我院醫療設備電磁兼容問題分析和解決三例

張影，龔仕明

首都醫科大學附屬北京佑安醫院 醫學工程中心，北京 100069

我院醫療設備電磁兼容問題分析和解決三例

張影，龔仕明

首都醫科大學附屬北京佑安醫院 醫學工程中心，北京 100069

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

醫療設備；電磁兼容；接地；濾波；電磁屏蔽

現代醫療設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、移動通信系統等結合組成廣泛的遠程醫療診斷網絡，它們在工作時會向周圍發射不同頻率范圍、不同電磁場強度的電磁波，同時還可能受到周圍電力、電子設備以及醫療電氣設備的電磁干擾，這些因素都會影響醫療設備的正常使用，嚴重時甚至會發生嚴重的人身傷害、造成患者死亡[1]。因此，從醫療設備的研發設計開始至其生命周期結束為止，必須充分考慮其電磁兼容性，既要保證不對別的設備產生電磁干擾，也要具有防電磁干擾性能，從而保證醫療設備使用的安全性和有效性[2-3]。

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

1 電磁干擾實例分析

1.1 高頻電刀對控溫毯的電磁干擾

1.1.1 電磁干擾現象

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和門奇靜脈斷流術。術中對患者使用了控溫毯進行加溫，同時使用了高頻電刀進行組織切割，這一過程中控溫毯的溫度顯示面板出現過溫度忽高忽低的跳變現象，術后患者背部有輕微燙傷。

1.1.2 干擾分析及解決方案

經多次手術室調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。術中高頻電刀采用的是單極工作模式，即電路由高頻發生器、作用電極、人體組織、負極板形成，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，它所測量的溫度信號要與水溫或設置溫度進行比較，形成控溫毯加熱或制冷工作的反饋信號，溫度傳感器線纜長度約2 m。當使用高頻電刀時，輸出了高頻信號，控溫毯的溫度傳感器導線起到接收天線的作用，通過天線效應進行了耦合，致使真實溫度高于控溫毯檢測溫度，從而發生了患者燙傷事件。

具體解決辦法為：給溫度傳感器導線加裝屏蔽電纜并進行接地。模擬實驗證明，通過改進該電磁兼容性問題得到解決。建議控溫毯廠家進行電磁兼容設計時，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的“豬尾巴”方式[5]。

1.2 電焊機對CT機工作站CRT顯示器的電磁干擾

1.2.1 電磁干擾現象

我院CT機房樓上進行施工電焊作業時，CT機工作站的CRT顯示器屏幕上出現波紋干擾，且抖動厲害，以致于檢查操作人員無法進行圖像瀏覽查看，成像質量大大受損，嚴重影響了患者的CT影像檢查。電焊機停止工作后，CRT顯示器恢復正常。

1.2.2 干擾分析及解決方案

分析干擾現象可確定電焊機施工作業導致了CRT顯示器顯像受到干擾。電焊機采用電感原理，電感量在接通和斷開時會產生巨大的電壓變化暫態過程，利用兩電極在瞬間短路時產生的高壓電弧來熔化電焊條上的焊料以達到焊接目的。電焊機的工作電流可達到幾十到幾百安培，其快速通斷電引起了供電線路的電壓浪涌與跌落，產生了許多雜波和諧波，對周圍50 Hz的工頻電網產生干擾，使CRT顯示器的供電電壓不穩。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生抖動。

解決此問題的方法可以為：① 更換對電壓波動要求不高的液晶顯示器；② 采用加帶濾波功能的穩壓電源，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，因此針對這一電磁干擾問題，配置了一臺在線式UPS（不建議選用后備式UPS），解決了CRT顯示器受電焊機施工干擾的問題。同時，這也為突然斷電或供電故障時對工作站Unix系統和圖像數據提供了保護功能。建議醫院對高精度醫用設備加裝二次供電裝置，以實現高品質的交流供電。在輸入電壓過壓或欠壓時提供穩定的電壓輸入，同時抑制尖峰、衰減振蕩脈沖和高頻的干擾。

1.3 電源線路對彩超心臟探頭的電磁干擾

1.3.1 電磁干擾現象

我院日立彩超Hi Vision Preirus在安裝完畢臨床試用時發現，相控陣心臟探頭EUP-S70出現干擾問題。具體表現為：該設備所配備的其它探頭成像基本正常，但使用心臟探頭時扇形區圖像上出現密集的小白點干擾偽影，極大地影響了圖像質量，使操作醫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備故障的問題，然后確認該現象是電磁干擾引起的。干擾電磁場進入彩超設備的途徑一般有兩種：一是通過彩超設備的電源線路引入；二是從探頭、屏蔽不良的連線、接頭、機殼等處竄入[6]。該檢查室雖然距離可發射強大電磁干擾波的設備，如放射科的X光機、手術室的高頻電刀較遠，但同樓層有電子胃腸鏡、心電圖、腦電圖等檢測設備，稍遠的地方還有電梯，這些設備都可能產生空間雜散電磁場干擾。因此，需要解決雜散場的輻射干擾問題。

