，用中心差分法替代各场分量对时间、空间的微分，从而得到正交坐标系下的差分迭代式，如式（1），（2）所示。

麦克斯韦旋度方程：

（2）选择合适的网格尺寸，要求λmin≥10△，△=min（△x，△y，z）;

（3）选择合适的时间步长△t;

（4）确定计算空间大小;

（5）设置边界条件;

（6）确定激励源;

（7）确定总时间步数。

通过上述步骤，可以运用时域有限差分法（FDTD）求出电场和磁场的量值。

2.2 抗电磁干扰设计

2.2.1 屏蔽技术

电磁屏蔽是抑制电磁干扰的最常用也是最重要的方法。它是利用屏蔽体对电磁骚扰能量隔离的特性，阻挡电磁骚扰能量传播的一种技术。电磁屏蔽效能是衡量电磁屏蔽效果的物理量，用SE表示，是指加屏蔽前后的场强之比。通常，其计算公式为：

Se= 201g

（3）

其中，E表示加屏蔽前的电磁场强度，Eo表示加屏蔽后的电磁场强度。

2.2.2 滤波技术

滤波技术是为了抑制电磁干扰的传导，它是对屏蔽能力的重要辅助，主要应用在以下领域：

（1）高频系统中，主要抑制非工作频段的干扰;

（2）信号线路中，主要是消除不相关的频谱分量;

（3）电源电路中，主要是消除控制或转换电路中发生的干扰。

3 解决电子医疗设备电磁兼容问题的具体措施

3.1 提高电子医疗设备的电磁兼容能力

（1）在进行电子电路设计的时候，做相应的电磁兼容性分析;采用屏蔽层屏蔽干扰，滤波器辅助屏蔽干扰的方法。

（2）在进行电源电路设计的时候，做相应的电磁兼容性分析.对医疗用电源增加过压、过流、过热保护电路，同时还要另外安装辅助电源。

（3）在进行显示电路设计的时候，做相应的电磁兼容性分析;优先采用LCD显示，而不是CRT显示器，从源头上杜绝电磁辐射。

（4）在进行机箱设计时，做相应的电磁兼容性分析。

3.2 提高医疗单位对电子医疗设备的应用水平

医疗单位应该制定相对应的规章制度，保护电子医疗设备远离辐射源。例如，规定在特定区域内禁止使用手机等无限上网设备，禁止医护人员、患者携带无限设备靠近电子医疗设备，设置专门区域用来接打电话，在电子医疗设备上张贴告示，禁止无限上网设备靠近等等。

4 结论

随着医院积极引进电子医疗设备，电磁干扰已经造成了多起医疗事故，电磁兼容问题研究已经是刻不容缓。利用FTDT时域分析方法可以简单直接的计算出电磁量，再运用抗电磁干扰技术，设计出电磁兼容性较佳的电子医疗设备。另外，医疗单位应该加强对电子医疗设备的管理，禁止一切干扰源靠近电子医疗设备。

参考文献

[1]宋洪运，浅谈国家电子医疗设备的广泛应用[J]，科技风，2017 （05）：262.

[2]张楠，李景格.现代医疗环境中电磁干扰（EMI）对电子医疗设备的危害[J].现代电生理学杂志，2009，16 （01）：33-35.