首先對設備加強了屏蔽措施，在設備底部墊了一塊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，干擾現象沒有得到解決；尋找一根專用地線，對該塊鐵皮進行了可靠接地，干擾現象沒有得到解決；調整彩超設備的多種放置方向，以避開可能的電磁波干擾方向，干擾現象仍未得到解決。考慮電磁干擾耦合途徑或許不是輻射，而是傳導途徑，我院之前使用的彩超設備都配備了交流凈化穩壓電源，極大地濾除了電源線路引入的干擾，這些設備一直工作良好，本臺新引入設備尚未配備交流凈化穩壓電源。把已在用彩超的交流凈化穩壓電源轉接過來，再進行測試，發現心臟探頭干擾偽影問題得到解決。

本實例為電源線傳導耦合的典型案例，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生電磁場[7]。這些尖端脈沖或諧波使輸入的電壓波形和電流波形發生畸變，成為強大的干擾源，這些干擾與彩超設備的電源和內部電路耦合成高頻噪聲，在3.0 MHz附近形成信號并疊加到視頻線路上[8]。因此建議醫院針對彩超設備配置交流凈化穩壓電源，除保護彩超免于被供電電壓波動燒壞外，還可以阻斷干擾電磁波從電源線路的引入。

2 總結討論

國際上，歐盟《89/336/EEC電磁兼容指令》從1996年1月1日開始強制執行[8]。而我國于2012年12月17日發布了新版《YY 0505-2012》標準，并要求于2014年1月1日起實施。國內電磁兼容方面的研究起步較晚、相對薄弱，電磁兼容設計能力、標準執行能力和檢測檢修能力還需加強。

從長遠來看，醫療設備生產企業生產符合電磁兼容要求的產品是必然趨勢。應當分別從電磁干擾源、耦合路徑和敏感設備3個方面考慮進行電路設計，這樣才能保證醫療設備單獨使用或聯合使用時的安全性和可靠性。醫院作為醫療設備的主要使用方，不可能參與到電磁兼容性設計中，但是在使用維護過程中，可以聯合生產廠方的工程師，對產生的電磁兼容問題進行分析、查找原因，并針對問題采用接地、濾波和屏蔽技術進行解決；對產生的醫療器械不良事件要進行申報，作為醫療器械再評價工作的一部分；要重視對相關醫技醫護人員進行必要的電磁兼容知識培訓，按照使用現場的電磁環境選購符合電磁兼容性要求的產品；按照使用說明書或技術說明書進行安裝和操作，以保證醫療設備按照預期設計用途、在不受干擾的條件下正常運行。

[1]YY0505-2012.醫用電氣設備第1-2部分:安全通用要求并列標準:電磁兼容 要求和試驗[S].

[2]余學飛,葉繼倫,張寧,等.現代醫學電子儀器原理與設計[M].廣州:華南理工大學出版社,2013.

[3]焦紅.《醫用電氣設備 第1-2部分：安全通用要求并列標準:電磁兼容 要求和試驗》標準解讀[M].北京:中國標準出版社,2013.

[4]李佳戈,張艷麗,蘇宗文,等.醫療器械電磁兼容標準關鍵細節解析[J].中國醫療設備,2014,29(8):70-72.

[5]徐亮.設備電纜的天線效應分析及測試[A].中國電子學會天線分會.2009年全國天線年會[C].北京:電子工業出版社,2009.

[6]蔡愛萍.淺談彩超設備抗電磁場干擾的對策[J].中國醫療設備,2004,19(6):36.

[7]儲曉韻.UPS電源對高檔彩超的干擾及解決方法[J].醫療裝備,2002,15(2):228.

[8]李明,朱中文,蔡偉勇.電磁兼容技術研究現狀與趨勢[J].電子質量,2007,(7):61-64.

圖6 改進后的清洗站內外洗腔及增加堵棒的結構圖

改進后的清洗站經200次日清潔、200次患者請求測試、多臺儀器重復測試，外/內壁清洗腔和溢流腔中濺液率均低于1%，說明儀器的改進有效減少了濺液現象的發生，達到了預期效果。

3 小結

樣本針清洗站結構決定了樣本針清洗效果，本文從水膜產生原理分析該清洗站濺液現象產生的原因，同時對樣本針清洗站結構進行改進。經過多次重復試驗證明，改進后的樣本針清洗站大大緩解了濺液現象的發生，具有臨床應用推廣價值。

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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 [文獻識別碼]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